Modelación matemática de la contaminación de suelos y aguas subterráneas por pesticidas orgánicos: aplicación al acuífero de la plana de Valencia

Abstract

[EN] After increasing application of pesticides in the last century, more and more concerns about uncontrolled pesticide application appeared. Until today neither their long-time effects on human and plant health are completely clear nor are the processes of transport and fate of pesticide in the environment fully understood. As pesticide application plays a decisive role in topics like food security, human health, sustainability in alimentation, anthropogenic environmental impacts and water quality in general, regulations and control of pesticide use is important. To allow competent and reasonable decision-making about pesticide management, models of the fate and transport of pesticides are necessary. This thesis is a description of the state-of-art of available models for fate and transport of pesticide, concentrating on soil and groundwater as contaminated media. How these models, on the example of PESTAN, work and how adequate and realistic the results are, is being investigated. This paper also discusses the complex processes determining fate of pesticides in nature, like advection, dispersion, biodegradation, mass transfer and reaction transformations. Furthermore it describes the equations on which the simulations of the model are based, gives an overview on the output data and includes an estimation of the sensitivity of the model to variations in input data. For the application, data from the plain of Valencia is used. Also there is an overview of available models for pesticide management included. Additionally a short summary of different types of pesticides is given, differencing due to their molecular structure between organochlorines, organophosphates, carbamates, triazines, plant insecticides and fumigants. There is a huge variety of chemicals available, increasing every year. For a responsible application, prior registration and profound tests of these chemicals are necessary. For testing the functionality of PESTAN as modeling program finally the application of the example data based on real circumstances in the plain of Valencia is analysed. The different types of output files are explained and shown. In addition variations due to apparently rather slightly changes in soil type (sandy loam to loamy sand) are applied and the differences in the results are analyzed. Also sensitivity and variations in the output data due to increasing and decreasing amount of pesticide discharged are tested.

[ES] Despues de un aumento en la aplicación de pesticidas en el último siglo, existen cada vez más dudas acerca de la aplicación incontrolada de pesticidas. Hasta hoy, ni sus efectos a largo plazo sobre la salud humana y vegetal son completamente conocidos ni lo son los procesos de transporte de los plaguicidas en el medio ambiente. Como la aplicación de plaguicidas desempeña un papel decisivo en temas como la seguridad alimentaria, la salud humana, la sostenibilidad de la alimentación, los impactos ambientales antropogénicos y la calidad del agua en general; la regulación y el control del uso de plaguicidas es importante. Para permitir una competente y razonable toma de decisiones sobre el manejo de plaguicidas, son necesarios modelos del comportamiento y del transporte de los plaguicidas. Esta tesis es una descripción del nivel de la técnica de los modelos disponibles para el destino y el transporte de los plaguicidas, centrándose en el suelo y las aguas subterráneas como medios contaminados. Se ha investigado cómo estos modelos, por ejemplo el PESTAN, trabajan y cómo de adecuados y realistas son los resultados. Este documento también analiza los procesos complejos que determinan el comportamiento de los plaguicidas en la naturaleza como advección, dispersión, biodegradación, transferencia de masa y reacciónes de transformaciones. Además están descritas las ecuaciones en que se basan las simulaciones, ofreciéndose una visión general de los datos del output incluyendo una estimación de la sensibilidad del modelo a las variaciones en los datos de input. Para la aplicación se usan datos de la plana de Valencia. También se incluye un resumen de los modelos disponibles para la gestión de los plaguicidas. Además se da una breve visión general de los diferentes tipos de pesticidas, diferenciada por su estructura molecular entre organoclorados, organofosfatos, carbamatos, triazinas, insecticidas vegetales y fumigantes. Existe una gran variedad de productos químicos disponibles que pueden estár usado como pesticidas, y aún este número aumenta cada año. Para una aplicación responsable es necesario el registro y pruebas profundas de estos productos. Para probar la funcionalidad de PESTAN como programa de modelación por último se analiza la aplicación de los datos de ejemplo en base a las circunstancias reales en la plana de Valencia. Los diferentes tipos de output son explicados y mostrados. Además se aplican y se analizan las variaciones debido a los cambios ligeros aparentes en el tipo de suelo (arena arcillosa a franco arenoso) en los resultados. También se estudian la sensibilidad y variaciones en los datos de salida debido al aumento y la disminución de cantidad de pesticida descargada.

[CA] Després d’un augment en l’aplicació de pesticides en l’últim segle, existeixen cada volta més dubtes al voltant de l’aplicació incontrolada de pesticides. Fins a l’actualitat, ni els seus efectes a llarg termini sobre la salut humana i vegetal son completament coneguts ni ho son els processos de transport de plaguicides al medi ambient. Com l’aplicació de plaguicides juga un papar decisiu en temes com la seguretat alimentaria, la salut humana, la sostenibilitat de la alimentació, els impactes ambientals antropogènics i la qualitat de l’aigua en general; la regulació i el control de l’ús d’aquestos plaguicides es important. Per a permetre una competent i raonable presa de decisions sobre l’ús de plaguicides, son necessaris models de comportament i de transport de plaguicides. Esta tesis es una descripció del nivell de la tècnica dels models disponibles per a destí i el transport de plaguicides, centrant-se en el sol i les aigües subterrànies com a medis contaminats. S’ha investigat com estos models, per exemple el PESTAN, treballen i com d’adequats i realistes son els resultats. Aquest document també analitza els processos complexos que determinen el comportament dels plaguicides a la natura com advecció, dispersió, biodegradació, transferència de massa i reaccions de transformació. A més estan descrites les equacions en que es basen les simulacions oferint una visió general de les dades outpur incloent un anàlisis de sensibilitat del model a les variacions de les dades input. Per a la aplicació s’utilitzen dades de la plana de València. També s’inclou un resum dels models disponibles per a la gestió de plaguicides. A més es dona una breu visió general dels diferents tipus de pesticides, diferenciats per la seua estructura molecular entre organoclorats, organofosfats, carbamats, triazines, insecticides vegetals i fumigants. Existeix una gran varietat de productes químics disponibles que poen estar utilitzant com a pesticides, i encara el número augmenta any rere any. Per a una aplicació responsable es necessari un registre i proves detallades d’aquestos productes. Per a provar la funcionalitat de PESTAN com a programa de modelació per últim s’analitza l’aplicació e dades de exemple en base a circumstàncies reals de la plana de Valencia. Els diferents tipus de outputs son explicats i mostrats. A més s’apliquen i analitzen les variacions degudes a lleugers canvis aparents en el tipus de sol (arena argilosa a franc arenosa) en els resultats. També s’estudien la sensibilitat i variació de les dades d’eixida degut al augment i la disminució de pesticida descarregada.