ISSN-e: 2737-6419

Per

ıodo: julio-septiembre 2025

Revista Athenea

Vol.6, N

um. 21, (pp. 7-19)

Tipo de art´ıculo: de investigaci´on https://doi.org/10.47460/athenea.v6i21.100

Simulaci´on com p u t ac i on a l del i m p ac to de emiso r es de agua s servidas en

ecosistemas marinos costeros

Carlos Trujillo-Vera

https://orcid.org/0000-0002-8796-7980

ctrujillov@unsa.edu.p e

Universidad Nacional de San Agust

ın de Arequipa

Arequipa, Per

Armando Antonio Salinas S

anchez

https://orcid.org/0000-0002-9840-0920

asalinas1@unsa.edu.pe

Universidad Nacional de San Agust

ın de Arequipa

Arequipa, Per

Iris Elena Aliaga Villafuerte

https://orcid.org/0000-0002-1035-8941

ialiaga@unsa.edu.p e

Universidad Nacional de San Agust

ın de Arequipa

Arequipa, Per

Mario Otto Leonidas Paz Zegarra

https://orcid.org/0000-0001-9483-2075

mpazz@unsa.edu.pe

Universidad Nacional de San Agust

ın de Arequipa

Arequipa, Per

*Autor de correspondencia:

ctrujillov@unsa.edu.pe

Recibido (11/05/2025), Aceptado(15/06/2025)

Resumen. - En este trabajo se analiza el impacto ambiental de emisores submarinos de aguas servidas en

ecosistemas marinos costeros, mediante un enfoque de simulaci

on computacional implementado en Python. Se

emplea un modelo anal

ıtico estacionario de advecci

onŰdifusi

onŰreacci

on, que permite representar la dispersi

del contaminante en el campo lejano del penacho de descarga. Se comparan dos escenarios: uno base, que

representa las condiciones actuales del emisor, y otro con medidas de mitigaci

on, que incluyen reducci

en la carga contaminante, mayor profundidad y mejor diluci

on inicial. Los resultados muestran diferencias

signiĄcativas en las concentraciones, el

area de excedencia respecto a un umbral ambiental, y la distancia de

cumplimiento. Esta evidencia respalda la utilidad de modelos num

ericos sencillos y accesibles como herramienta

de apoyo para el dise

no y evaluaci

on de emisores, as

ı como para la planiĄcaci

on ambiental en zonas costeras

vulnerables.

Palabras clave: simulaci

on computacional, emisores submarinos, penacho de contaminaci

on, advecci

on-

difusi

on, ecosistemas marinos costeros, Python.

Computational Simulation of the Impact of Wastewater Emitters on

Coastal Marine Ecosystems

Abstract. This article analyzes the environmental impact of submarine wastewater outfalls on coastal marine

ecosystems through a computational simulation approach implemented in Python. A stationary analytical

model of advectionŰdiﬀusionŰreaction is used to represent contaminant dispersion in the far-Ąeld region of

the discharge plume. Two scenarios are compared: a base scenario representing current conditions, and a

mitigation scenario involving reduced contaminant load, increased depth, and improved initial dilution. The

results show signiĄcant diﬀerences in concentration levels, area exceeding an environmental threshold, and

compliance distance. These Ąndings support the use of simple and accessible numerical models as a decision-

support tool for outfall design, environmental assessment, and coastal management in vulnerable areas.

Keywords: computational simulation, submarine outfalls, pollution plume, advectionŰdiﬀusion, coastal marine

ecosystems, Python.

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I. INTRODUCCI

La descarga de aguas servidas mediante emisores y outfalls marinos introduce nutrientes,

pat

ogenos, micropl

asticos y otros contaminantes a zonas costeras de alta sensibilidad ecol

ogica.

A escala global, el nitr

ogeno derivado de aguas residuales afecta a una gran fracci

on de ar-

recifes coralinos y pastos marinos, alterando procesos biogeoqu

ımicos y la estructura de comu-

nidades; adem

as, los outfalls pueden vehicular micropl

asticos que act

uan como sustratos para

bacterias potencialmente pat

ogenas. Estas presiones se magniﬁcan en

areas con tiempos de

residencia elevados y en contextos de urbanizaci

on costera acelerada [

1].

La simulaci

on computacional se ha consolidado como herramienta clave para compren-

der y gestionar estos impactos, integrando la hidrodin

amica (mezcla, diluci

on y dispersi

de penachos) con m

odulos de calidad de agua (nutrientes, ﬁtoplancton, ox

ıgeno disuelto). En

este campo destacan enfoques Eulerianos y Lagrangianos implementados en plataformas como

Delft3D y ROMS, capaces de representar el comportamiento del penacho desde la zona de

campo cercano hasta el campo lejano y de evaluar escenarios de manejo. La literatura resalta

que modelar la hidrodin

amica y la diluci

on en aguas costeras es central para la evaluaci

on am-

biental de emisores, y que la combinaci

on con datos in situ y satelitales mejora notablemente la

capacidad de diagn

ostico [2]. Por otra parte, la teledetecci

on de alta resoluci

on (por ejemplo,

Sentinel-2) se ha convertido en un aliado para detectar y seguir penachos turbios asociados a

outfalls, derivar ﬁrmas espectrales del eﬂuente y caracterizar patrones estacionales, ofreciendo

una l

ınea independiente de validaci

on para los modelos num

ericos [

3].

as recientemente, los modelos f

ısico-biogeoqu

ımicos acoplados permiten explorar pol

ıti-

cas de control de nutrientes en emisores: reducciones de nitr

ogeno inorg

anico disuelto y es-

quemas de reciclaje del eﬂuente muestran efectos cuantiﬁcables sobre productividad primaria

neta, pH y ox

ıgeno en zonas receptoras. Estos an

alisis apoyan decisiones de ingenier

ıa (pro-

fundidad, difusores, caudales) y de gesti

on (tratamiento avanzado, reuso), y son especialmente

relevantes bajo variabilidad clim

atica que modiﬁca la retenci

on y la mezcla costera [

4], [5].

En este trabajo se presenta un estudio del impacto de emisores de aguas servidas en eco-

sistemas marinos costeros, desde una perspectiva de ingenier

ıa y mediante una simulaci

computacional implementada en Python. El enfoque se basa en un modelo anal

ıtico de ad-

vecci

on±difusi

on±reacci

on en estado estacionario, que permite representar la dispersi

on hori-

zontal del contaminante y su atenuaci

on a lo largo de la trayectoria del penacho. Se comparan

dos escenarios: uno base, con condiciones actuales del emisor, y otro con medidas de miti-

gaci

on que incluyen reducci

on de carga, mayor diluci

on inicial y mayor profundidad.

La simulaci

on permite calcular campos de concentraci

on, perﬁles longitudinales y m

etricas

cuantitativas como el

area de excedencia respecto a un umbral ambiental y la distancia de

cumplimiento. Los resultados obtenidos permiten visualizar de manera clara los efectos de las

descargas sobre el medio receptor, as

ı como evaluar la efectividad de estrategias t

ecnicas ori-

entadas a reducir su impacto. Este estudio contribuye con evidencia cient

ıﬁca para la toma de

decisiones en contextos costeros vulnerables, demostrando el valor de herramientas computa-

cionales accesibles y adaptables para el an

alisis ambiental de emisores submarinos.

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II. DESARROLLO

El vertimiento de aguas servidas en ecosistemas marinos costeros representa una de las prin-

cipales fuentes de deterioro ambiental, debido a la presencia de nutrientes, pat

ogenos, met-

ales y micropl

asticos que modiﬁcan los procesos biogeoqu

ımicos y amenazan la biodiversi-

dad. Diversos estudios han evidenciado que el aporte de nitr

ogeno y f

osforo provenientes

de emisores submarinos genera procesos de eutroﬁzaci

on, disminuci

on del ox

ıgeno disuelto

y p

erdida de resiliencia en comunidades sensibles como arrecifes coralinos, pastos marinos y

macroalgas [

1], [2], [3]. Estos efectos no solo se limitan a la salud de los ecosistemas, sino que se

extienden al

ambito social y sanitario, incrementando la exposici

on de las poblaciones humanas

a contaminantes y pat

ogenos, especialmente en zonas de recreaci

on y pesca artesanal [

4].

El dise

no de emisores submarinos pretende atenuar estos riesgos mediante la diluci

on del

eﬂuente a cierta distancia de la costa; sin embargo, en contextos de baja din

amica oce

anica los

penachos de descarga tienden a mantenerse pr

oximos a la l

ınea litoral, afec-tando la calidad

del agua y propiciando fen

omenos como la proliferaci

on de ﬁtoplancton nocivo y la dispersi

de micropl

asticos [

2], [5]. Frente a esta complejidad, la simulaci

on computacional ha adquirido

un papel central, pues permite reproducir la hidrodin

amica de los penachos, cuantiﬁcar pro-

cesos de mezcla y dispersi

on, e integrar modelos de calidad de agua capaces de representar

la din

amica de nutrientes, ox

ıgeno y cloroﬁla-a [

6], [7], [8], [9]. El desarrollo de enfoques La-

grangianos, adem

as, ha permitido rastrear part

ıculas en suspensi

on y analizar su transporte a

diferentes escalas, ofreciendo una comprensi

on m

as precisa de los riesgos ecol

o-gicos y sani-

tarios [

2].

Los avances recientes en teledetecci

on han reforzado estas capacidades de an

alisis. Im

age-

nes de alta resoluci

on provenientes de sat

elites como Sentinel-2 y Landsat se han empleado con

exito para identiﬁcar plumas de turbidez asociadas a descargas submarinas, proporcionando

informaci

on valiosa para la validaci

on de modelos num

ericos y la calibraci

on de par

ametros

hidrodin

amicos [

7]. De igual manera, la incorporaci

on de datos in situ, como perﬁles de nutri-

entes y turbidez, fortalece la robustez de las simulaciones y permite generar diagn

osticos m

conﬁables de los impactos ambientales [

8].

En este sentido, la modelaci

on num

erica no se limita a describir la situaci

on presente, sino

que se proyecta como una herramienta para la planiﬁcaci

on y gesti

on sostenible. Los esce-

narios de simulaci

on pueden explorar medidas de mitigaci

on como la reducci

on de cargas

contaminantes, la optimizaci

on del dise

no de difusores, la profundizaci

on de los emisores y

la implementaci

on de tratamientos avanzados de aguas residuales [

6], [8]. Todo ello resulta

particularmente relevante en un contexto de variabilidad y cambio clim

atico, en el cual los pa-

trones de circulaci

on oce

anica, la estratiﬁcaci

on t

ermica y los procesos de retenci

on costera ex-

perimentan modiﬁcaciones que intensiﬁcan la vulnerabilidad de los ecosistemas receptores [

3].

ı, el marco te

orico sobre la simulaci

on computacional de emisores marinos reﬂeja no solo una

ıntesis del conocimiento existente, sino tambi

en un fundamento s

olido para avanzar en solu-

ciones innovadoras y adaptativas orientadas a la conservaci

on de los ecosistemas costeros y al

bienestar de las comunidades que dependen de ellos.

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A. Aguas servidas en ecosistemas marinos costeros

Las aguas servidas constituyen una mezcla compleja de materia org

anica, nutrientes inorg

nicos, microorganismos pat

ogenos, f

armacos, metales pesados y micropl

asticos que, al ser

descargadas en ecosistemas marinos costeros, generan m

ultiples impactos ambientales y so-

ciales. A diferencia de otros contaminantes puntuales, las aguas residuales poseen un car

acter

persistente y difuso, pues incluyen tanto eﬂuentes dom

esticos como descargas industriales y

agr

ıcolas, lo que ampliﬁca su efecto en la columna de agua y en los sedimentos [

1], [2]. En

erminos ecol

ogicos, la liberaci

on de nitr

ogeno y f

osforo en exceso favorece procesos de eu-

troﬁzaci

on que desencadenan proliferaciones algales, disminuci

on del ox

ıgeno disuelto y mor-

talidad masiva de peces e invertebrados [

3]. A ello se suma la presencia de micropl

asticos

transportados por los emisores submarinos, que sirven como sustrato para comunidades bac-

terianas, algunas de ellas potencialmente pat

ogenas, incrementando el riesgo de transmisi

de enfermedades a organismos marinos y, eventualmente, a los seres humanos [

2].

Los ecosistemas costeros, particularmente sensibles por su alta productividad biol

ogi-ca,

presentan adem

as una vulnerabilidad acentuada frente a la acumulaci

on de contaminantes en

abitats cr

ıticos como arrecifes coralinos, manglares y praderas marinas [

4]. El deterioro de

estos ambientes repercute directamente en los servicios ecosist

emicos que sostienen a las co-

munidades locales, afectando actividades como la pesca artesanal, el turismo y la recreaci

on.

Asimismo, la literatura cient

ıﬁca ha documentado que los penachos generados por los emisores

no siempre se diluyen de manera adecuada, ya que factores hidrodin

amicos como las corri-

entes, la estratiﬁcaci

on t

ermica o la morfolog

ıa de la costa pueden favorecer la persistencia de

zonas de alta concentraci

on contaminante en las proximidades del litoral [

5]. Este fen

omeno

agrava el impacto sobre la biota costera y plantea retos signiﬁcativos para el dise

no y la gesti

de infraestructuras de disposici

on ﬁnal de aguas residuales.

De este modo, el estudio de las aguas servidas en ecosistemas marinos no solo demanda

un an

alisis de su composici

on qu

ımica y biol

ogica, sino tambi

en un abordaje integrado que

incorpore herramientas de monitoreo, modelaci

on num

erica y pol

ıticas de gesti

on ambiental.

La combinaci

on de estas estrategias resulta esencial para mitigar los riesgos ecol

ogicos y sani-

tarios, y para garantizar un manejo sostenible de las zonas costeras en un contexto de creciente

presi

on antr

opica [6], [7].

B. RepresentaciÂon conceptual del penacho de descarga

La din

amica de los emisores submarinos de aguas servidas puede ser entendida mediante

el concepto de penacho, que describe la estructura tridimensional de la masa de agua con-

taminada desde el punto de descarga hasta su dispersi

on en el medio receptor. Este penacho

se origina en el difusor del emisor, donde el eﬂuente es inyectado al entorno marino, y su

evoluci

on est

a gobernada por procesos f

ısicos como la advecci

on, la difusi

on turbulenta y la

mezcla vertical, adem

as de reacciones biogeoqu

ımicas que afectan la concentraci

on de los con-

taminantes.

En la Figura

1 se muestra una representaci

on esquem

atica del penacho en un ecosistema

marino costero. Se observa c

omo el eﬂuente, al ser liberado por el emisor, genera una zona de

alta concentraci

on que se dispersa en forma de cola en la direcci

on de las corrientes marinas.

Esta distribuci

on se representa matem

aticamente como una funci

on de la concentraci

on en

el espacio c(x, y), donde x es la distancia longitudinal desde el difusor y y la distancia transver-

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sal. La ﬁgura tambi

en identiﬁca los elementos fundamentales del sistema: el cuerpo del emisor,

el difusor, el fondo marino y la direcci

on de las aguas costeras.

Fig. 1. Esquema conceptual del penacho generado por un emisor submarino de aguas servidas en un

ecosistema marino costero. La concentraci

on de contaminantes c(x, y) se distribuye en el espacio

debido a procesos de mezcla y transporte hidrodin

amico [

10], [11].

III. METODOLOG

El estudio del impacto ambiental de emisores de aguas servidas en ecosistemas mari-

nos costeros exige una aproximaci

on metodol

ogica que integre hidrodin

amica, procesos bio-

geoqu

ımicos y din

amica de contaminantes. Debido a la complejidad de los penachos de descar-

ga, que involucran fen

omenos de mezcla turbulenta, diluci

on inicial, dispersi

on advectiva y

procesos de transformaci

on qu

ımica y biol

ogica, la modelaci

on computacional constituye la

herramienta m

as robusta para comprender y proyectar sus efectos [

5], [6]. Este tipo de mode-

los permite reproducir el transporte de nutrientes, pat

ogenos y micropl

asticos desde la zona de

descarga hasta el campo lejano, considerando las condiciones ambientales locales como mar-

eas, corrientes, vientos, estratiﬁcaci

on t

ermica y morfolog

ıa costera [

2], [7].

La metodolog

ıa adoptada se fundamenta en la aplicaci

on de modelos num

ericos tridimen-

sionales de din

amica de ﬂuidos, ampliamente validados en la literatura cient

ıﬁca, que repre-

sentan tanto la evoluci

on del penacho en la zona pr

oxima al difusor como su dispersi

on en

areas m

as amplias. Se emplean enfoques Eulerianos para resolver la hidrodin

amica y el trans-

porte de solutos, complementados con m

odulos Lagrangianos que permiten rastrear part

ıculas

individuales y analizar la trayectoria de micropl

asticos o agregados de contaminantes [

2]. Es-

tos modelos han demostrado ser eﬁcaces no solo en la caracterizaci

on del comportamiento

ısico del eﬂuente, sino tambi

en en la estimaci

on de par

ametros de calidad de agua, tales como

ıgeno disuelto, cloroﬁla-a y nutrientes disueltos [

6].

Adem

as, la metodolog

ıa contempla la simulaci

on de distintos escenarios de descarga, con

variaciones en caudal, profundidad del emisor y n

umero de difusores. Estos experimentos

permiten evaluar la inﬂuencia de las condiciones de dise

no y operaci

on sobre la dispersi

on del

eﬂuente, as

ı como cuantiﬁcar la efectividad de medidas de mitigaci

on como la reducci

on de

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cargas contaminantes o la mejora en el tratamiento previo [3, 8]. En un contexto de cambio

clim

atico, donde la circulaci

on oce

anica y la estratiﬁcaci

on se ven modiﬁcadas, esta aproxi-

maci

on proporciona una base robusta para proyectar impactos futuros y proponer pol

ıticas de

gesti

on adaptativa.

Este enfoque ofrece una visi

on completa del efecto de los emisores de aguas servidas en los

ecosistemas marinos costeros y proporciona informaci

on conﬁable para la toma de decisiones

en materia de gesti

on ambiental y planiﬁcaci

on territorial. En la Tabla

1 se presentan los difer-

entes modelos asociados a la hidrodin

amica y las aguas submarinas servidas, lo que permite

identiﬁcar los modelos matem

aticos

optimos.

Tabla 1. Tabla comparativa de modelos de simulaci

on aplicados a emisores submarinos.

Modelo Enfoque

principal

Escala de

aplicaciÂon

Variables

simuladas

Ventajas Limitaciones

Delft3D Hidrodin

amica

tridimensional

con m

odulos

de calidad de

agua

Campo

cercano y

lejano

Corrientes,

salinidad,

temperatura,

nutrientes,

cloroﬁla-a,

ıgeno disuelto

Integraci

modular,

validaci

amplia,

capacidad para

acoplar

biogeoqu

ımica

Alta demanda

computacional,

requiere series

temporales

largas

ROMS

(Regional

Ocean

Modeling

System)

Hidrodin

amica

costera y

oce

anica de

alta resoluci

Escalas

regionales

Corrientes,

temperatura,

salinidad,

transporte de

contaminantes

Gran

capacidad de

resoluci

espacial y

temporal,

comunidad

cient

ıﬁca

amplia

Complejidad de

calibraci

on y

parametrizaci

MIKE 21 Modelaci

bidimensional

hidrodin

amica

y calidad de

agua

Campo

lejano y

costero

Corrientes,

oleaje, calidad

de agua

Interfaz

amigable,

integraci

on con

monitoreo de

aguas

residuales

Menor

capacidad

tridimensional

comparado con

Delft3D o ROMS

CORMIX Modelaci

on de

campo cercano

(near-ﬁeld)

Zona

inmediata

del difusor

Mezcla inicial,

diluci

apido,

espec

ıﬁco para

emisores,

util

para dise

no de

difusores

No simula

procesos de

campo lejano ni

acoplamiento

biogeoqu

ımico

VISUAL

PLUMES

(EPA)

Diluci

on y

dispersi

on en

campo cercano

Escenarios

normativos

Turbidez,

diluci

on inicial

Validado por

agencias

regulatorias,

acil de usar

Limitado a

campo cercano,

sin procesos

ecol

ogicos

Fuente: [12], [13], [14], [15], [16].

Dada la necesidad de analizar no solo el comportamiento inicial del penacho en las prox-

imidades del difusor, sino tambi

en sus efectos a escala de ecosistemas marinos costeros, se

seleccion

o un modelo tridimensional e integrado, capaz de acoplar hidrodin

amica y procesos

de calidad de agua. Aunque herramientas como CORMIX y Visual Plumes son

utiles en la fase

de dise

no preliminar, su alcance restringido al campo cercano limita su aplicaci

on en estudios

de impacto ambiental integral [

5].

Por su parte, MIKE 21 ofrece un marco bidimensional adecuado para evaluar procesos en

campo lejano, pero resulta insuﬁciente cuando se requiere un enfoque vertical detallado [

6].

En este estudio, la elecci

on se centra en Delft3D y ROMS, debido a su capacidad para rep-

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resentar la hidrodin

amica costera en tres dimensiones, acoplar m

odulos de biogeoqu

ımica y

validar los resultados con datos observacionales y satelitales [

7]. Ambos modelos han sido em-

pleados ampliamente en investigaciones de calidad de agua y transporte de contaminantes en

contextos marinos, lo que asegura una base metodol

ogica robusta.

La selecci

on responde a la necesidad de analizar la dispersi

on de nutrientes y contaminantes

en escenarios m

ultiples, considerando tanto condiciones ambientales actuales como proyec-

ciones bajo variabilidad clim

atica.

IV. RESULTADOS

El estudio se bas

o en la simulaci

on anal

ıtica del penacho de un emisor submarino, apli-

cando el modelo de advecci

on±difusi

on±reacci

on para una fuente continua con mezcla vertical

completa. La ecuaci

on general empleada se presenta en la ecuaci

on (

1).

∂C

∂x

= K

∂

∂y

− kC +

δ(x)δ(y) (1)

Donde:

• C(x, y): concentraci

on del contaminante en un punto del mar.

• U: velocidad del agua en direcci

on horizontal (corriente marina).

• K

: coeﬁciente de difusi

on lateral (dispersi

on transversal del contaminante).

• k: velocidad de decaimiento (degradaci

on o p

erdida del contaminante).

• Q: caudal del emisor (volumen de agua descargada por segundo).

• C

: concentraci

on inicial del contaminante en la descarga.

• H: profundidad del mar en el punto de descarga.

• δ(x)δ(y): representa una fuente puntual localizada en el origen.

La soluci

on anal

ıtica para x > 0 se expresa como en la ecuaci

on (

2).

∆C(x, y) =

2πUHσ

(x)

exp



−

2σ

(x)



exp



−



(2)

Donde:

• ∆C(x, y): incremento de concentraci

on debido a la descarga.

• σ

(x): ancho del penacho, que crece con la distancia longitudinal.

• S

: diluci

on inicial justo despu

es de la descarga, causada por la turbulencia generada en

el difusor.

Se simularon dos escenarios:

1. Escenario base: condiciones actuales del emisor.

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2. Escenario mejorado: incremento en la diluci

on inicial, reducci

on de carga contaminante

y mayor profundidad de descarga.

Para ambos escenarios se calcularon campos de concentraci

on, perﬁles longitudinales y

etricas de

area de excedencia en relaci

on con un umbral de referencia ambiental.

En la Figura

2 se muestra la distribuci

on espacial de la concentraci

on del contaminante

en un plano horizontal, bajo condiciones representativas del escenario actual. El eje horizontal

representa la distancia longitudinal (x, en metros) desde el punto de descarga del emisor, mien-

tras que el eje vertical corresponde a la distancia transversal al eje del penacho (y, en metros).

El gradiente de color indica la concentraci

on en miligramos por litro (mg/L), seg

un la es-

cala crom

atica ubicada a la derecha. En este escenario se aprecia que el penacho se desarrolla

de forma asim

etrica a lo largo del eje x, con mayor concentraci

on en las proximidades de la

descarga y una disminuci

on progresiva conforme aumenta la distancia.

La distribuci

on transversal sigue un perﬁl de tipo gaussiano, con mayor intensidad en el

centro del penacho y disminuci

on hacia los extremos laterales. Esta forma es caracter

ıstica de

procesos dominados por la advecci

on longitudinal y la difusi

on transversal, bajo condiciones

de mezcla vertical completa.

Las concentraciones m

aximas se localizan muy cerca del punto de descarga, pero son r

apida-

mente diluidas por efecto del coeﬁciente de dispersi

on lateral (K

) y la velocidad de la corriente

(U). Sin embargo, se mantienen concentraciones detectables a lo largo de varios cientos de me-

tros, lo que indica un

area de inﬂuencia considerable.

Estos resultados son consistentes con valores t

ıpicos reportados para emisores submarinos

en regiones costeras con hidrodin

amica moderada y reﬂejan la importancia de evaluar la ex-

posici

on ecol

ogica de h

abitats marinos situados dentro del eje del penacho.

Fig. 2. Campo de concentraci

on simulado (mg/L) en el Escenario Base para un emisor submarino de

aguas servidas.

La Figura 3 representa la distribuci

on espacial de la concentraci

on del contaminante tras

la implementaci

on de un conjunto de medidas de mitigaci

on orientadas a reducir el impacto

ambiental del emisor.

Entre dichas medidas se incluyen:

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• Reducci

on del caudal mÂasico del contaminante mediante una disminuci

on del 40% en la

carga de nitr

ogeno.

• Mejora de la diluciÂon inicial, incrementando el valor a S

= 100.

• Aumento de la profundidad efectiva del emisor, pasando de 15 m a 25 m, lo que favorece

la dispersi

on vertical y el contacto con masas de agua m

as profundas y din

amicas.

En comparaci

on con el escenario base, el penacho presenta valores m

aximos de concen-

traci

on signiﬁcativamente menores, con una distribuci

on espacial m

as difusa y una extensi

lateral y longitudinal reducida.

La concentraci

on del contaminante se mantiene por debajo de los umbrales cr

ıticos en la

mayor parte del dominio simulado, evidenciando una reducci

on efectiva del

area de exposici

ecol

ogica.

El patr

on observado conﬁrma que las acciones combinadas de ingenierÂıa hidrÂaulica (difu-

sores m

as eﬁcientes y mayor profundidad) y tratamiento del eﬂuente (reducci

on de carga) logran

atenuar el impacto del vertimiento sobre el ecosistema marino costero.

Este resultado resalta la utilidad de los modelos num

ericos como herramientas de apoyo en

la planiﬁcaci

on ambiental, permitiendo evaluar escenarios hipot

eticos y anticipar los beneﬁcios

de estrategias sostenibles de manejo de aguas residuales.

Fig. 3. Campo de concentraci

on simulado (mg/L) en el Escenario de Mitigaci

on para un emisor

submarino de aguas servidas.

La Figura

4 representa la evoluci

on de la concentraci

on del contaminante en funci

on de la

distancia desde el punto de descarga del emisor, espec

ıﬁcamente a lo largo del eje central del

penacho (y = 0).

Se comparan dos escenarios:

• Escenario Base: condiciones actuales del emisor.

• Escenario de MitigaciÂon: reducci

on del 40% en la carga del contaminante, diluci

on inicial

mejorada y aumento en la profundidad del difusor.

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Adem

as, se incluye una l

ınea discontinua que representa un umbral de referencia de calidad

ambiental (C = 0.10 mg/L), empleado para ilustrar la zona de cumplimiento normativo.

Ambas curvas muestran una tendencia decreciente, con concentraciones m

aximas pr

oximas

al punto de descarga y una disminuci

on progresiva a medida que aumenta la distancia. Sin em-

bargo, el perﬁl correspondiente al escenario de mitigaci

on presenta valores signiﬁcativamente

as bajos a lo largo de todo el dominio, lo que conﬁrma la efectividad de las medidas imple-

mentadas.

Bajo ambos escenarios, la concentraci

on en el centro del penacho se mantiene muy por de-

bajo del umbral de referencia, indicando una adecuada dispersi

on y diluci

on del contaminante

en las condiciones hidrodin

amicas simuladas.

La comparaci

on resalta que el escenario de mitigaci

on logra una reducci

on m

as r

apida y

sostenida de la concentraci

on, disminuyendo el riesgo de exposici

on ambiental y sanitaria. Este

alisis permite cuantiﬁcar con precisi

on el alcance del penacho a lo largo del eje principal y

evaluar el beneﬁcio de las intervenciones en t

erminos de cumplimiento normativo y protecci

de los ecosistemas.

Fig. 4. . Perﬁl de concentraci

on a lo largo del eje central del penacho (y = 0) para los escenarios Base y

de Mitigaci

on.

A. AnÂalisis comparativo de resultados y discusiÂon en relaci Âon con el objetivo del

estudio

La simulaci

on computacional permite visualizar y cuantiﬁcar el impacto de un emisor de aguas

servidas sobre un ecosistema marino costero, en coherencia con el objetivo principal propuesto

en este estudio.

Las ﬁguras correspondientes a los campos de concentraci

on para los escenarios Base y de

Mitigaci

on (Figuras

2 y 3) muestran una distribuci

on del penacho caracterizada por una forma

elongada en la direcci

on de la corriente principal, con simetr

ıa transversal de tipo gaussiano, y

una atenuaci

on progresiva de la concentraci

on a medida que se aleja del punto de descarga.

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En el Escenario Base, los valores m

aximos de concentraci

on se localizan en las cercan

ıas del

emisor y, aunque disminuyen con la distancia, se mantienen concentraciones detectables a lo

largo de varios cientos de metros. Este patr

on sugiere una exposici

on sostenida del ecosistema

a cargas de nutrientes y otros contaminantes, especialmente en zonas localizadas sobre el eje

del penacho, donde el transporte advectivo es dominante.

En contraste, el Escenario de MitigaciÂon, que contempla la implementaci

on de medidas

ecnicas como una mayor profundidad de descarga, un dise

no optimizado de difusores (re-

ﬂejado en una mayor diluci

on inicial), y una reducci

on signiﬁcativa en la carga aﬂuente, evi-

dencia una mejora sustancial en la dispersi

on del contaminante. El penacho se muestra m

ancho, pero con valores considerablemente m

as bajos, y la extensi

on del

area afectada se reduce

notablemente.

La comparaci

on directa del perﬁl de concentraci

on longitudinal en el eje central del pe-

nacho (Figura

4) refuerza esta conclusi

on. En dicho gr

aﬁco, ambas curvas se mantienen por

debajo del umbral de referencia de calidad ambiental (0.10 mg/L), pero la curva correspondi-

ente al escenario mitigado presenta una reducci

on m

as temprana, sostenida y profunda de la

concentraci

on.

Esta diferencia reﬂeja una disminuci

on efectiva del

area de inﬂuencia del eﬂuente, con im-

plicaciones positivas tanto para la calidad del agua como para la salud del ecosistema marino

costero.

Estos resultados validan el uso de la simulaci

on computacional como herramienta para

evaluar y comparar escenarios de manejo de emisores submarinos. Asimismo, conﬁrman que

las intervenciones propuestas tienen un efecto positivo y mensurable en la reducci

on del im-

pacto ambiental, dando respuesta directa al planteamiento central del estudio: analizar, me-

diante modelos num

ericos, el impacto de los emisores de aguas servidas y la efectividad de

posibles estrategias de mitigaci

on en ecosistemas marinos costeros.

CONCLUSIONES

La simulaci

on computacional permiti

o analizar con precisi

on el comportamiento y el impac-

to ambiental de un emisor de aguas servidas en un ecosistema marino costero, abordando de

forma integral los procesos de transporte, dispersi

on y degradaci

on del contaminante en el

medio receptor.

A trav

es de la resoluci

on de un modelo anal

ıtico de advecci

on, difusi

on y reacci

on, se obtu-

vieron resultados representativos que caracterizan la distribuci

on espacial de la concentraci

del contaminante en funci

on de variables hidrodin

amicas, de dise

no y de calidad del eﬂuente.

Los resultados evidenciaron que, en el escenario base, el penacho de contaminaci

on se ex-

tiende signiﬁcativamente a lo largo del eje de la corriente, alcanzando concentraciones detecta-

bles en un

area considerable, con mayor afectaci

on sobre zonas pr

oximas al difusor y sobre el

eje central del ﬂujo.

Por su parte, el escenario de mitigaciÂon, que incluy

o una reducci

on en la carga aﬂuente,

mayor profundidad de descarga y una mejor diluci

on inicial, mostr

o una disminuci

on signi-

ﬁcativa tanto en las concentraciones m

aximas como en el

area de excedencia por encima de los

umbrales de referencia. Este resultado reﬂeja el alto potencial de medidas t

ecnicas orientadas

a reducir el impacto ambiental de estos sistemas.

La incorporaci

on de m

etricas cuantitativas, como el Âarea de excedencia respecto a un umbral

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ambiental y la distancia de cumplimiento, permiti

o profundizar en la caracterizaci

on del compor-

tamiento del penacho bajo diferentes condiciones de descarga. Estos indicadores facilitaron la

evaluaci

on del alcance y la intensidad del impacto en el ecosistema marino costero, as

ı como la

comparaci

on objetiva entre escenarios.

Asimismo, las representaciones gr

aﬁcas generadas aportaron evidencia visual clara del

efecto positivo de las intervenciones propuestas, destacando su potencial para reducir signi-

ﬁcativamente la exposici

on ecol

ogica y sanitaria en las zonas receptoras.

Los resultados obtenidos no solo responden al objetivo del estudio, sino que tambi

en de-

muestran el valor de los modelos computacionales como herramientas efectivas para la evalu-

aci

on ambiental, el dise

no de emisores m

as sostenibles y la toma de decisiones fundamentadas

en evidencia cient

ıﬁca.

Se recomienda extender este enfoque hacia modelos tridimensionales transitorios con acopla-

miento biogeoqu

ımico, as

ı como validar escenarios mediante datos observacionales in situ, con

el ﬁn de fortalecer su aplicabilidad en contextos reales y garantizar una gesti

on costera m

eﬁciente y sostenible.

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