Chapter 2: Institutional Diffusion and Variation
2.5 Methodology and Research Design
Fuente. Secretaría de Salud de Bogotá. Sistema de vigilancia 2010
La oferta y disponibilidad de Aguas Superficiales: Estimaciones realizadas por el IDEAM en sus diferentes estudios, anotan que la escorrentía superficial per cápita total del país es de 57000 metros cúbicos al año, en cuanto a la oferta neta en la cual se incorporan reducciones tanto por alteración de la calidad como por regulación natural, se alcanzan apenas los 1260 km3 que corresponden a una disponibilidad de 34000 metros cúbicos por persona al año. En las condiciones de año seco consideradas, esta disponibilidad se reduce a 26700 metros cúbicos por persona al año. La calidad del agua superficial de una cuenca guarda estrecha relación con las actividades que se realizan en el suelo por donde circulan los ríos. Esto se evidencia en los cuerpos hídricos de Bogotá como los ríos Torca, Salitre, Fucha y Tunjuelo, dado que están inmersos y presionados por un entorno urbano y periurbano. Uno de los principales factores de deterioro de la calidad de los cuerpos de agua de la ciudad es la descarga de aguas residuales, y en consecuencia el uso de los ríos para la dilución y transporte de sustancias, hechos que imposibilitan el aprovechamiento del agua para otros usos, (Rodríguez, 2012)
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En procura del mejoramiento de la calidad de los ríos de la capital, la Secretaría Distrital de Ambiente estableció las metas individuales de cargas contaminantes permitidas para Demanda Bioquímica de Oxigeno y Sólidos Suspendidos Totales para los próximos cinco años (2016 -2020). Este resultado se logró gracias a la implementación de la tasa retributiva por vertimientos puntuales (instrumento económico ambiental) y a un proceso de consulta y evaluación de propuestas de usuarios del recurso hídrico que son generadores de vertimientos a cuerpos superficiales. Esta concertación de metas también contempló la utilización de un nuevo instrumento de rigor técnico con el que no se contaba, el Modelo Dinámico de Calidad del Agua de Bogotá, desarrollado por la SDA y la Universidad de Los Andes, el cual será alimentado con los escenarios de saneamiento y disminución de cargas propuestas, evaluará los escenarios y predecirá la calidad de los ríos en el tiempo.
7.5 IMPACTOS AMBIENTALES POR LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS SUPERFICIALES
Las actividades industriales, domésticas, fenómenos naturales y antrópicas en general causan fuertes impactos ambientales, según Torres (2009):
Afectación del entorno en general. Los malos olores producidos por la contaminación de las aguas superficiales, transforma radicalmente el entorno, la atracción paisajística y turística, ya no es la misma, pierde su encanto, disminuye la presencia de visitantes.
Contaminación del Aire. La misma presencia de malos olores, producen la llegada de vectores como moscas, mosquitos, Zancudos, roedores causantes de muchas enfermedades respiratorias y de la piel.
Afectación de los suelos. Los suelos se contaminan de sustancias químicas, se acidifican o se alcalinizan según sea el caso, pierden su textura y composición natural, cuando estos ríos crecen dejan muchos sedimentos.
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Impacto sobre la Flora. Hay una eliminación de la vegetación, una destrucción parcial o total de la flora debido a la alta carga de contaminantes, generando una presión en los ecosistemas y su posible desaparición.
Impacto sobre la fauna. La fauna se ve perturbada y/o ahuyentada por la contaminación del agua, la elevación del nivel de sedimentos en los ríos. Además, la erosión de los amontonamientos de residuos estériles puede afectar particularmente la vida acuática. Puede darse también envenenamiento por reactivos residuales contenidos en aguas provenientes de procesos industriales. Muchas aves migratorias pueden morir al no tener donde asentarse para alimentarse y reproducirse debido a la contaminación de las aguas, ya que algunas funcionan como espejos de aguas que las orientan, variedad de peces han desaparecido y ya no se producen como antes, muchos con mercurio en la piel.
Impacto sobre las Poblaciones. La escasez de agua potable causa la muerte de muchas personas en las poblaciones, generalmente los niños y los ancianos son los más vulnerables, la contaminación de las aguas superficiales aumenta el riesgo de contraer enfermedades que pueden conducir a la muerte. Las actividades del hogar se ven afectadas y los procesos industriales también.
Cambio Climático. La contaminación del agua puede generar sequías que conlleven a un aumento gradual de la temperatura, bajas precipitaciones, la evaporación de agua con sustancias químicas generadoras de cambio climático, lluvias ácidas entre otras.
Ambiente: Recuperación o restauración de Ecosistemas, disminuye la contaminación.
Social: Mejora la calidad de vida, condiciones de salud y bienestar
Económico: Ahorro a las empresas y demás gremios, tasas retributivas.
De lo anterior, se deduce que, al disminuir los impactos ambientales causados por la contaminación del agua, se tendrá una mejor calidad del agua, lo que incide directamente, en la salud y calidad de vida de las personas, igualmente a la sostenibilidad de los ecosistemas.
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Dentro del trabajo de grado, se busca minimizar los impactos que generen contaminación ambiental al recurso hídrico, con la información obtenida del índice de calidad de agua (ICA), las empresas y establecimientos deberán dar cumplimiento a la normativa ambiental.
7.6. LIMITACIONES Y VENTAJAS DE LOS INDICES DE CALIDAD DE AGUA Los índices de calidad de agua (ICA), ofrecen un aserie de limitaciones y ventajas, según Torres et al (2009), citado por Gempell & Paz (2016), a saber:
Tabla 4. Limitaciones y ventajas de los índices de calidad de agua (ICA)
Limitaciones del ICA Ventajas del ICA
Proporcionan un resumen de los datos. Permite mostrar la variación espacial y temporal de la calidad del agua.
No proporcionan información completa sobre la calidad del agua
Método simple, conciso y válido para expresar la importancia de los datos generados regularmente en el laboratorio.
No pueden evaluar todos los riesgos presentes en el agua.
Útiles en la evaluación de la calidad del agua para usos generales.
Pueden ser subjetivos y sesgados en su formulación.
Permiten a los usuarios una fácil interpretación de los datos No son de aplicación universal debido
alas diferentes condiciones ambientales que presentan las cuencas de una región a otra
Pueden identificarse tendencias de la Calidad del agua y áreas problemáticas.
Se basan en generalizaciones conceptuales que no son de aplicación universal.
Permiten priorizar para evaluaciones de calidad del agua más detalladas.
Algunos científicos y estadísticos tienden
Mejoran la comunicación con el público y aumentan su conciencia sobre las
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Condiciones de calidad del agua.
Ayudan en la definición de prioridades herramienta para la gestión.
con fines de gestión Fuente: Torres et al (2009)
7.7. INDICES FISICOQUIMICOS
La calidad de las aguas superficiales, permite ser evaluada, mediante el uso de variables químicas, físicas y biológicas, bien sea, de forma individual o en forma grupal, (Samboni et al, 2007). Los parámetros fisicoquímicos dan una información importante en cuanto a la naturaleza y procedencia de las sustancias químicas presentes en el agua, de sus propiedades físicas. Los indicadores biológicos aportan también, información valiosa, pero no señalan nada acerca del contaminante, o los contaminantes responsables, por lo que muchos investigadores recomiendan, la utilización de ambos métodos en la evaluación del recurso hídrico, (Samboni et al., 2007).
7.8. CLASIFICACIÓN Y USO DE LOS ÍNDICES
Los índices pueden clasificarse en diez categorías, (Samboni et al., 2007), orientados de acuerdo a su uso dentro de cuatro grupos, así:
Grupo I, se aplica a los tensores e incluye dos categorías:
Indicadores en la fuente: reportan la calidad de agua generada por tensores en fuentes discretas.
Indicadores en un punto diferente a la fuente: reportan la calidad del agua generada por fuentes difusas.
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Indicadores de medidas simples: incluyen muchos atributos y componentes individuales del agua, que pueden ser usados como indicadores de su calidad. Indicadores basados en criterios o estándares: correlacionan las medidas de calidad del agua con los niveles estándar o normales que han sido determinados para la preservación y usos adecuados del agua.
Los Índices multiparámetro: se determinan por la opinión colectiva o individuales de expertos.
Los Índices multiparámetros empíricos: son establecidos por el uso de las propiedades estadísticas de las mediciones de calidad del agua.
Grupo III, indicadores para lagos: específicamente desarrollados para este tipo de sistemas.
Grupo IV, tiene en cuenta las consecuencias:
Indicadores de la vida acuática: basados en diferentes reacciones de tolerancia de la biota acuática a varios contaminantes y condiciones.
Indicadores del uso del agua: evalúan el agua respecto a usos como abastecimiento y agricultura.
Indicadores basados en la percepción: se determinan por la opinión pública y los usos de los cuerpos de agua.
7.9. PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA FORMULACIÓN DE UN ÍNDICE DE CALIDAD DE AGUA (ICA).
Los índices de calidad de agua (ICA), son la forma resumida de una seria de parámetros en una expresión matemática, que permiten valorar el recurso hídrico, para un determinado uso, se presentan en forma de número, rango, símbolo, color o descripción verbal, (Samboni et al., 2007). Generalmente comprenden tres pasos consecutivos:
1. Selección de Parámetros o Variables.
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Dunnette (1979) propone la selección de variables de acuerdo a cinco categorías (Tabla 5); estas también se pueden definir teniendo en cuenta el tipo de uso de la fuente, por ejemplo, agua para consumo, recreación, riego, industria, etc. Por lo que es importante definir un grado de jerarquía.
Tabla 5. Selección de variables por Dunnette (1979)
Categorías Variables que la representan
Nivel de oxígeno OD, DBO, DQO
Eutrofización NO2, N, NO3 -N, ortofosfatos
Aspectos de salud Coliformes totales y fecales
Características físicas Temperatura, transparencia, sólidos totales
Sustancias Disueltas Cloruros, Sulfatos, pH, Conductividad Fuente: (Samboni et al., 2007)
La metodología Delphi, que de acuerdo a Dinius (1987) es la más usada en el diseño de Índices de calidad, propone la escogencia y conformación de un panel de expertos tales como, agencias de vigilancia, académicos y otros, que tengan relación con la calidad del agua, quienes seleccionan las variables de acuerdo a su criterio individual y finalmente escogen las de mayor recurrencia.
2. Determinación del subíndice para cada parámetro:
Tiene como propósito la transformación de las variables de una escala dimensional a una adimensional para permitir su agregación. Según Fernández y Solano (2005), se pueden utilizar varios métodos:
Valor nominal o numérico, previa comparación del valor del parámetro con un estándar o criterio.
Parámetro en número decimal, diagramas o tablas de calibración: en este caso se debe desarrollar para cada parámetro su propio diagrama, en el que se indique la correlación entre el parámetro y su valor en escala de calidad. Esta escala generalmente está entre 0 y
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100,aunque también se acostumbra escalarlos entre 0 y 1.Según Del Río (1986), las curvas construidas se basan en cuatro métodos:
Método basado en la experiencia propia: es muy subjetivo debido a que no solamente se encuentran grandes diferencias de criterio entre autores distintos, sino también entre las curvas desarrolladas por un mismo autor para distintos parámetros.
El método Delphi: para su construcción se usa el promedio de la opinión de varios expertos.
Curvas basadas en ecuaciones matemáticas: se parte de una fórmula matemática con la cual se desarrolla la curva de calidad respectiva para cada parámetro o a partir de las curvas generadas se desarrolla la fórmula matemática respectiva.
Curvas basadas en la normatividad: se generan las curvas a partir de los valores de los parámetros recogidos en diferentes normatividades. El principal objetivo de este método es buscar la objetividad y la aceptación por parte de los expertos.
Parámetro bajo formulación matemática: con el fin de convertir los valores del parámetro de acuerdo a varias escalas con las que los valores del parámetro conservan sus unidades originales.
La etapa más importante en la construcción del Índice es la determinación de los subíndices. De acuerdo Ott (1978) las funciones matemáticas para realizar este proceso pueden ser: lineales, lineales segmentadas (incluyen funciones de umbral), no lineal y segmentada no lineal.
Determinación de los pesos relativos de cada parámetro.
Consiste en asignar pesos específicos a las variables según su relevancia dentro del conjunto agregado. El peso asignado depende de la importancia del parámetro en relación al riesgo que implica el aumento o disminución de su concentración en el cuerpo de agua. La suma de los pesos de todas las variables suma 1 o 100, de acuerdo a la escala utilizada.
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3. Determinación del Índice por agregación de los subíndices: en este paso, se unifica la información, de los parámetros seleccionados y se usan fórmulas de agregación matemática.
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8. MARCO CONCEPTUAL
El presente estudio está basado en una serie de conceptos, las cuales se describen a continuación:
8.1. DEFINICIÓN DE INDICE DE CALIDAD DE AGUA
Un índice de calidad de agua (ICA), es aquel que se obtiene mediante parámetros adicionados en una fórmula matemática, el cual se asigna un número que se le atribuye un valor cualitativo en un rango determinado. (Benavides, 2008). Es una herramienta que permite de forma sintetizada, clara, sencilla y de fácil comprensión la información de parámetros monitoreados por las entidades en los procesos de seguimiento, evaluación y control de las fuentes de agua. (Betancourt et al, 2012). Los índices de calidad de agua (ICA), dan una idea de las sustancias contaminantes presentes en las aguas superficiales, es deber de las autoridades ambientales y sanitarias tomar las medidas necesarias para evitar estos focos de contaminación y que cumplan con la normatividad vigente. (González, 2012). Los índices de calidad de agua (ICA), resumen y simplifican, en un único valor numérico, el cúmulo de información disponible sobre la calidad del agua. (Pérez, 2008). El índice de calidad de agua (ICA), está formado por la agrupación simplificada de parámetros, indicadores de deterioro de la calidad de agua, es una manera de comunicar y evaluar la calidad de los cuerpos de agua, sin embargo, debe de reducir la gran cantidad de parámetros en una fórmula matemática simple. (Flores et al, 2013). Los Índices de calidad de agua (ICA), permiten estimar tendencias en la variación de la calidad de las aguas, asesorar sobre la calidad del agua a lo largo del tiempo y en distintos puntos de un sistema acuático, identificar secciones deterioradas por la contaminación y estudiar los efectos de los vertidos sobre la biota asociada a las aguas receptoras para estimar la capacidad de autodepuración de las mismas y monitorear el progreso de programas de control de la contaminación (Lacoste &
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Collasius, 1996).El Índice de calidad de Agua (ICA), consiste básicamente, en una expresión simple de la combinación de una serie de parámetros que pueden ser físicos, químicos o microbiológicos, los cuales se aplican para la valoración de la calidad del agua en el control del recurso hídrico.
La (OECD, 2003), define indicador, índice y parámetro de la siguiente manera: Indicador: parámetro o valor derivado de parámetros que proporciona información sobre la descripción del estado de un fenómeno/ambiente/área, con un significado que se extiende más allá de un valor directamente relacionado con un parámetro. Índice: un conjunto de parámetros o indicadores agregados o ponderados.
Parámetro: una propiedad que se mide o se observa.
Definición de rangos de calidad de un ICA.
Según Samboni (2007), Los rangos de calidad de un ICA pueden ser asimilados a una escala nominal cualitativa que refleja globalmente la calidad del agua. En general, los ICA presentan rangos de calidad que varían entre cero y cien, siendo cero un agua de mala calidad, mientras que un valor cercano a cien representa un agua de Muy Buena Calidad o Excelente. A su vez, estas categorías suelen estar asociadas a un grupo de colores de acuerdo a la calidad que reflejan. Los colores azules o celestes representan sistemas acuáticos de muy buena calidad y los colores rojos o naranjos indican cuerpos de agua de pésima calidad.
Descripción de los parámetros utilizados en un Índice de calidad de agua. La calidad del agua de un sistema hídrico, es determinada a partir de los análisis realizados a una muestra de agua recogida adecuadamente, y se cuantifica por medio de la concentración de cada constituyente analizado. Aunque, son muchos los constituyentes y propiedades del agua natural que pueden encontrarse cuantificados en análisis fisicoquímicos, sólo algunos de ellos son capaces de determinar la calidad del recurso.
De esta manera, Samboni (2007) describe los parámetros fisicoquímicos usualmente seleccionados en la composición de un índice de calidad:
47 a) Coliformes Fecales (Constituyente Biológico).
Coliforme significa con forma de Coli, refiriéndose a la bacteria principal del grupo, la Escherichia Coli. El grupo Coliformes abarca todas las bacterias entéricas que se caracterizan por tener las siguientes propiedades bioquímicas:
Ser aerobias o anaerobias facultativas.
Ser bacilos Gram negativos.
Ser oxidasa negativos.
No ser esporógenas.
Fermentar la lactosa a 35 °C en 48 horas, produciendo ácido láctico y gas Estos organismos los han considerado como indicadores de contaminación fecal en el control de calidad del agua destinada al consumo humano basados en que, en los medios acuáticos, los Coliformes son más resistentes que las bacterias patógenas intestinales y porque su origen es primordialmente fecal. Por lo tanto, la ausencia de ellos indica que el agua es bacteriológicamente segura.
En general, las bacterias Coliformes se encuentran en mayor abundancia en la capa superficial del agua o en los sedimentos del fondo. La presencia de bacterias Coliformes en el suministro de agua es un indicio de que puede estar contaminado con aguas negras u otro tipo de desechos en descomposición.
b) Temperatura.
Este indicador influye en el comportamiento de otros indicadores de la calidad de agua, como el pH, el déficit de oxígeno, la conductividad eléctrica y otras variables fisicoquímicas.
La elevación de la temperatura disminuye la solubilidad de gases (oxígeno) e incrementa, en general, la solubilidad de las sales. También, aumenta la velocidad de las reacciones del metabolismo, acelerando, de esta manera, la putrefacción. La temperatura óptima del agua para beber está entre 10°C y 15ºC. (Davis y Cornwell, 1998). Una manifestación de la temperatura inadecuada en el agua se puede
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manifestar en la alteración de los modelos de crecimiento, metabolismo, reproducción, movilidad/migración de los organismos.
c) pH.
El pH es un indicador de la acidez o basicidad de una sustancia y se define como la concentración del ion hidrógeno en el agua (Davis y Cornwell, 1998).
pH = − log10[H+]
La acidez es una de las propiedades más importantes del agua. Ésta disuelve casi todos los iones. El pH sirve como un indicador que compara algunos de los iones más solubles en agua.
Su valor define, en parte, la capacidad de autodepuración de una corriente y, por ende, su contenido de materia orgánica (DQO, DBO5), además de la presencia de otros contaminantes, como metales pesados. También, es una propiedad de carácter química de vital importancia para el desarrollo de la vida acuática ya que tiene influencia sobre ciertos procesos químicos y biológicos. Por ejemplo, a valores bajos de pH se incrementa la toxicidad del cianuro o del aluminio y se observan efectos adversos en peces e insectos acuáticos como muerte y reducción de invertebrados; por otro lado, el aumento del mismo, incrementa la toxicidad del amonio.
d) Conductividad.
Refleja la mineralización de las aguas (sólidos disueltos), dado que conjuga los