Zona de Mezcla: Definición Normativa, Cómo Estimarla y sus Implicaciones para el Permiso de Vertimiento

¿Qué es la zona de mezcla y por qué importa?

Cuando un efluente se descarga en un río, no se mezcla instantáneamente con toda el agua del cuerpo receptor. Durante una distancia que puede ser de metros a kilómetros, las concentraciones del efluente y del río no están homogeneizadas: existe una zona de mezcla, donde las concentraciones varían en la dirección transversal (de orilla a orilla) y longitudinal (a lo largo del río).

La importancia práctica es esta: si el cumplimiento de los criterios de calidad se evalúa inmediatamente en el punto de descarga, normalmente se encontrarán excedencias, porque la concentración del vertimiento puro suele ser mayor que el criterio. La norma colombiana lo reconoce: controla los criterios de calidad por fuera de la zona de mezcla.

La zona de mezcla en el Decreto 1076

El Decreto 1076 de 2015 define la zona de mezcla (artículo 2.2.3.3.1.3) como el área "indispensable para que se produzca mezcla homogénea" del vertimiento con el cuerpo receptor, y el artículo 2.2.3.3.3.5 establece que la autoridad ambiental controla los criterios de calidad por fuera de esa zona, "la cual será determinada para cada situación específica por dicha autoridad", teniendo en cuenta la Guía Nacional de Modelación. En la práctica, el cumplimiento se evalúa aguas abajo del final de la zona de mezcla, no en el punto de descarga.

Factores que determinan la extensión de la zona de mezcla

Caudal del río: a mayor caudal (mayor dilución), la mezcla puede completarse en menor distancia relativa, pero la distancia absoluta puede ser mayor.

Geometría del cauce: ríos rectos tienen mezcla transversal más lenta que ríos con meandros, donde la curvatura genera flujos secundarios que aceleran la mezcla.

Coeficiente de dispersión transversal (D_t): depende de la velocidad del flujo y la profundidad. En ríos andinos de alta pendiente, D_t es mayor que en ríos de planicie.

Posición del punto de descarga: una descarga central en el cauce se mezcla más rápido que una descarga en la orilla.

Métodos de estimación

Balance de masas simple

Para una estimación preliminar de la concentración al final de la zona de mezcla, el balance de masas simple es suficiente: C_mezcla = (Q_río·C_río + Q_vert·C_vert) / (Q_río + Q_vert). Si esta concentración ya cumple los criterios de calidad que aplica la autoridad, la zona de mezcla no es el problema para las sustancias conservativas; para la DBO, el oxígeno disuelto o los nitratos el peor punto suele estar más aguas abajo, y ahí hace falta un modelo del tramo.

Ecuaciones empíricas de mezcla transversal

La Guía Nacional de Modelación (sección 5.3) indica que la longitud de la zona de mezcla se estima con ecuaciones empíricas o con modelos numéricos, en condiciones críticas y tratando el vertimiento como sustancia conservativa. Una de las ecuaciones que cita es la de Kilpatrick y Wilson (1989, USGS): L = K · U · W² / D_t, donde U = velocidad media, W = ancho y D_t = coeficiente de dispersión transversal. K vale 0,4 para una descarga en la orilla y 0,1 para una descarga en el centro, y corresponde al 95% de mezcla; la mezcla completa puede requerir hasta el doble de esa distancia. El resultado cambia mucho según la ecuación y el coeficiente elegidos, así que el informe debe declarar ambos. Comparamos varias fórmulas con un ejemplo numérico en zona de mezcla y longitud de influencia de un vertimiento.

Modelo 2D en planta

Para ríos muy anchos o donde la asimetría transversal es importante (vertimiento en la orilla de un río grande), un modelo 2D puede representar mejor la extensión de la zona de mezcla. Sin embargo, para la mayoría de ríos colombianos medianos, el modelo 1D de mezcla completa transversal es suficiente más allá de la zona de mezcla.

Referencias

• Decreto 1076 de 2015. Artículos 2.2.3.3.1.3 y 2.2.3.3.3.5. Colombia.
• Fischer, H.B. et al. (1979). Mixing in Inland and Coastal Waters. Academic Press.
• Kilpatrick, F.A. y Wilson, J.F. (1989). Measurement of time of travel in streams by dye tracing. USGS TWRI 3-A9.
• Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (2018). Guía Nacional de Modelación del Recurso Hídrico. Bogotá: MADS.