Calidad del Agua – Perspectiva Global

Estudios, conceptos y ejemplos internacionales

Calidad del Agua

Concepto 3M Monitoreo,

Modelamiento y Manejo

Timothy D. Steele, Presidente, TDS Consulting Inc., Denver, Colorado, EE.UU.

Introducción

• Conocimiento y experiencia profesional

• Metas y Objetivos del Seminario

• Conceptos de calidad de agua

• Monitoreo, Caracterización y Modelos• Evaluación y reportes

• Presentación de los estudiantes y expectativas.

• Horario y tiempos, lecturas/ trabajos

• Retroalimentación de los participantes

Revisión de los conocimientos y experiencia, Timothy D. Steele

• Formación académica - Química (AB) e Hidrología (MS, Ph.D.)• Becario de Fulbright - Universidad de Frankfurt, 1963-64• Servicio Geológico de EE.UU., División de Recursos del Agua, 1966-1980• Sabático: Lehrstuhl Hydrologie, Universität Bayreuth (Alexander von Humboldt

Stiftung [AvH]) - 1-9/1979• Consultor con diversas empresas del sector privado desde 1980, experiencia en

once países (Banco Mundial / OMM / PNUMA / FAO / PNUD)– Perú - Proyectos relacionados con minería y programas monitoreo– América Latina - México, Chile (2), Argentina y Panamá (2)

• TU Darmstadt, IHWB (apoyo AvH): 10-11/1998 y 5/1999• IWA-3M cursos e investigación: TU Darmstadt (2000-2001); Univ. Jena (2001-2011);

seminario de la Universidad de Stuttgart• Numerosos proyectos en cuencas (EE.UU.) relacionados con la calidad del agua

(WQ), la planificación de cuencas hidrográficas y la gestión integrada de los recursos (GIRH)

Introducción y expectativas

• Presentaciones de los participantes

• Expectativas de los participantes • No está diseñado para ser conferencia, sino un tiempo

para la discusión abierta y preguntas.• Información web; tutoriales modelos, herramientas de

análisis de datos• Breaks, terminan con almuerzo informal

• Evaluación del Seminario con comentarios

Contenido y HorarioDía 1, 03 de noviembre 2012

•Introducción general y síntesis•Sesión 1-1 Conceptos CA (0915 hasta 1030).•Sesión 1-2 Diseño de Red (1030-1115).

•Sesión 1-3 principales especies iónicas y nutrientes (1130-1245).•Sesión 1-4 Metales Traza y Minería (1245-1400).

Día 2, 04 de noviembre 2012•Sesión 2-1 Discusión / Preguntas día 1; Otros (Varios) Categorías CA (0,900-1,015).

•Sesión 2-2 - Listado de modelos de CA (1015-1115).•Sesión 2-3 - WQ-Data Workshop (1130-1245).•Sesión 2-4 - GIRH, Discusión y resumen; Evaluación del curso / Recomendaciones (1245-1400).•Almuerzo Post-Seminario - Debate Informal.

Propósitos y Objetivos• Plenario: Intereses / trabajo en cuencas hidrográficas.

• Proporcionar al participante de una perspectiva regional de los recursos hídricos de planificación y gestión.

• Describir algunos de los mandatos en política del agua de EE.UU. CWA / EU DMA, relacionado a las cuencas fluviales / cuencas / acuíferos regionales.

• Destacar las interacciones e interrelaciones entre Monitoreo, Modelamiento y Gestión - el denominado concepto “3M”.

• Proporcionar conceptos y enfoques de análisis de datos a través de estudios de caso.

El concepto 3M para el enfoque Integrado de Cuencas

Algunas reflexiones del concepto 3M

• Economía - este aspecto juega un papel crítico

• La economía añade una tercera dimensión a este marco conceptual simple, en particular, en relación con los recursos hídricos-(calidad del agua), gestión (institucional-político) de los aspectos.

• Basado en Cuenca (o basado en acuífero) gestión y regulación (Normas en el Perú).

• Los recursos hídricos-usos benéficos - principalmente enfocado en la calidad del agua (como en cantidad)

Calidad del Agua – Una Perspectiva Global

Estudios, conceptos y ejemplos internacionales

Timothy D. Steele, Ph.D.Gidahatari , Lima, Peru

Session 1-1 – Conceptos de la Calidad del agua

Sábado, 3 de Noviembre 2012

Man kann eine Regierung am besten danach beurteilen, wie sie für die

Trinkwasservorsorgung sorgt.

"Uno puede juzgar mejor (el beneficio de los controles reglamentarios), basado

principalmente en la preocupación por los suministros de agua potable."

Aristotles (384-323 vor Christus), cita obtenida del Arbeitsgemeinschaft Rhein-Wasserwerke e.V. (1976)

Colonia (Koeln)

En Colonia, una ciudad de monjes y huesos,Y pavimentos dentados con piedras asesinas,

Y trapos, y brujas y mozas horribles.Conté setenta y dos hedores.

Todo esto está muy definido, y apesta separado!Ninfas que estáis reinado o'er de alcantarillas y

sumideros,El río Rin, es bien sabido,

¿Acaso pasen sobre su ciudad de Colonia;Pero dime, ninfas, qué poder divino

A partir de ahora deberá lavar el río Rin

•Fuente: Samuel Taylor Coleridge (1772-1834)

Papel de las Ciencias Hidrológicas en problemas relacionados a la calidad de Agua

• Delinear Cuencas o Unidades de Acuíferos

• Política del Agua - Planificación y Gestión

• Directrices y Regulaciones

• Identificación de Stakeholders

• Información técnica frente a la Toma de Decisiones - Política e instituciones

Enfoque Integrado de Cuencas Fuente: U.S EPA Watershed Academy files.

Tema clave en este Seminario ↑

Fuente: water.epa.gov/learn/training/wacademy

Escala basada en CuencasFuente: U.S. EPA Watershed Academy, Executive Short Course

La escala es un tema claveUSEPA, 2008, Figure 2.4

Plan de Cuenca - Relación TMDL

Fronteras Físicas y Políticas

Calidad del Agua. Conceptos y Consideraciones para el Monitoreo

• Objetivos

• Diseño

• Los usuarios de los datos y la información

• Evaluación y cambios

Calidad del Aguas-Componentes y Dinámica de una Red de Diseño

Criterios de Diseño

Funciones de Red

Evaluación del

programa

Información de Productos

Análisis e

interpretación

Ajuste de los objetivos del programa

[Definición de las necesidades de información]

• Requerimientos de información

• "Data-Rich/Information Poor" (Ward, 1994)

• Programa de Monitoreo - Diseño de sistema.

• Protocolos de análisis de datos (Adkins et al., 1995, CSU thesis)

• Una definición más clara de las actividades de generación de información

Algunos puntos de Nomenclatura

Variable•Término preferido para varias especies de CA

Constituyente = Variable

Parámetro•Inherente en varios tipos de modelos•A menudo se utiliza en lugar de "variable" (como en CA)

Algunos puntos de Nomenclatura

Coeficiente•Se utiliza en las ecuaciones para describir o aproximar interrelaciones•Ejemplo: DS = 0,65 + 0,4 * SC o NO3 = β * DO - μ•Puede tener el mismo significado que "Parametro" en un contexto de modelamiento

Otros •CA = calidad del agua•TMDL = máximo global de ocupación diaria (s); alternativas: TMAL / TMSL

Categorías de Calidad de Agua

• Físico– Sedimentos Químicos

• Inorgánico– Los iones mayoritarios– metales traza

• Nutrientes• Orgánicos• Biológico• Radionucleidos• Otras variables importantes hidrológicos: caudales,

descargas, niveles de agua

Categorías de Calidad de Agua

Hem, 1989, 3rd Edition

• Anteriores ediciones: 1959 y 1970

• Baja temperatura ,geoquímica acuosa y la química del agua.

• Ayuda a los hidrólogos e hidrogeólogos

Variables Físicas• Tipos:

– Conductancia específica (conductividad), umhos/cm @ 25 º C– Temperatura del agua, grados C ó F– pH, unidades estándar– Oxígeno disuelto, mg/L ó porcentaje de saturación– Física y química de los sedimentos

• Atributos:– Por lo general se mide en el campo, considerar cambios de

horario– Los datos de este modo están disponibles de manera más

oportuna– Los informes de campo, se combinan con los análisis de

laboratorio– Interacciones entre variables (ejemplos, T / HACER, T / SC)

Variables Inorgánicas – Principales iones

• Los cationes principales:– Calcio (Ca + +)– Magnesio (Mg + +) Ca + Mg = Dureza (como CaCO3)– Sodio (Na +) SAR (relación de adsorción de sodio)*

– Potasio (K +)

• Los aniones principales:– Bicarbonato (HCO3-) [CO3 =, alcalinidad]– Sulfato (SO4 =)– Cloruro (Cl-)

• Variables integrales: sólidos disueltos (DS / TDS)• Otros compuestos inorgánicos, tales como SiO2, B y F

Variables inorgánicos - Metales Traza Sesión 1-4

• Es más común en las normas de calidad de agua:– Zinc (Zn)– Cobre (Cu)– El plomo (Pb)– Cadmio (Cd)– Manganeso (Mn)– Hierro (Fe)

• Menos común en las normas:– El arsénico (As), bario (Ba), selenio (Se), plata (Ag), níquel (Ni)– Antimonio (Sb), cromo (Cr), molibdeno (Mo), talio (Tl)– Aluminio (Al), mercurio (Hg), berilio (Be), colbalt (Co)– Otros factores: pH, Eh, dureza, alcalinidad, cianuro (CN)

Nutrientes: nitrógeno y fósforo Sesión 1-3b

• Especies de Nitrógeno:– Nitrato (NO3-N)– Amoniaco (NH3-N)– El nitrógeno total (TN)– El nitrógeno inorgánico total (TIN) [TN menos nitrógeno

orgánico]– El nitrito (NO2-N)– El nitrato + nitrito de nitrógeno (NO2 + NO3-N)

• Especies de fósforo:– El fósforo total (TP o total P)– El fósforo disuelto (DP o P disuelto)

• Otras consideraciones: DO, temperatura, profundidad de Secchi (represas), la clorofila-a, la vida acuática, DBO

Constituyentes Orgánicos

• Carbono orgánico total (TOC), disuelto (DOC), en sedimentos (SOC)

• Pesticidas

• Insecticidas

• Herbicidas

• Petróleo y gas (hidrocarburos) [diferencias de densidad]

• MTBE (aditivo de la gasolina)

• Disolventes (TCE, etc), y subproductos de degradación

• Otras variables y consideraciones: DQO, PCB, PPCP, límites mínimos de detección (manipulación no detectados)

Variables Biológicas

• La clorofila-a vs. T-P (sesión 1-3b)

• Especies de algas - diversidad y número

• Fitoplancton

• Perifiton

• Consideraciones:– Estado ecológico (metas, estándares)– Interacción con nutrientes

Variables Radiológicas sesión 2-1

• Indicadores:

• Radionuclidos:– Plutonio (239Pu)– El americio (Am 241)– Torio (Th232)– El neptunio (237Ne)

• Isótopos:– Estroncio (90Sr), deuterio (2H), tritio (3H)– Plomo (210Pb), uranio (235U), radio (223/224/226Ra)

• Otros:– Uranio (ionizado), radón (gas)– C-14 – Berilio (Be)

Variables relacionadas a los sedimentos

Más detalles se tratarán en sesión 2-1

• Transporte de sedimentos suspendidos en arroyos

• Carga de fondo en arroyos

• Química del fondo de sedimentos (metales traza)

• La sedimentación en los embalses (lagos y embalses)

• Pérdida en el volumen de almacenamiento

• La eutrofización

• Interacciones sedimento/agua - flujo interno (nutrientes)

• Otras consideraciones - impactos

Otros Impactos en CA- Gestión de Residuos

(Algunos ejemplos)

• Farmacéuticas

• Productos de Cuidado Personal (PCP) [sesión 2-1]

• Emisiones Atmosféricas - polvo fugitivo industrial

• Eliminación de Residuos Sólidos

• Residuos municipales– Cenizas volantes de centrales eléctricas de carbón– Relativos a las minas de baja ley, mineral de pilas de desechos y

relaves– Bajo nivel/alto nivel de residuos radiactivos de las centrales nucleares

• Hidro fracking para la recuperación de gas– Fluidos de perforación

“Desechos” vs. “Residuos”Fuente: Recursos para el Futuro (varios informes).

• Las actividades humanas generan desechos

• Los desechos residuales se pueden convertir de un medio a otro. Ejemplos:– Aguas residuales / tratamiento de drenaje de minas - sólidos y

lodos– Plantas depuradoras de energía-emisiones de chimenea '-

residuos sólidos

• Los residuos que son "desechos" para algunos pueden tener valor para otros

– Reciclaje de Computadoras - Metales– Reciclaje de vidrio, aluminio, chatarra, plástico, papel– Vertederos residuos orgánicos - generar gas metano (CH4)

Calidad del agua (aguas receptoras) y Uso Beneficial del Agua

• Doméstico / Municipal• Hábitat Acuático• Agrícola• Industrial• Recreativo

• Papel de la Ley de Aguas y de la Administración Federal contra Estado / Providencia frente a costumbres locales

Directrices y Regulaciones Discusión adicional en la Sesión 2-4

• UE, Directiva Marco del Agua (DMA)

• EE.UU. Agencia de Protección Ambiental (USEPA) - estándares del agua potable, TMDLs, y Swap (programa de evaluación de fuente de agua)

• México / Panamá / Perú, Normas - abastecimiento de agua protección de la calidad y de planta de aguas residuales y tratamiento relacionados con la minería, controles de descarga

• Panamá, Resoluciones - Agua potable, suministro de protección (zonas rurales y municipios)

• México y la República de Yemen – protección de los recursos de las aguas subterráneas.