Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2000
Sistema de evaluación de la calidad ambiental de corrientes de Sistema de evaluación de la calidad ambiental de corrientes de agua superficial con base en la interpretación de parámetros agua superficial con base en la interpretación de parámetros fisicoquímicos
fisicoquímicos
Diana Rocio Rojas Orjuela Universidad de La Salle, Bogotá
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SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA CALIDAD AMBIENTAL DE CORRIENTES DE AGUA SUPERFICIAL
CON BASE EN LA INTERPRETACIÓN DE PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS
PROYECTO DE GRADO
DIANA ROCIO ROJAS ORJUELA Código 41951010
DIRECTORES:
LEONARDO LÓPEZ JIMÉNEZ Coordinador de Impacto Físico Ambiental
Universidad de la Salle GUILLERMO CORTÉS SILVA Jefe del Programa de Fisicoquímica Ambiental
IDEAM
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA 2000
INTRODUCCIÓN
El recurso hídrico es considerado uno de los componentes más importantes de la biosfera, así como el constituyente primario de las actividades socioeconómicas del ser humano. Sin embargo, la presión que se ha generado sobre este recurso ha causado limitaciones en cuanto a su proceso natural de recuperación, reflejado en el deterioro de sus cualidades y la disminución paulatina del acceso seguro y suficiente, convirtiéndolo, incluso, en una vía de transmisión de problemas sanitarios.
Para controlar el impacto antrópico y asegurar el abastecimiento de agua, es necesario conocer las condiciones de calidad del recurso, su capacidad de autodepuración e identificar las fuentes de alteración de mayor incidencia. Así, luego de tener el diagnóstico de la fuente hídrica, se pueden adoptar medidas que conduzcan al mejoramiento de la calidad y uso racional del agua. El presente proyecto se planteó y desarrolló, como un aporte al urgente diagnóstico de la calidad ambiental de las corrientes del país, aprovechando el convenio existente entre la Universidad de La Salle y el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM).
La evaluación integral de la calidad del agua debe contemplar la caracterización de sus componentes hidrológico, fisicoquímico y biológico. El monitoreo apropiado de los indicadores de estos tres componentes, en cada cuerpo de agua, ofrece la valoración completa de su calidad, resaltando la particularidad de las condiciones que se pueden presentar en estos sistemas naturales de permanentes interacciones.
El Programa de Físico - Química Ambiental (PFQA) del IDEAM, actualmente está enfocado hacia la caracterización fisicoquímica del recurso hídrico a través de una red de monitoreo a nivel nacional, que abarca cerca de 174 puntos de muestreo en 67 cuerpos de agua del país. Para tal efecto, cuenta con un laboratorio acreditado a nivel nacional y considerado como referencia, en el campo de la caracterización fisicoquímica del medio acuático.
El PFQA, como parte de la Red Nacional de Calidad Ambiental del IDEAM, tiene como objetivo fundamental elaborar estadísticas de los componentes ambientales del país y aplicar y desarrollar metodologías para producir información especializada, que permita tomar decisiones en ámbitos específicos. Es indispensable que esta información tenga un formato adecuado que sintetice los conocimientos y problemas ambientales, para tomar decisiones globales y para facilitar su divulgación a la población.
El Sistema de Evaluación de la Calidad Ambiental de Corrientes de Agua Superficial, con base en la interpretación de parámetros físico-químicos, se plantea entonces, como un medio de comprensión de la dinámica de estos sistemas naturales y como herramienta para la interpretación ambiental de los valores analíticos obtenidos científicamente en el laboratorio del PFQA del IDEAM, para facilitar la proyección y divulgación de esta información y contribuir con la evaluación de las condiciones ambientales de las corrientes del país.
En los primeros dos capítulos se presenta la información sobre los componentes hidrológico, fisicoquímico y biológico, con las características y relaciones de la dinámica de las corrientes de agua superficial, de mayor incidencia en sus condiciones ambientales. Se conceptualizan la calidad del agua y las formas de determinarla e identifican las principales alteraciones de origen antrópico que afectan los sistemas acuáticos. Presentando además, las generalidades de los procesos que adelanta el PFQA en su laboratorio en lo referente a la caracterización fisicoquímica del recurso.
En el Capítulo III, se describen las características de los siguientes parámetros: conductividad, pH, oxígeno disuelto, nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos y fósforo reactivo soluble. Se explica la importancia de cada uno de estos parámetros en la dinámica del sistema acuático, su relación directa con otros parámetros y las generalidades del análisis de laboratorio. Estos parámetros son seleccionados por su significado ambiental respecto a las condiciones del sistema natural y por su representatividad y orientación sobre causas y consecuencias de una posible alteración, así como por el acceso a la información requerida para el Sistema.
Con la información sobre la dinámica natural de cada parámetro seleccionado y algunos criterios sobre las condiciones generalizadas de calidad ambiental de las corrientes, se establecen intervalos de concentración que señalan las condiciones ambientales de estos cuerpos de agua, respecto a las condiciones fisicoquímicas. Estos criterios están sustentados en referencias nacionales e internacionales y además, son aplicables a condiciones generales de corrientes del país, ya que se confrontaron con valores de la base de datos del PFQA. Estos intervalos son la base de la interpretación ambiental que ofrece el Sistema, para los resultados de la caracterización fisicoquímica de una corriente, puesto que al expresar los análisis, únicamente en términos de concentración del analito, no se obtiene una idea clara de las condiciones del sistema acuático.
En el Capítulo IV, se presentan y explican las matrices que relacionan los intervalos definidos, con su respectiva interpretación ambiental. Las matrices permiten aplicar el Índice de Calidad Ambiental (ICA) y obtener la evaluación integral de la calidad ambiental del agua de las corrientes, a partir de los valores analíticos de varios o de los ocho parámetros que contiene el Sistema. Además, con el fin de facilitarle al usuario la aplicación, se automatizaron las matrices, a través de un programa ejecutable en Visual Basic, teniendo en cuenta su versatilidad y apropiada presentación.
El Sistema puede emplearse para obtener una evaluación general de una corriente o para comparar espacio temporalmente sus características o de una estación de interés, siendo aplicable a la información obtenida en otros laboratorios ambientales, siempre y cuando se adopten los procedimientos de aseguramiento de la calidad analítica, que respalden la confiabilidad de los datos.
Luego de haber explicado en los capítulos anteriores la complejidad, la importancia y el modo de uso del Sistema de evaluación, en el Capítulo V se aplica a la corriente del Río Bogotá, para comprobar su validez y para evaluar las condiciones ambientales de los últimos dos años de ésta importante y afectada fuente hídrica del país. La aplicación se realiza usando el programa elaborado en Visual Basic y con información de la base de datos del PFQA del IDEAM, perteneciente a la Red Nacional de Calidad Ambiental.
OBJETIVO GENERAL
Crear y diseñar un sistema de evaluación de la calidad ambiental de corrientes de agua superficial, basado en la interpretación de parámetros fisicoquímicos y fundamentado en criterios científicos, con el fin de obtener información clara y aplicable, de gran utilidad en programas de análisis, uso y recuperación de este recurso hídrico.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Establecer las relaciones fisicobióticas de la dinámica de las corrientes de agua superficial, con mayor incidencia en sus condiciones ambientales y que definen el papel de los parámetros fisicoquímicos como indicadores de calidad del agua en estos sistemas naturales.
2. Seleccionar los parámetros fisicoquímicos más representativos en la evaluación de la calidad ambiental de las corrientes de agua superficial, teniendo en cuenta su importancia en la dinámica del sistema acuático, la disponibilidad de la información y los registros históricos que posee el IDEAM.
3. Identificar las características de cada parámetro seleccionado, su importancia en la dinámica del sistema acuático, la relación directa con otros parámetros y las características generales del análisis de laboratorio, para facilitar al usuario la comprensión de los resultados analíticos.
4. Establecer intervalos de concentración para cada parámetro seleccionado, que señalen las condiciones ambientales de las corrientes, sustentados en referencias nacionales e internacionales y que sean aplicables en las corrientes del país.
5. Diseñar un sistema versátil y de fácil aplicación, que permita relacionar los intervalos e interpretación ambiental establecidos, con los resultados de los análisis fisicoquímicos y que, además, ofrezca una evaluación ambiental de la combinación de varios o todos los parámetros que se involucran, a través de un índice de calidad.
6. Aplicar el Sistema en una corriente del país, usando información de la base de datos del Programa de Fisicoquímica Ambiental del IDEAM, perteneciente a la Red Nacional de Calidad Ambiental, para analizar los resultados y comprobar la validez del Sistema.
ANTECEDENTES Y MARCO LEGAL
El uso irresponsable del agua ha causado limitaciones en cuanto a su proceso natural de recuperación, reflejado en el deterioro de sus cualidades y la disminución paulatina del acceso seguro y suficiente.
Es así, como en Colombia, por la alteración considerable que han experimentado los cuerpos de agua se ha fijado como prioridad establecer mecanismos de evaluación ambiental para contar con el diagnóstico real, cuantificado y técnicamente normalizado que permita generar programas de recuperación acertados. Para tal efecto, entre otras funciones, se creó el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM – de acuerdo con la Ley 99 de 1993.
El IDEAM, con base en el Decreto 1277 de 1994 del Ministerio del Medio ambiente, se establece como entidad pública adscrita al Ministerio del Medio Ambiente encargada de obtener, procesar, analizar, proyectar y divulgar la información ambiental del país a las demás entidades que conforman el Sistema Nacional Ambiental - SINA -, con el fin de orientar la planificación y el ordenamiento ambiental del territorio.
Dentro de los programas que dirige el IDEAM, se encuentra el Programa de Físicoquímica Ambiental (PFQA) cuyo fin es realizar diagnósticos y proyecciones sobre la calidad del agua, aire, suelo y biota del país, generando información decisiva en el desarrollo de políticas ambientales. Para tal propósito, realiza investigaciones específicas y valida experimentalmente los sistemas, procedimientos y métodos empleados en el seguimiento de las variables físico-químicas básicas y de calidad.
El PFQA también homologa y acredita la información producida por los laboratorios del SINA y coordina una red de laboratorios ambientales con el fin de generar, de manera permanente, un mapa químico - ambiental (aire, agua, suelos, sistema naturales) y comprender los procesos de deterioro o recuperación de los ámbitos del entorno ambiental de la Nación.
El Programa cuenta con el Laboratorio de Fisicoquímica Ambiental, ubicado en Bogotá, como instrumento principal para desarrollar sus funciones. El Laboratorio posee la infraestructura, el material, los equipos y el personal necesario para garantizar la calidad de los análisis, adelantar las múltiples investigaciones y servir de referencia a laboratorios ambientales del país.
Los procedimientos de análisis se efectúan con base en los protocolos del Laboratorio, que se elaboran siguiendo los lineamientos internacionales como los Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, AWWA, WEF) y Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes (EPA), entre otros. En la definición de los criterios de calidad e interpretación se relacionan también los Decretos 1594/84 del Ministerio de Agricultura y el Decreto 475/98 del Ministerio de Salud;
sobre usos del agua y residuos líquidos y las normas técnicas de calidad del agua potable, respectivamente. Así como los criterios dispuestos por la Unión Europea (EU) y países como Canada, USA, entre otros.
En cuanto a los trabajos conocidos que se han desarrollado en este campo de la calidad del agua, se cuenta con amplia bibliografía acerca de la dinámica acuática, que sirven como base para la interpretación ambiental de los parámetros fisicoquímicos que se propone, especialmente la información relacionada con los ecosistemas neotropicales. Sin embargo, respecto a los intervalos de concentraciones, la información esta dispersa y es necesario profundizar en su búsqueda y correlación con los objetivos del Sistema de evaluación planteado.
Paralelamente, por representar un tópico de alto interés en la comunidad científica, se han desarrollado algunos índices de calidad ambiental de agua dulce como respuesta a diferentes necesidades de estudio, que se relacionan con los lugares de aplicación. Entre estos índices se encuentran el planteado por la Fundación Sanitaria Nacional de los Estados Unidos de Norte América ICA-FSN, la adaptación efectuada por la Universidad del Valle y la modificación al de Bascarón que desarrollo Vicente Conessa.
GENERALIDADES DEL RECURSO HÍDRICO
El agua que compone la hidrosfera, entre fuentes superficiales y subterráneas, presenta diversa complejidad en su composición, puesto que ejerce su propiedad como ¨solvente universal¨ al interactuar en su dinámica con la litosfera, atmósfera y biosfera a través del ciclo hidrológico. Se ha estimado que el volumen total de agua del planeta está por encima de los 1.000 millones de kilómetros cúbicos1, de los cuales, aproximadamente, el 0,02% está representado por agua superficial dentro de la masa continental, que comprende lagos y cursos de agua dulce, consideradas fuentes fácilmente aprovechables por el ser humano, así como lagos y mares salados dentro de la masa continental.
Colombia, por su favorable ubicación geográfica en la zona tropical y sus condiciones de relieve, cuenta con una precipitación media anual de 3000 mm, que representa la abundancia de sus recursos hídricos si se compara con el promedio mundial de 900 mm. Esta precipitación genera un caudal específico de escorrentía superficial de 58 l/s/km2, que es tres veces mayor al promedio suramericano y seis veces mayor al promedio anual mundial2. Por lo tanto, el país posee un valioso potencial hídrico, donde la oferta de agua podría abastecer fácilmente el uso racional del recurso.
La limnología, rama de la hidrología que comprende el estudio integral de las aguas dulces o salinas intercontinentales como sistemas naturales acuáticos, establece que la característica principal de un cuerpo de agua es su condición como sistema lótico o léntico, por ser claramente distintos en sus condiciones fisicoquímicas y biológicas como se verá a continuación.
Los sistemas lénticos comprenden aguas relativamente quietas como lagos, depósitos, pantanos y humedales, que generalmente se originan cuando el agua de escorrentía o corrientes encuentran una depresión topográfica que propicia la acumulación, pérdida de velocidad y flujo laminar del agua, con mayor penetración de la luz e incremento de la temperatura. Esto favorece el crecimiento de microalgas (fitoplancton) y de plantas superiores (pleuston) que originan una cadena alimenticia con organismos de mayor tamaño, además de la actividad microbiana que tiene una gran influencia, incluso en mayor medida que en las corrientes3.
1 UNESCO, WHO, UNEP, 1996.
2 Ministerio del Medio Ambiente, 1998
3 AWWA.,1990
En los cuerpos de agua lénticos, la estratificación térmica y lumínica es definida y la oxigenación se da principalmente por los procesos fotosintéticos y por intercambio con la atmósfera por acción del viento.
Entre los sistemas lóticos se encuentran las corrientes de agua como ríos, quebradas y riachuelos, formadas por el drenaje de una superficie delimitada por la divisoria de aguas. La superficie se conoce como cuenca u hoya hidrográfica y la divisoria de aguas consiste en la línea imaginaria que une los puntos de máxima cota que separa un área de drenaje de otra inmediatamente vecina, sin descartar la presencia de picos aislados con una cota superior a cualquier punto de la divisoria.
Las corrientes se mueven por gravedad y por lo general, con flujo turbulento, lo cual propicia temperaturas bajas, menor penetración de luz, arrastre de sólidos y facilita el proceso de oxigenación con la atmósfera. Por la acción del movimiento se obtiene además, homogeneidad térmica y de densidad química. La velocidad y la geología son por tanto, los aspectos que infieren cualidades determinantes a las corrientes en cuanto a su composición y tipo de comunidades biológicas. Estos sistemas acuáticos, se consideran las fuentes de agua dulce más importante para el ser humano por sus cualidades y facilidad de acceso.
En las corrientes de agua el plancton no juega un rol tan claro en la estructura biológica, esto sólo sucede cuando los ríos son profundos y de movimiento lento. Las macrófitas se encuentran en las orillas protegidas y el fitoplancton es reemplazado por comunidades de perifiton o microalgas adheridas a las superficies4
Como el Sistema de Evaluación propuesto se desarrolló para ser aplicado a corrientes de agua superficial, la información relacionada en este documento corresponde a estas fuentes hídricas, aunque se considera la posibilidad de aplicar la estructura del Sistema a cuerpos lénticos con previa modificación y verificación de variables e intervalos.
4 Ramírez – Viña, 1998
CAPÍTULO I
CARACTERIZACIÓN DE CORRIENTES
La estructura de una corriente está determinada por las condiciones morfológicas del cauce y de su cuenca, y las interacciones físicas, químicas y biológicas que allí se desarrollan determinan su composición, haciendo indispensable que su caracterización se fundamente en el estudio de estos factores principales. En esta sección, se presentan las características hidrológicas, fisicoquímicas y biológicas de las corrientes de agua dulce en su estado natural, sin incluir las alteraciones que han generado las actividades humanas. Aunque el Sistema de evaluación de la calidad de agua propuesto se relaciona principalmente con las características fisicoquímicas, se desea resaltar la gran dependencia e interacción que se genera en todo el sistema.
1.1. ASPECTOS HIDROLÓGICOS
Las corrientes, desde el punto de vista hidrológico, son flujos de agua unidireccional que drenan una superficie específica por gravedad con velocidades relativamente altas. De las características hidrológicas que se describen a continuación, el Sistema de Evaluación de Calidad aplica el Indice de Calidad Ambiental General con base en la descarga.
1.1.1. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS
TIPO DE FLUJO
El flujo depende de la morfología del lecho de la corriente y es la forma como las partículas del agua se desplazan. En condiciones de flujo laminar las moléculas del agua cercanas se atraen y desplazan paralela y sincronizadamente, dentro de líneas de flujo con velocidades prácticamente iguales, condiciones que obedecen a cauces lentos y de agua viscosa. En flujo turbulento la masa total de agua se mueve en un sentido pero las partículas siguen caminos irregulares distorsionando las líneas de flujo; esto puede relacionarse con el incremento de la velocidad y con lechos de morfología irregular.
VELOCIDAD
La velocidad es la tasa de movimiento del agua dada en unidades de distancia sobre tiempo (m/s), variable relacionada con la pendiente, el material que compone el lecho, la vegetación localizada a lo largo del cauce y la sección transversal. Así, una mayor pendiente y menor sección transversal proporciona mayor velocidad al agua. En cuanto al sustrato, se consideran corrientes rápidas las de lecho pedregoso y lentas en las que está compuesto por arena y depósitos de limo, como se relaciona en la Tabla 1. De la velocidad depende la dinámica del sistema y las adaptaciones de los organismos para utilizar los recursos (nutrientes) viajantes, incidiendo además, en la asimilación y transporte de contaminantes que resulta indispensable para la predicción de su desplazamiento.
Tabla 1 - Relación entre velocidad y características de la base del cuerpo de agua
Velocidad (m/s) Material del lecho Diámetro de partícula (mm) 0,03 - 0,2
0,2 - 0,4 0,4 - 0,6 0,6 - 1,2 1,2 - 2,0
Limo, lodo Arena fina
Arena gruesa a Grava fina Grava pequeña a gruesa
Piedras grandes
< 0,02 0,1 - 0,3
0,5 - 8 8 - 64
> 128
Fuente: Modificada de Lampert, 1997
La velocidad se puede calcular con medidores de corriente como el molinete, censores electromagnéticos y trazadores, principalmente. El más utilizado es el molinete, que consiste en un elemento de partes mecánicas accionadas por la masa de agua de la corriente, registrando las revoluciones y de acuerdo con las características del equipo se calcula la velocidad.
DESCARGA
La descarga o caudal es el volumen de agua transportado por unidad de tiempo (m3/s, l/s); es una medida de gran importancia porque provee información sobre la cantidad de agua disponible, permite el cálculo de la carga de contaminantes y proporciona las bases para la interpretación de los procesos que tienen lugar en la cuenca. Depende de las condiciones climáticas, la pendiente, la sección transversal, la naturaleza del sustrato y la cobertura vegetal que actúa como regulador en las fluctuaciones de la descarga; por ejemplo, en áreas con escasa vegetación la lluvia se traduce rápidamente en descarga de las corrientes.
La forma más empleada para aforar o medir el caudal de una corriente es multiplicar la sección transversal del cauce por la velocidad de flujo de un objeto flotante y aplicar la siguiente formula:
= t
k l w Q h. ..
Donde:
h = profundidad o altura media de la lámina de agua w = ancho del cauce
l = distancia recorrida por el objeto flotante
k = Constante de rozamiento (0,9 para cauces de lecho liso y 0,8 para lechos rugosos) t = tiempo de recorrido por el objeto
La sección transversal varía con el cambio del nivel del agua y existe por tanto, una relación directa entre el nivel, la velocidad y el caudal, basados en la ecuación de continuidad (Caudal = velocidad x área de la sección transversal). Al efectuar una calibración del caudal respecto al nivel, con base en la sección transversal, la determinación del caudal puede inferirse de la medida directa del nivel del agua obtenida por medio de una vara indicadora o mira. Este es el método que generalmente se emplea en las estaciones hidrométricas del IDEAM.
Otro método para calcular el caudal es por Subdivisiones o aforo, donde se mide la velocidad en cada sección, la profundidad y el ancho para luego relacionarlas y deducir el caudal. En corrientes pequeñas, para determinar el caudal, se recomienda emplear estructuras como vertederos o una canaleta Parshall.
En la Tabla 2, se presenta la clasificación de corrientes elaborada con información a nivel mundial, según la descarga y los aspectos hidrológicos principales.
Tabla 2 - Clasificación de corrientes con base en las características de descarga, área de drenaje y ancho del cauce.
Tamaño de Corriente Descarga
promedio (m3/s) Área de drenaje
(Km2) Ancho de
Corriente (m) Orden de corriente Horton Ríos muy grandes
Ríos grandes Ríos
Pequeños ríos Quebradas
Pequeñas quebradas Riachuelos
> 10.000 1.000 – 10.000
100 – 1.000 10 – 100
1,0 – 10 0,1 – 1,0
< 0,1
> 106 100.000– 106 10.000 – 100.000
1.000 – 10.000 100 – 1.000
10 – 100
<10
> 1.500 800 –1500
200 – 800 40 – 200 8 – 40
1 – 8
<1
>10 7 a 10
6 a 9 4 a 7 3 a 6 2 a 5 1 a 3
Fuente: UNESCO, 1996.
1.1.1.1. CAPACIDAD AMBIENTAL CON BASE EN EL CAUDAL
En el manejo de la calidad del agua, el caudal es una variable de gran significado ambiental al representar una medida de la carga de contaminantes que puede recibir una corriente de acuerdo con
su capacidad de dilución. Se establecen dos clases de capacidad ambiental relacionadas con la descarga: la general y la particular.
La capacidad ambiental general de un cuerpo de agua, representa la propiedad del agua para diluir una carga contaminante, disminuyendo su concentración y amortiguando el impacto en el ambiente.
Se determina como Índice de Capacidad Ambiental General (ILCAG)5 y es el derivado de la transformación logarítmica de los caudales (ver Tabla 3).
ILCAG = 0,333 Log Q Donde:
Q = Caudal en m3/s (válido entre 1 - 1000 m3/s)
Tabla 3 - Capacidad ambiental general de corrientes con base en la descarga.
Caudal (m3/s) ILCAG Capacidad Ambiental
< 1 1 - 10 10 - 100 100 - 1000
> 1000
0 0 - 0,333 0,333 - 0,666
0,666 - 1,0 1,0
Muy baja Baja Media
Alta Muy alta
Fuente: Ramírez - Viña, 1998
Por otra parte, la capacidad ambiental particular está dada por la concentración del compuesto o contaminante en el vertimiento con relación a la concentración de este mismo compuesto en la corriente. Se relaciona entonces con el caudal, la incidencia de actividades antrópicas anteriores a la descarga y las condiciones fisicoquímicas propias de ese cuerpo de agua.
1.1.2. DIMENSIONES DE UNA CORRIENTE
PROFUNDIDAD
Distancia perpendicular de la superficie al lecho del río en un punto determinado. La profundidad media (h) tiene en cuenta las irregularidades del fondo y se halla con la relación entre el área transversal (A) y el ancho (w) h = A/w
LONGITUD
Corresponde a la distancia total del río desde el nacimiento hasta la desembocadura.
5 Ramírez -Viña, 1998
ANCHO
Distancia entre las orillas opuestas de un cauce.
AREA TRANSVERSAL
Área definida entre la lamina o superficie del agua y el canal, como el corte perpendicular del flujo.
1.1.3. CLASIFICACIÓN DE CORRIENTES
CONSTANCIA DE LA DESCARGA
Con base en la constancia del caudal, las corrientes de agua se pueden dividir en permanentes, intermitentes e interrumpidas. Las permanentes poseen un flujo de agua durante todo el año, como se presenta en las zonas boscosas tropicales donde el régimen de lluvias mantiene volúmenes a drenar.
Las intermitentes son aquellas que dependen de las estaciones de lluvia y pueden desaparecer en épocas de sequía y las interrumpidas son los flujos que encuentran una vía de infiltración, como las cavernas en los terrenos calcáreos, que impiden la continuación del cauce sobre la superficie.
PATRON DE RECORRIDO
Se basa en las características hidrodinámicas y lugar de desarrollo. Las clases de corrientes señaladas a continuación6, conforman un bosquejo de las condiciones reales teniendo en cuenta la complejidad de la distribución, los cambios graduales y las condiciones de calidad generalizadas.
§ Riachuelo o Arroyo: corriente de zonas altas, aguas transparentes, caudales bajos, lechos rocosos y arenosos, concentración de oxígeno disuelto alto, conductividad baja, productividad primaria baja, temperatura promedio baja y bajo contenido de nutrientes y biomasa.
§ Quebrada: Corriente de zonas montañosas de caudales mayores a los riachuelos, caídas de agua y flujo turbulento que propician un alto contenido de oxígeno disuelto, temperatura baja, turbiedad alta, nivel de nutrientes mayor, conductividad alta, mayor biodiversidad pero la productividad primaria y biomasa aún son bajas.
§ Ríos: Se encuentran en partes bajas como valles donde los caudales son mayores respecto a los riachuelos y quebradas, se incrementan la temperatura del agua (de 8 a 10°C más que en los
6 Roldán, 1992.
riachuelos), la turbiedad y la conductividad (alrededor de 5 veces la de los riachuelos), mientras que el contenido de oxigeno disuelto y la velocidad disminuyen. Los niveles de nutrientes y materia orgánica aumentan y la productividad primaria (perifiton) y la biomasa son más representativos.
ORDEN DE CORRIENTE
Las condiciones hidráulicas de una corriente están determinadas por su morfología. Como la morfología cambia con la localización en la cuenca, es importante jerarquizar las corrientes para localizar u ordenar los tributarios, como lo muestra el Mapa 1. El orden de una corriente es útil para delimitar las cuencas, analizar la influencia de los tributarios y plantear algunas generalidades, aunque no determina la longitud, tamaño del cauce o el área de drenaje.
Según la clasificación de Gravellius, el cuerpo de agua de orden cero corresponde al mar como receptor último de la corriente. De esta forma, la corriente que desemboca en el mar es de orden uno y sus tributarios directos pertenecen al orden dos y así sucesivamente, aumenta el orden a medida que se avanza hacia los tributarios más pequeños que representan los nacimientos. A nivel nacional el IDEAM ha implementado esta clasificación.
La clasificación de Horton maneja la relación contraria, donde la corriente que no tiene tributarios, como el nacimiento, corresponde a las de primer orden. La unión de dos o más corrientes de primer orden da lugar a una de segundo orden, luego la unión de dos de segundo orden corresponde a una de tercer orden y así sucesivamente. De acuerdo con esto, los ríos más largos del mundo tienen de 11 a 12 ordenes de corriente (Lampert 1997).
1.1.4. ZONIFICACIÓN HIDROLÓGICA DE COLOMBIA
La Zonificación Hidrográfica Nacional, está estructurada en cinco áreas hidrográficas de acuerdo con los aspectos físicos del territorio colombiano que determinan la convergencia de las masas de agua (Mapa 2).
Las cinco áreas hidrográficas son: Caribe, Magdalena - Cauca, Orinoco, Amazonas y Pacífico donde se identificaron sus principales cuencas aportantes, dando origen a siete zonas en el área Caribe, nueve zonas para el río Magdalena, ocho zonas para los ríos Orinoco y Amazonas respectivamente y siete zonas en el área del Pacífico, como se presenta en la Tabla 4. Cada zona cuenta con Subzonas
que representan cuencas más pequeñas. Además se deben considerar las vertientes insulares que corresponden a las Islas de San Andrés, Providencia, Gorgona y Malpelo7.
La clasificación hidrológica del país se relaciona con el orden de la corriente según Gravellius en zonas o cuencas con área drenada superior a los 500 km2, identificadas en escala 1:100.000 principalmente.
Tabla 4 - Áreas hidrográficas de Colombia
Fuente: IDEAM (#) número de Subzonas por Zona # número de Zona respecto al Área.
1.1.5. CARACTERÍSTICAS HIDROLÓGICAS DE ALGUNAS CORRIENTES DEL PAÍS
En la Tabla 5 se presentan características hidrológicas de algunas de las corrientes más importantes del país. Los datos corresponden a la información generada por la Red Hidrológica que opera el IDEAM, donde los valores de área de drenaje, longitud y orden fueron evaluados a escala 1:100.000 y el caudal corresponde a los promedios multianuales medidos en las estaciones que aparecen referenciadas al frente de cada valor.
7 Marín, 1992
AREAS Zonas y Subzonas
1- Río Atrato (15) 2- Río León (4) 3- Río Sinú (9) 4- Dique-Bocas (1) 5- Guajira (8) 6- Río Catatumbo (8) Caribe
7- Islas del Caribe (3)
1-Alto Magdalena(25) 2- Río Saldaña (8) 3- Medio Magdalena (21) 4- Río Sogamoso (6) 5- Bajo Magdalena (2) 6- Río Cauca (25) Magdalena
Cauca
7- Río Nechí (4) 8- Río Cesar (4) 9- Costa (6)
1- Río Inirida (10) 2- Río Guaviare (20) 3- Río Vichada (7) 4- Río Tomo (6) 5- Río Meta (26) 6- Río Casanare (3) Orinoco
7- Río Arauca (5) 8- Río Orinoco (4)
1- Río Guainía (9) 2- Río Vaupés (10) 3- Río Apaporis (9) 4- Río Caquetá (20) 5- Río Yarí (11) 6- Río Cagúan (7) Amazonas
7- Río Putumayo (11) 8- Varios Amazonas (1)
1- Río Mira (4) 2- Río Patía (9) 3- Río Patía-San Juan (11) 4- Río San Juan (9) 5- Río Baudó (2) 6- Río Baudó-Panamá (1) Pacífico
7- Islas del Pacífico(2)
Tabla 5 - Características hidrológicas de algunas corrientes del país.
Corriente Area
Hidrográfica Orden Gravellius
Área de drenaje
(km2)* Longitud
(km)* Caudal promedio anual*
(m3/s) (Estación)
Río Sinú Caribe 1 16607 306 316 (La Doctrina)
Río Sumapáz Magdalena - Cauca 2 3142 137 42,8 (El Limonar)
Río Bogotá Magdalena - Cauca 2 5987 305 39,8 (Puente Portillo)
Río Cauca Magdalena - Cauca 2 59840 1183 2367 (Tres Cruces)
Río Ariari Orinoco 3 11798 316 641 (Candilejas)
Río Caquetá Amazonas 2 6450 191 5242 (Las Brisas)
Río San Juan Pacífico 1 1428 110 1512 (Nohanama Asserrio)
* Estadísticas hidrológicas 1990 - 1993 Fuente: IDEAM Subdirección de Hidrología.
1.2. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
El agua tiene características únicas debido a sus enlaces moleculares, donde los dos átomos de hidrógeno forman con el oxígeno un ángulo de aproximadamente 105° que convierte a la molécula en fuertemente bipolar; esta bipolaridad es finalmente la responsable de la tendencia de las moléculas a asociarse unas con otras para disolver otras sustancias y participar en los procesos bioquímicos. Esta característica le da el reconocimiento como ¨solvente universal¨, por la capacidad de disolver la mayoría de los compuestos inorgánicos, proceso en que las moléculas del agua penetran las partículas del soluto, las separan y rodean propiciando la disolución.
La capacidad de disolución también está ligada a la presencia de gases disueltos en el agua, que provienen de la atmósfera y de las actividades metabólicas de los organismos acuáticos, aspecto determinante de las condiciones de calidad del cuerpo de agua. El agua es por tanto, un medio complejo compuesto por iones y moléculas orgánicas e inorgánicas en forma de sólidos disueltos, suspendidos y gases, creando condiciones favorables para la dinámica de la biosfera
1.2.1. PROPIEDADES FÍSICAS
Las propiedades físicas dependen principalmente de la estructura molecular y las de mayor relevancia son:
§ Calor Específico: El agua tiene un calor específico alto (4,81 kJ son requeridos para elevar la temperatura de 1 kg de agua en un 1 °C, cuando ésta se encuentra a 15 °C), excedido sólo por el gas amonio (5,25kJ) y por el hidrógeno líquido (14,23kJ); esta propiedad actúa como regulador o amortiguador del clima al evitar cambios drásticos en los procesos de ganancia y pérdida de
calor. El viento y las corrientes transportan el calor dentro del cuerpo de agua produciendo gradientes de temperatura evidentes en masas grandes.
§ Densidad del agua: bajo las condiciones de presión y temperatura en la superficie de la Tierra, el agua y el mercurio son las dos sustancias inorgánicas que pueden presentarse en estado líquido, por su estructura y peso molecular. Esto permite el movimiento del agua sobre la superficie y el desplazamiento de los organismos en el medio acuoso. El agua, al poseer la máxima densidad a los 4°C, en vez de aumentar a menor temperatura como sucede generalmente en los líquidos, permite que el agua alrededor de 4°C se deposite en el fondo de los cuerpos de agua profundos y solo se congele la parte superficial. La capa de hielo sobre la superficie actúa como aislante entre la atmósfera y el cuerpo de agua, evitando un mayor decrecimiento de la temperatura, que causaría la muerte a los organismos acuáticos en la estación de invierno en zonas de medias y altas latitudes del planeta.
§ Viscosidad: La atracción de las moléculas actúa como una fuerza de resistencia en agua corriente, e incide en el tipo de régimen de flujo presente, donde los ambientes viscosos se relacionan con el comportamiento de flujo laminar y los menos viscosos con flujos turbulentos.
La viscosidad depende inversamente de la temperatura y directamente, aunque en menor medida, de la concentración de sales disueltas.
§ Tensión superficial: El agua no contaminada posee una tensión superficial alta, superada sólo por el mercurio, que permite a las algas, bacterias, protozoos e insectos vivir sobre o en la superficie del agua sin sumergirse. Algunos de estos organismos cuentan con estructuras hidrofóbicas para posarse sobre la superficie como es el caso de los ¨hemípteros patinadores¨. La tensión superficial del agua decrece, con el aumento de la temperatura, la cantidad de sustancias disueltas, la presencia de ácidos húmicos y la cantidad excesiva de algas.
§ Transparencia: La radiación solar, antes de penetrar los cuerpos de agua, ha sido filtrada en la atmósfera por la acción del ozono que absorbe parte de la radiación U.V y por el CO2 que retiene parte de la radiación infrarroja; éstas radiaciones pueden producir efectos nocivos en los organismos. El agua también absorbe parte de estos dos tipos de radiación y transmite la luz visible, logrando como resultados más importantes la fotosíntesis en el campo biótico y el calentamiento de la masa de agua como efecto abiótico. El movimiento del agua, las partículas suspendidas y disueltas y la concentración de algas determinan el alcance vertical de la radiación requerida para los procesos fotosintéticos, aspecto determinante en la dinámica metabólica del sistema.
1.2.2. COMPOSICIÓN FISICOQUIMICA
§ Los sólidos suspendidos son partículas visibles de origen orgánico como el detritos y el plancton y de origen aluvial como los restos de roca, arcilla, arena, etc; impiden el paso de los rayos solares, determinan la turbiedad del agua y se asocian además, con el transporte de contaminantes.
§ Los sólidos disueltos son todos los iones y moléculas presentes en el agua, que provienen de la disociación de compuestos químicos. Se encuentran en concentraciones variables reguladas por la naturaleza del agua, del sustrato, el clima y la actividad biológica principalmente. En la Tabla 6 se presenta un estimativo de la composición química del agua dulce, realizado por Clarke (1924) y complementado por Roldán (1992), donde los porcentajes corresponden a la relación respecto al total de iones.
Tabla 6 - Porcentaje aproximado de la composición química del agua dulce Ion Porcentaje
(%) Ion Porcentaje (%) Aniones
Carbonatos (CO3=) Sulfatos (SO4=) Cloruros (Cl-) Nitratos (NO3-) Fosfatos (PO43-)
33,40 15,31 7,44 1,15
<0,10
Cationes
Otros
Calcio (Ca++) Magnesio (Mg++) Sodio (Na+) Potasio (K+) (Fe,Al)2O3
Sílice (SiO2)
19,36 4,87 7,46 1,77 0,64 Fuente: Clarke (1924) en Roldán (1992) 8,60
La materia orgánica disuelta esta representada por los componentes orgánicos, provenientes de las secreciones y excreciones de los organismos, fraccionados por acción bacteriana y procesos químicos. Se identifican los pequeños componentes orgánicos como los aminoácidos, azúcares, grasas, clorofila y como los componentes de mayor peso molecular la materia húmica (ácidos húmicos, ácidos fluvicos y humin).
§ Los Gases disueltos en el agua provienen del aire o de las actividades metabólicas y su concentración depende de la presión, temperatura y de la presencia de sales. Los gases disueltos más importantes y su fuente son:
Oxígeno (O2) Atmósfera, fotosíntesis
Nitrógeno (N2) Atmósfera, actividad bacteriana
Dióxido de carbono (CO2) Atmósfera, respiración y oxidación de materia orgánica Sulfuro de hidrógeno (H2S) Actividad bacteriana
Metano (CH4) Actividad bacteriana
1.2.3. FUENTES NATURALES DE LOS ELEMENTOS TRANSPORTADOS EN EL AGUA
Teniendo en cuenta las propiedades de este recurso, es claro que su composición depende de la ubicación geográfica y de las condiciones de clima, geomorfología y geoquímica que prevalecen en la cuenca, así como de las relacionadas con los acuíferos tributarios, en especial con el agua subterránea. A continuación se identifican las principales fuentes y vías de introducción de los diferentes elementos a los cursos de agua:
§ Meteorización o disolución química de las rocas de la superficie: Por acción del ácido carbónico (H2CO3), presente en el agua y que proviene de la disolución del CO2 atmosférico, se disuelven los minerales de las rocas, principalmente aluminosilicatos, formando cationes (Ca2+, Mg2+, Na+, K+), ¨silica¨ disuelta (SiO2) y bicarbonatos (HCO3
-). Elementos como hierro, aluminio y titanio se encuentran en menor proporción. El ión sulfato es dominante ocasionalmente cuando hay porciones de pirita (FeS) o yeso (CaSO4.H2O).
§ Aporte atmosférico: A través de la evaporación del agua, especialmente la de mar, se recirculan iones como Na+, Cl-, Mg2+ y SO4
2-, que son transportados a las fuentes de agua superficial por la precipitación. En el continente predominan Ca2+, HCO3-, SO4
2- presentes en el material particulado, el nitrógeno proveniente de la descomposición de organismos y el ácido clorhídrico (HCl) y el ácido sulfúrico (H2SO4) de explosiones volcánicas.
§ Lixiviación de suelos orgánicos: En este proceso se incorporan principalmente el nitrógeno (NH4
+, NO3
-) y el material orgánico disuelto.
§ Influencia de aguas subterráneas: Las aguas subterráneas como fuente tributaria de otros cuerpos de agua, al tener un amplio contacto con materiales geológicos pueden presentar concentraciones elevadas de minerales solubles y sales disueltas (Tabla 7), susceptibles de cambiar las condiciones del agua superficial, sin tener relación con problemas de contaminación.
Tabla 7 - Abundancia relativa de constituyentes disueltos en agua subterránea Constituyentes mayoritarios
(1,0 a 1000 mg/L)
Constituyentes secundarios (0,01 a 10 mg/L)
Constituyentes minoritarios (0,0001 a 0,1 mg/L) Sodio, calcio, magnesio,
bicarbonato, cloruros, sílice. Hierro, aluminio, potasio, carbonato, fluoruro, boro, selenio
Arsénico, bario, bromuro, cadmio, cromo, cobalto, cobre, yodo, plomo, litio, manganeso, níquel, fosfato, uranio, zinc, estroncio.
Fuente: Todd 1980 en UNESCO, 1996
1.3. CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
Los cuerpos de agua son fuentes de vida donde, además, se generan productos comerciales de alto valor nutritivo (peces, cangrejos, camarones, etc). La presencia, el desarrollo y el comportamiento fisiológico de la biota, son función de los efectos combinados de los factores hidrológicos y fisicoquímicos, así como de la incidencia de sustancias contaminantes. Por lo tanto, el componente biótico es una muestra de los efectos integrados de los impactos sobre un cuerpo de agua que permite comparar, relativamente, los cambios de un lugar a otro o en diferentes tiempos.
1.3.1. INCIDENCIA DE FACTORES FISICOQUÍMICOS EN LA BIOTA
Dentro de los factores fisicoquímicos de agua de mayor incidencia en la biota de estos sistemas, se encuentran:
§ Velocidad: Determina la fisionomía y movilidad de los organismos que contrarrestan la fuerza de la corriente. Sin embargo, algunos son transportados y llevados a nuevos habitats susceptibles de ser colonizados. La turbulencia, relacionada con el contenido de partículas, incide en la penetración de la luz que representa su disponibilidad para los organismos fotosintéticos.
§ Densidad y tensión superficial del agua: Permiten a los organismos permanecer suspendidos en el fluido, sobre o en la superficie. El plancton y los insectos utilizan esta propiedad para su desarrollo.
§ Viscosidad: Los organismos más pequeños como algas y bacterias se encuentran por lo general, en condiciones de flujo laminar donde se adaptan mejor, mientras que los animales de mayor tamaño aceptan ambientes turbulentos. Además se relaciona con la distribución del calor y la materia, razón por la cual la fisionomía, en especial los mecanismos de locomoción, dependen de los efectos de la viscosidad.
§ Penetración de la luz: Los productores primarios (algas y macrófitas) requieren de la parte del espectro, de la radiación solar, que corresponde a la luz visible (entre 400 - 700 nm) para el proceso fotosintético. La zona eufótica o zona del agua hasta donde penetra la radiación suficiente para este proceso, determina la distribución de los organismos en la masa de agua. La penetración de la radiación solar incide en la temperatura del agua, como resultado de la
absorción de radiación infrarroja que aunado a la propiedad del calor específico son determinantes para la vida acuática.
§ Temperatura: Incide en la tasa de los procesos fisiológicos. A mayor temperatura se incrementan algunas tasas de consumo de oxígeno por los organismos y disminuye la solubilidad del mismo, afectando a los organismos aerobios. En zonas templadas la temperatura determina la productividad del sistema natural, mientras que en los trópicos los periodos de lluvia y sequía son más determinantes en la productividad, puesto que la temperatura se mantiene relativamente constante.
§ Oxígeno: Se considera uno de los factores más asociados a la vida acuática, donde las condiciones aeróbicas (presencia de oxígeno) favorecen la diversidad de especies y los procesos de autodepuración del medio. Los organismos de las corrientes se favorecen del alto nivel de oxígeno disuelto inducido por el movimiento. Durante el transcurso de día y noche, se presentan variaciones en las concentraciones de oxígeno en el agua, con concentraciones altas en la tarde por la fotosíntesis ocurrida en el día y las más bajas antes de amanecer, debido a los procesos de aeróbios de descomposición (respiración).
§ pH: Es difícil distinguir los impactos directos e indirectos del pH por su amplia incidencia en la química acuática y porque los organismos presentan intervalos de tolerancia variados. Sin embargo, algunos procesos bioquímicos se inhiben a ciertos valores de pH, como es el caso de los peces en los que pequeñas disminuciones en el pH de la sangre, hacen que la hemoglobina pierda habilidad para transportar oxígeno. El pH controla además la disociación de iones amonio que a pH>10,5 se presenta como NH3 (amonio no disociado, de carácter tóxico) y en condiciones ácidas se favorece la solubilidad de iones metálicos (especialmente el aluminio) que suelen ser tóxicos para los invertebrados y peces.
§ Nutrientes: El suministro constante de nutrientes, como nitratos (NO3
-) y fosfatos (PO4
=) principalmente, permite la dinámica trófica de las comunidades biológicas. En corrientes rápidas los nutrientes provienen de fuentes alóctonas (fuera del sistema) propiciando su entrada y salida continua.
§ Sustrato: Las características del sustrato favorecen el desarrollo de ciertos organismos por ser utilizado como refugio. Los lechos de granos finos son colonizados generalmente por diatomeas, algas verde-azules, plantas mayores, gusanos e insectos. Los procesos de sedimentación de partículas sobre el lecho y el arrastre de objetos de gran tamaño pueden modificar las condiciones del sustrato y afectar los hábitats.
1.3.2. ADAPTACIONES BIOLÓGICAS A LAS CORRIENTES
Las corrientes son sistema naturales compuestos de diferentes hábitats con gran variedad de comunidades bióticas en distancias cortas, por la presencia de rocas, bancos de arena, islas, etc. Esto radica en las adaptaciones morfológicas y de comportamiento de los organismos, evolucionadas para evitar ser arrastrados por la corriente. Algunas de las estrategias biológicas son:
§ Desarrollo de patrones de crecimiento y técnicas para sobrevivir que acepten tiempos de retención cortos, dados por el movimiento del agua.
§ Búsqueda o adaptación de refugios como rocas, troncos, sedimento y construcción de estructuras.
§ Tener la habilidad de nadar en contra de la corriente.
§ Cuerpos aplanados o alargados y dispositivos de adhesión a los objetos, para organismos pequeños que no pueden nadar contra la corriente.
1.3.3. DISTRIBUCIÓN BIOLÓGICA
Se presentan varias formas de vida relacionadas con el hábitat o lugar del cuerpo de agua en el cual se desarrollan y la función que desempeñan:
§ Plancton: organismos microscópicos que por su tamaño flotan en el agua y se desplazan con la corriente. En la estructura de los sistemas lóticos no juegan un papel tan importante como en los lénticos, sólo en caso de presentarse ríos grandes y velocidad baja. El plancton vegetal se denomina fitoplancton y son organismos fotosintetizadores. El zooplancton corresponde a los animales microscópicos que componen el plancton, como protozoos, rotíferos y microcrustáceos
§ Neuston: son organismos que viven sobre la superficie del agua como insectos ¨patinadores¨
(hemípteros). Abundan en lagos y en corrientes lentas.
§ Pleuston: corresponde a las plantas macrófitas que se encuentran en la masa de agua.
§ Necton: organismos cuyo tamaño les permite nadar libremente en el agua, como los peces y ciertos insectos nadadores.
§ Perifiton: Animales y vegetales que viven adheridos a tallos y hojas de plantas acuáticas enraizadas o a otras superficies como rocas y materiales naturales o artificiales sumergidos.
§ Bentos: corresponde a la fauna que vive en fondo del sistema acuático como anélidos, turbelarios, insectos, crustáceos y moluscos, que por la diversidad de hábitats que ofrece el sustrato presenta gran diversidad de organismos. Sin embargo, a profundidades donde el alimento y oxígeno escasean disminuye la diversidad.
1.3.4. METABOLISMO DEL SISTEMA
Para describir el metabolismo de un curso de agua, se emplea el nivel trófico asignado a los organismos de una cadena trófica que asumen una posición en el transporte de energía y materia, con el fin de simplificar la dinámica natural que comprenden las redes tróficas, donde las comunidades pueden ubicarse en diferentes niveles a la vez. La biota acuática se divide entonces en las siguientes clases:
PRODUCTORES PRIMARIOS
Los productores primarios o autótrofos de una corriente están representados por perifiton, macrófitas (plantas acuáticas) y fitoplancton, organismos que usan fuentes de carbón inorgánicas como el dióxido de carbono (CO2) y el ácido carbónico (H2CO3) para formar su material celular.
Estos productores aprovechan los nutrientes disueltos y emplean como fuente de energía la luz solar. Su representatividad depende de las condiciones y tamaño del río, aunque suele ser más común que la productividad primaria provenga de los alrededores de la corriente.
§ Perifiton: Plantas microscópicas que predominan en ríos pequeños y se encuentran adheridas a superficies y entre los sedimentos. Pertenecen a este grupo las Diatomeas, Clorofita (algas verdes), Cianobacterias (algas verde-azules). El Epifiton son algas adheridas a plantas mayores.
§ Macrófitas: Plantas mayores adheridas o enraizadas al sustrato. Algunas están sumergidas, otras sobre la superficie o tienen componentes aéreos. Sirven de refugio para huevos, pequeños
invertebrados, peces, etc. Son más comunes en corrientes lentas y en sistemas lénticos y en agua rica en nutrientes, razón por la cual son relacionadas con los procesos de eutroficación.
§ Fitoplancton: Organismos planctónicos vegetales que se encuentran con mayor frecuencia en ríos grandes de tierras bajas, pues se ven favorecidos por periodos de retención largos y turbulencia baja.
CONSUMIDORES PRIMARIOS
Comprende los invertebrados acuáticos y los peces pequeños los cuales usan fuentes de carbón orgánico para su metabolismo, tomado de los organismos autótrofos. Dependen más de la producción primaria que se da en los alrededores terrestres (hojas, insectos, raíces, etc) que de la originada en la corriente.
§ Zooplancton: Pequeños y microscópicos animales que se alimentan de productores primarios o de otros organismos del zooplancton. Por lo general, las poblaciones numerosas se dan en ríos con velocidades bajas y temperaturas medias.
§ Zoobentos: Son organismos invertebrados relacionados con el sustrato que presentan una gran diversidad, forma y tolerancia ambiental.
CONSUMIDORES SECUNDARIOS
Animales, principalmente peces, que se alimentan de los organismos que pertenecen a los consumidores primarios. Pero a su vez pueden consumir organismos de su nivel trófico, formando la red trófica.
DESCOMPONEDORES:
Bacterias que descomponen o remineralizan la materia orgánica muerta. Como resultado de este proceso se producen sales minerales, dióxido de carbono y agua, en condiciones aerobias. Si la descomposición se realiza en ausencia de oxígeno se producen sulfuro de hidrógeno (H2S) y metano (CH4), que por las condiciones naturales de las corrientes no es predominante.
1.4. INFLUENCIA DE PROCESOS INTERNOS DE LOS CUERPOS DE AGUA EN LAS CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS.
A través de este capítulo se han nombrado interacciones claras entre las características hidrológicas, físicoquímicas y biológicas que finalmente conforman las condiciones de un sistema acuático. A continuación (Tabla 8) y por su relevancia para el proyecto, se presentan algunos de los procesos internos del sistema acuático que actúan como reguladores directos de las características fisicoquímicas más importantes.
Tabla 8 - Algunos procesos internos relevantes que regulan las características fisicoquímicas
Oxidación de materia orgánica Proceso
Características
Turbulencia del
agua Evaporación Adsorción por sedimentos1
Producción
Primaria2 En agua En sedimentos pH
Conductividad Bicarbonato (HCO3-
) Sales (Sodio, cloruro, potasio calcio y sulfatos) Nutrientes
Oxígeno disuelto Carbono orgánico disuelto
Metales disueltos Microcontaminantes orgánicos
Precipitación3
Volatilización de NH3
Aumento5 Disminución (formación espuma y oxidación)
Volatilización
Aumento Aumento Precipitación Aumento
Disminución
Disminución
Disminución Disminución
Aumento
Precipitación4
Disminución (salida)
Aumento Aumento
Disminución
Aumento (liberación)
Disminución Disminución
Disminución
Disminución (denitrinicación o aumento de amonificación) Disminución
Aumento desorción
Fuente: UNESCO, 1996
1 Cuando hay incremento de los sólidos suspendidos totales. 2 Presenta mayor influencia en sistemas lénticos y en corrientes son de menor importancia, a excepción de ríos eutroficados. 3 desgasificación de aguas cársticas (CaCO3). 4 Dado por incremento de pH. 5 Re-aireación
CAPÍTULO II
CALIDAD DEL AGUA
El agua químicamente pura no se considera favorable para el desarrollo de la vida y tampoco corresponde al agua natural que presenta un grado de pureza variable, lo cual limita la posibilidad de generar intervalos de calidad mundiales para su clasificación. Por esto, es necesario hablar de calidad teniendo en cuenta el concepto.
Calidad de agua: Comprende el conjunto de especificaciones, concentraciones, distribución física de substancias orgánicas e inorgánicas, composición y estado de la biota acuática, así como, la descripción de las variaciones temporales y espaciales debidas a factores internos y externos al cuerpo de agua8.
Para facilitar su clasificación, se establece la calidad útil del agua, definida como el conjunto de características y concentraciones fisicoquímicas y biológicas que debe reunir el agua según el uso al que se pueda destinar. En orden de prioridad se han identificado como usos del agua: consumo humano y doméstico, preservación de flora y fauna, actividad pesquera, agrícola, pecuaria e industrial y para uso recreativo y de transporte. La mayoría de los cuerpos de agua superficial (intercontinental) en su estado natural, presentan condiciones de calidad que los hacen viables para ser utilizados en actividades antrópicas como las mencionadas anteriormente.
De la diversidad de substancias que posee el agua se denota que algunas no producen efectos nocivos, e incluso constituyentes como calcio, magnesio, hierro y yodo son nutrientes necesarios que hacen del agua de consumo la fuente de estos minerales para el hombre. Además, algunas condiciones fisicoquímicas del agua actúan como amortiguadoras de las fluctuaciones ambientales y antrópicas. Sin embargo, elementos como el hierro, manganeso y sulfato, aunque no son tóxicos, proporcionan al agua sabor y apariencia desagradable.
La Tabla 9 presenta los constituyentes iónicos comunes del agua y sus efectos principales que limitan el uso. Sólo los lagos salados, aguas termales y lagos volcánicos ácidos, tienen condiciones químicas que limitan drásticamente el uso del recurso y corresponden a un porcentaje bajo, cercano al 9 % de la distribución global 8.
8 UNESCO, 1996.
Tabla 9 - Iones comunes en agua natural y sus efectos en el uso del agua Constituyente Efectos que limitan el uso del recurso
Carbonato (CO3=) y
bicarbonato HCO3-
Proporcionan alcalinidad al agua. Al calentar el agua, el HCO3- es transformado en CO2 o CO3=. El CO3= por su parte, se combina con cationes que causan la dureza (como Ca++ y Mg ++) para formar precipitados (CaCO3) que producen incrustaciones y posteriormente costras, que restringen el paso del agua a través de tubería y otras unidades. Por lo tanto, contenidos de bicarbonatos y carbonatos altos en agua para uso industrial no son favorables.
Sulfato (SO4=) Relacionado con la dureza no carbonácea del agua, el SO4= se combina con el Ca++
para formar incrustaciones en unidades intercambiadoras de calor. Cantidades alrededor de 500 mg/L de sulfatos dan sabor amargo al agua y mayores de 1000mg/L puede tener efectos purgantes; en normas de agua potable se recomienda un contenido menor de 250mg/L. Más de 250 mg/L presenta restricciones para algunas industrias.
Cloruro (Cl-) Relacionado con la dureza no carbonácea del agua. Más de 100 mg/L imparte sabor salado y concentraciones altas (>100 mg/L) puede causar daños fisiológicos.
Industrias de alimentos usualmente requieren contenidos menores a 250 mg/L.
Otras industrias como los textiles, papel y manufactura de goma sintética requiere menos de 100 mg/L
Fluoruro (F-) Concentraciones entre 0,6 y 1,7 mg/L de F- en agua de consumo, son favorables para la estructura y resistencia dental de los niños. Sin embargo, más de 6,0 mg/L causa daños en la dentadura considerables y a niveles mayores puede ser tóxico.
Nitrato (NO3-) y
nitrito (NO2-)
Se relacionan con la dureza no carbonácea del agua. Concentraciones mayores de 100mg/L dan sabor amargo al agua y puede causar alteraciones fisiológicas. Agua con niveles superiores a 10mg/L de nitratos, al ser ingerida por bebes menores de seis meses, edad de baja actividad gástrica, permite la reducción bacteriana de NO3- a nitritos (NO2-), ión que reacciona con la hemoglobina de la sangre y reduce su capacidad para transportar el oxígeno, provocando metahemoglobinemia o
¨síndrome de bebe azul¨. Pequeñas cantidades de nitrato ayudan a reducir el agrietamiento de calderas de aluminio de alta presión.
Sólidos disueltos Más de 500 mg/L de SD no son deseables en agua potable, ni en varios procesos industriales. En la industria textil y manufactura de plásticos y papel se requieren menos de 300 mg/L. Los SD forman espuma en calderas y la concentración debe reducirse a medida que las presiones de operación aumentan.
Sílice (SiO2) En presencia de Ca++ y Mg ++, el SiO2 forma incrustaciones difíciles de remover en calderas y turbinas de vapor, retrasando el calentamiento. En aguas blandas, (baja concentración de CO3=, Ca++ y Mg ++), se debe suministrar sílice para inhibir la corrosión de tuberías de hierro.
Hierro (Fe++) y
Manganeso (Mn++)
Por efectos de aireación, Fe++ y Mn++ en concentraciones superiores a 0,2 y 0,1mg/L, respectivamente, se oxidan yforman precipitados coloidales que causan turbidez al agua, manchan los accesorios de plomo, los utensilios de cocina y ropa e imparten sabor y color desagradables a comidas y bebidas.
Calcio (Ca++) y
Magnesio (Mg++)
Principales cationes causantes de la dureza del agua. Ca++ y Mg++ se combinan con HCO3-, CO3=, SO4= y SiO2, para formar incrustaciones y costras que pueden taponar tuberías y dificultan los procesos en equipos de intercambio de calor, especialmente a concentraciones mayores a 150 mg/L de CaCO3. Además, dificultan la formación
