INDICE INDICE DE CALIDAD DEL AGUA (ICA)
ZOSIMO ZOSIMO FERNEY GONZALEZ BA UTISTA UTISTA HAROL D SANTIAGO NIÑO NIÑO A FRICANO FRICANO JEIMMI JEIMMI JULIETH JULIETH VILLA VILLA LBA PARRA
UNIDADES UNIDADES TECNOÒGICAS DE SA NTANDER BUCARAMA NGA - SANTANDER 2014
RESUMEN:
Este trabajo presenta la elaboración del Índice de Calidad de Agua (ICA) para los ríos a nivel global dichos resultados pretenden clasificar en una escala de 0 a 100 la calidad representativa del agua, según los constituyentes evaluados y esto, a su vez, posibilita la calificación del agua conforme a su estado como bueno, moderado, promedio, alerta o pobre el ICA desarrollado y considera once constituyentes: Coliformes fecales, ph, DBO5DIAS, oxígeno disuelto, nitratos, fósforo total, nitrógeno de amonio, sedimentos suspendidos, mercurio, plomo y temperatura, los cuales fueron determinados mediante la evaluación de un grupo de expertos en la calidad de agua. Con el fin de facilitar la interpretación de los datos físicos, químicos y biológicos cada vez más agencias medio ambientales, universidades institutos recurren a los índices de calidad del agua que mediante una expresión matemática que representa todos los parámetros valorados permiten valorar el agua donde se presenta los métodos utilizados los ICA’s realizados los parámetros de algunas
investigaciones que se pudieron hacer a nivel global en base ICA.
ABSTRACT:
This paper presents the development of the Water Quality Index (ICA) for rivers globally purport to classify these results on a scale of 0 to 100 representative water quality, according to the constituents evaluated and this, in turn, enables grade water according to their status as good, moderate, average, poor or alert the ICA developed and considers eleven constituents: fecal coliform, pH, DBO5DIAS, dissolved oxygen, nitrates, total phosphorus, ammonia nitrogen, suspended sediments, mercury, lead and temperature, which were determined by evaluating a group of experts on water quality. In order to facilitate the interpretation of the physical, chemical and biological data increasingly environmental agencies, universities and colleges rely on the quality indices of the water by a mathematical expression representing all parameters assessed possible to assess the water where it occurs methods used ICA's done some research parameters that could be made globally based ICA.
INTRODUCCION:
El presente trabajo de investigación busca dar a conocer la descripción y evaluación de la calidad del agua ya que es una materia compleja, no exenta en cuanto a la capacidad de sus diferentes metodologías para informar sobre el carácter cualitativo del recurso hídrico, para ello se define calidad del agua debido a que se tiene distintas interpretaciones. Así se puede entender la calidad desde un punto de vista funcional como la capacidad intrínseca que tiene el agua para responder a sus usos, que se podrían obtener de ella o desde un punto de vista ambiental por lo cual hacemos que mantenga un ecosistema equilibrado y para que cumpla unos determinados objetivos de calidad ecológica o como el conjunto de características físicas, químicas y microbiológicas que la definen etc. Esta investigación nos muestra algunas investigaciones o estudios de situaciones que se realizaron a nivel global desde un punto cualitativo para tener más conocimiento de las fuentes hídricas y poder tener control de ellas. METODOS:
Los pioneros en generar una metodología unificada para el cálculo del índice de calidad (ICA) fueron Horton (1965) y Liebman (1969). Sin embargo, estos solo fueron utilizados y aceptados por las agencias de monitoreo de calidad del agua en los años setenta cuando los ICA tomaron más importancia en la evaluación del recurso hídrico. El índice general de calidad del agua fue desarrollado por Brown et al. (1970) y mejorado por Deininger para la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1975 (NAS, 1975). Con estos estudios, el Departamento Escocés para el Desarrollo (SSD), en colaboración con instituciones regionales para la preservación del agua, llevaron a cabo extensas investigaciones para evaluar la calidad del recurso en ríos de Escocia. En 1970 los trabajos se basaron en la metodología Delphi, como el The National Sanitation Foundation. (NSF), realizando el índice de calidad de agua (WQI), que en español es conocido como ICA, con base en nueve parámetros: DBO5, OD, coliformes fecales, NO3 N, pH, cambio de temperatura, SDT, fósforo total y turbiedad (Fundation, 2006). Este índice es en la actualidad uno de los más utilizados por agencias e instituciones en los Estados Unidos.
En 1978 Ott presentó una discusión detallada sobre la teoría de índices ambientales y su desarrollo así como una revisión sobre los índices. Según Cude (2001), desde 1978 hasta 1994, revisiones de literatura de los ICA desarrollados desde su introducción han revelado nuevos enfoques y proporcionado nuevas herramientas para el desarrollo de las investigaciones. Entre los años de 1995 y 1996 se desarrollaron indicadores especiales para una cuenca o región: en 1995, con la Estrategia de evaluación ambiental de Florida (The Strategic Assessment of Floridas Environment - SAFE), que formuló un índice especial para la Florida, en 1996 el Índice de British Columbia (BCWQI) de Canadá y el desarrollo del Programa de mejoramiento de la cuenca baja de Miami (WEP, 1996). La Comunidad Europea desarrolló el índice universal de la calidad del agua (UWQI), utilizado para evaluar la calidad del agua superficial como fuente de agua potable. Este indicador se basa en doce variables: cadmio, cianuro, mercurio, selenio, arsénico, fluoruro, nitratos, OD, DBO5, fósforo total, pH y coliformes totales (Boyacioglu, 2007). Según Fernández y Solano (2005), en el mundo hay por lo menos 30 índices de calidad de agua que son de uso común, y consideran un número de variables que van de 3 a 72. Prácticamente todos estos índices incluyen al menos 3 de los siguientes parámetros: OD, DBO o demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno en forma amoniacal y de nitratos (NH4 .N y NO3 -N), fósforo en forma de ortofosfato (PO4.P), pH y sólidos totales (ST). La metodología Amoeba (A General Method Of Ecological and Biological Assessment), desarrollada por los Países Bajos, utiliza parámetros físico-químicos y biológicos que permiten la valoración ecológica y biológica de los sistemas acuáticos. Su desarrollo estuvo a cargo del Ministerio Holandés de Transporte, Obras Públicas y Manejo del Recurso Hídrico teniendo en cuenta la producción y rendimiento agrícola, la diversidad sustentable de especies y la normativa sustentable (Fernández y Solano, 2005). España adoptó el índice de Lomantange y Provencher del estado de Québec (Canadá), en el que se utilizan 23 parámetros, 9 básicos y 14 complementarios. Este índice se fundamenta en el cumplimiento de requisitos de acuerdo al uso del recurso hídrico como: potabilización, contacto primario, riego y mantenimiento de la
biodiversidad. El índice simplificado de calidad de agua (ISQA) también es uno de los más utilizados en España, este emplea parámetros como DQO, sólidos suspendidos totales (SST), conductividad y temperatura (Orozco, et al., 2005). Para el caso latinoamericano, el desarrollo y aplicación de estos índices se ha dado con más auge en México, desarrollando diversos ICA. El índice INDIC-SEDUE fue el primero en aplicarse en México, en Jalisco y tuvo un uso común en la antigua Secretaría de Desarrollo Urbano y Ecología en el Departamento de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental de la Subdelegación de Ecología de la Delegación Sedue-Jalisco. Este ICA está basado en el índice desarrollado por Dinius y adaptado y modificado por la Dirección General de Protección y Ordenación Ecológica (DGPOE) de la Sedue (Montoya et al., 1997). En el 2004 los países que integran la Comunidad Andina (CAN) elaboraron una metodología para la medición de la calidad de los recursos hídricos en la que se incluyen variables e indicadores para aguas superficiales, subterráneas y costeras; la propuesta tiene como fin desarrollar un software adecuado a los países que integran la CAM (OEA, 2004). En el Perú, en forma general se han aplicado dos indicadores: el ICA-NSF y un modelo desarrollado en Cuba por Jorge García, Atilio Beato y Joaquín Gutiérrez, en el cual se considera, además de los parámetros del ICANSF, la conductividad eléctrica cloruros y el nitrógeno amoniacal (OEA, 2004). Chile en 1999 inició un programa de .Monitoreo, educación sanitaria y ambiental. Para la recuperación y protección de los cuerpos de agua, considerando el ISQA. En el año 2000, con el monitoreo del río Chile en 18 estaciones, se elaboraron dos ICA para esta corriente (ICAextendido e ICA-simplificado); su construcción tuvo en cuenta los parámetros representativos a los usos del agua y a la minimización de los costos de análisis (Debels, et al., 2005). Brasil utiliza el ICA desarrollado por la Compañía de Tecnología de Saneamiento Ambiental de Brasil, que modificó el ICA-NSF a condiciones propias del trópico, para la evaluación de la calidad del agua de ríos con destinación del recurso para uso doméstico (CETESB, 2006). En Colombia, de acuerdo con el Estudio Nacional del Agua (IDEAM, 2000), la medición de parámetros físico-químicos es una actividad rutinaria. Sin embargo, no ha sido así el cálculo
de índices de calidad de agua, aunque; estos están siendo aplicados regularmente en la industria del petróleo y algunas corporaciones autónomas regionales, en las ciudades de Bogotá, Barranquilla, Bucaramanga, Cali y Manizales, estimando los ICA e ICO en sus programas de monitoreo (Fernández y Solano, 2005). En el 2002, diferentes entidades que conforman el Sistema de Información Ambiental Colombiano, incursionaron sobre la base de los índices desarrollos por Rojas (1991), Behar eta.l (1997), Ramírez y Viña (1998), en los que se han desarrollado catorce indicadores ambientales, de los cuales tres corresponden a la oferta hídrica, dos a la sostenibilidad del recurso, seis a la calidad del agua dulce y tres ICÁ adicionales para las aguas marinas y costeras (IDEAM et al., 2002). A pesar del gran esfuerzo realizado en Colombia, algunos de estos indicadores, especialmente los de calidad del agua, apenas están planteados debido a la poca densidad de puntos de colección de datos y su falta de sistematización y estandarización (IDEAM et al., 2002). Es importante resaltar el trabajo realizado por la Corporación Regional del Valle del Cauca (CVC) y la Universidad del Valle, quienes en el proyecto de caracterización y modelación matemática del río Cauca (PMC) desarrollaron el índice de calidad para el río Cauca denominado Icauaca, en el que se consideran diez variables que son: pH, OD, color, turbiedad, DBO5, nitrógeno total, fósforo total, ST, SST y coliformes fecales (CVCUnivalle, 2004). Los ICA son una herramienta útil para la toma de decisiones, por lo que es necesario el monitoreo continuo de cada variable que permita adecuar el índice a niveles regional y local, como es el caso del Icauaca. Finalmente, hay que destacar el trabajo realizado en el 2005 por el grupo de Investigación de Ciencias Naturales en la línea de investigación, valoración y monitoreo de la calidad ambiental de la Universidad de Pamplona, que trabajo el software ICAtes V1.0, en el cual se incluyen una gran variedad de ICA e ICO, se discriminados por país y autor. ICA`s REALIZADOS: 1. El Índice de Calidad de Agua como
herramienta para la gestión de los recursos hídricos.
Este artículo presenta información sobre las posibilidades que ofrece el empleo de un Índice de Calidad de Agua (ICA) en la gestión de los recursos hídricos. Un ICA brinda una manera conveniente de resumir la gran cantidad de datos generados en los monitoreos y facilita la comunicación de estos resultados a una audiencia no especializada. Se presenta dos índices a modo de comparación, mostrándose el método de cálculo y la forma de presentar sus resultados. Se exponen ciertos aspectos a tener en cuenta al aplicar el índice de manera que se obtengan resultados confiables. Dado su capacidad para sintetizar información variada y compleja, así como su potencial como herramienta de comunicación, se perfila como un instrumento valioso para ayudar en la toma de decisiones. (Rojas, 2009) 2. Índ ice de calidad del agua en la cu enca d el r ío A m ajac , Hid alg o , Mé xi co : Diagnóstico y Predicción.
Se desarrolló el índice de calidad del agua como método estandarizado para comparar la categoría de manera integral, entre localidades y a través del tiempo, de los distintos almacenamientos de agua, ríos y arroyos de la cuenca del Amajac. Además, se puede predecir el grado de contaminación y establecer estrategias de planeación en el manejo de los recursos hídricos para la cuenca en cuestión. La metodología utilizada se basó en la expresión cuantitativa de calidad del agua. Se hicieron tres muestreos (2005-2006) y se determinó: Oxígeno disuelto, Coliformes Fecales, pH, Demanda bioquímica de oxígeno, Nitratos, Fósforo total, Turbidez y Sólidos Totales Disueltos. Para predecir la calidad integral del agua (ICA), se hizo un análisis de regresión múltiple entre el ICA y los ocho parámetros analizados. Posteriormente, para cada variable, se identificaron los patrones de comportamiento y se consignaron los modelos matemáticos. Los resultados obtenidos indican que la calidad del agua para uso urbano, agua de bebida, piscícola, y agrícola fue de
Calidad Media (ICA = 50-69) en el 29% de los sitios muestreados dentro de la cuenca hidrológica del Río Amajac. Al mismo tiempo, el 59% de las localidades fue de Mala Calidad (ICA = 30-49). Por último el 12% de los sitios se encontró altamente contaminado (ICA < 30). El mejor ajuste de los parámetros analizados se obtuvo con los modelos cuadráticos y cúbicos. (Alvarez, 2006) 3. An áli si s y v alo rac ión d el Índ ic e de Calidad de Agua (ICA) de la NSF: Ca so s Río s Cal i y Me lé n d ez.
El índice de calidad de agua (ICA) de la National Sanitation Foundation (NSF), fue concebido con base en las características de los ríos norteamericanos. Las variables que involucra y los pesos que asigna a cada uno de los rasgos distintivos corresponden a la problemática específica de contaminación, propia de sus procesos productivos, la naturaleza de sus desechos, sus políticas públicas, sus normas y su idiosincrasia. Por estas razones tiene mucha vigencia los esfuerzos que se realicen por valorar su comportamiento y sugerir algunas modificaciones que lo adapten a nuestras condiciones específicas. En el presente artículo, se pretende mostrar la validez de este planteamiento tomando como caso de estudio los ríos Cali y Meléndez. (G., 1997) 4. A pli cac ión de índ ices d e calid ad de agua - ICA orientados al uso de la fuente para consumo humano.
La contaminación de origen natural y antrópico de las fuentes de agua limitan su aprovechamiento principalmente para el consumo humano; herramientas de diagnóstico rápidas y representativas como los índices de calidad del agua ICA— garantizan una evaluación integral del recurso, fundamental en la toma de acciones para manejo y control del riesgo sanitario a través de los diferentes procesos de los índices ICA-NSF, ICA Dinius, ICAUCA y UWQI en cinco puntos del río Cauca localizados en el tramo Salvajina – Bocatoma Puerto Mallarino mostró que el río presenta un deterioro
creciente a medida que es afectado por las actividades socioeconómicas desarrolladas en su cuenca, presentando calidad entre regular y mala, haciendo necesario su tratamiento para la destinación del recurso en consumo humano, e incluso la incorporación de tratamientos específicos como la adsorción con carbón activado y otros. Las variables de mayor incidencia en el valor final de los ICA fueron los patógenos y las asociadas a presencia de material particulado; sin embargo, para una evaluación más integral del río, y dados los usos del suelo que pueden generar en la fuente presencia de otras sustancias causantes de riesgo sanitario, se recomienda considerar el desarrollo o adaptación de un índice con estructura similar a la del DQWI que tenga en cuenta la variación en el tiempo y en el espacio de los parámetros que lo conforman y su comparación con la normatividad vigente. (Torres, 2010) 5. Desarrollo y Ap licación de un Índi ce de Calid ad de A gu a para ríos en Puer to Rico
Este trabajo presenta la elaboración de un Índice de Calidad de Agua (ICA) para los ríos en Puerto Rico. Dicho índice pretende clasificar en una escala de 0 a 100 la calidad representativa del agua, según los constituyentes evaluados y esto, a su vez, posibilita la calificación del agua conforme a su estado como bueno, moderado, promedio, alerta o pobre. El ICA desarrollado considera once constituyentes: coliformes fecales, pH, DBO5DIAS, oxígeno disuelto, nitratos, fósforo total, nitrógeno de amonio, sedimentos suspendidos, mercurio, plomo y temperatura, los cuales fueron determinados mediante la evaluación de un grupo de expertos en la calidad de agua. El ICA fue sometido a un examen riguroso para precisar sus bondades, deficiencias y aplicabilidad a las condiciones locales de Puerto Rico. El ICA obtenido representa un valor puntual, por lo que es característico de la calidad del agua del lugar y en el momento donde se tomaron las muestras. Para demostrar
la aplicación del ICA, se realizaron varios análisis, entre ellos uno temporal de dos de las estaciones del USGS ubicadas en el Río Grande de Añasco. Este examen reveló la variación de la calidad del agua a través del tiempo permitiendo inferir sobre las tendencias de deterioro o recuperación del río en donde están localizadas estas estaciones. Se concluyó que ambas estaciones poseen un ICA en estado de alerta. Usando los datos de calidad de agua y las características físicas de la cuenca entre las dos estaciones del USGS, se llevó a cabo un análisis espacial en el cual se determinó el ICA según la variación de los constituyentes a lo largo del tramo de río entre ambas estaciones. Esta prueba sirvió para especificar cómo la aportación de cada tributario afecta la calidad del agua. También se efectuó una evaluación del ICA en varias cuencas de Puerto Rico para un mismo año y, de esta forma, poder visualizar la variación de la calidad del agua a través de las cuencas en Puerto Rico. Se espera que este ICA desarrollado se pueda utilizar en el futuro como herramienta para informar al público la calidad de las agua en los ríos de Puerto Rico y para establecer prácticas de manejo adecuadas en las diferentes cuencas de la Isla. (Torres F. J., 2009) . 6. ÍNDICES DE CAL IDAD DE A GUA EN FUENTES SUPERFICIALES UTILIZADA S EN L A PRODUCCIÓN DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO. UNA RE VIS IÓN CR ÍTICA .
El deterioro de las fuentes de abastecimiento de agua incide directamente en el nivel de riesgo sanitario presente y en el tipo de tratamiento requerido para su reducción; la evaluación de la calidad del agua permite tomar acciones de control y mitigación del mismo, garantizando el suministro de agua segura. Una herramienta son los índices de calidad de agua —ICA—; los de tipo multiplicativo son más sensibles a las variaciones en la calidad del agua que los de tipo aditivo. Aquellos que consideran las variaciones
en el tiempo y en el espacio y además permiten una comparación con la normativa vigente en la zona de estudio, como en CCME — WQI y DWQI, son más adecuados para su aplicación en fuentes como el río Cauca que está expuesto a constantes variaciones de calidad. Para el uso de estas fuentes para abastecimiento humano, valores entre 90 y 100 de la generalidad de los ICA implican tratamientos menores como sólo desinfección, mientras que entre 50 y 90 requieren tratamiento convencional y en algunos casos tratamientos especiales que están asociados a mayores costos y complejidad. (Cruz, 2009)
ESTRUCTURA DE CÁLCULO DE LOS ICA La estructura de cálculo de la mayoría de los ICA se basa en la normalización de los parámetros que los conforman de acuerdo con sus concentraciones, para su posterior ponderación en función de su importancia en la percepción general de la calidad agua; se calcula mediante la integración de las ponderaciones de los parámetros a través de diferentes funciones matemáticas. La siguiente tabla muestra las ecuaciones de cálculo de los ICA, asociados por grupos de acuerdo con el tipo de ecuación utilizada.
PARÁMETROS QUE CONFORMAN LOS ICA Los parámetros a ser incluidos en los ICA han estado marcados, desde sus inicios, por la apreciación de expertos, agencias o entidades gubernamentales, que son los que determinan en el ámbito legislativo su importancia al establecerlos como estándares de calidad del agua. Dunnette [43] recomienda seleccionar los parámetros de las cinco categorías más comúnmente reconocidas: nivel de oxígeno, eutrofización, aspectos de salud, características físicas y sustancias disueltas. La siguiente tabla muestra los parámetros empleados en los ICA presentados.
En la última columna de la tabla se presenta la frecuencia de uso de cada parámetro en los diez ICA presentados; se observa que los mayormente empleados pertenecen a las categorías recomendadas por Dunnette [43], y son el oxígeno disuelto y el pH los parámetros de mayor uso (se usan en siete de diez ICA), seguidos en orden decreciente por la DBO, los nitratos y los coliformes fecales, la temperatura, la turbiedad y los sólidos disueltos totales. Otros parámetros como los metales pesados, los cuales están relacionados con el riesgo químico, son incluidos principalmente en los ICA desarrollados en los últimos años (DWQI, UWQI e IAP) y cuya evaluación se centra en la destinación del recurso para consumo humano previa potabilización.
ASIGNACIÓN PARÁMETRO
DE
PESOS
A
CADA
La asignación de pesos (ponderación) de cada parámetro tiene mucho que ver con la importancia de los usos pretendidos y la
incidencia de cada variable en el índice [48]. De acuerdo con Sacha y Espinoza [23] en el caso de ICA aplicables a aguas superficiales pareciera que el mayor peso debiera ser otorgado a los parámetros OD, DBO, nitratos, sólidos suspendidos y coliformes totales. En el caso de ICA aplicables a fuentes de agua potable debiera otorgarse peso, además, al N –NO3, color, arsénico y boro. La siguiente tabla presenta los pesos asignados a los parámetros que conforman los ICA, de acuerdo con el grado de importancia dentro de cada uno de éstos.
Con relación al nivel de importancia de cada parámetro de acuerdo con el peso asignado, el oxígeno disuelto y los coliformes fecales tienen un alto grado de importancia, presentando en general los mayores pesos. RESULTADOS:
El valor del ICA permite clasificar el recurso a partir de rangos establecidos que son definidos considerando el o los usos a evaluar. Las categorías, esquemas o escalas de clasificación, son un punto de igual o mayor interés que el cálculo en sí del índice, pues es aquí donde finalmente el valor obtenido es transformado en una característica que define la calidad final del agua. A continuación se presentan los rangos de clasificación para cada uno de los ICA presentados.
En cuanto a la clasificación de cada rango, ésta generalmente índica el nivel de calidad de la fuente o define los usos para los cuales es apto el recurso con base en la puntuación obtenida en cada ICA. En general se observa que los rangos codificados con los números 1 y 2 clasifican el agua como de mala calidad la cual, de acuerdo con los ICA que definen usos es inaceptable para consumo humano; a partir del rango 3 hasta el 5, las clasificaciones describen aguas de mediana a excelente calidad, que de acuerdo con las recomendaciones dadas por los ICA que definen usos, requieren de tratamiento cuya complejidad depende del rango; así, a menor calidad mayores requerimientos en el tratamiento del agua. CONCLUSIONES:
RECOMENDACIONES:
REFERENCIAS B IBLIOGRÀFICAS:
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