Ingenieros de Stanford desarrollan una innovadora herramienta para planificar la recarga de acuíferos

En Estados Unidos, 40 estados esperan escasez de agua para 2024 y las preocupaciones por el agua ya afectan a algunas ciudades. Los acuíferos subterráneos que fueron aprovechados durante años ahora claman para ser reabastecidos. El problema es que las dos principales estrategias para aumentar el suministro de agua -recoger las aguas pluviales y reciclar las aguas residuales tratadas- suelen ser procesos separados que necesitan una infraestructura costosa e infrautilizada.

Ahora dos ingenieros ambientales de Stanford han desarrollado una herramienta de planificación computacional llamada AquaCharge que ayuda a las empresas de agua potable urbana a ver sus circunstancias locales y entender cómo podrían combinar estas dos estrategias de suministro de agua en un sistema integrado, eficiente y rentable que repone los acuíferos.

Esta herramienta de planificación y enfoque híbrido son tan innovadores que la American Society of Civil Engineers recientemente honró a Jonathan Bradshaw, estudiante de postgrado en ingeniería civil y ambiental, y Richard Luthy, profesor de ingeniería civil y ambiental, por desarrollar AquaCharge.

"Las ideas de reciclar las aguas residuales y capturar las aguas pluviales no son nuevas", dijo Luthy. "Lo nuevo aquí es pensar en cómo combinar lo que había sido sistemas separados en un solo enfoque para recargar las aguas subterráneas".

Coste vs necesidad

Ninguna de las dos estrategias para aumentar el suministro de agua carece de inconvenientes. Varias empresas de servicios públicos en California recogen las aguas pluviales, como las lluvias que caen por las laderas de las montañas durante la estación húmeda, y las canalizan hacia grandes "cuencas de expansión", que son estanques esencialmente permeables y suficientemente porosos para que el agua vuelva a caer a un acuífero. Los acuíferos sirven como bancos naturales de almacenamiento, que contienen agua para uso futuro.

Aunque este enfoque es eficaz, las cuencas de desagüe requieren de una gran cantidad de tierra que a menudo es infrautilizada. Esto se debe a que los ingenieros típicamente diseñaron las cuencas para que fueran lo suficientemente grandes para capturar y procesar grandes volúmenes de agua durante la temporada de tormenta. Como consecuencia de este diseño, las cuencas permanecen en gran medida inactivas durante los meses secos. Según algunas estimaciones, las cuencas de expansión de Los Ángeles en promedio percolan sólo el 12 por ciento de su capacidad anual teórica. No todos los distritos tienen acceso a tierras que pueden permanecer inactivas durante todo el año.

El reciclaje de aguas residuales plantea un conjunto diferente de desafíos. Algunas empresas de servicios públicos tratan las aguas residuales hasta el punto de que pueden utilizarse de manera segura para el riego agrícola o para determinados fines industriales, tales como la circulación a través de las torres de refrigeración de una central eléctrica. Tales usos reducen la carga sobre acuíferos u otras fuentes de agua.

Sin embargo, las regulaciones requieren que este agua reciclada sea transportada en una tubería separada de las tuberías de agua potable. Aunque muchas ciudades tienen un gran potencial para producir agua reciclada, el alto coste de estos sistemas de tuberías independientes significa que sólo una pequeña fracción de este potencial se desarrolla. Y por lo tanto la mayoría de las aguas residuales tratadas fluyen hacia el mar, o hacia ríos y arroyos.

Un sistema híbrido

Con estos factores, las regiones deciden según los requerimientos de tierra o los costes en canalizaciones uno u otro sistema. Sin embargo, otras comunidades han desarrollado enfoques híbridos que combinan las dos estrategias.

El Condado de Orange, California, que se ha convertido en un líder en el reaprovisionamiento de aguas subterráneas, purifica sus aguas residuales para que sean lo suficientemente limpias como para beber, luego bombea este agua reciclada altamente purificada en las cuencas para recargar el acuífero subterráneo de la región. Esto es análogo a la captura de aguas pluviales en el sentido de que el agua se infiltra en bancos de almacenamiento subterráneos, excepto que la fuente de agua es agua purificada purificada en lugar de lluvia o nieve.

Inspirados por los líderes en reutilización de agua como el Condado de Orange, los investigadores de Stanford crearon AquaCharge para ayudar a otras autoridades locales a comparar las compensaciones entre diferentes diseños con el fin de encontrar el sistema más rentable en su región.

El software examina factores tales como la disponibilidad de cuencas de expansión y suministro de aguas pluviales, el potencial para producir agua reciclada y opciones para instalar tuberías de agua reciclada.

"Nuestro método no sólo permite pensar en un nuevo tipo de sistema híbrido de reabastecimiento de agua", dijo Bradshaw. "También ayuda a determinar qué tipo de sistema satisfará las metas de una ciudad al menor coste".

Luthy dijo que AquaCharge podría mejorar en gran medida el uso y la reutilización del agua. California, por ejemplo, actualmente recicla alrededor del 15 por ciento de sus efluentes de aguas residuales tratadas. Los planificadores estatales del agua quieren duplicar o triplicar esa cantidad para 2030.

Al permitir que las comunidades realicen cálculos complejos que revelen los costes y beneficios de las estrategias de reutilización, Luthy dice: "AquaCharge podría ayudar al estado a alcanzar esa meta".

Richard G. Luthy es el Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental de Silas H. Palmer, director del Centro de Investigación de Ingeniería NSF para la Reinvención de la Infraestructura de Agua Urbana de la Nación (ReNUWIt ) y afiliado del Instituto Stanford Woods for the environment.