Investigaciones Relevantes

 

27 de julio 2015

Una Mirada en Torno a la Dinámica de los Sistemas de Suministro de Agua Potable de Utah

Los sistemas de suministro de agua pública son la sangre vital de las zonas urbanas. Cómo utilizamos los sistemas urbanos de agua, afecta la salud humana y el bienestar público. Nuestro uso del agua puede alterar el balance energético de una ciudad, incluyendo la cantidad de energía solar que es absorbida en forma de calor o reflejada de regreso a la atmósfera. Esto afecta las relaciones entre todos los seres vivos dentro de la ciudad, y los flujos de agua y sustancias químicas naturales a través de él. La gravedad de estos efectos, y la necesidad de comprender mejor las conexiones entre el clima, así como la extracción de agua y el impacto del uso del agua, son más fuertes en los climas y lugares secos sometidos a un cambio sustancial del uso del suelo - por ejemplo, en las áreas de rápida urbanización de Utah que son el punto focal del programa iUTAH.

 

El estudio de "composición isotópica" del agua - es decir, el número y la abundancia relativa de las diferentes formas de isótopos de elementos comunes - puede ayudar a entender mejor estas conexiones. El investigador Gabe Bowen y su estudiante de doctorado, Yusuf Jameel, de la Universidad de Utah están estudiando cómo la composición isotópica del agua del grifo varía en tiempo y espacio en el Valle de Salt Lake City. Con el apoyo de iUTAH, el grupo ha reunido y analizado datos de isótopos estables del agua a partir de una serie de muestreos hidrológicos semestrales (primavera y otoño, 2013 y 2014) en el agua del grifo muestreados en todo el Valle de Salt Lake City.

 

El estudio ha llevado a cuatro conclusiones principales hasta el momento: 1) la variación es clara y sustancial en el agua del grifo. Su composición isotópica en el espacio y el tiempo se puede vincular a diferentes fuentes de agua y las prácticas de gestión hídrica dentro de la zona urbana, 2) Existe una fuerte correlación entre el rango de valores isotópicos observados y la población de los distritos de agua, lo que refleja el uso del agua de múltiples fuentes locales y no locales en distritos con alta demanda de agua, 3) los isótopos de agua reflejan una pérdida significativa y variable de agua debido a la evaporación superficial de los recursos hídricos  y 4) En general, el agua del grifo contiene concentraciones más bajas de isótopos pesados de H y O, que el agua de lluvia en las cuencas, lo que refleja la conexión entre el suministro de agua de la ciudad y las fuentes de agua de montaña. El efecto se incrementa a medida que el clima es más seco y más cálido.

 

Actualmente, Yusuf está escribiendo un manuscrito sobre su trabajo y con planes para enviarlo a revisión a una revista científica. Gabe y Yusuf también están trabajando con una importante empresa de suministro de agua en el valle de Salt Lake para cuantificar la pérdida de agua durante la transmisión y el almacenamiento, la contribución relativa de las diferentes fuentes de agua, y los patrones de transmisión de agua en los sistemas urbanos.

 

El mapa muestra los sitios de muestreo de agua del grifo en la muestra en los 18 distritos hídricos en el área metropolitana del Valle de Salt Lake City.

 

El analizador de isótopos Picarro CRDS H2O utilizado para el análisis de la composición isotópica del agua del grifo.

 

 

 

23 de junio 2015

Nuevo Software Ayuda a los Científicos a Entender como la Naturaleza esta Conectada Caleb Buahin, Asistente de Investigación de Utah State University

El agua toca todo, granjas, hogares, empresas y la naturaleza, y todos dependen del agua - y cada uno de estos también afecta a cómo el agua llega a otras entidades que dependen de ella. Como sociedad todo esto crea mayores demandas sobre los recursos hídricos de Utah. Los científicos cada vez se les pide predecir cómo el ciclo natural del agua y nuestros sistemas de agua responderán a presiones tales como el crecimiento demográfico y el cambio climático. ¿Qué debe hacerse para que Utah pueda adaptarse a los cambios en los caudales de los ríos o las nevadas? ¿Cómo podemos satisfacer las necesidades de una población que podría duplicarse en 40 años?

 

Para hacer estas predicciones y comenzar a trabajar hacia las soluciones, los científicos utilizan "modelos" matemáticos de los diversos factores que influyen en los flujos de agua y sus usos. Estos modelos - programas informáticos realmente sofisticados - deben ser lo suficientemente complejos para describir cómo los científicos creen que los sistemas de agua naturales y los construidos se comportan, pero lo suficientemente simplificados que puedan ser de utilidad para los tomadores de decisiones que deben tomar decisiones con respecto a los datos que pueden ser limitados o incompletos. Estos datos, llamadas variables de entrada, se procesan en ecuaciones matemáticas para predecir las consecuencias para los resultados deseados, es decir, los productos y servicios que la sociedad y la naturaleza necesitan de agua.

 

Por ejemplo, un modelo hidrológico podría tomar datos de lluvia y nieve, temperatura del aire, radiación solar, etc., como variables de entrada para producir salidas como caudales de los ríos, la evaporación y la absorción de agua por parte de la planta.

 

Figura 1. Representación Simplificada de un Modelo Matemático.

 

Los científicos que estudian los diferentes dominios de los sistemas de agua desarrollan modelos únicos que pueden responder a las preguntas que nos interesan. Por ejemplo, un hidrólogo puede querer predecir cómo los caudales disminuirán durante el verano después que se derrite la nieve, mientras que un ingeniero industrial puede ser que desee predecir cómo una nueva tecnología puede reducir la cantidad de agua que se necesita diariamente para enfriar una planta eléctrica.

 

Sus respectivos modelos se basan en la información sobre la disponibilidad de agua y los productos deseados, pero que probablemente no serán responsables de todos los factores que forman parte del modelo de la otra. Para responder a las preguntas más grandes sobre cómo: ¿Puede Utah responder a los cambios en la oferta y la demanda de agua?, se necesitan modelos más integrales que cubran varios dominios de la red de abastecimiento de agua.

Ese es básicamente el problema que Caleb Buahin está trabajando. Caleb, un estudiante de doctorado con Ciber-infraestructura, parte del  Equipo de Investigación 3 de iUTAH. El está desarrollando un marco de software flexible que permite a los científicos juntar varios modelos desarrollados desde diferentes dominios y disciplinas científicas de modo que puedan comunicarse e intercambiar datos durante su cálculos. Este enfoque de desarrollo de modelos, llamado modelación basada en componentes, el cual promete ser el mejor camino para los científicos para probar y refinar las hipótesis acerca de cómo se comportan los sistemas de agua al experimentar con diferentes modelos bajo una misma plataforma.

 


Figura 2: Software Desarrollado para Acoplar los Modelos Individuales

 

Trabajos preliminares de Caleb involucran el desarrollo de una plataforma marco (Figura 2), que usa la evaluación de los costos informáticos y la exactitud del modelo y las formas de identificación para mantener costos razonables. De cara al futuro, Caleb está probando el enfoque acoplando juntos modelos que simulan las porciones naturales y construidas de los sistemas urbanos de abastecimiento de agua, junto con un modelo de datos climáticos de conversión de cultivos a suelos urbanos, para estudiar la capacidad actual y las demandas futuras del sistema de aguas pluviales de Logan.

 

Al demostrar cómo este marco puede ser útil para reunir a los modelos y los datos para los diferentes aspectos del sistema de agua de Utah, Caleb espera crear herramientas de software y orientaciones que pueden ayudar a otros investigadores que no solo evalúan los sistemas de agua, sino también los recursos naturales. De este modo, los científicos serán capaces de evitar los inconvenientes de estudiar las partes de un problema de forma independientemente, sin tener en cuenta todos los aspectos importantes que afectan a los diferentes recursos entre sí y nuestro futuro.

 

 

 

29 de abril 2015

¿Qué tanta aguan consumen los árboles que plantamos en nuestros propios patios?

Los árboles proporcionan una agradable sombra y pueden reducir la necesidad de regar el césped en el verano caliente de Utah. Pero los árboles también necesitan agua para sí mismos. El entendimiento de cómo los árboles urbanos maduros utilizan agua, puede ayudar a los gestores del agua a dar una mejor idea de cómo podemos conservar agua en terrenos municipales. Cuantificar el uso del agua por las especies de árboles más comunes pueden resultar especialmente valioso porque los bosques no se producen de forma natural en las zonas urbanas de Utah. Árboles plantados dentro de la ciudad se mantienen por el riego, lo que requiere grandes cantidades de agua. En iUTAH el investigador Dr. Richard Gill y su estudiante graduado, Michael Bunnell, están estudiando sitios de árboles urbanos en el Valle Heber del condado de Wasatch, Utah. Este valle es un paisaje en rápido desarrollo, donde se proyecta, las poblaciones estarán creciendo un 90% en el año 2030. Con esta expansión urbana y el crecimiento de la población humana, se espera que más árboles que se plantarán dentro de la región, y traerán una mayor demanda sobre los recursos hídricos del valle.

 

Las conclusiones iniciales de Bunnell muestran una tendencia en la plantación de especies de árboles caducifolios, como Arce (Maple). Estas especies utilizan inherentemente más agua que las especies de coníferas como el Abeto Azul. En cuanto a especies de algunos árboles en particular, las conclusiones iniciales de Bunnell sugieren que el mayor determinante de la utilización del agua es la anatomía del tejido suave del tronco, llamada albura. Por ejemplo, algunos árboles conducen agua a través de todos sus tejidos vivos, mientras que en otros, el movimiento del agua está restringido a sólo el crecimiento del año en curso.

 

En una región donde los recursos hídricos son limitados, es importante comprender la influencia de los bosques plantados y el uso del agua. Para lograr este objetivo Gill y sus estudiantes están recogiendo mediciones todos los días de flujo de savia y de los patrones estacionales de la transpiración de los árboles en los paisaje dominantes que hay áreas suburbanos del Valle Heber. En última instancia, esta investigación ayudará a los administradores de tierras urbanas en una mejor identificación de las especies de árboles más eficientes en el uso del agua y tendrán una mejor toma de decisiones con respecto a las densidades siembra.

 

Sensores de flujo de agua (savia) instalados en el tronco de un liquidámbar americano.

 

Depósito para la instrumentación que recopila los datos climáticos.

 

Michael Bunnell Universidad de Brigham Young, Estudiante Graduado- Investigador

 

 

 

30 de marzo 2015

¿Cómo Pueden Contribuir los Planificadores Urbanos a la Conservación del Agua?

Las poblaciones urbanas en los EE.UU. están creciendo, y la planificación del abastecimiento urbano de agua es crítica para asegurar que el recurso vital, como ser el agua, esté disponible para mantener a las poblaciones futuras. Si bien la urbanización plantea una multitud de desafíos de proveer y mantener los recursos de agua, hoy en día existen oportunidades en las ciudades también para remediar ese problema. Las ciudades proporcionan educación e ingresos, fomentan la creatividad y la innovación, y serán el futuro de la mayoría de la humanidad. El asistente de investigación Philip Stoker y su asesor de doctorado Dra. Sarah Hinners se preguntan cómo los planificadores urbanos pueden contribuir a los esfuerzos de conservación de agua en ámbitos urbanos.

 

Para contestar esta pregunta, Stoker ha entrevistado a más de una docena de gerentes de agua y planificadores de la ciudad a través de cuatro estados del oeste a fin de responder esta pregunta de investigación. Las entrevistas revelaron algunos conocimientos sobre los actuales esfuerzos de conservación, las barreras que impiden la conservación del agua, y el papel de los planificadores urbanos. De acuerdo a lo encontrado, lo más importante que los planificadores pueden hacer es trabajar en la planificación de los recursos hídricos en sus procesos en forma transversal, y considerar los recursos hídricos en cada decisión. Esto puede implicar incluir al individuo de una agencia de gestión del agua en el personal de la agencia de planificación del uso de la tierra, en involucrarlo directamente en el proceso de planificación. Si no se puede dotar de personal directamente a un planificador del suministro de agua, ellos pueden trabajar regularmente con los gerentes locales de agua e incorporar sus conceptos en los procesos y decisiones de planificación. Algunos planificadores pueden considerar que el agua: “no esta en mi jurisdicción”, y obviar el asunto del agua en la planificación. El objetivo es romper estos paradigmas y reconocer planificación de los recursos hídricos en todos los procesos y decisiones de planificación de uso del suelo.

 

El objetivo de la investigación de Stoker fue destacar los buenos ejemplos y prácticas así lo hicieron los esfuerzos de conservación del agua en todos los EE.UU. para que pueden lograr los resultados que esperan. Stocker dijo que agradece las contribuciones de los individuos que compartieron su experiencia en la planificación y la gestión del agua, a la vez que está preparando un informe para ser compartido con el equipo de iUTAH.

 

Estrategias para la Ciudad de los planificadores promover la conservación del agua urbana

 

 

 

01 de febrero 2015

¿De Dónde Viene el Nitrógeno en los Arroyos de Utah?

La contaminación del aire que se encuentra en la lluvia, la nieve y las partículas secas pueden afectar la biología y la calidad de los ecosistemas fluviales. En iUTAH, el trabajo del investigador postdoctoral, Dr. Steven Halls confirma que tanto la nieve en terrenos urbanos como montañosos en el norte de Utah contienen los mismos componentes que son el PM2.5, el cual es un material fino de partículas que es de la mayor preocupación para la salud, por la contaminación del aire. Esto demuestra que la contaminación del aire local tiene un impacto ambiental generalizado. A pesar de las diferencias en los valores de la contaminación del aire en los valles de Salt Lake, Cache y Heber, cantidades similares de nitrógeno fueron depositados en esas zonas durante el invierno de 2013-14.

 

Dr. Hall ha encontrado que hay bastante nitrógeno en los arroyos urbanos de Utah, pero la contaminación del aire no es el principal culpable. Los datos de Hall muestran que sólo una pequeña cantidad de nitrógeno en la precipitación en realidad termina en los ríos. La mayor parte del nitrógeno se toma o es eliminado por las plantas y los microorganismos. En cambio, otras fuentes urbanas parecen ser la contribución dominante de nitrógeno en los arroyos. En el riachuelo Red Butte de Salt Lake City, el nitrógeno contenido en el agua alcanzó su punto máximo después de la incorporación de las aguas subterráneas urbanas. Las mediciones de isótopos de nitrógeno en plantas a orillas de las corrientes mostraron diferencias en la composición de nitrógeno entre las plantas de las montañas y en las plantas de las zonas urbanas. Esto sugiere un cambio en cuanto a las fuentes de nitrógeno y el ciclo que siguen cuando las corrientes entran en las zonas urbanas. La cantidad de nitrógeno que se mide no es directamente peligrosa, pero puede contribuir a numerosos cambios en los ecosistemas acuáticos. Estos incluyen cambios en las comunidades biológicas (la identidad y abundancia de especies) y el aumento en el crecimiento de las algas.

 

¿Qué significa esto para los que viven en estas zonas urbanas? Para disminuir el nitrógeno en nuestros arroyos, podemos utilizar menos fertilizantes en el césped o transformar su jardín en un jardín con vegetación tolerante a la sequía. En muchos casos la aplicación de fertilizantes se hace sobre aplicaciones frecuentes e innecesarias sobre el nitrógeno de la deposición atmosférica, el cual proviene del pasto cortado dejado en la superficie del césped.

 

Sitio 3: Sitio GAMUT en la Carretera a Mendon, Mendon UT

 

Sitio GAMUT en FootHill Dr. Salt Lake City, UT

 

 

08 de enero 2015

Los Avances en la Investigación de la Microbiología Acuática

Los arroyos están llenas de muchos tipos diferentes de bacterias, pero hasta hace poco no existía la tecnología para que los científicos comprendieran cómo se vinculaba la composición de especies de las comunidades microbianas a la calidad del agua. El Investigador Zachary Aanderud y su estudiante de doctorado, Erin Jones, están estudiando la importancia de las bacterias en entornos de flujo y su papel en la calidad del agua para iUTAH. Los avances en las técnicas de secuenciación de ADN permiten al programa de iUTAH ser parte de una nueva ola de estudios de ecología acuática.
Anteriormente, los científicos podrían describir la actividad bacteriana corriente sólo en términos de carbono total - básicamente la medición de la cantidad de bacterias, pero no qué tipo estaban presentes. La identificación de las especies presentes es útil porque los diferentes tipos de bacterias son capaces de crear diferentes compuestos bioquímicos, incluyendo las que se consideran contaminantes. Ahora estamos en condiciones de analizar la capacidad de una corriente para producir cualquier cantidad de contaminantes, sobre la base de la actividad molecular representada en los genomas bacterianos.

 

En el primer estudio se recolectaron muestras de agua en sitios pristinos de alta elevación y sitios urbanos de baja elevación. Los sitios urbanizados son de las cuencas de los ríos Logan, Red Butte, y Provo. En el pasado, había medido los niveles de bacterias individuales como E. coli en estos sitios y se habían hecho estimaciones de los niveles de bacteria en los sitios de alta y baja altitud. Los sitios más urbanizadas mostraron una disminución en la diversidad bacteriana - hubo menos especies, y ciertas especies tendieron a crecer más dominantes, ya que parecían más aguas abajo. Tras un examen más, el cambio en la comunidad bacteriana ocurrió ARRIBA urbanización en las tres cuencas. En cambio, el cambio correspondían a sitios inmediatamente aguas abajo de las presas (First dam en Logan, el embalse en Red Butte, y el embalse Jordanelle en Provo) en los niveles de E. coli.

 

Estos datos, combinados con datos de la química del agua recogidos por investigadores de iUTAH, darán grandes ideas sobre cómo las comunidades de bacterias interactúan con otras variables de calidad del agua. Mediante la recopilación de muestras durante las diferentes estaciones del año iUTAH puede ver si estas tendencias son consistentes.

 

Erin Jones haciendo muestreos en el Lago Utah

 

Filtrando las muestras con el Estudiante Posgraduado Tylan Magnusson