Administradores de aguas pluviales

Por Steve Braun, Ted Hart y Kirk Ordway

Traducido por Jorgelina Pussetto

Las aguas pluviales se están convirtiendo rápidamente en una de las más grandes fuentes de contaminación urbana. Aun así, la mayoría de las personas no son conscientes de esta creciente amenaza. Las aguas pluviales son parte del ciclo hidrológico donde la mayoría del agua de lluvia y de deshielo infiltra el suelo. Dentro de las áreas urbanas, un porcentaje creciente se transforma en escorrentía superficial, la que moviliza contaminantes que circulan directamente dentro de las vías fluviales o son canalizados por los drenajes.

Aguas Pluviales Calles Verdes (SGS, por sus siglas en inglés), un tipo de desarrollo de bajo impacto (LID, por sus siglas en inglés), es ahora usado por municipios y desarrolladores para mitigar las amenazas a la calidad del agua (por ejemplo, los contaminantes) y la cantidad (por ejemplo, escorrentías). Estas son pequeñas áreas excavadas rellenas con una capa vegetal mezcla de tierra arenosa altamente permeable con materia orgánica y son diseñados para maximizar la infiltración, la retención de contaminantes y el crecimiento vegetativo. Estos llevan a cabo funciones similares a los lagos de mitigación, jardines de lluvia, canteros, techos ecológicos y zanjas. Portland, Oregon, está entre las ciudades con mayor número y densidad de SGS. Pero incluso aquí, la educación pública y el mantenimiento de estas instalaciones han presentado desafíos para su uso exitoso.

En este artículo, presentamos a fondo y con actividades prácticas el plan de estudios de aguas pluviales que ha sido utilizado exitosamente por muchos profesores de Portland. Esperamos que los educadores interesados en la hidrología, la ecología urbana y las soluciones de ingeniería para los problemas medioambientales repliquen o modifiquen este para su utilización. Puede ser particularmente útil para los educadores con sitios de mitigación para aguas pluviales en el lugar o cercanos a sus escuelas.

Nuestra actividad de investigación de diez semanas apunta a que los estudiantes sean educados en medioambiente, específicamente su conocimiento, disposiciones y habilidades, e, impartirles a los estudiantes principios ecológicos relevantes relacionados con la hidrología urbana y natural. También les provee a los estudiantes con habilidades de ingeniería e investigación de campo, mientras cultivan una vocación personal de administración. A continuación, encontrará preguntas clave, junto con una detallada descripción de las principales actividades de la investigación.

Pregunta: ¿Por qué las aguas pluviales se están transformando en una de las mayores fuentes de contaminación del área urbana?

Los estudiantes usan sus propias palabras para describir el panorama general de cómo la urbanización ha reducido la calidad de agua pluvial, y porqué el trabajo de campo, tales como analizar la calidad del agua y la restauración del hábitat, son herramientas de mitigación eficaces.

Los estudiantes deben recorrer los patios de sus escuelas y hacer observaciones acerca de la estructura y posibles funciones de existentes SGS. (Si allí no hay, visitan el ejemplo más cercano dentro de su comunidad). Pida a los estudiantes que comparen y contrasten el suelo y las plantas encontradas en la zona de SGS con las que se encuentran en tierras húmedas y forestadas. Luego analicen porqué éstas instalaciones están siendo usadas en lugar de tuberías (usualmente son más rentables).  Los estudiantes pueden luego identificar las funciones primarias de esas instalaciones- bajo escurrimiento y retención de contaminantes – y cómo su mantenimiento ayudará a mantener esas funciones.

En una actividad tipo rompecabezas, separe a los estudiantes en tres grupos titulados hábitat (SGS suelo y vegetación), trabajo de campo (SGS mantenimiento) y aguas pluviales (desde contaminada a recurso).  Dichos temas representan la administración (trabajo de campo) necesaria, para mantener un buen funcionamiento de la cuenca (hábitat) que efectivamente quite los contaminantes de las escorrentías (aguas pluviales). Entregue diez fotografías a cada grupo, y pregunte cómo ordenarlas desde bueno a malo (por ejemplo, fotografías de un arroyo inmaculado hasta la fotografía de agua pluvial contaminada). Los estudiantes rápidamente tratarán el tema, a veces polemizarán, sobre qué fotografías son buenas o malas. Pida que un representante de cada uno de los tres grupos forme un grupo de debate para responder preguntas como las siguientes: “¿Qué contamina al agua pluvial?” O “¿Qué conforma un buen hábitat?” Al finalizar, los estudiantes deberían poder responder la pregunta “¿Cómo un buen trabajo de campo resulta en un buen hábitat y en aguas pluviales?” Y definir “buena administración de aguas pluviales”.

Pregunta: ¿Cómo el agua y las propiedades del suelo y de las plantas se relacionan con los procesos de aguas pluviales?

Agua: Los estudiantes pueden aprender sobre el ciclo del agua dibujando la más grande área urbana donde viven, los terrenos de la escuela con SGS, o un área forestada cercana en un papel de estraza. Luego identifican el segmento de las aguas pluviales de este ciclo y donde empieza y termina. También anotan las diferencias entre las vías de agua urbana y natural, y cómo esa diferencia se relaciona con su vida cotidiana. También aprenden sobre cohesión y adhesión, a través del ejercicio de determinar cuántas gotas de agua pueden caber en una moneda y cómo esto se relaciona con el agua pluvial que transporta la polución.

Suelo: Los estudiantes aprenden sobre la textura del suelo, densidad aparente y horizontes y cómo se relacionan con la infiltración de las aguas pluviales. Permita que los estudiantes usen el método del tacto para determinar la textura de las muestras de arena, capa superficial y barro. Pida a los estudiantes que dibujen el triángulo de la tierra (ver figura 1) en un papel de estraza y coloque las muestras identificadas en la textura dadas. Luego los estudiantes pueden calcular la densidad aparente (masa de suelo / volumen del recipiente). Uno de los métodos más sencillos es excavar un pequeño agujero en la tierra (1 galón), pesar la tierra para obtener la masa, colocar una bolsa de plástico sobre el agujero, rellenar el agujero con agua hasta el nivel graduado, verter una bolsa de plástico con agua para medir el dispositivo y así obtener el volumen. Los estudiantes hipotetizan acerca de cómo un cambio en el volumen puede afectar la porosidad (% de vacío en el suelo) y, por tanto, la infiltración (párrafo siguiente). De manera similar, los estudiantes pueden determinar las profundidades del horizonte A en el patio de la escuela y SGS, e hipotetizar cómo la mayor profundidad de A puede afectar el flujo de las aguas pluviales. Esto puede ser realizado fácilmente, se inserta una barrena en el suelo, se extrae el núcleo, y luego se examina visualmente (por ejemplo, los cambios de color de la capa superior marrón oscuro del suelo a marrón claro el subsuelo), y a través del método del tacto, se forma franjas de tierra en la mano.

Hidrología: Los estudiantes aprenden cómo calcular el volumen de la lluvia mediante la siguiente simulación. Verter agua mediante un pequeño recipiente con agujeros sobre una superficie con varias tazas que capten la lluvia. Luego de que la “lluvia” finalice, pida a los estudiantes que midan la altura del agua contenida en las tazas, y extrapolen esta cantidad a toda el área para obtener el volumen de la lluvia caída. Esta es una manera eficaz de enseñar cómo una replicación puede incrementar la exactitud de la medición del volumen de lluvia.

Plantas: Pida a los estudiantes que analicen acerca de cómo las plantas grandes proveen un ambiente que limpia las aguas pluviales más que las plantas pequeñas. También pueden aprender cómo calcular el porcentaje de plantas usando una actividad de simulación aleatoria en clase. Desplegar un mapa (o cualquier elemento con formas desiguales), desplegar una regla paralela al mapa (N-S o E-O y 0 sobre la esquina del mapa) , tirar un dado, localizar el número en la regla, desplegar otra línea perpendicular a la que ya está en el mapa sobre ese número (0 en el valor de la segunda regla, sobre el número tirado con el dado), tirar el dado nuevamente, ubicar el número en la segunda regla (el suyo ahora en el mapa), trazar un cuadrado blanco (de 1 por 1) en el segundo número, y registrar el porcentaje cubierto de vegetación.

Preguntas: ¿Cómo el SGS mitiga los efectos perjudiciales del agua de lluvia en áreas urbanas?

Diferencias entre los sitios de campo: 

A fin de que los estudiantes entiendan cómo la ecología e hidrología de distintos sistemas pueden afectar la calidad del agua de lluvia, los estudiantes deben visitar áreas naturales y registrar:

1. La diversidad de plantas y porcentaje cubierto.
2. La textura del suelo
3. La densidad aparente
4. La profundidad A del horizonte
5. El índice de infiltración
6. La calidad del agua (ph, temperatura, el oxígeno disuelto, turbiedad)

Lo ideal es comparar información de bosques, áreas urbanas húmedas y sitios SGS. Esto permite a los estudiantes investigar cómo la ecología local afecta al agua de lluvia a través de áreas urbanas y naturales y evaluar si los sitios SGS están afectando el agua de lluvia.

Dividir a los estudiantes en cuatro grupos de muestra diferentes: calidad del agua, infiltración, plantas y suelo. El grupo de calidad de agua reúne información de temperatura, oxígeno disuelto, turbiedad y ph usando un kit de agua Hach. El grupo de infiltración usa un único anillo de infiltración (un balde de pintura de 3 galones (un galón estadounidense equivale a un 3,785 litro) con el fondo cortado que puede usarse con la mayoría de los suelos), se vierte 1 galón de agua dentro del anillo, se mide el tiempo que lleva al agua para completar la infiltración del suelo y se repite hasta que se alcanza un flujo constante.

El grupo de suelo cava un pequeño agujero (de dos puños de profundidad y ancho), seca la tierra en el salón de clases y usa una balanza en escala para determinar el peso de la tierra removida. Antes de volver la tierra al hoyo, los estudiantes despliegan una bolsa de plástico en el suelo, vierten agua de un cilindro graduado en el hoyo, registran el volumen del agua. El peso de la tierra es dividido por volumen para alcanzar la densidad aparente. Extendiendo esto, los estudiantes pueden calcular la porosidad (ɸ=1-(densidad aparente/2.65g/cm3). Ambas métricas pueden ser buena medición de la compactación de la tierra que afecta en buena medida el índice de infiltración y del escurrimiento. El horizonte del suelo y la textura deben ser medidas con el uso de un taladro y el método del tacto, respectivamente. Los estudiantes pueden determinar la textura de la tierra que hay en sus lugares con un buen grado de precisión, con un mínimo entrenamiento y con guías de apoyo del método de tacto que abundan en internet. Los taladros para suelo cuestan menos de 100 USD. 

La diversidad de plantas, se mide transversalmente ya que los estudiantes extienden una cinta de 100 metros, eligen un número al azar de entre 1 a 100, extienden 1 metro cuadrado sobre el número seleccionado, identifican las especies de plantas, y calculan el porcentaje cubierto de cada especie. El cuadrante es construido con 1 tubería de pvc de una pulgada de diámetro y 4 codos de plástico. Los tipos de vegetación que se pueden incluir: arbustos, hierba, pasto, y árboles.

Combinar los datos de todos los grupos, individuales y de toda la clase, con grupos de 5 a 6 estudiantes que confeccionen posters que muestren los hallazgos. Pida a los estudiantes que comparen los datos de los sitios urbanos y naturales y que califiquen parámetros tales como la calidad del agua o el índice de infiltración como buenos, aceptables o pobres. Los estudiantes pueden también sacar conclusiones en lo que respecta a la eficacia del SGS en la escuela y si este está funcionando más como un sistema natural o urbano, con la misma escala en su evaluación.

El balance de agua pluvial de la escuela

A fin de que los estudiantes evalúen cómo el agua se mueve a través de los paisajes urbanos, los estudiantes pueden hacer un balance hídrico de agua superficial de la escuela.  El balance hídrico es superficial, no está dirigido al agua subterránea dentro o fuera, evapotranspiración o cambios de almacenamiento, pero aun así es un ejercicio útil. Para estimar este volumen, los estudiantes deben multiplicar los datos de los pluviómetros cercanos a la escuela. Luego, deben medir si la superficie de la escuela es impermeable o permeable. De éstos totales, los estudiantes pueden hipotetizar acerca de cuánta agua de lluvia se escurre en la infraestructura de la ciudad y cuánta agua se infiltra en el suelo. Luego, los estudiantes revisan sus hipótesis basándose en otras exploraciones. Por ejemplo, podrían determinar la cantidad de las superficies impermeables de la escuela se dirigen las aguas pluviales a sitios con SGS. De ello, se pueden crear nuevos balances hídricos que reflejen el escurrimiento de la propiedad de la escuela. Luego, pida a los estudiantes que traduzcan esos valores de volúmenes de agua (ft3) en representaciones tangibles, como número de pelotas o automóviles, para que ellos y otros puedan entender mejor los volúmenes de agua involucrados. Luego pueden ver cuánta agua se mueve dentro de la propiedad de la escuela y estimar cuánta agua es removida del sistema municipal de aguas pluviales con la presencia de SGS.

Balances hídricos de sus hogares y diseños de SGS

Esta actividad final permite a los estudiantes planificar formas en que ellos y sus familias puedan ser ‘administradores el agua pluvial’. Los estudiantes imprimen dos copias de una foto aérea del lugar dónde viven, que incluya edificios de departamentos, ámbitos residenciales típicos y lotes urbanos grandes. Con la primera copia, hacen un balance hídrico de su propiedad del mes más reciente en su propiedad, similar al de su escuela. Ellos indicarán dónde las áreas impermeables están localizadas y cómo el agua se mueve de los techos a las distintas superficies. Mostrarán cualquier alcantarilla si desemboca directamente al sistema municipal pluvial y hacia dónde el agua de la calzada fluye. Con la segunda copia de la imagen aérea, pida a los estudiantes rediseñar sus propiedades que incluyan LID (desarrollos de bajo impacto) como techos ecológicos, jardines de lluvia, pavimento permeable y drenajes sostenibles.  Luego de completar sus nuevos diseños, pídales que recalculen los balances hídricos de sus casas, y que nuevamente traduzcan los valores del volumen de agua en representaciones tangibles. 

Previo a esta lección, sería muy útil invitar a educadores de aguas pluviales para enseñar a los estudiantes cómo los LID permiten absorber el agua de lluvia de una manera rentable. Otra actividad de extensión puede incluir que los estudiantes calculen el costo de rediseñar su residencia o recolectar información en su propiedad como tasas de infiltración o diversidad de vegetación.

Evaluación

Antes y después de participar en este programa, se debe evaluar el interés de los estudiantes hacia el medioambiente con otro grupo que no participa en este programa. No se necesita una evaluación formativa de conocimiento.  En vez de eso, pida a cada estudiante que complete un libro de actividades a través de la unidad.

Conclusión

El plan de estudio de administración de agua pluvial enseña a los estudiantes acerca de las estrategias empleadas por las municipios, ciudadanos y ONG para abordar las fuentes de agua no puntuales de contaminación de agua y mejorar la salud de las cuencas. En este proceso, los estudiantes aprenden sobre su propio impacto y la ciencia detrás de estas estrategias, incluyendo, suelo, hidrología, plantas e ingeniería. Inspirados por este plan de estudios práctico, hemos visto estudiantes internalizar nuevos conocimientos y adquirir confianza en sus habilidades para mejorar la salud de las cuencas de agua. Muchos se convirtieron en administradores de sus propias cuencas y han educado a sus familias sobre el tema.

Steven M. Braun y Ted Hart son estudiantes en la Escuela de Ambiente de la Universidad Estatal de Portland, donde ambos buscan enseñar sobre PhDs en la tierra, ambiente y sociedad. La investigación de Steve trata sobre la recuperación de la ecología y la educación ambiental.  La investigación de Ted, sobre la funcionalidad y educación de la bioretención de agua de lluvia. Kirk Ordway es profesor de ciencias en la Escuela Secundaria Pública Mt. Tabor de Portland. 

Los autores quieren agradecer al programa National Science Foundation GK-12, Portland Public

Schools, Portland’s Bureau of Environmental Services y todas las personas involucradas. Para ver éstas actividades, disponibles en 2014, visite www.pdx.edu/soe-gk12/curriculum; 

Nota: Mirar  http://www.pdx.edu/soe-gk12/videos y mini-documentales y Bioswales at Mt Tabor Middle School, Portland de un video describiendo este proyecto.

Jorgelina Pussetto, es productora de moda y fotógrafa freelance. También ejerce como profesora de inglés para preescolares en su pueblo natal-Morteros, Córdoba, Argentina.