El estudio realizado por los investigadores del IIAMA-UPV, Carmen Hernández, Miriam Fernández, Miguel Martín e Ignacio Andrés, ha sido publicado en la revista científica «Science of the Total Environment».

La investigación evalúa la influencia de distintas variables ambientales en el rendimiento hidráulico y calidad del agua de los pavimentos permeables.

Es conocido que los pavimentos permeables favorecen la infiltración del agua de lluvia en entornos urbanos, contribuyendo así a restituir el ciclo natural del agua, mermado por el proceso de urbanización. La pregunta que surge es ¿qué calidad tiene el agua infiltrada a través de este tipo de sistemas?

«Los pavimentos permeables controlan la producción de escorrentía en origen, reducen los impactos negativos en los sistemas de alcantarillado y favorecen la infiltración de agua en el suelo, cuya calidad es mucho mejor que la generada en un pavimento impermeable».

Esta es la principal conclusión alcanzada en el artículo científico «Influence of rainfall intensity and pollution build-up levels on water quality and quantity response of permeable pavements«, realizado por los investigadores del IIAMA-UPV, Carmen Hernández, Miriam Fernández, Miguel Martín e Ignacio Andrés y que ha sido publicado en la revista «Science of the total Environment».

El estudio parte de la realidad de que los pavimentos permeables son una infraestructura que forma parte de los SUDS (Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible) y por tanto, contribuyen a reducir la escorrentía superficial en entornos urbanos, incrementando así la recarga de aguas subterráneas.

Por este motivo, la investigación ha evaluado la influencia de distintas variables ambientales, -como el régimen e intensidad de la lluvia o el nivel de acumulación de contaminación-, sobre el rendimiento hidráulico y la calidad del agua, tal y como explica la autora principal de la investigación, Carmen Hernández.

«La acumulación de contaminantes reduce la velocidad de infiltración del agua, aumentando así la probabilidad de generación de escorrentía, con la consecuente disminución del rendimiento hidráulico. Por ello, es necesario estudiar la influencia de estos factores para mejorar su comportamiento y establecer especificaciones técnicas en los procesos de diseño, fabricación y mantenimiento», señala la investigadora del IIAMA.

Para desarrollar la investigación se han empleado cuatro infiltrómetros -con diferentes configuraciones-, con el objetivo de conocer la influencia de dos regímenes de lluvia (Atlántico y Mediterráneo) e intensidades distintas, mientras que la incidencia de la contaminación se ha analizado mediante la aspersión en seco de sedimentos sobre la superficie en el pavimento. Los sedimentos empleados en los ensayos fueron tomados de las calzadas del campus de Vera de la UPV, a través de una colaboración con los servicios de limpieza de la Universitat.

Resultados y actuaciones de mejora.

A nivel general los resultados obtenidos muestran que los pavimentos permeables retienen un volumen significativo de agua de lluvia y mejoran la calidad del agua infiltrada en términos de sólidos en suspensión, materia orgánica y nutrientes, en comparación con la escorrentía superficial que se generaría en un pavimento convencional impermeable.

En este sentido, los autores del estudio consideran esencial llevar a cabo un programa de limpieza adecuada de los pavimentos permeables en condiciones secas, «especialmente cuando se prevén eventos de lluvia de alta intensidad, ya que la capacidad de movilización e infiltración de contaminantes es mayor en estas condiciones», resaltan los investigadores del IIAMA.

Sin embargo, pese a la mejora producida, todavía existe cierta liberación de nutrientes en el agua drenada, por lo que el estudio propone la instalación de barreras reactivas, que contribuiría a mejorar aún más la calidad del agua infiltrada. Éste será uno de los aspectos a estudiar en la siguiente fase del proyecto de investigación.

«Los procesos de fabricación y diseño deben prestar atención no solo a los aspectos hidráulicos y estructurales, sino también a los aspectos relacionados con la calidad del agua infiltrada«, afirma la Dra. Hernández Crespo.

De hecho, el presente estudio ha supuesto un claro ejemplo de transferencia de resultados universidad-empresa, ya que los resultados obtenidos han sido considerados por el fabricante para adoptar algunos cambios en el proceso de producción.

Por ello, una configuración completa de la sección de firme, incluyendo una subbase compuesta de dos capas de grava, favorece la retención de mayores volúmenes de agua: «cuanto mayor es el espesor de la capa de grava, mayor es la reducción del volumen de efluente alcanzado y menor es la carga de contaminante que llega al ambiente receptor», destacan los miembros del instituto de investigación de la UPV.

Finalmente, los autores del trabajo agradecen a la empresa Quadro por el suministro de los pavimentos permeables para la realización de los ensayos y por su interés en los resultados de la investigación. El estudio se enmarca en el proyecto coordinado de I+D del Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad, con título SUPRIS (Superficies Urbanas, Permeables, Inteligentes y Sostenibles), realizado conjuntamente por el IIAMA de la UPV y por el grupo GITECO de la Universidad de Cantabria.

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Influence of rainfall intensity and pollution build-up levels on water quality and quantity response of permeable pavements.

Permeable pavements are part of stormwater management practices known as sustainable urban drainage systems (SUDS). This study describes the influence of several environmental variables, such as the rainfall regime or the pollution build-up level, on the hydraulic and water quality performance of permeable pavements. Four infiltrometers with different configurations of pavement layers were used to study the influence of two rainfall regimes (Atlantic and Mediterranean) and two rainfall intensities (0.5 and 2.2 mm/min). The influence of the progressive pollution build-up level was studied by dry sprinkling of road deposited sediments collected with a mechanical street sweeper with a dose of 5 g/m2/d. The results show that permeable pavements retained a significant rainwater volume and improved the infiltrated water quality in terms of suspended solids, organic matter and nutrients when compared to the corresponding surface runoff potentially generated from an impervious pavement. The volume of rainwater retained inside them varied between 16 and 66% depending on the variables studied. The water infiltrated from permeable pavements subjected to a Mediterranean rainfall regime contained, in general, higher concentrations of organic matter (22 to 89 mg Chemical Oxygen Demand/l) and nutrients (0.6 to 2.1 mg Total Nitrogen/l and 0.05 to 0.45 mg Total Phosphorus/l) than those under Atlantic regime. However, the latter infiltrated higher loadings in terms of mass. Nitrogen was the substance that infiltrated the most, reaching a 25% of the total mass of nitrogen deposited on the pavements surface. The concentration and mass loading in infiltrated water increased as the pollution build-up level did. The leachability of nutrients and organic matter was greater for high rainfall intensities. The results suggest that it is essential to carry out an adequate cleaning in dry conditions, especially when high intensity rainfall events are foreseen, because of its greater capacity to mobilize pollutants.

Carmen Hernández-Crespo, Miriam Fernández-Gonzalvo, Miguel Martín, Ignacio Andrés-Doménech.
Instituto Ingeniería del Agua y Medio Ambiente. Universitat Politècnica de València.

Carmen Hernández-Crespo, Miriam Fernández-Gonzalvo, Miguel Martín, Ignacio Andrés-Doménech. 2019. Influence of rainfall intensity and pollution build-up levels on water quality and quantity response of permeable pavements. Science of The Total Environment. 684. 303-313. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.271

Fuente: Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (UPV).
Publicado en Boletín electrónico nº49 del IIAMA-UPV (30/04/2020).
Publicado con autorización expresa del autor.