Programa de Voluntarios para laProtección de fuentes de agua naturales

Facilitador: Federico de Palma Medrano@depalmamedrano

federicodepalmamedrano@gmail.com

Proyecto de Monitoreo del Río la SillaCd. de Monterrey, México

Objetivos– Visualizar y comprender los distintos conceptos, roles, destinos

y comportamiento del agua en la región

– Identificar y cuantificar el déficit hídrico

– Analizar estrategias y posibilidades para mejorar ladisponibilidad de agua

– Orientar en la selección, diseño, construcción, operación,mantenimiento y aplicación de técnicas y obras para mejorar lacaptación y oferta de agua

– Dar referencias sobre fuentes de información y complementostécnico-científicos a los temas tratados

Situación General (Rio la Silla)

El Ciclo Hidrológico

Evaporación• La solución más efectiva

para las altas pérdidas porevaporación del agua delsuelo es una cobertura deresiduos de plantas sobre lasuperficie. Las prácticasque aumentan la sombrasobre la superficie del sueloy las estructuras físicas queconcentran el agua de lluviafavoreciendo la percolaciónhacia las capas másprofundas, tambiénreducen las pérdidas porevaporación.

PrecipitaciónPoco se puede hacer paraincrementar la lluvia o elnúmero de eventos delluvia, por lo tanto, losesfuerzos deben serconcentrados en elincremento de laproporción de agua queentra en el suelo(infiltración), minimizandola pérdida de humedadpor escorrentía yevaporación y mejorandola disponibilidad de aguadel suelo y la eficiencia deluso . (FAO)

InfiltraciónEn la mayoría de las áreasdonde hay escasez de agua, esfundamental maximizar lainfiltración del agua de lluviadentro del suelo para lograrseguridad alimentaria ehídrica. (FAO)

Los enfoques para incrementar lainfiltración de agua pueden seragrupados en cuatro categorías:

• - protección de la porosidad de lasuperficie del suelo del impactodirecto de las gotas de lluvia

• - mejoramiento de la estructuradel suelo mediante procesosbiológicos

• - detención de la escorrentía pormedio de barreras estructurales ofísicas

• - incremento de la porosidadmediante la preparación de tierras

Almacenamiento

Escorrentía y Drenajes

Desborde de drenajes combinados(DDC)

Comúnmente en las principalesciudades de México se trata todael agua residual antes deverterla, pero las lluvias intensaspueden anegar el sistema,enviando un cóctel deorganismos patógenos, deingredientes farmacéuticosactivos, sustancias químicas parael hogar, aceite, plaguicidas,excesos de nutrientes y otroscontaminantes directamente alas aguas receptoras locales: unasituación conocida comodesbordes de drenajescombinados (DDC).

Los ciclos Biogeoquímicos vs. la Industria(Oxígeno – Carbono – Nitrógeno – Mercurio – Azufre – Fósforo - etc)Existe una simbiosis entre los reinos de la naturaleza (protista, fungi, animales yplantas) que permite cerrar los ciclos biogeoquímicos y que en los últimos dossiglos están siendo fuertemente desequilibrados por la industria humana (mayorcantidad de algunos elementos químicos libres en el medioambiente contra unamenor cantidad real de biorremediadores naturales que permiten equilibrar ycerrar los ciclos .

El efecto del amoniaco en el aguaUn aumento de los niveles de amoniacopor ejemplo por un DDC de una ciudaddensamente poblada o de una región congran producción ganadera o un vertido porderrames industriales incrementa lademanda bioquímica de oxigeno paranitrificarlo y reduciendo la disponibilidaddel oxigeno disuelto lo que afixia a peces yotros animales acuáticos que al moriraumentan aun mas la cantidad deamoniaco en el agua haciendo que susaguas sean intolerables e insalubres parala mayoría de formas de vida aeróbicas. Aleliminar a prácticamente todos losanimales y romper la cadena alimenticiaoriginal en todo el corredor biológico lasaguas contaminadas se saturan conbacterias, algas y algunas plantas que conel tiempo vuelven a restaurar el oxigenodisuelto en el agua para que vuelvan acolonizarlas nuevas especies animalespero en el proceso algunas especiesendémicas o nativas pueden perderse oincluso extinguirse.

La industria del amoniaco es la mas grande anivel mundial, el volumen de amoniacoproducido por la industria es prácticamente elmismo que el planeta produce por mediosnaturales en todo el mundo lo que significaque el volumen de amoniaco disponible se haduplicado en tiempo real. La producciónindustrial del amoníaco del 2012 fue de198,000,000 toneladas, lo que equivale a un35 % de incremento con respecto al año 2006,con 146,500,000 toneladas.

Importancia de la buena calidad del agua

• El agua es esencial para la vida y su escasezafecta negativa y profundamente lasposibilidades de desarrollo, progresoeconómico y bienestar

• El agua es vital para la producción animal yvegetal, los seres vivos están mas adaptadospara sobrevivir ante una escasez de alimentosque con la falta de agua de buena calidad.

Bioremediación de aguas libres

Nota: Los efectos de la Fitorremediación (plantas) en el suelo y el agua esta limitada por laprofundidad de sus raíces y la necesaria exposición a la luz solar o equivalente (fotosíntesis),todos los organismos vivos bioremediadores están limitados a actuar dentro de un rango detemperatura definido en el que suelen sobrevivir, crecer y multiplicarse.

FitorremediaciónSe conocen alrededor de 400especies de plantas concapacidad para hiperacumularselectivamente algunasustancia. En la mayoría de loscasos, no se trata de especiesraras, sino de cultivosconocidos. Así, el girasol(Heliantus anuus) es capaz deabsorber en grandescantidades el uraniodepositado en el suelo. Losálamos (género Populus)absorben selectivamenteníquel, cadmio y zinc.También la pequeña plantaArabidopsis thaliana de granutilidad para los biólogos escapaz de hiperacumular cobrey zinc.

No todas las especies exóticas introducidas en un ecosistema son negativas para la flora y fauna nativa, muchaspermiten restaurar las condiciones necesarias absorviendo contaminantes o integrandose a la cadena alimenticiapara que las especies nativas puedan adaptarse ante un desequilibrio ambiental y volver a desarrollarse.

Indicadores de la calidad del aguaEl agua limpia

debe ser:

IncoloraInodoraInsípida

(No tiene color, niolor ni sabor )

• Se congela a 0°C (cristaliza en el sistema hexagonal yexpande su volumen por lo que su estado solido esmenos denso que el liquido y en forma de hieloflota)

• El agua hierve a 100°C al nivel del mar• Un litro de agua pesa 1 kg. (1m3 (liquido) = 1000 kg)• El agua pura es neutral ( No es ni acida ni alcalina)• La forma química del agua es H2O• El agua se conoce como el solvente universal porque

disuelve mas sustancias que cualquier otro liquidoconocido, por eso es el principal vehículo paratransportar sustancias disueltas en la sangre, orina,sudor, etc.

• El agua puede absorber mucho calor antes decalentarse amortiguando los cambios detemperaturas demasiado bruscos y el clima.

6 indicadores fundamentales paramedir la salud de los ríos y arroyos

• Oxígeno disuelto – Mide el nivel deoxígeno disuelto en el agua, unindicador muy importante ya que lavida acuática depende de ello.

• Temperatura – Los cambios detemperatura del agua pueden afectarla vida acuática, causando una mayordemanda de oxigeno o limitando lasupervivencia de muchosorganismos.

• Turbidez – Mide la claridad del agua,incluyendo el efecto de las partículasen el agua y su color

• Caudal – La cantidad de agua quefluye por un punto del arroyo en unperiodo de tiempo

• Hábitat – Medir la vegetación, dentrodel agua, en las islas que se forman yen las orillas del río puedenindicarnos si existe suficiente refugioy hábitat para organismos vivos.

• Macroinvertebrados – Insectos,gusanos, crustáceos, moluscos yotros organismos que pueden versesin necesidad de microscopio se usanpara medir el nivel de calidad delagua basado en la tolerancia de losorganismos a distintos niveles decontaminación y oxígeno disuelto.

Oxígeno disueltoEl (DO), es el oxígeno que esta disuelto en el agua. Esto se logra por difusión del aire del entorno, la aireación delagua que ha caído sobre saltos o rápidos; y como un producto de desecho de la fotosíntesis.

El oxígeno disuelto es absolutamente esencial para la supervivencia de todos los organismos acuáticos (no sólopeces también invertebrados como cangrejos, almejas, zooplacton,etc). Además el oxígeno afecta a un vastonumero de indicadores, no solo bioquímicos, también estéticos como el olor, claridad del agua, y sabor.Consecuentemente, el oxígeno es quizás el mas estabilizado de los indicadores de calidad de agua

Un alto nivel de oxígeno disuelto en una comunidad de suministro de agua es bueno porque esto hace que el gustodel agua sea mejor. Sin embargo, los niveles altos de oxígeno disuelto aumentan la velocidad de corrosión en lastuberías de agua. Por esta razón, las industrias usan agua con la mínima cantidad posible de oxígeno disuelto.

TemperaturaLas temperaturas más cálidas causan unmenor contenido de oxígeno disuelto,también hace que los organismosacuáticos aumenten su tasa de respiracióny consuman más oxígeno, aumentando sususceptibilidad a enfermedades, parásitosy productos químicos tóxicos.

· Efectos biológicos: pueden matar la faunaacuática ó producir efectos en su metabolismocomo la reproducción y crecimiento.

· Efectos físicos: cambio en su densidad yviscosidad, provoca estratificación que tambiéndepende de la profundidad y del movimientodel agua.

· Efectos químicos: se producen reacciones conlos cambios de temperatura y con otrascondiciones tales como las concentracionesiníciales de los reactivos, es decir la constantede equilibrio se ve afectada.

TurbidezLa turbidez mide el efecto de dispersiónque los sólidos suspendidos tienen sobrela luz: cuanto mayor sea la intensidad de laluz dispersada, mayor será la turbidez.

Los materiales que causan que el agua seaturbia son, entre otros: arcilla, limo,materia orgánica e inorgánica finamentedividida, compuestos orgánicos coloreadossolubles, plancton y organismosmicroscópicos.

La turbidez puede proporcionar alimento yrefugio a los patógenos y puede promoverel rebrote de patógenos en el sistema dedistribución, llevando a la posibilidad debrotes de enfermedades .

Aunque la turbidez no es un indicadordirecto del riesgo para la salud,

numerosos estudios demuestran unafuerte relación entre la eliminación de

la turbidez y la eliminación deprotozoos.

Un agua transparente facilita el pasode luz UV (desinfección) y de luz solara capas mas profundas. (fotosíntesis)

Caudal• La determinación del caudal

ecológico de un río o arroyo sehace con base en un cuidadosoanálisis de las necesidades mínimasde los ecosistemas existentes en elárea de influencia de lainfraestructura que en algunaforma modifica el caudal naturaldel río o arroyo.

• En cualquier obra deinfraestructura que considere elcierre ó desvío provisional del río,el flujo aguas debajo debemantenerse, garantizando el caudalecológico durante todo el periodo.La forma de garantizar este caudalmínimo varía de caso a caso, y debeser previsto en el diseño decualquier obra pública o privada.

Caudal ecológico: Se define como “Elagua necesaria para preservar valoresecológicos” tales como:

• los hábitat naturales que cobijan una riquezade flora y fauna

• las funciones ambientales como dilución depoluentes y contaminantes

• amortiguación de los extremosclimatológicos e hidrológicos

• preservación del paisaje

Hábitat• El hábitat puede ser

definido a partir delconjunto de especiesestructuradoras opoblamientos.

• El biotopo (del griegoβíος bios, "vida" y τόποςtopos, "lugar") es casisinónimo del términohábitat con la diferenciade que hábitat se refierea las especies opoblaciones mientras quebiotopo se refiere a lascomunidades biológicas.

MacroinvertebradosCualquier persona puededarse una idea de la calidaddel agua si conoce y observaalgunos organismosacuáticos .

Algunos organismos sonmuy sensibles y solosobreviven si encuentran untipo particular de alimento,una alta disponibilidad deoxigeno o un agua libre detoxinas, y encontrarlos vivospuede ser muy buenanoticia.

Gracias a los Voluntarios podemos :Familiarizarnos con la calidad del aguay la vida acuática de los ríos y arroyoslocales: La calidad del agua se afecta porlas actividades humanas y el uso de la tierra,está calidad de las fuentes de aguasuperficial son indispensable para mantenerla biodiversidad y vida silvestre de tulocalidad, los ríos son corredores biológicospor excelencia que unen diversas áreasnaturales a lo largo del estado y del país, elmonitorear los arroyos y ríos permiteaprender acerca de la calidad del agua realen tus fuentes de agua naturales locales ymedir como las acciones pueden ayudar amejorarlas.

Recolectar información importante:La falta de información o tenerinformación incompleta a menudorepresenta el mayor problema y dificultadpara tomar decisiones adecuadas yproteger los recursos naturales locales.Los voluntarios que monitorean losarroyos en su localidad proveen unaimportante base y soporte que puede serla única información disponible para uncuerpo de agua en particular.

Conectarnos gracias a la naturaleza:Los individuos, las familias y los grupospueden crear una relación más profunday duradera con otras personas y con ellosmismos mediante el estudio de lanaturaleza y el entorno que rodea uncauce especial de agua.

Indice de Calidad del Agua (ciudadano)ó WQI (Water Quality Index)

Además de los 6 indicadoresbásicos, existen otros 6indicadores que requierenutilizar equipo y procesospara análisis químicos yfísicos más especializadospero que son posibles deadquirir, aprender a utilizar yrealizar por casi cualquierpersona y que puedenresultar de mucho interéspara aficionados yciudadanos que quieran irmás allá con el monitoreo:

• Coliformes fecales• PH• Demanda bioquímica de

Oxígeno• Fósforo Total• Nitratos• Solidos Totales

Estos 6 indicadores adicionales junto con losresultados de oxigeno disuelto, la temperatura y

turbidez que se miden en los 6 indicadoresbásicos dan un Indice de Calidad del Agua

estandarizado por muchas asociaciones civilesconocido como (WQI) (Water Quality Index)

Coliformes fecalesEl grupo coliforme es constante,abundante y casi exclusivo de lamateria fecal, sin embargo, lascaracterísticas de sobrevivencia yla capacidad para multiplicarsefuera del intestino también seobservan en aguas potables, porlo que el grupo coliforme seutiliza como indicador decontaminación fecal en agua;conforme mayor sea el númerode coliformes en agua, mayorserá la probabilidad de estarfrente a una contaminaciónreciente.

pH ( Potencial de Hidrógeno )La determinación del pH esuno de los procedimientosanalíticos más importantesy más utilizados en químicay bioquímica. El pHdetermina muchascaracterísticas notables dela estructura y de laactividad de las moléculas,por lo tanto, delcomportamiento de célulasy organismos.

Demanda bioquímica de oxígeno

Fósforo total• El fósforo es un nutriente esencial

para el crecimiento de organismos,por lo que la descarga de fosfatosen cuerpos de aguas puedeestimular el crecimiento de macro ymicroorganismos fotosintéticos encantidades nocivas.

• El fósforo generalmente seencuentra en tres formas: comoortofosfatos, fosfatos condensadosy compuestos órganofosfatados.Estas formas de fosfatos provienende una gran cantidad de fuentes,tales como productos de limpieza,fertilizantes, procesos biológicos,etc.

• El agua residual domestica contieneentre 5 – 15 mg/lt. de fósforo total.

Una descarga de agua residual rica enfosfatos puede favorecer la proliferaciónsúbita de algas y otros organismos,provocando un aumento en el consumode oxígeno que mate a la faunaacuática.

Nitratos• El Nitrógeno se estabiliza por

oxidación bacteriana en medioaerobio generando nitritos yposteriormente nitratos.

• La presencia predominante denitrógeno en su forma de nitratoindica que ya esta estabilizadocon respecto a la demanda deoxígeno.

• El Nitrógeno total es la suma denitrógeno orgánico, amonio,nitritro y nitrato.

• El agua residual domestica suelecontener 20-50 mg/lt. denitrógeno total del cual 12-40mg/lt esta en forma de amonio(proveniente principalmente dela urea contenida en la orinahumana)

Sólidos totales

CLASIFICACION SEGÚN LA SEDIMENTABILIDAD:

• Sólidos en suspensión o suspendidos (SS): (33 %)Son retenidos por filtros y se clasifican en SólidosSedimentables o Coloidales.

• Sólidos Sedimentables: Son capaces de flotar odecantar con el agua en reposo, son eliminadosfácilmente mediante procesos físicos o mecánicos

• Sólidos Coloidales: No sedimentan ni flotancuando el agua está parada, o por lo menos en untiempo computable. Tampoco son eliminados pormétodos físicos o mecánicos, siendo necesario unproceso de coagulación y floculación

• Sólidos Disueltos: (90 %) No son efectivas ningunade las técnicas anteriores para eliminarlos, sinobien mediante cambios de temperatura, pH,efectos quelantes, etc. O por sistema demembranas, ósmosis inversa, nanofiltración,ultrafiltración.

Analíticamente, se define el contenido de sólidos totales como la materia que seobtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación a entre103°C y 105°C.

Cálculo del ICA (ciudadano)

Nombre de la Prueba Resultado Q- Valor Factor Total

Oxigeno disuelto % saturación 0.17Coliformes fecales Colonias/100ml. 0.16pH unidades 0.11Demanda bioquímica deoxigeno

Mg/l 0.11

Temperatura °C 0.10Fosforo Total Mg/l 0.10Nitratos Mg/l 0.10Turbidez /cm 0.08Solidos totales Mg/l 0.07

ICA TOTAL

Fecha ___________________ Hora _________Lugar de muestreo ______________________Condiciones climáticas ___________________

ICA (Indice de Calidad del Agua)Oficial en México

• El ICA se define como el grado decontaminación existente en el agua ala fecha de un muestreo, expresadocomo un porcentaje de agua pura. Así,agua altamente contaminada tendráun ICA cercano o igual a 0% y de 100%para el agua en excelentescondiciones.

• Éste índice consideró 18 parámetrospara su cálculo con distintos pesosrelativos (Wi), según la importanciaque se le concedía a cada uno de ellosen la evaluación total

Los 6 parámetros adicionales que semiden en el ICA oficial en México son:

• Sustancias activas al azul de metileno(Detergentes)

• Conductividad eléctrica• Grasas y aceites• Dureza total• Cloruros• Color

Sin embargo la norma oficial no evalúaalgunos indicadores fundamentales parala salud del biotopo ó corredor biológicocomo es el Hábitat, el Caudal y losMacroinvertebrados y los sustituye porvariantes químicas como alcalinidad,nitrógeno amoniacal y solidos disueltos.

Instituciones y AsociacionesMéxico• Comisión Nacional del Agua (CNA _ CONAGUA)• Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales

(SEMARNAT)• Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA)• Asociación Nacional de Empresas de Agua y

Saneamiento de México• Asociación Nacional de Productores y Distribuidores

de Agua Purificada• Asociación Nacional de Cultura del Agua• Asociación Mexicana de Hidráulica• Cambio climático en México

Internacional• Global Water Partnership• Consejo Mundial del Agua• World Ocean Observatory• Women for Water Partnership• UNESCO – Programa de Evaluación de Recursos

hidricos• ONU-Agua• FAO – Food and Agriculture Organization• Foro Mundial del Agua• AIDA – Asociacion Internacional de Derechos del Agua

Estados Unidos y Canadá• Association of Water Technologies• National Rural Water Association• American Water Works Association• American Water Resources Association• Association of State Drinking Water

Administrators• Association of State and Interstate Water

Pollution Control Administrators• Conservation International• Irrigation Association• Natural Ground Water Association• National Water Resources Association• National Water Research Institute

España• Asociación Española de Abastecimiento de

Agua y Saneamiento-AEAS• Fundación para el Fomento de la Ingeniería

del Agua• MAPAMA – Ministerio de Agricultura,

Pesca, Alimentación y Medio Ambiente

Otros Organismos no Gubernamentales• Asociación Internacional del Agua (IWA)• Asociación Internacional de Distribución de Agua (IWSA)• Asociación Internacional de Hidrogeólogos (AIH)• Asociación Internacional de Recursos Hídricos (AIRE)• Asociación Internacional de Ciencias Hidrológicas (AISH)• Asociación Internacional de Hidro-electricidad (IHA)• Asociación Internacional de Ingeniería e Investigaciones

Hidro-ambientales (AIRH)• Asociación Internacional de Derecho de Aguas (AIDA)• Asociación Internacional de Historia del Agua (IWHA)• Asociación de Hidrólogos Africanos (AAH)• Asociación de Agricultura Tropical (TAA)• Sociedad Hidrológica Británica (BHS)• Centro Internacional de Agua Potable y Saneamiento

(IRC)• Comité Internacional de Coordinación de los Trabajos

sobre la Sedimentación en los Embalses (ICCORES)• Comité Científico de Investigaciones Hídricas (SCOWAR)• Comisión Internacional de Grandes Presas (ICOLD)• Comisión Internacional de Riegos y Drenajes (ICID)• Consejo Internacional de Ingeniería y Tecnología (ICET)• Consejo Internacional para la Ciencia (ICSU)• Unión Internacional de Espeleología (UIS)• Unión Internacional de Asociaciones y Organismos

Técnicos (UATI)

• Consejo Mundial del Agua (CMA)• Consorcio Internacional sobre Desprendimiento de

Tierras (ICL)• Federación Mundial de Organizaciones de

Ingenieros (FMOI)• Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF)• Instituto de Investigación para el Desarrollo (IRD)• Instituto Internacional de Análisis Aplicados de

Sistemas (IIAAS)• Comisión Internacional de Nieve y Hielo (ICSI)• Federación Internacional de Información y

Documentación (IFID)• Oficina Internacional del Agua (O.I.EAU)• Asociación Mundial para el Agua (GWP)• Programa Internacional sobre la Geosfera y la

Biosfera - Aspectos Biosféricos del Ciclo Hidrológico(IGBP-BAHC)

• Instituto de Investigación de Obras Públicas deJapón (Public Works Research Institute of Japan-PWRI)

• Asociación Internacional de Limnología (SIL)• Sistema Euro-mediterráneo de Información sobre el

Agua (SEMIDE)• Tecnología para los recursos hídricos (TECHWARE)• Unión Africana de Distribuidores de Agua (UADE)

Bibliografía• Stream quality monitoring: a citizen

action program ; Kopec, J. and S. lewis

• National Directory of Citizen VolunteerEnvironmental Monitoring Programs ;United States EnvironmentalProtection Agency

• Guide to macroinvertebrate sambplingfor White River Headwaters CitizensMonitoring Group. River WatchNetwork

• Adopting a Stream: a northwesthandbook. Adopt-a –StreamFoundation

• Field Manual for Water QualityMonitoring; Mitchell, Mark K. andWilliam B. Stapp

• Guía rápida para calcular el caudalecológicohttp://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Contenido/Documentos/GUIA.pdf

• Seminario de Voluntariado para laconservacion de Ríos y Riverashttp://www.mapama.gob.es/es/ceneam/grupos-de-trabajo-y-seminarios/voluntariado-para-la-conservacion-de-la-biodiversidad/voluntariado_rios1.aspx

• Ecological Sanititationhttp://www.ecosanres.org/pdf_files/Ecological_Sanitation.pdf

• Aguas Residuales el RecursoDesaprovechadohttp://unesdoc.unesco.org/images/0024/002476/247647S.pdf

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