Risk assessment of runoff sediments in an experimental catchment in Bogotá related to hydrological and granulometric characteristics

• Autores: Jorge Alberto Sanabria-Morales, Lorena Rivera-Soler, Andrea Del Pilar Cabra-Soto, Carolina A. Jiménez-Rojas, Juan Nicolas Torres-Camacho, Maria Alejandra Pimiento, Verónica Duque-Pardo, Andrés Torres
• Localización: Producción + Limpia, ISSN-e 1909-0455, Vol. 15, Nº. 2, 2020, págs. 92-108
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Avaliação de riscos de sedimentos de esccoamento em uma bacia experimental em Bogotá relacionada com características hidrológicas e granulométricas
  • Evaluación de riesgos de sedimentos de escorrentía en una cuenca experimental en Bogotá relacionado con características hidrológicas y granulométricas
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    RESUMEN Introducción: Los sedimentos de escorrentía urbana contienen metales pesados que generan riesgos medioambientales. Se han desarrollado varios índices de evaluación de riesgos para metales pesados, que muestran el nivel de contaminación de partículas en el medio ambiente y su origen. Además, el riesgo de sedimentos también está asociado con la distribución del tamaño de partícula y las características hidrometeorológicas. Objetivo: Este trabajo busca evaluar el riesgo de contaminación por sedimentos de escorrentía recolectados en una cuenca experimental, en relación con su distribución de tamaños y características hidrológicas del área de influencia. Materiales y métodos. Los experimentos de campo y laboratorio se llevaron a cabo en el humedal-construido/tanque-regulador de la Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. Los datos hidrológicos se obtuvieron de la estación pluviométrica cercana El Paríso. Se calcularon los índices de geoacumulación (Igeo), índice de contaminación (PI) y factor de enriquecimiento (EF). Además, se utilizó el análisis de componentes principales para determinar las relaciones entre las variables de riesgo, hidrológicas y granulométricas. Resultados: Existe un riesgo bajo/ medio de Cu y Cr, en contraste con el alto riesgo de Pb y Zn. Según el análisis estadístico multivariado, existe una relación entre los índices de riesgo y los diámetros promedio de partículas (D50): estos índices aumentan para partículas finas y períodos de alta intensidad de lluvia. Conclusiones: Las variables hidrológicas son importantes para determinar los riesgos de los sedimentos de escorrentía urbana. En este estudio, encontramos que la variable del clima seco está relacionada con los valores de los índices de geoacumulación y la contaminación. Los resultados de este trabajo refuerzan la posibilidad de desarrollar sistemas de alerta temprana para los riesgos de sedimentos utilizando variables hidrológicas y sedimentológicas.

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    RESUMO Introdução: Os sedimentos de escoamento urbano contêm metais pesados que criam riscos ambientais. Vários índices de avaliação de risco foram desenvolvidos para metais pesados, mostrando o nível de contaminação por partículas no ambiente e sua fonte. Além disso, o risco de sedimentos também está associado à distribuição do tamanho das partículas e às características hidrometeorológicas. Objetivo: Este trabalho tem como objetivo, avaliar o risco de contaminação por sedimentos de escoamento coletado em uma bacia experimental, em relação à sua distribuição de tamanho e características hidrológicas da área de influência. Material e métodos: As experiências de campo e de laboratório foram realizadas no regulador de tanques / construção de zonas úmidas da Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. Dados hidrológicos foram obtidos em uma estação pluviométrica próxima de El Paraíso. Foram calculados os índices de geoacumulação (Igeo), o índice de contaminação (PI) e o fator de enriquecimento (EF). Além disso, a análise de componentes principais foi utilizada para determinar as relações entre as variáveis de risco, hidrológicas e granulométricas. Resultados: Existe um risco baixo/médio de Cu e Cr, em contraste com o alto risco de Pb e Zn. De acordo com a análise estatística multivariada, existe uma relação entre os índices de risco e o diâmetro médio das partículas (D50): esses índices aumentam para partículas finas e períodos de alta intensidade de chuva. Conclusões: Variáveis hidrológicas são importantes na determinação dos riscos de sedimentos urbanos. Neste estudo, identificamos que a variável clima seco está relacionada aos valores dos índices de geoacumulação e poluição. Os resultados deste trabalho reforçam a possibilidade de desenvolver sistemas de alerta precoce para riscos de sedimentos usando variáveis hidrológicas e sedimentológicas.

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    ABSTRACT Introduction: Urban runoff sediments contain heavy metals that generate risk to the environment. Several risk assessment indexes for heavy metals have been developed, which show the level of contamination of particles in the environment and their origin. Besides, sediment risk is also associated with the particle size distribution and hydrometeorological characteristics. Objective: This work seeks to evaluate the risk of contamination from runoff sediments collected in an experimental catchment, related to their size distribution and hydrological characteristics of the area of influence. Materials and methods: The field and laboratory experiments were carried out on the constructed-wetland/ storage-tank structure from Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. The hydrological data were obtained from a nearby El Paraíso rain gauge station. The geo-accumulation (Igeo), pollution index (PI), and enrichment factor (EF) rates were calculated. Furthermore, Principal Component Analysis was used in order to determine the relationships between the risk, hydrological and granulometric variables. Results: There is a low/medium risk for Cu and Cr, in contrast to the high risk for Pb and Zn. According to multivariate statistical analysis, there is a relationship between risk indexes and average particle diameters (D50): these indexes increase for fine particles and periods of high rainfall intensity. Conclusions: The hydrological variables are important to determine the risks of urban runoff sediments. In this study, we found that the variable of dry weather is related to the values of geo-accumulation indexes and contamination. The findings of this work reinforce the possibility of developing early warning systems for sediment risks using key hydrological and sedimentological variables.