Modelling and sustainable management of rainwater harvesting in urban systems

Abstract

En esta dissertación se desarrolló un modelo para evaluar técnica, económica y ambientalmente sistemas de recogida de agua de lluvia para aprovechamiento doméstico urbano. Se analizaron diferentes tipologías de vivienda (vivienda tipo casa y vivienda tipo apartamento) y diferentes sistemas (vivienda unifamiliar, edificio de apartamentos y barrio). Se encontraron los escenarios de viabilidad económica y ambiental y se desarrollaron submodelos específicos para la evaluación directa en un amplio rango de condiciones climáticas, precios y calidad del agua para sistemas de diferentes escalas urbanas. La disertación esta preparada en cinco partes y ocho capítulos. Parte I. INTRODUCCION y MARCO METODOLOGICO APLICADO La Parte I se divide en dos capítulos. El Capítulo 1 introduce el trabajo en general y presenta un marco integral de los recursos hídricos y su importancia en las ciudades. En este capítulo se incluye la oferta y la renovabilidad de los recursos hídricos en algunos países del mundo, y las demandas de agua urbanas y las tendencias de crecimiento urbano futuro. También se muestra una relación entre consumo doméstico de agua de red y la relación entre agua y energía. Por último se exponen, la justificación y los objetivos que llevaron al desarrollo de esta tesis. El Capítulo 2 presenta la metodología general que se desarrolló, dando un especial énfasis en la modelización de sistemas, análisis económico y de evaluación ambiental. Además, en este capítulo se incluyen los sistemas analizados y estudios de casos incluidos en la investigación, así como la validación realizada en el principal modelo desarrollado. Parte II. MODELADO DE LOS SISTEMAS DE RECOGIDA DE AGUA DE LLUVIA La Parte II incluye el Capítulo 3. Este capítulo presenta en detalle el desarrollo de un modelo de simulación de los sistemas de recogida de agua de lluvia y su evaluación comparativa con otros softwares existentes. Este software se llama Plugrisost como un acrónimo de pluviales, grises y la sostenibilidad. Además, en el capítulo se describen los factores determinantes que condujeron a su creación y las nuevas características incluidas para facilitar la evaluación integral de recogida de aguas pluviales. Parte III. ASPECTOS SOCIALES, OFERTA POTENCIAL Y LOS BENEFICIOS AMBIENTALES DE AGUA DEL LLUVIA EN ZONAS URBANAS La Parte III se compone de dos capítulos. El Capítulo 4 presenta un estudio sobre el potencial de captación de aguas pluviales en los países en vías de desarrollo, teniendo como estudio de caso a Colombia. Además, este estudio muestra que algunos aspectos socio-económicos pueden influir en el potencial para captar agua de lluvia. El Capítulo 5 analiza los impactos ambientales potenciales en el contexto de los nuevos barrios en los países en desarrollo, tomando como estudio de caso a Colombia. Este capítulo presenta los modelos que se pueden aplicar en las evaluaciones ambientales rápidas en estos escenarios. Parte IV. PRINCIPALES FACTORES EN EL ANÁLISIS ECONÓMICO Y MEDIOAMBIENTAL La Parte IV se compone de dos capítulos. El Capítulo 6 analiza la viabilidad económica y financiera y el impacto ambiental de los sistemas de RWH tomando como estudio de caso a España. Se desarrollan los modelos para evaluar económica y ambientalmente estos sistemas. Además, se exponen los factores determinantes que afectan a estas evaluaciones. El Capítulo 7 se centra en analizar el efecto potencial de la calidad del agua de red en el análisis económico y ambiental de los sistemas de recogida de agua de lluvia. La dureza del agua es el parámetro analizado en un amplio intervalo de condiciones urbanas y sistemas diferentes. Parte V. CONCLUSIONES Y PRÓXIMOS PASOS La Parte IV se compone de un capítulo. El Capítulo 8 presenta las conclusiones generales de la tesis de conformidad con los objetivos fijados. También se incluye un marco de ideas para futuras investigaciones que puedan seguir desarrollándose en los sistemas de recogida de agua de lluvia.

This dissertation developed a model to evaluate technical, economic and environmental aspects of rainwater harvesting systems for domestic urban use. Different types of housing (semi-detached house and apartment house) and different systems (one single-house, apartment building and neighborhood) were analyzed. Then, scenarios of economic and environmental viability were found and specific sub-models were developed for use in the direct evaluation of a wide range of climatic conditions, prices and quality of mains water in different urban scales. The dissertation is prepared into five main parts and eight chapters. Part I. INTRODUCTION and METHODOLOGICAL FRAMEWORK APPLIED Part I is divided into two chapters. Chapter 1 introduces the general work presenting a comprehensive framework of water resources and their importance in the cities. This chapter includes the supply and renewability of water resources in some countries of the world, and the urban water demands and trends of future urban growth. Also it is shown a relationship of domestic consumption of mains water and the relationship between water and energy. Finally, the motivations and the objectives that led to this dissertation are presented. Chapter 2 presents the general methodology that was developed, giving a special emphasis on system modelling, economic analysis and environmental assessment. In addition, this chapter includes the systems and case studies included in the research and validation carried on the main model developed. Part II. MODELLING RAINWATER HARVESTING SYSTEMS Part II includes the Chapter 3. This chapter presents in detail the development of a simulation model of RWH systems, and its benchmarking against other existing softwares. This software is called Plugrisost as an acronym for pluvials, grey and sustainability. In addition, the chapter describes the determinants factors that led to its creation and the new features included to facilitate the comprehensive assessment of rainwater harvesting. Part III. SOCIAL ASPECTS, POTENTIAL SUPPLY AND ENVIRONMENTAL BENEFITS OF RAINWATER IN URBAN AREAS Part III is composed of two chapters. Chapter 4 presents a study of the potential of rainwater harvesting in countries in process of development taking as a case study in Colombia. Additionally, this study shows that some socioeconomic aspects may influence the potential to capture rainwater. Chapter 5 discusses the potential environmental impacts in the context of new neighborhoods in developing countries, taking as a case study in Colombia. This chapter presents models that can be applied in rapid environmental assessments in these scenarios. Part IV. MAIN FACTORS IN THE ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL ANALYSIS Part IV is composed of two chapters. Chapter 6 analyzes the economic and financial viability and environmental impact of RWH systems taking as a case study in Spain. Models to asses economically and environmentally these systems are developed. Also, the determinants that affect these assessments are exposed. Chapter 7 is focused on analyzing the potential effect of water network quality in the economic and environmental analysis of RWH systems. Hardness of the water is the parameter analyzed over a broad range of urban conditions and different systems. Part V. CONCLUSIONS AND NEXT STEPS Part IV is composed of one chapter. Chapter 8 presents the overall findings of the dissertation in accordance with the stated objectives. It is also included future researches that may continue to be developed in RWH systems.