evaluaciÓn estacional y espacial de la calidad...
TRANSCRIPT
EVALUACIÓN ESTACIONAL Y ESPACIAL DE LA CALIDAD DEL AGUA MEDIANTE EL ÍNDICE ICA EN LA P.H. EL INFIERNILLO, MICHOACÁN
Sánchez-Rodríguez, Miguel Ángel
1 y Calvario-Martínez, Omar
1
ABSTRACT
This research describes the determination of the water quality index (WQI) of the “El Infiernillo” hydroelectric dam in the state of Michoacán, México. WQI index estimation was performed according to the equation proposed by Leon-Vizcaino (1991) and the parameters for temperature, dissolved oxygen, pH, nitrate, ammonium, orthophosphate, biochemical oxygen demand, chemical oxygen demand, total suspended solids, hardness, alkalinity and chlorides were analyzed. Water sampling was carried out between February 2013 and April 2014. The results show that the values obtained in the water quality index for the southern part of this hydroelectric dam were found to be between acceptable and excellent for the annual period, which places the dam as a suitable water body for fishing and aquatic life form. In some stations, the water quality diminished from excellent to acceptable due to the chemical oxygen demand, total hardness and total chlorides parameters.
INTRODUCCIÓN
El agua es esencial para la vida, mantiene las funciones de los organismos y de los
ecosistemas; es el material de construcción de los seres vivos, el medio para transportar
materia en el ambiente y facilita el flujo de energía a través de las circulaciones oceánica y
atmosférica. Se requiere, además, para la producción de alimentos, cubrir las necesidades de
agua potable de las poblaciones humanas, la higiene personal y la producción industrial y
pesquera. Los ríos, lagos y los ecosistemas adyacentes a los cuerpos de agua también
proporcionan servicios que incluyen el control de inundaciones, el transporte de personas y de
bienes, la recreación, la purificación de aguas residuales municipales e industriales, la
generación de energía y hábitat para plantas y animales acuáticos (Jackson et al., 2001; Baron
et al., 2002; UN-WWAP, 2006).
El agua se consideraba un recurso renovable que podría utilizarse sin que afectara su
disponibilidad a largo plazo (Gleick, 1998), sin embargo, varias organizaciones mundiales han
señalado cierta problemática en cuanto a su disponibilidad. La cantidad estimada se encuentra
en el orden de los 1,400 millones de km3, de los cuales sólo el 2.5% es agua dulce y la mayor
parte de ésta se encuentra en forma de hielo o en depósitos subterráneos de difícil acceso, de
esta manera, el agua disponible para las actividades humanas se reduce en teoría y en el mejor
de los casos al 0.01% del total. Además, esta mínima porción de agua frecuentemente se
localiza en lugares inaccesibles o está contaminada, lo que dificulta su aprovechamiento
(PNUMA, 2002).
Roldán (1988) señala que en las últimas décadas los ecosistemas acuáticos continentales son
los que más han sufrido los impactos causados por la actividad humana. Los desechos
industriales y domésticos de una población cada vez más grande, tienen como destino final los
ríos y en último término, el mar. Por estos motivos la fauna de muchos ríos del mundo ha
desaparecido o se ha visto sustancialmente reducida.
Bajo estas circunstancias, el agua es considerada un factor crítico para el desarrollo de las
naciones y, de hecho, quizá sea el recurso que define los límites del desarrollo sustentable
(FNUAP, 2001), ya que no sólo es indispensable para el desarrollo económico y social de la
humanidad, sino también para el funcionamiento de los ecosistemas del planeta. De ahí la
importancia de contar con información confiable acerca de la cantidad y calidad de este recurso,
en términos de su disponibilidad, usos y grado de deterioro.
La calidad del agua no es una característica absoluta, sino un atributo definido socialmente en
función del uso que se le piense dar al líquido (WRI, 2000); cada uso requiere un determinado
estándar de calidad. Por esta razón, para evaluar la calidad del agua es necesario considerar el
contexto del uso probable que tendrá.
La calidad del agua puede ser utilizada como una propiedad con la cual se indica si esta se
encuentra contaminada, ya que se relaciona con sus características físicas, químicas y
biológicas, de ahí a que para evaluar la calidad o grado de contaminación del agua se hayan
desarrollado diversos índices de calidad, tanto generales como de uso específico. Un índice de
calidad del agua consiste básicamente en una expresión más simple de los parámetros más o
menos complejos, que sirven como medidas de calidad del agua. Un número, un rango, una
descripción verbal, un símbolo o un color pueden ser usados para representar el índice
(Fernández et al., 2004).
En México se ha empleado por varios años el Índice de Calidad del Agua (ICA) de León-
Vizcaíno (1991), que agrupa de manera ponderada 15 parámetros fisicoquímicos (entre los que
se encuentran la demanda bioquímica de oxígeno, oxígeno disuelto, coliformes, fosfatos, pH y
sólidos suspendidos) y denota el deterioro de la calidad del líquido (León-Vizcaíno, 1991). El
índice considera valores en una escala de 0 a 100, donde a mayor valor, mejor calidad. La
metodología descrita por León-Vizcaíno, del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua,
presenta una situación adaptable a las condiciones de nuestro país. León-Vizcaíno explica que
la evaluación numérica del ICA, utiliza técnicas multiplicativas y ponderadas con la asignación
de pesos específicos sugeridos por Brown y McCleland (1973), obtenidos a partir de una media
geométrica. De ahí, la importancia de evaluar la calidad del agua en la parte baja de la Presa
Hidroeléctrica El Infiernillo ubicada en el estado de Michoacán mediante la implementación del
índice de calidad del agua sugerido por León-Vizcaíno.
OBJETIVO GENERAL
Evaluar espacial y estacionalmente la calidad del agua mediante un índice de calidad del agua
utilizando la metodología propuesta por León-Vizcaíno en la P. H. El Infiernillo, Michoacán.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Determinar espacial y estacionalmente parámetros físicos-químicos de calidad del agua en la
P. H. El Infiernillo en el estado de Michoacán.
b) Determinar el índice de calidad del agua utilizando la metodología propuesta por León-
Vizcaíno espacial y estacionalmente en la P. H. El Infiernillo, Michoacán.
METODOLOGÍA
Área de Estudio
La Presa Hidroeléctrica El Infiernillo se localiza entre las coordenadas 18° 14' 21'' a 18° 48' 51''
latitud norte y 101° 36' 25'' a 102° 03' 1.7'' longitud oeste en el Estado de Michoacán, México
(Fig. 1), cuenta con una superficie de 112,000 km2 y una longitud máxima de 129 km. La presa
fue construida por la Secretaría de Recursos Hidráulicos entre 1962 y 1963, y llenada el 15 de
junio de 1964. Esta obra se encuentra en la cuenca del río Balsas, que incluye aguas arriba a la
presa “El Caracol” y en las proximidades de la desembocadura del río Balsas a la presa “La
Villita”, siendo sus principales corrientes alimentadoras los ríos Balsas, Tacámbaro,
Tepalcatepec y Marqués. Fue construida en 1979 con el propósito de generar energía eléctrica
y en forma complementaria establecer pesquerías de especies introducidas como la mojarra
africana o tilapia (Oreochromis sp.) y regulación de las avenidas derivadas de la precipitación
pluvial. La región presenta gran fragmentación del hábitat debido a la deforestación. Las áreas
que rodean a la presa presentan vegetación de selva baja caducifolia con vegetación
secundaria. Además en la parte norte predomina la agricultura de temporal así como porciones
de pastizales inducidos (Juárez-Palacios, 2002). Es importante señalar que los estudios de
calidad del agua se concentraron al sur de la presa, en las cercanías de la cortina de la misma.
Figura 1. Ubicación de la P.H. El Infiernillo, Michoacán.
Colecta de Muestras
La colecta de muestras de agua se realizó en 8 fechas, comprendidos de febrero de 2013 a
abril de 2014 como se indica en la tabla I, en 12 puntos diferentes alrededor de la presa (Fig. 2)
a bordo de una embarcación menor. Tabla I. Fechas de muestreo en la P.H. El Infiernillo, Michoacán.
Muestreo Fecha de muestreo
1 24/02/2013
2 18/05/2013
3 27/06/2013
4 14/08/2013
5 03/10/2013
6 13/12/2013
7 13/02/2014
8 24/04/2014
Figura 2. Ubicación de estaciones de muestreo en la P.H. El Infiernillo, Michoacán.
Las muestras fueron colectadas en frascos de plástico de entre 120 y 1000 ml de capacidad
según el análisis. Previo a la colecta, estos frascos fueron ambientados, realizando tres lavados
del recipiente con la misma agua del sitio de muestreo.
PARÁMETROS IN SITU
La medición de parámetros en campo se realizó con una sonda multiparamétrica Hidrolab DS
5X con la cual se registró temperatura, pH y oxígeno disuelto.
PROCESAMIENTO DE MUESTRAS
El procesamiento de las diferentes muestras se realizó en el Laboratorio de Química y
Productividad Acuática del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, Unidad
Mazatlán mediante las siguientes metodologías: nitrógeno en forma de amonio, nitrógeno en
forma de nitratos y fosforo en forma de ortofosfatos siguiendo las recomendaciones de Parsons
et al., (1984), sólidos suspendidos totales empleando la metodología establecida en la NMX-
AA-034-SCFI-2001, demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) empleando la metodología
establecida en la NMX-AA-028-SCFI-2001, demanda química de oxigeno (DQO5) empleando la
metodología establecida en la NMX-AA-030-SCFI-2001, alcalinidad total empleando la
metodología establecida en la NMX-AA-SCFI-036-2001, dureza total empleando la metodología
establecida en la NMX-AA-SCFI-072-2001 y cloruros empleando la metodología establecida en
la norma NMX-AA-SCFI-073-2001.
ÍNDICE DE CALIDAD DEL AGUA (ICA)
Para la estimación de la calidad del agua se empleó la metodología de León-Vizcaíno (1991) el
cual es un método que consideró información del índice de calidad del agua de Dinius, (1987),
modificándose con la inclusión de algunos parámetros sugeridos en el estudio realizado por el
Instituto Ingeniería de la UNAM en 1974, así como la evaluación numérica con técnicas
multiplicativas y ponderadas con la asignación de pesos específicos de Brown y McCleland
(1973), obteniéndose a partir de una media geométrica:
……………… (1)
Donde:
ICA índice de calidad del agua
Wi pesos específicos asignados a cada parámetro (i), ponderados entre 0 y
1 de tal forma que se cumpla que la sumatoria sea igual a 1
Qi calidad del parámetro (i), en función de su concentración y cuya
calificación oscila entre 0 y 100
Πi (Pi) representa la operación multiplicativa de las variables Q elevadas a la
potencia W
Finalmente el ICA de León-Vizcaíno que arroja la ecuación (1), que es un número entre 0 y 100
que califica la calidad, a partir del cual y en función del uso del agua, permite estimar el nivel de
contaminación (Tabla II).
El ICA propuesto por León- Vizcaíno (1991) requiere de 15 parámetros como ponderación del
100%, en esta trabajo de investigación se evaluaron los siguientes parámetros: oxígeno
disuelto, nitrato, amonios, fosfatos, pH, demanda bioquímica de oxígeno, sólidos suspendidos,
dureza, cloruros, alcalinidad, demanda química de oxígeno y temperatura los cuales
representan una ponderación del 74%.
Tabla II. Criterios generales según el índice de calidad del agua para uso en pesca y vida acuática.
Valor numérico del
ICA Estado de calidad del agua Características del agua
70-100 Excelente (E) Pesca y vida acuática abundante
60-70 Aceptable (A) Límite para peces muy sensitivos
50-60 Levemente Contaminada (LC) Dudosa la pesca sin riesgos de salud
40-50 Contaminada (C) Vida acuática limitada a especies muy
resistentes
30-40 Fuertemente Contaminada
(FC) Inaceptable para actividad pesquera
0-30 Excesivamente Contaminada
(EC) Inaceptable para vida acuática
RESULTADOS
Los resultados de la determinación del índice ICA utilizando la ecuación propuesta por León-
Vizcaíno (1991) descritos en la Tabla III, en la cual se observa que la calidad del agua de la
presa presenta un 78 % dentro del estado de calidad excelente (70-100), donde las
características del agua son de pesca y vida acuática abundante, un 21 % dentro del estado de
calidad aceptable (60-70), donde las características del agua son de límite para los peces muy
sensitivos, finalmente el 1% de los datos registrados cayo dentro del estado contaminado (40-
50), donde las características del agua son de vida acuática limitada a especies muy
resistentes, siendo este único dato en la estación 10 correspondiente al río Grande, en la época
de secas y donde se registró la profundidad más baja durante el periodo de estudio, con una
profundidad aproximada de 23 metros.
La variación espacial del índice de calidad del agua fue relativamente pequeña para los
diferentes meses de estudio, siendo únicamente mayor para mayo y junio 2013, meses en los
que se registró la disminución de la calidad del agua de excelente a aceptable, sobre todo en el
mes de junio, donde todos los valores del ICA caen en aceptable y un punto en contaminado,
valores atribuidos a que son periodos en los cuales las temperaturas son altas y el periodo de
secas se encuentra la situación más crítica. Siendo importante señalar que los valores de
calidad de los parámetros de dureza, alcalinidad y DQO5 fueron los que más influyeron para
que la calidad del agua del índice ICA disminuyera en dichos meses (Fig. 3).
En cuanto a la variación estacional del índice de calidad del agua, la mayor variación se registró
en la estación 10 ubicada al este de la estaciones de muestreo sobre el río Grande durante el
periodo de junio del 2013, donde la disminución de la profundidad, la escases de lluvia y las
altas temperaturas provocaron que la mala calidad del agua no únicamente se presentaran en
función de la dureza y alcalinidad, sino del oxígeno disuelto, DBO5 y DQO5. El resto de las
estaciones presentaron una variación anual baja y similar, típicamente acorde a la variación
climatológica (Fig. 3).
Tabla III. Valores del índice de calidad del agua ICA para las estaciones de la P.H. El Infiernillo, Michoacán.
Estación de
muestreo
Índice de Calidad del agua
24/02/201
3
18/05/201
3
27/06/201
3
19/08/201
3
14/10/201
3
03/12/201
3
13/02/201
4
24/04/201
4
1 80.0 72.5 69.6 74.0 74.7 80.1 76.7 78.4
2 82.3 78.5 68.3 72.5 71.6 78.2 76.0 78.5
3 79.2 78.8 67.5 73.0 72.1 78.8 78.6 76.0
4 82.9 71.8 67.6 73.6 73.5 78.3 78.2 74.7
5 81.6 69.8 67.2 72.8 78.6 81.1 76.9 74.3
6 80.5 67.8 68.2 73.1 72.4 82.7 76.4 73.9
7 80.1 71.2 68.9 73.5 71.0 81.0 76.4 74.8
8 80.0 68.9 68.9 73.0 71.0 82.9 79.3 75.4
9 79.7 66.5 69.4 72.3 69.6 80.1 79.2 73.6
10 77.3 64.0 46.6 69.8 71.7 79.8 74.5 74.1
11 81.3 70.3 68.8 72.8 72.9 82.2 77.4 79.6
12 79.9 69.3 68.6 69.4 74.8 84.5 77.1 81.5
DISCUSIÓN
La valoración del índice ICA para este trabajo de investigación considero el uso de 12 de los 15
parámetros con un peso ponderado correspondiente al 74 %, que en comparación con otro
trabajos, resulta ser muy bueno, ya que para el trabajo hecho en la Cuenca Lerma-Chapala por
León- Vizcaíno (1991), se monitorearon solo 4 (oxígeno disuelto, demanda química oxígeno,
pH, sólidos suspendidos totales). Así también existe un estudio en el Río Amajac, Hidalgo
(Amado-Álvarez et al., 2006), donde se analizaron 8 diferentes técnicas de laboratorio entre las
cuales se encuentran: oxígeno disuelto, pH, demanda bioquímica oxígeno, nitratos, nitritos
sólidos disueltos totales. De ahí la importancia de que este trabajo considere un importante
número de parámetros.
Los resultados encontrados en el presente estudio indican que la parte sur de la P.H. El
Infiernillo cuenta con una calidad del agua entre Aceptable y Excelente, lo cual hace un cuerpo
de agua una zona para la pesca y vida acuática abundante principalmente, lo que no se ha
podido observar en otros sistemas acuáticos, tal es el caso del estudio presentado en la
Cuenca Lerma-Chapala por León-Vizcaíno en 1991, donde los valores obtenidos de ICA oscilan
entre los 30 y 60, con un estado de calidad de agua entre fuertemente contaminada y
levemente contaminada, siendo dudosa para la pesca, incluso inaceptable. Por otro lado está
un estudio en la cuenca del Río Amajac, Hidalgo realizado por Amado-Álvarez (2006), en la
cual se tomaron 17 puntos de muestreo, los cuales arrojaron índices muy similares a la cuenca
Lerma-Chapala, donde el 59 % de las estaciones muestreadas presentaron un estado de
calidad del agua entre contaminada a fuertemente contaminada, con valores oscilantes entre 30
y 50, donde la vida acuática es limitada a especies muy resistentes, así como inaceptable para
actividad pesquera.
Más recientemente, Guzmán-Colis et al. (2010) realizó un estudio de calidad del agua del río
San Pedro en el estado de Aguascalientes, México, donde se señal que el embalse está
seriamente contaminado, registrando valores de 20 en la mayor parte de sus estaciones de
muestreo, lo que indica una calidad del agua Excesivamente Contaminada (EC), así como
inaceptable para vida acuática.
Figura 3. Variación espacio – temporal del valor del Índice de Calidad de Agua durante el periodo febrero del 2013 a abril del 2014
en la P.H. El Infiernillo. a) Variación estacional del ICA, b) Estado de calidad del agua para uso en pesca y vida acuática según el
valor del ICA, c) Gráfica de rangos del índice ICA y d) Variación espacial del ICA.
León-Vizcaino (1991)
70 – 100 Excelente
60 – 69.9 Aceptable
50 – 59.9 Levemente contaminada
40 – 49.9 Contaminada
30 – 39.9 Fuertemente contaminada
0 – 29.9 Excesivamente contaminada
CONLUSIÓN
El Índice de Calidad del Agua para la parte sur de la P.H. El Infiernillo registra valores con una
calidad del agua entre Aceptable y Excelente, para los 8 periodos de estudio, que según el ICA
de León-Vizcaíno lo ubica como un cuerpo de agua para la pesca y vida acuática abundante.
Siendo sólo 3 los parámetros que hacen que disminuya algunas estaciones de Excelente a
Aceptable: demanda química de oxígeno (DQO5), dureza total y cloruros totales.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Proyecto FORDECYT No. 172471 Sistema Regional de Producción Intensiva de
Tilapia para Mercados de Alto Valor Comercial e Impulsar el Desarrollo Económico y Social en
el Occidente de México por el apoyo económico otorgado al primer autor.
LITERATURA CITADA
Amado-Álvarez, J., Rubiños-Panta, E., Gavi-Reyes, F., Alarcón-Cabañero, J.J., Hernández-Acosta, E.,
Ramírez-Ayala, C., Mejía-Sáenz, E., Pedrero-Salcedo, F., Nicolas-Nicolas, E. y Salazar-Sosa, E.
2006. Índice de calidad del agua en la cuenca del río Amajac, Hidalgo, México: Diagnóstico y
Predicción, Revista Internacional de Botánica Experimental, México, Pág. 13
Baron, J.S., Poff, N.L., Angermeier, P.L., Dahm, C.N., Gleick, P.H., Hairston, N.G., Jackson, R.B.,
Johnston, C.A., Richter, B.D. y Steinman, A.D. 2002. Meeting Ecological and Societal Needs for
Freshwater. Ecological Applications, 12: 1247–1260.
Brown N,R. y McCleland, N. 1973. Water Quality Index. Application in the Kansas River Basin, 46th.
Conf., Water Poll. Fed., Cleveland, Ohio.
Dinius, S.H. 1987. Design of a Water Quality Index, W .R. Bulletin, 23: 833 - 43.
Fernández, N., Ramírez, A. y Solano, F. 2004. Índices Fisicoquímicos de calidad del agua, un estudio
comparativo. Conferencia Internacional: Usos múltiples de Agua, para la vida y el desarrollo
sostenible. Universidad de Pamplona, Colombia.
FNUAP. 2001. El estado de la población mundial 2001. Huellas e hitos: población y cambio del medio
ambiente. Fondo de Población de las Naciones Unidas.
Gleick, P.H. 1998. Water in Crisis: Paths to sustainable water use. Ecological Applications, 8: 571-579.
Guzmán-Colis, G. 2010. Evaluación Espacio-Temporal de la Calidad del Agua del Río San Pedro en el
Estado de Aguascalientes, México, Revista. Internacional de Contaminación. Ambiental, Pág. 14
Instituto Ingeniería. 1974. Estudio Limnológico del Lago de Chapala", Inf. SARH, UNAM, México.
Jackson, R. B., Carpenter, S.R., Dahm, C.N., McKnight, D.M., Naiman, R.J., Postel, S.L. y Running, S.W.
2001. Water in a Changing World. Issues in Ecology. No. 9. PNUMA. GEO. Anuario 2003. N.Y.
Juárez-Palacios, J. 2002. Presa Infiernillo (Adolfo López Mateos). En De la Lanza-Espino, G. y J. L.
García-Calderón (Comps.). Lagos y Presas de México. AGT Editor S. A.: pp. 421-436.
León Vizcaíno, L.F. 1991. Índices de Calidad del Agua (ICA), Forma a de Estimarlos y Aplicación en la
Cuenca Lerma-Chapala, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, México, Pág. 1-7.
Parsons, T. R., Maita, Y. y Lalli, C.M. 1984. A manual of Chemical and Biological Methods for Seawater
Analysis. Pergamon Press, Oxford, U.K., Pág. 173.
PNUMA. 2002. Perspectivas del Medio Ambiente Mundial GEO-3. Grupo Mundi-Prensa. España.
Roldán, G. 2003. Bioindicación de la calidad de agua en Colombia: Uso del método BMWP/Col.
Colombia. Editorial Universidad de Antioquia, Pág. 164.
UN-WWAP. 2006. Water a shared responsibility. The United Nations World Water Development Report 2.
UNESCO.
WRI. 2000. Pilot Analysis of Global Ecosystems: Freshwater Systems. World Resources Institute. USA.
PALABRAS CLAVE: ICA, El Infiernillo y calidad del agua.
1 Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. Unidad Mazatlán. Av. Sábalo-Cerritos s/n. Mazatlán, Sinaloa.