Lagos y Embalses 2015 (1)

Alteración en la fauna ⇒ ⇒⇒⇒

ayudan

a controlar la

contaminación y para calibrar la calidad

del agua

EUTROFICACIÓN→

griego:

EU→

“bueno”o“bien”

TROPHOS→

“alim

ento”

Rico en nutrientes

(ALIM

ENTO)

La eutrofizaciónes el proceso de enriquecimiento de

nutrientes que se lleva a cabo en un cuerpo de agua, que

provoca una serie de cambios sintomáticos, entre los que

el incremento y la producción de m

acrófitas , el deterioro

de la calidad del agua y otros cambios sintomáticos

resultan indeseables e interfieren con la utilización del

agua” (O

CDE, 1982).

agua” (O

CDE, 1982).

OCDE: Organización para la Cooperación Económica y

Desarrollo

•Eutrofizaciónnatural

(proceso

naturaldeenvejecimiento

deuncuerpode

agua).

�Materiales superficiales de la cuenca

�Sustancias transportadas por el viento

�Sustancias transportadas por aguas que

fluyen por el subsuelo

CIENTO DE M

ILES DE AÑOS (IRREVERSIBLE)

•Eutrofización“cultural”o“antropogénica”

(acciónantrópica)

�la creciente urbanización

�el desarrollo de actividades agrícolas

ACELERACIÓN DEL PROCESO NATURAL

(IRREVERSIBLE)

Productividad primaria ↑

Acorta la vida útil del cuerpo de agua

desde el p. de v. de su calidad

La velocidad es gobernable por el efecto

combinado de factores Físicos, Quím

icos y

Biológicos(~ 60-70 años –Margalef, 1.983)

AFECTA

EL USO DEL RECURSO

FUENTES

EXTERNAS

denutrientesaunsistema

lacustre

provienen

de

fuentespuntualeso

difusas

talescomo:

•Descargasdeefluentesdomésticos

•Descargasindustriales

•Descargasindustriales

•Escorrentíaagrícola,forestaly

urbana

•Aporteatm

osférico

FUENTEINTERNA

•Enelfondodelembalse→

materialesalóctonosque

llegan

por

los

afluentes,

los

precipitados

en

la

superficie

del

agua

einsolubles,

los

materiales

autóctonos

insolubles:

cadáveres

de

organismos,

desperdiciosvegetales,etc..

•Por

reducción,

en

los

primeros

centímetros

del

sedimento,quesonlosúnicosactivos,

considerando

losintercambiosagua-sedimento,ciertoselementoso

iones

pueden

ser

atrapados

oliberados

alternativamente.

•Losfosfatossonalmacenadosenlossedimentosen

form

ade

FePO

4(Fosfato

de

Hierro),

adsorbidos

sobre

laspartículasde

Fe(O

H) 3

yde

CO

3Ca

o

sobre

form

asorgánicasrelacionadasconlosácidos

húmicos

•Losestadosdeanoxiahacenque

elfósforo

sea

liberadoypuestodenuevo

encirculaciónporlas

corrientes

de

convección.

Esto

indica

que

dependiendo

de

las

condiciones

delmedio

el

sedimento

actuará

como

sumidero

ofuente

de

nutrientes

20%

por

año

Ciclo del Fósforo en un Embalse

PO

4ALGAL

Aportes

externos

Salida

SEDIMENTOS P

O4

Fe, C

a, A

l, Arcilla,

compuestos orgánicos

P disuelto

orgánico

PO

4–P

CLASIFICACIÓN

DE LOS

EMBALSES

Oligotróficos

�Baja Productividad

�Altos niveles de oxígeno

�Baja concentración de

nutrientes

�Alta Productividad

EMBALSES

Eutróficos

�Alta Productividad

�Bajos niveles de oxígeno

�Alta concentración de

nutrientes

Natural

Oligotróficos

Miles y cientos

de años

EUTRÓFICOS

(gradualmente

se llenan de

sedimentos transportados

de años

sedimentos transportados

por los ríos y por erosión

del suelo)

FACTORES QUE IN

FLUYEN EN LA APARICIÓN DE

LA EUTROFICACIÓN

�Estad

otrófico

odenutrientes

�Características

de

lamasa

de

agua

(tam

año,

tiem

poderesiden

cia,etc)

�Estratificación(m

onomíctico

,dim

íctico

)

CLASIFICACIÓNOCDE:

�Nivel

med

ioan

ual

de

fosfato

que

entra

alsistem

a

�Producciónmed

iaan

ual

decrecim

iento

vegetal

(clorofilaa)

EFECTOS ECOLÓGICOS DE LA

EUTROFIZACIÓN CULT

URAL

�Increm

etoen

lapoblaciónvegetal

→ →→→au

men

tode

macrófitas

enlas

zonas

litorales

de

los

lagos

�Encaso

sextrem

osdeexce

sivasen

tradas

de

�Encaso

sextrem

osdeexce

sivasen

tradas

de

nutrientes

vegetales

(nitrógen

oy

fósforo)→ →→→

floraciones

algales

�Predominio

de

algas

verdeazules

(Cyanobacterias)→ →→→

Anabaena

↓ ↓↓↓

↓ ↓↓↓

Red

uccióndelatran

sparen

cia(turbidez

↑ ↑↑↑)

↓ ↓↓↓

Oscurecimiento→ →→→

luz(factorlim

itan

te):muerte

de

macrófitas(sumergidas)

↓ ↓↓↓

Alteración

de

los

aspectos

estético

s→ →→→

las

floraciones

son

desag

radab

les

(olor

fuerte,

aspecto

limoso

)

↓ ↓↓↓

crecim

iento

extrem

odemacrófitas(emergen

tes)→ →→→

(algas

filamen

tosasCladophora)

↓ ↓↓↓

↓ ↓↓↓poblaciones

masivas

dealgas

quemueren

↓ ↓↓↓detritusorgán

ico

↓ ↓↓↓desco

mposición

→ →→→desoxigen

acióndel

enellech

odellago

hipolimnion

enellech

odellago

hipolimnion

(sih

ayestratificación)

↓ ↓↓↓alteraciónde:

comunidad

deinverteb

rados(diversidad

)alteracióndeespeciesdepeces

(salmónidos→ →→→

ciprínidos:carpas)

Pérdidademacrófitas→ →→→

vulnerab

ilidad

dela

zona

litorala

laerosión(olas)

↓ ↓↓↓

alteracióndelaestructura

delháb

itat

↓ ↓↓↓

pérdida de los lugares de desove de los peces y

pérdida de los lugares de desove de los peces y

de háb

itat de vida de los peces e inverteb

rados

↓ ↓↓↓

alteración de la cad

ena alim

entaria→ →→→

reducción

de alim

ento para peces y

aves que se nutren

de

otros peces y plantas

↓ ↓↓↓

RESPUESTA

TRÓFICA EN CASCADA

↓ ↓↓↓pérdida de peces

→ →→→alteración del zooplacton

↓ ↓↓↓fitoplancton del que se alimen

ta↓ ↓↓↓

bloom algal”

↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓Producción primaria ↑ ↑↑↑

↓ ↓↓↓desco

mposición de materia orgán

ica

↓ ↓↓↓O

2 ↓ ↓↓↓

↓ ↓↓↓DESAPARICIÓN DE PECES E

INVERTEBRADOS !!

PROBLEMAS ASOCIADOS A LA EUTROFICACIÓN DE LAGOS Y EMBALSES

Descarga excesiva de nutrientes que conduce a:

Area problema

Floraciones

algales y cambios

en la composición

de las especies

Crecimiento

algal litoral y de

macráfitas

excesivo

Turbiedad o

colmatación

1. D

eterioro de la calidad hídrica

�Sabor

yolor,

XXX

XX

�Sabor

yolor,

color,

floculación,

sedim.yotras

dificultades

para

el

tratamiento

(toxinas,

exc

NO

3-)

XXX

XX

�Disminución de

oxígeno

hipolim

nético,

cambios de pH,

Fe, M

n, C

O2, C

H4,

H2S

XXX

X-

�Toxicidad

XX

-

�Problemas de

oclusión de

cañerías y otras

estructuras

XX

XX

2. D

eterioro recreativo

�Aspecto

desagradable

�Riesgos para

bañistas

�Incr. R

iesgos de

salud

XX - X

X XX X

X - -

3. D

eterioro pesquero

3. D

eterioro pesquero

�Mortandad de

peces

�Especies

indeseables

XX

XX

X -

X -

4. E

nvejecimiento y

reducción de la

capacidad de

retención y del flujo

XXX

XX

Frecuencia o im

portancia: XXX m

uy elevada,

XX elevada, X ocasional, -no aplicable

Fuente:ILEC-Directrices para la Gestión

Fuente:ILEC-Directrices para la Gestión

de Lagos (Vol.1)

LAGOS Y EMBALSES

↓

PROCESOS DE EUTROFIZACIÓN

Calidaddelagua

→movimiento

delosvientos

cambiosdetemperatura

aportes/descargas

EPILIM

NION

→radiaciónsolar

Epilimnio

Term

oclina

Invierno a

primavera

Verano

a otoño

Gran ∆T

Pequeño

∆

Profundidad

Hipolim

nio

Sucesos de verano

Verano

Invierno

04

10

20

Temperatura (ºC)

∆d

Perfiles de temperatura en un lago estratificado (hemisferio norte)

Profundidad

⇒morfometría de la cubeta lacustre

⇒exposiciónalviento

⇒estructura

delaestratificación

FACTORES

IMPORTA

NTES EN

LOS MOVIM

IENTOS

DEL AGUA

⇓ ⇓⇓⇓⇓ ⇓⇓⇓

Distribucióndenutrientes

Distribucióndemicroorganismos

Distribucióndelplancton

ESTA

BILIDAD → →→→

Número de Richardso

n

()

()

()

()2

2R

Z ∆

∆u/

ρ

∆ρ/∆Z

g

Z /∆

∆u

ρ21

∆Z

∆ρ/∆Z

g21

EC

EP

N−

=−

==

donde

EP=energíapotencial∆Zeslavariacióndelaaltura

EC=energíacinética

uesunavelocidadmedia

Velocidadala

cuallosesfuerzosdelgradiente

de

velocidadsuministranenergía

alosremolinos

de

turbulencia>velocidad

conquedichaturbulencia

ejerce

trabajo

contra

lagravedad

→rompe

laestratificacióndedensidad→

aumenta

turbulencia

SiR

i>0.25⇒

flujo

estable

SiR

i>0.25⇒

flujo

estable

SiR

i<0.25⇒

flujo

noestable

⇓Pasaje

dela

microturbulencia

moleculardeflujo

estableala

macroturbulenciade

grandesremolinosasociadoaunflujoinestable

ESTA

DO TRÓFICO

La

concentración

totalde

fósforo

está

relacionada

conlaclorofila,porlasiguiente

expresión:

log (clorofila) = -1,09 + 1,46 P

log (clorofila) = -1,09 + 1,46 P

Calidad trófica de los lagos

Parámetro

Oligotrófico

Mesotrófico

Eutrófico

Ptotal, µg/l

<10

10-20

>20

Clorofila, µg/l

<4

4-10

>10

Profundidad

seechi, m

>4

2-4

<2

seechi, m

Oxígeno en el

hipolim

nion, % O

2>80

10-80

<10

Coeficiente de difusión de los lagos

Tipo de Difusión

Coeficiente de

Difusión

Difusión de remolino

10-2–106

Difusión de remolino

10-2–106

Difusión m

olecular

10-5-10-4

Difusión térm

ica

10-8-10-6

FÓSFORO

→nutriente

más

usual

→lim

itael

proceso

deeutrofización

Sehanhechomuchostrabajosdeinvestigaciónpara

cuantificarelmismo(Vollenwerder,1975;Fischeret

al.,1979;Im

berger,1982;yHavisyOstendorf,1989)

balance

demateriasimpledefósforo

entrada de m

aterial -

salida de m

aterial -

-masa de P

que sedimenta en el lago +

+ generación de m

asa = velocidad de acumulación

QenCPen

CP

QoutCP

Vs

QenCPen-Q

outCP-VSASCP+0=

CP=Concentracióndefósforo

enellago

CP=Velocidaddesedimentación

CP=CPsal

CP

Vs

dt

dM

Sesuponeque:

•nohaygeneracióndefósforo

enelinteriordellago

•condicionesdeestadoestacionario

=0

•laconcentracióndefósforo

desalidadellagoesla

mismaquela

delpropio

lago

(reactordemezcla

completa)

•que

elcaudalde

entrada

esigualalcaudalde

dt

dM

•que

elcaudalde

entrada

esigualalcaudalde

salida.

Q C

pen= Q C

P+ V

SASCP= C

P(Q

+ V

SAS)

ConcentracióndePenellagoCP=

SSPen A

VQ

QC + +++

Unlagode20km

2desuperficie

tieneuncaudalde

entradadeaportacionesde10m

3/s

conCPen=0,01

mg/l.

Unadepuradora

deaguasresidualesurbanas

vierteelaguadepuradaconuncaudalde0,05m

3/sy

unaCPen=10mg/l.

Determ

inarla

concentraciónde

fósforo

enestadoestacionariodentrodellago.Se

fósforo

enestadoestacionariodentrodellago.Se

suponeunavelocidaddesedimentacióndeVS~20

m/año(0,6

x10-6m/s).Determ

inarla

concentración

perm

isible

enelvertidodeaguasresidualessila

CP

máximaenellagoes0,01mg/l.

Solución:

CP

=

Q=

10+0,05=10,05m

3/s

QCPen

=10x0,01+0,05x10=0,6g/s

SSPen A

VQ

QC

+ +++

QCPen

=10x0,01+0,05x10=0,6g/s

VSAS

=0,6x10-6x20x106=12m

3/s

Portanto

CP=

=0,027mg/l>0,01mg/l

12

10,050,6

+

Esnecesariaunareducciónenla

concentracióndePen

elafluente

deaguaresidual:

QCPen=Cp(Q

+VAAS)=0,01(10,5+12)=0,2205g/s

0,2205

=10x0,01+0,05xC

0,2205

=10x0,01+0,05xCPen

Portanto

CPen= 2,41 m

g/l

LaconcentracióndePenelvertidodeaguaresidual

debesermenorde2,41mg/l

METODOLOGÍAS SIM

PLIFICADAS PARA LA

EVALUACIÓN DE LA EUTROFICACIÓN EN

LAGOS CÁLIDOS TROPICALES

♦Desarrollado por el C

entro Panamericano de

Ingeniería Sanitaria y Ciencias del A

mbiente

♦Procesos de planificación

♦Procesos de planificación

♦Estimación del estado trófico de un lago cálido

tropical

♦Propone un m

odelo simplificado de P total, basado

en datos de lagos cálidos tropicales

♦Datosrequeridos:

L(P)(cargadeP,g/m

2/año)

Tw(tiempoderetención,años)

Z(profundidadpromedio,m)

♦calcula

elPtotal(g/m3)basadosenlosdatosde

entrada

yutilizando

una

ecuación

empírica

de

regresiónmúltiple

Pt = 0.290 L(P) 0.891 Tw

0.676 / Z

-0.934

♦ConelvalorpromediodePtenellago(m

g/l),se

leasigna

una

probabilidad

porcentual

acada

categoríatróficaenfuncióndelacargadeP.

♦Sepuedeelegirunacondicióntrófica

para

elcual

secalculalacargadenutrientesaportado

secalculalacargadenutrientesaportado

1.lagocompletamente

mezclado

2.condicionesdeestadodeequilibrio,representado

porelvalorpromedioestacional/anual

Las

suposiciones

usadas

para

elanálisis

del

modelodebalance

demasa

para

elP

totalson:

porelvalorpromedioestacional/anual

3.nutrientelim

itante

P

4.ElP

totalseusa

comomedidadelestadotrófico

ESQUEMA DE BALANCE DE M

ASA

W(fuentes externas de P)

V (volumen del lago)

Pt (fosforo total)QPt (flujo de salida)

sedimento

- Ks Pt V

(pérdida neta de P total)

Esquema del balance de masa

Datosmínimosrequeridos→

muestreosmensuales

de

un

año

tanto

de

lagos

como

de

mayores

tributarios.

Lascargasdirectasaunlagooembalsese

pueden

Lascargasdirectasaunlagooembalsese

pueden

estimarutilizandoloscoeficientesdeexportaciónque

consideraneluso

dela

tierrayelaportedeseres

vivos.

USO DE LA TIERRA

P TOTAL

(g/m2/año)

N TOTAL

(g/m2/año)

URBANO

0.1

0.5

AGRONOMICO-RURAL

0.05

0.5

BOSQUE

0.01

0.3

Coeficientes de exportación de Rast y Lee (1978),

tomados de Salas y Martino (1991)

BOSQUE

0.01

0.3

P TOTA

L

(g/ind.-añ

o)

N total

(g/ind.-añ

o)

Personas

1.000

Vacunos

7.000

54.75

Porcinos y lanares

3.000

14.6

Caballos

4.500

18.25

Patos y similares

300

474.5

REDUCCIÓN Y CONTROL DEL

CRECIMIENTO VEGETA

L

TÉCNICAS DISPONIBLES PARA EL

TRATA

MIENTO DE LA

EUTROFIZACIÓN

CONTROL DE

LA CARGA

Reducción directa de fósforo en origen

•Elim

inación de fósforo por precipitación quím

ica

(sales de aluminio, hierro o cal

• Restricción de detergentes fosfatados

•Controles en el uso de la tierra (‘zonas

protegidas”), forestación

Tratamiento de aguas afluentes tributarios

•Pre-embalse o embalses en cascadas

•Tratamiento físico-quím

ico de aguas tributarias

EXTERNA DE

FÓSFORO

•Tratamiento físico-quím

ico de aguas tributarias

(al lago)

•Adición directa de floculantes de fósforo (aguas

tributarias)

•Filtración de agua a través de un filtro de óxido

de aluminio (bajo caudal)

Canalización / desvío de aguas residuales

•Desvío de aguas residuales

•Zanjas de filtración (tributarios < 100 l/s y

granjas, etc.)

CONTROL DE LA

EUTROFIZACIÓN

DENTRO DEL LAGO

(ECOTECNOLOGÍA)

Surge como

consecuencia de los

•Retiros de aguas selectivas

(sifón de agua del

hipolim

nio, remoción de P y agua pobre en oxígeno)

•Inactivación

denutrientes(caráctertransitorioy

potencialmente

tóxico-agregadodesalesde

hierro

oaluminioalembalse

•Aumento

del

caudal

eva

cuado

(se

requiere

grandescantidadesdeaguaconbajo

contenidode

nutrientes)

consecuencia de los

resultados

ineficientes de la

tecnología ambiental

Hoy deben trabajar

juntas

Para lograr el m

ejor

plan de gestión

nutrientes)

•Aireación

hipolimnética

(manteniendo

laterm

oclina)

•Circulación(nose

respeta

laterm

oclinayse

evita

elcrecimiento

dealgas,

haciéndolascircularlargos

períodosfuera

dezonasconluz)

•Disminucióndelniveldellagooembalse(para

dejarexpuestosedimento

ymacrófitas)

CONTROL DE LA

EUTROFIZACIÓN

DENTRO DEL LAGO

(ECOTECNOLOGÍA)

Surge como

•Cobertura

desedim

entosdelfondo(secubre

el

sedimento

con

láminasde

plástico

para

evitarel

intercambiosedimento/agua

•Elim

inacióndesedimentos(dragado)-oneroso

•Recolección(cortar y elim

inar crecimientos

indeseados de m

acrófitas)-oneroso

•Disminucióndeltiempoderetención

•Control

biológico

(“biomanipulación”:

uso

de

Surge como

consecuencia de los

resultados

ineficientes de la

tecnología ambiental

Hoy deben trabajar

juntas

Para lograr el m

ejor

plan de gestión

organismosespecíficospara

controlarelcrecimiento

de

algas

y/o

otros

componentes

de

lacadena

trófica)

•Tierraspantanosas(cuandohayfuentesdifusas)

•Controlquím

ico(aplicacióndeproductosquím

icos

específicos

para

elim

inar

las

plantas

acuáticas

indeseadas-

herbicidaspara

combatir

macrófitas)-

Posible

efectos

tóxicos

–método

transitorio

–Oneroso-