muestreos de calidad de agua en medios receptores
Anuncio
MUESTREOS DE CALIDAD DE AGUA EN MEDIOS RECEPTORES IMPERMANENTES Ricardo Vicente Petroni Remo Cobbe Ricardo Nicolás Petroni Neuquén 1123 1405-Capital Federal Tel/Fax (011) 4431 7206 E-mail: [email protected] Palabras Clave: Impermanente, Estuario, Muestreador, Calidad, Agua, Automático,. RESUMEN Con el objeto de poder conocer de manera precisa, el comportamiento de los contaminantes en un medio hidráulicamente complejo e impermanente como un estuario, se elaboró una metodología de trabajo muy especifica, que incluyó el desarrollo de equipos y sistemas de captación de muestras que aseguraran la simultaneidad del muestreo. Esta metodología y los equipos y sistemas desarrollados permitieron obtener toda la información necesaria para los posteriores estudios con modelos matemáticos y así determinar la capacidad del medio receptor bajo distintas condiciones meteorológicas. INTRODUCCION El estudio del comportamiento de un medio receptor sometido a la descarga de efluentes contaminantes, impone la necesidad de realizar muestreos de agua que, una vez analizados en laboratorio, permitan tener un conocimiento de los fenómenos involucrados. Esta tarea que puede ser resuelta de manera más o menos sencilla en cursos de agua tales como ríos y arroyos, resulta por el contrario de gran complejidad cuando el medio receptor es un sistema hidráulico de alta impermanencia como son los estuarios de grandes ríos y las costas de mares o grandes lagos. Al respecto cabe enfatizar, que la impermanencia hidrodinámica o sea la continua variabilidad de niveles, corrientes, densidades, etc. no solo se produce por el efecto mareológico directo o inducido por la acción gravitacional de los astros, sino que, simultáneamente con este, se producen variaciones inducidas por la acción meteorológica, particularmente el viento, lo cual hace que estas condiciones presenten importantes cambios a lo largo del año y aún entre distintos años. Ese es el caso precisamente del Río de La Plata, donde al efecto de la marea astronómica se le suma el de la marea meteorológica, provocando una permanente variación de los niveles y las corrientes tanto en el tiempo como en el espacio. Estas características hidrodinámicas hacen por lo tanto muy poco representativos los muestreos tradicionales ejecutados desde una embarcación que recoge punto a punto muestras en distintos instantes de tiempo. La investigación de este tema llevó al desarrollo de un sistema de muestreo que permitió dar respuesta a esta necesidad y así alcanzar el conocimiento de la realidad fisicoquímica y bacteriológica de una extensa área de la franja costera del Río de la Plata. El sistema desarrollado se basa en la programación de muestreos simultáneos en numerosos puntos para distintas condiciones mareológicas y meteorológicas, haciendo uso para ello de botellas tipo NISKIN diseñadas especialmente para que operaran en forma automática y cuyo costo debía ser lo mas bajo posible para posibilitar la mayor cantidad de puntos de muestreo. CONCEPTOS BASICOS DEL SISTEMA DE MUESTREO DESARROLLADO Para la planificación de muestreos en medios receptores de gran complejidad hidrodinámica e impermanentes, se plantearon una serie de premisas que debían ser cumplidas si se quería alcanzar un conocimiento cabal del medio y poder en el futuro efectuar estudios mediante el uso de modelos matemáticos. Estos últimos, a su vez, permitirían en el futuro analizar los cambios que distintas acciones podrían producir sobre el medio. Para ello se estableció que los muestreos : • Debían ser representativos de una determinada condición hidrodinámica medida o determinada de alguna forma. • Debían cubrir el área de interés en su totalidad, • Debían poder repetirse para distintas condiciones hidrodinámicas • Debían considerar la posibilidad de variación de los parámetros en profundidad • Debían tener un costo compatible con los recursos disponibles • Debían incluir la medición de las descargas de al menos los principales efluentes. Con todas estas premisas, se establecieron distintos cursos de acción concurrentes a tal fin, lo que dió como resultado el desarrollo de un sistema basado en el uso de botellas muestreadoras de cierre programado, y el establecimiento de una diagramación de muestreo que utilizando sincronizadamente embarcaciones de base y rápidas, permitiera obtener el conjunto de las muestras en lapsos de tiempo muy corto y simultáneamente efectuar mediciones in situ de algunos parámetros. Una de las partes esenciales del sistema fue el desarrollo de los muestreadores automáticos de bajo costo que permitiera obtener las muestras simultáneas. DESCRIPCION DE LA BOTELLA TIPO NISKIN DE CIERRE PROGRAMADO El muestreador automático programable está compuesto esencialmente por un tubo de polietileno trabajado mecánicamente para alojar las sujeciones. En sus extremos se hallan tapones construidos en PVC de forma semiesférica, unido a través del tubo por una cuerda elástica de neopreno. Cada semiesfera dispone, a su vez, de una cabo de nylon que se utiliza para mantener la tapa abierta y retenida por el disparador automático. Vista del muestreador automático programable El disparador automático, esta formado por un timer electrónico con un contador de horas programable a través de llaves DIP Switch en donde el operador selecciona el lapso de tiempo en horas en que se desea que el disparador actúe. El sistema electrónico de muy bajo consumo opera con una batería de 9 v, con una autonomía de 4 campañas. Toda la electrónica y el electroimán se hallan alojadas en una cápsula estanca de PVC, con una tapa que es sujetada con una abrazadera que a su vez mantiene el disparador en posición. TAREAS EJECUTADAS Sobre la base de los conceptos indicados, se desarrollo un programa de trabajo que incluyó la ejecución de un conjunto de ocho (8) campañas, cada una de las cuales comprendía una serie de determinaciones y muestreos. El intervalo entre campañas se determinó en 11 días aproximadamente, de manera tal que el total del operativo tuvo una duración de aproximadamente 3 meses. El área abarcada se muestra en la figura con una extensión aproximada de 120 Km. por 10 Km. de ancho en el sentido transversal a la costa. DE LA PL AT A RI O MA TA NZ A/ RI AC HU EL O RI O Ubicación de Puntos de Muestreo Dentro de esta área se distribuyeron según un criterio de mayor representatividad un total de 19 transectas en las cuales se ubicaron los puntos de muestreo. En cada uno de estos puntos de muestreo, noventa y seis (96) en total, se fondearon los muestreadores en cantidad de uno por vertical o dos por vertical, según la profundidad del lugar y la importancia del mismo. En total se instalaron 139 botellas muestreadores automáticas tipo Niskin. Estas botellas estaban programadas para abrir a una hora determinada, la cual era seleccionada en base a la condición mareológica. Así los horarios de muestreo correspondían a las pleamares, bajamares, mareas crecientes y mareas bajantes, adoptando como estación de referencia la correspondiente a Dársena F en el Puerto de Buenos Aires, la que además resultaba ser el baricentro aproximado de la franja a relevar. En la figura se indican las posiciones temporales de los muestreos. Programación de Cierre de Botellas Pero estos muestreos por si solos no dan toda la información necesaria para el entendimiento del sistema en análisis y para su posterior estudio. Por tal motivo estos muestreos fueron acompañados de otras determinaciones de tanta importancia como ellos mismos, siendo una de las principales la vinculada a la determinación de los efluentes o volcamientos contaminantes. Estos volcamientos son en general de dos tipos, aquellos que se producen principalmente en la costa y que están constituidos por conductos o pequeños canales de desagüe y aquellos que llegan a través de más importantes cursos de agua, tales como los ríos Luján y Riachuelo, y los arroyos Santo Domingo, Sarandí, etc. De esta manera, es que previo a la ejecución de los muestreos en el Río de la Plata, se realizó un reconocimiento de los principales efluentes contaminantes, los cuales fueron relevados en sección para establecer en ellos una estación de aforo y muestreo simultáneo. Así se identificaron veintitrés(23) principales descargas contaminantes y en cada una de ellas se ejecutaron durante tres días, previos a cada uno de los muestreos, aforos y muestreos con los que se pudieron determinar los caudales volcados por cada uno de lo contaminantes analizados. Al respecto cabe aclarar que en los casos de los cauces naturales, tales como el Luján, el Riachuelo, etc. la acción mareológica tiene una directa influencia en ellos, razón por la cual la medición de caudal tampoco es directa, ya que se debe determinar el caudal neto del curso de agua lo que obliga al uso de mediciones continuas de velocidad por medio del uso de correntógrafos. En la figura se muestra una sección típica de aforo y uno de los correntógrafos utilizados. Sección de Aforo y Muestreo del Río Luján Complementariamente a estos muestreos y como parte integrante del conocimiento de las condiciones del cuerpo receptor, se realizó un muestreo de testigos de suelos del fondo en 144 sitios, muestras a las cuales se le practicaron análisis fisicoquímicos para conocer las condiciones de contaminación de los mismos. Algo similar se hizo con las muestras de sedimento en suspensión que fueron obtenidas mediante la instalación de 6 estaciones con captores de sedimentos, cada una de las cuales poseía 3 captores. Fondeo de Captor de Sedimentos DESARROLLO DE LOS TRABAJOS Los trabajos fueron desarrollados según el cronograma previsto iniciándose las tareas con el fondeo de los correntógrafos en las secciones preestablecidas de los ríos Luján y Riachuelo, y la medición sistemática de velocidades y en todas las secciones preestablecidas como las más importantes fuentes de contaminación del sistema. En el listado siguiente se indican los sitios de medición su código y ubicación geográfica. ------------------------------------------------------------------------------------SITIO CODIGO LATITUD LONGITUD ------------------------------------------------------------------------------------Rio Luján Arroyo El Arca Conducto 33 Orientales (*) Conducto Calle Perú Conducto Calle Borges Conducto Calle Irigoyen Conducto Calle Villate A° Medrano A° White A° Vega A° Maldonado Conducto Ugarteche Conducto Madero Ciudad Deportiva Riach, Pte. Avellaneda (*) Canal Sarandí (*) Canal Santo Domingo (*) A° Gimenez Canalizado (*) Descarga Berazategui (*) A° Las Conchitas Canal Carnaval y Martín Canal Villa Elisa A° El Gato D10 D20 D30 D40 D50 D60 D70 D80 D90 D100 D100 D120 D130 D140 D150 D160 D170 D180 D190 D200 D210 D220 D230 34°25'98 34°26'34 34°27’17 34°28'29 34°30’105 34°30'93 34°30'56 34°32'94 34°32'24 34°33’38 34°34'575 34°34’13 34°35'45 34°37'31 34"38'23 34°39'64 34°40'42 34°44’55 34°44'67 34°48'91 34°48'02 34°49'04 34°51'47 58°32'76 58°32'21 58°31'25 58°29’51 58°28'75 58°28'32 58°28'52 58°28’10 58°26'92 58°27'51 58°25'53 58°23’98 58°22'04 58°21’20 58°21'35 58°19'06 58°18'38 58°12'42 58°10'57 58°11'57 58°01'881 57°58’51 57°57'49 --------------------------------------------------------------------------------------------Las posiciones fueron determinadas con GPS, excepto las marcadas con (*) que fueron obtenidas de la cartografía existente. Luego de iniciadas estas mediciones, se comenzó con lo que se dio en llamar el “sembrado de botellas muestreadoras”, para lo cual se dispuso de dos embarcaciones, el motovelero “Waikicha” que oficiaba de buque madre de apoyo y una lancha rápida llamada “Escarceo”, mediante la cual se recorrían los puntos de muestreo más cercanos a la costa, instalando los muestreadores y tomando su posición mediante GPS. Este sembrado se hacia con una antelación de aproximadamente 8 horas previas al cierre automático de las botellas. Producido el cierre a la hora prefijada, rápidamente mediante el uso del bote “Escarceo”, se recogían las botellas, las cuales eran llevadas a bordo del buque madre “Waikicha”. Bote de Goma “Escarceo” Trasladándose a Punto de Encuentro con la Embarcación Madre Fondeando un Muestreador En el buque madre se tenia instalado un pequeño laboratorio donde se procedía a trasvasar el contenido de las botellas a los envases especiales para luego enviar las muestras al Laboratorio. Simultáneamente se realizaban mediciones mediante sensores electroquímicos, de Oxigeno disuelto, pH, potencial REDOX y temperatura. Fondeo de muestreadores en zonas altamente contaminadas. Todas las muestras luego de ser acondicionadas eran enviadas al laboratorio donde se les practicaban los análisis respectivos, determinados las siguientes substancias y parámetros: ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Arsénico Total Coliformes Fecales Conductividad Cromo Total Coliformes Totales DBO Detergentes DQO Grasas Hidrocarburos Material en suspensión + N/NH4 N/NO2 N/NO3 Nitrógeno Orgánico NTK Oxígeno Disuelto Oxidabilidad Plomo Total Potencial Redox Fósforo Total Sólidos disueltos Sólidos volátiles Igual procedimiento fue utilizado para las muestras obtenidas en los efluentes, mientras que las mediciones de velocidad nivel y datos de correntógrafos fueron procesados en gabinete para determinar los caudales de descarga y su variación temporal. Debido a las variaciones temporales de los caudales en los principales cauces de agua originados en la acción mareológica del Río de la Plata, fue necesario utilizar un modelo matemático unidimensional mediante el cual fue posible establecer cual era el caudal neto del río filtrando los procesos mareológicos. RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS MEDICIONES REALIZADAS EN LA FRANJA COSTERA DEL RÍO DE LA PLATA Como se mostró más arriba, la primera aplicación del sistema desarrollado tuvo lugar en la franja costera sur del Río de La Plata, extendiéndose desde la desembocadura del Río Luján hasta Punta Lara. El estudio de esta zona reviste especial importancia debido a la presencia de la ciudad de Buenos Aires y su conurbano los que utilizan el Río de La Plata como medio receptor de sus efluentes líquidos contaminados y también como fuente de abastecimiento de agua a la población. El objetivo de dicho estudio ejecutado para Aguas Argentinas fue cuantificar el estado de contaminación de la franja costera, a fin de poder diagramar posteriormente el plan de acción para sanear dicha zona. Los resultados de estos muestreos permitieron obtener verdaderas “fotografías instantáneas” del estado de contaminación de dicha franja costera, para diferentes condiciones hidrodinámicas de mareas corrientes y olas. Curvas de Nivel de Coliformes Fecales en Diferentes Condiciones Hidrodinámicas O DE Creciente LA PL AT A RI O MA TA NZ A/ RI AC HU EL O RI RI RI O MA TA NZ A/ RI AC HU EL O Bajamar O DE LA PL AT A De los muestreos realizados surgieron más de 180 planos de estado de contaminación de la totalidad de la franja costera para numerosos parámetros. El estudio permitió por primera vez correlacionar los estados de contaminación del Río de la Plata con las fuentes que lo provocan, así como la capacidad de dilución de este medio receptor bajo distintas condiciones hidrodinámicas y de carga contaminante. De esta manera, se pudo plantear en estudios posteriores, la calibración de modelos de calidad bidimensionales que reprodujeron las situaciones medidas, comparándose no solo la situación en distintos puntos y para distintos momentos sino también, bajo distintas condiciones de descarga contaminante y diversas situaciones hidrodinámicas del cuerpo receptor. En las figuras se muestran ejemplos de estos Planos de contaminación, donde fueron representados los valores de Coliformes Fecales para dos distintas situaciones del río. Compárese estas figuras entre sí, y podrá verse la diferente situación de contaminación que se registra en el Río de la Plata para dos situaciones hidrodinámicas diferentes. CONCLUSIONES Nunca está de más destacar la importancia de la información básica en la realización de estudios de ingeniería de cualquier tipo. Sin embargo el sólo hecho de realizar un muestreo o de medir parámetros no necesariamente implica que dicha medición permita conocer el problema. Por esta razón, resulta primordial que tales mediciones respondan a las condiciones del medio que se mide, de forma tal de asegurar una adecuada imagen de la realidad, que permita la correcta ejecución de estudios posteriores. En efecto, en numerosas ocasiones se acostumbra medir poniendo cuidado en la metodología de extracción de la muestra y su posterior análisis, sin evaluar la utilidad de dichas muestras para los objetivos últimos a lograr. En este caso, a través de un adecuado análisis de las necesidades y conocimiento de la zona de estudio, se implementó un sistema de muestreo con botellas de especial diseño que posibilitó obtener como resultado una vasta cantidad de información de primera calidad, la cual fue luego utilizada para la calibración de un modelo de calidad que, a su vez, permitió un óptimo diseño de las obras a realizar en relación al medio receptor. Es importante destacar que la información recopilada mediante muestreos simultáneos es la única metodología que se adapta a la calibración de modelos de calidad bidimensionales debido a que permite un ajuste espacial y temporal que brinda la necesaria confidencia en la representatividad del modelo.
