Projectes Nacionals del GHS

Projectes Recents

REcàrrega gestionada d'aqüífers i ús de SubsTrats ORgànics per Accelerar la renaturalització de l'aigua (RESTORA)

https://restora.h2ogeo.upc.edu/

REFERÈNCIA: ACA210/18/0040

INVESTIGADORS PRINCIPALS : JESUS CARRERA / PAULA RODRIGUEZ

DOTACIÓ : 211.254€

DURACIÓ: 2020-2023

L’objectiu general de RESTORA és millorar la recàrrega gestionada d’aqüífers mitjançant capes reactives i demostrar que és una tecnologia segura capaç d’assumir els nous reptes de
contaminació que, acoblada a un sistema de depuració convencional, permet renaturalitzar l’aigua a l’aqüífer sense cap risc sobre la salut humana ni l’ecosistema, beneficiant a la zona
hiporreica i a la seguretat hídrica de Catalunya (en termes de quantitat i qualitat). El sistema de recàrrega estudiat simularà basses d’infiltració amb capes reactives formades amb substrats
orgànics. A més, també es testarà l’acoblament de fluxos caòtics per tal de millorar la mescla i la degradació de contaminants. Els nous reptes de contaminació se centraran en: patògens,
compostos orgànics emergents i en els seus productes de transformació (fent èmfasi en disruptors endocrins i en antibiòtics), en nanopartícules, microplàstics i en contaminacions
biològiques, principalment, per gens de resistència a antibiòtics. Per tal d’avaluar l’impacte sobre l’ecosistema es realitzaran tests de toxicitat, els resultats dels quals s’incorporaran a
estudis d’avaluació de risc.

Més informació a la pàgina web del projecte: RESTORA (https://restora.h2ogeo.upc.edu/ i https://twitter.com/ProjecteRestora)

ESTUDI MULTIDISCIPLINAR DEL LITORAL PER L'EVALUACIÓ DE RECURSOS HÍDRICS SUBTERRÁNIS ESTRATÉGICS I LA MILLORA DELS ECOSISTEMES COSTANERS

REFERENCIA: ACA210/18/00007

INVESTIGADOR PRINCIPAL: ALBERT FOLCH

DOTACIÓ:199.118€

DURACIÓ:2020-2023

RESUM

L’objectiu d’aquest projecte és desenvolupar una metodologia de caracterització en temps real de la intrusió marina i la descàrrega submarina de nutrients, tot combinant tecnologies emergents com la TEM-C amb mètodes hidrogeològics i oceanogràfics, aprofitant l’experiència dels projectes MEDISTRAES (2014-2019) i ENIGMA (2017-2020) per a la millora de la caracterització i quantificació de descàrrega i la identificació de recursos hídrics subterranis estratègics a la zona costanera. Per assolir aquest objectiu general es presenten dos objectius específics de TERRAMAR:

Caracteritzar i quantificar els processos de mescla que tenen lloc als aqüífers litorals al·luvials, així com els cicles biogeoquímics que regulen la transferència de compostos dissolts al mar. Aquesta caracterització requereix una avaluació conjunta de la dinàmica de la intrusió salina i la descàrrega submarina d’aigua subterrània al mar i, per tant, la integració de diversos mètodes i disciplines. Els diferents mètodes utilitzats inclouen principalment la tomografia elèctrica marina contínua (TEM-C), la caracterització hidrogeoquímica de l’aqüífer costaner (ions majoritaris, nutrients, elements traça) i l’anàlisi isotòpic (radi, nitrogen i carboni) a múltiples piezòmetres i al litoral a l’emplaçament experimental de MEDSITRAES.
Validació de la TEM-C com a mètode de cribratge de baix cost per a identificar zones de descàrrega d’aigua dolça subterrània, amb implicacions per als ecosistemes costaners, i valorant els potencials recursos hídrics subterranis estratègics. Per aquesta validació s’aprofitarà el coneixement de detall del lloc MEDISTRAES a terra i a mar (sub-objectiu 1) per valorar la informació dels aqüífers que es pot obtenir des de mar. Posteriorment, es prendrà com a referència la massa d’aigua subterrània del Maresme (18) per a la seva aplicació a gran escala, elaborant un protocol d’actuació per com ampliar la seva aplicació a tota la costa de Catalunya.

ATENUACIÓ NATURAL DE PATOGENS I CONTAMINANTS ORGÀNICS EN MEDI PORÓS DURANT OPERACIONS DE RECARREGA GESTIONADA D'AQÜIFERS

REFERÈNCIA: RTI2018-101990-B-I00
Investigador principal: FRANCISCO JAVIER SANCHEZ VILA
Import projecte: 213000€

Resumen:

MONOPOLIOS aborda dos amenazes potencials planteades per les aigües subterràneas: els virus patógens i els composts orgànics emergents (EOCs) en el context de les pràctiques de recarrega gestionada d'aqüífers. El projecte combina experimentos a dos escalas diferentes, discriminación de los procesos más relevantes que caracterizan el transporte de virus y EOCs, la formulación de modelos conceptuales, el desarrollo de métodos numéricos, el modelado a diferentes escalas, las formulaciones de cambio de escala y la evaluación de riesgos. El objetivo del proyecto es comprender los procesos que limitan la atenuación natural de los contaminantes orgánicos y patógenos en medios porosos, con el objetivo final de disminuir el riesgo para la salud humana durante las prácticas de recarga gestionada de acuíferos en un enfoque bottom-up, multiescala e interdisciplinario. MONOPOLIOS parte del conocimiento limitado que existe sobre el transporte de virus patógenos y EOC de interés en medios porosos, cómo se retienen o desactivan cuando viajan hacia los pozos de bombeo, manantiales naturales o cuerpos de agua superficiales, y si pueden llegar a infectar o afectar a seres humanos o ecosistemas. Con respecto a los virus patógenos, los experimentos de laboratorio o de campo no pueden usar patógenos reales por razones obvias; por lo tanto, proponemos el uso de proxies no patógenos en forma de nanopartículas, que deben seleccionarse correctamente (en realidad, diseñarse). Con respecto a los EOCs, muy pocas moléculas se han investigado a fondo en términos de su degradación bajo diferentes condiciones redox, y si sus metabolitos son o no peligrosos, por lo que explorarlos en términos de coeficientes de retardo y de desactivación de primer orden es muy simplista y no reproduce en absoluto los procesos reales.

MONOPOLIOS explora los procesos de transporte relevantes, postula las ecuaciones de gobierno y desarrolla modelos numéricos que pueden manejar estas ecuaciones, utilizando técnicas modernas basadas en enfoques totalmente Lagrangianos donde los patógenos o las moléculas se modelan como partículas reactivas sometidas a una serie de procesos geoquímicos complejos no lineales. Estas técnicas se implementarán en códigos numéricos con el objetivo de modelar los experimentos realizados en el laboratorio y también en campo, concretamente en un sitio piloto de Palamos, ya monitoreado para este propósito. Un punto muy relevante es el enfoque multiescala que exige la necesidad de una aproximación formal a los procesos, parámetros y ecuaciones que rigen a cada una de las escalas de interés. Los resultados que se obtendrán se utilizarán para reevaluar el riesgo asociado a las prácticas de MAR, en particular el impacto de un enfoque reciente desarrollado en un proyecto anterior de RETOS, el de la implementación de un flujo caótico para mejorar la degradación de las moléculas de EOC, que potencialmente podrían ser contraproducente en términos de propagación de patógenos.

Articles relacionats en revistes:

Rodríguez-Escales, P., Sanchez-Vila, X. (2020) Modeling the fate of UV filters in subsurface: Co-metabolic degradation and the role of biomass in sorption processes, Water Research 168, Art no. 11519.

Rodríguez-Escales, P., Barba, C., Sanchez-Vila, X., Jacques, D., Folch, A. (2020) Coupling flow, heat and reactive transport modelling to reproduce in-situ redox potential evolution: application to an infiltration pond (in press).

Sole‐Mari, G., Fernàndez‐Garcia, D., Sanchez‐Vila, X., Bolster D. (2020) Lagrangian modeling of mixing‐limited reactive transport in porous media: Multirate Interaction by exchange with the mean, Water Resources Research, Vol 56 (8), https://doi.org/10.1029/2019WR026993

Articles relacionats en congressos:

BARBA, C., RODRIGUEZ-ESCALES, P., SANCHEZ-VILA, X., MARCE, R., FOLCH, A. Evaluating the influence of temperature and redox conditions during the infiltration in a recharge pond located in the Llobregat river basin. Goldschmidt2019, Barcelona 18-23 Agosto, 2019.

BERTRAN-OLLER, O., FERNANDEZ-GARCIA, D., RODRIGUEZ-ESCALES, P., SOLE-MARI, G. Chaotic flows as a tool to control preferential paths in heterogeneous porous media. EGU General Assembly 2019- Vol, 21, EGU2019-17327

CANELLES, A., RODRIGUEZ-ESCALES, P., MODRZYNSKI, J., ALBERS, C., AAMAND, J., SANCHEZ-VILA, X. (2019) Emerging organic contaminants (EOCs) and inorganic nutrients modelling in MAR wastewater column experiments. Goldschmidt2019, Barcelona 18-23 Agosto, 2019.

FERNANDEZ-GARCIA, D., SOLE-MARI, G. RIVA, M., GUADAGNINI, A., SANCHEZ-VILA, X. (2019) Solute transport in generalized sub-gaussian hydraulic conductivity distributions. EGU General Assembly 2019- Vol, 21, EGU2019-17813

RODRIGUEZ-ESCALES, P., SANCHEZ-VILA, X. (2019) Evaluating the fate of four ultraviolet filters in the subsurface: the effect of redox conditions in degradation and sorption. Goldschmidt2019, Barcelona 18-23 Agosto, 2019.

RODRIGUEZ-ESCALES, P., BARBA, C., SANCHEZ-VILA, X., FOLCH, A. (2020) Modeling the redox potencial during the infiltration in a recharge pond located in the Llobregat river basin. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-19505

SANCHEZ-VILA, X. (2019) An Overlook to New Research Ideas in Groundwater Modelling (Invitada). AGU Fall Meeting, San Francisco 9-13 Diciembre 2019.

SANCHEZ-VILA, X., RODRIGUEZ-ESCALES, P. (2019) The Effect of Redox Conditions and the Role of Biomass in the Fate of Ultraviolet Filters in Porous Media. AGU Fall Meeting, San Francisco 9-13 Diciembre 2019.

SANCHEZ-VILA, X., RODRIGUEZ-ESCALES, P. (2020) Evaluating the role of biomass in the sorption of four UV-Filters. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-19874

SOLE-MARI, G., FERNANDEZ-GARCIA, D., BOLSTER, D., SANCHEZ-VILA, X. (2019) Modeling reactive transport with local mixing limitation via random walk particle tracking. Goldschmidt2019, Barcelona 18-23 Agosto, 2019.

SOLE-MARI, G., FERNANDEZ-GARCIA, D., BOLSTER, D., SANCHEZ-VILA, X. (2019) Lagrangian Simulation of reactive transport: the space-time adaptive reaction supports (STARS) method. EGU General Assembly 2019- Vol, 21, EGU2019-16876

MANAGED AQUIFER RECHARGE: ADDRESSING THE RISKS OF RECHARGING REGENERATED WATER (MARADENTRO)

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: PCI2019-1034254
Total financiat: 100.000€
Duració: 17/05/2019-16/05/2022
Investigator principal: Maarten Saaltink

Climate change and the expansion of urban areas worldwide is a major threat for sustainable and safe drinking water supplies. Managed Aquifer Recharge (MAR) is generally viewed as a powerful tool for replenishing depleted aquifers and for restoring ecological services of rivers with limited consumption of energy and chemicals[1]. Natural MAR systems based on water filtration during soil passage have proven to retain suspended particles and colloids, including microorganisms, and to favor biodegradation of contaminants, resulting in significant water quality improvement. However, periodic detection of pathogens in groundwater (GW), some with severe human health impacts[2], has led to strict quality requirements that effectively impede the use of low-quality water for MAR. This is paradoxical because potable water treatment during the XIX century simply consisted of sand filtering to remove pathogens and caused a life expectancy increase of some 20 years[3]. This paradox is well reflected on the on-going debate about quality requirements for GW recharge. Health protection authorities recommend strict controls on the water used for MAR, while several major cities experience that recharge using wastewater can be safe. As a result, the JRC[4] failed to reach a consensus on MAR water quality recommendations. The situation is unsatisfactory. Prudence demands regulations, while fear hinders actual implementation of MAR. New effective treatment strategies based on MAR can be the solution. The objective of MARadentro is to address the risk issue and provide recommendations on how to accomplish efficient MAR to guarantee human health, ecosystems protection and public acceptance on water reuse while increasing the fresh water resources.

Population increase is causing a severe shortage in water reserves, leading to aquifers overexploitation. The problem is especially severe in arid or semi-arid areas, where climate change is causing a reduction in rainfall. Lowering aquifer heads causes degradation of ecosystem functioning. For example, the loss of base flow in rivers implies the loss of hyporheic flow exchange, and thus biodiversity and its contaminants degradation services, causing rivers to become canals. Moreover, overexploitation impacts society and human well-fare as it directly affects food and fiber production, as well as prosperous development of urban areas. Reversing this negative trend requires the incorporation of low economic/energetic/water footprint technologies that allow the reuse/re-naturalization of water to increase the resilience and the adaptive capacity facing climate change.

In this context, MAR is an excellent option not only because it increases available water resources, thus increasing water use efficiency, but also because by recovering water levels it contributes to maintain wetlands and hyporheic flow in rivers. MAR may also be used to prevent seawater intrusion, thus helping in the protection of coastal ecosystems.

Despite its advantages, the implementation of MAR is still under debate. It was generally believed that pathogens did not move through porous media and that natural degradation processes removed most contaminants. However, outbreaks have shown that pathogens may reach pumping wells. Waterborne pathogens are diverse in size, infection dose, and survival and transport capacities in soils. Therefore, the behavior of different pathogens needs to be examined to reduce health risks in any water reclamation process⁵. However, a better understanding of factors influencing transport and fate of microorganisms is urgently needed to assess the risk of microbial contamination of aquifers, and to develop control strategies and treatment approaches.

Anthropogenic pollutants have increased dramatically in all water resources during the last five decades and forced many countries to impose strict water quality requirements on the source water for MAR. In practice, these requirements are so strict that even rainfall does not qualify due to high levels of suspended solids and low pH. The debate caused the JRC⁴ to abstain from producing recommendations for MAR, as they would have made illegal numerous systems that have worked properly in several European countries for more than 50 years.

Moreover, growing pressures on water resources appear continuously, which makes it difficult for water engineers to address them in the framework of an integrated approach to manage the water cycle and to support circular economy. An attractive alternative is to use MAR as a tertiary treatment to ensure pollutants and pathogens removal by adding a reactive layer. By increasing the reactive surface, allowing diverse microbial communities to develop and creating a range of redox states, reactive layers have proven efficient for contaminants degradation. However, experience is limited regarding the optimal design for efficient functionality of these layers.

In addition to the technical aspects not yet resolved on MAR, the great challenge is the “human factor” on water reuse, which must be considered to achieve a positive response from the public leading to the smooth implementation of MAR.

MEZCLA Y DISPERSION EN EL TRANSPORTE DE ENERGIA Y SOLUTOS III

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: PID2019-110212RB-C22
Financiació:186.340€
Duració: 01/01/2020-31/12/2023
Investigador principal: Albert Folch Sancho

Resum

Aquest projecte (MD3_UPC) és un subprojecte de MD3, els objectius principals són (1) estimar el flux de nutrients a la mar durant la descàrrega d'aigües subterrànies (SGD), de vital importància per als ecosistemes marins, (2) entendre i controlar la intrusió d'aigua de mar (SWI), la qual afecta la major part d'aqüífers costaners, i (3) entendre els processos geoquímics a la zona de barreja entre la descàrrega d'aigua dolça i la intrusió d'aigua de mar. Amb aquest objectiu hem realitzat importants avenços tant en la caracterització de la SWI com de la SGE (desenvolupant un una zona pilot única a Argentona, a 40 km a nord de Barcelona) i en la modelització dels processos de mescla. En concret hem desenvolupat nous mètodes de caracterització d'aqüífers costaners
(Tomografia elèctrica entre sondejos, assajos tèrmics, nous mètodes d'interpretació de Ra, Rn i assajos hidràulics, així com en la descripció de l'transport en mitjans heterogenis (enfocament multi-advetivo de mescla). No obstant això, durant el procés ens hem trobat amb nombroses sorpreses que han posat en dubte el paradigma establert de la SWI (p.ex. hem explicat les anomalies freqüents en perfils de salinitat, que poden ser enganyoses, i per què la representació habitual de l'SWI pot no ser vàlida en aqüífers heterogenis reals. aquestes sorpreses han retardat el compliment de part dels objectius globals motiu pel qual proposem avançar en tres direccions: Consolidar el paradigma de la SWI amb nous mètodes de caracterització, desenvolupar noves tècniques per a la caracterització de la SGE, i buscar indicadors de SWI and SGD que es puguin aplicar per les confederacions hidrogràfiques i / o agències de l'aigua de forma habitual.
En aquest context, MD3-UPC serà el responsable de la modelització, els treballs de camp i l'extensió de la SGE i la SWI a escala regional. En el paquet de treball (WP) de modelització el repte principal és la representació de la intensa dinàmica que es dóna en una zona de barreja multicapa el qual s'abordarà amb codis ja existents i amb noves formulacions efectives de transport. Al camp, es desenvoluparan nous mètodes de caracterització de la SWI i la SGE. De forma específica s'emfatitzaran nous sistemes de monitorització (looging d'inducció per a la salinitat, mesura contínua de la pressió, caracterització de la SGE offshore mitjançant tomografia elèctrica marina i mitjançant imatges i mesures tèrmiques tant de la superfície com de el fons de la mar). També liderarem la caracterització regional mitjançant eines que puguin ser utilitzades per agències de l'aigua (tant en mar com en terra). En aquesta línia, investigarem el possible ús de comunitats microbianes com a potencials indicadors de mescla i de la dinàmica de l'aqüífer així com de la descàrrega d'aigua subterrània, tomografia elèctrica off-shore per identificar zones de descàrrega d'aigua dolça, i imatges tèrmiques mitjançant drones i Landsat 8 en aquells períodes en què hi hagi un contrast alt entre la temperatura d'l'aigua dolça i la de la mar.

MEZCLA Y DISPERSION EN EL TRANSPORTE DE ENERGIA Y SOLUTOS III

Referència: PID2019-110212RB-C22 (CSIC-Coordinador)

Financiació:190.000 €

Duració: 01/01/2020-31/12/2023

Investigador principal: Jesus Carrera Ramirez

RESUM (CSIC)

MD3 te com objetiu aprofitar els treballs realitzats i la infraestructura de camp i laboratori creada durant MD1 y MD2, al temps que amplia l'abast a una escala més gran. Així dons, els objectius de MD 3 son similars als de MD2 però enfatitzant les reaccions que es produeixen a la zona de mescla de agua dolça-salada, i específicament a aquelles que afecten a la movilitat de Ra, Rn i nutriens i compostos orgànics que son retornats a l'oceà. Per du a terme tot això, destaquem la caracterització de l'aqüífer mar en dintre, ja que els procesos que es produeixen almar tenen un efecte significatiu al aqüífer interior. A més, volem avaluar nous trazadors/indicadors potencials per compendre la dinàmica de l'aqüífer a diferents escalas, així com els procesos biogeoquímics que tenen lloc (comunitats microbianas). Així, la motivació última del projecte es avançar en la vinculació de la hidrogeología amb la oceanografia i la hidrogeologia.

Per tant, el objectiu principal del projecte es desenvolupar métodes per caracteritzar SWI y SGD a escala local, interior i costa afora, i exterdre'ls a escala regional per la millora de la gestió de les aigues subterrànies als aqüífers costers.

Projectes 2010

Incremento en la degradación de compuestos emergentes mediante flujo caótico

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2015-69768-R
Import: 179.080€
Duració: 01/01/2016-31/12/2017
Investigador Principal: Daniel Fernández García

RESUM

La recarga gestionada de acuíferos (MAR por sus siglas en inglés) es una tecnología que facilita el flujo de aguas superficiales hacia el acuífero, contribuyendo a aumentar los recursos hídricos en una masa de agua. Además, las técnicas MAR pueden contribuir a mejorar la calidad del agua recargada durante el proceso de infiltración y una vez alcanza el nivel freático, si se estimulan las reacciones de reducción-oxidación (RedOx) en el medio, favoreciéndose así la degradación de los contaminantes más comunes (amonio, nitrato). En los últimos años se ha detectado además la presencia de Compuestos Orgánicos Emergentes (EOCs) en las aguas de recarga, con posibles afecciones a la calidad del agua subterránea. Estos compuestos corresponden a productos farmacéuticos, de belleza personal, o bien asociados a procesos industriales o a la agricultura. Esta mezcla de contaminantes se comporta de manera distinta en el medio y cada especie individual se degrada bajo distintas condiciones ambientales (estado redox, Tª, pH…), generalmente por co-metabolismo. Los efectos negativos asociados a la presencia de estos EOCs en el acuífero sobre la salud humana o de los ecosistemas es importante para una gestión sostenible de los recursos hídricos. Por este motivo, INDEMNE investigará una nueva estrategia para disminuir el riesgo a la salud durante los episodios de recarga. INDEMNE propone aplicar secuencias de inyección-extracción en el acuífero durante los procesos de recarga, con el objetivo de aumentar el contacto entre el agua recargada y el agua presente en los acuíferos. De este modo, se estimula la mezcla de aguas con distinta firma geoquímica, facilitando la formación de secuencias RedOx y estimulando algunas reacciones bio-geoquímicas, con el objetivo de conseguir una mayor degradación de algunos EOCs seleccionados. Para ello, INDEMNE investigará los procesos fundamentales asociados al transporte y degradación de EOCs a distintas escalas de trabajo, y desarrollará métodos y herramientas de evaluación del riesgo para gestionar la presencia de estos contaminantes durante las operaciones de MAR. En primer lugar, se caracterizarán los procesos hidrobioquímicos fundamentales que gobiernan el transporte de los EOCs en el subsuelo. Este proceso de caracterización se desarrollará en experimentos de columna en laboratorio. Posteriormente se reescalarán estos procesos a una escala intermedia en un tanque de laboratorio, donde se realizará la reconstrucción de un acuífero. Esto permitirá analizar los beneficios de la secuencia de inyección-extracción bajo condiciones controladas de laboratorio. Finalmente, en INDEMNE se trabajará a escala de campo utilizando un emplazamiento experimental ya existente y parcialmente instrumentado. Los resultados experimentales y de campo se complementarán con el desarrollo de modelos numéricos capaces de reproducir los procesos hidro-biogeoquímicos experimentados por los EOCs durante su transporte a través de un medio poroso. Estos modelos incorporarán un análisis de riesgo que facilitará el desarrollo de metodologías para tomar de decisiones que minimicen dicho riesgo asociado a la presencia de EOCs en aguas de suministro. Además, los modelos permitirán detectar los factores claves que controlan el riesgo asociado a la presencia de EOCs y ayudarán a determinar el mejor escenario de inyección-extracción. En último término, estas herramientas se usarán para diseñar una nueva aplicación MAR en el acuífero del Llobregat.

Purificación acelerada de agua mediante recarga artificial de acuíferos – Una herramienta para restaurar los recursos hídricos.

Entitat Financiadora: MICINN. INICIATIVA INTERNACIONAL: Water JPI - WaterWorks 2014
Referència: PCIN-2015-239.
Import: 110.000€
Duració: 01/01/2016-31/12/2018
Investigador Principal: Francisco Javier Sánchez Vila

RESUM

El agua es esencial para la vida, no sólo para consumo directo, sino también por requisitos sanitarios y para la producción agrícola e industrial. El agua potable es limitada y el ratio demanda/oferta está aumentando debido al crecimiento de la población, el aumento de la riqueza y el cambio climático. Es urgente el desarrollo de técnicas eficientes, sostenibles y rentables para la purificación del agua y la reutilización. La recarga gestionada de acuíferos es una técnica para reponer los acuíferos sobreexplotados que se basa en recargar agua de calidad insuficiente para el suministro, infiltrándola en balsas para que mejore su calidad al pasar por suelos y sedimentos en su camino hacia el punto de captación. Aunque la recarga gestionada o artificial se ha utilizado durante décadas, en términos de calidad de agua suele tratarse como una caja negra, obviando el papel de los microorganismos y procesos metabólicos implicados. ACWAPUR tiene como objetivo desarrollar técnicas innovadoras, herramientas y directrices de gestión para evitar la lixiviación de los organismos patógenos, nutrientes inorgánicos y contaminantes orgánicos a los acuíferos durante el proceso de recarga. Esto se logrará mediante la construcción de barreras porosas reactivas avanzadas, que impidan la lixiviación de patógenos y al mismo tiempo proporcionen las condiciones óptimas para favorecer los procesos de degradación microbiana. Las barreras contendrán capas de materia orgánica que, por una parte, promueven la adsorción de contaminantes orgánicos y, por otra, facilitan la creación de diferentes condiciones redox, para acelerar los procesos de degradación anaeróbica mediante : 1) la estimulación de bacterias oxidantes de amonio, para facilitar la degradación co-metabólica de contaminantes; 2) el suministro de bacterias o nutrientes específicos; 3) la adición de carbono orgánico fácilmente degradable para facilitar la eliminación de nitrógeno por desnitrificación; 4) el recubrimiento de los sedimentos con óxidos de hierro para facilitar la adsorción de bacterias patógenas; y 5) la introducción de plantas y seguimiento de su ciclo de vida para prevenir la colmatación y aportar carbono orgánico. Además de los avances en la biotecnología de tratamiento de agua, el principal resultado de ACWAPUR radicará en el diseño de prototipos de barreras reactivas, herramientas para mejorar la purificación y directrices de gestión.

En este contexto, la participación española incluye (1) reacondicionar la balsa de recarga de Sant Vicenç dels Horts (Barcelona) para probar los avances anteriores; (2) el seguimiento de reacciones catalizadas por microorganismos dependiendo del estado redox, (3) el desarrollo de conceptos para simular la localización de reacciones, que ocurren en microambientes locales, y que no ocurrirían en medios porosos bajo condiciones de mezcla completa, y (4) la implementación y aplicación de estos conceptos a los ensayos de campo y en columna (laboratorio).

Las necesidades de agua, la disponibilidad, la calidad y la sostenibilidad

Entitat Financiadora: MICINN. INICIATIVA INTERNACIONAL: Water JPI - WaterWorks 2014
Referència: PCIN-2015-248.
Import: 110.000€
Duració: 01/01/2016-31/12/2017
Investigador Principal: Daniel Fernández García

RESUM

El agua subterránea (GW) es una fuente de suministro de agua en Europa de gran relevancia. Este recurso natural está en peligro creciente por la confluencia de varios factores: sobreexplotación, políticas inadecuadas de gestión del agua, y contaminación antropogénica creciente. Omitir las consecuencias del agotamiento progresivo de los acuíferos y del deterioro de su calidad, resulta en políticas de recursos hídricos insostenibles. El objetivo de WE-NEED en su conjunto es desarrollar nuevas estrategias de gestión para la explotación sostenible de dos recursos subterráneos comunes: pozos de abastecimiento y manantiales naturales empleados para riego de cultivos. El consorcio, formado por instituciones de 4 países, explorará tres temas principales: (i) construir modelos conceptuales a nivel de cuenca para describir las interacciones que tienen lugar a distintas escalas espaciales y temporales entre aguas subterráneas y superficiales; (ii) caracterizar el destino de algunos compuestos orgánicos emergentes (COEs) presentes en los acuíferos y su posible afección a la calidad de las aguas subterráneas; y (iii) cuantificar el efecto de múltiples fuentes de incertidumbre sobre la gestión sostenible y la protección de las masas de agua subterránea.

La propuesta individual del Grupo de Hidrogeología (UPC) involucra los dos últimos puntos. Por un lado, abordaremos la evolución de las concentraciones de COEs presentes en los acuíferos. Mientras que el transporte reactivo de solutos es un tema muy tratado en la literatura, se sabe poco sobre el vínculo real entre la degradación de los COEs bajo condiciones redox dadas y en presencia de bacterias que catalizan las reacciones químicas. El resultado es un sistema de ecuaciones fuertemente no lineal, que debe ser primero formulado, y luego resuelto numéricamente. Para este último punto proponemos desarrollar nuevos métodos numéricos basados en el seguimiento de partículas, ya que los métodos existentes no pueden hacer frente a reacciones no lineales complejas. El segundo tema a abordar es la evaluación del riesgo asociado a las prácticas hidrogeológicas relacionadas con la extracción de agua (pozos o manantiales). El análisis de riesgos se basará en la evaluación de la exposición de un organismo a las concentraciones de COEs, combinada con estudios ecotoxicológicos. Debido a que los medios geológicos son espacialmente variables en una multiplicidad de escalas, la predicción del flujo y el transporte, y sus interacciones con los procesos superficiales, son retos formidables. El estudio se extenderá para acoplar los procesos bioquímicos, evaluando la dinámica de la evolución de biomasa y biopelículas, con el objetivo de entender en detalle los procesos a pequeña escala y transferirlos a una escala superior. La cuantificación del riesgo se abordará en un marco probabilista, que implica la multidisciplinariedad mediante la combinación de ciencias naturales y sociales. El resultado final será una herramienta de toma de decisiones para el uso sostenible del agua.

Los resultados obtenidos se transpondrán desde el punto de vista práctico a dos emplazamientos en Italia, parcialmente monitorizados. Estos sitios son arquetípicos de dos realidades distintas del trinomio AGUA-COMIDA-ENERGÍA, mientras que en uno de los emplazamientos se añade un cuarto elemento, el PATRIMONIO CULTURAL, y pueden considerarse representativos de diversos entornos ambientales de interés en Europa.

Estabilidad de elementos trazas en precipitados de drenajes acidos de mina: usos potenciales e implicaciones

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2013-48460-C2-2-R
Import total: 116.160 Euros
Duració: 01/01/2014 al 31/12/2016
Investigador principal: Carlos Ayora Ibañez

Mezcla y dispersión en el Transporte de Energía y Solutos I

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2013-48869-C2-1-R y CGL2013-48869-C2-2-R
Import total: 274.670 Euros
Duració: 01/01/2014 al 31/12/2016
Investigadores principales: Jesús Carrera (Coordinador) y Maarten Saaltink
Projecte coordinat: UPC-CSIC

RESUM

El Transport Reactiu és essencial per a molts problemes ambientals, incloent les aigües subterrànies, que són el focus d'aquesta proposta. L'heterogeneïtat del medi permeable natural fa que els enfocaments Fickianos clàssics (equació d'advecció-dispersió, EAD) fallin. El problema bàsic de la EAD és que equipara la dispersió (extensió: creixement dels volums de solut) i la barreja (dilució: dissipació de la variabilitat de la concentració). Aquesta és especialment important, ja que controla la velocitat de moltes reaccions químiques, en controlar la velocitat a la qual es barregen els reactius i a la qual arriben les superfícies reactives. Dispersió i mescla estan íntimament lligats, però són processos diferents.
Hem vingut treballant en enfocaments no Fickianos (MRMT, CTRW, entre d'altres) per superar les limitacions de la EAD. Si bé s'han aconseguit èxits per a la dispersió de soluts inerts, els avenços per als reactius han estat molt més modestos.
El nostre objectiu és triple. En primer lloc, avançarem en la formulació no-local del transport per tal de fer-la aplicable a problemes reals. En segon lloc, l'aplicarem a l'intercanvi de calor, sobre el qual conjecturem que la dissipació local està controlada per la conductivitat tèrmica, mentre que la mida de la ploma tèrmica està controlada per la dispersió. En tercer lloc, aplicarem aquests avenços als processos geoquímics a la interfície aigua dolça-salada d'aqüífers costaners, on conjecturem que la barreja, en lloc de la dispersió, controla les reaccions de dissolució-precipitació i intercanvi catiònic. Això últim és especialment rellevant per a l'avaluació de la descàrrega submarina d'aigües subterrànies (DSAS), que actualment s'avalua mitjançant el flux de ràdio. Aquest flux pot estar controlat per desorció a la zona de mescla, que esperem representar amb més precisió.
Per provar la teoria, dissenyarem nous experiments de laboratori per avaluar la dispersió, mitjançant traçadors inerts, i la barreja, a partir de compostos reactius que mesurin l'intercanvi catiònic o les reaccions de dissolució-precipitació ràpides. Paral·lelament, es duran a terme nous experiments de camp Argentona per avaluar: (1) Els processos geoquímics a la zona de mescla, (2) la DSAS, mitjançant mesures al mar ia terra, i (3) les taxes de dissipació de calor en els intercanviadors de calor en condicions de flux variables. Les activitats de camp inclouen mètodes experimentals nous (elèctrodes en l'espai anular del pou, al costat d'una fibra òptica i un cable escalfador, per controlar el flux de l'aigua a la zona de barreja amb alta resolució espacial; experiments d'intercanvi de calor i de traçadors inerts i reactius per avaluar la dispersió i la barreja amb diferents números de Peclet, etc.). Això, juntament amb el desenvolupament de codis de generar una activitat comercial, tant a Espanya com a l'estranger.

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Títol: Descontaminación en medio poroso mediante fluctuaciones temporales del flujo de agua.

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2012-38120
Import total: 85.410 Euros
Duració: 01/01/2013 al 31/12/2015
Investigador principal: Daniel Fernández García

Publicacions

Rahbaralam M., D Fernàndez-Garcia, X Sanchez-Vila (2015), Do we really need a large number of particles to simulate bimolecular reactive transport with random walk methods? A kernel density estimation approach, Journal of Computational Physics, 303, 95-104.
Henri, C. V., and D. Fernàndez-Garcia (2015), A random walk solution for modeling solute transport with network reactions and multi-rate mass transfer in heterogeneous systems: Impact of biofilms, Advances in Water Resources, 86, 119-132.
Siirila-Woodburn, E. R., D. Fernàndez-Garcia, and X. Sanchez-Vila (2015), Improving the accuracy of risk prediction from particle-based breakthrough curves reconstructed with kernel density estimators, Water Resour. Res., 51, doi:10.1002/2014WR016394.
Henri, C. V., D. Fernàndez-Garcia, and F. P. J. Barros (2015), Probabilistic human health risk assessment of degradation-related chemical mixtures in heterogeneous aquifers: Risk statistics, hot spots, and preferential channels, Water Resour. Res., 51, doi:10.1002/2014WR016717.
Fernàndez-Garcia, D., and X. Sanchez-Vila (2015), Mathematical equivalence between time-dependent single-rate and multirate mass transfer models, Water Resour. Res., 51, 3166–3180, doi:10.1002/2014WR016348.
Freixa A., S. Rubol, A. Carles-Brangarí, D. Fernàndez-Garcia, A. Butturini, X. Sanchez-Vila, A.M. Romaní (2016), The effects of sediment depth and oxygen concentration on the use of organic matter: An experimental study using an infiltration sediment tank, Science of The Total Environment, 540, 20-31.
Dutta T., A. Carles-Brangarí, D. Fernàndez-Garcia, S.Rubol, J. Tirado-Conde, X. Sanchez-Vila (2015), Vadose zone oxygen (O2) dynamics during drying and wetting cycles: An artificial recharge laboratory experiment, Journal of Hydrology, 527, 151-159.
Siirila-Woodburn, E. R., X. Sanchez-Vila, and D. Fernàndez-Garcia (2015), On the formation of multiple local peaks in breakthrough curves, Water Resour. Res., 51, doi:10.1002/2014WR015840.
Henri, C. V., and D. Fernàndez-Garcia (2014), Toward efficiency in heterogeneous multispecies reactive transport modeling: A particle-tracking solution for first-order network reactions, Water Resour. Res., 50, doi:10.1002/2013WR014956.
Rubol S, A Freixa, A Carles-Brangarí, D Fernàndez-Garcia, AM Romaní, X. Sanchez-vila (2014), Connecting bacterial colonization to physical and biochemical changes in a sand box infiltration experiment, Journal of Hydrology, 517, 317–327.
Pedretti, D., D. Fernàndez-Garcia, X. Sanchez-Vila, D. Bolster, and D. A. Benson (2014), Apparent directional mass-transfer capacity coefficients in three-dimensional anisotropic heterogeneous aquifers under radial convergent transport, Water Resour. Res., 50, doi:10.1002/2013WR014578.
V. Kumar, F. P.J. de Barros, M. Schuhmacher, D. Fernàndez-Garcia, X. Sanchez-Vila et al. (2013), Dynamic interactions between hydrogeological and exposure parameters in daily dose prediction under uncertainty and temporal variability, J. Hazard. Mater. 263P (2013) 197– 206, http:// dx.doi.org/ 10.1016/ j.jhazmat.2013.08.036.
F.P.J. de Barros, A. Guadagnini, M. Riva, D. Fernàndez-Garcia, X. Sanchez-Vila (2013), Controlling scaling metrics for improved characterization of well-head protection regions, Journal of Hydrology 494 (2013) 107–115.
Sanchez-Vila X., S. Rubbol, A. Carles-Brangari, D. Fernàndez-Garcia (2013), An analytical solution to study substrate-microbial dynamics in soils, Advances in Water Resources, 54, 181-190, http://dx.doi.org/10.1016/ j.advwatres. 2013.02.004.
Pedretti D., D. Fernàndez-Garcia, D. Bolster, X. Sanchez-Vila (2013), On the formation of breakthrough curves tailing during convergent flow tracer tests in three-dimensional heterogeneous aquifers, Water Resour. Res., 49, doi:10.1002/wrcr.20330.
Pedretti D. and D. Fernàndez-Garcia (2013), An automatic locally-adaptive method to estimate heavily-tailed breakthrough curves from particle distributions, Advances in Water Resources 59 (2013) 52–65.
F.P.J. de Barros, D. Fernàndez-Garcia, D. Bolster, and X. Sanchez-Vila (2013), Estimating rebound concentrations for aquifer remediation and risk analysis, Water Resour. Res., 49, 1–14.

Títol: Consolider Ingenio 2010. Assessing and predicting effects on water quantity and quality in Iberian rivers caused by global change (SCARCE)

Entitat financiadora: Micinn
Duració: Abril 2010 – Abril 2015
Quantia de la subvenció: 255094 €
Investigador responsable: Xavier Sànchez-Vila

Títol: Mejora del proceso de construcción de túneles incorporando información geológica e hidrogeológica en tiempo real

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: BIA2010 - 20244
Import total: 112.409 Euros
Duració: Enero 2011 – Diciembre 2013
Investigador principal: Enric Vàzquez

Títol: Heterogeneidad y Transporte Reactivo (HEART)

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2010-18450
Import total: 97.000 Euros
Duració: Enero 2011 – Diciembre 2013
Investigador principal: Maarten Saaltink

Publicaciones

P.K., Kang, M. Dentz, R. Juanes (2011), Phys. Rev. E, 83(3), 030101, 4 p., doi: 10.1103/PhysRevE.83.030101
P.K. Kang, M. Dentz, T. Le Borgne, J. Ruben (2011), Spatial Markov Model of Anomalous Transport Through Random Lattice Networks, Phys. Rev. Lett., 107(18), 180602, 5 p., doi: 10.1103/PhysRevLett.107.180602
Castro-Alcalá, D. Fernàndez-Garcia, J. Carrera, D. Bolster (2012) Visualization of Mixing Processes in a Heterogeneous Sand Box Aquifer, Environ. Sci. Technol., 46, 3228-3235, doi: dx.doi.org/10.1021/es201779p
P. J. De Barros, M. Dentz, J. Koch, W. Nowak (2012), Flow topology and scalar mixing in spatially heterogeneous flow fields, Geophys. Res. Lett. 39, L08404, doi: 10.1029/2012GL051302.
Bolster, M. Dentz (2012), Anomalous dispersion in chemically heterogeneous media induced by long-range correlation, J. Fluid. Mech. 695, 366-389, doi: 10.1017/jfm.2012.25
Tecklenburg, I. Neuweiler, M. Dentz, J. Carrera, S. Geiger, C. Abramowski and O. Silva (2013), A Non-Local Two-Phase Flow Model For Immiscible Displacement in Highly Heterogeneous Porous Media And Its Parameterization, Adv. Water Resour. 62, 475-487, doi: 10.1016/j.advwatres.2013.05.012.
Le Borgne, M. Dentz, E. Villermaux (2013), Stretching, coalescence and mixing in porous media, Phys. Rev. Lett., 110, 204501, doi 10.1103/PhysRevLett.110.204501.
Dentz, F. P. J. de Barros (2013), Dispersion Variance for Transport in Heterogeneous Porous Media, Water Resour. Res., 49, 3443-3461, doi: 10.1002/wrcr.20288.

Título: Mineral reaction kinetics in CO2 geological sequestration (Cinética de reacción mineral en el secuestro geológico de CO2).

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2010-20984-CO2-01
Import total: 84.000 Euros
Duració: Enero 2011 – Diciembre 2013
Investigador principal: Pep Soler

Título del proyecto: 2009 SGR 1057

Entidad financiadora: AGAUR
Duració: Septiembre 2009-Septiembre 2013
Quantia de la subvenció: 79040 euros
Investigador responsable: Xavier Sànchez-Vila

Títol: Nuevo sistema de inyección de CO2 en formaciones salinas

Entitat Financiadora: MICINN
Referència: CGL2010-11362-E
Import total: 49.000 Euros
Duració: 29-04-2011-28-04-2012
Investigador principal: Jesús Carrera

Título del proyecto: Riesgo Asociado a la Recarga Artifical de Acuíferos; una visión integrada suelo (RARA-AVIS)

Referència proyecto: CGL200911114
Entidad financiadora: Micinn
Duració: Enero 2010- Enero 2012
Quantia de la subvenció: 65000 euros
Investigador responsable: Xavier Sànchez-Vila

Títol: Atenuación natural y tratamiento pasivo de drenajes acidos de minas en la Cuenca del “Rio Odiel”

Entitat financiadora: CTM2007-66724-C02-01/TECNO
Entitats participants: CSIC
Organisme: MEC
Període: 2007-2010
Investigador principal: Carlos Ayora
Import: 210000 €

Títol: Herramientas de modelacion hidrogeológicas 3D en medios sedimentarios (HEROS)

Financiació: CGL2007-66748
Período: 01/10/2007 al 30/09/2010
Investigador principal: Radu Gogu
Import: 119.790 €

Título del proyecto: ATRAPO- Atenuación natural y tratamiento pasivo de drenajes ácidos de minas en la cuenca del Odiel

Entitat financiadora: CTM2007-66724-C02-01/TECNO
Duració: 2007- Septiembre 2010
Quantia de la subvenció: 210 k€
Investigador responsable: Carlos Ayora

Dècada 2000

Títol: Corrección de impactos asociados al ascenso de las Aguas subterráneas de Barcelona

Organisme: CICYT HID98-0468
Període: Septiembre 98 – Septiembre 00
Import: 33.927,13 €
Investigador principal: Jesús Carrera

Títol: Desarrollo y aplicación de métodos para el seguimiento del impacto sobre las aguas subterráneas del vertido de lodos mineros. El caso Aznalcóllar

Organisme: FEDER -1FD97-1867
Període: Enero 00 – Diciembre 00
Import: 40.359,04 €

Títol: Desarrollo de algoritmos de caracterización de la incertidumbre y variabilidad espacial de las propiedades hidráulicas de los acuíferos

Organisme: CICYT-HID99-0838
Període: Enero 00 – Diciembre 01
Import: 16.491,77 €
Investigador principal: Xavier Sànchez Vila

Títol: Grups de Recerca Consolidats-1999 "Grup d'hidrologia subterrània"

Organisme: Generalitat de Catalunya-SGR99-00137
Període: Enero 00 – Octubre 01
Import: 9.015,18 €
Investigador principal: Xavier Sànchez Vila

Títol: Equipo de registro geofísico multiparámetrico en sondeos

Organisme: REN2001-4797-E/HID
Període: Junio 02 – Diciembre 02
Import: 37.000,00 €
Investigador Principal: Xavier Sánchez-Vila

Títol: Procesos de atenuación de la oxidación de sulfuros en residuos mineros del so de iberia

Organisme: CICYT-REN2000-1003-C03/HID
Període: Diciembre 00 – Diciembre 03
Import: 29.617,88 €

Títol: Grups de Recerca Consolidats-2001 "Grup d'hidrologia subterrània"

Organisme: Generalitat de Catalunya-SGR01-00239
Període: Diciembre 01 – Diciembre 04
Import: 41.469,84 €
Investigador principal: Xavier Sànchez Vila

Títol: ATRAPAME: Alternativas para el tratamiento pasivo de aguas contaminadas con metales

Financiació: MCy T
Període: 2003 - 2005
Import:
Enric Vàzquez

Títol: DRAMA: Drenaje Ácido de MinA: Prevención, Atenuación natural y Tratamiento pasivo

Financiació: MCy T
Període: 2003 - 2006
Import: 91200,00 €
Carlos Ayora

Títol: Estudio Geoestadístico de los Procesos de Transporte en Medios Fracturados

Període: 2005 – 2008
Organisme: CICYT PB90-1015
Enric Vàzquez

Títol: Grups de Recerca Consolidats-2005 "Grup d'hidrologia subterrània"

Organisme: Generalitat de Catalunya-SGR05-686
Període: 2005 – 2008
Import: 52600 €
Investigador principal: Xavier Sànchez Vila

Títol: Modelación y escalado del transporte reactivo en medios heterogéneos (MODEST)

Període: Octubre 2005 – Octubre 2008
Organisme: CICYT CGL2005-05171
Import: 890120 €
Investigador Principal: Radu Gogu

Títol: Parámetros deducidos de Ensayos Hidráulicos: ¿realmente lo sabemos todo? (PARATODO)

Organisme: CICYT CGL2006-10766-HID
Període: Octubre 2006 – Diciembre 2009
Import: 108295 €
Investigador Principal: Xavier Sánchez-Vila

Dècada 1990

Títol: Los movimientos de ladera como catástrofes naturales. Su incidencia, control y previsión, cartografía de riesgos y banco de datos. Aplicación al Pirineo.