En el año pasado, una cosa ha quedado clara:no podemos vivir la vida sin riesgos. De hecho, cada parte de nuestras rutinas diarias quedó sujeta a análisis:¿Qué tan arriesgada es la acción y su valor vale el costo potencial?

Análisis de riesgo, aunque aparentemente más omnipresente en nuestros pensamientos de hoy, siempre ha sido parte de cómo operamos y cómo funcionan los sistemas que nos rodean. Como nuevas presiones, como el cambio climático, profundizar, la precisión y confiabilidad de los modelos de análisis de riesgos en temas tan básicos como la limpieza de nuestra agua potable se han vuelto más importantes que nunca.

Investigadores de la USC, incluido Felipe de Barros, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi, han desarrollado una variedad de modelos que pueden ayudar a evaluar cómo se dispersan los contaminantes emergentes, disolver y, en última instancia, afectar la calidad del agua y la capacidad de recuperación de los acuíferos.

"El entorno del subsuelo es muy complejo y difícil de rastrear, porque no podemos verlo, ", dijo de Barros." No tenemos información detallada sobre la profundidad de los contaminantes, qué tan lejos están esparcidos, de donde vienen, con qué otros contaminantes se han mezclado o cómo varían las propiedades geológicas en el espacio ".

Estas preguntas son exactamente en las que trabajan De Barros y su equipo. Recientemente, de Barros y sus colaboradores desarrollaron un modelo analítico que puede ayudar a predecir la propagación de contaminantes en medios porosos fracturados bajo diferentes escenarios de flujo de agua. Este trabajo apareció en Fluidos de revisión de física . La ventaja del modelo analítico desarrollado por De Barros y colaboradores es que permite observar las relaciones entre los diferentes parámetros geológicos y físicos para ver cómo impactan la disolución de un contaminante a medida que el agua fluye de un punto a otro.

"Es como estudiar realidades alternativas, como en un universo de cómics, ", dijo de Barros." Si puedes entender lo que sucede con cada escenario diferente, puede predecir mejor los resultados en tiempo real y asignar mejor los recursos para mitigar el problema ".

"Con herramientas como esta, puede realizar análisis probabilísticos de riesgos y calcular y evaluar los riesgos asociados con una instalación de eliminación de residuos, por ejemplo, o con una fuga accidental, ", dijo." También podemos entender qué tan rápido estos químicos van a viajar en estos entornos ".

Por ejemplo, dicen que hubo un derrame químico cerca de un acuífero. Con un modelo de riesgo preciso que tenga en cuenta las variables heterogéneas clave en el entorno, Los profesionales de la salud y los organismos reguladores podrían comprender mejor la cantidad de contaminante que pueden esperar que haya en la fuente de agua final. dijo de Barros.

"Este modelo puede ayudar con preguntas como, '¿Debería invertir más dinero en salud pública o en caracterizar el sitio geológico? ¿Debo cerrar el pozo, que es muy costoso, o traer agua del grifo de otro lugar o comprar agua embotellada? o existe un conocimiento razonable de que el agua todavía se puede utilizar, una vez tratado? ", Dijo.

Un sistema complejo simplificado

Felipe de Barros y su equipo analizaron la compleja física del flujo de agua a través de diferentes sistemas de flujo, es decir, donde el flujo restringido, como a través de una membrana porosa, se encuentra con el flujo libre, como el espacio entre dos superficies porosas. La forma en que estas áreas interactúan es importante para determinar cómo un químico se disuelve o se mezcla en una fuente de agua. él dijo.

En lugar de resolver las ecuaciones físicas numéricamente para modelar diferentes resultados, el equipo buscó abordar el problema mediante el desarrollo de soluciones analíticas que son computacionalmente baratas. Identificar las relaciones entre los elementos del modelo les permitió "mejorarlo", simplificando las matemáticas involucradas al destilar estas tendencias en menos términos y luego incrustarlas en su ecuación.

Para crear un modelo que encapsule estos parámetros y comportamientos clave, los investigadores observaron las características geométricas de las estructuras del subsuelo. La porosidad y permeabilidad del entorno subterráneo o la relación de aspecto que caracteriza las fracturas fueron elementos clave que se consideraron, dijo de Barros.

Toma de decisiones con datos

Es difícil tomar decisiones en el vacío. Es por eso que De Barros dice que las herramientas desarrolladas dentro de su grupo de investigación podrían cambiar la forma en que las instalaciones de tratamiento de agua, los reguladores y otros deciden qué hacer en varios escenarios. A medida que el agua superficial se vuelve cada vez más escasa, Las fuentes subterráneas y las opciones de tratamiento deberán aprovecharse cada vez más. Al mismo tiempo, sin embargo, con contaminación y contaminantes químicos que se filtran a las fuentes de agua, el desafío es identificar cómo medir la seguridad de un determinado flujo sin comprender completamente las incógnitas invisibles que lo impactan.

Una cosa que apunta nuestra investigación, de Barros dijo, es desarrollar modelos orientados a aplicaciones que mejoren nuestra comprensión fundamental sobre la interacción entre los medios geológicos y el comportamiento del transporte de solutos. Esto permitiría ver cómo las condiciones cambiantes influyen en la dispersión de contaminantes. Por ejemplo, ¿Cómo se filtra un contaminante al otro lado de una roca agrietada en comparación con una que no tiene fisuras? Debido a que se pueden encontrar tantos contaminantes potenciales en el agua, esto ayuda a crear una comprensión general del sistema subterráneo sin depender de conocer los contaminantes exactos en cuestión.

Este conocimiento también puede permitir la ingeniería inversa, por ejemplo, construir un sistema para tener ciertas condiciones hidrogeológicas que podrían ayudar a lograr una concentración química deseada o una salida de calidad del agua.

"Entender cómo la concentración de un químico cambia en un sistema dado a través del espacio y el tiempo puede tener implicaciones para la salud pública, operaciones de tratamiento de agua y también políticas regulatorias, por ejemplo, según lo emitido por la EPA de EE. UU., "dijo de Barros.