identification of groundwater pollution trends
El principal objetivo del proyecto, financiado por la Dirección General de Medio Ambiente de la Comisión Europea y el Ministerio de Agricultura de Austria, consistió en el establecimiento de métodos para el cálculo de concentraciones medias representativas, y la evaluación de tendencias en relación con datos agregados a escala de masa de agua subterránea, considerando tanto impactos difusos como puntuales.
Se consideraron los siguientes aspectos:
Desarrollo de un método de agregación apropiado para la evaluación de la calidad del agua subterránea de una masa o grupo de masas, incluyendo los requisitos mínimos para su cálculo
Desarrollo de un método estadístico apropiado para la evaluación de tendencias y para la inversión de las mismas, así como los requerimientos para su cálculo
Consideración de concentraciones por debajo del límite de detección.
Se utilizó un conjunto de series temporales de calidad de 21 masas de agua subterránea procedente de 9 países. Como aspecto esencial se destacó la necesidad de contar con la descripción y caracterización de las masas de agua analizadas. Los parámetros disponibles para calibrar el procedimiento fueron nitratos, amonio, conductividad eléctrica, cloruros, pH, pesticidas, hidrocarburos clorados, metales, etc.
Los principales requerimientos en cuanto a las redes de control se refieren a la representatividad espacial de los puntos de control y a la existencia de valores por debajo del límite de detección. En cuanto al primero de ellos, se desarrolló un índice de representatividad con objeto de evaluar si la distribución de los emplazamientos de muestreo en una red de control es homogénea. En el caso de masas de agua subterránea heterogéneas o de la imposibilidad de establecer redes de control homogéneas, se subraya la necesidad de desarrollar redes de control hidrogeológicamente representativas.
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Por otra parte, la existencia de valores por debajo del límite de detección y/o cuantificación constituye otra de las limitaciones de la metodología. Desde el punto de vista estadístico no es recomendable realizar la agregación de los datos y el análisis de tendencias cuando el límite de cuantificación excede en un 60% el valor límite (asimilable al valor umbral) en caso de que exista.
2.2.1 Agregación de datos
Para la agregación de los datos se consideran los puntos individuales de muestreo de una masa de agua subterránea en su conjunto y se calcula la media de los resultados de aquellos parámetros químicos para los que se han establecido valores umbral.
El cálculo de la media espacial se realiza por medio de un método simple de agregación espacial (Grath et al, 2001). Se considera el límite superior de confianza (con un nivel de significación del 95%) de la media aritmética. Dado que bajo ciertas condiciones no es posible el cálculo de la media aritmética, se propone la utilización de la media aritmética ponderada (límite superior de confianza) y la consideración de varias sub-masas de agua subterránea en caso necesario.
En caso de que las redes de control no cumplan los criterios fijados (índice de representatividad), es necesario replantear las redes o bien realizar subdivisiones que cumplan los criterios requeridos. Igualmente, es posible utilizar la media estimada por Kriging ordinario cuando los valores de intervención son superados por el límite superior del intervalo de confianza de la media seleccionada.
El intervalo de confianza depende de la variabilidad de la concentración y del número de estaciones de medida. A medida que se incrementa el número de puntos de medida disminuye el límite superior del intervalo, por lo que su utilización permite utilizar los recursos de forma efectiva, situando pocas estaciones en masas de agua subterránea con valores de concentración alejados (por defecto) de los valores umbral.
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2.2.2 Tendencias e inversión de las mismas
La Directiva Marco del Agua requiere la utilización de las redes de vigilancia y operacionales para la identificación de tendencias antrópicas crecientes a largo plazo y la inversión de las mismas. El año de partida a partir del cual deben identificarse las tendencias debe ser identificado, y la inversión de tendencia debe realizarse con métodos estadísticos verificados en los que se haya establecido el nivel de confianza de forma previa.
Al igual que la agregación de datos, el análisis de tendencias debe realizarse a escala de masa de agua subterránea, con la misma metodología de agregación espacial y regularización. Dada la necesidad de garantizar la potencia y extensibilidad a otros factores de ajuste potencial, se optó por la utilización de métodos lineales (basados en un modelo lineal) en detrimento del test de Mann-Kendall, por lo que se propone el empleo de regresión lineal generalizada (ANOVA) en caso de tendencias crecientes monótonas y por un modelo en dos secciones en caso contrario, debido a su mayor simplicidad.
Para la evaluación de tendencias es preciso considerar un límite de cuantificación constante, evitando de esa forma la detección de tendencias inducidas.
2.2.3 Punto de partida para la inversión de tendencias
Se fijó como límite la detección de un incremento de concentración de un 30% con una potencia de un 90% o mayor. El punto de partida para la evaluación de tendencias es el mismo que para la red de control operacional, por lo que debe servir como alerta temprana para la detección de tendencias. El análisis de tendencias debe iniciarse cuando el límite superior del intervalo de confianza (con un nivel de significación del 95%) de la media calculada exceda el 75% del valor límite.
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2.2.4 Longitud de las series para la inversión de tendencias
La Directiva Marco del Agua establece una frecuencia mínima de control de una vez por año para la evaluación de tendencias, y el requerimiento de que un incremento en la concentración de contaminante de un 30% debe ser detectada con una potencia del 90%. De acuerdo con dichos requerimientos, se deriva una longitud mínima de las series de 8 años (10 datos). En caso de frecuencia semestral o superior la longitud mínima se establece en cinco años (15 datos).
Para la inversión de las tendencias el procedimiento es análogo, resultando en longitudes mínimas de 14 años para el muestreo anual (18 datos) y en series de 10 años (30 datos) para muestreos con periodicidad mínima semestral.