Pulpo, otoño de 2010.
Pulpo, otoño de 2010.
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<strong>Pulpo</strong>, <strong>otoño</strong> <strong>de</strong> <strong>2010.</strong>
<strong>Pulpo</strong>, <strong>otoño</strong> <strong>de</strong> <strong>2010.</strong>
ISSN 0187-8336<br />
Vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Portada: cascadas en el río Paraná, en la frontera entre Brasil y<br />
Argentina, Cascadas <strong>de</strong> Iguazú.<br />
En Venezuela, el problema más importante que afecta la<br />
disponibilidad <strong>de</strong>l recurso agua es el <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> las cuencas<br />
hidrográficas, que tiene su origen en la modificación <strong>de</strong> los<br />
patrones <strong>de</strong> uso tradicional <strong>de</strong> la tierra. La cuenca <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo, en el estado Amazonas, no escapa <strong>de</strong> esta realidad,<br />
siendo aún mayor el problema si se consi<strong>de</strong>ra que es y será por<br />
mucho tiempo la fuente más económica <strong>de</strong> abastecimiento <strong>de</strong><br />
agua <strong>de</strong> Puerto Ayacucho, capital <strong>de</strong>l estado. Ver el artículo<br />
“Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas,<br />
Venezuela” <strong>de</strong> Simón Astiz (pp. 5-20).<br />
Foto: Francisco Javier Aparicio Mijares.
<strong>Pulpo</strong>, <strong>otoño</strong> <strong>de</strong> <strong>2010.</strong><br />
Foto: Carlos Fe<strong>de</strong>rico Ruiz Flores.
Contenido Contents<br />
Artículos técnicos<br />
Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo,<br />
Amazonas, Venezuela<br />
Simón Astiz<br />
Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca<br />
rural y su relación con la variabilidad climática<br />
Mónica Gelmi<br />
Rafael Santiago Seoane<br />
Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador<br />
Parshall<br />
Edmundo Pedroza-González<br />
Jorge Leonel Ángel-Hurtado<br />
Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua<br />
dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina<br />
Gran<strong>de</strong>, Oaxaca, México, por medio <strong>de</strong> isótopos<br />
ambientales<br />
Miguel Ángel Mejía-González<br />
Luis González-Hita<br />
Joselina Espinoza-Ayala<br />
José Alfredo González-Verdugo<br />
Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una<br />
industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
Jesús Escobar-Jiménez<br />
Claudia Muro-Urista<br />
Mario Esparza-Soto<br />
Rosa María Gómez-Espinoza<br />
Carmen Díaz-Nava<br />
Beatriz García-Gaitán<br />
Rosa Elena Ortega-Aguilar<br />
Rosa Elvira Zavala-Arce<br />
Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos<br />
con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
Irina Salgado-Bernal<br />
María Elena Carballo-Valdés<br />
Armando Martínez-Sardiñas<br />
Mario Cruz-Arias<br />
María <strong>de</strong>l Carmen Durán-Domínguez-<strong>de</strong>-Bazúa<br />
Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando<br />
curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Maritza L. Arganis-Juárez<br />
Rosalva Mendoza-Ramírez<br />
Ramón Domínguez-Mora<br />
Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río<br />
Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong><br />
datos<br />
Juan Pedro Martín-Vi<strong>de</strong><br />
Eduard Rodríguez-Máñez<br />
Carles Ferrer-Boix<br />
Francisco Núñez-González<br />
David Maruny-Vilalta<br />
Technical articles<br />
Water resource <strong>de</strong>gradation in the Cataniapo River, 5<br />
Amazons, Venezuela<br />
Simón Astiz<br />
Nitrate loads estimation in a rural basin and its 21<br />
relationship with the climate variability<br />
Mónica Gelmi<br />
Rafael Santiago Seoane<br />
Variations in a Parshall flume calibration 35<br />
Edmundo Pedroza-González<br />
Jorge Leonel Ángel-Hurtado<br />
Use of environmental isotopes to <strong>de</strong>termine the 53<br />
contribution of fresh water to Chacahua and Salina<br />
Gran<strong>de</strong> coastal lagoons, Oaxaca Mexico<br />
Miguel Ángel Mejía-González<br />
Luis González-Hita<br />
Joselina Espinoza-Ayala<br />
José Alfredo González-Verdugo<br />
Use of membranes to recover effluent water from the 65<br />
cereal industry<br />
Jesús Escobar-Jiménez<br />
Claudia Muro-Urista<br />
Mario Esparza-Soto<br />
Rosa María Gómez-Espinoza<br />
Carmen Díaz-Nava<br />
Beatriz García-Gaitán<br />
Rosa Elena Ortega-Aguilar<br />
Rosa Elvira Zavala-Arce<br />
Interaction of rhizosphere bacterial isolates with 83<br />
environmentally significant metals<br />
Irina Salgado-Bernal<br />
María Elena Carballo-Valdés<br />
Armando Martínez-Sardiñas<br />
Mario Cruz-Arias<br />
María <strong>de</strong>l Carmen Durán-Domínguez-<strong>de</strong>-Bazúa<br />
Operation of three hydroelectric dams using gui<strong>de</strong> 97<br />
curves and stochastic dynamic programming<br />
Maritza L. Arganis-Juárez<br />
Rosalva Mendoza-Ramírez<br />
Ramón Domínguez-Mora<br />
Morphodynamic study of the Fluvia River. Scope and 115<br />
methods in light of data scarcity<br />
Juan Pedro Martín-Vi<strong>de</strong><br />
Eduard Rodríguez-Máñez<br />
Carles Ferrer-Boix<br />
Francisco Núñez-González<br />
David Maruny-Vilalta
Notas técnicas<br />
Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong><br />
ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central<br />
<strong>de</strong> Chile<br />
José Luis Arumí-Ribera<br />
Diego Andrés Rivera-Salazar<br />
Alfonso Rougier-Herrera<br />
Ricardo Díaz-Borquez<br />
Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana<br />
La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
Alberto J. Sánchez<br />
Miguel Ángel Salcedo<br />
Alberto A. Macossay-Cortez<br />
Yedith Feria-Díaz<br />
Lucero Vázquez<br />
Natalia Ovando<br />
Leonardo Rosado<br />
La biofiltración sobre materiales orgánicos,<br />
nueva tecnología sustentable para tratar agua<br />
residual en pequeñas comunida<strong>de</strong>s e industrias<br />
Marco A. Garzón-Zúñiga<br />
Gerardo Buelna<br />
Gabriela E. Moeller-Chávez<br />
Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región<br />
centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama<br />
Universal <strong>de</strong> Sedimentación en Embalses <strong>de</strong><br />
Zhi<strong>de</strong> Zhou<br />
Daniel Francisco Campos Aranda<br />
Technical notes<br />
Estimation of water losses in sections of rivers in the 135<br />
Laja-Diguillín system, central region of Chile<br />
José Luis Arumí-Ribera<br />
Diego Andrés Rivera-Salazar<br />
Alfonso Rougier-Herrera<br />
Ricardo Díaz-Borquez<br />
Environmental quality of the La Polvora urban lagoon 143<br />
in the Grijalva river watershed<br />
Alberto J. Sánchez<br />
Miguel Ángel Salcedo<br />
Alberto A. Macossay-Cortez<br />
Yedith Feria-Díaz<br />
Lucero Vázquez<br />
Natalia Ovando<br />
Leonardo Rosado<br />
Biofiltration on organic media, a new sustainable 153<br />
technology for wastewater treatment in small<br />
communities and industries<br />
Marco A. Garzón-Zúñiga<br />
Gerardo Buelna<br />
Gabriela E. Moeller-Chávez<br />
Results for 35 bathymetries in the Northeastern-Central 163<br />
region of Mexico, according to the Universal Reservoir<br />
Sedimentation Diagram by Zhi<strong>de</strong> Zhou<br />
Daniel Francisco Campos Aranda<br />
Discusión<br />
Guía para colaboradores<br />
Discussion 175<br />
Contributor’s gui<strong>de</strong> 177
Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río<br />
Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
• Simón Astiz •<br />
Universidad Simón Bolívar, Venezuela<br />
Universidad Autónoma <strong>de</strong> Barcelona, España<br />
Resumen<br />
La cuenca <strong>de</strong>l río Cataniapo, única fuente <strong>de</strong> agua para la ciudad <strong>de</strong> Puerto<br />
Ayacucho en la amazonía venezolana, está siendo sometida a una intensa presión<br />
ambiental por la anárquica expansión agrícola y urbanística local. Con la finalidad <strong>de</strong><br />
caracterizar la alteración espacio-temporal en su calidad <strong>de</strong> agua fueron colectadas<br />
trimestralmente muestras <strong>de</strong> agua y sedimento en las secciones alta, media y baja<br />
<strong>de</strong>l río Cataniapo entre los años 2000 y 2003. Fueron <strong>de</strong>terminados los siguientes<br />
parámetros y compuestos: sólidos suspendidos, alcalinidad, pH, conductividad,<br />
oxígeno disuelto, coliformes totales y fecales, hidrocarburos totales, metales pesados<br />
(Pb, Hg, Ni, Zn, Cu y Cr) e insecticidas organoclorados. Las técnicas analíticas<br />
empleadas para los distintos análisis fueron la espectrofotometría <strong>de</strong> absorción<br />
atómica y el uso <strong>de</strong> sensores <strong>de</strong> campo. Los valores <strong>de</strong> pH oscilaron alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> las<br />
cinco unida<strong>de</strong>s en las tres secciones <strong>de</strong>l río, valor consi<strong>de</strong>rado normal para este tipo<br />
<strong>de</strong> aguas claras, según los registros históricos existentes; sin embargo, fue observada<br />
una acidificación temporal en la hidrofase <strong>de</strong> aguas bajas o época seca cuando el<br />
pH disminuyó hasta valores cercanos a cuatro. Fueron <strong>de</strong>tectadas continuas y<br />
elevadas concentraciones <strong>de</strong> coliformes totales y fecales, alcanzando máximas <strong>de</strong><br />
14 000 y 2 800 organismos 100 ml -1 , respectivamente. Las concentraciones más altas<br />
encontradas para los metales pesados en el compartimiento agua fueron: Cu, 0.09;<br />
Cr, 0.05; Pb, 0.24; Zn, 0.33; Ni, 1.32; Hg, 0.02 mg l -1 , encontrándose el contenido <strong>de</strong><br />
Pb, Ni y Hg por encima <strong>de</strong> las normativas internacionales para el normal <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> la vida acuática en general y para el consumo humano en particular. Fueron<br />
registrados dos insecticidas organoclorados prohibidos en la cuenca <strong>de</strong>bido a su<br />
figura administrativa <strong>de</strong> área protegida: Aldrín (0.072 µg l -1 ) y β-BHC (0.126 µg l -1 ).<br />
Los resultados obtenidos en esta investigación revelaron un <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> la calidad<br />
<strong>de</strong> agua <strong>de</strong> la sección baja <strong>de</strong>l río Cataniapo, que aunque es muy localizado y<br />
mo<strong>de</strong>rado, es necesario remediar implementando alternativas <strong>de</strong> gestión ecológica,<br />
que incorporen el principio <strong>de</strong> precaución en el aprovechamiento <strong>de</strong> sus recursos<br />
acuáticos.<br />
5<br />
Palabras clave: calidad <strong>de</strong> agua, río Cataniapo, contaminación, agroquímicos,<br />
metales pesados, amazonía venezolana.<br />
Introducción<br />
El problema más importante que afecta la<br />
disponibilidad <strong>de</strong>l recurso agua en Venezuela<br />
es el <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> las cuencas hidrográficas, que<br />
tiene su origen en la modificación <strong>de</strong> los patrones<br />
<strong>de</strong> uso tradicional <strong>de</strong> la tierra. La cuenca <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo, en el estado Amazonas, no escapa<br />
<strong>de</strong> esta realidad, siendo aún mayor el problema<br />
si se consi<strong>de</strong>ra que es y será por mucho tiempo<br />
la fuente más económica <strong>de</strong> abastecimiento <strong>de</strong><br />
agua <strong>de</strong> Puerto Ayacucho, capital <strong>de</strong>l estado<br />
(Blanco, 2005; Vitalis, 2010).<br />
Los bosques que cubren la cuenca <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo no escapan a la realidad mundial<br />
sobre la <strong>de</strong>forestación <strong>de</strong>smedida. Según las<br />
escasas estimaciones realizadas (Núñez, 1985,<br />
1993; Blanco, 2005), el 11.8% <strong>de</strong>l total <strong>de</strong>l área<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 5-20
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
6<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
<strong>de</strong> la cuenca se encontraba intervenida, lo que<br />
representa un 5.61% <strong>de</strong> aumento interanual.<br />
Este valor <strong>de</strong> intervención se pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar<br />
bajo con respecto al área total <strong>de</strong> la cuenca,<br />
pero si se toma en cuenta solamente la cuenca<br />
baja, es un valor mo<strong>de</strong>rado. Este aumento <strong>de</strong>l<br />
área intervenida se <strong>de</strong>be al establecimiento <strong>de</strong><br />
nuevas comunida<strong>de</strong>s, las cuales buscan una<br />
ubicación más próxima a Puerto Ayacucho<br />
para comercializar sus productos y tener<br />
acceso a la educación formal, y a la asistencia<br />
médica/sanitaria. La intensificación <strong>de</strong> las<br />
activida<strong>de</strong>s agrícolas tradicionales acelera la<br />
lixiviación y la invasión <strong>de</strong> las malas hierbas,<br />
iniciándose la conversión <strong>de</strong>l bosque primario<br />
a sabana. Esto se nota principalmente en la<br />
porción baja <strong>de</strong> la cuenca, don<strong>de</strong> las áreas<br />
<strong>de</strong> sabanas han aumentado en los últimos<br />
años, al no po<strong>de</strong>r completarse el proceso<br />
natural <strong>de</strong> sucesión ecológica (RBV, 2005).<br />
También se <strong>de</strong>be consi<strong>de</strong>rar el impacto<br />
que tiene sobre el ecosistema la reciente<br />
incorporación <strong>de</strong> los agroquímicos en la<br />
actividad agrícola <strong>de</strong> la cuenca. La ecología <strong>de</strong>l<br />
DDT y sustancias análogas (organoclorados),<br />
ha sido extensamente revisada y sus graves<br />
efectos, aún en bajas concentraciones, sobre<br />
la supervivencia o la reproducción <strong>de</strong><br />
crustáceos, peces carnívoros y aves raptoras,<br />
han sido <strong>de</strong>mostrados experimentalmente y<br />
confirmados mediante extensos estudios <strong>de</strong><br />
campo (Farnworth y Golley, 1977; Turk et al.,<br />
1981; León, 1981; Blanco, 2005).<br />
La utilización <strong>de</strong> agroquímicos en un<br />
ecosistema relativamente oligotrófico, como lo<br />
es el río Cataniapo, con una baja capacidad <strong>de</strong><br />
amortiguamiento o <strong>de</strong> resistencia a un impacto<br />
ambiental (Lasi, 1984), podría causar una gran<br />
disminución <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>l río. Los<br />
agroquímicos pue<strong>de</strong>n llegar al cauce <strong>de</strong>l río<br />
al ser arrastrados por las intensas lluvias que<br />
caen en la zona y por las aguas <strong>de</strong> riego; <strong>de</strong><br />
esta forma, los insecticidas son incorporados a<br />
la biota, el agua y el sedimento. Por otro lado,<br />
los fertilizantes aumentan la concentración<br />
<strong>de</strong> los niveles promedio <strong>de</strong> nutrientes en el<br />
agua, estimulando un crecimiento excesivo<br />
<strong>de</strong> plantas acuáticas, una disminución <strong>de</strong>l<br />
oxígeno disuelto y un aumento <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda<br />
bioquímica <strong>de</strong> oxígeno; esta última, indicadora<br />
<strong>de</strong> la presencia <strong>de</strong> materia orgánica en el agua<br />
(Turk et al., 1981). Todos estos cambios podrían<br />
originar la <strong>de</strong>saparición <strong>de</strong> algunas especies y<br />
el aumento <strong>de</strong> otras que pue<strong>de</strong>n ser nocivas<br />
e incluso tóxicas. Otro peligro potencial <strong>de</strong><br />
un <strong>de</strong>sarrollo tradicional y a gran escala <strong>de</strong> la<br />
cuenca <strong>de</strong>l río Cataniapo, similar al que se ha<br />
dado en otras regiones <strong>de</strong>l país, sería el aumento<br />
<strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> sedimentos como resultado <strong>de</strong><br />
la <strong>de</strong>forestación, construcción <strong>de</strong> carreteras,<br />
excavación <strong>de</strong> préstamos y extracción <strong>de</strong> oro<br />
en los <strong>de</strong>pósitos aluviales. Los efectos <strong>de</strong> este<br />
aumento <strong>de</strong> la turbi<strong>de</strong>z en el agua sobre la biota<br />
acuática son muchos y variados (Farnworth y<br />
Golley, 1977; Infante, 1992; Contreras, 1993).<br />
Adicionalmente, se incrementarían los costos<br />
<strong>de</strong> potabilización <strong>de</strong>l agua por parte <strong>de</strong>l<br />
organismo público regional encargado <strong>de</strong> ello,<br />
la Corporación Venezolana <strong>de</strong> Guayana, por lo<br />
que si no se toman las medidas preventivas y/o<br />
correctivas necesarias <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> una gestión<br />
ecológica eficaz <strong>de</strong> esta cuenca, se tendría<br />
como consecuencia inmediata una acelerada<br />
<strong>de</strong>gradación ambiental <strong>de</strong> la misma.<br />
Los estudios a largo plazo necesitan ser<br />
extensivos e intensivos. La motivación <strong>de</strong> los<br />
mismos no sólo se <strong>de</strong>be a fines <strong>de</strong> curiosidad<br />
científica, sino que suministran datos que<br />
i<strong>de</strong>almente respondan a una serie <strong>de</strong> preguntas<br />
en cascada, producto <strong>de</strong>l análisis <strong>de</strong> los<br />
mismos. Estos estudios facilitan la comprensión<br />
<strong>de</strong> las variaciones propias <strong>de</strong> los sistemas<br />
y su funcionamiento general, a la vez<br />
que permiten <strong>de</strong>tectar posibles impactos<br />
sobre el medio por procesos antrópicos,<br />
constituyéndose en una especie <strong>de</strong> “sistema<br />
<strong>de</strong> alerta temprana” que sea <strong>de</strong> utilidad para<br />
la disminución y el manejo <strong>de</strong> los posibles riesgos<br />
asociados (Miller, 2004). Es indispensable<br />
tener una base <strong>de</strong> datos ambientales multianual<br />
para po<strong>de</strong>r establecer la estacionalidad<br />
<strong>de</strong> los sistemas y las variaciones intrínsecas<br />
<strong>de</strong> los <strong>de</strong>scriptores <strong>de</strong> la calidad ambiental<br />
<strong>de</strong> la cuenca, por lo que el objetivo <strong>de</strong> este
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
estudio fue <strong>de</strong>terminar los niveles base y las<br />
variaciones espacio-temporales <strong>de</strong> algunos<br />
parámetros fisicoquímicos, elementos metálicos<br />
y orgánicos, indicadores <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong><br />
agua y sedimento <strong>de</strong>l río Cataniapo. Esta base<br />
<strong>de</strong> datos ambiental constituiría el punto <strong>de</strong><br />
partida para una posible incorporación <strong>de</strong>l<br />
principio <strong>de</strong> precaución en la gestión <strong>de</strong> los<br />
recursos acuáticos <strong>de</strong> la cuenca.<br />
Materiales y métodos<br />
Área <strong>de</strong> estudio<br />
La cuenca <strong>de</strong>l río Cataniapo está localizada<br />
en el municipio Atures, al noroeste <strong>de</strong>l estado<br />
Amazonas, Venezuela, y al sureste <strong>de</strong> la ciudad<br />
<strong>de</strong> Puerto Ayacucho (5° 25’-5° 43’ N, 67° 05’<br />
-67° 35’ W). Forma parte <strong>de</strong> la subcuenca <strong>de</strong>l<br />
Orinoco medio y tiene un área <strong>de</strong> 1 585 km 2 .<br />
La longitud máxima <strong>de</strong>l cauce principal <strong>de</strong>l<br />
río Cataniapo es <strong>de</strong> 108 km, con un gasto<br />
promedio en el ámbito <strong>de</strong> <strong>de</strong>sembocadura<br />
<strong>de</strong> 82.7 m 3 s -1 (Núñez, 1993). El clima <strong>de</strong> esta<br />
importante cuenca se pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar <strong>de</strong> tipo<br />
tropical monzónico, con una corta estación<br />
seca comprendida entre los meses <strong>de</strong> enero y<br />
marzo, y una precipitación promedio anual <strong>de</strong><br />
2 847 mm en la comunidad <strong>de</strong> Gavilán (cuenca<br />
media). La población <strong>de</strong> esta área es <strong>de</strong> 3 112<br />
habitantes, siendo el 90% indígena (Graterol y<br />
Botto, 2003). El río Cataniapo es un río <strong>de</strong> sexto<br />
or<strong>de</strong>n, que recibe las aguas <strong>de</strong> 116 afluentes,<br />
siendo el río Gavilán el mayor <strong>de</strong> ellos y<br />
responsable <strong>de</strong>l 25% <strong>de</strong>l área total <strong>de</strong> drenaje.<br />
Las aguas <strong>de</strong>l río Cataniapo son consi<strong>de</strong>radas<br />
como “aguas claras”, según la clasificación <strong>de</strong><br />
Sioli, <strong>de</strong> poca turbi<strong>de</strong>z y con una coloración<br />
verdosa (Sioli, 1967).<br />
Las estaciones para los muestreos <strong>de</strong><br />
agua y sedimentos fueron fijadas en la zona<br />
ribereña en tres puntos <strong>de</strong> fácil acceso:<br />
el muelle <strong>de</strong> la comunidad indígena <strong>de</strong><br />
“Gavilán”, correspondiente a la estación uno<br />
(5° 32’ 10’’ N, 67° 21’ 52’’ W), representativa<br />
<strong>de</strong> las condiciones <strong>de</strong> la sección alta <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo; la comunidad indígena <strong>de</strong> “Las<br />
Pavas”, correspondiente a la estación dos (5°<br />
34’ 26’’ N, 67° 30’ 15’’ W), representativa <strong>de</strong>l<br />
tramo “medio” <strong>de</strong>l río, y finalmente la estación<br />
<strong>de</strong> aducción <strong>de</strong>l acueducto local o “Toma <strong>de</strong><br />
la CVG”, correspondiente a la estación tres<br />
(5° 36’ 14’’ N, 67° 35’ 36’’ W), representativa<br />
<strong>de</strong> la sección baja <strong>de</strong>l río. Adicionalmente, se<br />
colectaron muestras <strong>de</strong> agua para el análisis<br />
<strong>de</strong> coliformes fecales en el balneario turístico<br />
Culebra (5° 36’ 04’’ N, 67° 36’ 34’’ W) y en un<br />
pequeño afluente llamado caño Carinagua (5°<br />
32’ 10’’ N, 67° 36’ 09’’ W), ambos localizados en la<br />
cuenca baja <strong>de</strong>l río, siendo este último receptor<br />
<strong>de</strong> las aguas residuales <strong>de</strong> varios sectores <strong>de</strong><br />
la ciudad <strong>de</strong> Puerto Ayacucho (Oberti, 1977).<br />
Se realizaron seis muestreos <strong>de</strong> campo entre<br />
los años 2000 y 2003 para la recolección <strong>de</strong><br />
muestras <strong>de</strong> agua y sedimento. Estos muestreos<br />
correspondieron a las hidrofases <strong>de</strong>l río <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scenso <strong>de</strong> aguas (septiembre-noviembre<br />
<strong>de</strong> 2000); aguas bajas (<strong>de</strong> diciembre <strong>de</strong> 2000<br />
a febrero <strong>de</strong> 2001); ascenso <strong>de</strong> aguas (marzomayo<br />
<strong>de</strong> 2002), y aguas altas (junio-agosto<br />
<strong>de</strong> 2003). Se recolectaron en total 36 muestras<br />
<strong>de</strong> agua a una profundidad <strong>de</strong> 20 cm en<br />
botellas <strong>de</strong> Nalgene <strong>de</strong> un litro <strong>de</strong> capacidad,<br />
previamente lavadas con una solución <strong>de</strong> HCl<br />
al 10% y agua <strong>de</strong>sionizada. Las muestras para<br />
<strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> metales fueron conservadas<br />
con 1 ml <strong>de</strong> H 2<br />
NO 3<br />
concentrado, mientras que<br />
las muestras para los análisis <strong>de</strong> hidrocarburos<br />
se preservaron con 1 ml <strong>de</strong> HCl concentrado.<br />
Finalmente se recolectaron un total <strong>de</strong> 18<br />
muestras <strong>de</strong> sedimento húmedo ribereño en<br />
un perfil <strong>de</strong> 15 cm <strong>de</strong> profundidad en bolsas<br />
plásticas herméticas <strong>de</strong> 300 g <strong>de</strong> capacidad,<br />
colocándolas luego bajo refrigeración. Se<br />
<strong>de</strong>terminaron los siguientes parámetros y<br />
compuestos: sólidos suspendidos totales y<br />
orgánicos por filtración <strong>de</strong> un litro <strong>de</strong> muestra<br />
a través <strong>de</strong> filtros GF/C y posterior secado<br />
a 60 ºC por 24 h o hasta obtener un peso<br />
constante; el componente orgánico se obtuvo<br />
por diferencia entre el residuo remanente<br />
y la fracción volátil luego <strong>de</strong> la calcinación<br />
respectiva a 450 ºC. El pH, temperatura,<br />
conductividad y oxígeno disuelto se <strong>de</strong>terminó<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
7
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
8<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
in situ con el uso <strong>de</strong> sensores <strong>de</strong> campo. Los<br />
coliformes totales y fecales se <strong>de</strong>terminaron<br />
por el método <strong>de</strong>l número más probable<br />
(NMP). Los hidrocarburos totales <strong>de</strong> petróleo<br />
(TPH), metales pesados (Pb, Hg, Ni, Zn, Cu,<br />
Cd, Ba, Mn y Cr) e insecticidas organoclorados<br />
se analizaron utilizando espectrofotometría <strong>de</strong><br />
absorción atómica siguiendo los criterios <strong>de</strong>l<br />
Standard Methods (APHA, 1985).<br />
Resultados<br />
Compartimiento agua<br />
Parámetros fisicoquímicos<br />
La variación espacial en la concentración<br />
<strong>de</strong> sólidos suspendidos totales presentó un<br />
gradiente que va <strong>de</strong> menor a mayor concentración<br />
a medida que se avanzó aguas abajo<br />
en las estaciones <strong>de</strong> muestreo (cuadro 1). Los<br />
valores máximos (10.79 mg l -1 ) y mínimos (3.15<br />
mg l -1 ) correspondieron a la hidrofase <strong>de</strong> aguas<br />
altas (junio-agosto) y aguas bajas (diciembrefebrero),<br />
respectivamente. Se observó un<br />
aporte diferencial <strong>de</strong> material alóctono como<br />
consecuencia <strong>de</strong>l régimen lluvioso <strong>de</strong> la<br />
zona. Los mayores ingresos <strong>de</strong> este material<br />
ocurrieron en la hidrofase <strong>de</strong> las aguas altas,<br />
en la que se produce un constante y abundante<br />
flujo <strong>de</strong> solutos y partículas hacia el río, tanto<br />
a nivel superficial como a nivel subterráneo,<br />
reflejándose este proceso en los mayores<br />
valores <strong>de</strong> concentración <strong>de</strong> sólidos en esa fase.<br />
En el muestreo correspondiente a la hidrofase<br />
<strong>de</strong> aguas bajas (época seca) se observaron los<br />
menores valores <strong>de</strong> sólidos suspendidos como<br />
consecuencia <strong>de</strong> la carencia <strong>de</strong> precipitaciones<br />
y por consiguiente <strong>de</strong> los aportes terrestres<br />
provenientes <strong>de</strong> la cuenca, así como también <strong>de</strong><br />
la escasa corriente presente en el canal principal<br />
<strong>de</strong>l río. En cuanto a la fracción orgánica<br />
<strong>de</strong> los sólidos suspendidos, se <strong>de</strong>tectaron<br />
las mayores concentraciones en la estación<br />
representativa <strong>de</strong> la sección baja <strong>de</strong>l río (toma<br />
CVG) con valores <strong>de</strong> 5.05 mg l -1 (cuadro 1).<br />
El valor promedio <strong>de</strong>l pH osciló alre<strong>de</strong>dor<br />
<strong>de</strong> cinco para las tres secciones <strong>de</strong>l río (cuadro<br />
1). Sin embargo, en la época <strong>de</strong> sequía o<br />
hidrofase <strong>de</strong> aguas bajas (diciembre-febrero), se<br />
observó una disminución <strong>de</strong>l pH hasta las 3.60<br />
unida<strong>de</strong>s en dirección a la <strong>de</strong>sembocadura. Los<br />
valores <strong>de</strong> oxígeno disuelto fueron ligeramente<br />
superiores en la época seca o <strong>de</strong> aguas bajas,<br />
(diciembre-febrero) alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 9.8 mg l -1 , en<br />
comparación con la estación o hidrofase <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scenso <strong>de</strong> aguas (septiembre-noviembre), en<br />
don<strong>de</strong> los valores oscilaron alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> los<br />
7.4 mg l -1 (cuadro 1). La alcalinidad (3.25 mg l− 1<br />
CaCO 3-<br />
), conductividad (6.1 µS cm−¹) y oxígeno<br />
disuelto (6.97 mg l−¹) presentaron valores<br />
promedio aceptables para el normal <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> la vida acuática y mantuvieron la ten<strong>de</strong>ncia<br />
observada y reportada en los últimos años. Los<br />
valores bajos <strong>de</strong> conductividad (2.85 µS cm -1 ) y<br />
alcalinidad (0.2 mg l -1 CaCO 3-<br />
) observados en el<br />
río Cataniapo son el resultado <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> suelos<br />
que drena la cuenca <strong>de</strong>l río, los cuales son muy<br />
antiguos, lixiviados, y pobres en carbonatos y<br />
sales disueltas.<br />
Parámetros microbiológicos<br />
Se <strong>de</strong>tectaron concentraciones altas <strong>de</strong> coliformes<br />
totales y fecales, alcanzando máximos<br />
<strong>de</strong> 14 000 y 2 800 organismos 100 ml -1 ,<br />
respectivamente (figuras 1a y 1b). Estos valores<br />
exce<strong>de</strong>n los establecidos como límites para la<br />
utilización <strong>de</strong>l agua para consumo humano<br />
(0 org. 100 ml -1 ), con fines <strong>de</strong> riego (50 org.<br />
100 ml -1 ) y con fines recreacionales (200 org.<br />
100 ml -1 ), según organismos nacionales, como<br />
el Ministerio <strong>de</strong>l Ambiente, e internacionales,<br />
como la Unión Europea y la Agencia <strong>de</strong><br />
Protección Ambiental <strong>de</strong> los Estados Unidos<br />
(RBV, 1995; UE, 1998; EPA, 2008). Es importante<br />
<strong>de</strong>stacar los altos valores <strong>de</strong> coliformes fecales<br />
observados en las zonas recreacionales y <strong>de</strong><br />
pesca tradicional <strong>de</strong> la cuenca baja <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo (figura 1b), como son el balneario<br />
<strong>de</strong> Culebra y el río Carinagua, este último<br />
afluente <strong>de</strong>l río Cataniapo en su sección baja.<br />
Estas zonas son consi<strong>de</strong>radas como las riberas
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
Cuadro 1. Concentraciones promedio, mínimos y máximos <strong>de</strong> los parámetros fisicoquímicos analizados en las diferentes hidrofases y para cada estación.<br />
Hidrofase<br />
Aguas bajas Ascenso aguas Aguas altas Descenso aguas<br />
Parámetro 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3<br />
8.15<br />
(4.0-12.80)<br />
6.39<br />
(5.79-6.95)<br />
5.63<br />
(4.50-7.70)<br />
7.08<br />
-<br />
(5.08-8.70)<br />
10.79<br />
(6.20-8.1)<br />
5.90<br />
(4.01-7.20)<br />
4.50<br />
(3.00-7.10)<br />
5.48<br />
(3.22-10.1)<br />
6.82<br />
(5.09-9.60)<br />
5.91<br />
(3.22-8.21)<br />
3.15<br />
(2.51-10.02)<br />
Sólidos susp.<br />
tot. (mg l -1 )<br />
5.05<br />
(4.35-7.21)<br />
3.52<br />
(1.68-6.90)<br />
3.22<br />
(1.70-6.81)<br />
2.83<br />
-<br />
(2.54-3.60)<br />
4.53<br />
(3.50-7.12)<br />
1.93<br />
(1.50-2.12)<br />
1.44<br />
(1.38-1.88)<br />
1.67<br />
(1.50-2.00)<br />
3.00<br />
(2.40-3.45)<br />
3.01<br />
(2.32-3.50)<br />
1.35<br />
(0.70-1.55)<br />
Sól. susp. org.<br />
(mg l -1 )<br />
5.50<br />
(5.30-5.70)<br />
6.00<br />
(5.64-6.69)<br />
6.00<br />
(5.85-6.33)<br />
5.7<br />
(5.40-6.20)<br />
5.90<br />
(5.60-6.50)<br />
5.70<br />
(5.40-6.20)<br />
5.50<br />
(5.30-5.70)<br />
5.43<br />
(5.20-5.65)<br />
5.25<br />
(5.10-5.40)<br />
3.50<br />
(3.45-3.55)<br />
3.60<br />
(3.50-3.71)<br />
6.20<br />
pH<br />
(6.10-6.30)<br />
7.4<br />
(7.25-7.55)<br />
7.60<br />
(7.50-7.70)<br />
7.40<br />
(7.35-7.45)<br />
7.80<br />
(7.70-7.90)<br />
7.60<br />
(7.45-7.95)<br />
8.00<br />
(7.60-8.40)<br />
9.80<br />
- - -<br />
(9.60-10.1)<br />
9.60<br />
(9.20-10.0)<br />
9.60<br />
(9.10-9.95)<br />
Oxígeno<br />
disuelto (mg l -1 )<br />
3.48<br />
(3.40-3.55)<br />
4.60<br />
(4.40-4.70)<br />
3.82<br />
(3.60-3.98)<br />
3.12<br />
(3.10-3.15)<br />
3.13<br />
(3.10-3.15)<br />
3.59<br />
(3.40-3.72)<br />
3.09<br />
(3.00-3.15)<br />
2.87<br />
(2.85-2.91)<br />
2.85<br />
(2.80-2.90)<br />
4.65<br />
(4.35-4.95)<br />
4.06<br />
(3.55-4.50)<br />
Conduct.<br />
-<br />
(µS cm -1 )<br />
1.20<br />
0.20<br />
(1.10-1.30)<br />
1.55<br />
(1.50-1.60)<br />
4.20<br />
0.00 0.00 0.00<br />
(4.15-4.25)<br />
4.60<br />
(4.50-4.70)<br />
1.20<br />
-<br />
(1.10-1.30)<br />
1.10<br />
(1.50-1.15)<br />
1.20<br />
(1.10-1.30)<br />
Alcalinid.<br />
(mg l -1 CaCO₃)<br />
24.0<br />
(23.9-24.1)<br />
23.2<br />
(23.0-23.4)<br />
23.8<br />
(23.5-24.1)<br />
26.9<br />
(26.5-27.3)<br />
25.7<br />
(24.7-28.0)<br />
25.4<br />
(24.3-27.2)<br />
24.9<br />
(24.5-25.3)<br />
24.3<br />
(24.1-24.4)<br />
24.7<br />
(24.2-24.9)<br />
26.0<br />
(25.5-26.5)<br />
25.0<br />
(23.8-26.2)<br />
26.2<br />
Temp. (ºC)<br />
(26.0-26.4)<br />
1<br />
Estación: 1 = Gavilán, 2 = Las Pavas, 3 = Toma <strong>de</strong> la CVG.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
9
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
16 000<br />
14 000<br />
Colif. tot. (ind 100 ml - 1 )<br />
12 000<br />
10 000<br />
8 000<br />
6 000<br />
4 000<br />
a)<br />
2 000<br />
0<br />
Aguas bajas Ascenso Aguas altas Descenso<br />
6 000<br />
10<br />
Colif. fecal (ind 100 ml - 1)<br />
5 000<br />
4 000<br />
3 000<br />
2 000<br />
1 000<br />
b)<br />
0<br />
Aguas bajas Ascenso Aguas altas Descenso Culebra Carinagua<br />
Figura 1. Variación en la concentración <strong>de</strong> (a) coliformes totales y (b) coliformes fecales en las estaciones<br />
estudiadas en el río Cataniapo durante el periodo 2000-2003 (barras negras: Gavilán; barras blancas: Las Pavas;<br />
barras grises: Toma <strong>de</strong> la CVG).<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
más contaminadas por bacterias coliformes en<br />
el estado Amazonas.<br />
Metales pesados<br />
La concentración <strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> los metales<br />
pesados analizados en el agua (cuadro 2)<br />
estuvo por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> los límites establecidos<br />
tanto por las normas internacionales (EPA,<br />
1976; UE, 1998; EPA, 2008) como por las<br />
nacionales (RBV, 1995). La mayoría <strong>de</strong> los<br />
metales disueltos analizados en el agua, como<br />
el Pb, Zn, Ni, Cr y Hg, presentó la mayor<br />
concentración en la fase <strong>de</strong> aguas bajas o<br />
estación seca. Es importante <strong>de</strong>stacar las<br />
elevadas concentraciones <strong>de</strong> plomo observadas<br />
tanto en la estación “Muelle Gavilán”<br />
(0.24 mg l -1 ) como en la estación “Toma <strong>de</strong> la
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
CVG” (0.20 mg l -1 ) en la hidrofase <strong>de</strong> aguas<br />
bajas, las cuales superaron los valores límites<br />
consi<strong>de</strong>rados como inocuos para el normal<br />
<strong>de</strong>sarrollo y la conservación <strong>de</strong> la vida acuática,<br />
y las normas para las aguas <strong>de</strong>stinadas al<br />
uso doméstico o industrial (0.1 y 0.05 mg l -1 ,<br />
respectivamente) (Alabaster y Lloyd, 1982;<br />
RBV, 1995). En cuanto a las concentraciones<br />
<strong>de</strong> mercurio en el agua, éstas presentaron<br />
nuevamente los mayores valores en la hidrofase<br />
<strong>de</strong> aguas bajas con 0.02 mg l -1 , en comparación<br />
con las otras fases hidrológicas<br />
(cuadro 2), don<strong>de</strong> se obtuvieron valores por<br />
<strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l límite <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección <strong>de</strong>l analizador<br />
empleado: 0.001 mg l -1 , a excepción <strong>de</strong> lo<br />
observado en la estación “Las Pavas” y<br />
en la fase <strong>de</strong> ascenso <strong>de</strong> aguas, cuando la<br />
concentración fue superior (0.017 mg l -1 ).<br />
Estos valores estuvieron por encima <strong>de</strong> las<br />
normativas existentes para las aguas <strong>de</strong><br />
consumo (MARNR, 1982; UE, 1998; Khan y<br />
Lumb, 2003).<br />
Residuos <strong>de</strong> insecticidas organoclorados<br />
Se <strong>de</strong>tectaron concentraciones altas <strong>de</strong> dos<br />
insecticidas organoclorados: aldrín (0.072 µg<br />
l -1 ) y ß-BHC (0.126 µg l -1 ), ambos en la estación<br />
<strong>de</strong> Gavilán, representativa <strong>de</strong> la sección<br />
alta <strong>de</strong>l río, y solamente en la hidrofase <strong>de</strong><br />
aguas bajas <strong>de</strong>l río (cuadro 3). Estos valores<br />
exce<strong>de</strong>n a los consi<strong>de</strong>rados como límite por<br />
las agencias ambientales norteamericanas y<br />
europeas: 0.00005 µg l -1 para el aldrín y 0.01<br />
µg l -1 para el ß-BHC (Cubillos, s.f.; UE, 1998;<br />
EPA, 2008).<br />
Hidrocarburos<br />
La presencia en el agua <strong>de</strong> hidrocarburos<br />
<strong>de</strong>rivados <strong>de</strong>l petróleo (TPH) estuvo comprendida<br />
entre los 0.5 y los 9.8 mg l -1 en<br />
las hidrofases <strong>de</strong> aguas bajas y aguas altas,<br />
respectivamente (cuadro 2). Estos valores son<br />
muy superiores a las normativas establecidas<br />
por la EPA (0.0 mg l -1 ), la <strong>de</strong>l MARNR (0.3 mg<br />
l -1 ) y la <strong>de</strong> la UE (0.01 mg l -1 ) para aguas <strong>de</strong><br />
consumo.<br />
Compartimiento sedimento<br />
Presencia <strong>de</strong> hidrocarburos y metales pesados<br />
Los niveles <strong>de</strong> contaminación por los <strong>de</strong>rivados<br />
<strong>de</strong>l petróleo (aceite y gasolina) en las estaciones<br />
<strong>de</strong> muestreo se presentó en mayor magnitud en<br />
el compartimiento <strong>de</strong>l sedimento, alcanzando<br />
valores <strong>de</strong> TPH entre los 101.0 y 600.0 mg kg -1 ,<br />
y <strong>de</strong> plomo entre los 4.5 y 24.2 mg kg -1 (cuadro<br />
2), este último proveniente <strong>de</strong> su utilización<br />
hasta el año 2000 como anti<strong>de</strong>tonante en la<br />
gasolina <strong>de</strong> primera generación expendida<br />
hasta esa fecha.<br />
Discusión<br />
En general, las variaciones espaciales y<br />
temporales en la concentración <strong>de</strong> los sólidos<br />
suspendidos orgánicos y totales respondió<br />
a los aportes provenientes <strong>de</strong>l lavado <strong>de</strong><br />
material terrestre <strong>de</strong> la cuenca producido en<br />
la época <strong>de</strong> mayor pluviosidad. Los valores<br />
<strong>de</strong> sólidos suspendidos observados reflejan<br />
poca variación, en comparación con estudios<br />
anteriores <strong>de</strong> otros investigadores: 76.29<br />
mg l -1 (Nuñez, 1993; Lucchetti, 1996). Esta<br />
observación constituiría una clara evi<strong>de</strong>ncia<br />
<strong>de</strong> que a pesar <strong>de</strong> la creciente intervención<br />
antrópica que está sucediendo en la cuenca<br />
baja <strong>de</strong>l río Cataniapo, las condiciones<br />
saludables y <strong>de</strong> mínima intervención <strong>de</strong>l<br />
bosque ribereño o <strong>de</strong> galería en la mayor parte<br />
<strong>de</strong> la misma han constituido una zona <strong>de</strong><br />
amortiguamiento que disminuye el impacto<br />
<strong>de</strong> la <strong>de</strong>forestación creciente en este sector.<br />
A pesar <strong>de</strong> esta observación, hay que tener<br />
en cuenta que el río Cataniapo presenta una<br />
rápida respuesta a los eventos hidrológicos<br />
que ocurren en su cuenca alta. Según cálculos<br />
efectuados, el agua producida en las cabeceras<br />
tarda aproximadamente 12 horas en llegar<br />
a su <strong>de</strong>stino final, es <strong>de</strong>cir, su <strong>de</strong>sembocadura<br />
en el río Orinoco, por lo que habría muy poco<br />
margen temporal <strong>de</strong> respuesta ante cualquier<br />
evento pluviométrico <strong>de</strong>smesurado <strong>de</strong> relativa<br />
frecuencia en la zona (Nuñez, 1993).<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
11
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
12<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
Cuadro 2. Concentraciones <strong>de</strong> TPH y <strong>de</strong> metales pesados en el agua ( a mg l -1 ) y en el sedimento ( s mg kg -1 ) en las diferentes hidrofases y para cada estación.<br />
Hidrofase<br />
Aguas bajas Ascenso aguas Aguas altas Descenso aguas<br />
Parámetro 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3<br />
TPH 2 < 0.5/ a 281.5 s < 0.5/409.5 < 0.5/101.0 -/601.0 -/203.0 -/460.0 9.8/344.0 9.2/304.0 8.2/303.0 < 1.00/226.0 < 1.00/154.0 < 1.00/410.0<br />
Cu 0.09/1.18 0.03/0.57 0.05/101.0 < 0.02/0.73 < 0.02/0.24 < 0.02/1.43 < 0.05/< 5.0 < 0.05/< 5.0 < 0.05/< 5.0 < 0.050/< 0.02 < 0.050/< 0.02 < 0.050/< 0.02<br />
Cr 0.007/5.6 0.007/4.61 0.007/8.07 -/0.83 -/2.46 -/2.46 < 0.05/< 5.0 < 0.05/< 5.0 < 0.05/< 5.0 < 0.005/12.00 < 0.005/12.00 < 0.005/11.00<br />
Pb 0.240/- 0.020/- 0.20/- 0.02/10.6 0.02/7.22 0.02/24.2 < 0.05/< 5.0 < 0.05/< 5.0 < 0.05/< 5.0 < 0.001/5.40 < 0.001/5.50 < 0.001/4.50<br />
Zn 0.33/8.33 0.23/8.89 0.09/6.20 0.01/12.2 0.01/6.32 0.01/18.2 < 0.05/15.0 < 0.05/28.0 < 0.05/21.0 < 0.05/< 0.02 < 0.05/< 0.02 < 0.05/< 0.02<br />
Cd < 0.01/- < 0.01/- < 0.01/- < 0.01/0.1 < 0.01/0.1 < 0.01/0.1 -/- -/- -/- -/- -/- -/-<br />
Ni 1.32/- 0.88/- < 0.02/- < 0.02/- < 0.02/- < 0.02/- -/- -/- -/- -/- -/- -/-<br />
B < 0.01/3.04 0.08/8.51 < 0.01/5.23 -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/-<br />
Ba < 0.04/3.09 < 0.04/7.77 0.08/9.04 -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/-<br />
Mn 0.04/14.46 0.08/198.0 0.16/11.42 -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/- -/-<br />
Hg 0.02/0.01 0.02/1.11 0.02/0.01 < 0.001/0.1 0.017/< 0.1 < 0.001/0.1 < 0.001/< 0.1 < 0.001/< 0.1 < 0.001/< 0.1 < 0.001/< 0.001 < 0.001/< 0.001 < 0.001/< 0.001<br />
1<br />
Estación: 1 = Gavilán; 2 = Las Pavas; 3 = Toma CVG.<br />
2<br />
TPH = hidrocarburos totales <strong>de</strong> petróleo.
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
Cuadro 3. Concentraciones <strong>de</strong> insecticidas organoclorados en el agua ( a µg l−¹) y en el sedimento ( s µg kg−¹) en las diferentes hidrofases y para cada estación.<br />
Hidrofase<br />
Aguas bajas Ascenso aguas Aguas altas<br />
Compuesto 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3<br />
Aldrín 0.072 a - s 0.019 a - s 0.047/ 0.001 - - - - - -<br />
Dieldrín - - - - - - - - -<br />
Endosulfan I - - - - - - - - -<br />
Endrín - 0.009 / - - - - - - - -<br />
Heptacloro - - - - - - - - -<br />
Heptaclor Epox - - - - - - - - -<br />
Lindano - - - - - - - - -<br />
a-BHC 2 0.021/ a 0.012 s - 0.016 / - - - - - - -<br />
b-BHC 0.126 / - 0.045 / - 0.018 / - - - - - - -<br />
o,p’-DDE 3 - - - - - - - - -<br />
p,p’-DDE - - - - - - - - -<br />
o,p’-DDD - - - - - - - - -<br />
p,p’-DDD - - - - - - - - -<br />
o,p’-DDT 4 - - - - - - - - -<br />
p,p’-DDT - - - - - - - - -<br />
¹ Estación: 1 = Gavilán; 2 = Las Pavas; 3 = Toma CVG.<br />
2<br />
α/β-BHC = hexaclorocicloexano.<br />
3<br />
DDE = dicloro-bisclorofenil-etileno.<br />
4<br />
DDT = tricloro-bisclorofenil-etano.<br />
_ = valores < 0.005 µg l−¹.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
13
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
14<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
Los valores <strong>de</strong> pH observados en este estudio<br />
se podrían consi<strong>de</strong>rar como inusualmente<br />
bajos. Normalmente las aguas <strong>de</strong>l río Cataniapo<br />
son consi<strong>de</strong>radas ligeramente ácidas, pero<br />
siempre con valores <strong>de</strong> pH comprendidos entre<br />
cinco y seis, por lo que se necesitaría realizar<br />
un monitoreo continuo <strong>de</strong> este parámetro<br />
indicador <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua, para fortalecer<br />
la hipótesis <strong>de</strong> trabajo, que postuló la posible<br />
acidificación <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong>l río en su sección<br />
baja, como se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong> al comparar estos<br />
valores con el promedio histórico obtenido<br />
en los últimos treinta años, representado<br />
por un valor <strong>de</strong> 6.22 (Nuñez, 1993). Existen<br />
diversas causas que podrían estar incidiendo<br />
en la aparición <strong>de</strong> este problema, entre ellas se<br />
encuentran el aumento <strong>de</strong> la tala y quema en la<br />
cuenca, particularmente en la época <strong>de</strong> sequía.<br />
Este incremento respon<strong>de</strong> al cambio <strong>de</strong>l patrón<br />
cultural tradicional <strong>de</strong> producción agrícola<br />
utilizado por los indígenas <strong>de</strong> la zona, que va<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> un patrón <strong>de</strong> subsistencia <strong>de</strong>nominado<br />
“conuco” hacia uno <strong>de</strong> comercialización, el<br />
cual <strong>de</strong>manda mayores extensiones <strong>de</strong> tierra<br />
<strong>de</strong>forestada. Adicionalmente, el aumento<br />
<strong>de</strong> la población y <strong>de</strong>l parque automotor en<br />
la cercana ciudad <strong>de</strong> Puerto Ayacucho por<br />
un lado, en don<strong>de</strong> se concentra casi 90%<br />
<strong>de</strong> la población total <strong>de</strong>l estado Amazonas,<br />
estimada en 190 000 habitantes y, por otro, la<br />
constante incineración <strong>de</strong> los residuos urbanos<br />
en el basurero municipal durante la estación<br />
seca (INE, 2002), traen como consecuencia<br />
un incremento en la producción <strong>de</strong> gases<br />
<strong>de</strong> inverna<strong>de</strong>ro tipo SOx, COx y NOx, que<br />
podrían estar originando el bien documentado<br />
evento atmosférico <strong>de</strong>nominado lluvia ácida,<br />
el cual se estaría produciendo en la localidad.<br />
Adicionalmente, los vientos alisios <strong>de</strong>l noreste<br />
predominantes en la zona servirían <strong>de</strong> medio<br />
<strong>de</strong> transporte para trasladar estos gases hacia<br />
la ciudad y también hacia la cuenca baja<br />
<strong>de</strong>l río, empeorando la situación. Existen<br />
estudios científicos realizados en el ecosistema<br />
amazónico que aportan evi<strong>de</strong>ncias en ese<br />
sentido y <strong>de</strong>muestran que en la época húmeda,<br />
el agua <strong>de</strong> lluvia contiene una serie <strong>de</strong> elementos<br />
químicos <strong>de</strong> origen biológico (biogénicos),<br />
como los ácidos grasos y los fosfatos, mientras<br />
que en la estación seca, cuando ocurren las<br />
gran<strong>de</strong>s quemas <strong>de</strong> vegetación, el pH <strong>de</strong>l agua<br />
<strong>de</strong> lluvia pue<strong>de</strong> disminuir hasta llegar a 4.5<br />
unida<strong>de</strong>s, como consecuencia <strong>de</strong>l aumento <strong>de</strong><br />
las concentraciones <strong>de</strong> los ácidos orgánicos, el<br />
amonio y los nitratos disueltos en ella (Smith et<br />
al., 1995; McClain et al., 2001; Miller, 2004).<br />
Las altas concentraciones <strong>de</strong> oxígeno disuelto<br />
observadas durante las cotas inferiores<br />
en el nivel <strong>de</strong>l río podrían ser explicadas por la<br />
mayor producción <strong>de</strong> oxígeno fotosintético por<br />
unidad <strong>de</strong> volumen, esto como consecuencia<br />
<strong>de</strong> un efecto <strong>de</strong> concentración <strong>de</strong> todos<br />
los organismos productores primarios (las<br />
macrófitas acuáticas, las algas bentónicas y el<br />
fitoplancton, entre otros), así como también<br />
<strong>de</strong> otros organismos consumidores y <strong>de</strong> los<br />
elementos abióticos en esta hidrofase (Huber,<br />
1982; Cushing y Allan, 2001). En cuanto a los<br />
bajos valores <strong>de</strong>terminados para la alcalinidad<br />
y la conductividad observados en el agua <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo, son el resultado <strong>de</strong> la existencia <strong>de</strong><br />
suelos muy lixiviados y carentes <strong>de</strong> carbonatos<br />
en la cuenca, siendo el aporte <strong>de</strong> solutos y sales<br />
al cauce principal <strong>de</strong>l río extremadamente<br />
bajo, lo que explicaría este resultado (Lewis y<br />
Weibezahn, 1976; Blancaneaux et al., 1977).<br />
La contaminación bacteriológica tan significativa<br />
observada en las zonas <strong>de</strong> estudio<br />
constituye uno <strong>de</strong> los principales problemas<br />
<strong>de</strong> salubridad y <strong>de</strong>gradación ambiental <strong>de</strong><br />
una cuenca hidrográfica (Joseph y Yamakanamardi,<br />
2011). Hay evi<strong>de</strong>ncias <strong>de</strong> que este<br />
problema tiene su origen en el aumento<br />
vertiginoso y <strong>de</strong>scontrolado <strong>de</strong> las poblaciones<br />
y <strong>de</strong> los nuevos asentamientos humanos que se<br />
encuentran en la cuenca (MARNR, 1979; INE,<br />
2002). Se ha comprobado que el crecimiento<br />
poblacional está fuertemente relacionado con<br />
el aumento en las concentraciones <strong>de</strong> bacterias<br />
<strong>de</strong>l grupo coliforme en las aguas superficiales<br />
(Romero et al., 2010); estos microorganismos<br />
son consi<strong>de</strong>rados como excelentes indicadores<br />
<strong>de</strong> la presencia <strong>de</strong> activida<strong>de</strong>s antropogénicas<br />
en el ambiente (Frenzel y Couvillion, 2002).
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
La potabilización <strong>de</strong>l agua proveniente<br />
<strong>de</strong>l río Cataniapo requiere actualmente <strong>de</strong><br />
un tratamiento convencional <strong>de</strong> filtración,<br />
floculación, sedimentación y <strong>de</strong>sinfección,<br />
utilizando en este último paso cloro<br />
gaseoso (Porteous, 1996). Este proceso<br />
<strong>de</strong> potabilización lo realiza una empresa<br />
hidrológica pública regional (Corporación<br />
Venezolana <strong>de</strong> Guayana, CVG). Es necesario<br />
<strong>de</strong>stacar el <strong>de</strong>bate existente en el ámbito<br />
mundial sobre la conveniencia o no <strong>de</strong><br />
seguir utilizando la cloración como método<br />
tradicional <strong>de</strong> <strong>de</strong>sinfección <strong>de</strong>l agua. Se<br />
ha <strong>de</strong>mostrado que la utilización <strong>de</strong> dosis<br />
excesivas <strong>de</strong> este elemento en aguas con altas<br />
concentraciones <strong>de</strong> materia orgánica pue<strong>de</strong><br />
originar una serie <strong>de</strong> compuestos tóxicos<br />
<strong>de</strong>nominados trihalometanos, que son nocivos<br />
para la salud (Wright y Nebel, 2002). Tomando<br />
en consi<strong>de</strong>ración el planteamiento anterior y<br />
que adicionalmente los valores promedios <strong>de</strong><br />
coliformes totales que presenta el agua <strong>de</strong>l<br />
río Cataniapo superan los 5 000 org. 100 ml -1 ,<br />
catalogándolo como fuente <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> pobre<br />
calidad (Cubillos, s.f.; RBV, 1995), se requiere<br />
con urgencia la aplicación <strong>de</strong> tratamientos<br />
adicionales y/o alternativos <strong>de</strong> potabilización,<br />
como podrían ser el <strong>de</strong> ozonización, por un<br />
lado, y <strong>de</strong> filtración por carbono activado, por<br />
el otro, esto como una propuesta <strong>de</strong> medida a<br />
corto plazo (Porteous, 1996). A mediano plazo<br />
sería necesario diseñar e implementar planes<br />
<strong>de</strong> saneamiento ambiental integral en las<br />
zonas pobladas <strong>de</strong> la cuenca por parte <strong>de</strong>l<br />
Ministerio <strong>de</strong>l Ambiente, como organismo<br />
público rector <strong>de</strong> las políticas <strong>de</strong> gestión y<br />
manejo <strong>de</strong> las zonas <strong>de</strong> reserva hidráulica<br />
nacionales, como lo es la cuenca <strong>de</strong>l río<br />
Cataniapo. Estas políticas <strong>de</strong>ben incluir la<br />
a<strong>de</strong>cuada disposición <strong>de</strong> <strong>de</strong>sechos tanto<br />
sólidos como líquidos, el or<strong>de</strong>namiento <strong>de</strong> la<br />
ocupación <strong>de</strong>l espacio y <strong>de</strong> toda la actividad<br />
agrícola, así como programas interculturales<br />
<strong>de</strong> educación ambiental bilingüe que se<br />
integren al plan <strong>de</strong> or<strong>de</strong>namiento <strong>de</strong> esta<br />
reserva.<br />
Los metales disueltos analizados en el agua,<br />
entre ellos el Pb, Zn, Ni, Cr y Hg, presentaron<br />
las mayores concentraciones en la hidrofase <strong>de</strong><br />
aguas bajas. Este incremento estacional podría<br />
ser el resultado <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> liberación<br />
y posterior difusión <strong>de</strong> estos elementos,<br />
que ocurre durante la <strong>de</strong>scomposición <strong>de</strong> la<br />
materia orgánica presente en los sedimentos<br />
fluviales; ambos procesos se incrementan y<br />
son favorecidos por las altas temperaturas<br />
y por el estancamiento <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong>l río<br />
durante la estación seca (Márquez et al., 2002;<br />
Rocha y Horbe, 2006). En cuanto a los valores<br />
<strong>de</strong> concentración observados para el plomo,<br />
fueron superiores a las normas establecidas.<br />
La fuente más probable <strong>de</strong> contaminación<br />
puntual por este metal es la cercanía a los<br />
sitios <strong>de</strong> muestreo <strong>de</strong> zonas <strong>de</strong> embarque y<br />
<strong>de</strong>sembarque <strong>de</strong> pequeñas embarcaciones<br />
localmente llamadas bongos, las cuales son<br />
impulsadas por motores fuera <strong>de</strong> borda, que<br />
los habitantes y turistas utilizan diariamente<br />
como medio <strong>de</strong> transporte. Los <strong>de</strong>rrames<br />
frecuentes y la ina<strong>de</strong>cuada disposición <strong>de</strong> los<br />
envases <strong>de</strong> combustible al hacer la reposición<br />
<strong>de</strong> los tanques <strong>de</strong> los motores en esta zona <strong>de</strong><br />
la cuenca serían el origen <strong>de</strong> la contaminación<br />
por plomo <strong>de</strong>tectada en la misma.<br />
La existencia <strong>de</strong> valores altos <strong>de</strong> mercurio<br />
en los ecosistemas fluviales tropicales es<br />
consi<strong>de</strong>rada como un buen indicador <strong>de</strong> la<br />
presencia <strong>de</strong> activida<strong>de</strong>s mineras <strong>de</strong> tipo<br />
aurífera a diversas escalas, las cuales están muy<br />
difundidas en Latinoamérica, y en particular<br />
en las principales cuencas hidrográficas<br />
regionales, como la amazónica y la <strong>de</strong>l Orinoco<br />
(Padovani et al., 1995; Nigel et al., 1995; Smith<br />
et al., 1995). En este tipo <strong>de</strong> actividad, el<br />
mercurio pue<strong>de</strong> liberarse en el ambiente en<br />
forma gaseosa y líquida (mercurio metálico)<br />
durante el proceso <strong>de</strong> amalgamación <strong>de</strong>l oro<br />
con el mercurio. Debido a la baja solubilidad<br />
<strong>de</strong> este metal en agua (25 µg l -1 a 20 ºC), posee<br />
una limitada movilidad en el ambiente y se ha<br />
<strong>de</strong>mostrado que se adsorbe a las partículas <strong>de</strong>l<br />
sedimento en el fondo <strong>de</strong> los ríos (Wasserman<br />
et al., 2003).<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
15
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
16<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
De manera similar, es importante <strong>de</strong>stacar<br />
la presencia <strong>de</strong> residuos <strong>de</strong> insecticidas organoclorados<br />
en la cuenca, entre ellos el<br />
compuesto aldrín, el cual es muy persistente y<br />
permanece en el suelo sin <strong>de</strong>gradarse por largo<br />
tiempo. Cuando este pesticida es incorporado<br />
al cuerpo <strong>de</strong>l insecto, éste lo metaboliza,<br />
originándose un subproducto <strong>de</strong>nominado<br />
dieldrín, el cual es consi<strong>de</strong>rado por los expertos<br />
como un compuesto cancerígeno, por lo que<br />
su utilización ha sido prohibida en los Estados<br />
Unidos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> hace bastante tiempo (EPA,<br />
1976). En relación con los valores observados en<br />
el resto <strong>de</strong> las hidrofases y en el compartimiento<br />
sedimento, las concentraciones fueron<br />
inferiores al límite <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección instrumental<br />
<strong>de</strong> los 0.005 µg l -1 . La gran mayoría <strong>de</strong> los<br />
pesticidas organoclorados (OCPs) y bifenilos<br />
(PCBs) poseen propieda<strong>de</strong>s fisicoquímicas<br />
que favorecen su bioacumulación y biomagnificación<br />
a lo largo <strong>de</strong> las ca<strong>de</strong>nas tróficas,<br />
lo que los hace potencialmente tóxicos para<br />
los seres vivos, incluyendo al género humano<br />
(Vonesh y Kraus, 2009). Estos compuestos tan<br />
persistentes en el ambiente presentan una<br />
amplia distribución mundial y se han <strong>de</strong>tectado<br />
en todos los compartimientos ambientales,<br />
tejidos orgánicos e inclusive en la leche materna<br />
<strong>de</strong> los mamíferos que habitan los polos. A<br />
pesar <strong>de</strong> las restricciones en su fabricación<br />
y uso, en los últimos treinta años se han<br />
<strong>de</strong>tectado altas concentraciones en los tejidos<br />
<strong>de</strong> algunas especies situadas en la cima <strong>de</strong> las<br />
ca<strong>de</strong>nas tróficas. Existen múltiples evi<strong>de</strong>ncias<br />
<strong>de</strong> que estos compuestos están asociados con<br />
problemas crónicos y subcrónicos <strong>de</strong> salud,<br />
así como también con casos <strong>de</strong> esterilidad y <strong>de</strong><br />
ciertos tipos <strong>de</strong> cáncer (Moeller, 1997; Badia-<br />
Vila et al., 2000).<br />
La presencia en el agua <strong>de</strong> cantida<strong>de</strong>s<br />
elevadas <strong>de</strong> hidrocarburos <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong>l petróleo<br />
(TPH) podría explicarse por la existencia<br />
<strong>de</strong> fuentes contaminantes <strong>de</strong> amplio rango <strong>de</strong><br />
movilidad, como sería el tránsito <strong>de</strong> motores<br />
fuera <strong>de</strong> borda en las cercanías <strong>de</strong> las estaciones<br />
<strong>de</strong> muestreo. Los pequeños <strong>de</strong>rrames <strong>de</strong><br />
hidrocarburos que constante e inevitablemente<br />
ocurren en las vías <strong>de</strong> navegación fluvial, así<br />
como en los embarca<strong>de</strong>ros y muelles, están<br />
superando la capacidad auto regeneradora<br />
o <strong>de</strong>puradora <strong>de</strong> este ecosistema fluvial<br />
amazónico <strong>de</strong> reconocida fragilidad y baja<br />
resistencia ecológica a las alteraciones externas,<br />
lo que produce un proceso <strong>de</strong> acumulación <strong>de</strong><br />
tales compuestos en los sectores estudiados<br />
(Weibezahn, 1990). Por otro lado, la existencia<br />
<strong>de</strong> estos compuestos orgánicos constituye<br />
un hecho significativo que podría alterar en<br />
alguna forma los sistemas <strong>de</strong> conducción y<br />
tratamiento <strong>de</strong> agua en la localidad. Dichos<br />
compuestos aceitosos forman una fina película<br />
o lámina superficial sobre el agua, evitando su<br />
apropiada oxigenación, así como la a<strong>de</strong>cuada<br />
formación <strong>de</strong> flóculos durante el proceso <strong>de</strong><br />
potabilización en la planta <strong>de</strong> tratamiento<br />
<strong>de</strong> agua respectiva. Otra consecuencia <strong>de</strong> la<br />
presencia <strong>de</strong> estos compuestos en el agua sería<br />
la impregnación y el <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong> los sistemas<br />
<strong>de</strong> bombeo, tuberías, sedimentadores y tanques<br />
<strong>de</strong> almacenamiento utilizados durante<br />
el proceso <strong>de</strong> potabilización. Adicionalmente<br />
se <strong>de</strong>ben consi<strong>de</strong>rar los efectos nocivos sobre<br />
la biodiversidad acuática (Seuront, 2010), entre<br />
ellos la anoxia, la colmatación y obturación<br />
<strong>de</strong> los aparatos <strong>de</strong> filtración-alimentación<br />
planctónicos, y la toxicidad tanto aguda como<br />
crónica (APHA, 1985; Wright y Nebel, 2002).<br />
La bio-asimilación <strong>de</strong> altas concentraciones<br />
<strong>de</strong> elementos tóxicos presentes en los sedimentos<br />
fluviales se lleva a cabo durante los<br />
procesos <strong>de</strong> intercambio característicos <strong>de</strong><br />
todo ecosistema, y en particular <strong>de</strong> un tipo<br />
<strong>de</strong> ecosistema acuático <strong>de</strong> bor<strong>de</strong> o ecotono<br />
localizado en el lecho fluvial <strong>de</strong>nominado<br />
hiporreos (Sabater y Vila, 1991). Estos procesos<br />
<strong>de</strong> intercambio tanto <strong>de</strong> naturaleza biológica<br />
como <strong>de</strong> tipo fisicoquímico entre el acuífero y<br />
las aguas <strong>de</strong>l río (Dos Santos et al., 2006) podría<br />
tener efectos nocivos sobre las comunida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> organismos bentónicos, subterráneos e<br />
intersticiales que habitan esta región y que<br />
forman parte <strong>de</strong> la espiral trófica fluvial, un<br />
tipo particular <strong>de</strong> ca<strong>de</strong>na alimenticia que<br />
se lleva a cabo en los ríos, y que culmina
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
en el ser humano como consumidor tope<br />
o final <strong>de</strong> la misma (Sabater y Vila, 1991;<br />
Williams, 1993; Fisher et al., 1998; Franken et<br />
al., 2001). Debido a los procesos naturales <strong>de</strong><br />
bioconcentración y biomagnificación <strong>de</strong> los<br />
elementos anteriormente mencionados existe<br />
la posibilidad o el riesgo <strong>de</strong> que los peces<br />
<strong>de</strong>predadores y/o piscívoros como bagres<br />
(Pimelodidae), payaras (Cynodontidae), caribes<br />
(Serrasalmus) y pavones (Cichlidae), entre otros,<br />
incorporen y acumulen estos elementos en sus<br />
tejidos, como ya se ha comprobado en otros<br />
estudios similares (Lasso et al., 2006), lo que<br />
podría originar restricciones en el consumo <strong>de</strong><br />
tales recursos por los habitantes <strong>de</strong> la cuenca si<br />
se toman en cuenta los lineamientos postulados<br />
por el principio <strong>de</strong> precaución o cautela. Este<br />
principio abarca casos específicos, como este<br />
trabajo, en los que los datos científicos son<br />
insuficientes, no concluyentes o inciertos,<br />
pero en los que una evaluación integral <strong>de</strong><br />
los resultados obtenidos hace sospechar que<br />
existen motivos razonables y suficientes para<br />
temer los efectos potencialmente peligrosos<br />
para el ecosistema acuático y para la salud<br />
humana, como lo serían la inci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong><br />
algunas enfermeda<strong>de</strong>s como anemia, cirrosis<br />
o daño hepático, alteraciones genéticas y<br />
<strong>de</strong>sór<strong>de</strong>nes neurológicos (Moeller, 1997; EPA,<br />
2008), que pudieran ser incompatibles con el<br />
alto nivel <strong>de</strong> protección asignado a la cuenca<br />
<strong>de</strong>l río Cataniapo, al ser una zona <strong>de</strong> reserva<br />
hidráulica y fuente abastecedora <strong>de</strong> agua<br />
potable (Padovani et al., 1996; COM, 2000; Gale<br />
et al., 2002).<br />
Es fundamental continuar con los<br />
estudios <strong>de</strong> evaluación ambiental, <strong>de</strong> seguimiento<br />
<strong>de</strong> la estabilidad ecológica y <strong>de</strong> la<br />
calidad nutricional e inocuidad sanitaria<br />
<strong>de</strong> los recursos acuáticos en esta cuenca tan<br />
estratégica para el <strong>de</strong>sarrollo sustentable <strong>de</strong><br />
la región; <strong>de</strong> esta forma se contaría con un<br />
banco <strong>de</strong> datos que constituiría, junto con esta<br />
investigación, importantes estudios <strong>de</strong> línea<br />
base <strong>de</strong> información ambiental <strong>de</strong> referencia,<br />
que permitiría actuar <strong>de</strong> la manera más idónea<br />
en caso <strong>de</strong> producirse algún evento o inci<strong>de</strong>nte<br />
que comprometiera la calidad ambiental <strong>de</strong><br />
la cuenca y, por consiguiente, la salud <strong>de</strong><br />
todas las poblaciones que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> ella.<br />
La consi<strong>de</strong>ración y aplicación <strong>de</strong>l principio<br />
<strong>de</strong> precaución en la gestión ecológica <strong>de</strong> la<br />
cuenca justificaría por sí sola la continuidad<br />
<strong>de</strong> futuros estudios <strong>de</strong> monitoreo ambiental.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Este trabajo ha sido posible gracias al financiamiento<br />
<strong>de</strong>l Fondo Nacional <strong>de</strong> Ciencia, Tecnología e Innovación<br />
(Fonacit), a través <strong>de</strong> la agenda Agro-Ambiente-Amazonas<br />
concedido al proyecto “Estudio <strong>de</strong> la Ictiofauna y Calidad<br />
<strong>de</strong>l Agua <strong>de</strong> la Cuenca <strong>de</strong>l Río Cataniapo”, código <strong>de</strong><br />
proyecto núm. 97003268. Un especial agra<strong>de</strong>cimiento a<br />
la profesora Haymara Álvarez y al Proyecto Ecosistema<br />
Orinoco (PECOR), co-responsable <strong>de</strong> esta investigación<br />
y <strong>de</strong>sarrollado por el Instituto <strong>de</strong> Recursos Naturales<br />
<strong>de</strong> la Universidad Simón Bolívar. Finalmente se <strong>de</strong>sea<br />
<strong>de</strong>jar constancia <strong>de</strong> la invalorable colaboración <strong>de</strong> las<br />
comunida<strong>de</strong>s indígenas <strong>de</strong> la cuenca <strong>de</strong>l río Cataniapo<br />
y <strong>de</strong> la coordinadora <strong>de</strong>l proyecto, Justa M. Fernán<strong>de</strong>z,<br />
investigadora <strong>de</strong> la Estación Experimental Amazonas <strong>de</strong>l<br />
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19<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Astiz, Deterioro <strong>de</strong>l recurso agua en el río Cataniapo, Amazonas, Venezuela<br />
Abstract<br />
ASTIZ, S. Water resource <strong>de</strong>gradation in the Cataniapo River, Amazons, Venezuela. Water<br />
Technology and Sciences (in Spanish). Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp. 5-20.<br />
20<br />
The Cataniapo River basin--which is the only source of water for the town of Puerto<br />
Ayacucho, in the Venezuelan Amazon--is being subjected to intense environmental pressure<br />
by unplanned agricultural and urban local <strong>de</strong>velopment. In or<strong>de</strong>r to <strong>de</strong>scribe the spatialtemporal<br />
variation in water quality, water and sediment samples were collected quarterly<br />
from the upper, middle and lower sections of the Cataniapo River between 2000 and 2003.<br />
The following parameters and compounds were <strong>de</strong>termined: suspen<strong>de</strong>d solids, alkalinity, pH,<br />
conductivity, dissolved oxygen, total and fecal coliforms, hydrocarbons, heavy metals (Pb,<br />
Hg, Ni, Zn, Cu and Cr) and organochlorine insectici<strong>de</strong>s. Analyses were performed using<br />
atomic absorption spectrophotometry and field sensors. Values for pH oscillated around 5<br />
units in the three sections of the river, which is consi<strong>de</strong>red normal for this type of clear water<br />
according to existing historical records. Nevertheless, temporary acidification was observed<br />
during the period of low waters, or the dry season, when pH values <strong>de</strong>creased to roughly 4.<br />
Continuous and elevated concentrations of total and fecal coliforms of up to 14 000 and 2<br />
800 organisms per 100 ml -1 , respectively, were <strong>de</strong>tected. The highest concentrations of heavy<br />
metals found in the water were Cu 0.09; Cr 0.05; Pb 0.24; Zn 0.33; Ni 1.32; Hg 0.02 mg l -1 );<br />
with Pb, Ni and Hg being higher than the international norms recommen<strong>de</strong>d for the normal<br />
<strong>de</strong>velopment of aquatic life, in general, and for human consumption, in particular. The<br />
presence of two organochlorinated insectici<strong>de</strong>s were found Aldrin (0.072 µg l -1 ) and β-BHC<br />
(0.126 µg l -1 ) which are banned from the basins due to their “protected area status.” The<br />
results obtained by this investigation revealed a <strong>de</strong>terioration in the quality of the water in<br />
the lower Cataniapo River. Although this is localized and mo<strong>de</strong>rate, it needs to be addressed<br />
by implementing alternative ecological management strategies that inclu<strong>de</strong> the careful use<br />
of available aquatic resources.<br />
Keywords: water quality, Cataniapo River, pollution, heavy metals, agrochemicals,<br />
Venezuelan Amazon.<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Tecnología y<br />
Dirección institucional <strong>de</strong>l autor<br />
M.C. Simón Astiz<br />
Instituto <strong>de</strong> Recursos Naturales<br />
Universidad Simón Bolívar, Baruta<br />
Apdo. 89000<br />
Caracas 1080-A / Venezuela<br />
Doctorado en Ciencia y Tecnologías Ambientales<br />
Universidad Autónoma <strong>de</strong> Barcelona, España<br />
sastiz@usb.ve
Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en<br />
una cuenca rural y su relación con la<br />
variabilidad climática<br />
• Mónica Gelmi •<br />
Universidad Nacional <strong>de</strong> la Provincia <strong>de</strong> Buenos Aires, Argentina<br />
• Rafael Santiago Seoane •<br />
Instituto Nacional <strong>de</strong>l Agua, Argentina<br />
Resumen<br />
El objetivo <strong>de</strong> este trabajo consiste en estudiar, por una parte, la capacidad <strong>de</strong>l<br />
mo<strong>de</strong>lo Simulator Water Resources in Rural Basins-Water Quality (SWRRB-WQ), para<br />
estimar la carga <strong>de</strong> un fertilizante nitrogenado transportado por el escurrimiento<br />
superficial en una subcuenca <strong>de</strong>l arroyo Tapalqué (Provincia <strong>de</strong> Buenos Aires,<br />
Argentina) y, por otro lado, analizar el efecto que produce la variabilidad climática<br />
originada por las fases <strong>de</strong> El Niño Oscilación <strong>de</strong>l Sur (ENOS) en el escurrimiento<br />
y la carga <strong>de</strong> un fertilizante. El mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ consiste básicamente en<br />
una representación hidrológica y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua asociado con un mo<strong>de</strong>lo<br />
<strong>de</strong> generación <strong>de</strong> variables hidrometeorológicas. Con el propósito <strong>de</strong> analizar la<br />
variabilidad <strong>de</strong>l escurrimiento superficial y la carga <strong>de</strong> nitratos en la sección <strong>de</strong><br />
control ubicada a la salida <strong>de</strong> la subcuenca, se utiliza la precipitación observada<br />
en la estación meteorológica <strong>de</strong> Azul para el periodo <strong>de</strong> 1961 a 1990 como variable<br />
<strong>de</strong> entrada al mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ. Los resultados <strong>de</strong> este análisis muestran el<br />
efecto <strong>de</strong> la variabilidad observada en la precipitación asociada con las fases <strong>de</strong>l<br />
ENOS sobre el escurrimiento superficial y la carga <strong>de</strong> nitratos transportada en<br />
diferentes escalas temporales.<br />
21<br />
Palabras clave: variabilidad climática, mo<strong>de</strong>los hidrológicos-calidad <strong>de</strong> agua, nitratos.<br />
Introducción<br />
Esta investigación tiene por objetivo estudiar<br />
la capacidad <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo hidrológico y <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong> agua <strong>de</strong>nominado Simulator Water<br />
Resources in Rural Basins-Water Quality (SWRRB-<br />
WQ) para estimar la carga <strong>de</strong> un fertilizante<br />
nitrogenado en una subcuenca rural <strong>de</strong>l<br />
arroyo Tapalqué y analizar la relación entre la<br />
variabilidad <strong>de</strong> la precipitación asociada con<br />
las fases <strong>de</strong>l El Niño Oscilación <strong>de</strong>l Sur (ENOS)<br />
y los valores estimados <strong>de</strong>l escurrimiento superficial<br />
y la carga <strong>de</strong> nitratos.<br />
La variabilidad espacial y temporal <strong>de</strong> la<br />
precipitación asociada con las fases extremas <strong>de</strong>l<br />
ENOS (Haylock et al., 2006), a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> afectar el<br />
volumen <strong>de</strong> escurrimiento superficial (Bi<strong>de</strong>gain<br />
et al., 2005), también tiene inci<strong>de</strong>ncia en el<br />
transporte <strong>de</strong> fertilizantes en cuencas rurales<br />
(Magrin et al., 2005).<br />
Según Haylock et al. (2006), los eventos más<br />
importantes <strong>de</strong> El Niño ocurridos en el siglo XX<br />
fueron en los años 1982 y 1983, 1997 y 1998, los<br />
cuales produjeron gran<strong>de</strong>s avenidas en algunos<br />
ríos pertenecientes a la cuenca <strong>de</strong>l Plata, entre<br />
los que se pue<strong>de</strong> citar el Paraná, el Uruguay y el<br />
Paraguay (Bi<strong>de</strong>gain et al., 2005).<br />
En Berbery et al. (2006) se observa una<br />
ten<strong>de</strong>ncia positiva en la serie <strong>de</strong> precipitación<br />
anual correspondiente al periodo <strong>de</strong> 1961 a 2000,<br />
asociada con la fase <strong>de</strong> El Niño en Paraguay y<br />
con la fase “Neutra” en las provincias <strong>de</strong> Buenos<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 21-34
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
22<br />
Aires y La Pampa. En cambio, en las provincias<br />
<strong>de</strong>l litoral argentino, la ten<strong>de</strong>ncia también es<br />
positiva, pero para ambas fases.<br />
Como pue<strong>de</strong> corroborarse en Magrin et al.<br />
(2000, 2005) y Sierra (2007), muestran que en la<br />
fase <strong>de</strong> La Niña, en las provincias <strong>de</strong> Buenos<br />
Aires, La Pampa, centro-sur <strong>de</strong> Córdoba,<br />
sur <strong>de</strong> Santa Fe y Entre Ríos, la precipitación<br />
tien<strong>de</strong> a disminuir en primavera y verano, con<br />
menores temperaturas mínimas en invierno<br />
y mayores temperaturas máximas en verano.<br />
Lo anterior es contrastante con lo ocurrido en<br />
la fase <strong>de</strong> El Niño, el cual causa incrementos<br />
en la precipitación en primavera y verano,<br />
temperaturas mínimas superiores a lo esperado<br />
en invierno, y máximas inferiores en verano.<br />
En Berri et al. (2002), a partir <strong>de</strong> un estudio<br />
realizado con registros <strong>de</strong> precipitación <strong>de</strong> 24<br />
estaciones localizadas en la región pampeana,<br />
se muestra que la precipitación disminuye para<br />
la fase <strong>de</strong> La Niña en los meses <strong>de</strong> octubre a<br />
marzo y aumenta en la fase <strong>de</strong> El Niño en los<br />
meses <strong>de</strong> noviembre, diciembre, marzo y abril.<br />
Asimismo, se ha visto que la variación <strong>de</strong> la<br />
precipitación asociada con las fases <strong>de</strong>l ENOS<br />
impacta directamente en la producción <strong>de</strong><br />
cultivos <strong>de</strong> la región pampeana. Por ejemplo,<br />
durante la fase <strong>de</strong> La Niña, la reducción en la<br />
producción fue <strong>de</strong>l 57% respecto a la media:<br />
en este caso se sugiere una siembra tardía con<br />
menos carga <strong>de</strong> fertilizante nitrogenado. Otro<br />
claro ejemplo se observa en la producción <strong>de</strong><br />
trigo, ya que durante la fase <strong>de</strong> El Niño, para<br />
mantener el volumen <strong>de</strong> cosecha, es conveniente<br />
la siembra temprana y la aplicación <strong>de</strong> altas<br />
cargas <strong>de</strong> nitrógeno como fertilizante (Magrin<br />
et al., 2005).<br />
La modificación en la aplicación <strong>de</strong><br />
cargas <strong>de</strong> fertilizantes en los cultivos es un<br />
impacto indirecto <strong>de</strong> la variabilidad climática<br />
asociado con las fases <strong>de</strong>l ENOS y se asocia<br />
tanto al cambio en la temperatura como en la<br />
precipitación. En el caso <strong>de</strong> la precipitación,<br />
el escurrimiento consecuente trae consigo<br />
variaciones en el volumen <strong>de</strong> fertilizante<br />
transportado. La importancia <strong>de</strong> este análisis<br />
radica en <strong>de</strong>terminar el volumen <strong>de</strong> fertilizante<br />
transportado por el escurrimiento que afecta la<br />
calidad <strong>de</strong>l agua para consumo gana<strong>de</strong>ro, pero<br />
sobre todo humano, dada las implicaciones <strong>de</strong><br />
salud.<br />
La presencia <strong>de</strong> elevadas concentraciones<br />
<strong>de</strong> nitratos en agua para consumo humano<br />
pue<strong>de</strong> generar en los lactantes, hasta los seis<br />
meses <strong>de</strong> vida, metahemoglobinemia. En los<br />
adultos pue<strong>de</strong> causar problemas gástricos <strong>de</strong><br />
importancia, porque el nitrato se transforma<br />
en nitrito, y pue<strong>de</strong> reaccionar con aminas y<br />
amidas en el estómago, que dan lugar a otros<br />
compuestos, <strong>de</strong>nominados nitrosoaminas y<br />
nitrosoamidas.<br />
En el caso <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> consumo gana<strong>de</strong>ro,<br />
también suele ocasionar pa<strong>de</strong>cimientos gastrointestinales,<br />
ya que el consumo <strong>de</strong> agua<br />
contaminada con nitratos y la reacción producida<br />
por la actividad bacteriana <strong>de</strong>l tracto<br />
digestivo transforma el nitrato en nitrito, el cual<br />
se absorbe más rápidamente y es altamente<br />
tóxico, diez veces más que el nitrato (Bagley et<br />
al.,1997).<br />
Dada la importancia vista en el ámbito <strong>de</strong><br />
salud humana y animal, resulta conveniente<br />
<strong>de</strong>terminar la variación en la carga <strong>de</strong><br />
fertilizantes, en específico <strong>de</strong> nitratos, y el<br />
volumen transportado en el escurrimiento<br />
superficial, cuyo <strong>de</strong>stino pue<strong>de</strong>n ser las<br />
fuentes <strong>de</strong> suministro. Por ello se elaboró la<br />
metodología que se <strong>de</strong>talla a continuación.<br />
Metodología<br />
La metodología <strong>de</strong>sarrollada consiste en aplicar<br />
un mo<strong>de</strong>lo hidrológico y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong><br />
agua <strong>de</strong>nominado SWRRB-WQ, para estimar<br />
la carga <strong>de</strong> nitratos en el escurrimiento superficial<br />
para el periodo <strong>de</strong> 1961 a 1990, y estudiar<br />
con un enfoque estadístico la influencia <strong>de</strong> la<br />
variabilidad <strong>de</strong> la precipitación asociada con<br />
las fases <strong>de</strong>l ENOS sobre la carga <strong>de</strong> nitratos<br />
transportada con el escurrimiento superficial en<br />
una subcuenca <strong>de</strong>l arroyo Tapalqué (provincia<br />
<strong>de</strong> Buenos Aires).<br />
En esta etapa se presentan los valores <strong>de</strong>l<br />
escurrimiento superficial y <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> ni-
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
tratos obtenidos en la calibración <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo<br />
hidrológico, y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua SWRRB-<br />
WQ, que utiliza como variables <strong>de</strong> entrada<br />
la precipitación, y la temperatura máxima<br />
y mínima, correspondiente a la estación<br />
meteorológica <strong>de</strong>l Aeropuerto <strong>de</strong> Olavarría,<br />
para el periodo 1988-2002.<br />
La aplicación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo hidrológico y <strong>de</strong><br />
calidad <strong>de</strong> agua que utiliza como variable <strong>de</strong><br />
entrada la precipitación observada correspondiente<br />
a un periodo <strong>de</strong> treinta años<br />
permite estudiar la influencia <strong>de</strong> esta variable<br />
<strong>de</strong> entrada asociada con las fases <strong>de</strong>l ENOS<br />
sobre el escurrimiento superficial y la carga <strong>de</strong><br />
nitratos.<br />
Se aplica la técnica <strong>de</strong> Bootstrap (Efron<br />
y Tibshirani, 1993), con el propósito <strong>de</strong><br />
estimar la diferencia en los valores medios<br />
correspondientes a la serie total y cada una <strong>de</strong><br />
las series parciales asociadas con las fases <strong>de</strong>l<br />
ENOS <strong>de</strong> las variables precipitación observada,<br />
escurrimiento superficial y carga <strong>de</strong> nitratos,<br />
obtenidas a partir <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo<br />
hidrológico y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua.<br />
Los resultados obtenidos permiten mostrar<br />
la inci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> las fases <strong>de</strong>l ENOS en la<br />
precipitación observada en distintas escalas<br />
temporales y también la influencia <strong>de</strong> la<br />
precipitación sobre los valores <strong>de</strong>l escurrimiento<br />
superficial y <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos para el<br />
periodo <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> fertilizantes en una<br />
subcuenca rural <strong>de</strong>l arroyo Tapalqué.<br />
Información básica<br />
Características <strong>de</strong> la cuenca <strong>de</strong>l arroyo<br />
Tapalqué<br />
La cuenca <strong>de</strong>l arroyo Tapalqué está localizada<br />
aproximadamente en el centro <strong>de</strong> la provincia<br />
<strong>de</strong> Buenos Aires, Argentina, y está limitada<br />
al este por la cuenca <strong>de</strong>l arroyo Azul y al<br />
oeste por la cuenca <strong>de</strong>l arroyo Brandsen-Las<br />
Flores. Tiene una superficie <strong>de</strong> 1 560 km 2 , con<br />
pendientes medias comprendidas entre 1.2 a<br />
5.0‰, precipitación media anual <strong>de</strong> 941.5 mm y<br />
temperatura media <strong>de</strong> 15.2 ºC, correspondientes<br />
al periodo 1988-2002 (estación meteorológica<br />
<strong>de</strong>l aeropuerto <strong>de</strong> Olavarría).<br />
La subcuenca cinco tiene una superficie<br />
<strong>de</strong> 320.6 km 2 , con una pendiente promedio<br />
<strong>de</strong> 1.3‰, y un tiempo <strong>de</strong> concentración <strong>de</strong><br />
aproximadamente 37 horas. Del análisis <strong>de</strong><br />
cuatro imágenes <strong>de</strong> satélite se <strong>de</strong>termina que<br />
la superficie sembrada representa aproximadamente<br />
un 63% <strong>de</strong>l área total <strong>de</strong> la<br />
subcuenca en estudio y un 13% <strong>de</strong> la superficie<br />
total <strong>de</strong> la cuenca (Gelmi, 2005).<br />
En la figura 1 se presenta la ubicación<br />
geográfica <strong>de</strong> la cuenca <strong>de</strong>l arroyo Tapalqué y<br />
<strong>de</strong> la subcuenca 5.<br />
En Gelmi y Seoane (2004) se <strong>de</strong>scribe<br />
la metodología aplicada para estimar el<br />
escurrimiento superficial y <strong>de</strong>terminar los<br />
valores observados <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos<br />
en la sección <strong>de</strong> control correspondiente a la<br />
subcuenca cinco, motivo <strong>de</strong> este estudio.<br />
Variabilidad <strong>de</strong> la precipitación en la estación<br />
meteorológica Azul<br />
Para analizar la diferencia entre la precipitación<br />
asociada a las fases <strong>de</strong> El Niño y La Niña<br />
respecto a la serie completa <strong>de</strong> precipitación, se<br />
aplica la técnica estadística <strong>de</strong> Bootstrap (Efron<br />
y Tibshirani, 1993) a nivel estacional y mensual,<br />
para el periodo <strong>de</strong> 1961 a 1990. El criterio<br />
utilizado para i<strong>de</strong>ntificar las fases <strong>de</strong> El Niño<br />
y La Niña es el propuesto por Trenberth (1997).<br />
El análisis utiliza el estadístico dm, que<br />
es <strong>de</strong>finido como la diferencia <strong>de</strong> las medias<br />
X e Y <strong>de</strong> las dos series. Los errores estándar<br />
ES x<br />
y ES y<br />
se estimaron usando el método<br />
<strong>de</strong> Bootstrap (Efron y Tibshirani, 1993). La<br />
expresión <strong>de</strong>l estadístico es:<br />
dm =<br />
X<br />
Y<br />
ES x 2 + ES y<br />
2<br />
Los valores <strong>de</strong>l estadístico dm mayores o<br />
cercanos a 2 indican que existe una posible<br />
diferencia entre las verda<strong>de</strong>ras medias.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
23
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
24<br />
Figura 1. Ubicación geográfica <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> estudio en la provincia <strong>de</strong> Buenos Aires, Argentina.<br />
Los valores obtenidos <strong>de</strong>l estadístico<br />
dm para las distintas estaciones <strong>de</strong>l año se<br />
presentan en el cuadro 1.<br />
Este primer análisis muestra que para la<br />
fase <strong>de</strong> El Niño, la diferencia en medias <strong>de</strong> la<br />
suma <strong>de</strong> la precipitación es superior a 30.00<br />
mm para las estaciones <strong>de</strong> primavera y <strong>otoño</strong>,<br />
con una máxima <strong>de</strong> 40.75 en <strong>otoño</strong> (cuadro 1).<br />
Estación<br />
Este resultado es consistente con lo obtenido<br />
por Spescha et al. (2004) en la región pampeana,<br />
don<strong>de</strong> en <strong>otoño</strong> obtienen mayores excesos<br />
asociados con la fase <strong>de</strong> El Niño y también una<br />
ten<strong>de</strong>ncia creciente en la precipitación.<br />
Con respecto al estadístico dm, se observa<br />
que el mismo es inferior a 2, con un valor <strong>de</strong><br />
1.23 para primavera. Esto se <strong>de</strong>be a que tanto<br />
Cuadro 1. Diferencia entre las medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la precipitación estacional.<br />
Dif. El Niño-<br />
ST (mm)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Dif. La Niña-<br />
ST (mm)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
Verano 5.34 30.69 0.17 -31.08 28.92 -1.07<br />
Otoño 40.75 78.99 0.52 -2.62 36.98 -0.07<br />
Invierno 24.81 26.42 0.94 -13.83 27.68 -0.50<br />
Primavera 32.99 26.72 1.23 -52.81 25.61 -2.06<br />
dm
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
en primavera como en <strong>otoño</strong>, la diferencia<br />
<strong>de</strong>l error estándar es importante y muestra<br />
una mayor dispersión entre los valores <strong>de</strong> la<br />
suma <strong>de</strong> la precipitación observada en ambas<br />
estaciones y series analizadas.<br />
Para la fase <strong>de</strong> La Niña, el cuadro 1 muestra<br />
que la diferencia en medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la<br />
precipitación es negativa, con un valor <strong>de</strong> más<br />
<strong>de</strong> 30 mm para las estaciones <strong>de</strong> primavera y<br />
verano, con una máxima <strong>de</strong> 52.81 y un valor<br />
<strong>de</strong>l estadístico dm superior a 2 en primavera.<br />
Se realizó un análisis similar en escala <strong>de</strong><br />
tiempo mensual. En el cuadro 2 se presentan<br />
los valores obtenidos <strong>de</strong> las diferencias en<br />
medias, el error estándar y el estadístico dm.<br />
El cuadro 2 muestra que las diferencias en<br />
media <strong>de</strong> la precipitación observada asociada<br />
con la fase <strong>de</strong> El Niño es positiva y superior<br />
a 30 mm para el mes <strong>de</strong> abril y también tiene<br />
asociada una diferencia <strong>de</strong>l error estándar<br />
muy elevada, con lo cual el estadístico dm es<br />
inferior a 2. A<strong>de</strong>más, para los meses <strong>de</strong> octubre,<br />
noviembre, diciembre, marzo y mayo, se observa<br />
que la diferencia en medias es superior<br />
a 15 mm.<br />
Para la fase <strong>de</strong> La Niña se observa una<br />
diferencia negativa <strong>de</strong> más <strong>de</strong> 30 mm para el<br />
mes <strong>de</strong> octubre y también un valor <strong>de</strong> dm muy<br />
próximo a 2. A<strong>de</strong>más, el mes <strong>de</strong> noviembre<br />
muestra una diferencia en medias <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong><br />
25 mm y un valor elevado <strong>de</strong> dm <strong>de</strong> 1.57.<br />
Los valores presentados en los cuadros<br />
1 y 2 muestran que para la fase <strong>de</strong> La Niña,<br />
la precipitación disminuye en primavera,<br />
principalmente para los meses <strong>de</strong> octubre<br />
y noviembre. Para la fase <strong>de</strong> El Niño, la<br />
precipitación aumenta en primavera y en<br />
<strong>otoño</strong>, especialmente para los meses <strong>de</strong> octubre<br />
a diciembre y <strong>de</strong> marzo a mayo.<br />
Estos resultados son consistentes con los<br />
obtenidos por las investigaciones realizadas<br />
en la región pampeana por Magrin et al. (2000,<br />
2005), Sierra (2007) y Berri et al. (2002), quienes<br />
observaron que la precipitación para la fase<br />
<strong>de</strong> La Niña disminuye en primavera y verano,<br />
y para la fase <strong>de</strong> El Niño aumenta en <strong>otoño</strong> y<br />
primavera.<br />
También se aplicó el método <strong>de</strong> Bootstrap<br />
(Efron y Tibshirani, 1993) a las diferencias<br />
entre las medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la precipitación<br />
observada, correspondientes a las fases <strong>de</strong><br />
El Niño y La Niña para una escala <strong>de</strong> tiempo<br />
estacional y mensual (cuadros 3 y 4).<br />
El cuadro 3 muestra que la diferencia en<br />
media <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la precipitación observada<br />
25<br />
Cuadro 2. Diferencia entre las medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la precipitación observada mensual.<br />
Mes<br />
Dif. El Niño-<br />
ST (mm)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Dif. La Niña-<br />
ST (mm)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Enero -5.37 17.64 -0.30 -1.18 19.69 -0.06<br />
Febrero 1.76 11.64 0.15 2.56 19.33 0.13<br />
Marzo 16.69 27.63 0.60 0.61 25.87 0.02<br />
Abril 33.85 48.51 0.70 -1.35 26.49 -0.05<br />
Mayo 18.45 18.51 0.99 8.44 16.71 0.50<br />
Junio 12.92 8.93 1.45 10.91 10.56 1.03<br />
Julio 10.00 17.22 0.58 -13.74 13.44 -1.02<br />
Agosto 8.24 10.81 0.76 -5.82 19.67 -0.29<br />
Septiembre 12.21 14.54 0.84 3.36 12.89 0.26<br />
Octubre 21.40 16.28 1.31 -31.62 15.93 -1.98<br />
Noviembre 15.49 14.96 1.04 -24.55 15.59 -1.57<br />
Diciembre 17.47 16.54 1.06 -8.84 15.26 -0.58<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
Cuadro 3. Diferencia entre las medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la precipitación estacional.<br />
Estación El Niño (mm) La Niña (mm) Dif. error estándar dm<br />
Verano 308.30 271.88 33.38 1.09<br />
Otoño 313.54 270.17 80.75 0.53<br />
Invierno 152.31 113.67 35.24 1.09<br />
Primavera 282.30 196.50 30.08 2.85<br />
Cuadro 4. Diferencia entre las medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong> la precipitación observada mensual.<br />
Mes El Niño (mm) La Niña (mm) Dif. error estándar dm<br />
Enero 106.18 110.37 21.70 -0.19<br />
Febrero 93.70 94.50 19.86 -0.04<br />
Marzo 143.25 127.17 33.54 0.48<br />
Abril 117.37 82.17 48.33 0.73<br />
26<br />
Mayo 81.16 71.14 22.14 0.45<br />
Junio 54.26 52.25 12.27 0.16<br />
Julio 53.91 30.17 19.84 1.19<br />
Agosto 50.50 34.28 20.70 0.78<br />
Septiembre 72.60 63.75 16.86 0.52<br />
Octubre 118.77 65.75 18.72 2.83<br />
Noviembre 107.04 67.00 17.12 2.34<br />
Diciembre 116.94 90.62 18.78 1.40<br />
para la estación <strong>de</strong> primavera asociada con la<br />
fase <strong>de</strong> La Niña respecto a la fase <strong>de</strong> El Niño<br />
es igual a 85 mm y tiene asociado un valor<br />
<strong>de</strong>l estadístico dm superior a 2. En verano,<br />
<strong>otoño</strong> e invierno, las diferencias son <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n<br />
<strong>de</strong>l 36, 43 y 39 mm, respectivamente y están<br />
asociadas con diferencias <strong>de</strong>l error estándar<br />
muy importantes, con lo cual el estadístico dm<br />
es inferior a 2.<br />
Los valores <strong>de</strong> las medias <strong>de</strong> la suma <strong>de</strong><br />
la precipitación observada para la fase <strong>de</strong> La<br />
Niña son inferiores a las asociadas con la fase<br />
<strong>de</strong> El Niño, en valores <strong>de</strong> 53 y 40 mm para<br />
los meses <strong>de</strong> octubre y noviembre. A<strong>de</strong>más,<br />
el estadístico dm es superior a 2 para ambos<br />
meses, e indica que existe una diferencia entre<br />
las verda<strong>de</strong>ras medias <strong>de</strong> la precipitación<br />
asociadas con las fases <strong>de</strong> El Niño y La Niña.<br />
Para el mes <strong>de</strong> abril, la diferencia es <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n<br />
<strong>de</strong> 35 mm, con una diferencia elevada en el<br />
error estándar.<br />
Aplicación <strong>de</strong> la prueba estadística <strong>de</strong> Mann<br />
Whitney<br />
La serie <strong>de</strong> precipitación histórica <strong>de</strong> la estación<br />
meteorológica <strong>de</strong> Azul se utilizó como<br />
variable <strong>de</strong> entrada al mo<strong>de</strong>lo hidrológico y <strong>de</strong><br />
calidad <strong>de</strong> agua porque presenta un registro<br />
histórico extenso que incluye un número<br />
importante <strong>de</strong> las fases <strong>de</strong>l ENOS. Entonces se<br />
aplicó la prueba estadística no paramétrica <strong>de</strong><br />
Mann Whitney, con el propósito <strong>de</strong> comparar<br />
si las series <strong>de</strong> precipitación diaria <strong>de</strong> las
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
estaciones meteorológicas <strong>de</strong> Olavarría y Azul<br />
—para un periodo común a ambas estaciones,<br />
que es el comprendido entre los años 1988 y<br />
1999— provienen <strong>de</strong> una misma población<br />
para un nivel <strong>de</strong> significación <strong>de</strong>l 10%.<br />
La hipótesis nula H 0<br />
consi<strong>de</strong>ra que las<br />
series <strong>de</strong> precipitación diaria provienen <strong>de</strong> la<br />
misma población y por lo tanto sus funciones<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>s son iguales; la<br />
hipótesis alternativa H 1<br />
reconoce que las series<br />
no provienen <strong>de</strong> la misma población y entonces<br />
sus funciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> probabilida<strong>de</strong>s<br />
no son iguales; ambas hipótesis requieren<br />
que las series sean in<strong>de</strong>pendientes.<br />
Los resultados obtenidos muestran que<br />
para todos los meses <strong>de</strong>l año, con excepción<br />
<strong>de</strong> abril, se acepta la hipótesis nula, que dice<br />
que las series <strong>de</strong> precipitación diaria <strong>de</strong> las<br />
estaciones meteorológicas <strong>de</strong> Olavarría y Azul<br />
provienen <strong>de</strong> una misma población.<br />
Valores observados <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitrato en<br />
la fase El Niño<br />
La agencia <strong>de</strong>nominada National Oceanic and<br />
Atmospheric Administration <strong>de</strong>l Departamento<br />
<strong>de</strong> Comercio <strong>de</strong> Estados Unidos<br />
(NOAA) clasifica los años 2002 y 2004 como<br />
fases <strong>de</strong>l ENOS <strong>de</strong> calentamiento; en particular,<br />
el año 2004 correspon<strong>de</strong> a una fase <strong>de</strong> El Niño<br />
<strong>de</strong> menor magnitud que la <strong>de</strong>l 2002. En el<br />
cuadro 5 se muestran los valores observados<br />
<strong>de</strong> la precipitación, el escurrimiento superficial<br />
y la carga <strong>de</strong> nitratos para los meses <strong>de</strong> julio a<br />
octubre.<br />
Los valores presentados en el cuadro 5<br />
indican que a medida que se incrementa la<br />
Mes<br />
precipitación también aumenta el escurrimiento<br />
superficial y la carga <strong>de</strong> nitratos transportada<br />
por el mismo. En el caso particular <strong>de</strong>l mes <strong>de</strong><br />
julio para los dos años analizados y el mes <strong>de</strong><br />
octubre <strong>de</strong> 2002, don<strong>de</strong> la precipitación es <strong>de</strong>l<br />
mismo or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> magnitud y el escurrimiento<br />
superficial asociado a cada mes es <strong>de</strong> diferente<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> magnitud, se podría <strong>de</strong>ber a la<br />
distribución espacial y temporal <strong>de</strong> los eventos<br />
<strong>de</strong> la precipitación.<br />
Resultados <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo<br />
SWRRB-WQ<br />
El escenario adoptado en la etapa <strong>de</strong> calibración<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ, <strong>de</strong>nominado escenario<br />
inicial, consi<strong>de</strong>ra que toda la superficie <strong>de</strong> la<br />
cuenca está cultivada con trigo, que se siembra<br />
a fines <strong>de</strong> julio, y cosechado a mediados <strong>de</strong><br />
enero <strong>de</strong>l año siguiente. Los fertilizantes<br />
aplicados se distribuyen <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
a fines <strong>de</strong> julio, en el momento <strong>de</strong> la siembra,<br />
se utiliza fosfato diamónico; posteriormente, a<br />
mediados <strong>de</strong> octubre, en la etapa <strong>de</strong> macollaje<br />
<strong>de</strong>l cultivo, se utiliza urea. La carga aplicada <strong>de</strong><br />
cada uno <strong>de</strong> los fertilizantes es <strong>de</strong> 100 kg/ha.<br />
Teniendo en cuenta las fórmulas químicas<br />
<strong>de</strong> fosfato diamónico y urea, se obtiene que<br />
la masa <strong>de</strong> nitrógeno y fósforo en 100 kg/ha<br />
<strong>de</strong> fosfato diamónico es <strong>de</strong> 21.21 kg/ha <strong>de</strong><br />
nitrógeno y 23.45 kg/ha <strong>de</strong> fósforo, y en 100<br />
kg/ha <strong>de</strong> urea es <strong>de</strong> 46.64 kg/ha <strong>de</strong> nitrógeno.<br />
En total se aplican 67.85 kg/ha <strong>de</strong> nitrógeno,<br />
que equivale a <strong>de</strong>cir que se han aplicado en<br />
total 300.37 kg/ha <strong>de</strong> nitratos.<br />
Para seleccionar el tipo <strong>de</strong> cultivo, el<br />
periodo <strong>de</strong> siembra/cosecha y el momento<br />
Cuadro 5. Comparación entre variables hidrológicas y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua.<br />
Precipitación (mm) Escurrimiento superficial (mm) Carga <strong>de</strong> nitratos (kg/ha)<br />
2002 2004 2002 2004 2002 2004<br />
Julio 77.1 71.8 1.57 0.39 0.016 0.008<br />
Agosto 119.4 56.8 17.58 0.39 0.739 0.019<br />
Septiembre 68.6 20.1 7.77 0.39 0.109 0.027<br />
Octubre 159.7 62.1 22.41 0.39 0.625 0.028<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
27
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
28<br />
<strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong>l fertilizante nitrogenado, se<br />
consultó a la Agencia <strong>de</strong> Extensión Olavarría,<br />
perteneciente al Instituto Nacional <strong>de</strong> Tecnología<br />
Agropecuaria (INTA), que brinda<br />
asesoramiento técnico a los productores<br />
agropecuarios <strong>de</strong> la región.<br />
Con el propósito <strong>de</strong> analizar los efectos <strong>de</strong> la<br />
variabilidad <strong>de</strong> la precipitación sobre la carga<br />
<strong>de</strong> nitratos, se simularon dos escenarios con<br />
diferentes cargas <strong>de</strong> fertilizantes nitrogenados<br />
a partir <strong>de</strong> la recomendaciones <strong>de</strong> Magrin<br />
et al. (2005), quienes sugieren aumentar o<br />
disminuir la carga fertilizante nitrogenado<br />
cuando suce<strong>de</strong>n las fases <strong>de</strong> El Niño y La Niña,<br />
respectivamente.<br />
El escenario 1 incluye una aplicación <strong>de</strong><br />
200 kg/ha <strong>de</strong> fosfato diamónico a la siembra<br />
y otra <strong>de</strong> 230 kg/ha <strong>de</strong> urea al macollaje; para<br />
el escenario 2 se aplican 50 kg/ha <strong>de</strong> cada uno<br />
<strong>de</strong> los fertilizantes mencionados. Las fechas <strong>de</strong><br />
aplicación asociadas con estos dos escenarios<br />
son las mismas que para el escenario inicial.<br />
A partir <strong>de</strong> las fórmulas químicas <strong>de</strong>l fosfato<br />
diamónico y <strong>de</strong> la urea, se obtiene que la masa<br />
<strong>de</strong> nitrógeno y fósforo en 200 kg/ha <strong>de</strong> fosfato<br />
diamónico es igual a 42.43 kg/ha y 46.90 kg/<br />
ha, respectivamente, y en 230 kg/ha <strong>de</strong> urea se<br />
tiene una masa <strong>de</strong> nitrógeno <strong>de</strong> 107.28 kg/ha.<br />
En total se aplican 149.71 kg/ha <strong>de</strong> nitrógeno,<br />
que representan 662.77 kg/ha <strong>de</strong> nitratos.<br />
De la misma manera, en 50 kg/ha <strong>de</strong> fosfato<br />
diamónico se tiene una masa <strong>de</strong> 10.61 kg/ha<br />
<strong>de</strong> nitrógeno y 11.73 kg/ha <strong>de</strong> fósforo, y en<br />
50 kg/ha <strong>de</strong> urea se tiene una masa 23.32 kg/<br />
ha <strong>de</strong> nitrógeno. En total, para este escenario<br />
se aplican 33.93 kg/ha <strong>de</strong> nitrógeno, que<br />
equivalen a 150.21 kg/ha <strong>de</strong> nitratos.<br />
Etapa <strong>de</strong> calibración<br />
En este parágrafo se muestran los valores<br />
medios <strong>de</strong>l escurrimiento superficial y <strong>de</strong><br />
la carga <strong>de</strong> nitratos obtenidos a partir <strong>de</strong><br />
la aplicación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo hidrológico y <strong>de</strong><br />
calidad <strong>de</strong> agua que utiliza como variables <strong>de</strong><br />
entrada la precipitación, y las temperaturas<br />
máxima y mínima observadas en la estación<br />
<strong>de</strong>l Aeropuerto Olavarría para el periodo 1988-<br />
2002.<br />
Con el propósito <strong>de</strong> analizar el ajuste<br />
alcanzado con el mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ, se aplica<br />
la metodología propuesta por Harmel y Smith<br />
(2007), que permite estimar el rango probable<br />
<strong>de</strong> error en los valores medios observados<br />
<strong>de</strong>l escurrimiento superficial y <strong>de</strong> la carga<br />
<strong>de</strong> nitratos, es <strong>de</strong>cir, la incertidumbre en las<br />
variables observadas.<br />
Los límites <strong>de</strong> incertidumbre en las variables<br />
observadas, para los meses en los cuales se<br />
aplica el fertilizante nitrogenado, se muestran<br />
en las figuras 2 y 3. También se tiene que los<br />
valores medios estimados <strong>de</strong>l escurrimiento<br />
y <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos —en la etapa <strong>de</strong><br />
calibración <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo— se encuentran <strong>de</strong>ntro<br />
<strong>de</strong> los límites <strong>de</strong> incertidumbre calculados<br />
para los valores medios observados <strong>de</strong> ambas<br />
variables.<br />
Los valores medios <strong>de</strong>l escurrimiento<br />
superficial calculados con el mo<strong>de</strong>lo hidrológico<br />
y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua para los meses <strong>de</strong><br />
agosto, septiembre y octubre se consi<strong>de</strong>ran<br />
aceptables, porque se ubican <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los<br />
límites establecidos para los valores medios<br />
observados <strong>de</strong>l escurrimiento superficial.<br />
Para los meses en que se aplica el fertilizante,<br />
la carga media <strong>de</strong> nitratos obtenida con el<br />
mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ se encuentra <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
los límites estimados para los valores medios<br />
observados <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos.<br />
Análisis asociado con la variabilidad<br />
climática<br />
Los resultados obtenidos a partir <strong>de</strong> la<br />
aplicación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo hidrológico y <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong> agua son el escurrimiento superficial y la<br />
carga <strong>de</strong> nitratos para el periodo 1961-1990. A<br />
continuación se estima el estadístico dm para<br />
una escala <strong>de</strong> tiempo mensual, con el propósito<br />
<strong>de</strong> analizar la existencia <strong>de</strong> diferencias en<br />
medias <strong>de</strong>l escurrimiento superficial y la carga<br />
<strong>de</strong> nitratos asociadas con las fases <strong>de</strong> El Niño y<br />
La Niña respecto a la serie total <strong>de</strong> cada una <strong>de</strong><br />
las variables mencionadas.
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
14<br />
12<br />
Escurrimiento (mm)<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
Agosto Septiembre Octubre Noviembre<br />
Tiempo (meses)<br />
Observado Calibrado Incertidumbre<br />
Figura 2. Escurrimiento superficial.<br />
29<br />
1.5<br />
1.25<br />
Carga nitratos (kg/ha)<br />
1<br />
0.75<br />
0.5<br />
0.25<br />
0<br />
Agosto Septiembre Octubre Noviembre<br />
Tiempo (meses)<br />
Observado Calibrado Incertidumbre<br />
Figura 3. Carga <strong>de</strong> nitratos.<br />
Los valores <strong>de</strong> las diferencias en medias fertilizante nitrogenado, se presentan en los<br />
y <strong>de</strong>l error estándar <strong>de</strong>l escurrimiento cuadros 6 y 7.<br />
superficial y <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos para el El valor <strong>de</strong>l estadístico dm es superior<br />
periodo comprendido entre julio y diciembre, a 2 para los meses <strong>de</strong> octubre y noviembre<br />
que se correspon<strong>de</strong> con la aplicación <strong>de</strong>l (cuadro 6), e indica que existe una diferencia<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
Cuadro 6. Diferencia entre las medias <strong>de</strong>l escurrimiento superficial. Escenario inicial.<br />
Mes<br />
Dif. El Niño-<br />
ST (mm)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Dif. La Niña-<br />
ST (mm)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Julio 1.47 3.29 0.45 -1.79 1.18 -1.52<br />
Agosto 0.82 1.56 0.52 -0.08 1.49 -0.06<br />
Septiembre 0.69 1.72 0.40 0.13 0.85 0.15<br />
Octubre 2.01 2.50 0.81 -4.41 1.32 -3.35<br />
Noviembre 0.67 1.88 0.36 -2.62 1.26 -2.09<br />
Diciembre 1.15 1.84 0.63 -1.24 1.05 -1.18<br />
Cuadro 7. Diferencia entre las medias <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos. Escenario inicial.<br />
Mes<br />
Dif. El Niño- Dif. error<br />
Dif. La Niña- Dif. error<br />
dm<br />
ST (kg/ha) estándar<br />
ST (kg/ha) estándar<br />
dm<br />
Julio 0.02 0.06 0.31 -0.02 0.05 -0.39<br />
Agosto 0.03 0.14 0.24 -0.01 0.14 -0.06<br />
30<br />
Septiembre 0.09 0.13 0.66 0.01 0.06 0.17<br />
Octubre 0.22 0.58 0.39 -0.60 0.36 -1.69<br />
Noviembre 0.01 0.03 0.47 -0.04 0.02 -1.90<br />
Diciembre 0.01 0.03 0.59 -0.02 0.02 -1.26<br />
entre la media <strong>de</strong>l escurrimiento superficial<br />
asociado con la fase <strong>de</strong> La Niña respecto a la<br />
media <strong>de</strong> la serie total.<br />
Para los meses <strong>de</strong> octubre y noviembre<br />
existe una diferencia entre la media <strong>de</strong> la carga<br />
<strong>de</strong> nitratos asociada con la fase <strong>de</strong> La Niña<br />
respecto a la media <strong>de</strong> la serie total y el valor<br />
<strong>de</strong>l estadístico dm es muy próximo a 2 (cuadro<br />
7).<br />
Los valores <strong>de</strong>l estadístico dm mostrado en<br />
los cuadros 6 y 7, para los meses <strong>de</strong> octubre y<br />
noviembre, son consistentes con los obtenidos<br />
para la precipitación (cuadro 2) y muestran<br />
la influencia <strong>de</strong> la precipitación asociada<br />
con la fase <strong>de</strong> La Niña sobre el escurrimiento<br />
superficial y la carga <strong>de</strong> nitratos.<br />
Se analiza la variación porcentual <strong>de</strong> los<br />
valores medios <strong>de</strong> las variables precipitación,<br />
escurrimiento superficial y carga <strong>de</strong> nitratos<br />
asociadas con las fases <strong>de</strong> El Niño y La Niña<br />
respecto a las medias <strong>de</strong> las series totales a<br />
partir <strong>de</strong> los resultados obtenidos con el mo<strong>de</strong>lo<br />
hidrológico y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua (cuadro 8).<br />
El cuadro 8 muestra que para el periodo <strong>de</strong><br />
tiempo que se aplica el fertilizante nitrogenado,<br />
que correspon<strong>de</strong> a los meses <strong>de</strong> julio a diciembre,<br />
un incremento en la precipitación asociado<br />
con la fase <strong>de</strong> El Niño causa un aumento en el<br />
escurrimiento y en la carga <strong>de</strong> nitratos. Suce<strong>de</strong><br />
lo contrario en la fase <strong>de</strong> La Niña, don<strong>de</strong> una<br />
disminución en la precipitación produce una<br />
reducción en el escurrimiento y en la carga <strong>de</strong><br />
nitratos.<br />
Las variaciones en porcentaje en el escurrimiento<br />
superficial y la carga <strong>de</strong> nitratos<br />
ocasionadas por los cambios en la precipitación<br />
se correspon<strong>de</strong>n con la distribución temporal<br />
<strong>de</strong> la precipitación, el periodo <strong>de</strong> aplicación<br />
<strong>de</strong>l fertilizante nitrogenado y la condición <strong>de</strong><br />
humedad antece<strong>de</strong>nte. Estos factores afectan<br />
las estimaciones <strong>de</strong>l escurrimiento y <strong>de</strong> la carga<br />
<strong>de</strong> nitratos obtenidos a partir <strong>de</strong> la aplicación
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
Cuadro 8. Variación porcentual <strong>de</strong> los valores medios <strong>de</strong> las variables hidrológicas y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua. Escenario inicial.<br />
Mes<br />
(El Niño-ST)/ST (%) (La Niña-ST)/ST (%)<br />
P Q Nitratos P Q Nitratos<br />
Julio 22.8 53.6 20.0 -31.3 -65.2 -21.8<br />
Agosto 19.58 55.3 19.9 -14.5 -6.9 -4.5<br />
Septiembre 20.2 42.9 48.6 5.6 12.5 9.8<br />
Octubre 22.0 42.1 25.1 -32.5 -92.2 -67.6<br />
Noviembre 16.9 30.8 37.5 -26.8 -94.9 -77.8<br />
Diciembre 17.6 46.1 30.5 -8.9 -49.7 -51.9<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ, que utiliza como<br />
variable <strong>de</strong> entrada la precipitación observada<br />
correspondiente a un periodo <strong>de</strong> treinta años.<br />
Relación entre la carga <strong>de</strong> fertilizante para los<br />
escenarios 1 y 2<br />
Con el propósito <strong>de</strong> analizar el efecto que<br />
produce una mayor o menor aplicación<br />
<strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> fertilizantes nitrogenados,<br />
se presentan a continuación los resultados<br />
obtenidos <strong>de</strong>l estadístico dm para los meses <strong>de</strong><br />
aplicación <strong>de</strong> los fertilizantes asociados con los<br />
escenarios 1 y 2.<br />
Se aplica el estadístico dm para estimar<br />
la diferencia entre las medias <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong><br />
nitratos correspondiente a los escenarios 1 y 2<br />
asociados con las fases <strong>de</strong> El Niño y La Niña<br />
respecto a las medias <strong>de</strong> las series asociadas <strong>de</strong><br />
El Niño y La Niña <strong>de</strong>l escenario inicial (cuadro<br />
9).<br />
Se observa que para la fase <strong>de</strong> El Niño, el<br />
estadístico dm adquiere un valor superior a 2<br />
para el mes <strong>de</strong> noviembre. Para los meses <strong>de</strong><br />
septiembre y octubre, el estadístico tiene un<br />
valor próximo a 1.5. A<strong>de</strong>más, la diferencia<br />
entre los valores medios es positiva, es <strong>de</strong>cir<br />
que existe mayor transporte <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong><br />
nitratos asociada al escenario 1 en los meses <strong>de</strong><br />
aplicación <strong>de</strong>l fertilizante nitrogenado.<br />
Con respecto a la fase <strong>de</strong> La Niña, el<br />
estadístico dm es próximo a 2 para el mes <strong>de</strong><br />
noviembre; existe una diferencia <strong>de</strong> la carga<br />
<strong>de</strong> nitratos asociada con la fase <strong>de</strong> La Niña y<br />
también las diferencias entre los valores medios<br />
es negativa, es <strong>de</strong>cir que existe un menor<br />
transporte <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos asociado con<br />
el escenario 2 en los meses <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong>l<br />
fertilizante nitrogenado.<br />
Conclusiones<br />
La realización <strong>de</strong> este trabajo muestra la<br />
posibilidad <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo<br />
hidrológico y <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong> agua para estimar<br />
el efecto que tiene la variabilidad interanual<br />
<strong>de</strong> la precipitación observada asociada con<br />
las fases <strong>de</strong>l ENOS sobre el escurrimiento<br />
superficial y la carga <strong>de</strong> nitratos transportada<br />
por el mismo en distintas escalas temporales.<br />
El análisis realizado con la serie histórica <strong>de</strong><br />
la precipitación <strong>de</strong> la estación meteorológica<br />
<strong>de</strong> Azul muestra que en la fase <strong>de</strong> La Niña<br />
se observa una reducción <strong>de</strong> la precipitación<br />
para los meses <strong>de</strong> octubre y noviembre, y<br />
un aumento para el mes <strong>de</strong> abril asociado<br />
con la fase <strong>de</strong> El Niño. Estos resultados son<br />
consistentes con los obtenidos por diferentes<br />
autores en la región pampeana, entre los que<br />
se pue<strong>de</strong>n citar Magrin et al. (2000, 2005), Sierra<br />
(2007), Spescha et al. (2004) y Berri et al. (2002).<br />
Los resultados obtenidos con la aplicación<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo SWRRB-WQ, que utiliza como<br />
variable <strong>de</strong> entrada la precipitación observada<br />
<strong>de</strong> un periodo <strong>de</strong> treinta años, muestra que la<br />
variabilidad en el escurrimiento superficial y<br />
la carga <strong>de</strong> nitratos <strong>de</strong>bido al efecto <strong>de</strong> la fase<br />
<strong>de</strong> La Niña es prepon<strong>de</strong>rante respecto a la fase<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
31
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
Cuadro 9. Diferencia entre las medias <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos. Escenarios 1 y 2.<br />
Escenario 1 Escenario 2<br />
Mes<br />
Dif. El Niño*-<br />
El Niño<br />
(kg/ha)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Dif. La Niña*-<br />
La Niña<br />
(kg/ha)<br />
Dif. error<br />
estándar<br />
dm<br />
Julio 0.09 0.12 0.70 -0.04 0.05 -0.98<br />
Agosto 0.51 0.53 0.97 -0.10 0.13 -0.09<br />
Septiembre 0.51 0.39 1.31 -0.07 0.06 -1.31<br />
Octubre 3.10 2.18 1.42 -0.10 0.19 -0.52<br />
Noviembre 0.31 0.10 3.08 -0.01 0.006 -1.64<br />
Diciembre 0.03 0.03 0.99 -0.01 0.01 -0.64<br />
*Escenario inicial.<br />
32<br />
<strong>de</strong> El Niño para el periodo <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong>l<br />
fertilizante nitrogenado.<br />
También se observa que para la fase <strong>de</strong> El<br />
Niño, cuando se aumenta la carga <strong>de</strong> fertilizante<br />
aplicada, resulta superior la carga <strong>de</strong> nitratos<br />
transportada por el escurrimiento; para la fase<br />
<strong>de</strong> La Niña, a medida que disminuye la carga<br />
aplicada, menor es la carga <strong>de</strong> nitratos que se<br />
transporta con el escurrimiento.<br />
BERBERY, E.H., DOYLE, M., and BARROS, V. Regional<br />
precipitation trends. In: Climate change in the La Plata basin.<br />
Barros V., Clarke, R., and Silva-Días, P. (editors). Buenos<br />
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BIDEGAIN, M., CAFFERA, R.M., BLIXEN, F.,<br />
PSHENNIKOV, V., LAGOMARSINO, L.L., FORBES,<br />
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A. y Nagy, G.J. (editores). Buenos Aires: CIMA/<br />
CONICET-UBA, 2005, pp. 137-143.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
EFRON, B. and TIBSHIRANI, R. An introduction to the<br />
Bootstrap. Monographs on Statistics and Applied<br />
Probability. New York: Chapman & Hall, 1993, 430 pp.<br />
Los autores <strong>de</strong>sean expresar su reconocimiento al ingeniero<br />
Oscar Natale por las revisiones y apreciados comentarios<br />
durante el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l presente trabajo.<br />
GELMI, M. Aplicación <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>terminísticos y probabilísticos<br />
para el análisis <strong>de</strong> un fertilizante en una cuenca rural. Tesis <strong>de</strong><br />
Maestría en Ingeniería <strong>de</strong> los Recursos Hídricos. Santa Fe,<br />
Argentina: Universidad Nacional <strong>de</strong>l Litoral, 2005, 119<br />
pp.<br />
Recibido: 27/05/09<br />
Aceptado: 21/02/12<br />
GELMI, M. y SEOANE, R. Aplicación <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
calidad <strong>de</strong> agua y <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> criterios para el monitoreo<br />
<strong>de</strong> un fertilizante en una cuenca rural. Revista Ingeniería<br />
<strong>de</strong>l Agua. Vol. 111, 2004, pp. 411-423.<br />
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III-Project. Gainesville: University of Florida, 2000, pp.<br />
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MAGRIN, G.O., TRAVASSO, M.I. and RODRÍGUEZ, G.R.<br />
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33<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Gelmi y Seoane, Estimación <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> nitratos en una cuenca rural y su relación con la variabilidad climática<br />
Abstract<br />
GELMI, M. & SANTIAGO-SEOANE, R. Nitrate loads estimation in a rural basin and its<br />
relationship with the climate variability. Water Technology and Sciences (in Spanish).<br />
Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp. 21-34.<br />
The objective of this work is to study the ability of the Simulator for Water Resources in<br />
Rural Basins – Water Quality (SWRRB-WQ) mo<strong>de</strong>l to estimate the load of nitrogenous<br />
fertilizer transported by surface runoff in a sub-basin of the Tapalqué River (Buenos Aires<br />
Province, Argentina). Also discussed is the impact of the climatic variability resulting from<br />
El Niño Southern Oscillation (ENSO) phases on runoff and fertilizer load. The SWRRB-<br />
WQ mo<strong>de</strong>l consists mainly of a representation of the hydrology and water quality associated<br />
with a hydrometeorological variables generator. Precipitation data from the meteorological<br />
station located in Azul was used for the period 1961-1990 as input to the SWRRB-WQ in<br />
or<strong>de</strong>r to analyze the variability of surface runoff and nitrate load in a control section located<br />
at the outlet of the basin un<strong>de</strong>r study. The results of this analysis show the effect of the<br />
variability observed in the precipitation associated with ENSO phases on surface runoff and<br />
transported nitrate loads at different time scales.<br />
Keywords: climatic variability, hydrological and water quality mo<strong>de</strong>ls, nitrate.<br />
34<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
M.C. Mónica Gelmi<br />
Facultad <strong>de</strong> Ingeniería<br />
Universidad Nacional <strong>de</strong> la Provincia <strong>de</strong> Buenos Aires<br />
Avenida <strong>de</strong>l valle 5400<br />
Olavarría, Provincia <strong>de</strong> Buenos Aires, Argentina<br />
Teléfonos: +54 (0228) 4451 055 y 4451 056, extensión 233<br />
mgelmi@fio.unicen.edu.ar<br />
Ing. Rafael Santiago Seoane<br />
Instituto Nacional <strong>de</strong>l Agua<br />
Au. Ezeiza-Cañuelas, tramo Jorge Newbery, km 1 620,<br />
C.C. núm. 46<br />
1802 Ezeiza, Buenos Aires, Argentina<br />
Teléfono: +54 (11) 4983 3736<br />
rafaelseoane@yahoo.com<br />
rseoane@ina.gov.ar
Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un<br />
aforador Parshall<br />
• Edmundo Pedroza-González •<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
• Jorge Leonel Ángel-Hurtado •<br />
Universidad Michoacana <strong>de</strong> San Nicolás <strong>de</strong> Hidalgo, México<br />
Resumen<br />
El uso <strong>de</strong>l aforador tipo Parshall es común en industrias que requieren medir<br />
<strong>de</strong>scargas <strong>de</strong> aguas residuales. Es frecuente encontrar que dichos aforadores<br />
no cumplen con alguna o varias <strong>de</strong> las recomendaciones dadas en las normas<br />
correspondientes. Con objeto <strong>de</strong> indagar sobre el tipo <strong>de</strong> ecuación <strong>de</strong> ajuste<br />
resultante <strong>de</strong> diversos incumplimientos en la norma, se calibró un aforador <strong>de</strong> tres<br />
pulgadas en un laboratorio. Se probaron incumplimientos tales como pendientes<br />
fuertes y obstáculos en el canal <strong>de</strong> llegada, así como rugosida<strong>de</strong>s altas en el material<br />
<strong>de</strong>l aforador y falta <strong>de</strong> verticalidad en las pare<strong>de</strong>s. Las diferentes ecuaciones <strong>de</strong><br />
ajuste se compararon con la ecuación recomendada en la norma y se encontró que<br />
un mejor cumplimiento <strong>de</strong> la norma no siempre genera la ecuación más parecida.<br />
Por ejemplo, cuando se calibró el aforador con una pendiente nula en el canal <strong>de</strong><br />
llegada, se obtuvo una ecuación muy diferente a la ecuación <strong>de</strong> la norma; y las<br />
calibraciones con pendientes mayores, incluso fuera <strong>de</strong> rango, tuvieron valores<br />
más parecidos. También se encontró que la calibración <strong>de</strong>l aforador con rugosidad<br />
<strong>de</strong> 2 mm en las pare<strong>de</strong>s tiene una ecuación <strong>de</strong> ajuste más parecida, incluso más<br />
que la calibración con pare<strong>de</strong>s prácticamente lisas. Por otro lado, se observó que<br />
la calibración con una pantalla colocada a 40 cm aguas arriba genera una ecuación<br />
<strong>de</strong> ajuste mejor que cuando la misma pantalla se coloca a 160 cm. Con base en<br />
los resultados, se concluye que es preferible calibrar los aforadores Parshall que<br />
cumplir con la norma.<br />
35<br />
Palabras clave: aforador Parshall, calibración.<br />
Antece<strong>de</strong>ntes<br />
El Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
(IMTA) presta servicios <strong>de</strong> asesoría a industrias<br />
que requieren conocer el <strong>de</strong>sempeño<br />
<strong>de</strong> aforadores tipo Parshall; las razones son<br />
diversas, por ejemplo, es necesario cumplir<br />
con sistemas <strong>de</strong> calidad o en otras ocasiones se<br />
requiere apoyo en la realización <strong>de</strong> auditorías<br />
y controversias por la <strong>de</strong>scarga <strong>de</strong> aguas<br />
residuales.<br />
Ante la ausencia <strong>de</strong> normas nacionales<br />
sobre el tema, los trabajos se realizan con base<br />
en las recomendaciones <strong>de</strong> la norma D1941-<br />
91 Standard Test Method for Open Channel Flow<br />
Measurement of Water with Parshall Flume <strong>de</strong> la<br />
American National Standard (norma ASTM en lo<br />
subsiguiente; ASTM, 2001); también se consi<strong>de</strong>ra<br />
la norma ISO-9826 Measurement of liquid flow in<br />
open channels-Parshall and SANIIRI flumes <strong>de</strong> la<br />
International Standards Office (norma ISO en lo<br />
sucesivo; ISO, 1992).<br />
La mayor parte <strong>de</strong> los trabajos se basan en<br />
la norma ASTM, por consi<strong>de</strong>rarla más práctica<br />
y sencilla; en dicha norma se recomienda que<br />
la construcción y colocación <strong>de</strong>l aforador se<br />
apegue a ciertos requisitos, en aras <strong>de</strong> lograr los<br />
mejores resultados <strong>de</strong> medición; básicamente<br />
se especifican requisitos sobre la construcción<br />
<strong>de</strong>l aforador, algunas condiciones <strong>de</strong>l canal <strong>de</strong><br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 35-51
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
36<br />
llegada y aspectos <strong>de</strong> tipo metrológico. En el<br />
número 11.3 <strong>de</strong> dicha norma se indica que si un<br />
aforador cumple con los requisitos estipulados<br />
en ella, se tendrá una incertidumbre <strong>de</strong> ±<br />
5%; en la misma norma, en el número 9.1, se<br />
recomienda calibrar el aforador ya colocado<br />
en el sitio para mejorar dicha incertidumbre.<br />
En la totalidad <strong>de</strong> los casos atendidos, la<br />
calibración <strong>de</strong> los aforadores no fue posible;<br />
en algunos sitios <strong>de</strong>bido a la restricción <strong>de</strong><br />
acceso al canal <strong>de</strong> llegada y en otros, por la<br />
imposibilidad <strong>de</strong> la variación <strong>de</strong>l gasto en<br />
el aforador, ya que el agua que escurre por<br />
el mismo proviene <strong>de</strong> procesos industriales<br />
no susceptibles <strong>de</strong> alteración; una correcta<br />
calibración requiere <strong>de</strong> la variación <strong>de</strong>l gasto<br />
en la totalidad <strong>de</strong>l rango <strong>de</strong> funcionamiento<br />
<strong>de</strong>l aforador. En los sitios don<strong>de</strong> es posible el<br />
acceso al canal <strong>de</strong> llegada, se comparan uno<br />
o dos valores <strong>de</strong>l gasto en el aforador contra<br />
el gasto estimado con ayuda <strong>de</strong> un medidor<br />
<strong>de</strong> referencia; a este procedimiento se le<br />
llama “Verificación”. Cuando no es posible<br />
comparar los gastos, se revisa el cumplimiento<br />
<strong>de</strong> los requisitos <strong>de</strong> la norma; si es el caso,<br />
se le asigna el valor <strong>de</strong>l error indicado en la<br />
norma (5%); a este último procedimiento se<br />
le llama “Revisión”. Cuando dicha Revisión<br />
no es satisfactoria porque no se cumplen los<br />
requisitos y tampoco se pue<strong>de</strong> llevar a cabo la<br />
Verificación, es imposible emitir un juicio sobre<br />
el <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong>l aforador. Prevalece entonces<br />
la duda entre el personal <strong>de</strong> las industrias,<br />
porque no saben qué tan bien o mal trabaja<br />
su aforador. Para tener algunos elementos <strong>de</strong><br />
respuesta ante esta circunstancia, se calibró<br />
un aforador bajo condiciones que suponen<br />
el incumplimiento <strong>de</strong> algunos requisitos <strong>de</strong><br />
la norma; particularmente se buscó indagar<br />
sobre el tipo <strong>de</strong> ecuación <strong>de</strong> ajuste que<br />
resulta <strong>de</strong> dicha circunstancia. Los aspectos<br />
consi<strong>de</strong>rados fueron:<br />
a) Valores altos <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong>.<br />
b) Rugosida<strong>de</strong>s altas en las pare<strong>de</strong>s y el fondo<br />
<strong>de</strong>l aforador.<br />
c) Pare<strong>de</strong>s con pequeñas inclinaciones.<br />
d) Obstáculos cercanos al aforador en el canal<br />
<strong>de</strong> llegada.<br />
Instalaciones experimentales para las<br />
pruebas<br />
Las pruebas se realizaron en el Laboratorio <strong>de</strong><br />
Hidráulica “Ing. David Hernán<strong>de</strong>z Huéramo”<br />
<strong>de</strong> la Universidad Michoacana <strong>de</strong> San Nicolás<br />
<strong>de</strong> Hidalgo. El laboratorio está <strong>de</strong>stinado<br />
prepon<strong>de</strong>rantemente a las prácticas <strong>de</strong> la<br />
materia <strong>de</strong> hidráulica, pero también se utiliza<br />
para realizar experimentos como el presente.<br />
Para realizar las pruebas se utilizaron<br />
los canales <strong>de</strong> pendiente variable y <strong>de</strong> flujo<br />
permanente. El canal <strong>de</strong> pendiente variable es<br />
una estructura <strong>de</strong> metal y cristal, <strong>de</strong> sección<br />
rectangular <strong>de</strong> 30 cm <strong>de</strong> ancho y una longitud<br />
uniforme <strong>de</strong> 8 m (ver figura 1).<br />
El gasto que circula por el canal se estima<br />
por medio <strong>de</strong> un vertedor rectangular <strong>de</strong> pared<br />
<strong>de</strong>lgada tipo Rehbock colocado en uno <strong>de</strong> los<br />
canales <strong>de</strong> retorno. La lectura <strong>de</strong> la carga sobre<br />
el vertedor se realizó con un limnímetro <strong>de</strong><br />
punta y un pozo <strong>de</strong> lectura conectado por vaso<br />
comunicante al canal <strong>de</strong> llegada (ver figuras 2<br />
y 3).<br />
Para estimar el gasto se utilizó la ecuación<br />
(1), que es la fórmula <strong>de</strong> Rehbock; tiene gran<br />
precisión y es <strong>de</strong> las más utilizadas por su<br />
sencillez (Sotelo, 1999):<br />
2b 2g<br />
Q =<br />
3<br />
1+ .0011<br />
h<br />
h 3 2 0.6035 + 0.0813 h + .0011<br />
w<br />
3<br />
2<br />
(1)<br />
Don<strong>de</strong> Q es el gasto en m 3 /s; b, el ancho <strong>de</strong>l<br />
canal en m; g, la aceleración <strong>de</strong> la gravedad, en<br />
m/s 2 ; h, la carga sobre el vertedor en m, y w es<br />
la altura <strong>de</strong> la placa <strong>de</strong>l vertedor en m.<br />
Para dar mayor confiabilidad al vertedor se<br />
cumplieron los requisitos que propone Sotelo<br />
en el mismo libro citado; dichos requisitos
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Figura 1. Canal <strong>de</strong> pendiente variable.<br />
37<br />
Figura 2. Vertedor Rehbock.<br />
Figura 3. Limnímetro para leer la carga sobre el vertedor<br />
Rehbock.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
2 mm<br />
45 o Placa <strong>de</strong><br />
metal<br />
<strong>de</strong> 3/8”<br />
Figura 4. Detalle <strong>de</strong>l bisel <strong>de</strong> la placa <strong>de</strong>l vertedor.<br />
15.67 m<br />
Vertedor<br />
Canales<br />
<strong>de</strong> retorno<br />
Tramo <strong>de</strong> los canales <strong>de</strong> retorno<br />
usado como tanque volumétrico<br />
0.6 m<br />
Hacia la<br />
cisterna<br />
Compuerta<br />
Limnímetro con<br />
tanque <strong>de</strong> lectura<br />
38<br />
Figura 5. Características <strong>de</strong>l tramo <strong>de</strong> canales <strong>de</strong> retorno usado como tanque volumétrico.<br />
son los siguientes: a) vertedor perfectamente<br />
horizontal; b) bisel <strong>de</strong> 2 mm; c) altura <strong>de</strong>l<br />
vertedor mayor a 30 cm y también mayor a dos<br />
veces la carga; d) vertedor perpendicular al<br />
eje <strong>de</strong>l canal; e) canal recto y con una longitud<br />
mayor a diez veces el ancho <strong>de</strong>l vertedor (el<br />
canal tiene 15.67 m y el vertedor tiene 0.6 m <strong>de</strong><br />
ancho); f) área <strong>de</strong>l canal <strong>de</strong> al menos 8bh, don<strong>de</strong><br />
b es el ancho <strong>de</strong>l canal y h es la carga sobre el<br />
vertedor; g) el punto <strong>de</strong> lectura <strong>de</strong> la carga está<br />
a más <strong>de</strong> cuatro veces la carga máxima sobre el<br />
vertedor, y h) se tiene eficiente ventilación <strong>de</strong> la<br />
superficie inferior <strong>de</strong> la lámina vertiente.<br />
Anteriormente, con fines didácticos, ya<br />
se había calibrado el vertedor utilizando el<br />
mismo canal como tanque volumétrico. El<br />
procedimiento fue el siguiente: primeramente<br />
se <strong>de</strong>limitó el tramo por la placa <strong>de</strong>l vertedor y<br />
hacia aguas arriba por una compuerta, misma<br />
que se mantuvo cerrada para confinar el agua.<br />
Entre la compuerta y el vertedor se tiene una<br />
distancia <strong>de</strong> 15.67 m y el ancho <strong>de</strong>l tramo es<br />
<strong>de</strong> 0.6 m. La altura <strong>de</strong>l vertedor es <strong>de</strong> 0.45 m.<br />
Para usar el tramo como tanque volumétrico,<br />
primeramente se “cubicó” dicho tramo,<br />
midiendo el ancho <strong>de</strong>l canal en varias partes<br />
y alturas <strong>de</strong>l mismo, resultando que tiene 0.6<br />
m en todas las mediciones; <strong>de</strong> esta manera se<br />
aseguró que el canal no tuviera variaciones en<br />
su construcción, <strong>de</strong> manera que las mediciones<br />
<strong>de</strong> volumen fueran confiables. Posteriormente<br />
se colocaron marcas en la pared <strong>de</strong>l canal cada<br />
cinco centímetros; dichas marcas sirvieron<br />
para medir el tiempo en que el agua tardaba<br />
en alcanzar cada marca; <strong>de</strong> esta manera, cada<br />
cierto tiempo, se tenía que había escurrido un<br />
volumen <strong>de</strong> 0.4701 m 3 .<br />
Des<strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los cercanos al<br />
tramo usado como tanque se <strong>de</strong>jaba escurrir<br />
cierto caudal, y una vez que rebasaba un nivel<br />
mínimo (por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l cual el canal no se podía<br />
usar como tanque volumétrico, dado que tiene<br />
una pequeña pendiente) se comenzaba a medir<br />
el tiempo en que el nivel <strong>de</strong> agua alcanzaba
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
cada marca <strong>de</strong> 0.05 m. Así, dividiendo el<br />
volumen ya conocido entre el tiempo, se<br />
obtuvo el gasto. Todo esto se hacía antes <strong>de</strong> que<br />
el agua rebasara el vertedor; una vez rebasado<br />
el mismo se <strong>de</strong>jaba transcurrir otro tiempo<br />
hasta que el agua en el tanque <strong>de</strong> lecturas <strong>de</strong>l<br />
limnímetro se estabilizaba; una vez logrado<br />
esto, se tomaba la lectura en dicho limnímetro.<br />
Esto se repitió para diferentes caudales y se<br />
obtuvieron pares <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> carga y gasto<br />
(la carga es la <strong>de</strong>l limnímetro y el gasto es el<br />
estimado con la medición <strong>de</strong>l tiempo en que<br />
se llenaba cada marca <strong>de</strong> 5 cm). En la figura<br />
6 se observan los puntos experimentales y la<br />
curva <strong>de</strong> gastos calculada con la ecuación (1);<br />
pue<strong>de</strong> apreciarse que se tiene una coinci<strong>de</strong>ncia<br />
aceptable, por lo que se consi<strong>de</strong>ra confiable el<br />
vertedor rectangular <strong>de</strong> pared <strong>de</strong>lgada como<br />
medidor <strong>de</strong> referencia. Como dato adicional,<br />
se tiene que el limnímetro cuenta con un<br />
mecanismo tipo “vernier”, lo que le otorga<br />
una precisión <strong>de</strong> 0.1 mm, lo que redunda en<br />
que el gasto calculado con la ecuación (1) tiene<br />
una precisión <strong>de</strong> 0.0445 l/s. Cabe mencionar,<br />
asimismo, que el flujo <strong>de</strong> aproximación al<br />
vertedor siempre fue en régimen subcrítico, lo<br />
que generaba una corriente suave, y paralela al<br />
eje longitudinal <strong>de</strong>l canal.<br />
El canal <strong>de</strong> flujo permanente está construido<br />
en mampostería, recubierto por un acabado liso<br />
<strong>de</strong> cemento y pintura acrílica en secciones <strong>de</strong><br />
geometría variable. En la zona don<strong>de</strong> se colocó<br />
el aforador Parshall, la sección es rectangular<br />
<strong>de</strong> 41 cm <strong>de</strong> ancho y pendiente uniforme <strong>de</strong><br />
0.0001 (ver figura 7).<br />
Para el control <strong>de</strong> las pruebas realizadas en<br />
el canal <strong>de</strong> flujo permanente se utilizó como<br />
medidor <strong>de</strong> referencia un vertedor triangular<br />
<strong>de</strong> pared <strong>de</strong>lgada, mismo que también se<br />
calibró volumétricamente. Esta calibración se<br />
realizó colocando un tanque aguas abajo <strong>de</strong>l<br />
vertedor; dicho tanque se “cubicó” utilizando<br />
una probeta <strong>de</strong> dos litros, misma que se llenaba<br />
<strong>de</strong> agua y se vaciaba en el tanque, marcando<br />
la altura que alcanzaba el nivel para cada<br />
cinco probetas. Inmediatamente <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l<br />
vertedor se colocó un canal portátil, mismo<br />
que se usaba para evitar el llenado <strong>de</strong>l tanque<br />
39<br />
70<br />
60<br />
Rehbock<br />
Puntos experimentales<br />
50<br />
Gasto, l/s<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16<br />
Carga sobre el vertedor, m<br />
Figura 6. Comparación <strong>de</strong> los puntos experimentales con la ecuación <strong>de</strong> Rehbock.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Figura 8. Vertedor triangular.<br />
40<br />
Figura 7. Parte final <strong>de</strong>l canal <strong>de</strong> flujo permanente.<br />
indica un rango <strong>de</strong> funcionamiento <strong>de</strong>s<strong>de</strong><br />
0.85 hasta 53.80 l/s. El aforador se construyó<br />
en acrílico con las dimensiones sugeridas por<br />
la norma ASTM (figuras 9 y 10). En la misma<br />
norma se indica la ecuación que <strong>de</strong>be usarse<br />
para este ancho <strong>de</strong> garganta (ecuación (3)):<br />
mientras el gasto variaba; una vez que el gasto<br />
se estabilizaba, se retiraba súbitamente el canal<br />
portátil y se contabilizaba el tiempo <strong>de</strong> llenado<br />
<strong>de</strong>l tanque; <strong>de</strong> esta manera se obtuvo el gasto.<br />
La ecuación resultante <strong>de</strong> esta calibración fue<br />
la ecuación (2):<br />
Q = 1.2077h 2.3192 (2)<br />
Don<strong>de</strong> Q es el gasto en m 3 /s y h es la carga<br />
sobre el vertedor, en m. Este vertedor se localiza<br />
en la parte final <strong>de</strong>l canal <strong>de</strong> flujo permanente<br />
(ver figura 8).<br />
Aforador Parshall utilizado en las<br />
pruebas<br />
Se propuso un aforador Parshall <strong>de</strong> tres<br />
pulgadas <strong>de</strong> ancho en la garganta; para este<br />
tamaño <strong>de</strong> aforador, en la norma ASTM se<br />
Q = 1.141Ha 1.55 (3)<br />
Don<strong>de</strong> Q es el gasto, en l/s, y H a<br />
es la carga<br />
sobre la cresta <strong>de</strong>l aforador, en cm. La carga H a<br />
se midió con un limnímetro <strong>de</strong> punta colocado<br />
encima <strong>de</strong>l aforador, justo en el sitio que se<br />
indica en el ISO, sección 8.2.1 inciso “d”, y<br />
en el ASTM, sección 7.2.2, es <strong>de</strong>cir a 2/3 <strong>de</strong><br />
la longitud <strong>de</strong> la pared convergente, medida<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> la garganta hacia la parte inicial <strong>de</strong>l<br />
aforador.<br />
Prueba número 1. Calibración para<br />
valores altos <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong><br />
En los trabajos <strong>de</strong> revisión <strong>de</strong> aforadores en las<br />
industrias no se <strong>de</strong>tectaron números <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong><br />
altos; sin embargo, se consi<strong>de</strong>ró posible la<br />
presencia <strong>de</strong> dichos valores en aquellos sitios<br />
sin acceso al canal <strong>de</strong> llegada. Fue por ello que<br />
se intentó calibrar el aforador para un rango<br />
<strong>de</strong> números <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong> mayores a los máximos<br />
permitidos en la norma ISO. En esta norma se
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Perfil <strong>de</strong>l fondo 5.70 3.20<br />
45.70 15.20 30.50<br />
30.47<br />
25.30<br />
Sitio <strong>de</strong><br />
medición 7.62<br />
Vista en planta<br />
Figura 9. Dimensiones <strong>de</strong>l aforador y sitio <strong>de</strong> medición <strong>de</strong>l nivel <strong>de</strong>l agua.<br />
propone calcular el número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong> con la<br />
ecuación (4):<br />
41<br />
Fr =<br />
Q máx<br />
A gh máx<br />
(4)<br />
Figura 10. Vista <strong>de</strong>l aforador <strong>de</strong> prueba.<br />
Don<strong>de</strong> Fr es el número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong>,<br />
adimensional; Q máx<br />
es el gasto máximo que<br />
pue<strong>de</strong> circular por el aforador en m 3 /s; A es el<br />
área hidráulica en m 2 ; g es la aceleración <strong>de</strong> la<br />
gravedad, en m/s 2 , y h máx<br />
es el tirante máximo<br />
correspondiente a Q máx<br />
. La norma no indica en<br />
dón<strong>de</strong> <strong>de</strong>be medirse el tirante h máx<br />
, por lo que<br />
<strong>de</strong>cidió medirse justo antes <strong>de</strong> la entrada <strong>de</strong>l<br />
aforador.<br />
En el canal <strong>de</strong> pendiente variable se pue<strong>de</strong>n<br />
lograr fácilmente diferentes valores <strong>de</strong>l número<br />
<strong>de</strong> Frou<strong>de</strong>, incluyendo valores mayores a la<br />
unidad; por ejemplo, durante las prácticas<br />
<strong>de</strong> la clase <strong>de</strong> hidráulica se logran valores <strong>de</strong><br />
hasta 2.345. Sin embargo, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> colocar<br />
el aforador fue imposible lograr dichos<br />
valores altos; el aforador, como podría haberse<br />
supuesto, representa un estrechamiento <strong>de</strong> la<br />
sección que “remansa” el agua; por lo tanto,<br />
el tirante medido <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la colocación<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
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Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
42<br />
<strong>de</strong>l aforador es sustancialmente mayor y,<br />
consecuentemente, el número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong> es<br />
mucho menor. En las gráficas <strong>de</strong> la figura 11<br />
se presentan los resultados <strong>de</strong> esta prueba y se<br />
aprecia claramente que aún para pendientes<br />
altas no se logran números <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong> mayores<br />
a 0.18.<br />
Acor<strong>de</strong> con el objetivo <strong>de</strong> la investigación,<br />
se <strong>de</strong>terminaron ecuaciones <strong>de</strong> calibración,<br />
pero se cambió un poco el enfoque: al no lograr<br />
valores altos <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong>, se buscaron<br />
diferentes calibraciones para cada valor <strong>de</strong><br />
la pendiente. Las ecuaciones resultantes se<br />
presentan en el cuadro 1. En primer lugar, es<br />
notorio que para cada pendiente se tiene una<br />
diferente ecuación, como se aprecia en los<br />
valores <strong>de</strong>l coeficiente y <strong>de</strong>l exponente.<br />
Con objeto <strong>de</strong> presentar <strong>de</strong> manera gráfica<br />
las diferencias entre las ecuaciones, se calculó la<br />
diferencia porcentual entre el gasto resultante<br />
<strong>de</strong> la ecuación ASTM y los gastos calculados<br />
con las ecuaciones <strong>de</strong> calibración. La diferencia<br />
se calculó con la ecuación (5), don<strong>de</strong> Q C<br />
es el<br />
gasto <strong>de</strong> calibración en l/s y Q A<br />
es el gasto <strong>de</strong><br />
la ecuación ASTM, también en l/s. De esta<br />
manera, si el resultado es positivo significa<br />
que la ecuación calibrada sobrestima el gasto<br />
y viceversa:<br />
( Q A)<br />
D = Q C<br />
X100 (5)<br />
Q A<br />
Los resultados se muestran en la figura<br />
12. En dicha figura, dos líneas llaman notoriamente<br />
la atención: las correspondientes<br />
a las pendientes mayores (S4 = 0.0154 y S5 =<br />
0.0419), porque se acercan más a la ecuación<br />
ASTM; las otras pendientes en el canal afectan<br />
la ecuación <strong>de</strong> calibración <strong>de</strong> tal manera que<br />
se tienen gran<strong>de</strong>s diferencias, por ejemplo,<br />
el caso <strong>de</strong> la pendiente cero. Estos resultados<br />
invitan a suponer que si la ecuación ASTM es<br />
0.18<br />
0.17<br />
0.16<br />
0.15<br />
S1 = -0.0033<br />
S2 = 0<br />
S3 = 0.0056<br />
S4 = 0.0154<br />
S5 = 0.0419<br />
Número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong><br />
0.14<br />
0.13<br />
0.12<br />
0.11<br />
0.10<br />
0.09<br />
0.08<br />
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21<br />
Gasto, l/s<br />
Figura 11. Valores <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong> para diferentes pendientes y gastos.
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Cuadro 1. Ecuaciones <strong>de</strong> calibración para diferentes pendientes.<br />
Pendiente Ecuación Coeficiente <strong>de</strong> correlación, R 2<br />
S1 = -0.0033<br />
1.6145<br />
Q = 0.1106H a<br />
0.9999<br />
S2 = 0<br />
1.9151<br />
Q = 0.0464H a<br />
0.9903<br />
S3 = 0.0056<br />
1.6593<br />
Q = 0.1029H a<br />
0.993<br />
S4 = 0.0154<br />
1.6109<br />
Q = 0.1241H a<br />
0.9913<br />
S5 = 0.0419<br />
1.5447<br />
Q = 0.1472H a<br />
0.9986<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
Diferencia, %<br />
-20<br />
-30<br />
-40<br />
-50<br />
-60<br />
S1 = -0.0033<br />
S2 = 0<br />
S3 = 0.0056<br />
S4 = 0.0154<br />
S5 = 0.0419<br />
43<br />
-70<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20<br />
Gasto <strong>de</strong> referencia (ASTM) l/s<br />
Figura 12. Diferencia entre la ecuación <strong>de</strong> calibración y la ecuación ASTM para diferentes pendientes.<br />
la más a<strong>de</strong>cuada, las pendientes fuertes afectan<br />
menos que las pendientes suaves.<br />
Con los resultados encontrados se <strong>de</strong>muestra<br />
que el número <strong>de</strong> Frou<strong>de</strong> no es una<br />
variable importante, ya que al colocar el<br />
aforador, la corriente ten<strong>de</strong>rá al flujo subcrítico<br />
<strong>de</strong> manera inevitable; por el contrario, el valor<br />
<strong>de</strong> la pendiente en el canal sí tiene un efecto<br />
importante sobre la ecuación <strong>de</strong> calibración.<br />
Ninguna <strong>de</strong> las normas consultadas indica<br />
restricciones sobre la pendiente, por lo que se<br />
asume que el aforador pue<strong>de</strong> colocarse con<br />
cualquier pendiente y, como se aprecia en<br />
los resultados, cada pendiente generará una<br />
diferente ecuación <strong>de</strong> calibración.<br />
Prueba número 2. Calibración para<br />
diferentes rugosida<strong>de</strong>s en el interior <strong>de</strong>l<br />
aforador<br />
Para realizar estas pruebas se cubrieron las<br />
pare<strong>de</strong>s y el fondo <strong>de</strong>l aforador con dos<br />
diferentes tamaños <strong>de</strong> arena. En las normas se<br />
recomienda construir el aforador con un acabado<br />
<strong>de</strong> cemento pulido y el tamaño máximo<br />
<strong>de</strong> la rugosidad no <strong>de</strong>be ser mayor <strong>de</strong> 0.4<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
44<br />
mm; como tal tamaño es poco práctico, se usó<br />
arbitrariamente arena <strong>de</strong> aproximadamente 2 y<br />
5 mm (figuras 13 y 14); también se consi<strong>de</strong>ró el<br />
caso <strong>de</strong>l aforador sin recubrimiento como una<br />
tercera opción prácticamente lisa.<br />
Al graficar las diferencias porcentuales en<br />
la figura 15, se aprecia que la rugosidad <strong>de</strong> 2<br />
mm no parece afectar <strong>de</strong>masiado y el peor<br />
caso resulta, efectivamente, la rugosidad <strong>de</strong> 5<br />
mm. Llama la atención que el acabado acrílico<br />
no parece ser la mejor opción y que la mejor<br />
correlación no se obtiene con este material<br />
(R 2 = 0.9993, cuadro 2). En la norma se recomienda<br />
evitar protuberancias mayores 0.4 mm,<br />
pero los resultados <strong>de</strong> la prueba realizada con<br />
rugosidad <strong>de</strong> 2 mm, valor sustancialmente<br />
mayor al máximo recomendado, indican que<br />
no es tan importante mantener la rugosidad<br />
baja en el aforador.<br />
Figura 14. Aforador recubierto con arena <strong>de</strong> 5 mm.<br />
Prueba número 3. Pare<strong>de</strong>s inclinadas en<br />
el interior aforador<br />
Figura 13. Aforador recubierto con arena <strong>de</strong> 2 mm.<br />
En las normas también se indica que las<br />
pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l aforador <strong>de</strong>ben estar verticales.<br />
Con objeto <strong>de</strong> indagar el tipo <strong>de</strong> ecuación <strong>de</strong><br />
ajuste que resulta cuando dichas pare<strong>de</strong>s están<br />
inclinadas, se realizaron dos pruebas más. En<br />
la primera prueba se inclinaron las pare<strong>de</strong>s<br />
hacia el interior <strong>de</strong>l aforador; en la segunda,<br />
por el contrario, se abrieron para inclinarlas<br />
“hacia fuera”. En el caso <strong>de</strong> la inclinación hacia<br />
a<strong>de</strong>ntro, las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la garganta <strong>de</strong>l aforador<br />
se juntaron completamente en su parte<br />
superior, <strong>de</strong> manera que no fue posible<br />
inclinarlas más; el ángulo máximo logrado<br />
en esta circunstancia fue <strong>de</strong> 88 grados<br />
respecto <strong>de</strong> la horizontal. Por el contrario,<br />
el caso <strong>de</strong> la inclinación hacia fuera no tiene<br />
obviamente restricciones; sin embargo, se<br />
inclinaron las pare<strong>de</strong>s solamente 85 grados,<br />
consi<strong>de</strong>rando que dicha inclinación no podría<br />
ser constructivamente mayor. En este caso,<br />
resulta interesante presentar los resultados en<br />
la gráfica <strong>de</strong> la figura 16.<br />
De manera peculiar, se observa que la línea<br />
<strong>de</strong> la ecuación <strong>de</strong> ajuste para pare<strong>de</strong>s cerradas a<br />
88 grados y la línea <strong>de</strong> la ecuación recomendada<br />
por la norma ASTM, prácticamente se su-
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Cuadro 2. Ecuaciones <strong>de</strong> calibración para diferentes rugosida<strong>de</strong>s.<br />
Rugosidad Ecuación Coeficiente <strong>de</strong> correlación R 2<br />
2 mm<br />
1.4714<br />
Q = 0.1763H a<br />
0.9997<br />
5 mm Q = 0.3895H 1.215 a<br />
0.9906<br />
Acrílico<br />
1.498<br />
Q = 0.1816H a<br />
0.9993<br />
140<br />
120<br />
Acabado acrílico<br />
Rugosidad 2 mm<br />
Rugosidad 5 mm<br />
100<br />
Diferencia, %<br />
80<br />
60<br />
40<br />
45<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20<br />
Gasto <strong>de</strong> referencia (ASTM) l/s<br />
Figura 15. Diferencia respecto a la ecuación ASTM para diferentes rugosida<strong>de</strong>s.<br />
perponen. La ecuación resultante para el caso<br />
<strong>de</strong> las pare<strong>de</strong>s abiertas a 85 grados tiene un<br />
comportamiento diferente, alejándose <strong>de</strong> la<br />
ecuación ASTM (cuadro 3). Esta diferencia se<br />
muestra en la figura 17, don<strong>de</strong> se observa que<br />
dicha diferencia es sustancialmente importante,<br />
y se <strong>de</strong>sarrolla <strong>de</strong> manera consistente entre<br />
los 25 y 28%, aproximadamente.<br />
Prueba número 4. Calibración con<br />
obstáculos aguas arriba <strong>de</strong>l aforador<br />
Para conocer el comportamiento <strong>de</strong>l aforador<br />
cuando se tienen obstáculos aguas arriba<br />
<strong>de</strong>l mismo se colocaron dos elementos que<br />
perturbarían <strong>de</strong> manera diferente el flujo. El<br />
primer elemento es una pantalla formada por<br />
una placa <strong>de</strong> acrílico montada en un marco<br />
metálico y colocada al centro <strong>de</strong>l canal. La<br />
pantalla cubre gran parte <strong>de</strong> la sección y<br />
permite el paso <strong>de</strong>l agua únicamente por<br />
los costados (ver figuras 18 y 19). Según la<br />
recomendación <strong>de</strong> la norma ASTM, el tramo<br />
recto y sin obstáculos antes <strong>de</strong>l aforador <strong>de</strong>be<br />
ser <strong>de</strong> veinte veces el ancho <strong>de</strong> la garganta, para<br />
este caso 152.4 cm. Las diferentes posiciones <strong>de</strong><br />
la pantalla fueron 40, 80 y 160 cm aguas arriba<br />
<strong>de</strong> la entrada <strong>de</strong>l aforador; ello significa que<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
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Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
30<br />
25<br />
Pare<strong>de</strong>s cerradas 88 grados<br />
Pare<strong>de</strong>s abiertas 85 grados<br />
ASTM<br />
20<br />
Gasto, l/s<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26<br />
Ha, cm<br />
46<br />
Figura 16. Gráfica <strong>de</strong> calibración con pare<strong>de</strong>s inclinadas.<br />
Cuadro 3. Ecuaciones <strong>de</strong> calibración para diferente inclinación en las pare<strong>de</strong>s.<br />
Inclinación Ecuación Coeficiente <strong>de</strong> correlación R 2<br />
88º hacia a<strong>de</strong>ntro Q = 0.1257Ha 1.5916 0.9997<br />
85º hacia fuera Q = 0.1799Ha 1.5524 0.9993<br />
dos posiciones quedaron <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l tramo en el<br />
que no <strong>de</strong>bieran existir obstáculos (40 y 80 cm)<br />
y la tercera posición está prácticamente fuera<br />
<strong>de</strong>l mismo tramo (160 cm).<br />
Asimismo, se utilizó una especie <strong>de</strong> “<strong>de</strong>sviador”<br />
consistente en varias barras verticales<br />
inclinadas respecto <strong>de</strong>l eje longitudinal <strong>de</strong>l<br />
canal, con una cierta separación para <strong>de</strong>sviar<br />
el flujo que escurre entre ellas (ver figuras 18<br />
y 19). El <strong>de</strong>sviador se colocó en las mismas<br />
posiciones que la pantalla (40, 80 y 160 cm).<br />
Las ecuaciones <strong>de</strong> calibración para las<br />
diferentes ubicaciones <strong>de</strong> la pantalla se pue<strong>de</strong>n<br />
ver en el cuadro 4; las diferencias porcentuales<br />
se grafican en la figura 20. Especial atención<br />
merece el hecho evi<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> la menor influen-<br />
cia que tiene la pantalla cuando está cerca <strong>de</strong>l<br />
aforador, contrariamente a lo que se esperaría.<br />
También es <strong>de</strong> observarse que la mejor<br />
correlación correspon<strong>de</strong> a la segunda posición<br />
<strong>de</strong> la pantalla (80 cm), con un coeficiente <strong>de</strong><br />
correlación R 2 <strong>de</strong> 0.9934.<br />
En el caso <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sviador, se encontraron las<br />
ecuaciones <strong>de</strong> calibración <strong>de</strong>l cuadro 5; <strong>de</strong>be<br />
observarse que el valor <strong>de</strong> los coeficientes <strong>de</strong><br />
correlación son comparativamente menores a<br />
los encontrados en las otras pruebas.<br />
La comparación porcentual presentada en<br />
la figura 20 muestra que todas las líneas para<br />
el caso <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sviador tienen un mismo patrón<br />
y se <strong>de</strong>sarrollan en una zona común <strong>de</strong> la<br />
gráfica; a<strong>de</strong>más, el <strong>de</strong>sviador colocado más
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
35<br />
30<br />
25<br />
Diferencia, %<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Pare<strong>de</strong>s cerradas 88 grados<br />
Pare<strong>de</strong>s abiertas 85 grados<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20<br />
Gasto <strong>de</strong> referencia (ASTM) l/s<br />
Figura 17. Diferencia respecto a la ecuación ASTM para diferentes inclinaciones.<br />
47<br />
cerca es más perjudicial, y cuando se coloca<br />
más lejos afecta menos, lo que es <strong>de</strong> esperar;<br />
por el contrario, las líneas correspondientes a la<br />
pantalla son muy diferentes, cambian <strong>de</strong> signo<br />
entre ellas; el caso <strong>de</strong> la pantalla a 160 cm <strong>de</strong>l<br />
aforador es el que presenta mayor diferencia<br />
entre su calibración y la ecuación ASTM, aun<br />
Figura 18. Pantalla y <strong>de</strong>sviador utilizados en las pruebas.<br />
cuando ya está fuera <strong>de</strong>l tramo recto mínimo<br />
recomendado.<br />
En las pruebas <strong>de</strong> la pantalla y el <strong>de</strong>sviador<br />
se observa que el aforador presenta cierto<br />
comportamiento <strong>de</strong> “regulación” <strong>de</strong>l flujo.<br />
Primeramente se inyectó un trazador (azul<br />
<strong>de</strong> metileno) cuando se colocaron la pantalla<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Figura 19. Vista en planta <strong>de</strong> la perturbación en el flujo por efecto <strong>de</strong> la pantalla y el <strong>de</strong>sviador.<br />
Cuadro 4. Ecuaciones <strong>de</strong> calibración para diferentes posiciones <strong>de</strong> la pantalla.<br />
Distancia aguas arriba <strong>de</strong>l aforador Ecuación Coeficiente <strong>de</strong> correlación R 2<br />
48<br />
40 cm Q = 0.1273H a<br />
1.593<br />
0.9769<br />
80 cm Q = 0.1056H a 1.6062 0.9934<br />
160 cm Q = 0.2339H a<br />
1.498<br />
0.9752<br />
Diferencia, %<br />
70<br />
65<br />
60<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
-25<br />
-30<br />
Desviador a 40 cm Desviador a 80 cm Desviador a 160 cm<br />
Pantalla a 40 cm Pantalla a 80 cm Pantalla a 160 cm<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20<br />
Gasto <strong>de</strong> referencia (ASTM) l/s<br />
Figura 20. Diferencia respecto a la ecuación ASTM cuando se tienen obstáculos aguas arriba <strong>de</strong>l aforador.
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Cuadro 5. Ecuaciones <strong>de</strong> calibración para diferentes posiciones <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sviador.<br />
Distancia aguas arriba <strong>de</strong>l aforador Ecuación Coeficiente <strong>de</strong> correlación R 2<br />
40 cm<br />
1.4<br />
Q = 0.2504H a<br />
0.906<br />
80 cm<br />
1.405<br />
Q = 0.2417H a<br />
0.9465<br />
160 cm<br />
1.475<br />
Q = 0.1936H a<br />
0.9565<br />
y el <strong>de</strong>sviador (ver figuras 21 y 22), y se<br />
observó claramente en ambos casos que el<br />
flujo sale muy <strong>de</strong>sviado, pero rápidamente se<br />
alinea y cuando entra a la garganta el flujo<br />
ya presenta trayectorias rectas. Se advierte<br />
que el trazador se inyectó únicamente en uno<br />
<strong>de</strong> los extremos <strong>de</strong> la pantalla y <strong>de</strong>sviador,<br />
respectivamente.<br />
En segundo lugar se colocó la placa extremadamente<br />
cerca <strong>de</strong> la entrada <strong>de</strong>l aforador<br />
(ver figura 23). Se observa que el agua escurre<br />
únicamente por las aberturas formadas por las<br />
pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l canal y la pantalla. Aún en estas<br />
condiciones extraordinarias, el nivel <strong>de</strong>l agua<br />
se mantiene aproximadamente en la misma<br />
altura que tiene sin la pantalla.<br />
Los diferentes resultados <strong>de</strong> la pantalla y el<br />
<strong>de</strong>sviador suponen que otro tipo <strong>de</strong> obstáculo<br />
tendrá su propia ecuación <strong>de</strong> calibración,<br />
in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong> la distancia a la que<br />
se encuentre <strong>de</strong>l aforador, aún incluso si dicho<br />
obstáculo está fuera <strong>de</strong>l tramo mínimo <strong>de</strong><br />
longitud recta, pero lo suficientemente cercano<br />
como para causar algún efecto.<br />
Figura 22. Vista en planta <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sviador antes <strong>de</strong>l aforador.<br />
49<br />
Figura 21. Vista en planta <strong>de</strong> la pantalla antes <strong>de</strong>l aforador.<br />
Figura 23. Placa <strong>de</strong> acrílico colocada en la entrada <strong>de</strong>l<br />
aforador.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
50<br />
Conclusiones<br />
La recomendación dada en la norma ASTM<br />
respecto a la calibración <strong>de</strong> los aforadores<br />
Parshall <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> que éstos hayan sido<br />
colocados en el sitio parece muy atinada,<br />
ya que los resultados encontrados indican<br />
que para cada diferente situación se tendrá<br />
una diferente ecuación <strong>de</strong> ajuste. Por otro<br />
lado, en la misma norma se indica que un<br />
medidor que cumpla con los requisitos<br />
establecidos tendrá una incertidumbre <strong>de</strong> ±<br />
5%; esto no parece muy acertado, ya que se<br />
ha <strong>de</strong>mostrado que en algunos <strong>de</strong> los casos<br />
en los que el aforador cumple con lo indicado<br />
en la norma, la ecuación <strong>de</strong> calibración tiene<br />
gran<strong>de</strong>s diferencias respecto a la ecuación<br />
recomendada por la norma. Por el contrario,<br />
en algunos casos <strong>de</strong> evi<strong>de</strong>nte incumplimiento<br />
<strong>de</strong> la norma, la ecuación <strong>de</strong> calibración se<br />
parece mucho a la ecuación <strong>de</strong> la norma, tal<br />
es el caso <strong>de</strong> las calibraciones para pendientes<br />
fuertes, ya que dichas pendientes fuertes<br />
generan ecuaciones <strong>de</strong> calibración que son las<br />
más parecidas a la ecuación ASTM. Otro caso<br />
es la calibración <strong>de</strong>l aforador con rugosidad<br />
<strong>de</strong> 2 mm, que resultó más parecida a la <strong>de</strong><br />
la norma que la ecuación <strong>de</strong> calibración con<br />
pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> acrílico (contrariamente a lo<br />
esperado). Similar circunstancia se encontró<br />
en el caso <strong>de</strong> la pantalla como obstáculo aguas<br />
arriba <strong>de</strong>l aforador; los mejores resultados se<br />
encontraron cuando la pantalla estaba cerca<br />
<strong>de</strong>l aforador y no cuando ésta estaba lejos, aun<br />
fuera <strong>de</strong>l tramo recto mínimo recomendado.<br />
Con base en lo anterior, la conclusión<br />
general más importante es que la calibración<br />
<strong>de</strong> los aforadores en sitio es más recomendable<br />
que el cumplimiento <strong>de</strong> los requisitos <strong>de</strong> la<br />
norma.<br />
Se hace la advertencia <strong>de</strong> que se calibró un<br />
aforador <strong>de</strong> tres pulgadas. No <strong>de</strong>berá esperarse<br />
necesariamente la misma situación para<br />
aforadores <strong>de</strong> otros tamaños. La investigación<br />
experimental es necesaria para otras dimensiones,<br />
con objeto <strong>de</strong> estar en condiciones <strong>de</strong><br />
conocer el efecto en la calibración <strong>de</strong> diferentes<br />
incumplimientos a la norma.<br />
Por otro lado, se recomienda ampliamente<br />
que la calibración <strong>de</strong> aforadores se vea acompañada<br />
<strong>de</strong>l correspondiente y a<strong>de</strong>cuado análisis<br />
<strong>de</strong> incertidumbre, puesto que en algunas<br />
<strong>de</strong> las pruebas se encontraron bajos coeficientes<br />
<strong>de</strong> correlación encontrados en los ajustes,<br />
lo que significa una dispersión mayor <strong>de</strong> los<br />
puntos experimentales.<br />
Como una observación adicional, se hace<br />
hincapié en el hecho <strong>de</strong> las gran<strong>de</strong>s diferencias<br />
que se aprecian en todas las gráficas cuando se<br />
tienen gastos bajos. En la literatura relacionada<br />
(Pedroza, 2001) se recomienda no medir gastos<br />
en un aforador Parshall <strong>de</strong> tres pulgadas <strong>de</strong><br />
garganta, cuando se tienen cargas menores <strong>de</strong><br />
3 cm. Dicha carga correspon<strong>de</strong> a un gasto <strong>de</strong><br />
entre 0.6 y 1.5 l/s —dicha variación es función<br />
<strong>de</strong> las diferentes ecuaciones <strong>de</strong> calibración<br />
encontradas para cada caso— sin embargo, es<br />
notorio que aún para gastos mucho mayores,<br />
las diferencias se mantienen muy gran<strong>de</strong>s;<br />
al respecto, sólo se hace notar el hecho. Se<br />
<strong>de</strong>ja para posteriores investigaciones una<br />
fundamentación <strong>de</strong>l mismo, dado que en la<br />
mayoría <strong>de</strong> los casos, las diferencias tan altas<br />
encontradas en algunos <strong>de</strong> los experimentos no<br />
parecen tener una relación clara con la lectura<br />
<strong>de</strong> gastos bajos.<br />
Referencias<br />
Recibido: 18/03/10<br />
Aceptado: 19/01/12<br />
ASTM. Standard D 1941-91 Standard Test Method for Open<br />
Channel Flow Measurement of Water with Parshall Flume.<br />
New York: American National Standard, 2001.<br />
ISO. Standard 9826 Measurement of liquid flow in open channels-<br />
Parshall and SANIIRI flumes. Gèneve: International<br />
Organisation for Standardization, 1992.<br />
PEDROZA, E. Canal Parshall. Serie autodidáctica. México,<br />
D.F.: Semarnat-Conagua-IMTA, 2001, 32 pp.<br />
SOTELO, G. Hidráulica General. Volumen 1. Fundamentos.<br />
Vigésimoprimera reimpresión. México, D.F.: Editorial<br />
Limusa, 1999, 561 pp.
Pedroza-González y Ángel-Hurtado, Variaciones en la calibración <strong>de</strong> un aforador Parshall<br />
Abstract<br />
PEDROZA-GONZÁLEZ, E. & ANGEL-HURTADO, J.L. Variations in a Parshall flume<br />
calibration. Water Technology and Sciences (in Spanish). Vol. III, No. 3, July-September,<br />
2012, pp. 35-51.<br />
The use of Parshall flumes is common in industries that require measuring wastewater<br />
discharges. It is frequently found that these flumes do not meet certain recommendations<br />
established by applicable standards. A flume of 3 inches was calibrated in a laboratory in<br />
or<strong>de</strong>r to investigate the type of adjustment equation resulting from a variety of failures to<br />
comply with the standard. Some of the factors for which compliance was not met inclu<strong>de</strong>d<br />
steep slopes, obstacles in the inlet channel, high roughness in the material of the flume and<br />
lack of verticality of the walls. The different adjustment equations were compared with the<br />
equation recommen<strong>de</strong>d by the standard, and it was found that better compliance with the<br />
standard does not always generate the equation most similar to that recommen<strong>de</strong>d. For<br />
example, when the flume with a null slope in the inlet channel was calibrated, an equation<br />
very different from that of the standard was obtained; calibrations with steeper slopes, even<br />
outsi<strong>de</strong> the range, yiel<strong>de</strong>d equations closer to those representing the standard. It was also<br />
found that the calibration of the flume with a roughness of the flume wall of 2 mm has a more<br />
similar adjustment equation, even more so than the calibration with nearly smooth walls. In<br />
addition, it was observed that calibration with a screen located 40 cm upstream produces a<br />
better adjustment equation than that with the same screen placed at 160 cm. Based on these<br />
results it can be conclu<strong>de</strong>d that it is preferable to calibrate the Parshall flume rather than<br />
meeting the standard.<br />
51<br />
Keywords: Parshall flume, calibration.<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Edmundo Pedroza González<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
Coordinación <strong>de</strong> Hidráulica<br />
Subcoordinación <strong>de</strong> Hidráulica Ambiental<br />
Paseo Cuauhnáhuac 8532, Colonia Progreso<br />
62550 Jiutepec, Morelos, México<br />
Teléfono: +52 (777) 3293 677<br />
epedroza@tlaloc.imta.mx<br />
Jorge Leonel Angel Hurtado<br />
Universidad Michoacana <strong>de</strong> San Nicolás <strong>de</strong> Hidalgo<br />
Facultad <strong>de</strong> Ingeniería Civil<br />
Departamento <strong>de</strong> Hidráulica<br />
Ciudad Universitaria<br />
58030 Morelia, Michoacán, México<br />
Teléfono: +52 (443) 1739 296, extensión 4303<br />
zectar@hotmail.com<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Río Ver<strong>de</strong>, Oaxaca, <strong>de</strong>sbordando sobre la presa <strong>de</strong>rivadora Ricardo Flores Magón.<br />
Foto: Miguel Ángel Mejía González.
Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua<br />
dulce a las lagunas costeras Chacahua y<br />
Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca, México, por medio<br />
<strong>de</strong> isótopos ambientales<br />
• Miguel Ángel Mejía-González • Luis González-Hita •<br />
• Joselina Espinoza-Ayala •José Alfredo González-Verdugo •<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
Resumen<br />
Utilizando mediciones <strong>de</strong> isótopos ambientales (oxígeno 18 y <strong>de</strong>uterio), así como<br />
valores <strong>de</strong> conductividad eléctrica específica, se <strong>de</strong>terminaron las fuentes <strong>de</strong> agua<br />
dulce y sus aportaciones a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca.<br />
Se consi<strong>de</strong>raron como fuentes posibles <strong>de</strong> aportación <strong>de</strong> agua dulce el Río Ver<strong>de</strong>,<br />
la precipitación y el acuífero subyacente. La composición isotópica estable <strong>de</strong><br />
las diferentes familias <strong>de</strong> agua reveló que cada una <strong>de</strong> ellas presenta una huella<br />
isotópica distintiva, característica que permitió diferenciarlas entre sí y <strong>de</strong>terminar<br />
sus proporciones <strong>de</strong> mezcla en diferentes muestras recolectadas <strong>de</strong> las lagunas. Los<br />
resultados permitieron i<strong>de</strong>ntificar las fuentes <strong>de</strong> aportación y sus contribuciones<br />
efectivas <strong>de</strong> agua dulce, las cuales pue<strong>de</strong>n alcanzar hasta el 38% <strong>de</strong>l total <strong>de</strong> agua<br />
que ingresa a las lagunas.<br />
Palabras clave: fuentes <strong>de</strong> agua dulce, lagunas costeras, isótopos ambientales.<br />
53<br />
Introducción<br />
La Comisión Fe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Electricidad (CFE),<br />
a través <strong>de</strong> su Coordinación <strong>de</strong> Proyectos<br />
Hidroeléctricos (CPH), ha i<strong>de</strong>ntificado en la<br />
cuenca <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, ubicada en el estado <strong>de</strong><br />
Oaxaca, México, el proyecto “Aprovechamiento<br />
hidráulico Paso <strong>de</strong> la Reina, Oaxaca”, como<br />
una alternativa sustentable para contribuir a<br />
satisfacer la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> energía eléctrica en<br />
la porción central <strong>de</strong> México (CFE, 1967, 1969,<br />
1986).<br />
Dada la importancia que implica para el país<br />
un proyecto <strong>de</strong> estas características, la CPH, a<br />
través <strong>de</strong>l Centro <strong>de</strong> Anteproyectos <strong>de</strong>l Pacífico<br />
Sur, programó el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> estudios que<br />
permitan integrar la Evaluación <strong>de</strong> Impacto<br />
Ambiental, en el marco <strong>de</strong> los requerimientos<br />
<strong>de</strong> la legislación ambiental vigente. Para ello,<br />
la CFE encomendó al Instituto Mexicano <strong>de</strong><br />
Tecnología <strong>de</strong>l Agua (IMTA) realizar estudios<br />
específicos para <strong>de</strong>terminar el impacto <strong>de</strong>l<br />
sistema hidroeléctrico Paso <strong>de</strong> la Reyna en los<br />
recursos <strong>de</strong> agua subterránea <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la ubicación<br />
<strong>de</strong>l sitio <strong>de</strong>l proyecto hasta la <strong>de</strong>sembocadura<br />
<strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong> en el océano Pacífico.<br />
Por sus características, la zona <strong>de</strong> estudio<br />
requiere <strong>de</strong> un análisis oportuno y <strong>de</strong>tallado<br />
<strong>de</strong>l impacto <strong>de</strong>l proyecto hidroeléctrico en los<br />
recursos naturales <strong>de</strong>bido a que en ella se ubica<br />
el Parque Nacional Lagunas <strong>de</strong> Chacahua,<br />
integrado por una compleja variedad <strong>de</strong><br />
ecosistemas formados por bosques, estuarios y<br />
lagunas, tierras agrícolas <strong>de</strong> riego y temporal,<br />
pastizales, zonas <strong>de</strong> pesquerías, turismo,<br />
etcétera.<br />
Tradicionalmente se ha consi<strong>de</strong>rado a las<br />
precipitaciones y escurrimientos superficiales<br />
como las fuentes principales <strong>de</strong> agua dulce <strong>de</strong><br />
los estuarios, mientras que las <strong>de</strong>scargas <strong>de</strong><br />
agua subterránea se han ignorado, en parte<br />
<strong>de</strong>bido a que no son observables en forma<br />
directa y a la dificultad <strong>de</strong> cuantificarlas (Slomp<br />
y Van Cappellen, 2004). Estudios globales,<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 53-64
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
54<br />
utilizando diferentes métodos, reportan que<br />
<strong>de</strong>l total <strong>de</strong> agua dulce, un porcentaje <strong>de</strong> 0.1 a<br />
10 correspon<strong>de</strong> a agua subterránea (Taniguchi<br />
et al., 2002). Aunque este porcentaje pue<strong>de</strong><br />
parecer pequeño, no se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>spreciar,<br />
porque el agua subterránea generalmente<br />
contiene altas concentraciones <strong>de</strong> nutrientes,<br />
entre otros, nitrógeno y fosforo (Li et al., 1999;<br />
Price et al., 2006; Kroger et al., 2007).<br />
Estimar las <strong>de</strong>scargas <strong>de</strong> agua subterránea<br />
a las lagunas costeras es difícil. Contrario a las<br />
<strong>de</strong>scargas superficiales, las cuales se pue<strong>de</strong>n<br />
aforar, los acuíferos <strong>de</strong>scargan en forma difusa<br />
sobre extensas áreas o en forma muy puntual<br />
a través <strong>de</strong> fracturas o fallas, o también<br />
como una combinación <strong>de</strong> ambas (Burnett y<br />
Dulaiova, 2003).<br />
Un forma <strong>de</strong> estimar las <strong>de</strong>scargas es<br />
utilizando la ley <strong>de</strong> Darcy. Sin embargo,<br />
este método tiene la <strong>de</strong>sventaja <strong>de</strong> que, por<br />
lo general, solamente se tienen unos pocos<br />
valores <strong>de</strong> conductividad hidráulica que se<br />
generalizan a todo el acuífero, lo cual pue<strong>de</strong><br />
producir errores significativos en los cálculos.<br />
Otro método consiste en las mediciones directas<br />
con infiltrómetros. Sin embargo, también<br />
este método se complica por la heterogeneidad<br />
<strong>de</strong>l subsuelo, haciendo difícil extrapolar datos<br />
<strong>de</strong> un sitio a otro (Shinn et al., 2002). Un método<br />
alternativo a los anteriores son los trazadores<br />
geoquímicos. Los trazadores geoquímicos que<br />
se han utilizado para estimar las <strong>de</strong>scargas<br />
incluyen el radón (Burnett y Dulaiova, 2003),<br />
isótopos <strong>de</strong> radio (Moore y Church, 1996),<br />
metano (Corbett et al., 1999) y helio (Top et al.,<br />
2001).<br />
En este estudio se utilizaron los isótopos<br />
estables oxígeno 18 y <strong>de</strong>uterio, para i<strong>de</strong>ntificar<br />
y cuantificar las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a<br />
las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>,<br />
Oaxaca, provenientes <strong>de</strong> tres fuentes posibles:<br />
las precipitaciones, el río y el acuífero.<br />
Área <strong>de</strong> estudio<br />
Las lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong> se<br />
localizan en la porción central <strong>de</strong> la costa sur<br />
<strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> Oaxaca, México, en la región<br />
hidrológica RH-21, <strong>de</strong>nominada Costa <strong>de</strong><br />
Oaxaca, y en colindancia con la región Hidrológica<br />
RH-20, <strong>de</strong>nominada Costa Chica-Río<br />
Ver<strong>de</strong>, entre las coor<strong>de</strong>nadas UTM 635000 a<br />
645000 en X y 1765000 a 1777000 en Y (Alfaro y<br />
Sánchez, 2002).<br />
Las lagunas están comunicadas entre sí y<br />
el mar, aspecto que les confiere un carácter<br />
salobre. Presentan un eje <strong>de</strong> orientación<br />
paralelo a la costa y una longitud <strong>de</strong><br />
aproximadamente 10 kilómetros, con forma<br />
alargada e irregular, ro<strong>de</strong>adas por manglares.<br />
El área <strong>de</strong> la laguna Chacahua es <strong>de</strong> 638<br />
hectáreas y el <strong>de</strong> Salina Gran<strong>de</strong> es <strong>de</strong> 305<br />
hectáreas. Son cuerpos <strong>de</strong> agua someros, <strong>de</strong><br />
volumen variable, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la época <strong>de</strong><br />
estiaje o lluvias, al igual que su temperatura;<br />
fondos fangosos y batimetría irregular, en<br />
ocasiones acompañados <strong>de</strong> amplias llanuras<br />
<strong>de</strong> inundación. En la figura 1 se muestra la<br />
localización <strong>de</strong> las lagunas.<br />
La mayor parte <strong>de</strong> las corrientes fluviales<br />
<strong>de</strong> la zona son estacionales, únicamente el<br />
Río Ver<strong>de</strong> es permanente. Este río es uno<br />
<strong>de</strong> los más gran<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la costa <strong>de</strong>l Pacífico<br />
mesoamericano, en términos tanto <strong>de</strong> cuenca<br />
<strong>de</strong> drenaje como <strong>de</strong> volumen <strong>de</strong> escurrimiento<br />
(Tamayo, 1964). La cuenca <strong>de</strong> drenaje alta<br />
<strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong> está compuesta por los valles<br />
centrales <strong>de</strong> Oaxaca, Ejutla y Nochixtlán<br />
(figura 2). Estos valles se sitúan en elevaciones<br />
que van <strong>de</strong> los 1 500 a los 2 500 msnm. La cuenca<br />
<strong>de</strong> drenaje baja la componen los valles <strong>de</strong> la<br />
costa. La Sierra Madre <strong>de</strong>l Sur, que alcanza<br />
alturas hasta <strong>de</strong> 3 000 msnm, separa dichas<br />
cuencas. El volumen <strong>de</strong> escurrimiento medio<br />
anual <strong>de</strong> conformidad con la información <strong>de</strong>l<br />
periodo 1961-1985 <strong>de</strong> la estación hidrométrica<br />
Paso <strong>de</strong> la Reyna es <strong>de</strong> 5 252 millones <strong>de</strong> m 3 ,<br />
con un máximo registrado en 1974 <strong>de</strong> 8 326<br />
millones <strong>de</strong> m 3 y un mínimo en 1982 <strong>de</strong> 2<br />
754 millones <strong>de</strong> m 3 . Aun cuando las lagunas<br />
Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong> están fuera <strong>de</strong> la<br />
cuenca <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, en épocas <strong>de</strong> crecientes<br />
<strong>de</strong> gran magnitud, el río se <strong>de</strong>sborda y aporta<br />
agua a dichas lagunas (Alfaro y Sánchez,<br />
2002).
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
55<br />
Figura 1. Localización <strong>de</strong> las lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Río Ver<strong>de</strong> y poligonal <strong>de</strong>l acuífero Jamiltepec, Oaxaca.<br />
Figura 2. Subcuencas <strong>de</strong> drenaje <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, Oaxaca (Joyce y Mueller, 1997).<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III. núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
56<br />
El área don<strong>de</strong> se encuentran ubicadas las<br />
lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong> forma<br />
parte <strong>de</strong>l acuífero <strong>de</strong>nominado “Jamiltepec”.<br />
Este acuífero abarca un área <strong>de</strong> 543 km 2 , con un<br />
espesor que oscila entre los 40 y 100 m. Dicho<br />
acuífero lo constituyen arenas, limos, arcillas<br />
y gravas. El acuífero está limitado por rocas<br />
ígneas y metamórficas, las cuales funcionan<br />
como fronteras. El acuífero es <strong>de</strong> tipo libre,<br />
sin embargo cerca <strong>de</strong> la línea <strong>de</strong> la costa<br />
existen esteros y lagunas marginales, en cuyos<br />
alre<strong>de</strong>dores se han <strong>de</strong>positado materiales <strong>de</strong><br />
textura arcillosa, que confinan al acuífero. La<br />
profundidad promedio <strong>de</strong>l nivel estático es<br />
<strong>de</strong> un metro en la época <strong>de</strong> lluvias y <strong>de</strong> dos<br />
metros en la época <strong>de</strong> estiaje. La temperatura<br />
media anual es <strong>de</strong> 23.2 0 C. La temporada <strong>de</strong><br />
lluvias está comprendida <strong>de</strong> junio a octubre,<br />
y la <strong>de</strong> estiaje va <strong>de</strong> noviembre a mayo. La<br />
precipitación media anual es <strong>de</strong> 1 228 mm<br />
(Conagua, 1993).<br />
Aguas arriba <strong>de</strong> las lagunas se localiza el<br />
Distrito <strong>de</strong> Riego 110 Río Ver<strong>de</strong> Progreso, cuyas<br />
componentes principales son las siguientes: a)<br />
presa <strong>de</strong>rivadora, <strong>de</strong> tipo flotante sobre el cauce<br />
<strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, con obras <strong>de</strong> toma en ambas<br />
márgenes, diseñadas para <strong>de</strong>rivar un gasto<br />
<strong>de</strong> 11.56 m 3 /s hacia la margen izquierda y<br />
4.93 m 3 /s hacia la margen <strong>de</strong>recha; b) red <strong>de</strong><br />
distribución, constituida por canales laterales,<br />
sublaterales, ramales y subramales, <strong>de</strong> tipo<br />
trapecial, revestidos <strong>de</strong> concreto limpio, con<br />
una longitud total <strong>de</strong> 222 km; c) red <strong>de</strong> drenaje<br />
a cielo abierto, drenes <strong>de</strong> sección trapecial, con<br />
un <strong>de</strong>sarrollo total <strong>de</strong> 262 km, con 85 uniones<br />
<strong>de</strong> drenes y 176 entradas pluviales; d) bordos <strong>de</strong><br />
protección, que consiste <strong>de</strong> 21.96 km <strong>de</strong> bordos<br />
<strong>de</strong> protección contra inundaciones en las zonas<br />
<strong>de</strong> riego en ambas márgenes <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong><br />
(Alfaro y Sánchez, 2002).<br />
Metodología<br />
Se tomaron muestras <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> las lagunas<br />
Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, y <strong>de</strong>l mar; también,<br />
<strong>de</strong>bido a que se consi<strong>de</strong>raron tres fuentes<br />
posibles <strong>de</strong>l aporte <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas<br />
(<strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, <strong>de</strong> las precipitaciones<br />
y <strong>de</strong>l acuífero), se tomaron muestras <strong>de</strong><br />
dichas fuentes; así como <strong>de</strong> diez pozos que se<br />
encuentran en la zona <strong>de</strong> las lagunas. Nueve <strong>de</strong><br />
los pozos se utilizan para riego agrícola y uno<br />
para suministro <strong>de</strong> agua potable. En promedio,<br />
todos tienen una profundidad <strong>de</strong> 20 m. La<br />
colecta <strong>de</strong> muestras para análisis <strong>de</strong> laboratorio<br />
se realizó <strong>de</strong> acuerdo con los procedimientos<br />
señalados en la literatura especializada<br />
(Claassen, 1982).<br />
Se recolectaron muestras <strong>de</strong> agua <strong>de</strong><br />
lluvia en cuatro sitios: distrito <strong>de</strong> riego que<br />
se encuentra a una altitud <strong>de</strong> 16 msnm,<br />
San José <strong>de</strong> las Flores, a una altitud <strong>de</strong> 600<br />
msnm; Peñas Negras, a una altitud <strong>de</strong> 900<br />
msnm; y las Limas, a una altitud <strong>de</strong> 1 600 m.<br />
Se tomaron muestras a diferentes altitu<strong>de</strong>s<br />
para <strong>de</strong>terminar la variación en la composición<br />
isotópica <strong>de</strong> la lluvia <strong>de</strong>bido al<br />
efecto <strong>de</strong> altitud. La recolección cubrió toda<br />
la temporada <strong>de</strong> lluvias, por lo cual los<br />
resultados isotópicos correspon<strong>de</strong>n a un<br />
promedio pon<strong>de</strong>rado <strong>de</strong> toda la temporada.<br />
El sistema que se utilizó se diseñó para<br />
medir la precipitación y recolectar el agua <strong>de</strong><br />
lluvia en forma inalterada, sin evaporación.<br />
Wassenaar et al. (2009) reportan valores<br />
isotópicos <strong>de</strong> la precipitación en la cuenca<br />
alta.<br />
Las muestras <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong> se tomaron en<br />
la estación <strong>de</strong> aforo que se encuentra ubicada<br />
en un puente <strong>de</strong> la carretera fe<strong>de</strong>ral Pinotepa<br />
Nacional-Puerto Escondido, a la altura <strong>de</strong>l<br />
poblado San Antonio Río Ver<strong>de</strong>.<br />
En la laguna <strong>de</strong> Chacahua se tomaron 18<br />
muestras; en la laguna Salina Gran<strong>de</strong>, cuatro<br />
y en el mar, dos. En la figura 3 se muestra<br />
la localización <strong>de</strong> los sitios muestreados. El<br />
muestreo se realizó en el mes <strong>de</strong> octubre, es<br />
<strong>de</strong>cir, al terminar la temporada <strong>de</strong> lluvias.<br />
A todas las muestras se les <strong>de</strong>terminó su<br />
contenido <strong>de</strong> oxígeno 18 ( 18 O), <strong>de</strong>uterio ( 2 H),<br />
conductividad eléctrica y temperatura.
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
57<br />
Figura 3. Localización <strong>de</strong> los sitios <strong>de</strong> muestreo <strong>de</strong> las lagunas y el mar.<br />
Resultados<br />
En la figura 4 se muestran los valores <strong>de</strong><br />
conductividad eléctrica específica <strong>de</strong> las<br />
lagunas. Como se pue<strong>de</strong> apreciar, los valores<br />
<strong>de</strong> la laguna Chacahua son parecidos a<br />
los valores <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>l mar (51 mS/cm),<br />
excepto en dos zonas don<strong>de</strong> se presentan<br />
valores más bajos: 34 y 32 mS/cm. También<br />
se pue<strong>de</strong> apreciar que todos los valores <strong>de</strong> la<br />
laguna Salina Gran<strong>de</strong> tienen conductivida<strong>de</strong>s<br />
menores que la <strong>de</strong>l mar (36 mS/cm).<br />
En el diagrama binario δ 18 O (%o) vs. δ 2 H<br />
<strong>de</strong> la figura 5, se representa la composición<br />
isotópica <strong>de</strong> las fuentes <strong>de</strong> agua dulce existentes<br />
en la zona. Como se pue<strong>de</strong> ver, cada tipo <strong>de</strong><br />
agua tiene una huella isotópica distintiva, por<br />
lo cual es posible diferenciarlas y <strong>de</strong>terminar<br />
sus orígenes, y porcentajes correspondientes<br />
<strong>de</strong> mezcla.<br />
Método <strong>de</strong> isótopos <strong>de</strong> regresión lineal<br />
Para <strong>de</strong>terminar las fuentes <strong>de</strong> agua dulce,<br />
se utilizó un mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> mezcla geoquímico<br />
(Stalker et al., 2009). En este mo<strong>de</strong>lo se grafican<br />
los valores <strong>de</strong> <strong>de</strong>uterio contra la conductividad<br />
eléctrica y se les ajusta una recta. La intersección<br />
<strong>de</strong> la recta extrapolada con los valores <strong>de</strong><br />
conductividad cero representa la composición<br />
isotópica <strong>de</strong>l agua dulce que produce la mezcla<br />
“diluida”.<br />
Esto se <strong>de</strong>be a que en una mezcla <strong>de</strong> agua<br />
dulce y agua <strong>de</strong> mar, los parámetros <strong>de</strong> δ 18 O<br />
y δ 2 H se comportan <strong>de</strong> forma conservativa,<br />
esto es, sólo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la proporción <strong>de</strong><br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III. núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
58<br />
Figura 4. Valores <strong>de</strong> conductividad (mS/cm) <strong>de</strong> las lagunas y el mar.<br />
10<br />
Deuterio ( o /oo vs. VSMOW)<br />
Río Ver<strong>de</strong><br />
Lluvia cuenca alta<br />
Acuífero<br />
Lluvia<br />
local<br />
Línea<br />
meteórica<br />
local<br />
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0<br />
Oxígeno 18 ( o /oo vs. VSMOW)<br />
Figura 5. Composición isotópica <strong>de</strong> las posibles fuentes <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> las lagunas.<br />
Mar<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
-30<br />
-40<br />
-50<br />
-60<br />
-70<br />
-80
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
mezcla <strong>de</strong> ambos componentes, así como <strong>de</strong><br />
la salinidad. Esto permite obtener una relación<br />
lineal entre el δ 18 O (δ 2 H) y la salinidad.<br />
En la figura 6 se muestran los valores <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>uterio contra conductividad eléctrica <strong>de</strong><br />
las muestras <strong>de</strong> agua que se recolectaron en<br />
las lagunas. A estos valores se les ajustó una<br />
recta, la cual, como se pue<strong>de</strong> apreciar, tiene<br />
en un extremo la componente <strong>de</strong> mar y, en<br />
el otro extremo, la componente <strong>de</strong> aguas <strong>de</strong><br />
lluvia. Dado que la intersección <strong>de</strong> la recta con<br />
los valores <strong>de</strong> conductividad cero representa<br />
la composición isotópica <strong>de</strong>l agua dulce<br />
presente en las lagunas, entonces la gráfica<br />
indica que la fuente <strong>de</strong> agua dulce proviene<br />
<strong>de</strong> las precipitaciones. Es posible que esta<br />
agua sea recolectada en el distrito <strong>de</strong> riego<br />
por los diferentes drenes que lo cruzan, y<br />
posteriormente la <strong>de</strong>scarguen en la lagunas, ya<br />
que ahí terminan dichos drenes. En la figura 7<br />
se muestra uno <strong>de</strong> los drenes que <strong>de</strong>scarga en<br />
las lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>.<br />
En el cuadro 1 se muestran los porcentajes<br />
<strong>de</strong> agua dulce y marina <strong>de</strong> cada muestra <strong>de</strong><br />
agua que se tomó en las lagunas. En la figura<br />
8 se muestran dichos porcentajes con curvas <strong>de</strong><br />
nivel.<br />
Los porcentajes se calcularon utilizando un<br />
mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> mezcla lineal <strong>de</strong> dos componentes<br />
(Eby, 2004):<br />
δ 2 H muestra = σ δ 2 H mar + (1− σ) δ 2 H agua dulce<br />
don<strong>de</strong> σ es el porcentaje <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> mar y (1- σ)<br />
es el porcentaje <strong>de</strong> agua dulce.<br />
En la figura 9 se muestra un perfil<br />
electroestratigráfico <strong>de</strong>l acuífero. En este perfil<br />
se pue<strong>de</strong>n apreciar tres unida<strong>de</strong>s: la unidad<br />
U2B, que está asociada con material granular<br />
arcilloso; la unidad U2C, asociada con material<br />
arenoso grueso saturado, y la unidad U3,<br />
asociada con material rocoso poco permeable<br />
o impermeable. En el lado <strong>de</strong>recho <strong>de</strong> la figura,<br />
que correspon<strong>de</strong> al distrito <strong>de</strong> riego, se pue<strong>de</strong><br />
59<br />
Conductividad (mS/cm)<br />
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00<br />
0.00<br />
Mar<br />
10.00<br />
Lagunas<br />
δD ( o /oo vs. VSMOW)<br />
-20.00<br />
-30.00<br />
-40.00<br />
-50.00<br />
-60.00<br />
-70.00<br />
Lluvia local<br />
Agua subterránea<br />
Río Ver<strong>de</strong><br />
Línea <strong>de</strong> mezcla<br />
Lluvia local-agua <strong>de</strong> mar<br />
Lagunas<br />
Figura 6. Deuterio contra conductividad <strong>de</strong> las posibles fuentes <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> las lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III. núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
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Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
Figura 7. Dren <strong>de</strong>l distrito <strong>de</strong> riego que <strong>de</strong>scarga en las lagunas.<br />
60<br />
Cuadro 1. Composición <strong>de</strong> las muestras <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> las lagunas.<br />
Muestra Agua <strong>de</strong> mar (%) Agua dulce (%)<br />
1 62.2 37.8<br />
5 62.2 37.8<br />
15 64.86 35.14<br />
22 67.56 32.44<br />
21 67.56 32.44<br />
17 70.27 29.73<br />
24 70.27 29.73<br />
23 71.89 28.11<br />
14 78.37 21.63<br />
3 91.89 8.11<br />
4 91.89 8.11<br />
2 91.89 8.11<br />
18 91.89 8.11<br />
7 95.67 4.33<br />
13 95.67 4.33<br />
6 95.67 4.33<br />
10 95.67 4.33<br />
9 95.67 4.33<br />
16 95.67 4.33<br />
8 95.67 4.33<br />
12 98.37 1.63<br />
11 98.37 1.63<br />
25 100.00 0.00<br />
26 100.00 0.00
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
61<br />
Figura 8. Porcentajes <strong>de</strong> agua dulce en las lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>.<br />
apreciar que el acuífero es libre. En el lado<br />
izquierdo, que correspon<strong>de</strong> a la zona <strong>de</strong> las<br />
lagunas, se pue<strong>de</strong> apreciar que una capa <strong>de</strong><br />
arcilla (unidad U2C) confine al acuífero. De<br />
hecho, los pozos <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> las lagunas son<br />
<strong>de</strong> tipo brotante. Se consi<strong>de</strong>ra que tal vez esta<br />
capa impi<strong>de</strong> que el agua subterránea <strong>de</strong>scargue<br />
en las lagunas, razón por la cual no se<br />
<strong>de</strong>tectó en las muestras <strong>de</strong> agua que se tomaron<br />
<strong>de</strong> las lagunas.<br />
Discusión<br />
Los datos isotópicos indican que: 1) las<br />
zonas altas <strong>de</strong> la cuenca son las principales<br />
aportadoras <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>; 2) las<br />
precipitaciones <strong>de</strong> las zonas bajas son las<br />
principales aportadoras <strong>de</strong> agua dulce a las<br />
lagunas Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, y 3) la<br />
<strong>de</strong>scarga <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong> a dichas lagunas es<br />
mínima.<br />
Por lo tanto, un cambio en el régimen<br />
hidrológico <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong> <strong>de</strong>bido al aprovechamiento<br />
hidráulico “Paso <strong>de</strong> la Reina”, no<br />
afectaría <strong>de</strong> manera significativa la recarga <strong>de</strong><br />
agua dulce a las lagunas Chacahua y Salina<br />
Gran<strong>de</strong>.<br />
Conclusiones<br />
Primera<br />
Utilizando trazadores ambientales naturales<br />
(<strong>de</strong>uterio y oxígeno 18) y mediciones <strong>de</strong> campo<br />
<strong>de</strong> la conductividad eléctrica, se <strong>de</strong>terminaron<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III. núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
62<br />
Figura 9. Mo<strong>de</strong>lo conceptual <strong>de</strong>l flujo en el acuífero.<br />
los aportes <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas<br />
Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong> en la temporada <strong>de</strong><br />
lluvias. Se consi<strong>de</strong>raron tres fuentes posibles<br />
<strong>de</strong>l aporte: agua <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, agua <strong>de</strong> la<br />
lluvia y agua <strong>de</strong>l acuífero.<br />
El mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> mezcla que se utilizó reveló<br />
que la principal fuente <strong>de</strong> agua dulce a las<br />
lagunas son las precipitaciones locales. Es<br />
posible que esta agua sea <strong>de</strong>scargada en las<br />
lagunas por los drenes que vienen <strong>de</strong>l distrito<br />
<strong>de</strong> riego, ya que en las zonas don<strong>de</strong> se encontró<br />
mayor porcentaje <strong>de</strong> agua dulce es don<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scargan los drenes.<br />
Derivado <strong>de</strong> lo anterior, se concluye que el<br />
aporte <strong>de</strong> agua subterránea a las lagunas, en la<br />
temporada <strong>de</strong> lluvias, es pequeño.<br />
Se recomienda realizar un análisis semejante<br />
en la temporada <strong>de</strong> estiaje.<br />
Segunda<br />
El método isotópico que se presentó en este<br />
trabajo se pue<strong>de</strong> aplicar a sistemas lagunares<br />
costeros con condiciones similares y provee<br />
otra metodología para cuantificar las <strong>de</strong>scargas<br />
<strong>de</strong> los acuíferos costeros. Logísticamente, la<br />
recolección <strong>de</strong> las muestras es relativamente<br />
simple, comparado con otros métodos, y<br />
el análisis isotópico <strong>de</strong> las muestras es una<br />
metodología ya bien establecida.<br />
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63<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III. núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Mejía-González et al., Determinación <strong>de</strong> las aportaciones <strong>de</strong> agua dulce a las lagunas costeras Chacahua y Salina Gran<strong>de</strong>, Oaxaca...<br />
Abstract<br />
MEJÍA-GONZÁLEZ, M.A., GONZÁLEZ-HITA, L., ESPINOZA-AYALA, J. & GONZÁLEZ-<br />
VERDUGO, J.A. Use of environmental isotopes to <strong>de</strong>termine the contribution of fresh water to<br />
Chacahua and Salina Gran<strong>de</strong> coastal lagoons, Oaxaca Mexico. Water Technology and Sciences<br />
(in Spanish). Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp. 53-64.<br />
Using measurements of stable isotopes (oxygen 18 and <strong>de</strong>uterium) as well as values for specific<br />
electrical conductivity, the sources of fresh water were <strong>de</strong>termined as well as their contributions<br />
to the coastal lagoons of Chacahua and Salina Gran<strong>de</strong>. Three possible sources were consi<strong>de</strong>red:<br />
the Ver<strong>de</strong> River, rain and the un<strong>de</strong>rlying aquifer. The stable isotopic composition of the different<br />
families of water revealed that each one has a distinctive footprint, which enabled distinguishing<br />
one from the other and <strong>de</strong>termining their mixing ratios based on different water collected taken from<br />
the lagoons. Results enabled the i<strong>de</strong>ntification of sources of fresh water sources and their effective<br />
contributions, which can account for as much as 38% of the total water entering the lagoons.<br />
Keywords: fresh water sources, coastal lagoons, environmental isotopes.<br />
64<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dr. Miguel Ángel Mejía González<br />
Fís. Luis González Hita<br />
Dra. María Joselina Clemencia Espinoza Ayala<br />
M.I. José Alfredo González Verdugo<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
Paseo Cuauhnáhuac 8532, colonia Progreso<br />
62550 Jiutepec, Morelos, México<br />
Teléfono:+ 52 (777) 3293600<br />
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Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes<br />
<strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales<br />
utilizando membranas<br />
• Jesús Escobar-Jiménez ● Claudia Muro-Urista •<br />
Instituto Tecnológico <strong>de</strong> Toluca, México<br />
• Mario Esparza-Soto •<br />
Centro Interamericano <strong>de</strong> Recursos <strong>de</strong>l Agua, México<br />
• Rosa María Gómez-Espinoza •<br />
Universidad Autónoma <strong>de</strong>l Estado <strong>de</strong> México<br />
• Carmen Díaz-Nava • Beatriz García-Gaitán • Rosa Elena Ortega-Aguilar •<br />
• Rosa Elvira Zavala-Arce •<br />
Instituto Tecnológico <strong>de</strong> Toluca, México<br />
Resumen<br />
Para recuperar agua <strong>de</strong> reúso en activida<strong>de</strong>s industriales, se evaluó el proceso<br />
<strong>de</strong> filtración tangencial con membranas <strong>de</strong> efluentes previamente tratados por<br />
métodos biológicos en la planta experimental <strong>de</strong>l Centro Interamericano <strong>de</strong><br />
Recursos <strong>de</strong>l Agua (CIRA). Entre las características <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>stacan una<br />
alta turbiedad, la presencia <strong>de</strong> dos colorantes sintéticos <strong>de</strong> uso alimenticio, azul<br />
brillante y tartrazina, que son causantes <strong>de</strong> varias cortinas <strong>de</strong> coloración ver<strong>de</strong>,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l contenido <strong>de</strong> sales y materia orgánica con valores <strong>de</strong> DQO aún altos<br />
para consi<strong>de</strong>rar el reúso <strong>de</strong>l agua. En la evaluación <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> filtración<br />
fueron probadas dos membranas cerámicas con umbral <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> 150 y 15 kDa,<br />
y dos poliméricas <strong>de</strong> fibra hueca con 50 y 13 kDa, integradas individualmente<br />
a un equipo <strong>de</strong> filtración a escala piloto. En cada proceso se <strong>de</strong>terminó el efecto<br />
<strong>de</strong> la presión transmembrana, la velocidad <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> agua y las características<br />
<strong>de</strong> la membrana sobre los caudales <strong>de</strong> agua filtrada y la calidad obtenida. Los<br />
resultados mostraron que las membranas <strong>de</strong> 15 y 13 kDa fueron las más eficientes<br />
en el tratamiento <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA para obtener parámetros <strong>de</strong> calidad<br />
en el agua requeridos para activida<strong>de</strong>s industriales <strong>de</strong> limpieza <strong>de</strong> equipos<br />
y suministro <strong>de</strong> agua a cal<strong>de</strong>ras. Sin embargo, el flujo <strong>de</strong> agua recuperada <strong>de</strong>l<br />
efluente fue mayor en la membrana <strong>de</strong> 13 kDa, alcanzando 35 Lh -1 m -2 <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong><br />
agua permeada durante 120 minutos. Mientras que la membrana más estable fue<br />
la <strong>de</strong> 15 kDa, recuperando 28 Lh -1 m -2 <strong>de</strong> agua durante 190 minutos, sin problemas<br />
<strong>de</strong> polarización.<br />
65<br />
Palabras clave: recuperación <strong>de</strong> agua, industria <strong>de</strong> cereales, membranas, colorantes.<br />
Introducción<br />
Los procesos <strong>de</strong> filtración tangencial con membranas<br />
son consi<strong>de</strong>rados procesos limpios <strong>de</strong><br />
separación-concentración, utilizados frecuentemente<br />
para purificar, concentrar y separar<br />
partículas finas contenidas en disoluciones.<br />
Su aplicación en la industria <strong>de</strong> proceso es<br />
variada; sin embargo, para el tratamiento <strong>de</strong><br />
aguas son utilizados como métodos avanzados<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>puración <strong>de</strong> efluentes industriales para<br />
obtener agua fresca con posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> reúso<br />
(De Florio et al., 2005; Chen et al., 2005; Allegre et<br />
al., 2006; Benítez et al., 2009). La regeneración <strong>de</strong><br />
agua <strong>de</strong> uso industrial se <strong>de</strong>be a la capacidad <strong>de</strong><br />
las membranas para separar partículas disueltas<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 65-82
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
66<br />
difíciles <strong>de</strong> remover por otros tratamientos.<br />
A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> obtener agua <strong>de</strong> alta calidad, los<br />
procesos <strong>de</strong> membrana se pue<strong>de</strong>n aplicar en<br />
el tratamiento <strong>de</strong> efluentes para concentrar<br />
los contaminantes <strong>de</strong>l agua, recuperando<br />
residuos que son <strong>de</strong> gran valor para la empresa<br />
<strong>de</strong> origen (pigmentos, metales y polímeros,<br />
entre otros) (Allegre et al., 2006; Benítez et al.,<br />
2009). La recuperación <strong>de</strong> agua y partículas<br />
que contiene el efluente reditúan un valor<br />
agregado al tratamiento con membranas. El<br />
beneficio económico se <strong>de</strong>be principalmente a<br />
la alternativa <strong>de</strong>l reúso <strong>de</strong>l agua para disminuir<br />
el consumo <strong>de</strong> agua potable en activida<strong>de</strong>s<br />
industriales (Ramírez-Acosta y Mendoza-<br />
Espinoza, 2004).<br />
Membranas individuales o en arreglos<br />
secuenciales en serie o paralelo son utilizadas<br />
en la producción <strong>de</strong> agua para uso en<br />
torres <strong>de</strong> enfriamiento, limpieza en general,<br />
transportación <strong>de</strong> equipo, procesos <strong>de</strong><br />
manufactura e impresión <strong>de</strong> tableros. La<br />
calidad <strong>de</strong>l agua que se obtiene en el proceso<br />
<strong>de</strong> filtración <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l efluente, <strong>de</strong> las<br />
características <strong>de</strong> las membranas (tamaño<br />
<strong>de</strong> poro, material y selectividad), así como<br />
<strong>de</strong> las condiciones <strong>de</strong> operación utilizadas<br />
en el tratamiento (Arreguín y Martín, 2000).<br />
El uso <strong>de</strong> las membranas <strong>de</strong> microfiltración<br />
(MF) y ultrafiltración (UF) pue<strong>de</strong>n constituir<br />
la primera o única etapa <strong>de</strong> tratamiento para<br />
recuperar agua limpia; <strong>de</strong>bido a su tamaño<br />
<strong>de</strong> poro, estas membranas se utilizan para<br />
separar partículas con tamaños entre 0.01-20<br />
μ; mientras que las membranas <strong>de</strong> ósmosis<br />
inversa (OI) y nanofiltración (NF) se aplican<br />
para eliminar iones <strong>de</strong> metal, sales, ácidos<br />
húmicos y, en general, partículas <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong><br />
0.001 μm (Ibañez, 2006). La eficiencia <strong>de</strong> estos<br />
procesos se mi<strong>de</strong> en términos <strong>de</strong> la calidad<br />
<strong>de</strong>l agua obtenida y <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> la<br />
membrana para permear el agua por unidad<br />
<strong>de</strong> área.<br />
El fácil escalamiento y la alta capacidad <strong>de</strong><br />
remoción son ventajas que ofrecen los procesos<br />
<strong>de</strong> membrana sobre otros tratamientos. Debido<br />
al bajo consumo <strong>de</strong> energía que requieren para<br />
llevar a cabo la separación, se i<strong>de</strong>ntifican como<br />
procesos limpios (Cabassud et al., 2001; Chen et<br />
al., 2005; De Florio et al., 2005).<br />
Bajo el esquema anterior, en este escrito<br />
se presenta la evaluación <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong><br />
membrana <strong>de</strong> UF para el tratamiento <strong>de</strong> aguas<br />
residuales originadas en una industria <strong>de</strong><br />
cereales localizada en el Estado <strong>de</strong> México. El<br />
efluente es previamente tratado en la planta<br />
<strong>de</strong>l Centro Interamericano <strong>de</strong> Recursos <strong>de</strong>l<br />
Agua (CIRA), ubicada también en el Estado<br />
<strong>de</strong> México. El objetivo <strong>de</strong>l trabajo fue estudiar<br />
el comportamiento <strong>de</strong> cuatro membranas<br />
para recuperar agua con características <strong>de</strong><br />
calidad que <strong>de</strong>finieran su uso en activida<strong>de</strong>s<br />
industriales. La evaluación se basa en<br />
<strong>de</strong>terminar las condiciones <strong>de</strong> operación<br />
a<strong>de</strong>cuadas para la remoción <strong>de</strong> distintos<br />
contaminantes contenidos en el efluente, la<br />
estabilidad <strong>de</strong> la membrana y la obtención <strong>de</strong><br />
mayores flujos <strong>de</strong> agua durante la filtración o<br />
permeado.<br />
Como antece<strong>de</strong>nte a la aplicación <strong>de</strong>l proceso<br />
<strong>de</strong> membranas se partió <strong>de</strong> las condiciones<br />
presentadas en el efluente <strong>de</strong>l CIRA. La<br />
mayoría <strong>de</strong> los contaminantes, excepto los<br />
colorantes y las sales, fueron reducidos a<br />
través <strong>de</strong>l tratamiento biológico que se lleva<br />
a cabo en esta planta. Sin embargo, la calidad<br />
<strong>de</strong>l agua tratada refleja aún concentraciones<br />
altas <strong>de</strong> DQO y conductividad; a<strong>de</strong>más <strong>de</strong><br />
diferentes cortinas <strong>de</strong> coloración ver<strong>de</strong> que<br />
se forman como producto <strong>de</strong> la mezcla <strong>de</strong> los<br />
colorantes azul brillante y tartrazina, los cuales<br />
permanecen aún <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l tratamiento en<br />
la planta. Estos productos se i<strong>de</strong>ntificaron<br />
previamente como colorantes <strong>de</strong> uso<br />
alimenticio, altamente solubles y <strong>de</strong> moléculas<br />
químicamente complejas (Muro et al., 2009).<br />
Para reutilizar el agua tratada en activida<strong>de</strong>s<br />
industriales se <strong>de</strong>manda principalmente la<br />
eliminación <strong>de</strong>l color, la disminución <strong>de</strong> la<br />
conductividad y la remoción <strong>de</strong> la materia<br />
orgánica residual contenida en el efluente.<br />
Métodos como la floculación y coagulación<br />
se han implementado con éxito para eliminar<br />
los colorantes insolubles (Allen y Koumanova,
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
2005; Forgacs et al., 2004; Seval et al., 2006); sin<br />
embargo, los colorantes <strong>de</strong> uso alimenticio<br />
son generalmente sintéticos y solubles en<br />
agua, lo que dificulta su separación por<br />
estos métodos. Otras alternativas para la<br />
remoción <strong>de</strong> colorantes, como la fotocatálisis<br />
heterogénea y homogénea, los procesos<br />
catalíticos, y el uso <strong>de</strong> materiales sintéticos<br />
y naturales como adsorbentes, se reportan<br />
en diversas investigaciones (Guoting et al.,<br />
2006; Calvo et al., 2007; Faria et al., 2005; Lee<br />
et al., 2006; Ofomaja y Ho, 2006). Sin embargo,<br />
generalmente son procesos exclusivos <strong>de</strong> un<br />
solo contaminante. Por su parte, Mutlua et al.<br />
(2002), Koyuncu (2003), y Benítez et al. (2006),<br />
reportaron entre un 85 y 92% en la remoción<br />
<strong>de</strong> colorantes y residuos con membranas <strong>de</strong><br />
MF y UF, al tratar efluentes <strong>de</strong> una industria<br />
alimenticia, en combinación con procesos<br />
biológicos, asegurando su reúso en distintas<br />
aplicaciones. También <strong>de</strong>s<strong>de</strong> años anteriores,<br />
en un sector industrial <strong>de</strong>l norte <strong>de</strong> Taiwán se<br />
encuentran operando procesos con membranas<br />
para obtener agua potable a partir <strong>de</strong> sus<br />
efluentes (Chen et al., 2005) y en algunos lugares<br />
<strong>de</strong> Estados Unidos <strong>de</strong> América se reporta la<br />
producción <strong>de</strong> agua con calidad equiparable o<br />
superior al agua potable, a partir <strong>de</strong>l tratamiento<br />
terciario <strong>de</strong> aguas residuales (Ramírez-Acosta<br />
y Mendoza-Espinoza, 2004). La acertada<br />
selección <strong>de</strong> la membrana y la <strong>de</strong>terminación<br />
<strong>de</strong> sus características <strong>de</strong> operación han proporcionado<br />
información para conseguir<br />
separaciones exitosas <strong>de</strong> los componentes que<br />
se <strong>de</strong>sean remover. El problema se presenta<br />
cuando las características <strong>de</strong> la membrana no<br />
satisfacen los requerimientos en la filtración. El<br />
alto contenido <strong>de</strong> diferentes contaminantes en<br />
el efluente y el uso ina<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> condiciones<br />
<strong>de</strong> operación causan saturación temprana en<br />
las membranas por acumulación <strong>de</strong> partículas<br />
que llegan a obstruir sus poros, lo que afecta<br />
drásticamente el volumen <strong>de</strong> agua filtrada y<br />
la calidad, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> limitar la productividad<br />
<strong>de</strong>l proceso, elevar el costo en la recuperación<br />
<strong>de</strong> los productos que se pue<strong>de</strong>n separar y<br />
afectar la vida útil <strong>de</strong> la membrana (Muro et<br />
al., 2009). En este sentido, se han <strong>de</strong>sarrollado<br />
diferentes trabajos para <strong>de</strong>terminar y controlar<br />
las condiciones favorables <strong>de</strong> operación <strong>de</strong><br />
las membranas en el tratamiento <strong>de</strong> efluentes<br />
(Marcucci et al., 2001, 2002; Ribeira et al., 2002;<br />
Gupta et al., 2004; Lopes et al., 2005; Cheima<br />
et al., 2005; Suen et al., 2007; Muro et al., 2009).<br />
Especialmente en Cabassud et al. (2001), se<br />
realizaron experimentos en un nivel piloto<br />
para optimizar matemáticamente la velocidad<br />
<strong>de</strong> flujo tangencial y la presión transmembrana<br />
en la <strong>de</strong>coloración <strong>de</strong> efluentes previamente<br />
tratados. Los resultados encontrados hicieron<br />
posible implementar los procesos <strong>de</strong><br />
membranas en varias plantas <strong>de</strong> producción <strong>de</strong><br />
agua potable a partir <strong>de</strong> efluentes industriales,<br />
que a la fecha continúan operando a pesar <strong>de</strong> la<br />
variabilidad en las características <strong>de</strong> las aguas<br />
residuales.<br />
Materiales y métodos<br />
Material<br />
El muestreo se realizó en la laguna estabilizadora<br />
<strong>de</strong> la planta <strong>de</strong>l CIRA, recolectando un<br />
lote <strong>de</strong> 5 l <strong>de</strong> efluente por cada muestreo, <strong>de</strong> los<br />
cuales 3.5 l fueron <strong>de</strong>stinados para alimentar<br />
un módulo <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong> membranas a nivel<br />
piloto. El método utilizado para el muestreo<br />
es el <strong>de</strong>scrito en la norma (NMX-AA-003). La<br />
frecuencia <strong>de</strong>l muestreo fue tres veces al día y<br />
dos veces por semana, durante seis meses.<br />
Características <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA<br />
De cada lote <strong>de</strong> muestra se <strong>de</strong>stinaron 1.5 l<br />
para <strong>de</strong>terminar los parámetros <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong>l efluente, obteniendo 15 muestras <strong>de</strong> 100<br />
ml, <strong>de</strong> las cuales se seleccionaron al azar tres<br />
muestras para los respectivos análisis. Entre<br />
las características que son visibles en efluente<br />
<strong>de</strong>stacan la turbiedad y la inherente coloración<br />
azul-ver<strong>de</strong> producida por los colorantes<br />
sintéticos azul brillante y la tartrazina, previamente<br />
i<strong>de</strong>ntificados como los principales<br />
cromóforos causantes <strong>de</strong> la tonalidad <strong>de</strong> varias<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
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Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
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cortinas <strong>de</strong> ver<strong>de</strong>, sobresaliendo aún <strong>de</strong> la<br />
coloración que producen las algas <strong>de</strong> la laguna<br />
estabilizadora <strong>de</strong> la planta <strong>de</strong> tratamiento.<br />
Mediante información dada en Muro et al.<br />
(2009) sobre los colorantes, se midieron las<br />
absorbancias <strong>de</strong>l azul brillante o azul 1 a una<br />
longitud <strong>de</strong> 630 nm y <strong>de</strong> la tartrazina a 426 nm<br />
en un espectrofotómetro Lambda 25 UV/Vis<br />
Perkin Elmer. A través <strong>de</strong> curvas <strong>de</strong> calibración<br />
se <strong>de</strong>terminaron las concentraciones <strong>de</strong> estos<br />
colorantes en las muestras seleccionadas.<br />
Otros parámetros y métodos utilizados<br />
en la caracterización <strong>de</strong>l efluente fueron<br />
los siguientes: sólidos totales mediante el<br />
método gravimétrico indicado en la norma<br />
NMX-AA-034, pH y conductividad en un<br />
potenciómetro Cocuctronic PC18; turbiedad<br />
en un microturbidimetro HFScientific; DQO<br />
en un equipo HACH DR 2000. Los métodos<br />
analíticos mencionados están estandarizados<br />
y también pue<strong>de</strong>n ser consultados en Standard<br />
Methods (APHA, 2005).<br />
A través <strong>de</strong> las válvulas se varía el caudal <strong>de</strong>l<br />
permeado, aumentando la resistencia para<br />
generar una presión transmembrana (PTM). De<br />
las condiciones en que se opera la membrana<br />
y su naturaleza, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> el caudal <strong>de</strong> agua<br />
permeada (9) y la corriente <strong>de</strong> recirculación (8).<br />
El sistema <strong>de</strong> control <strong>de</strong> la (PTM), <strong>de</strong>l tiempo<br />
<strong>de</strong> operación (t) y <strong>de</strong> las válvulas, se encuentra<br />
integrado en un PLC en el equipo <strong>de</strong> filtración.<br />
Equipo experimental <strong>de</strong> filtración tangencial<br />
con membranas<br />
El equipo utilizado en la filtración tangencial<br />
fue diseñado e integrado para operar en<br />
forma automatizada utilizando un sistema<br />
electrónico <strong>de</strong> control (PLC) <strong>de</strong> la presión y<br />
flujos <strong>de</strong> alimentación en el proceso. En la<br />
figura 1 se muestra el equipo <strong>de</strong> membranas a<br />
escala piloto que fue utilizado en el proceso <strong>de</strong><br />
filtración y en la figura 2 se tiene el diagrama <strong>de</strong><br />
flujo correspondiente. Básicamente el equipo<br />
se compone <strong>de</strong> un tanque <strong>de</strong> alimentación<br />
(1) y un <strong>de</strong>pósito en que se recibe el agua<br />
proveniente <strong>de</strong> la membrana (10); una bomba<br />
peristáltica (2) no comercial con variación <strong>de</strong><br />
velocidad <strong>de</strong> 10 a 80 rpm para el suministro<br />
<strong>de</strong>l efluente a la membrana <strong>de</strong> trabajo (3).<br />
A<strong>de</strong>más, el equipo cuenta con instrumentos<br />
<strong>de</strong> medición (6 y 7), un sistema <strong>de</strong> control y<br />
<strong>de</strong> válvulas (4, 5) para regular los flujos. La<br />
presión <strong>de</strong> entrada al sistema la proporciona el<br />
caudal <strong>de</strong>l efluente que ingresa a la membrana,<br />
el cual está dado por la potencia <strong>de</strong> la bomba.<br />
Figura 1. Equipo <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong> membranas, escala piloto.<br />
(6)<br />
(5) (8)<br />
(3)<br />
(9)<br />
(1)<br />
(10)<br />
(7) (2)<br />
(4)<br />
Figura 2. Diagrama <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> filtración<br />
con membranas.
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
El proceso fue diseñado para operar en forma<br />
continua durante un tiempo previamente<br />
establecido o durante el cual la (PTM) presenta<br />
variaciones <strong>de</strong> ± 0.2 bar. El paro <strong>de</strong>l proceso<br />
indica la polarización <strong>de</strong> la membrana en<br />
uso por aumento <strong>de</strong> la (PTM) fuera <strong>de</strong>l rango<br />
establecido; mientras que el arranque está<br />
programado una vez que finaliza el lavado <strong>de</strong><br />
la membrana.<br />
Las membranas utilizadas en la investigación<br />
fueron seleccionadas <strong>de</strong> acuerdo<br />
con las características <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA,<br />
probándose cuatro membranas cuyo umbral<br />
<strong>de</strong> corte correspon<strong>de</strong> al rango <strong>de</strong> la UF. Dos<br />
<strong>de</strong> las membranas son <strong>de</strong> material cerámico<br />
con umbral <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> 150 y 15 KDa; longitud<br />
<strong>de</strong> 0.545 m y área <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong> 0.35 m 2 . Las<br />
otras dos membranas son poliméricas <strong>de</strong> 50 y<br />
13 KDa; longitud <strong>de</strong> 0.552 m y área <strong>de</strong> 0.6 m 2 .<br />
Cada membrana viene integrada a un módulo<br />
tubular y éste, a su vez, se integra al equipo<br />
<strong>de</strong> filtración alternadamente y <strong>de</strong> forma individual.<br />
Determinación <strong>de</strong> las características<br />
operativas <strong>de</strong> las membranas<br />
Mediante la caracterización operativa <strong>de</strong> las<br />
membranas <strong>de</strong> prueba se <strong>de</strong>terminaron las<br />
condiciones <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong> cada una, referidas<br />
al efecto <strong>de</strong> la variación <strong>de</strong> la (PTM) y la<br />
velocidad <strong>de</strong> flujo tangencial (υ) sobre los flujos<br />
<strong>de</strong> permeación <strong>de</strong> las membranas. A<strong>de</strong>más, se<br />
consi<strong>de</strong>ró la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> carga<br />
cero (pcz), característico <strong>de</strong>l material <strong>de</strong> la capa<br />
superficial <strong>de</strong> las membranas, la cual tiene el<br />
contacto con el fluido cuando se encuentra<br />
funcionando. La <strong>de</strong>terminación se hizo para<br />
i<strong>de</strong>ntificar las propieda<strong>de</strong>s anfóteras <strong>de</strong> las<br />
membranas y su efecto sobre los problemas<br />
<strong>de</strong> polarización, que impi<strong>de</strong>n el paso libre <strong>de</strong>l<br />
agua por este comportamiento. Las pruebas se<br />
hicieron con agua <strong>de</strong>stilada y a temperatura<br />
ambiente, <strong>de</strong>terminando la capacidad <strong>de</strong><br />
filtración en condiciones i<strong>de</strong>ales <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong>l fluido. Por tanto, el flujo <strong>de</strong> agua filtrada<br />
(J agua<br />
) fue referido al flujo <strong>de</strong> agua proveniente<br />
<strong>de</strong> la membrana por filtración <strong>de</strong> agua libre <strong>de</strong><br />
carga <strong>de</strong> partículas.<br />
Determinación <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> permeado en las<br />
membranas<br />
La variación <strong>de</strong> la velocidad <strong>de</strong> la bomba<br />
proporcionó diferentes caudales (Q f<br />
) en m 3 s -1 <strong>de</strong><br />
alimentación al módulo <strong>de</strong> las membranas. A<br />
través <strong>de</strong> dichos caudales y el área transversal<br />
(A t<br />
) en m 2 <strong>de</strong> las membranas, fue <strong>de</strong>terminada<br />
la velocidad <strong>de</strong> flujo tangencial (υ) en ms -1<br />
mediante la ecuación (1):<br />
v = Q f<br />
A t<br />
(1)<br />
Posteriormente, para llevar a cabo el estudio<br />
<strong>de</strong> la influencia <strong>de</strong> la (PTM) sobre el caudal<br />
<strong>de</strong> agua (Q agua<br />
) filtrada, se seleccionaron las<br />
velocida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> 1.5, 2.5 y 3 ms -1 , y el intervalo<br />
<strong>de</strong> (PTM) <strong>de</strong> 2-5 bar. En estas pruebas se<br />
encontraron las condiciones <strong>de</strong> (υ) y (PTM)<br />
en las que se obtiene la máxima <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong><br />
flujo <strong>de</strong>l agua (J agua<br />
) por cada membrana. Esta<br />
información fue útil para conocer la capacidad<br />
<strong>de</strong> permeación <strong>de</strong> las membranas y el uso <strong>de</strong><br />
las condiciones <strong>de</strong> operación a<strong>de</strong>cuadas al<br />
proceso.<br />
El tratamiento se realizó en forma continua<br />
por recirculación <strong>de</strong>l flujo rechazado hacia el<br />
<strong>de</strong>pósito <strong>de</strong> la alimentación. Durante el proceso<br />
se midió el caudal <strong>de</strong> agua permeada (Q agua<br />
)<br />
con un rotámetro y a partir <strong>de</strong> este valor se<br />
<strong>de</strong>terminó la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> permeado (J agua<br />
) en<br />
Lh -1 m -2 , en función <strong>de</strong>l área (A) <strong>de</strong> la membrana<br />
en m 2 , utilizando la ecuación (2):<br />
J agua<br />
= Q agua<br />
A<br />
(2)<br />
La presión (PTM) se <strong>de</strong>terminó a través<br />
<strong>de</strong>l promedio <strong>de</strong> la presión <strong>de</strong> entrada (P e<br />
) y<br />
salida (P s<br />
) al módulo <strong>de</strong> membrana, mediante<br />
la ecuación (3):<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
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Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
PTM = P e + P s<br />
2<br />
(3)<br />
Determinación <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong>l agua recuperada<br />
por las membranas<br />
70<br />
Determinación <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> carga cero <strong>de</strong> las<br />
membranas<br />
Se <strong>de</strong>terminó el (pcz) o carga cero <strong>de</strong> la<br />
superficie <strong>de</strong> las membranas para establecer<br />
el pH favorable en la filtración, con el fin <strong>de</strong><br />
obtener los mayores flujos <strong>de</strong> permeación y<br />
evitar posibles interacciones <strong>de</strong> la membrana<br />
con las partículas contenidas en el efluente.<br />
Para la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l (pcz) se siguió<br />
el método Mullet et al. (1999), utilizando<br />
soluciones <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>stilada con HCl o NaOH<br />
para modificar el pH <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> alimentación<br />
(pH f<br />
) <strong>de</strong> 5, 6, 7, 8 y 9. En cada caso se registró el<br />
pH en los flujos <strong>de</strong> permeado (pH p<br />
) cada diez<br />
minutos, hasta alcanzar un valor constante por<br />
cada solución alimentada durante cincuenta<br />
minutos <strong>de</strong> filtración.<br />
Posteriormente se estableció gráficamente<br />
la función pH = (pH f<br />
-pH p<br />
) con los valores <strong>de</strong><br />
(pH f<br />
), obteniendo una curva que se prolongó<br />
hasta su corte con el eje <strong>de</strong> las abscisas (punto<br />
cero). En el punto <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> (pH f<br />
) fue localizado<br />
el (pcz) <strong>de</strong> las membranas. Debido a que el (pcz)<br />
es función <strong>de</strong>l material <strong>de</strong> las mismas, sólo<br />
se consi<strong>de</strong>ró una membrana cerámica y otra<br />
polimérica en esta prueba. El experimento se<br />
realizó a 22 °C y bajo las condiciones favorables<br />
<strong>de</strong> (PTM) y (υ) <strong>de</strong>l proceso, <strong>de</strong>terminadas en<br />
los puntos anteriores.<br />
Evaluación <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> membranas en la<br />
recuperación <strong>de</strong>l agua<br />
Se evaluó la eficiencia <strong>de</strong> cada membrana en<br />
el tratamiento <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA a través<br />
<strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong>l agua permeada y el flujo<br />
<strong>de</strong> permeación obtenido en el intervalo <strong>de</strong><br />
operación <strong>de</strong> (υ) y (PTM). A<strong>de</strong>más, se <strong>de</strong>terminó<br />
la estabilidad <strong>de</strong> las membranas para filtrar<br />
caudales <strong>de</strong> agua en forma continua en un<br />
tiempo <strong>de</strong>terminado sin problemas saturación.<br />
Utilizando muestras <strong>de</strong> permeado obtenido por<br />
cada membrana, se <strong>de</strong>terminaron los parámetros<br />
<strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua recuperada. Las<br />
muestras se recolectaron cada treinta minutos<br />
durante noventa minutos <strong>de</strong> operación,<br />
consi<strong>de</strong>rando una repetición por cada muestra,<br />
para un volumen <strong>de</strong> 3.5 l <strong>de</strong> efluente. Los<br />
experimentos se llevaron a cabo variando<br />
los intervalos <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> (PTM) y (υ),<br />
previamente establecidos.<br />
Para <strong>de</strong>terminar la calidad <strong>de</strong>l agua producida<br />
por las membranas, se consi<strong>de</strong>raron<br />
los mismos parámetros y métodos utilizados<br />
en la caracterización <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA,<br />
incluyendo la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los iones Ca 2+ ,<br />
K 1+ , Na 1+ y Fe +3 . Los iones Ca 2+ , K 1+ , Na 1+ fueron<br />
<strong>de</strong>terminados por el método <strong>de</strong> análisis a la<br />
flama en un equipo Digital Flame Analyzer<br />
Mo<strong>de</strong>lo 2655 Cole-Pormer-Instrument Company;<br />
el ión Fe 3+ , mediante el método espectrofotométrico<br />
que marca la norma NMX-AA-<br />
051-SCFI-2001, en un equipo <strong>de</strong> absorción<br />
atómica Shimadzu AA-6200. Para llevar a<br />
cabo el análisis <strong>de</strong> estos iones, se recolectaron<br />
cuatro muestras <strong>de</strong> 160 ml <strong>de</strong> permeado cada<br />
treinta minutos, consi<strong>de</strong>rando una réplica por<br />
cada análisis y <strong>de</strong> cada membrana durante<br />
noventa minutos <strong>de</strong> filtración. Las muestras<br />
fueron preservadas utilizando ácido nítrico al<br />
1% en peso hasta obtener un pH 2. Después <strong>de</strong><br />
48 horas, se inyectó una muestra preservada<br />
<strong>de</strong> 50 ml en la columna correspondiente <strong>de</strong>l<br />
equipo para i<strong>de</strong>ntificar los iones mencionados.<br />
Una vez que fueron i<strong>de</strong>ntificados, se<br />
construyeron curvas <strong>de</strong> calibración entre<br />
las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> emisión <strong>de</strong> flama y las diferentes<br />
concentraciones en solución acuosa<br />
<strong>de</strong> los iones Ca 2+ , K 1+ , Na 1+ , obteniendo<br />
curvas confiables con una R 2 cercana a 1.0<br />
<strong>de</strong> correlación entre los datos obtenidos.<br />
Conocida esta relación, se <strong>de</strong>terminaron<br />
las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> emisión <strong>de</strong> estos iones en<br />
muestras <strong>de</strong> agua permeada y se <strong>de</strong>termina-
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
ron las concentraciones correspondientes<br />
a esos valores. Para la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l<br />
ión Fe 3+ también se construyó una curva <strong>de</strong><br />
calibración <strong>de</strong> la energía absorbida por el<br />
átomo para las diferentes concentraciones<br />
<strong>de</strong>l ión Fe 3+ obtenida <strong>de</strong> su preparación en<br />
solución acuosa. La correlación <strong>de</strong> R 2 <strong>de</strong> los<br />
datos <strong>de</strong> la curva <strong>de</strong> calibración fue cercana<br />
a 1, con lo cual se confirmó la confiabilidad<br />
<strong>de</strong> las <strong>de</strong>terminaciones <strong>de</strong> la concentración <strong>de</strong><br />
este ión en los permeados, utilizando el valor<br />
<strong>de</strong> la absorción <strong>de</strong> energía reportada por el<br />
equipo. El promedio <strong>de</strong> cada <strong>de</strong>terminación<br />
es presentado en los resultados correspondientes.<br />
Determinación <strong>de</strong>l caudal <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> agua<br />
recuperada en la filtración <strong>de</strong>l efluente<br />
El caudal <strong>de</strong>l agua recuperada por las<br />
membranas (Q p<br />
) en la filtración <strong>de</strong>l efluente<br />
fue medido mediante un rotámetro durante<br />
noventa minutos <strong>de</strong> operación. La medición<br />
se hizo en las diferentes condiciones <strong>de</strong> (PTM),<br />
consi<strong>de</strong>rando el valor <strong>de</strong> (υ) con las que<br />
fueron operadas las membranas. El flujo <strong>de</strong><br />
agua recuperada fue expresado en términos<br />
<strong>de</strong> la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l permeado (J p<br />
), utilizando<br />
la ecuación (2), bajo condiciones <strong>de</strong> presión y<br />
velocidad <strong>de</strong> flujo en el sistema <strong>de</strong> filtración.<br />
Por otro lado, también se analizó la<br />
estabilidad <strong>de</strong> las membranas con respecto<br />
al periodo en el que el flujo <strong>de</strong> permeado (J p<br />
)<br />
permaneció constante durante la filtración<br />
<strong>de</strong>l efluente bajo condiciones <strong>de</strong> operación<br />
previamente <strong>de</strong>terminadas. La disminución<br />
severa <strong>de</strong> (J p<br />
) y el aumento <strong>de</strong> la (PTM) en<br />
el proceso fue indicativo <strong>de</strong> la saturación o<br />
polarización en la membrana, proporcionando<br />
el tiempo favorable <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> la filtración<br />
y el tiempo en que el proceso <strong>de</strong>be <strong>de</strong>tenerse<br />
para limpiar la membrana. Con estos datos fue<br />
posible programar en el PLC el paro y arranque<br />
<strong>de</strong>l equipo en los tiempos encontrados, así<br />
como el mantenimiento <strong>de</strong> las membranas.<br />
Resultados y discusión<br />
Características <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA<br />
No obstante <strong>de</strong> que el proceso biológico fue<br />
eficiente para disminuir la DQO <strong>de</strong> 1 500 mgl -1<br />
con la que ingresó el agua residual a la planta<br />
<strong>de</strong>l CIRA, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l tratamiento aún se<br />
encontraron valores altos <strong>de</strong> este parámetro en<br />
cantida<strong>de</strong>s promedio <strong>de</strong> 487 mgl -1 , conservando<br />
también valores altos en la conductividad con<br />
1 715 μScm -1 , turbiedad <strong>de</strong> 102 UNT, 1.04 gl -1 <strong>de</strong><br />
sólidos totales y alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 7-8 unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
pH, presumiblemente <strong>de</strong>bido a la presencia <strong>de</strong><br />
colorantes y otros residuos por aditivos usados<br />
en la industria <strong>de</strong> cereales. Específicamente, el<br />
valor <strong>de</strong> la conductividad mostró que sales <strong>de</strong><br />
sodio, potasio, hierro y calcio provenientes <strong>de</strong><br />
conservadores y nutrientes elevaron este valor,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> contribuir al aumento <strong>de</strong> la DQO<br />
<strong>de</strong>l efluente.<br />
Por otro lado, también se hace notar la concentración<br />
<strong>de</strong> los colorantes, encontrándose<br />
promedios <strong>de</strong> 9 y 4.08 mgl -1 <strong>de</strong> tartrazina<br />
y azul 1, respectivamente. Aunque la concentración<br />
<strong>de</strong>l azul 1 es menor, la intensidad<br />
<strong>de</strong> coloración que causa en el efluente es<br />
suficiente para producir una mezcla con la<br />
tartrazina. De acuerdo con la Food and Drug<br />
Administration (FDA, 2008), el azul brillante,<br />
también conocido como azul 1, y la tartrazina,<br />
están i<strong>de</strong>ntificados comercialmente como<br />
E-133 y E-102, respectivamente. En la figura<br />
3 se presenta la estructura química <strong>de</strong> estos<br />
colorantes, lo cual explica su permanencia<br />
en el efluente aun <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> haber sido<br />
tratado por métodos biológicos. Con respecto<br />
a la tartrazina, la presencia <strong>de</strong> un grupo azo<br />
i<strong>de</strong>ntifica a este colorante como un compuesto<br />
<strong>de</strong> alta resistencia al ataque microbiano, por lo<br />
que son necesarios microorganismos especiales<br />
capaces <strong>de</strong> llevar a cabo la fisión reductiva <strong>de</strong><br />
los grupos azo. Posteriormente, las aminas<br />
aromáticas incoloras que se producen por la<br />
fisión requieren condiciones aerobias para su<br />
bio<strong>de</strong>gradación (O’Neill et al., 2000; Ekici et<br />
al., 2001; Frijters et al., 2006), por tanto <strong>de</strong>ben<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
71
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
SO 3 Na<br />
H 3 C<br />
O 3 S<br />
N+<br />
NaO 3 S<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
N<br />
N<br />
SO 3 Na<br />
N<br />
NaOOC<br />
CH 3<br />
SO 3 Na<br />
Azul 1<br />
Tartrazina<br />
Figura 3. Estructura química <strong>de</strong> los colorantes <strong>de</strong> uso alimenticio azul 1 y tartrazina i<strong>de</strong>ntificados en el efluente <strong>de</strong>l CIRA.<br />
72<br />
complementarse tratamientos anaerobios y<br />
aerobios para alcanzar altas eficiencias en el<br />
proceso. No obstante, la velocidad <strong>de</strong> reducción<br />
<strong>de</strong> los colorante azo en un tratamiento aerobio<br />
<strong>de</strong> este tipo es lenta, requiriendo tiempos <strong>de</strong><br />
retención hidráulica (TRH) muy largos para<br />
alcanzar la eficiencia en la bio<strong>de</strong>gradación,<br />
por lo que muchos <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> colorantes<br />
permanecen en el agua aún <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> ser<br />
tratada mediante estos métodos. Por otro<br />
lado, siendo el colorante azul 1 un <strong>de</strong>rivado<br />
<strong>de</strong>l trifenilmetano, es posible que también su<br />
<strong>de</strong>gradación sea lenta en condiciones biológicas<br />
anaerobias (Khataee et al., 2008). La presencia<br />
<strong>de</strong> anillos aromáticos en su estructura provoca<br />
que la <strong>de</strong>gradación microbiana inicie con los<br />
grupos funcionales etilo, sulfitos, y finalice con<br />
los enlaces carbono nitrógeno (Van <strong>de</strong>r Zee y<br />
Villaver<strong>de</strong>, 2005), produciendo con este último<br />
también aminas aromáticas posiblemente<br />
tóxicas que requieran <strong>de</strong> una <strong>de</strong>gradación<br />
posterior, complicando los proceso biológicos.<br />
De esta manera, bajo las condiciones <strong>de</strong><br />
calidad obtenidas en el tratamiento proporcionado<br />
por la planta <strong>de</strong>l CIRA, el efluente<br />
no resultó ser apto para su reúso en activida<strong>de</strong>s<br />
industriales, justificando su filtración con<br />
membranas para producir agua libre <strong>de</strong><br />
colorantes, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la disminución <strong>de</strong>l<br />
contenido <strong>de</strong> distintas sustancias, entre otras<br />
características posibles.<br />
Características <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong> las membranas<br />
Los datos obtenidos a través <strong>de</strong> la <strong>de</strong>terminación<br />
<strong>de</strong> las características funcionales <strong>de</strong> las<br />
membranas proporcionaron los intervalos <strong>de</strong><br />
(PTM) con diferentes valores <strong>de</strong> (υ) <strong>de</strong> operación<br />
en la filtración, como una información previa<br />
sobre las condiciones favorables <strong>de</strong>l proceso<br />
<strong>de</strong> filtración para obtener los máximos flujos<br />
<strong>de</strong> permeado en un proceso en el que estas<br />
membranas sean utilizadas. En los párrafos<br />
siguientes se presentan cada uno <strong>de</strong> los<br />
resultados.<br />
Flujo <strong>de</strong> agua filtrada por las membranas<br />
Los datos <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> agua permeada (J agua<br />
)<br />
obtenidos a partir <strong>de</strong>l estudio <strong>de</strong>l comportamiento<br />
<strong>de</strong> las membranas se presentan en<br />
el cuadro 1 para diferentes valores <strong>de</strong> (PTM)<br />
en los niveles <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong> flujo (υ) <strong>de</strong><br />
1.5, 2.5 y 3 ms -1 . La combinación <strong>de</strong> estas dos<br />
variables muestra que los mayores flujos<br />
(J agua<br />
) son obtenidos cuando ambos tipos <strong>de</strong>
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
Cuadro 1. Datos <strong>de</strong>l promedio <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> agua permeada (J agua<br />
) en Lh -1 m -2 , obtenidos para diferentes condiciones <strong>de</strong> (PTM) y<br />
(υ) en la caracterización <strong>de</strong> las membranas.<br />
Membranas/<br />
umbral <strong>de</strong> corte<br />
(υ) ms -1<br />
1.5 2.5 3<br />
(PTM) bar<br />
2 3 4 5 2 3 4 5 2 3 4 5<br />
13 25.89 34.89 38.56 46.45 28.80 45.87 59.77 65.46 28.80 45.90 58.47 55.70<br />
15 8.10 9.43 11.55 12.78 11.87 15.45 17.56 15.21 17.34 24.29 29.34 29.76<br />
50 29.90 35.51 48.89 52.80 30.01 53.32 61.34 65.02 33.01 44.20 55.34 60.92<br />
150 15.10 19.02 23.21 25.65 19.12 22.40 25.23 28.34 26.76 35.51 40.75 46.95<br />
membranas son operadas en el intervalo <strong>de</strong><br />
3-5 bar <strong>de</strong> (PTM) y (υ) entre 2.5-3 ms -1 , lo que<br />
indica que con velocida<strong>de</strong>s y presiones bajas<br />
no se obtienen altas eficiencias <strong>de</strong> permeación<br />
en las cuatro membranas. Asimismo, se aprecia<br />
que en 5 bar, la velocidad <strong>de</strong> permeación <strong>de</strong>l<br />
agua en algunos casos es menor con respecto a<br />
lo obtenido para la (PTM) <strong>de</strong> 3-4 bar, <strong>de</strong>bido a<br />
que la velocidad <strong>de</strong> crecimiento <strong>de</strong> permeación<br />
va disminuyendo con el aumento <strong>de</strong> la (PTM),<br />
cuando se acerca al límite <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong><br />
permeación. Lo anterior se aprecia en el caso<br />
<strong>de</strong> las membranas poliméricas, don<strong>de</strong> es<br />
notorio que si bien un aumento <strong>de</strong> (υ) <strong>de</strong> 2.5<br />
a 3 ms -1 no favorece a (J agua<br />
), en algunos casos<br />
tien<strong>de</strong> a disminuir a medida que la (PTM)<br />
aumenta, mostrando que tras operar estas<br />
membranas a 2.5 ms -1 y no superar los 5 bar es<br />
posible obtener mayores flujos <strong>de</strong> permeación<br />
(J agua<br />
). Estos resultados fueron consi<strong>de</strong>rados<br />
en la aplicación <strong>de</strong> las membranas para el<br />
tratamiento <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA. Por otro<br />
lado, la influencia <strong>de</strong> (υ) sobre la permeación<br />
(J agua<br />
) <strong>de</strong> las dos membranas cerámicas muestra<br />
que utilizando 3 ms -1 se obtienen los mejores<br />
resultados <strong>de</strong> (J agua<br />
), in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong> la<br />
(PTM), pero siendo consi<strong>de</strong>rable este aumento<br />
entre 3-5 bar. Sin embargo, al igual que las<br />
poliméricas, mayores valores <strong>de</strong> la (PTM) en el<br />
sistema no aumentó el valor <strong>de</strong> (J agua<br />
), lo que<br />
significa que en ambos tipos <strong>de</strong> membranas,<br />
el rango <strong>de</strong> trabajo <strong>de</strong> esta variable no <strong>de</strong>be<br />
superar a 5 bar.<br />
Con respecto a los valores <strong>de</strong> (J agua<br />
), se<br />
encuentra que los mejores resultados <strong>de</strong><br />
permeación se obtienen a través <strong>de</strong> las<br />
membranas poliméricas, siendo mayor el<br />
obtenido con la <strong>de</strong> 50 KDa, al alcanzar valores<br />
máximos <strong>de</strong> 65 Lh -1 m -2 , por su umbral <strong>de</strong> corte;<br />
no obstante que la membrana cerámica con 150<br />
KDa <strong>de</strong>bería proporcionar mayores valores<br />
<strong>de</strong> (J agua<br />
), y que la <strong>de</strong> 50 KDa <strong>de</strong>bería a su vez<br />
permear mayor flujo que la <strong>de</strong> 13 KDa, si se<br />
parte <strong>de</strong>l hecho <strong>de</strong> que tamaños <strong>de</strong> poro más<br />
gran<strong>de</strong>s en la membrana <strong>de</strong>jarían fluir mayor<br />
cantidad <strong>de</strong> agua. Sin embargo, las diferencias<br />
en el área <strong>de</strong> estos tipos <strong>de</strong> membranas marca<br />
el comportamiento <strong>de</strong> la filtración. Por otro<br />
lado, la diferencia entre el funcionamiento <strong>de</strong><br />
las membranas con respecto a (υ) y a la (PTM)<br />
obe<strong>de</strong>ce a diferentes factores. Entre ellos se<br />
encuentra la resistencia a la circulación <strong>de</strong>l<br />
fluido y el límite <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> la presión en el<br />
sistema <strong>de</strong> filtración, lo cual, a su vez, también<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l área transversal <strong>de</strong> la membrana,<br />
y <strong>de</strong>l material y espesor <strong>de</strong> la misma. Por tanto,<br />
<strong>de</strong> acuerdo con la naturaleza <strong>de</strong> las membranas<br />
cerámicas, se requiere <strong>de</strong> mayor valor <strong>de</strong> (υ) y<br />
(PTM) para que tenga lugar la permeación,<br />
presentando una mayor resistencia a la<br />
transferencia <strong>de</strong> masa, in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong><br />
su tamaño <strong>de</strong> poro. La máxima permeación <strong>de</strong><br />
agua libre <strong>de</strong> contaminantes (condición i<strong>de</strong>al)<br />
para las membranas cerámicas se obtiene con<br />
una velocidad <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> 3 ms -1 , mientras que<br />
para las cerámicas fue <strong>de</strong> 2.5 ms -1 . Otro aspecto<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
73
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
74<br />
importante a consi<strong>de</strong>rar en este resultado es el<br />
área <strong>de</strong> permeación; las membranas poliméricas<br />
utilizadas son <strong>de</strong> fibra hueca y ofrecen una<br />
mayor área (mejorando la relación volumen <strong>de</strong>l<br />
módulo/área efectiva <strong>de</strong> la membrana).<br />
Punto <strong>de</strong> carga cero <strong>de</strong> las membranas<br />
En el cuadro 2 se presentan los valores<br />
obtenidos <strong>de</strong>l pH <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> permeado<br />
(pH p<br />
) proveniente <strong>de</strong> cada membrana, como<br />
resultado <strong>de</strong> la prueba para la <strong>de</strong>terminación<br />
<strong>de</strong> la naturaleza ácida o alcalina <strong>de</strong> las<br />
membranas. Los datos obtenidos muestran<br />
que ambos materiales <strong>de</strong> las membranas<br />
tien<strong>de</strong>n a modificar ligeramente el (pH f<br />
) <strong>de</strong>l<br />
agua, para alcanzar valores por encima <strong>de</strong> 6<br />
unida<strong>de</strong>s en (pH p<br />
), in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong>l<br />
valor <strong>de</strong> (pH f<br />
) en la alimentación. Los mismos<br />
valores <strong>de</strong> (pH p<br />
) <strong>de</strong>l agua fueron obtenidos a<br />
partir <strong>de</strong> la primera muestra <strong>de</strong>l permeado y<br />
durante el tiempo en que duró la prueba. La<br />
relación (DpH) como función <strong>de</strong> (pH f<br />
) generó<br />
una gráfica como la mostrada en la figura 4,<br />
por medio <strong>de</strong> la cual se obtuvo el valor <strong>de</strong>l<br />
(pcz), resultando en 6.2 unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> pH para<br />
la membrana cerámica y en 6.4 unida<strong>de</strong>s para<br />
la membrana polimérica. Estos valores indican<br />
el pH, en el cual las cargas superficiales <strong>de</strong><br />
las membranas se encuentran balanceadas. El<br />
ligero aumento <strong>de</strong>l pH <strong>de</strong>l efluente por arriba<br />
<strong>de</strong>l (pcz) muestra que existe poca diferencia<br />
entre los valores <strong>de</strong> (DpH) obtenidos alre<strong>de</strong>dor<br />
<strong>de</strong>l intervalo <strong>de</strong> 6-8 <strong>de</strong> (pH f<br />
), lo que permite<br />
que exista flexibilidad para que se conserve el<br />
pH <strong>de</strong>l efluente sin que se presenten problemas<br />
funcionales mayores por interacciones entre<br />
la superficie <strong>de</strong> la membrana y las partículas<br />
contenidas en el efluente. Por tanto, es posible<br />
afirmar que en este intervalo, el pH <strong>de</strong>l efluente<br />
y el material <strong>de</strong> las membranas no afectarán la<br />
capacidad <strong>de</strong> permeación durante el proceso.<br />
Sin embargo, a pH extremo, la membrana en<br />
uso pue<strong>de</strong> cargarse positiva o negativamente,<br />
contribuyendo al comportamiento temprano<br />
<strong>de</strong>l fenómeno <strong>de</strong> polarización, concentración<br />
que tiene lugar en la superficie <strong>de</strong> la membrana<br />
por efecto <strong>de</strong> la carga y pH <strong>de</strong>l efluente,<br />
principalmente. Con el fin <strong>de</strong> asegurar<br />
flujos continuos <strong>de</strong> permeación sin pérdidas<br />
tempranas <strong>de</strong> caudal por variaciones en el<br />
pH <strong>de</strong>l efluente, se <strong>de</strong>be tener cuidado en<br />
que se conserve el intervalo mencionado para<br />
evitar la retención o formación <strong>de</strong> capas <strong>de</strong><br />
polarización en estas membranas, aun cuando<br />
la concentración <strong>de</strong> los solutos en el efluente<br />
sea baja (De la Casa, 2006; Ibáñez, 2006). Por<br />
otro lado, este fenómeno también pue<strong>de</strong> ser<br />
reducido si las condiciones <strong>de</strong> operación<br />
como (PTM), (υ) y el tiempo <strong>de</strong> operación <strong>de</strong><br />
las membranas es el a<strong>de</strong>cuado, evitando los<br />
valores pequeños <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> permeado con<br />
bajas eficiencias en el proceso <strong>de</strong> filtración y<br />
daños, incluso irreversibles en la membrana<br />
(Muro et al., 2009).<br />
Evaluación <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> membranas para la<br />
recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA<br />
Los resultados obtenidos <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong>l<br />
proceso <strong>de</strong> filtración <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA<br />
se presentan para las cuatro membranas <strong>de</strong><br />
prueba conforme a los parámetros <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong>l agua recuperada; el caudal <strong>de</strong> permeación<br />
y el tiempo en que la filtración pue<strong>de</strong> llevarse a<br />
cabo en forma continua.<br />
pH i - pH f<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
4 5 6 7 8 9<br />
-1<br />
-2<br />
-3<br />
Cerámica<br />
pH f<br />
R 2 = 0.989<br />
R 2 = 0.9883<br />
Figura 4. (pcz) <strong>de</strong> las membranas cerámicas y poliméricas.
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
Cuadro 2. Valores promedio <strong>de</strong> pH p<br />
<strong>de</strong>l agua permeada<br />
por las membranas a través <strong>de</strong> la variación <strong>de</strong> pH f<br />
<strong>de</strong>l agua alimentada.<br />
pH f<br />
Cerámica<br />
pH p<br />
Polimérica<br />
4 6.73 6.42<br />
5 6.51 6.35<br />
6 6.41 6.45<br />
7 5.94 6.13<br />
8 6.06 6.51<br />
9 6.19 6.40<br />
Calidad <strong>de</strong>l agua recuperada por las membranas<br />
En el cuadro 3 se presentan los datos obtenidos<br />
con respecto a la calidad <strong>de</strong>l agua permeada<br />
en el proceso <strong>de</strong> filtración, a través <strong>de</strong> variar la<br />
(PTM) en un intervalo <strong>de</strong> 3 a 5 bar, y utilizar (υ)<br />
<strong>de</strong> 2.5 y 3 ms -1 para las membranas poliméricas<br />
y cerámicas, respectivamente. De los datos<br />
<strong>de</strong>l cuadro 3 se hace notar la disminución<br />
en los valores <strong>de</strong> todos los parámetros <strong>de</strong><br />
calidad <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA una vez que fue<br />
tratado por cada una <strong>de</strong> las cuatro membranas<br />
utilizadas. En todos los casos, la eficiencia <strong>de</strong>l<br />
proceso <strong>de</strong> filtración fue alta, <strong>de</strong>bido a que la<br />
elección <strong>de</strong> las membranas y las condiciones<br />
<strong>de</strong> operación fueron las a<strong>de</strong>cuadas para llevar<br />
a cabo el proceso. Se resalta que los mejores<br />
valores <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua recuperada se<br />
obtuvieron entre 3 y 4 bar, alcanzando altas<br />
eficiencias en el tratamiento <strong>de</strong> filtración. Sin<br />
embargo, la remoción total <strong>de</strong> los colorantes y<br />
<strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong> los solutos contenidos en el<br />
efluente se alcanzaron con la membrana <strong>de</strong> 15<br />
KDa; siguiendo en ese or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> eficiencia, la<br />
<strong>de</strong> 13 KDa, in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong> la (PTM)<br />
utilizada en el rango <strong>de</strong> trabajo analizado y <strong>de</strong><br />
las diferentes mezclas que se presentaron entre<br />
los colorantes.<br />
75<br />
Cuadro 3. Promedio <strong>de</strong> los valores obtenidos en los parámetros <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua recuperada <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA<br />
por cada membrana, utilizando diferentes condiciones <strong>de</strong> (PTM).<br />
Membranas<br />
Poliméricas/umbral <strong>de</strong> corte (KDa)<br />
Cerámicas/umbral <strong>de</strong> corte (KDa)<br />
Parámetros<br />
50 13 15 150<br />
(PTM) bar<br />
3 4 5 3 4 5 3 4 5 3 4 5<br />
pH 7.8 7.7 7.8 7.7 7.4 7.4 7.5 7.7 7.8 7.9 7.9 7.6<br />
Conductividad<br />
(μS)<br />
1 530 1 517 1 525 1 425 1 400 1 439 1 196 1 027 1 274 1 298 1 314 1 356<br />
Turbiedad (UNT) 5.9 4.8 5.3 5.2 4.6 5.8 2.1 1.8 1.9 4.1 3.0 3.3<br />
DQO (mgl -1 ) 78 70 94 37 32 49 24 28 34 55 50 66<br />
ST (gl -1 ) 0.96 0.95 0.98 0.53 0.98 0.88 0.64 0.50 0.73 0.87 0.82 0.6<br />
Azul 1<br />
0.033 0.03 0.28 0.003 0.015 0.268 0.00 0.00 0.01 0.09 0.04 0.10<br />
(mgl -1 )<br />
Tartrazina (mgl -1 ) 0.022 0.01 0.077 0.012 0.002 0.058 0.00 0.00 0.00 0.05 0.018 0.067<br />
Na 1+ (mgl -1 ) 138 125 156 120 118 125 125 123 135 146 141 166<br />
K 1+ (mgl -1 ) 18 20 25 16 23 24 17 20 22 23 25 35<br />
Ca 2+ (mgl -1 ) 15 17 17 15 14 16 12 13 15.8 16.2 16.8 17<br />
Fe 3+ (mgl -1 ) 5.1 5.9 5.5 4.9 3.8 3.8 4.6 5.7 2.1 7.3 6.4 9.9<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
76<br />
El colorante tartrazina fue completamente<br />
removido por las cuatro membranas, mientras<br />
que para el azul 1, las membranas <strong>de</strong> 150 y 50<br />
KDa no presentaron el mismo resultado. Esta<br />
diferencia se <strong>de</strong>be a que el peso molecular<br />
<strong>de</strong>l azul 1 es menor que el <strong>de</strong> la tartrazina,<br />
por lo que posiblemente el umbral <strong>de</strong> corte<br />
<strong>de</strong> estas membranas influyó en los resultados<br />
obtenidos, mostrando una menor capacidad<br />
<strong>de</strong> retención por la masa molecular <strong>de</strong> este<br />
colorante. Con respecto al contenido <strong>de</strong> iones<br />
en los permeados, su i<strong>de</strong>ntificación corroboró<br />
que la alta conductividad <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l<br />
CIRA mostró la permanencia <strong>de</strong> sales <strong>de</strong> estos<br />
iones aun <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l tratamiento biológico,<br />
e incluso iones monovalentes como Na 1+ y K 1+<br />
quizá no fueron completamente removidos<br />
por las membranas con umbrales <strong>de</strong> corte <strong>de</strong><br />
150 y 50 KDa. A través <strong>de</strong> las membranas <strong>de</strong> 13<br />
y 15 KDa se alcanzaron mayores retenciones<br />
<strong>de</strong> estos iones, incluyendo los <strong>de</strong> Ca 2+ y Fe 3+ ,<br />
cuyas concentraciones son mínimas en los<br />
permeados obtenidos por estas membranas.<br />
En general, con los resultados alcanzados <strong>de</strong><br />
remoción, es presumible que el umbral <strong>de</strong> corte<br />
<strong>de</strong> las membranas <strong>de</strong> UF seleccionadas para<br />
el tratamiento y las condiciones <strong>de</strong> operación<br />
sean las a<strong>de</strong>cuadas para mejorar la calidad<br />
<strong>de</strong>l agua. Particularmente, la remoción <strong>de</strong> los<br />
colorantes y la disminución <strong>de</strong> conductividad<br />
por la retención <strong>de</strong> sustancias iónicas divalentes<br />
y trivalentes es alcanzable siempre que el<br />
proceso sea operado <strong>de</strong> 3-4 bar.<br />
Se mencionan diferentes resultados en<br />
trabajos <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> membranas para<br />
el tratamiento <strong>de</strong> efluentes. La calidad <strong>de</strong>l<br />
agua que se produce <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la calidad<br />
<strong>de</strong>l efluente y <strong>de</strong> las membranas. A través <strong>de</strong>l<br />
estudio <strong>de</strong> las características <strong>de</strong>l efluente y<br />
<strong>de</strong>l grado <strong>de</strong> remoción que se requiere o <strong>de</strong>l<br />
tipo <strong>de</strong> partículas que se <strong>de</strong>sean remover, se<br />
establecen membranas <strong>de</strong> MF, UF, NF y OI, o<br />
sistemas continuos <strong>de</strong> filtración para llevar<br />
a cabo el tratamiento. Pese a la diferencia<br />
en las condiciones en que se utilizan los<br />
procesos <strong>de</strong> membranas, los resultados <strong>de</strong><br />
este trabajo coinci<strong>de</strong>n en la calidad <strong>de</strong>l agua<br />
y los rendimientos <strong>de</strong> recuperación <strong>de</strong>l 80 al<br />
98%, para procesos <strong>de</strong> UF. Por ejemplo, en la<br />
producción <strong>de</strong> harina <strong>de</strong> pescado y en agua<br />
<strong>de</strong> proceso <strong>de</strong> surimi, se probaron diferentes<br />
procesos <strong>de</strong> MF, UF y NF, encontrando que<br />
mediante membranas <strong>de</strong> MF y UF se recupera<br />
agua para la limpieza <strong>de</strong>l equipo y tuberías<br />
<strong>de</strong> la industria, mientras que los procesos<br />
<strong>de</strong> NF recuperaron agua para uso en torres<br />
<strong>de</strong> enfriamiento (Alfonso y Bórquez, 2002,<br />
2003). Trabajos recientes también muestran la<br />
capacidad <strong>de</strong> membranas <strong>de</strong> UF para tratar los<br />
efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> aceite <strong>de</strong> oliva<br />
y <strong>de</strong> una empacadora <strong>de</strong> tomate (Ak<strong>de</strong>mir<br />
y Ozer, 2009; Iaquinta et al., 2009). En ambos<br />
casos, se <strong>de</strong>sarrolló un sistema <strong>de</strong> NF y OI para<br />
producir agua libre <strong>de</strong> colorantes y sales para<br />
reúso en el proceso. La calidad <strong>de</strong>l agua mejora<br />
notablemente por la aplicación <strong>de</strong> procesos<br />
<strong>de</strong> NF y OI, al separar pequeñas partículas<br />
difíciles <strong>de</strong> remover por otros procesos. Por<br />
ejemplo, en Noronha et al. (2002), se menciona<br />
la producción <strong>de</strong> agua a través <strong>de</strong>l tratamiento<br />
<strong>de</strong> efluentes provenientes <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong><br />
una industria <strong>de</strong> bebidas. El tratamiento fue<br />
realizado en un biorreactor <strong>de</strong> membranas<br />
<strong>de</strong> NF, obteniendo agua con calidad para su<br />
reutilización en el mismo proceso. En este caso,<br />
la eliminación <strong>de</strong> iones y disminución <strong>de</strong> DQO<br />
fue el objetivo <strong>de</strong>l proceso. Membranas <strong>de</strong> NF<br />
y baja presión en OI también se utilizaron en la<br />
misma industria, para tratar el agua <strong>de</strong> lavado<br />
<strong>de</strong> las botellas <strong>de</strong> envasado. En este caso se<br />
menciona que la calidad <strong>de</strong>l agua obtenida fue<br />
similar al agua potable, marcando un estricto<br />
control en la DQO (Mavrov et al., 1997). En otro<br />
trabajo <strong>de</strong> Mavrov y Béliéres (2000), el agua <strong>de</strong><br />
refrigeración <strong>de</strong> embutidos fue tratada también<br />
por procesos <strong>de</strong> NF para producir agua con<br />
calidad <strong>de</strong> agua potable para ser reutilizada<br />
en el mismo proceso <strong>de</strong> refrigeración. Chmiel<br />
et al. (2000) <strong>de</strong>mostraron que procesos <strong>de</strong> NF<br />
y OI producen agua reutilizable con calidad a<br />
la <strong>de</strong>l vapor con<strong>de</strong>nsado a partir <strong>de</strong>l efluentes<br />
tratados <strong>de</strong> la industria láctea.
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
Caudal <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> agua recuperada en la filtración<br />
<strong>de</strong>l efluente<br />
El comportamiento <strong>de</strong> las membranas en el<br />
tratamiento <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA se presenta<br />
en la figura 5, don<strong>de</strong> se ha incluido el caudal<br />
<strong>de</strong> permeación (J agua<br />
) obtenido por la filtración<br />
i<strong>de</strong>al <strong>de</strong>l agua libre <strong>de</strong> carga <strong>de</strong> acuerdo con los<br />
datos <strong>de</strong>l cuadro 1 y los resultados <strong>de</strong>l agua<br />
recuperada (J p<br />
) por la filtración <strong>de</strong>l efluente,<br />
tras variar la (PTM) en ambos procesos.<br />
La finalidad es apreciar la <strong>de</strong>sviación en la<br />
permeación que se presenta en las membranas<br />
cuando es tratado el efluente. En referencia a<br />
esta figura, se observa que los mayores flujos<br />
<strong>de</strong> agua recuperada (J p<br />
) se obtuvieron en las<br />
membranas poliméricas. Los flujos fueron muy<br />
cercanos a 35 Lh -1 m -2 , con poca variación en<br />
este valor para ambas membranas, a pesar <strong>de</strong> la<br />
diferencia en el umbral <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> 13 y 50 KDa.<br />
La caída en el caudal <strong>de</strong> permeación (J p<br />
), por<br />
el aumento <strong>de</strong> la (PTM), muestra que estas dos<br />
membranas son saturadas por las sustancias<br />
contenidas en el efluente cuando la (PTM)<br />
supera a 3 bar, manteniendo caídas <strong>de</strong> (J p<br />
) <strong>de</strong><br />
hasta 30 Lh -1 m -2 . En el caso <strong>de</strong> las membranas<br />
cerámicas, el máximo caudal (J p<br />
) se alcanzó<br />
en 4 bar con 28 Lh -1 m -2 ; la caída en (J p<br />
) y la<br />
<strong>de</strong>sviación entre los flujos (J agua<br />
) y (J p<br />
) obtenidos<br />
por las membranas cerámicas en 5 bar fue<br />
aproximadamente <strong>de</strong> 12 Lh -1 m -2 , mostrando<br />
que estas membranas son más estables a la<br />
variación <strong>de</strong> la (PTM). Por tanto, flujos (J p<br />
)<br />
constantes y menos problemas <strong>de</strong> polarización<br />
fueron encontrados en las membranas<br />
cerámicas, mostrando mayor estabilidad<br />
en la permeación <strong>de</strong> agua como resultado<br />
<strong>de</strong>l tratamiento <strong>de</strong>l efluente. Al respecto, se<br />
encontró que bajo las condiciones favorables<br />
<strong>de</strong> (PTM) y (υ), la membrana cerámica con 150<br />
KDa proporcionó flujos constantes (J p<br />
) durante<br />
190 min, continuando la <strong>de</strong> 15 KDa con 165<br />
minutos, y finalmente las poliméricas dieron<br />
flujos estables durante 130 y 120 minutos <strong>de</strong><br />
operación. Los datos obtenidos <strong>de</strong> este estudio<br />
explican que las características y naturaleza<br />
<strong>de</strong> las membranas fueron <strong>de</strong>terminantes<br />
para obtener eficientes flujos <strong>de</strong> agua con las<br />
características <strong>de</strong> calidad ya mostradas. La<br />
diversidad <strong>de</strong> tamaño <strong>de</strong> partículas contenidas<br />
en el efluente <strong>de</strong>l CIRA y sus altos valores <strong>de</strong><br />
DQO fueron consi<strong>de</strong>rados para la selección <strong>de</strong><br />
las membranas <strong>de</strong> prueba. Pequeños poros en<br />
membranas con bajos umbrales <strong>de</strong> corte son<br />
rápidamente saturados y bloqueados por esta<br />
condición, en comparación con aquellas <strong>de</strong><br />
umbral <strong>de</strong> corte mayor. Principalmente estas<br />
condiciones fueron analizadas y balanceadas<br />
para la eliminación <strong>de</strong> los colorantes y las<br />
sales, entre otras sustancias <strong>de</strong> menor peso<br />
molecular. Sin embargo, en un proceso <strong>de</strong><br />
membranas, la calidad <strong>de</strong> agua obtenida no es<br />
el único parámetro <strong>de</strong> interés; la producción<br />
<strong>de</strong> flujos <strong>de</strong> agua y el efecto <strong>de</strong>l estrés con la<br />
que se opera la membrana son factores que<br />
se incluyen en la selección <strong>de</strong> las membranas,<br />
para <strong>de</strong>sarrollar un proceso <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong><br />
efluentes.<br />
Por otro lado, aun cuando el proceso<br />
<strong>de</strong> filtración se llevó a cabo en el intervalo<br />
permitido <strong>de</strong>l (pcz) <strong>de</strong> las membranas, el pH<br />
<strong>de</strong>l efluente pudo influir en la caída <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong><br />
permeación (J p<br />
) en las membranas poliméricas,<br />
por posibles fenómenos <strong>de</strong> interacción y <strong>de</strong><br />
adsorción <strong>de</strong> sales o precipitación <strong>de</strong> Ca 2+<br />
en la superficie, aumentando el fenómeno<br />
<strong>de</strong> colmatación inherente en estos procesos.<br />
En las membranas cerámicas, los resultados<br />
mostraron que ambos umbrales <strong>de</strong> corte<br />
presentaron mayor capacidad para el rechazo<br />
<strong>de</strong> la carga <strong>de</strong>l alimento, favoreciendo la<br />
permeación <strong>de</strong>l agua. Finalmente, con respecto<br />
a las condiciones <strong>de</strong> operación seleccionadas<br />
para el tratamiento <strong>de</strong>l efluente, se menciona<br />
que la funcionalidad <strong>de</strong> las membranas en<br />
las condiciones en que fueron operadas fue<br />
suficiente para encontrar una buena estabilidad<br />
en el proceso, con tiempos prolongados <strong>de</strong><br />
filtración, aceptados caudales <strong>de</strong> permeación<br />
(J p<br />
) y calidad en el agua recuperada.<br />
Bajo estos resultados, las cuatro membranas<br />
cumplieron con algunos aspectos que <strong>de</strong>terminaron<br />
su eficiencia en el tratamiento; en<br />
todos los casos, se removieron los colorantes<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
77
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
80<br />
80<br />
78<br />
J agua y J p (Lh -1 m -2 )<br />
J agua y J p (Lh -1 m -2 )<br />
70<br />
R 2 = 0.9845<br />
60<br />
I<strong>de</strong>al<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
Real<br />
10<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
PTM (bar)<br />
Polimérica 13 KDa<br />
80<br />
70<br />
R 2 = 0.9599<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
I<strong>de</strong>al Real<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
J agua y J p (Lh -1 m -2 ) J agua y J p (Lh -1 m -2 )<br />
70<br />
60<br />
50<br />
I<strong>de</strong>al<br />
Real<br />
40<br />
30<br />
R 2 = 0.934<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
PTM (bar)<br />
Cerámica 15 KDa<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
R 2 = 0.956<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
I<strong>de</strong>al Real<br />
0 1 2 3 4 5 6<br />
PTM (bar)<br />
Polimérica 50 KDa<br />
PTM (bar)<br />
Cerámica 150 KDa<br />
Figura 5. Flujo <strong>de</strong> permeado <strong>de</strong> agua libre <strong>de</strong> carga (J agua<br />
) y <strong>de</strong>l agua recuperada <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong>l CIRA (J p<br />
), mostrando el<br />
comportamiento i<strong>de</strong>al y real en función <strong>de</strong> la (PTM) con (υ) <strong>de</strong> 2.5 y 3 ms -1 para las membranas poliméricas y cerámicas,<br />
respectivamente.<br />
y se disminuyeron en gran medida los valores<br />
en todos los parámetros <strong>de</strong> contaminación,<br />
<strong>de</strong>stacando las membranas <strong>de</strong> 15 y 13 kDa<br />
en or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> eficiencia. Sin embargo, a través<br />
<strong>de</strong> la membrana polimérica con 13 kDa, se<br />
obtuvieron flujos mayores <strong>de</strong> agua, mientras<br />
que la mayor estabilidad operativa se presentó<br />
en la membrana cerámica <strong>de</strong> 15 KDa.<br />
De acuerdo con el cuadro 4, los requerimientos<br />
<strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua establecidos por<br />
la industria indican que las membranas <strong>de</strong> 15<br />
y 13 kDa pue<strong>de</strong>n ser utilizadas cuando el fin<br />
<strong>de</strong>l tratamiento <strong>de</strong>l efluente sea la recuperación<br />
<strong>de</strong> agua para suministro en la cal<strong>de</strong>ra y/o<br />
<strong>de</strong> limpieza <strong>de</strong>l equipo. Sin embargo, los<br />
rendimientos en los flujos <strong>de</strong> permeación y la<br />
estabilidad <strong>de</strong> estas dos membranas también<br />
tendrá que ser consi<strong>de</strong>rada en la elección <strong>de</strong><br />
la que podría ser sugerida para un tratamiento<br />
continuo con paros y arranques regidos por<br />
estos aspectos.<br />
Conclusiones<br />
En el proceso <strong>de</strong> recuperación <strong>de</strong> agua, a<br />
partir <strong>de</strong> la ultrafiltración <strong>de</strong> los efluentes<br />
<strong>de</strong>l CIRA, se encontró que dos <strong>de</strong> las cuatro<br />
membranas evaluadas resultaron eficientes<br />
para recuperar agua con calidad <strong>de</strong> reúso en<br />
activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> lavado <strong>de</strong> equipo industrial<br />
y agua para suministro <strong>de</strong> cal<strong>de</strong>ras. Las<br />
condiciones <strong>de</strong> operación que se encontraron
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
Cuadro 4. Calidad <strong>de</strong>l agua requerida para algunas activida<strong>de</strong>s industriales.<br />
Parámetros<br />
Tipo <strong>de</strong> agua/<br />
calidad<br />
Conductividad<br />
µScm -1<br />
Turbiedad<br />
UNT<br />
DQO<br />
mgl -1<br />
ST<br />
gl -1<br />
Colorantes Na + K + Ca 2 + Fe 3+<br />
mgl -1 mgl -1 mgl -1 mgl -1 mgl -1<br />
Cal<strong>de</strong>ra < 1 200 < 5 < 40 1.0 0 < 130 < 25 < 150 < 5<br />
Limpieza <strong>de</strong><br />
equipos<br />
< 1 000 < 5 < 30 1.0 0 < 120 N/E N/E < 3<br />
para alcanzar estos resultados fueron (PTM)<br />
<strong>de</strong> 3-4 bar y velocidad <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> 2.5-3 ms -1 .<br />
La mayor eficiencia en la calidad <strong>de</strong>l agua fue<br />
obtenida por las membranas <strong>de</strong> 15 y 13 kDa,<br />
mientras que las membranas <strong>de</strong> 150 y 50 kDa<br />
fueron suficientes para eliminar colorantes<br />
y disminuir la DQO entre otros parámetros;<br />
en este caso, su reúso en la industria no fue<br />
<strong>de</strong>finido. Sin embargo, los valores <strong>de</strong> algunos<br />
parámetros se encuentran indirectamente<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los rangos que <strong>de</strong>terminan la calidad<br />
<strong>de</strong> agua dulce, como la turbiedad, SST y el<br />
contenido <strong>de</strong> hierro, sodio y calcio, pero con<br />
DQO y conductividad aún por encima <strong>de</strong> los<br />
rangos que caracterizan este tipo <strong>de</strong> agua.<br />
Por otro lado, los mayores caudales<br />
<strong>de</strong> agua permeada se obtuvieron con las<br />
membranas poliméricas, alcanzando valores<br />
muy cercanos a 35 Lh -1 m -2 . A este resultado<br />
le siguió la <strong>de</strong> 15 kDa, con 28 Lh -1 m -2 . Con<br />
respecto al funcionamiento operativo <strong>de</strong><br />
las membranas, las cerámicas presentaron<br />
mayor estabilidad, produciendo flujos<br />
continuos <strong>de</strong> agua durante 150 minutos,<br />
retardando el problema <strong>de</strong> polarización, por<br />
lo que la membrana <strong>de</strong> 15 kDa requiere menos<br />
periodos <strong>de</strong> mantenimiento, pero con flujos<br />
menores <strong>de</strong> permeación. Es recomendable<br />
que en la elección <strong>de</strong> la membrana para su<br />
implementación en el ámbito industrial se<br />
consi<strong>de</strong>ren los diferentes niveles <strong>de</strong> calidad<br />
<strong>de</strong>l agua, flujos obtenidos y estabilidad <strong>de</strong> las<br />
membranas, para elegir aquella que cumpla<br />
con la disposición <strong>de</strong>l agua recuperada y otros<br />
aspectos que <strong>de</strong>berán discutirse, como el costo,<br />
la limpieza, y los tiempos <strong>de</strong> paro y arranque<br />
necesarios para conservar la funcionalidad <strong>de</strong><br />
la membrana.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Este trabajo se llevó a cabo gracias al apoyo <strong>de</strong>l Centro<br />
Interamericano <strong>de</strong> Recursos <strong>de</strong>l Agua y la Subsecretaría<br />
<strong>de</strong> Educación Superior, a través <strong>de</strong>l Programa <strong>de</strong><br />
Mejoramiento <strong>de</strong>l Profesorado para el Fortalecimiento <strong>de</strong><br />
los Cuerpos Académicos, a través <strong>de</strong>l proyecto Evaluación<br />
<strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> sorción y ultrafiltración en la remoción <strong>de</strong><br />
colorantes.<br />
Referencias<br />
Recibido: 02/08/10<br />
Aceptado: 30/01/12<br />
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Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Escobar-Jiménez et al., Recuperación <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> efluentes <strong>de</strong> una industria <strong>de</strong> cereales utilizando membranas<br />
Abstract<br />
ESCOBAR-JIMÉNEZ, J., MURO-URISTA, C., ESPARZA-SOTO, M., GÓMEZ-<br />
ESPINOZA, R.M., DÍAZ-NAVA, C., GARCÍA-GAITÁN, B., ORTEGA-AGUILAR,<br />
R.E. & ZAVALA-ARCE, R.E. Use of membranes to recover effluent water from the cereal<br />
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2012, pp. 65-82.<br />
82<br />
The tangential filtration process with effluent membranes was evaluated for the recovery<br />
of water for reuse in industrial activities. The membranes were previously treated using<br />
biological methods in the experimental plant at the Inter-American Center for Water<br />
Resources (ICWR). The most notable effluent characteristics inclu<strong>de</strong>d high turbidity, the<br />
presence of two synthetic food dyes-blue brilliant and tartrazine-which were responsible<br />
for several green water curtains, and the presence of salts and organic matter with DQO<br />
values consi<strong>de</strong>red high for the reuse of water. During the evaluation of the filtration process,<br />
two ceramic membranes with a cut-off of 150 and 15 kDa and two polymeric hollow<br />
fiber membranes with a cut-off of 50 and 13 kDa were tested; these were individually<br />
incorporated into pilot-scale filtration equipment. Each process <strong>de</strong>termined the effect of the<br />
transmembrane pressure, the water flux velocity and the characteristics of the membranes<br />
with the obtained filtered water flux and water quality. The results of the filtration of the<br />
effluent from the ICWR showed that the 15 kDa and 13 kDa membranes were the most<br />
effective for treating the ICWR effluent in terms of obtaining the water quality parameters<br />
nee<strong>de</strong>d to clean industrial equipment and supply water to boilers. Nevertheless, the water<br />
flux recovered from the effluent was greater with the 13 kDa membrane, reaching 35 Lh -1 m -2<br />
during 120 minutes. The most stable membrane was the 15 kDa, which recovered 28 Lh -1 m -2<br />
of water during 190 minutes with no polarization problems.<br />
Keywords: recovery of water, cereal industry, membranes, dyes.<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dr. Jesús Escobar Jiménez<br />
Dra. Claudia Muro Urista<br />
Dra. Carmen Díaz Nava<br />
M.C. Rosa Elena Ortega Aguilar<br />
Instituto Tecnológico <strong>de</strong> Toluca<br />
División <strong>de</strong> Estudios <strong>de</strong> Posgrado e Investigación<br />
Avenida Tecnológico s/n, colonia Exrancho La Virgen<br />
52140 Metepec, Estado <strong>de</strong> México, México<br />
Teléfonos: +52 (457) 2239 49813 y +52 (722) 2087 224<br />
escobar031976@hotmail.com, cmuro@ittoluca.edu.mx<br />
cardinava@yahoo.com, reortega@ittoluca.edu.mx<br />
Dr. Mario Esparza Soto<br />
Centro Interamericano <strong>de</strong> Recursos <strong>de</strong>l Agua<br />
Universidad Autónoma <strong>de</strong>l Estado <strong>de</strong> México<br />
Carretera Toluca-Atlacomulco, km 14.5<br />
Unidad San Cayetano<br />
50200 Toluca, Estado <strong>de</strong> México, México<br />
Teléfono: +52 (722) 2965 550<br />
Fax: +52 (722) 2965 555<br />
mesparzas@uaemex.mx y<br />
mario_esparza_soto@hotmail.com<br />
Dra. Rosa María Gómez Espinoza<br />
Centro Conjunto <strong>de</strong> Investigación en Química Sustentable<br />
Universidad Autónoma <strong>de</strong>l Estado <strong>de</strong> México<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Facultad <strong>de</strong> Química<br />
Carretera Toluca-Atlacomulco, km 14.5<br />
Unidad San Cayetano,<br />
50200 Toluca, Estado <strong>de</strong> México, México<br />
Teléfono: +52 (722) 2766 611, extensión 7722<br />
rosamarigo@gmail.com<br />
Dra. Beatriz García Gaitán<br />
Instituto Tecnológico <strong>de</strong> Toluca<br />
Bosques <strong>de</strong> la Concordia 2113<br />
San Jerónimo Chicahualco<br />
52140 Mepetec, Estado <strong>de</strong> México, México<br />
Teléfonos: +52 (457) 2239 49813 y (722) 2087 224<br />
beatrizggmx@yahoo.com<br />
Dra. Rosa Elvira Zavala Arce<br />
Instituto Tecnológico <strong>de</strong> Toluca<br />
División <strong>de</strong> Estudios <strong>de</strong> Posgrado e Investigación<br />
Avenida Tecnológico s/n, colonia Exrancho La Virgen<br />
52140 Metepec, Estado <strong>de</strong> México, México<br />
Teléfono: +52 (722) 2087 224<br />
Fax: +52 (722) 2087 224<br />
rzavalaa@ittoluca.edu.mx y zavalaarce@yahoo.com
Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos<br />
rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia<br />
ambiental<br />
• Irina Salgado-Bernal • María Elena Carballo-Valdés •<br />
• Armando Martínez-Sardiñas • Mario Cruz-Arias •<br />
Universidad <strong>de</strong> La Habana, Cuba<br />
• María <strong>de</strong>l Carmen Durán-Domínguez-<strong>de</strong>-Bazúa •<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Resumen<br />
La amenaza <strong>de</strong> los metales pesados a la salud pública y el ambiente ha conllevado<br />
a la búsqueda <strong>de</strong> tecnologías que permitan la remoción o neutralización <strong>de</strong> su<br />
toxicidad. Dentro <strong>de</strong> las nuevas técnicas, los microorganismos presentan gran<br />
relevancia. El trabajo se propuso caracterizar las interacciones <strong>de</strong> 13 aislados<br />
bacterianos rizosféricos obtenidos <strong>de</strong> plantas hidrófitas <strong>de</strong> humedales naturales,<br />
con cuatro metales <strong>de</strong> interés: cromo (Cr 6+ ), plomo (Pb 2+ ), cadmio (Cd 2+ ) y mercurio<br />
(Hg 2+ ), para la selección <strong>de</strong> cepas con potencialida<strong>de</strong>s para la remediación <strong>de</strong> aguas.<br />
Se <strong>de</strong>terminó la resistencia <strong>de</strong> los aislados a los cuatro metales, seleccionando tres<br />
concentraciones y suplementando el medio agar nutritivo con sales <strong>de</strong> los metales,<br />
para lograr las concentraciones correspondientes (cromo y plomo 1.0, 2.0 y 3.0 mM;<br />
cadmio 0.6, 1.2 y 1.8 mM; mercurio 0.01, 0.02 y 0.03 mM). Se realizaron ensayos <strong>de</strong><br />
biosorción frente a soluciones mixtas y se <strong>de</strong>terminó la cantidad <strong>de</strong> metal removido<br />
por gramos <strong>de</strong> biomasa (q). El 100% <strong>de</strong> los aislados mostró resistencia a más <strong>de</strong> un<br />
metal. Se encontró remoción por algunas cepas, <strong>de</strong>stacándose cuatro <strong>de</strong> ellas, que<br />
podrían formar un consorcio para la eliminación <strong>de</strong> plomo, cromo y mercurio. Los<br />
resultados presentan importancia, pues las concentraciones <strong>de</strong> metales estudiadas<br />
se encuentran por encima <strong>de</strong> las concentraciones máximas permisibles normadas<br />
en aguas según la Norma Cubana NC 27-1999 y otras normas internacionales;<br />
por lo tanto, las cepas que mostraron resistencia y remoción podrían resultar<br />
agentes biorremediantes prometedores para su empleo en el saneamiento <strong>de</strong> aguas<br />
contaminadas.<br />
83<br />
Palabras clave: bacterias, metales pesados, resistencia, remoción, tratamiento <strong>de</strong><br />
aguas.<br />
Introducción<br />
La contaminación <strong>de</strong>l ambiente con metales<br />
tóxicos surge como resultado <strong>de</strong> las activida<strong>de</strong>s<br />
humanas, principalmente industriales; sin<br />
embargo, fuentes como la agricultura y la eliminación<br />
<strong>de</strong> residuos también contribuyen<br />
(Cañizares, 2000). Aun cuando las <strong>de</strong>scargas<br />
<strong>de</strong> algunos metales causadas por activida<strong>de</strong>s<br />
humanas ha disminuido, su liberación indirecta<br />
a través <strong>de</strong> diferentes fuentes tiene un gran<br />
impacto en el ciclo ambiental (D’ltri, 1992). El<br />
<strong>de</strong>sarrollo industrial ha creado un importante<br />
número y volúmenes <strong>de</strong> aguas residuales<br />
proce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> los nuevos procesos <strong>de</strong> manufacturación,<br />
conteniendo algunas <strong>de</strong> ellas<br />
diferentes elementos químicos, entre los que se<br />
incluyen los metales pesados, siendo unos <strong>de</strong><br />
los contaminantes más abundantes en aguas<br />
residuales (Filali et al., 2000).<br />
Estos elementos no pue<strong>de</strong>n ser <strong>de</strong>gradados<br />
naturalmente, permanecen en los sedimentos y<br />
son lentamente liberados en los cuerpos <strong>de</strong> agua<br />
(Cañizares, 2000; Pérez et al., 2002); aun cuando<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 83-95
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
84<br />
se encuentren presentes en cantida<strong>de</strong>s bajas e<br />
in<strong>de</strong>tectables, su recalcitrancia y consiguiente<br />
persistencia implica que a través <strong>de</strong> procesos<br />
naturales, como la biomagnificación, su<br />
concentración pueda llegar a ser tan elevada,<br />
que se convierta en tóxica (Cañizares, 2000).<br />
Por estas razones, la contaminación <strong>de</strong><br />
las aguas con metales ha sido i<strong>de</strong>ntificada<br />
internacionalmente como uno <strong>de</strong> los principales<br />
problemas ambientales, ya que se vierten a<br />
los ecosistemas, <strong>de</strong> manera indiscriminada,<br />
aguas residuales sin tratar o con tratamientos<br />
<strong>de</strong>ficientes.<br />
La amenaza <strong>de</strong> los metales pesados a<br />
la salud pública y el medio ambiente ha<br />
conllevado a la búsqueda <strong>de</strong> sistemas que<br />
permitan la remoción o neutralización <strong>de</strong><br />
sus efectos tóxicos <strong>de</strong> una forma natural y<br />
económica (Valls y De Lorenzo, 2002; Huang<br />
et al., 2003). Se han empleado numerosos<br />
métodos convencionales para el tratamiento <strong>de</strong><br />
estos elementos, fundamentalmente físicos y<br />
químicos, pero algunos han resultado costosos<br />
e ineficientes, especialmente cuando la<br />
concentración <strong>de</strong> metales es muy baja. Por este<br />
motivo, actualmente, una <strong>de</strong> las tecnologías<br />
más promisorias en aras <strong>de</strong> la recuperación<br />
<strong>de</strong> ambientes naturales contaminados es la<br />
biorremediación, la cual se basa en el uso <strong>de</strong><br />
sistemas biológicos para la eliminación <strong>de</strong><br />
contaminantes y, específicamente, el empleo<br />
<strong>de</strong> biomasas microbianas representa una<br />
alternativa viable (Gupta et al., 2000; Pethkar et<br />
al., 2001).<br />
Los microorganismos se han empleado<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> hace varias décadas para diferentes<br />
funciones: producción <strong>de</strong> bioproductos en el<br />
ámbito industrial, en la industria bacteriológica<br />
y <strong>de</strong> fermentaciones, y más recientemente,<br />
para el tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales<br />
(Domínguez et al., 2009). Constituyen una<br />
<strong>de</strong> las formas más beneficiosas y eficientes<br />
para la remoción <strong>de</strong> metales <strong>de</strong> aguas<br />
contaminadas, particularmente en presencia<br />
<strong>de</strong> bajas concentraciones <strong>de</strong> metal en gran<strong>de</strong>s<br />
volúmenes <strong>de</strong> solución. A<strong>de</strong>más presentan<br />
una gran variedad <strong>de</strong> mecanismos para la<br />
resistencia y captura <strong>de</strong> estos elementos (Slaba<br />
y Dlugonski, 2004), y tienen la posibilidad <strong>de</strong><br />
ser manipulados genéticamente.<br />
Existen numerosas tecnologías para el<br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas, pero en muchas <strong>de</strong><br />
ellas, como el caso <strong>de</strong> los humedales artificiales<br />
o construidos, el reto está en optimizar<br />
la tecnología, maximizando las fuerzas <strong>de</strong><br />
interacción biológica en la zona <strong>de</strong> las raíces<br />
<strong>de</strong> la planta (rizosfera) (Kuschk et al., 1999),<br />
don<strong>de</strong> precisamente las bacterias hacen<br />
una gran contribución en la eliminación<br />
<strong>de</strong> contaminantes (Chaudhry et al., 2005).<br />
Aislamientos microbianos bien adaptados<br />
a hábitats con metales pesados podrán<br />
llevar a cabo remediación, probablemente, y<br />
resultan <strong>de</strong> gran interés para las estrategias<br />
<strong>de</strong> conservación ambiental, por lo que la<br />
búsqueda <strong>de</strong> microorganismos con altas<br />
capacida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> acumulación y características<br />
estables <strong>de</strong> resistencia es una parte inevitable<br />
<strong>de</strong> cualquier estrategia <strong>de</strong> remediación<br />
(Haferburg y Kothe, 2007). Esto sugiere<br />
que la introducción selectiva <strong>de</strong> bacterias<br />
con propieda<strong>de</strong>s específicas frente a los<br />
contaminantes en un humedal artificial pue<strong>de</strong><br />
mejorar la remediación <strong>de</strong> aguas contaminadas<br />
(Tabacchioni et al., 2002).<br />
Teniendo en cuenta los aspectos mencionados,<br />
la presente investigación se propuso<br />
como objetivo caracterizar las interacciones<br />
<strong>de</strong> 13 aislados bacterianos rizosféricos,<br />
obtenidos <strong>de</strong> la rizosfera <strong>de</strong> plantas hidrófitas<br />
<strong>de</strong> humedales naturales, con cuatro metales<br />
pesados <strong>de</strong> importancia ambiental: cromo,<br />
plomo, cadmio y mercurio, como premisa<br />
para la selección e introducción <strong>de</strong> cepas,<br />
con potencialida<strong>de</strong>s para la remediación, en<br />
sistemas <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong> aguas contaminadas<br />
con metales pesados.<br />
Materiales y métodos<br />
Cepas empleadas<br />
Se emplearon 13 cepas bacterianas autóctonas<br />
provenientes <strong>de</strong> la rizofera <strong>de</strong> plantas
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
hidrófitas (especie Typha dominguensis,<br />
Pers. Kunth) <strong>de</strong> humedales naturales <strong>de</strong> La<br />
Habana, Cuba (Posición GPS: Humedal 1-Lat.<br />
23º 02.323’, Long. 82º 24.002’; Humedal 2-Lat.<br />
23º 02.863’, Long. 082º 23.443’; Humedal<br />
3-Lat. 23º 03.318’, Long. 082º 24.014’). Las<br />
cepas estudiadas se seleccionaron a partir<br />
<strong>de</strong> 58 aislados <strong>de</strong> acuerdo con estudios<br />
previos realizados en cuanto a remoción <strong>de</strong><br />
contaminantes.<br />
Aislamiento <strong>de</strong> bacterias rizosféricas<br />
Se siguió el protocolo propuesto por Muratova<br />
et al. (2003). Se removió el suelo no<br />
rizosférico <strong>de</strong> las raíces; la raíz con suelo<br />
rizosférico adherido se lavó en 100 ml <strong>de</strong> agua<br />
<strong>de</strong>stilada y se agitó por treinta minutos. Se<br />
<strong>de</strong>jaron sedimentar las partículas <strong>de</strong> suelo y<br />
con la suspensión se prepararon diluciones<br />
seriadas <strong>de</strong> 10 -1 a 10 -7 . Se prepararon placas<br />
con tres réplicas <strong>de</strong> cada dilución en medio<br />
<strong>de</strong> cultivo con agar nutritivo y se incubó a 30<br />
°C (temperatura <strong>de</strong>l lugar <strong>de</strong> muestreo) por 48<br />
horas. Se seleccionaron las colonias <strong>de</strong> cada<br />
muestra con características visibles diferentes<br />
y se conservaron en agar nutritivo, plano<br />
inclinado y a 4 °C.<br />
Determinación <strong>de</strong> la resistencia a los metales<br />
Se realizó según la metodología empleada por<br />
Anisimova et al., 1993.<br />
Preparación <strong>de</strong> las soluciones <strong>de</strong> metales<br />
Se prepararon soluciones concentradas (10<br />
mM, pH 7) <strong>de</strong> los metales cromo, plomo,<br />
cadmio y mercurio, utilizando los compuestos<br />
dicromato <strong>de</strong> potasio (K 2<br />
Cr 2<br />
O 7<br />
) ,<br />
nitrato <strong>de</strong> plomo [Pb(NO 3<br />
) 2<br />
] ,<br />
nitrato <strong>de</strong><br />
cadmio [Cd(NO 3<br />
) 2<br />
]) y cloruro <strong>de</strong> mercurio<br />
(HgCl 2<br />
), respectivamente. Estas soluciones<br />
concentradas sirvieron <strong>de</strong> partida para la<br />
preparación <strong>de</strong> los medios con las diferentes<br />
concentraciones <strong>de</strong> metales a ensayar.<br />
Preparación <strong>de</strong> los medios <strong>de</strong> cultivo<br />
Para cada metal se seleccionaron tres concentraciones<br />
para el estudio: cromo y plomo<br />
1.0, 2.0 y 3.0 mM; cadmio 0.6, 1.2 y 1.8 mM,<br />
y mercurio 0.01, 0.02 y 0.03 mM. Estas<br />
concentraciones se seleccionaron teniendo<br />
en cuenta los límites máximos permisibles<br />
normados en aguas, según la Norma Cubana<br />
NC 27-1999. Se prepararon matraces tipo<br />
Erlenmeyer con agar nutritivo (28 g <strong>de</strong> agar<br />
para 1 000 ml <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>stilada) para cada<br />
metal y cada medio fue suplementado con<br />
un <strong>de</strong>terminado volumen <strong>de</strong> la solución <strong>de</strong><br />
concentración 10 mM, para lograr las diferentes<br />
concentraciones <strong>de</strong>seadas. Posteriormente, el<br />
medio se agitó para mezclar el metal añadido<br />
con el agar y se vertió en placas Petri.<br />
Siembra <strong>de</strong> las cepas<br />
Se partió <strong>de</strong> un pre-inóculo preparado en<br />
caldo nutritivo con un <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> 24 horas<br />
y se realizó la siembra por estría <strong>de</strong> cada<br />
aislado con su réplica en medio agar nutritivo<br />
suplementado con el metal. Como control <strong>de</strong> la<br />
proliferación <strong>de</strong> las cepas, se empleó el medio<br />
agar nutritivo sin los metales, don<strong>de</strong> se inoculó<br />
cada una, para verificar su correcto <strong>de</strong>sarrollo<br />
en ausencia <strong>de</strong> los metales. Como controles para<br />
la verificación <strong>de</strong> la esterilidad <strong>de</strong> los medios, se<br />
empleó agar nutriente con cada concentración<br />
para cada metal sin inocular, y como controles<br />
<strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollo a los correspondientes niveles<br />
<strong>de</strong> metales, se emplearon cepas bacterianas<br />
caracterizadas en cuanto a su resistencia a<br />
metales, pertenecientes al cepario <strong>de</strong> la Facultad<br />
<strong>de</strong> Biología, Universidad <strong>de</strong> La Habana, Cuba.<br />
Lectura <strong>de</strong> los resultados<br />
Se realizaron tres lecturas <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollo, a las<br />
24, 48 y 72 horas, <strong>de</strong>bido a que los diferentes<br />
aislados estudiados mostraron diferencias en<br />
la velocidad <strong>de</strong> proliferación. Para la lectura se<br />
observó el <strong>de</strong>sarrollo o no <strong>de</strong> la cepa bacteriana<br />
en el medio suplementado con la solución <strong>de</strong><br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
85
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
metal. Se clasificó la presencia <strong>de</strong> proliferación<br />
como resistencia (R) y la ausencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo<br />
como sensibilidad (S).<br />
Determinación <strong>de</strong> la remoción <strong>de</strong> los metales<br />
Obtención <strong>de</strong> la biomasa. Obtención <strong>de</strong>l preinóculo<br />
10 000 rpm durante diez minutos; el aglomerado<br />
microbiano se <strong>de</strong>sechó y el sobrenadante<br />
se filtró y se conservó acidificado con ácido<br />
nítrico concentrado a 4 °C, para la posterior<br />
cuantificación <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> metal<br />
removido. Todos los experimentos se realizaron<br />
por triplicado.<br />
86<br />
El medio <strong>de</strong> cultivo líquido (caldo nutritivo)<br />
se distribuyó en matraces Erlenmeyer <strong>de</strong> 500<br />
ml, con un volumen efectivo <strong>de</strong> 200 ml, y se<br />
inoculó a partir <strong>de</strong> los <strong>de</strong>sarrollos en los medios<br />
<strong>de</strong> conservación. Las bacterias se mantuvieron<br />
durante 24 horas a 30 ± 2 °C, en agitación a 100<br />
rpm.<br />
Obtención <strong>de</strong>l inóculo<br />
Se realizó una dilución <strong>de</strong> 1/5, utilizando<br />
el volumen total <strong>de</strong>l preinóculo en caldo<br />
nutritivo, y se incubó en condiciones similares<br />
para la obtención <strong>de</strong> la biomasa celular.<br />
Análisis y cuantificación <strong>de</strong>l metal capturado<br />
Las muestras se analizaron por espectroscopía<br />
<strong>de</strong> emisión óptica <strong>de</strong> plasma acoplado inductivamente,<br />
ICP-OES (Inductively coupled plasmaoptical<br />
emission spectroscopy) en la Facultad<br />
<strong>de</strong> Química, Conjunto D, <strong>de</strong> la Universidad<br />
Nacional Autónoma <strong>de</strong> México (UNAM).<br />
Para el Cd 2+ se usó una longitud <strong>de</strong> onda <strong>de</strong><br />
228.802 nm, para el Cr 2+ <strong>de</strong> 267.716 nm, para el<br />
Hg 2+ <strong>de</strong> 253.652 y para el Pb 2+ <strong>de</strong> 220.361. Los<br />
cálculos para <strong>de</strong>terminar la cantidad <strong>de</strong> metal<br />
capturado se realizaron según la ecuación<br />
(Holan y Volesky, 1995; Vieira y Volesky, 2000):<br />
Colecta <strong>de</strong> la biomasa<br />
q = (C i<br />
- C f<br />
) V/m<br />
Se realizó <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> transcurrido el tiempo<br />
<strong>de</strong> incubación, se <strong>de</strong>tuvo el <strong>de</strong>sarrollo y se<br />
colectaron las células. Este procedimiento<br />
se realizó por centrifugación a 10 000 rpm<br />
durante veinte minutos; los aglomerados<br />
microbianos se lavaron con agua bi<strong>de</strong>stilada<br />
y se centrifugaron durante diez minutos.<br />
Se eliminó el sobrenadante y se recuperó el<br />
aglomerado microbiano.<br />
Ensayo <strong>de</strong> biosorción <strong>de</strong> metales<br />
En <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> la resistencia mostrada<br />
por los aislados se prepararon los ensayos;<br />
si mostraron multirresistencia se prepararon<br />
soluciones mixtas (pH 7). La biomasa <strong>de</strong> cada<br />
aislado (0.03 g) fue puesta en contacto en<br />
matraces Erlenmeyer <strong>de</strong> 100 ml, con 15 ml <strong>de</strong><br />
la solución mixta <strong>de</strong> metales correspondiente.<br />
Se incubó a 30 ± 2 °C, 100 rpm, durante 72<br />
horas. La biomasa se separó <strong>de</strong> la solución<br />
<strong>de</strong> los metales residuales por centrifugación a<br />
don<strong>de</strong> q correspon<strong>de</strong> a los mg <strong>de</strong> metal<br />
capturado por gramos <strong>de</strong> biomasa (mg/g); C i<br />
,<br />
la concentración inicial <strong>de</strong>l metal (mg/l); C f<br />
, la<br />
concentración final <strong>de</strong>l metal (mg/l); m, la masa<br />
<strong>de</strong> la biomasa en la mezcla <strong>de</strong> reacción (g), y V<br />
es el volumen <strong>de</strong> la mezcla <strong>de</strong> reacción (L).<br />
Resultados y discusión<br />
Resistencia <strong>de</strong> los aislados en los medios<br />
suplementados con los metales a las 24, 48 y<br />
72 horas<br />
En la figura 1 se muestra un ejemplo <strong>de</strong> cómo se<br />
observó el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> los aislados estudiados<br />
en el medio <strong>de</strong> agar nutritivo, suplementado<br />
con los metales en el ensayo <strong>de</strong> resistencia.<br />
En los cuadros 1 a 4 se muestra que el 100% <strong>de</strong><br />
los aislados mostró resistencia a plomo, el 85%<br />
a cromo, el 15% a cadmio y el 100% a mercurio.<br />
A<strong>de</strong>más, los 13 aislados mostraron resistencia a<br />
más <strong>de</strong> un metal, es <strong>de</strong>cir, multirresistencia; un
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
Figura 1. Muestra <strong>de</strong>l ensayo <strong>de</strong> resistencia a metales en placa <strong>de</strong> agar nutritivo suplementado con el metal.<br />
Desarrollo <strong>de</strong> las cepas ensayadas.<br />
aislado mostró resistencia a los cuatro metales<br />
ensayados, 11 aislados mostraron resistencia a<br />
tres metales y un aislado mostró resistencia a<br />
dos metales. Las respuestas encontradas están<br />
en estrecha relación con el lugar <strong>de</strong> don<strong>de</strong><br />
fueron aisladas estas bacterias. Las plantas<br />
se seleccionaron <strong>de</strong> humedales cercanos al<br />
río Almendares, ubicado en la ciudad <strong>de</strong><br />
La Habana, Cuba. Actualmente, el cauce<br />
principal <strong>de</strong> este río presenta una situación<br />
higiénico-sanitaria crítica, como consecuencia<br />
<strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas que recibe <strong>de</strong> aguas residuales<br />
urbanas e industriales sin tratamiento o con<br />
tratamiento ineficiente. Aproximadamente setenta<br />
fuentes contaminadas <strong>de</strong> diferentes tipos<br />
vierten sus aguas residuales a este río, por lo<br />
que se estima la existencia <strong>de</strong> altos niveles <strong>de</strong><br />
contaminación (CCAV, 1999). Estos niveles <strong>de</strong><br />
contaminación pue<strong>de</strong>n haber influido para<br />
que las bacterias <strong>de</strong>sarrolladas en esa zona<br />
presenten características para resistir altas<br />
concentraciones <strong>de</strong> metales. La respuesta<br />
adaptativa <strong>de</strong> los microorganismos en<br />
ambientes contaminados ha sido ampliamente<br />
estudiada, y muchas <strong>de</strong> las investigaciones han<br />
indicado que los organismos que sobreviven<br />
en estas condiciones <strong>de</strong>sarrollan o adquieren<br />
sistemas que contrarrestan los efectos <strong>de</strong> las<br />
altas concentraciones <strong>de</strong> metales (Trajanovska<br />
et al., 1997).<br />
Estos resultados son interesantes teniendo<br />
en cuenta que el plomo, cromo, cadmio y<br />
mercurio son metales pesados no esenciales<br />
para los organismos vivos (Trajanovska<br />
et al., 1997; Valls y De Lorenzo, 2002), por<br />
lo que resultan tóxicos, incluso a bajas<br />
concentraciones. Sumado a esto, los aislados<br />
que mostraron resistencia a las concentraciones<br />
<strong>de</strong>l metal probadas más elevadas resaltan con<br />
respecto al resto <strong>de</strong>bido a su capacidad para<br />
proliferar a concentraciones que resultan<br />
altamente perjudiciales para la mayoría <strong>de</strong> los<br />
organismos. Se categoriza el comportamiento<br />
<strong>de</strong> estos aislados como resistencia, teniendo<br />
en cuenta la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong>l término planteada<br />
en la literatura: resistencia <strong>de</strong>fine la habilidad<br />
<strong>de</strong> sobrevivir y <strong>de</strong>sarrollarse en presencia <strong>de</strong><br />
metales pesados, induciendo mecanismos<br />
codificados en plásmidos o el cromosoma<br />
(Smith, 1967; Nakahara et al., 1977; Vullo et al.,<br />
2005).<br />
Han sido informadas numerosas bacterias<br />
resistentes a metales tanto aisladas <strong>de</strong> suelos y<br />
aguas como <strong>de</strong> sedimentos. En la mayoría <strong>de</strong> las<br />
investigaciones, las concentraciones <strong>de</strong> metales<br />
estudiadas son menores que las ensayadas<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
87
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
Cuadro 1. Resistencia <strong>de</strong> los 13 aislados bacterianos a plomo (concentraciones <strong>de</strong> 1, 2 y 3 mM).<br />
Aislados 1.0 mM 2.0 mM 3.0 mM<br />
TAN316 R R S<br />
TAN1113 R R S<br />
TAN219 R R R<br />
TAN217 R R R<br />
TAN119 R R R<br />
TAN118 R R S<br />
TAN1111 R R S<br />
TAN117 R R R<br />
TAN1115 R R -<br />
TAN229 R R R<br />
TAN221 R R R<br />
TAN216 R R R<br />
TAN3110 R R R<br />
R: resistente; S: sensible.<br />
Cuadro 2. Resistencia <strong>de</strong> los 13 aislados bacterianos a cromo (concentraciones <strong>de</strong> 1, 2 y 3 mM).<br />
88<br />
Aislados 1.0 mM 2.0 mM 3.0 mM<br />
TAN316 R S S<br />
TAN217 R S S<br />
TAN1113 R S S<br />
TAN219 R R S<br />
TAN119 R R S<br />
TAN118 R R S<br />
TAN1111 S S S<br />
TAN117 R R R<br />
TAN1115 R R R<br />
TAN229 S S S<br />
TAN221 R R S<br />
TAN216 R S S<br />
TAN3110 R S S<br />
R: resistente; S: sensible.<br />
Cuadro 3. Resistencia <strong>de</strong> los 13 aislados bacterianos a cadmio (concentraciones <strong>de</strong> 0.6, 1.2 y 1.8 mM).<br />
Aislados 0.6 mM 1.2 mM 1.8 mM<br />
TAN316 S S S<br />
TAN217 S S S<br />
TAN1113 S S S<br />
TAN219 S S S<br />
TAN119 S S S<br />
TAN118 S S S<br />
TAN1111 R S S<br />
TAN117 S S S<br />
TAN1115 S S S<br />
TAN229 S S S<br />
TAN221 S S S<br />
TAN216 S S S<br />
TAN3110 R S S<br />
R: resistente; S: sensible.
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
Cuadro 4. Resistencia <strong>de</strong> los 13 aislados bacterianos a mercurio (concentraciones <strong>de</strong> 0.01, 0.02 y 0.03 mM).<br />
Aislados 0.01 mM 0.02 mM 0.03 mM<br />
TAN316 R S S<br />
TAN217 R R R<br />
TAN1113 R S S<br />
TAN219 R S S<br />
TAN119 R R R<br />
TAN118 R S S<br />
TAN1111 R S S<br />
TAN117 R S S<br />
TAN1115 R R R<br />
TAN229 R S S<br />
TAN221 R S S<br />
TAN216 R S S<br />
TAN3110 R S S<br />
R: resistente; S: sensible.<br />
en esta investigación (Filali et al., 2000; Vullo<br />
et al., 2005) y en otros son similares a las <strong>de</strong>l<br />
presente estudio (De Souza et al., 2006). Por<br />
tal motivo, los aislados obtenidos representan<br />
microorganismos interesantes, al po<strong>de</strong>r resistir<br />
concentraciones elevadas y superiores a lo<br />
encontrado en la mayoría <strong>de</strong> los informes.<br />
Las concentraciones <strong>de</strong> metales estudiadas<br />
se encuentran por encima <strong>de</strong> los Límites<br />
Máximos Permisibles Promedio (LMPP) para<br />
los parámetros <strong>de</strong> los residuales líquidos, según<br />
la Norma Cubana NC 27-1999 (ver cuadro 5).<br />
Es <strong>de</strong>cir, que las concentraciones estudiadas<br />
son 200 veces mayores que las concentraciones<br />
máximas permisibles. Teniendo en cuenta estos<br />
datos, los aislados que mostraron resistencia<br />
podrían resultar agentes biorremediadores<br />
prometedores para ser empleados en una<br />
tecnología para el saneamiento <strong>de</strong> aguas<br />
contaminadas con metales pesados, en<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> sus potencialida<strong>de</strong>s para<br />
la remoción <strong>de</strong> estos elementos. Existen<br />
numerosos mecanismos <strong>de</strong> resistencia <strong>de</strong> las<br />
bacterias a los metales que no necesariamente<br />
incluyen la remoción <strong>de</strong> las soluciones, pero<br />
existen otros que son la base para el uso <strong>de</strong> los<br />
microorganismos en la biorremediación.<br />
Las bacterias han <strong>de</strong>sarrollado diversos<br />
mecanismos <strong>de</strong> resistencia para tolerar los<br />
efectos nocivos <strong>de</strong> los metales tóxicos (Silver y<br />
Phung, 2005), por ejemplo, los que involucran:<br />
a) componentes celulares que capturan a los<br />
iones, neutralizando su toxicidad; b) enzimas<br />
que modifican el estado rédox <strong>de</strong> los metales,<br />
convirtiéndolos en formas menos perjudiciales,<br />
y c) transportadores <strong>de</strong> la membrana que<br />
expulsan las especies nocivas <strong>de</strong>l citoplasma<br />
celular (Cervantes et al., 2006).<br />
Cuadro 5. Límites máximos permisibles promedio (LMPP) para los parámetros <strong>de</strong> efluentes residuales líquidos.<br />
Parámetro Unida<strong>de</strong>s LMPP<br />
Cadmio mg/l < 0.3<br />
Cromo hexavalente mg/l < 0.5<br />
Mercurio mg/l < 0.01<br />
Plomo mg/l 1.0<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
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Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
90<br />
El <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> nuevos sistemas para el<br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas requerirá <strong>de</strong> la supervivencia<br />
<strong>de</strong> los microorganismos presentes<br />
en estos sistemas y su resistencia a agentes<br />
altamente inhibitorios. La habilidad <strong>de</strong> cepas<br />
microbianas <strong>de</strong> proliferar en la presencia <strong>de</strong><br />
metales pesados pue<strong>de</strong> ser saludable en el<br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales, don<strong>de</strong> los<br />
microorganismos están directamente involucrados<br />
en la <strong>de</strong>scomposición <strong>de</strong> materia<br />
orgánica en procesos biológicos para el<br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas (Filali et al., 2000).<br />
Remoción <strong>de</strong> metales <strong>de</strong> soluciones mixtas<br />
simuladas<br />
En las figuras 2 a 5 se muestra que, para los<br />
cuatro metales estudiados, se observaron<br />
resultados diferentes. En el caso <strong>de</strong>l plomo,<br />
la mayoría <strong>de</strong> los aislados que resultaron<br />
resistentes presentaron remoción <strong>de</strong> la<br />
solución. Con respecto al cromo, sólo dos<br />
aislados presentaron remoción. De los dos<br />
aislados que resultaron resistentes a cadmio,<br />
ninguno logró remoción <strong>de</strong>l metal en solución,<br />
y los resultados <strong>de</strong>l mercurio, al igual que en el<br />
plomo, muestran que la mayoría <strong>de</strong> los aislados<br />
removió el metal <strong>de</strong> la solución.<br />
Para el plomo (figura 2), el aislado TAN1111<br />
resultó ser el mejor <strong>de</strong> todos, dando un valor<br />
<strong>de</strong> remoción <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista estadístico<br />
significativamente superior a los valores <strong>de</strong><br />
remoción <strong>de</strong>l resto. Para el cromo (figura 3),<br />
TAN1113 y TAN1115, a pesar <strong>de</strong> haber sido los<br />
únicos que presentaron remoción, presentan<br />
la diferencia <strong>de</strong> que TAN1113 es el único cuyo<br />
valor es estadísticamente significativo con<br />
respecto <strong>de</strong>l resto (a), no presentando relación,<br />
pues en el caso <strong>de</strong> TAN1115 presenta una media<br />
corrompida (ab). Para el mercurio (figura 5), los<br />
aislados TAN 119, TAN117, TAN217, TAN1113,<br />
TAN 216 y TAN1115 mostraron los valores más<br />
altos, pero TAN119 fue el único que reveló una<br />
diferencia significativa total con el resto <strong>de</strong> los<br />
aislados (a). Hay que resaltar que los aislados<br />
TAN1113 y TAN1115 se repiten con buenos<br />
resultados frente al mercurio, pues ya se habían<br />
visto buenos resultados con el cromo.<br />
Los casos don<strong>de</strong> no se obtuvo remoción<br />
(valores 0 o negativos) sugieren que los<br />
aislados obtenidos presentan un mecanismo<br />
<strong>de</strong> resistencia que no implica la eliminación<br />
<strong>de</strong>l metal en solución. Por otra parte, en estos<br />
resultados pue<strong>de</strong> influir la competencia que se<br />
establece por los sitios <strong>de</strong> unión a los metales<br />
en la célula bacteriana, don<strong>de</strong> algunos cationes<br />
q Pb (mg/g biomasa)<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
-2<br />
q Pb (mg/g biomasa)<br />
a<br />
b b b b b b b b b b<br />
b<br />
1111 217 117 316 221 219 119 118 216 1113 1115 3110 229<br />
11.16 0.252 0.436 0.419 0.441 0.445 0.452 0.442 0.454 -0.06 0.443 0.277 0<br />
Aislados bacterianos<br />
Figura 2. Remoción <strong>de</strong> plomo por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 °C, pH 7, 72 horas <strong>de</strong> contacto, 100 rpm.
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
q Cr (mg/g biomasa)<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
-1<br />
-2<br />
-3<br />
-4<br />
a<br />
b<br />
ab<br />
b b<br />
b<br />
b b b b b<br />
217 117 316 221 219 119 118 216 1113 1115 3110<br />
q Cr (mg/g biomasa)<br />
-0.253 -0.768 -1.193 -0.108 -1.078 -1.438 -0.778 -0.73 2.1525 0.7 -0.033<br />
Aislados bacterianos<br />
Figura 3. Remoción <strong>de</strong> cromo por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 °C, pH 7, 72 horas <strong>de</strong> contacto, 100 rpm.<br />
91<br />
q Cd (mg/g biomasa)<br />
0<br />
-2<br />
-4<br />
-6<br />
-8<br />
-10<br />
-12<br />
-14<br />
-16<br />
-18<br />
-20<br />
a<br />
1111 3110<br />
a<br />
q Cd (mg/g biomasa)<br />
-9.9 -16.025<br />
Aislados bacterianos<br />
Figura 4. Remoción <strong>de</strong> cadmio por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 °C, pH 7, 72 horas <strong>de</strong> contacto, 100 rpm.<br />
metálicos pue<strong>de</strong>n verse más favorecidos. Este<br />
comportamiento diferente pue<strong>de</strong> explicarse<br />
<strong>de</strong>bido a las características <strong>de</strong> cada metal<br />
(valencia y número atómico) (Holan y Volesky,<br />
1994) y al tipo <strong>de</strong> enlace que establecen con la<br />
biomasa microbiana, lo cual también influye en<br />
la afinidad (Volesky, 1999).<br />
Cuando se trabaja con mezcla <strong>de</strong> metales<br />
pue<strong>de</strong> encontrarse que la cantidad total <strong>de</strong><br />
metal biosorbido en el sistema multimetal<br />
sea menor que en un sistema simple (Chang<br />
y Hong, 1994; Figueira et al., 1997; Utigikar et<br />
al., 2000) pues, en ocasiones, la presencia <strong>de</strong><br />
cualquier ión metálico en la mezcla, ya sea<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
q Hg (mg/g biomasa)<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
-1<br />
-2<br />
-3<br />
q Hg (mg/g biomasa)<br />
a<br />
e<br />
ab<br />
ab<br />
abc<br />
abc<br />
bc<strong>de</strong><br />
abc<br />
bcd<br />
c<strong>de</strong><br />
c<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong><br />
1111 217 117 316 221 219 119 118 216 1113 1115 3110 229<br />
-0.38 3.68 4.005 1.673 0.015 0.979 5.225 2.428 3.035 3.268 2.883 0.915 0<br />
Aislados bacterianos<br />
Figura 5. Remoción <strong>de</strong> mercurio por aislados bacterianos a temperatura 30 ± 2 °C, pH 7, 72 horas <strong>de</strong> contacto, 100 rpm.<br />
92<br />
binaria o mezcla <strong>de</strong> más <strong>de</strong> dos metales, tiene<br />
un fuerte efecto antagonista en los procesos <strong>de</strong><br />
biosorción (Hussein et al., 2004).<br />
La obtención <strong>de</strong> aislados que mostraron<br />
remoción <strong>de</strong> algunos <strong>de</strong> los metales estudiados<br />
es <strong>de</strong> suma importancia, ya que en los sistemas<br />
naturales, los metales no se encuentran <strong>de</strong><br />
forma individual. Con frecuencia es posible<br />
encontrar una variedad <strong>de</strong> iones que pue<strong>de</strong>n<br />
competir aumentando o disminuyendo su<br />
afinidad por los sitios <strong>de</strong> enlace disponibles.<br />
A pesar <strong>de</strong> no haberse encontrado elevados<br />
niveles <strong>de</strong> remoción, hay que <strong>de</strong>stacar que se<br />
ensayaron concentraciones <strong>de</strong> metales altas,<br />
consi<strong>de</strong>rando la toxicidad <strong>de</strong> estos elementos<br />
para los organismos vivos, por lo que estas<br />
bacterias pudieran ser empleadas, optimizando<br />
el proceso <strong>de</strong> remoción, en el mejoramiento<br />
<strong>de</strong> tecnologías para el tratamiento <strong>de</strong> aguas<br />
residuales contaminadas con metales pesados.<br />
Se podría proponer la formación <strong>de</strong> un<br />
consorcio para la eliminación <strong>de</strong> plomo,<br />
cromo y mercurio, pues para el cadmio los<br />
aislados probados no resultaron efectivos,<br />
con la participación <strong>de</strong> los aislados TAN1113,<br />
TAN1115, TAN119 y TAN117, teniendo en<br />
cuenta que las bacterias en consorcio parecen<br />
incrementar la remoción <strong>de</strong> contaminantes en<br />
relación con las remociones que muestran en<br />
cultivos puros (Sprocati et al., 2006; Hafersburg<br />
y Kothe, 2007).<br />
Aunque se <strong>de</strong>mostró el potencial <strong>de</strong> estos<br />
aislados para la remoción <strong>de</strong> metales, para<br />
aplicar cualquier microorganismo en una<br />
tecnología ambiental para el tratamiento<br />
<strong>de</strong> aguas esto no es suficiente. Se hace<br />
indispensable la i<strong>de</strong>ntificación hasta especie<br />
<strong>de</strong> estos aislados, pues a pesar <strong>de</strong> que estas<br />
bacterias fueron obtenidas <strong>de</strong> la rizosfera <strong>de</strong><br />
plantas hidrófitas, lo cual supone que no <strong>de</strong>ban<br />
ser patógenas, hay que corroborarlo a través<br />
<strong>de</strong> las técnicas <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación existentes.<br />
Este aspecto es muy importante <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la<br />
investigación con microorganismos para ser<br />
propuestos como agentes biorremediantes,<br />
pues el objetivo <strong>de</strong> su aplicación es disminuir<br />
el riesgo ambiental <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminados contaminantes<br />
y no implicar una mayor fuente <strong>de</strong><br />
contaminación.<br />
Conclusiones<br />
Los aislados bacterianos rizosféricos obtenidos<br />
presentaron multirresistencia a varios
Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
<strong>de</strong> los metales estudiados y muchos <strong>de</strong><br />
ellos presentaron a<strong>de</strong>más la propiedad <strong>de</strong><br />
remover los cationes metálicos <strong>de</strong> soluciones<br />
acuosas simuladas; estos últimos constituyen<br />
agentes biorremediantes potenciales <strong>de</strong> aguas<br />
contaminadas con metales pesados. A pesar <strong>de</strong><br />
que este estudio se realizó en laboratorio, tiene<br />
posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> aplicación, pues las bacterias<br />
estudiadas pudieran ser incorporadas en<br />
tecnologías para el tratamiento <strong>de</strong> aguas,<br />
por ejemplo bioaumentando humedales<br />
construidos, y contribuir a la remoción <strong>de</strong><br />
cromo, plomo y mercurio, presentes <strong>de</strong> manera<br />
individual o conjunta en aguas residuales<br />
industriales. Por supuesto, la aplicación<br />
concreta <strong>de</strong> una tecnología <strong>de</strong>terminada<br />
requerirá <strong>de</strong> la elección y optimización <strong>de</strong>l<br />
sistema <strong>de</strong> tratamiento, <strong>de</strong> acuerdo con las<br />
características <strong>de</strong> la interacción específica<br />
cepas bacterianas-metales, lo cual será objetivo<br />
<strong>de</strong> futuras investigaciones.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Esta investigación fue apoyada por la International<br />
Foundation for Science, Estocolmo, Suecia, a través <strong>de</strong> un<br />
financiamiento otorgado a la M.C. Irina Salgado Bernal<br />
(proyecto W/4860-1). Se agra<strong>de</strong>ce la beca otorgada<br />
para la estancia realizada en la UNAM, México, en la<br />
que parte <strong>de</strong> esta investigación se realizó, al personal<br />
académico y administrativo <strong>de</strong> los Laboratorios 301 al<br />
303 <strong>de</strong>l Conjunto E, Facultad <strong>de</strong> Química, UNAM, y al<br />
candidato a doctor, maestro Ciro Márquez (Facultad<br />
<strong>de</strong> Química <strong>de</strong> la UNAM) por la ayuda brindada en los<br />
análisis <strong>de</strong> las muestras <strong>de</strong> metales.<br />
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93
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
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Salgado-Bernal et al., Interacción <strong>de</strong> aislados bacterianos rizosféricos con metales <strong>de</strong> importancia ambiental<br />
Abstract<br />
SALGADO-BERNAL, I., CARBALLO-VALDÉS, M.E., MARTÍNEZ-SARDIÑAS,<br />
A., CRUZ-ARIAS, M. & DURÁN-DOMÍNGUEZ-DE-BAZÚA, M.C. Interaction of<br />
rhizosphere bacterial isolates with environmentally significant metals. Water Technology<br />
and Sciences (in Spanish). Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp. 83-95.<br />
The threat of heavy metals to public health and the environment has led to the search for<br />
technologies that enable the removal or neutralization of their toxic effects. Microorganisms<br />
are among the most relevant new techniques. This study set out to <strong>de</strong>scribe the interactions of<br />
13 rhizosphere bacterial isolates obtained from hydrophytic plants found in natural wetlands,<br />
with 4 environmentally significant heavy metals –chromium (Cr 6+ ), lead (Pb 2+ ), cadmium<br />
(Cd 2+ ) and mercury (Hg 2+ )– for selection of strains with the potential for water remediation.<br />
The resistance of the isolates to the 4 metals was <strong>de</strong>termined, selecting 3 concentrations and<br />
supplementing nutrient agar with metal salts to achieve the corresponding concentrations<br />
(chromium and lead 1.0, 2.0, 3.0 mM; cadmium 0.6, 1.2, 1.8 mM, and mercury 0.01, 0.02,<br />
0.03 mM). Biosorption tests were conducted with mixed metal solutions and the quantity of<br />
metal removed per biomass mass (q) was <strong>de</strong>termined. All studied isolates showed resistance to<br />
more than one metal. It was found that some strains removed metals, 4 of which were notable<br />
for their possible joint usage to remove lead, chromium and mercury. The results obtained are<br />
significant since the metal concentrations studied are above the maximum allowable limits for<br />
water, according to Cuban Standard NC 27-1999 and other international standards. Therefore,<br />
the strains that <strong>de</strong>monstrated resistance and removal may be promising bioremediation agents<br />
for removing pollutants from water.<br />
95<br />
Keywords: bacteria, interaction, heavy metals, resistance, removal, water treatment.<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
M.C. Irina Salgado Bernal<br />
Universidad <strong>de</strong> La Habana<br />
Departamento <strong>de</strong> Microbiología y Virología<br />
Laboratorio <strong>de</strong> Ecosistemas Acuáticos<br />
Calle 25 núm. 455 entre J e I, Vedado, 10400<br />
La Habana, Cuba<br />
Teléfono: +53 (7) 8329 241<br />
Fax: +53 (7) 8321 321<br />
irina@fbio.uh.cu<br />
irina.salgado@yahoo.com.mx<br />
Dra. María Elena Carballo Valdés<br />
Universidad <strong>de</strong> La Habana<br />
Departamento <strong>de</strong> Microbiología y Virología<br />
Laboratorio <strong>de</strong> Ecosistemas Acuáticos<br />
Calle 25 núm. 455 entre J e I, Vedado, 10400<br />
La Habana, Cuba<br />
Teléfono: +53 (7) 8329 241<br />
Fax: +53 (7) 8321 321<br />
mecarballo@fbio.uh.cu<br />
M.C. Armando Martínez Sardiñas<br />
Universidad <strong>de</strong> La Habana<br />
Departamento <strong>de</strong> Microbiología y Virología<br />
Laboratorio <strong>de</strong> Ecosistemas Acuáticos<br />
Calle 25 núm. 455 entre J e I, Vedado, 10400<br />
La Habana, Cuba<br />
Teléfono: +53 (7) 8329 241<br />
Fax: +53 (7) 8321 321<br />
armando@fbio.uh.cu<br />
Dr. Mario Cruz Arias<br />
Universidad <strong>de</strong> La Habana<br />
Departamento <strong>de</strong> Microbiología y Virología<br />
Laboratorio <strong>de</strong> Ecosistemas Acuáticos<br />
Calle 25 núm. 455 entre J e I. Vedado. 10400<br />
La Habana, Cuba<br />
Teléfono: +53 (7) 8329 241<br />
Fax: +53 (7) 8321 321<br />
mcruz@fbio.uh.cu<br />
Dra. María <strong>de</strong>l Carmen Durán Domínguez <strong>de</strong> Bazúa<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Facultad <strong>de</strong> Química<br />
Paseo <strong>de</strong> la Investigación Científica s/n<br />
Conjunto E. Laboratorios 301 al 303<br />
Primer piso<br />
Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán<br />
04510 México, D.F., México<br />
Teléfono: +52 (55) 5622 5300 al 04<br />
Fax: +52 (55) 5622 5303<br />
mcduran@servidor.unam.mx<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Imagen <strong>de</strong> microscopio, <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> cepas.<br />
Imagen proporcionada por Irina Salgado-Bernal.
Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas<br />
usando curvas guía y programación<br />
dinámica estocástica<br />
• Maritza L. Arganis-Juárez • Rosalva Mendoza-Ramírez •<br />
• Ramón Domínguez-Mora •<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Resumen<br />
La programación dinámica (PD) fue <strong>de</strong>sarrollada por Richard E. Bellman en<br />
la década <strong>de</strong> los cincuenta (Bellman, 1957). Es una herramienta matemática que<br />
ha sido utilizada en campos tan diversos como ingeniería, inteligencia artificial,<br />
economía, etcétera (Dormido et al., 2002). El campo <strong>de</strong> la planificación <strong>de</strong> recursos<br />
hidráulicos no ha sido la excepción y se reportan aplicaciones con buenos resultados<br />
en diversos países. Tiene como limitante un alto costo computacional; necesita <strong>de</strong><br />
gran<strong>de</strong>s recursos tanto <strong>de</strong> tiempo como <strong>de</strong> memoria y la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> ellos crece<br />
exponencialmente, al incrementar el número <strong>de</strong> variables <strong>de</strong> estado. En este trabajo<br />
se presenta la forma en que se organizó un programa <strong>de</strong> cálculo para conten<strong>de</strong>r<br />
con este problema y obtener las políticas <strong>de</strong> operación óptima <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> tres<br />
presas que operan en cascada, variando condiciones <strong>de</strong> penalización por déficit,<br />
<strong>de</strong>rrame o por exce<strong>de</strong>r las curvas guía (que son los niveles <strong>de</strong> almacenamiento que<br />
se <strong>de</strong>sea no sean rebasados durante la operación para la seguridad <strong>de</strong>l sistema y<br />
que establece la Comisión Nacional <strong>de</strong>l Agua). Las políticas obtenidas se simularon<br />
usando tanto el registro histórico como registros sintéticos para probar su bondad<br />
en el funcionamiento <strong>de</strong>l sistema.<br />
97<br />
Palabras clave: programación dinámica, operación en cascada, políticas <strong>de</strong><br />
operación, curvas guía.<br />
Introducción<br />
La PD es una metodología matemática orientada<br />
a la solución <strong>de</strong> problemas en los que se<br />
<strong>de</strong>ben tomar <strong>de</strong>cisiones en un horizonte <strong>de</strong><br />
planeación <strong>de</strong> N etapas sucesivas, teniendo<br />
como objetivo maximizar o minimizar el costo<br />
<strong>de</strong> esas <strong>de</strong>cisiones (Ramos, 2010). Ha probado<br />
ser un método eficiente para <strong>de</strong>terminar<br />
políticas óptimas <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong><br />
presas hidroeléctricas, en las que se concilia el<br />
propósito <strong>de</strong> maximizar la energía generada con<br />
el <strong>de</strong> minimizar las posibilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrames<br />
o <strong>de</strong> déficit en el sistema. Así, en México se ha<br />
aplicado a los sistemas <strong>de</strong> presas <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
(Domínguez y Mendoza, 2000; Domínguez<br />
et al., 2001a; Arganis, 2004; Domínguez et al.,<br />
2006; Arganis y Domínguez, 2008; Domínguez y<br />
Arganis, 2009; Arganis et al., 2009), <strong>de</strong>l río Fuerte<br />
(Domínguez et al., 2007), etcétera, y en países<br />
como Chile (Cámac et al., 1995), España (Ramos,<br />
2010; Estalrich et al., 2000), Perú (CESEL, S.A.,<br />
2008), Colombia (Bedoya y Herrera, 2005), Brasil<br />
(Macedo y Franco, 2002), entre otros, se reportan<br />
aplicaciones exitosas <strong>de</strong> la PD a diversos sistemas<br />
hidroeléctricos. Sin embargo, se consi<strong>de</strong>ra<br />
que la aplicación <strong>de</strong>l método está limitada por<br />
lo que ha dado en llamarse “la maldición <strong>de</strong>l<br />
número <strong>de</strong> estados”, <strong>de</strong>bido a que al crecer este<br />
número también lo hace el número <strong>de</strong> variables<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>cisión, el <strong>de</strong> barras <strong>de</strong>l histograma <strong>de</strong><br />
probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ingreso, etcétera, <strong>de</strong> tal<br />
forma que el número <strong>de</strong> cálculos se incrementa<br />
en una proporción exponencial. Para salvar<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 97-114
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
98<br />
esta limitante se han <strong>de</strong>sarrollado diversas<br />
variantes <strong>de</strong> la PD, tales como la dinámica<br />
incremental (ID) (Larson, 1968), la estocástica<br />
(Bertsekas, 1976) y la discreta diferencial (DD)<br />
(Jacobson y Maine, 1970; Heidari et al., 1971);<br />
cabe <strong>de</strong>stacar que la DD es una generalización<br />
<strong>de</strong> la ID (Nopmongcol y Askew, 1976), y ambas<br />
requieren que la función objetivo cumpla con<br />
ser diferenciable y las restricciones impuestas<br />
<strong>de</strong>ben ser lineales.<br />
En este trabajo se analiza un sistema <strong>de</strong> tres<br />
presas que funcionan en cascada; se requiere<br />
<strong>de</strong>terminar políticas <strong>de</strong> operación que hagan<br />
óptimo su funcionamiento y se eligió la técnica<br />
<strong>de</strong> la programación dinámica en su versión<br />
estocástica para ello. El algoritmo se organizó<br />
<strong>de</strong> tal forma que se concilie la limitante <strong>de</strong>l uso<br />
y <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> los recursos computacionales.<br />
Una restricción adicional impuesta a las<br />
políticas que aquí se <strong>de</strong>terminaron fue consi<strong>de</strong>rar<br />
que se <strong>de</strong>be reducir a un mínimo la<br />
probabilidad <strong>de</strong> que el almacenamiento en las<br />
presas <strong>de</strong>l sistema supere el correspondiente a<br />
una curva <strong>de</strong>nominada “curva guía”.<br />
Para comprobar la bondad <strong>de</strong> las políticas<br />
obtenidas, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la simulación <strong>de</strong> su funcionamiento<br />
con el registro histórico y con<br />
registros sintéticos, se compararon los resultados<br />
que se obtienen con dos posibles<br />
volúmenes <strong>de</strong> discretización, a fin <strong>de</strong> verificar<br />
si la solución ya no mejora al reducirlo.<br />
Objetivo<br />
Desarrollar un algoritmo que permita obtener<br />
y comparar el comportamiento <strong>de</strong> distintas<br />
políticas <strong>de</strong> operación quincenal obtenidas<br />
utilizando la programación dinámica en su<br />
versión estocástica para el sistema <strong>de</strong> embalses<br />
<strong>de</strong>l río Santiago, compuesto por tres presas<br />
que operan en cascada: La Yesca, El Cajón y<br />
Aguamilpa, consi<strong>de</strong>rando tanto las necesida<strong>de</strong>s<br />
asociadas a la generación <strong>de</strong> energía como las<br />
correspondientes al control <strong>de</strong> inundaciones.<br />
Figura 1. Sistema <strong>de</strong> presas <strong>de</strong>l río Santiago (Jalisco y Nayarit).
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Figura 2. Perfil <strong>de</strong> las presas hidroeléctricas <strong>de</strong>l río Santiago (Jalisco y Nayarit).<br />
Elaborar escenarios consi<strong>de</strong>rando diversas<br />
opciones <strong>de</strong> curva guía para los niveles en<br />
dichas presas.<br />
Metodología<br />
Ubicación <strong>de</strong>l sitio<br />
El río Santiago se localiza en el occi<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> la<br />
república mexicana. Nace en el lago <strong>de</strong> Chapala,<br />
en el estado <strong>de</strong> Jalisco, a una altitud <strong>de</strong> 1 500<br />
msnm, y sigue su trayecto por los estados <strong>de</strong><br />
Jalisco y Nayarit. A lo largo <strong>de</strong> este río se han<br />
construido presas, cuyo principal propósito es<br />
la generación <strong>de</strong> energía eléctrica. El sistema<br />
está formado por las presas Santa Rosa, La<br />
Yesca (actualmente en construcción), El Cajón<br />
y Aguamilpa. En la figura 1 se ilustra una vista<br />
en planta <strong>de</strong> la forma en que están dispuestas<br />
estas presas y en la figura 2 un perfil.<br />
En los cuadros 1 a 3 se presentan algunas<br />
<strong>de</strong> las características físicas más relevantes <strong>de</strong><br />
las presas.<br />
Programación dinámica estocástica<br />
La <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> las políticas <strong>de</strong> operación<br />
<strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> presas que opera en cascada<br />
es complicada; está ligada con procesos <strong>de</strong><br />
Cuadro 1. Características físicas <strong>de</strong> la presa La Yesca.<br />
Dato Unidad Cantidad<br />
Volumen aproximado m 3 12 300 000<br />
Embalse<br />
Elevación <strong>de</strong>l NAMINO msnm 518<br />
Elevación <strong>de</strong>l NAMO msnm 575<br />
Elevación <strong>de</strong>l NAME msnm 578<br />
Capacidad útil x 10 6 m 3 1 392<br />
Elevación <strong>de</strong> la corona msnm 579<br />
Obras <strong>de</strong> generación<br />
Turbinas<br />
Número y tipo <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s Francis 2<br />
Unidad <strong>de</strong> generación MW 375<br />
Gasto <strong>de</strong> diseño por unidad m 3 /s 153.6<br />
Generación media anual GWh 1 210<br />
Elevación <strong>de</strong> <strong>de</strong>sfogue m 390<br />
<strong>de</strong>cisión secuencial que hacen necesario el uso<br />
<strong>de</strong> algoritmos <strong>de</strong> optimización para resolver<br />
el problema. El planteamiento <strong>de</strong> la función<br />
objetivo es trascen<strong>de</strong>ntal, ya que <strong>de</strong>be conciliar,<br />
por una parte, los máximos beneficios por<br />
generación, y por la otra, establecer las penalizaciones<br />
por posibles condiciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrame<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
99
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Cuadro 2. Características físicas <strong>de</strong> la presa El Cajón.<br />
Dato Unidad Cantidad<br />
Embalse<br />
NAME msnm 394<br />
NAMO msnm 391<br />
NAMINO msnm 346<br />
Capacidad útil x 10 6 m 3 1 335.32<br />
Capacidad <strong>de</strong> control <strong>de</strong> avenidas x 10 6 m 3 110.97<br />
Obra <strong>de</strong> generación<br />
100<br />
Obra <strong>de</strong> toma<br />
Tipo rampa<br />
Número <strong>de</strong> tomas 2<br />
Nivel medio <strong>de</strong> <strong>de</strong>sfogue msnm 221.24<br />
Turbinas<br />
Número <strong>de</strong> turbinas 2<br />
Tipo<br />
Francis, eje vertical<br />
Potencia nominal <strong>de</strong> la turbina a carga neta <strong>de</strong><br />
diseño<br />
MW<br />
375.00 MW<br />
Carga neta <strong>de</strong> diseño m 156.54 m<br />
Gasto <strong>de</strong> diseño por unidad m 3 /s 259.70 m 3 /s<br />
Cuadro 3. Características físicas <strong>de</strong> la presa Aguamilpa.<br />
Dato Unidad Cantidad<br />
Embalse<br />
NAME msnm 232<br />
NAMO msnm 220<br />
NAMINO msnm 190<br />
Capacidad útil x 10 6 m 3 2 629<br />
Capacidad <strong>de</strong> control <strong>de</strong> avenidas x 10 6 m 3 1 418<br />
Capacidad muerta x 10 6 m 3 2 827<br />
Obra <strong>de</strong> generación<br />
Obra <strong>de</strong> toma<br />
Número <strong>de</strong> tomas 3<br />
Factor <strong>de</strong> planta % 19.46<br />
Desfogue<br />
Nivel medio <strong>de</strong> <strong>de</strong>sfogue msnm 66.29<br />
Nivel máximo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sfogue<br />
(tres unida<strong>de</strong>s a carga máxima)<br />
msnm 69<br />
Turbinas<br />
Número <strong>de</strong> turbinas 3<br />
Tipo<br />
Francis, vertical<br />
Potencia nominal <strong>de</strong> la turbina MW 320<br />
Carga neta <strong>de</strong> diseño m 145.1<br />
Gasto <strong>de</strong> diseño por unidad m 3 /s 240
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
o <strong>de</strong> déficit en el sistema. De manera adicional<br />
se <strong>de</strong>be consi<strong>de</strong>rar la naturaleza aleatoria<br />
<strong>de</strong> los volúmenes <strong>de</strong> ingreso a los embalses,<br />
incluyendo el grado <strong>de</strong> autocorrelación y <strong>de</strong><br />
correlaciones cruzadas existentes en ellos.<br />
En este estudio se dividió el año en N<br />
etapas; se consi<strong>de</strong>raron los tres embalses divididos<br />
en cierto número <strong>de</strong> estados, NS,<br />
<strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la capacidad útil <strong>de</strong> cada uno<br />
y proponiendo un incremento <strong>de</strong> volumen<br />
ΔV para hacer la discretización <strong>de</strong>l problema.<br />
Las variables <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisión o control son las<br />
extracciones, k, las cuales pue<strong>de</strong>n tomar, para<br />
cada etapa, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> un valor mínimo hasta un<br />
valor máximo, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l volumen<br />
máximo turbinable en cada embalse; las<br />
variables aleatorias son los escurrimientos<br />
por cuenca propia, x, a las que se <strong>de</strong>finió<br />
por medio <strong>de</strong> sus funciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad<br />
<strong>de</strong> probabilidad, para obtener el beneficio<br />
esperado, que forma a la función objetivo <strong>de</strong>l<br />
problema; las restricciones en el mo<strong>de</strong>lo están<br />
dadas por la ecuación <strong>de</strong> continuidad: j = i +<br />
x - k; con los estados 1 ≤ i ≤ NS, las entradas 1 ≤<br />
x ≤ nx; las extracciones: kmín ≤ k ≤ kmáx.<br />
La función objetivo que se propuso consiste<br />
en la maximización <strong>de</strong>l valor esperado<br />
<strong>de</strong>l beneficio por generación, imponiendo<br />
penalizaciones en el caso <strong>de</strong> déficit, <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrame<br />
o bien <strong>de</strong> rebase <strong>de</strong> la curva guía<br />
propuesta para cada presa, quedando la<br />
siguiente expresión:<br />
FO = Máx E(<br />
NP<br />
ii=1<br />
(EG ii<br />
C <strong>de</strong>rrii<br />
Derr ii<br />
C <strong>de</strong>fii<br />
Def ii<br />
C cgii<br />
)<br />
(1)<br />
Siendo FO la función objetivo; NP, el número<br />
<strong>de</strong> presas (tres en este caso); ii, el subíndice<br />
para indicar la presa (ii = 1 es La Yesca; ii = 2, El<br />
Cajón; ii = 3, Aguamilpa); E(), el valor esperado;<br />
EG, la energía generada en cada presa; C <strong>de</strong>rr<br />
,<br />
C <strong>de</strong>f<br />
y C cg<br />
, los valores para los coeficientes <strong>de</strong><br />
penalización por <strong>de</strong>rrame, déficit y rebase <strong>de</strong><br />
la curva guía en cada presa, respectivamente;<br />
Derr, la magnitud <strong>de</strong>l <strong>de</strong>rrame, y Def, la <strong>de</strong>l<br />
déficit.<br />
Desarrollo <strong>de</strong>l algoritmo y forma propuesta<br />
para resolverlo<br />
La política óptima se obtiene usando las<br />
siguientes ecuaciones recursivas <strong>de</strong>l método <strong>de</strong><br />
la PD en su versión estocástica:<br />
NS 3<br />
NS 1 NS 2<br />
k<br />
B 1 ,k 2 ,k 3 *<br />
n<br />
(i 1<br />
,i 2<br />
,i 3<br />
) = A bpar + B n+1<br />
( j 1<br />
, j 2<br />
, j 3<br />
)<br />
siendo:<br />
j 1 =1 j 2 =1 j 3 =1<br />
( )<br />
1 = La Yesca; 2 = El Cajón; 3 = Aguamilpa<br />
A = q n,k1<br />
(i 1<br />
,j 1<br />
)q n,k2<br />
(i 2<br />
,j 2<br />
)q n,k3<br />
(i 3<br />
,j 3<br />
)<br />
bpar = b n,k1<br />
(i 1<br />
,j 1<br />
)+ b n,k1 ,k 2<br />
(i 1<br />
,j 1<br />
,i 2<br />
,j 2<br />
)<br />
+ b n,k1 ,k 2 ,k 3<br />
(i 1<br />
,j 1<br />
,i 2<br />
,j 2<br />
,i 3<br />
,j 3<br />
) (2)<br />
y:<br />
B * k<br />
n<br />
(i 1<br />
,i 2<br />
,i 3<br />
) = máx k1 ,k 2 ,k<br />
B , ,k 2 ,k<br />
3<br />
{<br />
3<br />
n<br />
(i 1<br />
,i 2<br />
,i 3<br />
)} (3)<br />
Don<strong>de</strong> 1, 2 o 3 es el subíndice que<br />
i<strong>de</strong>ntifica la presa (La Yesca (1), El Cajón<br />
(2) o Aguamilpa (3)); A, el producto <strong>de</strong> las<br />
probabilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> transición, q n,ki<br />
(i i<br />
j i<br />
) i = 1, 3<br />
en la etapa n, dadas las extracciones k 1<br />
, k 2<br />
, k 3<br />
,<br />
y los estados iniciales, i, y finales, j, <strong>de</strong> cada<br />
presa; bpar, la suma <strong>de</strong>l beneficio en la etapa,<br />
n, dados los estados inicial, i 1<br />
, i 2<br />
, i 3<br />
, y final j 1<br />
,<br />
j 2<br />
, j 3<br />
y sus respectivas extracciones k 1<br />
, k 2<br />
, k 3<br />
;<br />
k 1 , k2,<br />
k<br />
B<br />
3<br />
n ( i1,<br />
i2,<br />
i 3)<br />
, el beneficio esperado hasta<br />
la etapa n en cada uno <strong>de</strong> los estados i 1<br />
, i 2<br />
, i 3<br />
,<br />
dadas las extracciones k 1<br />
, k 2<br />
, k 3<br />
; B n+1 * ( j1,<br />
j2,<br />
j3)<br />
,<br />
el valor esperado óptimo correspondiente a la<br />
extracción óptima k* en la etapa n + 1.<br />
Para minimizar el número <strong>de</strong> cálculos, la<br />
ecuación (2) se reorganizó como:<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
101
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
102<br />
B n<br />
k 1 ,k 2 ,k 3<br />
= n,k1 ,k 2 ,k 3<br />
(i 1<br />
,i 2<br />
,i 3<br />
)<br />
NS 1 NS 2 NS 3<br />
+ q n,kl<br />
(i 1<br />
, j 1<br />
)q n,k2<br />
(i 2<br />
, j 2<br />
)q n,k3<br />
(i 3<br />
, j 3<br />
)<br />
j 1 =1 j 2 =1 j 3 =1<br />
*<br />
B n+1<br />
( j 1<br />
, j 2<br />
, j 3<br />
)<br />
(4)<br />
don<strong>de</strong>:<br />
NS 1<br />
n,k 1 ,k 2 ,k<br />
(i<br />
3 1<br />
,i 2<br />
,i 3<br />
) = q n,k1<br />
(i 1<br />
, j 1<br />
)b n,k1<br />
(i 1<br />
, j 1<br />
)<br />
j 1 =1<br />
NS 2<br />
+ q n,k2<br />
(i 2<br />
, j 2<br />
)b n,k1 ,k<br />
(i<br />
2 1<br />
, j 1<br />
,i 2<br />
, j 2<br />
)<br />
j 2 =1<br />
, j 3<br />
)b n,k1 ,k ,k<br />
(i 1<br />
, j 1<br />
,i 2<br />
, j 2<br />
,i 3<br />
, j 3<br />
) + q n,k3<br />
(i 3<br />
NS 3<br />
(5)<br />
j 3 =1<br />
2 3<br />
Para resolver las ecuaciones (3), (4) y (5), el<br />
algoritmo <strong>de</strong> optimización se dividió en dos<br />
partes, para evitar realizar cálculos repetitivos;<br />
en la primera sólo se calcula el valor esperado<br />
<strong>de</strong>l beneficio para cada etapa usando la<br />
ecuación (5), que se repite <strong>de</strong> un año a otro, y<br />
que consi<strong>de</strong>ra a la función objetivo. Luego, en<br />
la segunda parte, se supone un valor gran<strong>de</strong><br />
N (que pue<strong>de</strong> correspon<strong>de</strong>r a la vida útil <strong>de</strong>l<br />
sistema); el proceso <strong>de</strong> cálculo inicia hacia atrás,<br />
esto es, con la última etapa <strong>de</strong>l año, y en ella<br />
se suponen los beneficios máximos B* iguales<br />
a cero. Se aplica la ecuación (4) hasta que la<br />
diferencia entre la suma <strong>de</strong> los incrementos<br />
<strong>de</strong> los beneficios entre dos años consecutivos<br />
cumpla con una tolerancia dada que, para fines<br />
<strong>de</strong> garantizar convergencia <strong>de</strong> la solución, se<br />
supondrá pequeña (10 -5 en este caso). Una vez<br />
que el proceso converge, se guarda para cada<br />
presa y para cada etapa la extracción óptima k*<br />
y el beneficio total máximo B*.<br />
Datos <strong>de</strong> entrada<br />
Se propuso inicialmente un ΔV = 200 millones<br />
<strong>de</strong> m 3 , con lo que la capacidad útil <strong>de</strong> cada presa<br />
quedó dividida en ocho estados para La Yesca,<br />
siete para El Cajón y 13 para Aguamilpa. Y en<br />
un intento por hacer más fina la discretización<br />
<strong>de</strong>l volumen útil, se consi<strong>de</strong>ró un ∆V = 150<br />
millones <strong>de</strong> m 3 , lo que resultó en 10, 9 y 18<br />
estados para La Yesca, El Cajón y Aguamilpa,<br />
respectivamente.<br />
El año se consi<strong>de</strong>ró dividido en ocho etapas<br />
agrupadas en los siguientes meses: etapa uno:<br />
noviembre; etapa dos: octubre; etapa tres:<br />
septiembre; etapa cuatro: agosto; etapa cinco:<br />
julio; etapa seis: junio; etapa siete: febreromarzo-abril-mayo;<br />
etapa ocho: diciembreenero.<br />
Se <strong>de</strong>terminó la probabilidad <strong>de</strong> los<br />
volúmenes ingreso para cada una <strong>de</strong> las<br />
etapas, a partir <strong>de</strong> los valores históricos<br />
registrados en el periodo común <strong>de</strong> 1981<br />
a 2008. Para las curvas guía <strong>de</strong> El Cajón y<br />
Aguamilpa se utilizaron las elevaciones<br />
máximas históricas quincenales. Para La<br />
Yesca se propuso una curva guía similar a la<br />
<strong>de</strong> El Cajón, aumentándole un estado, pero<br />
sin sobrepasar su nivel <strong>de</strong> aguas máximo<br />
extraordinario (NAME). Las figuras 3, 4 y 5<br />
muestran la curva guía para cada presa.<br />
La curva elevaciones capacida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cada<br />
presa, consi<strong>de</strong>rando volúmenes a cada ΔV y<br />
la elevación con origen en el nivel <strong>de</strong> aguas<br />
mínimo ordinario (NAMINO), se representó<br />
como una ecuación polinomial <strong>de</strong> segundo<br />
or<strong>de</strong>n. Así se tiene que:<br />
Para la Yesca:<br />
h = −9E-06V 2 + 0.0529V + 0.2668 (6)<br />
Para El Cajón:<br />
h = −7E-06V 2 + 0.0434V + 0.2391 (7)<br />
Para Aguamilpa:<br />
h = −7E-07V 2 + 0.0135V + 0.2546 (8)<br />
Durante el proceso <strong>de</strong> optimización se<br />
consi<strong>de</strong>raron diversos valores para penalizar<br />
los eventos no <strong>de</strong>seados en el sistema, que son
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
103<br />
Figura 3. Curva guía para La Yesca.<br />
Figura 4. Curva guía para El Cajón.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Figura 5. Curva guía para Aguamilpa.<br />
104<br />
presencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrames, <strong>de</strong> déficits y <strong>de</strong> rebases<br />
<strong>de</strong> las curvas guía. Se hicieron varios ensayos,<br />
para cada uno <strong>de</strong> ellos se obtenía la política<br />
y con ella se simulaba el funcionamiento <strong>de</strong>l<br />
sistema.<br />
Para las simulaciones se consi<strong>de</strong>raron los<br />
volúmenes quincenales <strong>de</strong> escurrimiento<br />
por cuenca propia <strong>de</strong> las presas La Yesca,<br />
El Cajón y Aguamilpa (en los cuadros 4a y<br />
4b se presentan, a manera <strong>de</strong> resumen, los<br />
volúmenes mensuales <strong>de</strong> ingreso consi<strong>de</strong>rados<br />
para cada presa). A<strong>de</strong>más, para<br />
calcular el volumen <strong>de</strong> evaporación, se<br />
utilizó el promedio mensual <strong>de</strong> los valores<br />
<strong>de</strong> la lámina <strong>de</strong> evaporación neta (cuadro<br />
5). También se consi<strong>de</strong>ran datos físicos <strong>de</strong><br />
las presas, como capacidad útil, capacidad<br />
muerta, capacidad total, nivel <strong>de</strong> <strong>de</strong>sfogue,<br />
elevación al NAMINO, volumen máximo<br />
turbinable, factor <strong>de</strong> eficiencia, curvas<br />
elevaciones-capacida<strong>de</strong>s-áreas, etcétera.<br />
Para simular el sistema con un registro<br />
mayor que el histórico se generaron diez series<br />
sintéticas <strong>de</strong> cien años cada una, usando el<br />
método <strong>de</strong> Svanidze modificado (Svanidze,<br />
1980; Domínguez et al., 2001b; Domínguez et<br />
al., 2002).<br />
Resultados y discusión<br />
Se hicieron diversas combinaciones <strong>de</strong> valores<br />
<strong>de</strong> coeficientes <strong>de</strong> penalización para los casos<br />
<strong>de</strong> déficit, <strong>de</strong>rrame y rebase <strong>de</strong> la curva guía<br />
para los dos valores <strong>de</strong> discretización <strong>de</strong>l<br />
volumen útil consi<strong>de</strong>rados. Para castigar el<br />
<strong>de</strong>rrame se consi<strong>de</strong>raron valores <strong>de</strong> 10 000<br />
y <strong>de</strong> 100 000; para el déficit, <strong>de</strong> 100, 1 000 y<br />
10 000, y para el rebase <strong>de</strong> la curva guía, <strong>de</strong><br />
1 000. Se hicieron combinaciones <strong>de</strong> estos<br />
valores y con cada política que se obtuvo<br />
se simuló el funcionamiento en forma<br />
quincenal <strong>de</strong>l sistema. Al analizar el conjunto<br />
<strong>de</strong> resultados obtenidos se seleccionaron<br />
las políticas que mejor <strong>de</strong>sempeño tuvieron<br />
(maximizar generación <strong>de</strong> energía y minimizar<br />
los <strong>de</strong>rrames, déficits y rebases <strong>de</strong> la curva<br />
guía). En el cuadro 6 se muestra un resumen <strong>de</strong><br />
los resultados que se obtuvieron al simularlas<br />
usando el registro histórico.<br />
De un total <strong>de</strong> 21 políticas analizadas, las <strong>de</strong><br />
mejor <strong>de</strong>sempeño resultaron la 4, 12, 20 y 21;
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Cuadro 4a. Ingresos mensuales por cuenca propia en millones <strong>de</strong> m 3 , La Yesca.<br />
Año Enero Feb. Marzo Abril Mayo Junio Julio Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Total<br />
1981 60.27 50.99 55.64 56.69 82.23 198.46 931.66 500.21 434.70 120.57 103.03 135.60 2 730.04<br />
1982 67.71 50.33 46.44 58.87 64.03 65.57 508.73 366.77 130.33 75.64 57.91 54.83 1 547.16<br />
1983 36.843 22.432 17.415 14.257 20.312 297.98 1 006.843 926.713 391.307 82.416 41.489 14.31 2 872.32<br />
1984 69.87 43.67 47.40 45.82 34.09 309.19 1 195.98 1 107.52 596.75 138.27 76.36 76.40 3 741.31<br />
1985 80.85 69.36 99.91 85.86 70.43 208.80 554.91 760.25 336.98 188.28 113.96 96.38 2 665.98<br />
1986 76.56 60.94 64.36 88.81 119.92 243.34 906.56 380.48 501.21 343.65 156.68 119.53 3 062.02<br />
1987 166.85 171.10 187.21 146.10 126.30 145.73 399.89 620.44 634.35 399.17 184.61 188.96 3 370.72<br />
1988 163.46 137.75 173.62 150.39 156.61 157.85 737.43 1 625.02 578.61 164.24 98.59 89.24 4 232.81<br />
1989 163.09 81.27 64.74 51.11 40.91 49.74 173.07 436.12 296.26 76.82 65.91 68.19 1 567.21<br />
1990 126.44 112.23 81.14 77.20 81.36 155.99 572.75 2 631.54 1 025.06 443.06 154.70 69.40 5 530.85<br />
1991 73.91 43.17 62.76 68.07 52.89 108.28 4 497.60 790.97 803.19 220.75 78.62 81.92 6 882.13<br />
1992 2 298.80 598.21 135.50 136.87 126.01 120.71 204.73 430.94 319.59 586.88 129.39 473.85 5 561.48<br />
1993 99.30 79.61 92.16 74.26 75.14 182.16 785.14 266.42 479.03 161.71 105.98 64.16 2 465.05<br />
105<br />
1994 64.77 54.01 78.74 139.83 108.34 186.48 180.32 238.63 466.72 163.01 96.34 89.52 1 866.71<br />
1995 61.13 58.79 89.95 82.17 67.68 209.58 643.24 1 306.44 792.58 195.70 120.66 96.02 3 723.93<br />
1996 58.73 49.08 52.07 40.23 119.41 144.25 257.27 268.14 618.41 537.59 82.99 72.13 2 300.32<br />
1997 73.35 65.89 96.25 121.38 98.50 155.64 314.57 211.45 226.72 93.42 82.17 82.09 1 621.43<br />
1998 83.39 83.05 68.59 33.21 48.37 127.59 241.47 467.04 822.25 620.71 122.42 109.87 2 827.95<br />
1999 74.388 59.419 62.534 97.226 99.239 158.133 444.058 375.939 439.565 143.720 80.960 78.280 2 113.461<br />
2000 81.42 78.18 67.50 32.60 49.13 244.84 171.76 230.53 196.63 128.18 65.09 58.42 1 404.27<br />
2001 64.49 20.65 55.23 52.38 50.02 118.07 561.01 436.32 550.67 72.49 54.23 46.50 2 082.06<br />
2002 62.12 53.43 43.14 34.81 52.34 93.73 527.91 452.51 406.36 243.05 138.57 68.85 2 176.82<br />
2003 70.15 57.61 51.83 39.60 48.11 204.98 668.12 1 262.24 1 773.77 396.76 98.38 60.52 4 732.06<br />
2004 90.34 47.89 26.35 14.83 18.40 451.62 385.29 481.77 1 726.51 589.85 102.91 85.25 4 021.01<br />
2005 75.59 70.97 56.43 38.25 29.05 54.12 279.37 438.27 379.99 140.29 173.23 71.17 1 806.73<br />
2006 58.95 55.93 57.12 50.38 54.71 121.79 229.17 659.10 337.82 337.99 91.01 77.93 2 131.90<br />
2007 50.82 28.79 38.36 29.37 45.47 225.07 931.26 1 129.77 444.23 118.92 65.01 50.93 3 158.00<br />
2008 85.72 24.16 144.33 44.82 32.79 188.66 1 327.83 1 723.10 2 292.09 219.87 78.23 59.62 6 221.22<br />
Media 162.12 83.18 75.60 68.05 70.42 176.01 701.35 733.02 642.92 250.11 100.69 94.28 3 157.75<br />
Desv.<br />
est.<br />
Coef.<br />
asim.<br />
420.05 106.11 40.89 39.85 36.40 84.67 810.16 562.94 503.75 172.89 36.36 80.86 1 489.51<br />
5.24 4.55 1.39 0.84 0.66 1.26 4.05 1.81 2.11 1.00 0.69 4.12 1.04<br />
rj + 1, j 0.9685 0.4819 0.7605 0.8483 -0.2297 0.0123 0.2136 0.5083 0.4025 0.4699 0.3987 -0.0109<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Cuadro 4b. Ingresos mensuales por cuenca propia en millones <strong>de</strong> m 3 , Aguamilpa.<br />
Año Enero Feb. Marzo Abril Mayo Junio Julio Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Total<br />
1981 42.31 16.87 11.69 9.89 5.72 105.03 985.23 560.41 658.23 135.57 25.40 24.93 2 581.28<br />
1982 15.72 10.30 8.19 5.60 4.95 32.17 468.51 318.43 97.92 124.27 103.07 181.16 1 370.29<br />
1983 249.65 40.54 46.09 10.23 32.69 57.35 511.83 1 059.15 888.76 155.90 61.58 24.80 3 138.57<br />
1984 44.98 65.37 12.13 8.14 11.52 218.42 1 380.50 1 032.11 322.20 101.60 35.96 25.95 3 258.87<br />
1985 362.42 34.93 16.70 9.75 6.78 246.36 333.05 843.31 302.23 124.02 30.61 50.17 2 360.34<br />
1986 6.91 10.66 1.09 0.45 1.42 134.47 428.90 437.39 504.96 239.66 0.10 0.16 1 766.17<br />
1987 720.69 172.86 85.26 19.41 14.67 47.05 512.97 841.12 485.91 202.86 6.62 39.38 3 148.81<br />
1988 21.86 12.87 10.48 8.61 5.65 155.71 575.09 1 356.73 342.80 79.12 16.25 17.77 2 602.95<br />
1989 14.14 9.93 7.39 5.89 4.60 9.27 237.92 612.67 371.14 62.84 54.72 51.23 1 441.74<br />
1990 17.13 60.75 11.46 5.59 8.39 104.36 799.58 2 798.45 1 039.36 365.03 51.49 17.23 5 278.83<br />
1991 14.01 10.60 7.46 5.29 3.80 44.32 2 016.66 739.05 1 201.08 270.12 79.26 98.49 4 490.14<br />
1992 2 339.83 385.21 86.64 21.24 0.65 30.08 251.98 413.70 300.61 0.67 57.01 0.11 3 887.73<br />
106<br />
1993 0.50 1.60 0.90 0.98 1.56 0.19 407.56 213.52 804.65 84.88 54.27 6.57 1 577.18<br />
1994 28.43 11.89 30.46 0.65 6.26 60.42 107.38 389.37 340.68 352.68 27.60 11.08 1 366.91<br />
1995 36.15 18.42 40.51 7.54 19.68 78.19 2 819.99 1 694.36 1 057.45 147.20 53.76 9.49 5 982.74<br />
1996 36.43 39.09 12.69 27.56 43.89 178.80 418.18 735.35 1 014.03 1 135.40 71.65 25.57 3 738.65<br />
1997 109.89 65.12 53.79 61.91 68.54 221.92 550.52 503.70 497.97 139.51 117.72 26.24 2 416.82<br />
1998 28.16 23.42 21.27 18.66 58.36 72.29 416.17 824.96 994.02 502.88 48.91 21.16 3 030.24<br />
1999 11.03 13.11 4.55 8.92 32.16 175.19 902.44 624.41 1 090.22 130.35 10.84 12.19 3 015.41<br />
2000 16.81 5.73 5.46 5.12 5.63 220.30 233.41 279.24 153.35 79.29 19.68 16.42 1 040.45<br />
2001 15.90 4.88 4.82 5.18 5.40 54.80 376.00 463.71 420.20 8.36 15.83 16.83 1 391.91<br />
2002 8.81 32.78 27.82 0.13 7.37 102.21 718.76 1 085.43 670.89 405.38 79.56 18.75 3 157.88<br />
2003 78.23 7.03 6.61 7.75 3.39 115.49 636.28 1 636.68 397.72 435.09 57.41 14.17 3 395.85<br />
2004 79.69 9.82 0.38 8.95 57.50 400.87 570.37 1 180.83 2 698.27 338.06 57.35 37.99 5 440.09<br />
2005 43.48 113.03 0.30 0.65 17.39 20.26 503.08 918.47 516.40 139.32 36.78 26.24 2 335.39<br />
2006 8.24 43.00 7.01 16.83 8.43 75.18 148.91 359.18 252.03 212.35 36.78 26.24 1 194.18<br />
2007 22.51 12.90 12.69 4.38 179.97 114.55 534.67 572.14 468.49 85.87 36.78 26.24 2 071.20<br />
2008 78.23 16.31 12.69 8.95 15.37 132.26 860.25 1 395.83 613.26 126.61 22.06 55.94 3 337.75<br />
Media 159.01 44.61 19.52 10.51 22.56 114.55 668.08 853.20 660.89 220.89 45.32 31.52 2 850.7<br />
Desv.<br />
est.<br />
Coef.<br />
asim.<br />
452.29 76.39 23.22 12.10 36.17 89.09 574.62 555.11 505.79 221.66 28.19 35.41 1 315.9<br />
4.53 3.70 1.94 3.09 3.37 1.34 2.55 1.78 2.54 2.81 0.70 3.19 0.74<br />
rj + 1, j 0.9375 0.7443 0.4912 0.2574 0.2472 -0.0009 0.4089 0.3256 0.3369 0.2522 0.4386 0.3896
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Cuadro 5. Evaporación mensual neta (mm).<br />
Presa Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Agos. Sept. Oct. Nov. Dic.<br />
La Yesca 69.59 104.71 179.03 211.42 223.49 31.27 -133.32 -96.67 -49.58 48.85 68.79 50.804<br />
El Cajón 69 95 143 170 191 37 -125 -103 -55 43 83 54<br />
Aguamilpa 23.5 63.1 97.4 115.6 115 -40.6 -269.1 -221.1 -154.6 0.1 33.2 24.3<br />
Cuadro 6. Resumen <strong>de</strong> la simulación conjunta <strong>de</strong>l registro histórico.<br />
Sistema hidroeléctrico <strong>de</strong>l río Santiago. Periodo: 1981-2008.<br />
Política<br />
Energía promedio anual GWh<br />
Energía<br />
total<br />
Derrame, 10 6 m 3 Déficit, 10 6 <strong>de</strong> m 3<br />
La Yesca El Cajón Aguamilpa GWh La Yesca El Cajón Aguamilpa Total La Yesca El Cajón Aguamilpa Total<br />
4 1 145.5 1 101.6 2 020.8 4 267.9 5 442.0 2 222.1 4 297.7 11 961.8 300.5 0.0 62.3 362.8<br />
9 1 064.2 1 116.7 2 002.8 4 183.7 3 871.0 2 035.3 2 295.9 8 202.1 17 066.9 1 391.4 788.4 19 246.7<br />
12 1 136.4 1 143.1 2 045.0 4 324.6 5 170.6 2 464.9 5 528.7 13 164.3 38.2 0.0 0.0 38.2<br />
Limitando la curva guía<br />
20 1 129.2 1 084.1 2 007.1 4 220.4 5 032.2 2 309.2 4 472.2 11 813.5 965.7 374.6 140.1 1 480.3<br />
21 1 136.4 1 143.1 2 045.0 4 324.6 5 170.6 2 464.9 5 528.7 13 164.3 38.2 0.0 0.0 38.2<br />
107<br />
Cuadro 7. Coeficientes <strong>de</strong> penalización consi<strong>de</strong>rados para cada presa.<br />
Coef. <strong>de</strong>rrame Coef. déficit Coef. rebase curva guía<br />
Presa Política Política Política<br />
4 9 4 9 4 9<br />
1 10 000 100 000 10 000 1 000 1 000 1 000<br />
2 10 000 100 000 100 100 1 000 1 000<br />
3 10 000 100 000 100 100 1 000 1 000<br />
en todas ellas, los coeficientes <strong>de</strong> penalización<br />
fueron los mostrados en el cuadro 7 para la<br />
política 4.<br />
Se incluyó también en el cuadro 6 la política<br />
9, que resulta al imponer las penalizaciones<br />
indicadas en el cuadro 7, para mostrar<br />
cómo cambian los resultados al modificar las<br />
penalizaciones. Así, al comparar los resultados<br />
<strong>de</strong> las políticas 4 y 9, se observa que al aumentar<br />
la penalización por <strong>de</strong>rrame y disminuir la <strong>de</strong><br />
déficit en la presa 1, y aumentar la <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrame<br />
en las presas 2 y 3, la energía total generada<br />
disminuye muy ligeramente, mientras que el<br />
<strong>de</strong>rrame total en el sistema disminuye un 30%,<br />
pero el déficit se incrementa exageradamente, a<br />
niveles que la CFE consi<strong>de</strong>ró inaceptables, por<br />
lo que la política 9 se <strong>de</strong>scartó para los análisis<br />
posteriores.<br />
Las políticas 4 y 9 se <strong>de</strong>terminaron usando<br />
una discretización <strong>de</strong> la capacidad útil <strong>de</strong> las<br />
presas <strong>de</strong> 200 millones <strong>de</strong> m 3 y la 12 con un<br />
ΔV <strong>de</strong> 150 millones <strong>de</strong> m 3 . Las políticas 20 y 21<br />
correspon<strong>de</strong>n a las discretizaciones <strong>de</strong> la 4 y la<br />
12, respectivamente, pero en ambas se limitó la<br />
curva guía <strong>de</strong> la presa Aguamilpa <strong>de</strong> manera<br />
que no sobrepasara su NAMO en ninguna<br />
quincena.<br />
De acuerdo con los resultados <strong>de</strong>l cuadro 6,<br />
la reducción en el tamaño <strong>de</strong> la discretización<br />
no conduce a cambios cualitativos en los<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
108<br />
resultados. Con la política 4 se presenta un<br />
<strong>de</strong>rrame total cercano a los 12 000 millones<br />
<strong>de</strong> m 3 , mientras que con la 12 resultan poco<br />
más <strong>de</strong> 13 000 millones <strong>de</strong> m 3 ; en cambio, con<br />
la política 4, se presenta un déficit mayor que<br />
con la 12. De aquí se pue<strong>de</strong> concluir que si lo<br />
que se preten<strong>de</strong> es controlar déficits pagando<br />
con presencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrames, la política 12 es<br />
mejor que la 4; sin embargo, si es lo contrario,<br />
la política 4 <strong>de</strong>rrama mil millones menos que<br />
la 12, aunque no pue<strong>de</strong> evitar que las presas<br />
<strong>de</strong> La Yesca y Aguamilpa lleguen a su nivel<br />
mínimo y presenten déficit.<br />
Al limitar la curva guía <strong>de</strong> la presa Aguamilpa<br />
con el NAMO, se observan cambios<br />
en la política 20 (respecto a la 4); como era<br />
<strong>de</strong> esperarse, la política 20 controla mejor<br />
los <strong>de</strong>rrames, pero paga el precio con un<br />
incremento en el déficit en las tres presas. La<br />
política 21 se mantiene sin cambio respecto a<br />
la 12. Se podría <strong>de</strong>cir con esto que el limitar la<br />
curva guía <strong>de</strong> la presa Aguamilpa no representa<br />
un cambio significativo en los resultados;<br />
sin embargo, el hecho <strong>de</strong> que se limite la curva<br />
guía al nivel <strong>de</strong>l NAMO es más congruente con<br />
las condiciones <strong>de</strong>l diseño original <strong>de</strong>l embalse<br />
y hace más seguro el funcionamiento <strong>de</strong> la obra<br />
<strong>de</strong> exce<strong>de</strong>ncias.<br />
Respecto a la generación <strong>de</strong> energía promedio<br />
anual, con objeto <strong>de</strong> tener un parámetro<br />
cualitativo <strong>de</strong> comparación, se utilizó la<br />
estimación reportada por la CFE (CFE, 2010),<br />
que para El Cajón es <strong>de</strong> 1 228 GWh, mientras<br />
que las simulaciones con las políticas 4 y 12<br />
reportan 1 102 y 1 143 GWh, respectivamente;<br />
es <strong>de</strong>cir, que se tiene una diferencia <strong>de</strong> 126 GWh<br />
con la política 4, la que se reduce a 85 GWh con<br />
la política 12. Para la presa <strong>de</strong> Aguamilpa, la<br />
generación media anual estimada por la CFE<br />
es <strong>de</strong> 2 133 GWh y los resultados que alcanzan<br />
las dos mejores políticas (la 4 y la 12) es <strong>de</strong> 2 021<br />
y 2 045 GWh, lo que da una diferencia <strong>de</strong> 112 y<br />
88 GWh, respectivamente. La comparación con<br />
las estimaciones <strong>de</strong> la CFE es sólo cualitativa<br />
<strong>de</strong>bido a que en la referencia utilizada no<br />
se indican los datos <strong>de</strong> escurrimiento y<br />
evaporación ni la eficiencia <strong>de</strong> generación que<br />
utilizaron.<br />
Usando el registro histórico (28 años) para<br />
simular el sistema, en la figura 6 se muestra<br />
que con la política 20, en La Yesca casi cada<br />
cinco años ocurren <strong>de</strong>rrames, cada nueve años<br />
en El Cajón y casi cada seis años en Aguamilpa.<br />
La política 21 disminuye la frecuencia <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>rrames en la primera presa a casi cada seis<br />
años; la mantiene igual en El Cajón (casi cada<br />
nueve años), y en Aguamilpa la incrementa un<br />
poco, casi cada cinco años. De la misma figura<br />
6 se tiene que la ocurrencia <strong>de</strong> déficit para la<br />
política 20 es <strong>de</strong> cada nueve años para La Yesca,<br />
no se presentan en El Cajón y ocurren cada 28<br />
años en Aguamilpa. La política 21 logra que<br />
en El Cajón y Aguamilpa no se tengan déficits,<br />
y que cada 28 años se presente el evento en<br />
La Yesca. Los rebases <strong>de</strong> la curva guía para la<br />
política 20 se presentan en promedio casi cada<br />
cinco años en La Yesca y cada 3.5 y 4 años<br />
en El Cajón y Aguamilpa, respectivamente.<br />
Con la política 21, La Yesca se mantiene sin<br />
cambio, pero El Cajón y Aguamilpa presentan<br />
ahora prácticamente cada dos años rebase <strong>de</strong><br />
los límites <strong>de</strong> la curva guía.<br />
Para tener un periodo más confiable <strong>de</strong><br />
simulación <strong>de</strong>l sistema, que aporte mayor<br />
<strong>de</strong>talle respecto a los posibles eventos extremos<br />
(situaciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrames y déficits), se<br />
generaron diez series sintéticas <strong>de</strong> cien años<br />
cada una, y se hizo con ellas la simulación<br />
<strong>de</strong> las políticas 20 y 21. Al comparar los<br />
resultados <strong>de</strong> las simulaciones con la política<br />
20 (cuadro 8) con los <strong>de</strong> la política 21 (cuadro<br />
9), se tendría con la primera un <strong>de</strong>rrame<br />
promedio <strong>de</strong> 35 213.5 millones <strong>de</strong> m 3 en cien<br />
años para la suma <strong>de</strong> las tres presas, contra 39<br />
865.2 millones <strong>de</strong> m 3 , para la política 21; esto<br />
es, un 13% <strong>de</strong> aumento en la magnitud <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong>rrame. En el caso <strong>de</strong>l déficit, el promedio<br />
en el sistema sería <strong>de</strong> 10 258.3 millones <strong>de</strong><br />
m 3 en cien años con la política 20, contra los<br />
1 100.1 millones <strong>de</strong> m 3 <strong>de</strong> la 21; en este caso,<br />
el déficit disminuiría en cerca <strong>de</strong>l 90%; es<br />
<strong>de</strong>cir, con la política 21 se tendría un déficit
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Figura 6. Número <strong>de</strong> años con <strong>de</strong>rrames, déficits y rebases <strong>de</strong> la curva guía para las políticas 20 y 21,<br />
usando el registro histórico.<br />
109<br />
Cuadro 8. Resumen <strong>de</strong> la simulación <strong>de</strong>l funcionamiento <strong>de</strong>l sistema con la política 20, y diez series sintéticas <strong>de</strong><br />
cien años cada una, río Santiago, Nayarit.<br />
Política 20 Energía promedio anual (GWh) Derrame total, 10 6 m 3 Déficit total, 10 6 <strong>de</strong> m 3<br />
Serie La Yesca El Cajón Aguamilpa Total La Yesca El Cajón Aguamilpa Total La Yesca El Cajón Aguamilpa Total<br />
1 1 092.2 1 016.2 1 857.6 3 966.0 3 696.4 431.3 20 793.6 24 921.3 5 137.7 2 751.9 1 709.3 9 598.9<br />
2 1 139.5 1 057.8 1 977.1 4 174.4 13 858.9 6 953.0 22 613.7 43 425.6 3 838.4 979.6 977.2 5 795.2<br />
3 1 145.8 1 088.2 1 913.5 4 147.4 14 804.5 8 133.6 25 329.5 48 267.5 8 109.9 3 895.0 1 821.6 13 826.5<br />
4 1 140.2 1 074.2 1 918.8 4 133.3 9 347.2 3 342.4 11 182.1 23 871.7 6 094.6 2 973.9 1 404.9 10 473.4<br />
5 1 112.6 1 052.4 1 923.6 4 088.6 7 461.1 1 005.5 10 650.0 19 116.6 3 329.1 934.9 906.8 5 170.8<br />
6 978.5 931.9 1 799.3 3 709.7 12 828.9 4 136.0 19 001.5 35 966.4 17 835.4 8 953.7 2 005.1 28 794.2<br />
7 1 209.4 1 134.2 2 017.7 4 361.3 13 943.6 9 036.6 34 908.7 57 888.9 4 830.2 1 457.0 1 032.4 7 319.7<br />
8 1 162.1 1 108.3 1 960.1 4 230.5 13 395.0 4 746.9 31 429.6 49 571.5 4 439.1 1 614.4 1 263.6 7 317.1<br />
9 1 080.2 1 011.8 1 853.8 3 945.8 11 441.1 7 235.5 17 095.0 35 771.6 4 685.9 1 636.6 51.5 6 374.0<br />
10 1 092.2 1 015.9 1 976.4 4 084.6 3 696.4 431.3 9 206.7 13 334.4 5 152.3 2 329.1 432.5 7 913.9<br />
Promedio 1 115.3 1 049.1 1 919.8 4 084.2 10 447.3 4 545.2 20 221.0 35 213.5 6 345.2 2 752.6 1 160.5 10 258.3<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Cuadro 9. Resumen <strong>de</strong> la simulación <strong>de</strong>l funcionamiento <strong>de</strong>l sistema con la política 21, y diez series sintéticas <strong>de</strong><br />
cien años cada una, río Santiago, Nayarit.<br />
Política 21 Energía promedio anual (GWh) Derrame total, 10 6 m 3 Déficit total, 10 6 <strong>de</strong> m 3<br />
Serie La Yesca El Cajón Aguamilpa Total La Yesca El Cajón Aguamilpa Total La Yesca El Cajón Aguamilpa Total<br />
1 1 102.6 1 076.9 1 903.7 4 083.1 3 991.4 1 023.6 22 248.6 27 263.7 289.7 0.0 0.0 289.7<br />
2 1 148.9 1 129.0 2 017.0 4 294.8 14 012.3 7 750.9 25 632.1 47 395.3 292.5 0.0 0.0 292.5<br />
3 1 153.9 1 136.6 1 956.2 4 246.8 15 223.2 10 418.1 28 269.0 53 910.3 1 976.1 0.0 0.0 1 976.1<br />
4 1 144.8 1 129.2 1 965.6 4 239.6 9 757.8 4 372.2 13 175.1 27 305.1 1 280.1 0.0 4.7 1 284.8<br />
5 1 119.4 1 104.5 1 961.8 4 185.6 8 054.1 3 089.0 15 551.3 26 694.4 683.8 0.0 32.7 716.5<br />
6 987.8 988.8 1 836.5 3 813.1 13 230.0 6 226.4 23 722.4 43 178.8 4 559.6 0.0 5.6 4 565.2<br />
7 1 213.0 1 188.5 2 064.7 4 466.2 14 945.4 10 310.2 36 965.1 62 220.7 551.2 0.0 0.0 551.2<br />
8 1 170.7 1 157.5 1 995.4 4 323.6 13 709.8 6 687.9 35 414.8 55 812.5 466.6 0.0 0.0 466.6<br />
9 1 088.4 1 073.3 1 902.2 4 063.9 11 436.8 7 613.1 18 942.6 37 992.5 560.2 0.0 0.0 560.2<br />
10 1 102.1 1 073.5 2 022.5 4 198.1 4 193.8 1 167.5 11 517.8 16 879.1 297.8 0.0 0.0 297.8<br />
Promedio 1 123.2 1 105.8 1 962.6 4 191.5 10 855.4 5 865.9 23 143.9 39 865.2 1 095.8 0.0 4.3 1 100.1<br />
110<br />
mucho menor en el sistema. Es interesante<br />
resaltar que estos resultados son congruentes<br />
con los obtenidos para el registro histórico,<br />
lo que confirma la vali<strong>de</strong>z <strong>de</strong> las secuencias<br />
generadas.<br />
Las curvas guía diseñadas se rebasan<br />
en varias ocasiones durante la simulación<br />
<strong>de</strong>l funcionamiento <strong>de</strong>l sistema con ambas<br />
políticas. La figura 7 muestra el promedio<br />
en los cien años <strong>de</strong> las diez series sintéticas<br />
generadas.<br />
Se pue<strong>de</strong> apreciar que la política 20 tiene un<br />
mejor control sobre este evento que la política<br />
21; con la primera se rebasa la curva guía en La<br />
Yesca cada 1.7 años, 2.6 años en El Cajón y casi<br />
cada, 1.4 años, en Aguamilpa; mientras que<br />
con la política 21, en La Yesca, cada 1.6 años se<br />
rebasa la curva guía; cada 3.4 años en El Cajón,<br />
y casi cada cinco años en Aguamilpa.<br />
En cuanto a generación <strong>de</strong> energía, con la<br />
política 20, las dos presas (El Cajón y Aguamilpa)<br />
generan menos que el valor estimado por la<br />
CFE; a la primera le falta aproximadamente un<br />
17% y a la segunda un 11%. La política 21 tiene<br />
un mejor <strong>de</strong>sempeño respecto a la generación<br />
<strong>de</strong> energía, pero tampoco alcanza los valores<br />
históricos estimados por la CFE, se queda con<br />
un faltante <strong>de</strong> 11% para El Cajón y un 8.6%<br />
para Aguamilpa.<br />
De acuerdo con los cuadros 6, 8 y 9, la<br />
discretización en más estados, esto es, pasar<br />
<strong>de</strong> un ΔV <strong>de</strong> 200 a uno <strong>de</strong> 150 millones <strong>de</strong><br />
m 3 , conduce a resultados más precisos, pero<br />
cualitativamente similares; sin embargo, en<br />
los recursos computacionales usados existen<br />
diferencias marcadas, principalmente en<br />
los tamaños <strong>de</strong> los arreglos —mismos que<br />
condicionan al compilador al momento <strong>de</strong><br />
crear el programa ejecutable— y en el tiempo<br />
<strong>de</strong> ejecución <strong>de</strong> los programas <strong>de</strong> cómputo<br />
empleados, que pasó <strong>de</strong> dos minutos (120 s)<br />
para el ΔV <strong>de</strong> 200 millones <strong>de</strong> m 3 a 10 minutos<br />
(600 s) para la discretización más fina <strong>de</strong> 150<br />
millones <strong>de</strong> m 3 ; es <strong>de</strong>cir, que al disminuir en un<br />
25% el tamaño <strong>de</strong> la discretización, el tiempo<br />
<strong>de</strong> ejecución se multiplicó por cinco. Debido a<br />
ello, no se consi<strong>de</strong>ró necesario usar intervalos<br />
<strong>de</strong> discretización menores.<br />
Conclusiones<br />
Se logró <strong>de</strong>sarrollar un algoritmo para resolver<br />
el sistema <strong>de</strong> ecuaciones resultante <strong>de</strong><br />
la aplicación <strong>de</strong> la programación dinámica
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Figura 7. Promedio <strong>de</strong> número <strong>de</strong> años en los que se rebasa las curvas guía en el sistema para las diez series sintéticas.<br />
estocástica para un sistema <strong>de</strong> tres presas en<br />
cascada que funcionara con éxito, a pesar<br />
<strong>de</strong>l gran número <strong>de</strong> estados que implica (el<br />
número <strong>de</strong> estados necesarios para caracterizar<br />
el sistema es igual al producto <strong>de</strong> los<br />
estados correspondiente a cada presa). Con<br />
el algoritmo <strong>de</strong>sarrollado se <strong>de</strong>terminaron<br />
políticas <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> presas<br />
ubicado en el río Santiago, con la propuesta <strong>de</strong><br />
dos incrementos <strong>de</strong> volumen (ΔV = 200 y ΔV =<br />
150 millones <strong>de</strong> m 3 ) para dividir la capacidad<br />
útil <strong>de</strong> las presas y consi<strong>de</strong>rando curvas guía<br />
obtenidas a partir <strong>de</strong> la operación histórica.<br />
Las políticas <strong>de</strong> operación obtenidas concilian<br />
el objetivo <strong>de</strong> la generación <strong>de</strong> energía<br />
con el <strong>de</strong> evitar <strong>de</strong>rrames o déficit, tomando en<br />
cuenta el efecto <strong>de</strong> las curvas guía.<br />
En este estudio, el tiempo <strong>de</strong> cómputo<br />
empleado no era un factor muy importante a<br />
consi<strong>de</strong>rar; se le dio más peso a que el algoritmo<br />
propuesto usara en forma óptima la estructura<br />
misma <strong>de</strong> la programación dinámica, al dividir<br />
el problema en subproblemas más pequeños,<br />
resolverlos usando la recursividad y usar las<br />
soluciones para obtener, por el mismo principio<br />
<strong>de</strong>l método, una solución óptima al problema<br />
completo.<br />
En el cuadro 10 se presenta el ejemplo <strong>de</strong><br />
la política <strong>de</strong> operación 4, para la etapa <strong>de</strong><br />
noviembre, en la que se indica que (por razones<br />
<strong>de</strong> espacio, en el cuadro sólo se muestran los<br />
primeros tres estados) si la presa uno está en<br />
el estado 01, la presa dos está en el estado 5<br />
(renglón 5) y la presa tres está en el estado 6<br />
(columna 6); la política indica extraer 010201,<br />
que significa extraer en la quincena un volumen<br />
01 x 100 = 100 millones <strong>de</strong> m 3 <strong>de</strong> la presa La<br />
Yesca, 02 x 100 = 200 millones <strong>de</strong> m 3 <strong>de</strong> la presa<br />
El Cajón y 01 x 100 = 100 millones <strong>de</strong> m 3 , <strong>de</strong> la<br />
presa Aguamilpa.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Se agra<strong>de</strong>ce la colaboración <strong>de</strong> Francisco Peña Delgado en<br />
la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los registros sintéticos utilizados en<br />
este estudio.<br />
Referencias<br />
Recibido: 20/10/10<br />
Aceptado: 27/03/12<br />
ARGANIS, M.L. Operación óptima <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> presas en<br />
cascada para generación hidroeléctrica, tomando en cuenta<br />
condiciones reales <strong>de</strong> operación y el uso <strong>de</strong> muestras sintéticas<br />
para el pronóstico. Tesis <strong>de</strong> doctorado. México, D.F.:<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México, 2004.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
111
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Cuadro 10. Política <strong>de</strong> operación 4 para la etapa 1, noviembre. Cada unidad correspon<strong>de</strong> a una extracción<br />
<strong>de</strong> 100 millones <strong>de</strong> m 3 por quincena.<br />
Etapa 1: noviembre<br />
Presa: 1, estado: 01<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
1 010101 010102 010103 010104 010105 010106 010107 010108 010109 010101 010101 010101 010102<br />
2 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
3 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
4 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
5 010201 010201 010201 010201 010201 010201 010201 010201 010201 010201 010201 010202 010203<br />
6 010201 010201 010201 010201 010201 010301 010301 010301 010301 010301 010302 010303 010304<br />
7 010301 010301 010401 010401 010401 010401 010401 010401 010401 010402 010403 010404 010405<br />
Presa: 1, estado: 02<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
1 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
2 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
112<br />
3 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
4 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010201 010201 010201 010101 010203<br />
5 010301 010301 010301 010301 010301 010301 010301 010301 010301 010301 010302 010303 010304<br />
6 010201 010201 010201 010201 010201 010401 010401 010401 010401 010402 010403 010404 010405<br />
7 010301 010301 010501 010501 010501 010501 010501 010501 010502 010503 010504 010505 010506<br />
Presa: 1, estado: 03<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
1 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
2 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
3 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
4 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010101 010102<br />
5 010201 010201 010201 010201 010301 010301 010301 010301 010301 010301 010302 010303 010304<br />
6 010201 010201 010201 010401 010401 010401 010401 010501 010401 010402 010403 010404 010405<br />
7 010501 010501 010501 010501 010601 010601 010601 010501 010502 010503 010504 010606 010607<br />
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113<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arganis-Juárez et al., Operación <strong>de</strong> tres presas hidroeléctricas usando curvas guía y programación dinámica estocástica<br />
Abstract<br />
ARGANIS-JUÁREZ, M.L., MENDOZA-RAMÍREZ, R. & DOMÍNGUEZ-MORA,<br />
R. Operation of three hydroelectric dams using gui<strong>de</strong> curves and stochastic dynamic<br />
programming. Water Technology and Sciences (in Spanish). Vol. III, No. 3, July-<br />
September, 2012, pp. 97-114.<br />
Dynamic Programming (DP) is an optimization procedure <strong>de</strong>veloped in the 1950s by<br />
Richard Bellman (Bellman, 1957). It is a mathematical tool that has been applied in several<br />
fields, including engineering, artificial intelligence and economics, among others (Dormido<br />
et al., 2002). The area of water resources planning is no exception and applications with<br />
good results have been reported in several countries. A limitation is high computing costs,<br />
the need for many resources both in terms of time as well as memory, with the <strong>de</strong>mand of<br />
these resources growing exponentially as the number of state variables increases. This work<br />
presents a way in which to organize a computing program to handle this problem as well as<br />
to <strong>de</strong>termine policies for the optimal operations of a system of three serial hydropower dams<br />
by varying the penalties for <strong>de</strong>ficits, spills and exceeding gui<strong>de</strong> curves (the storage levels not<br />
to be surpassed during operation for the safety of the system, which are established by the<br />
National Water Commission). The policies obtained were simulated using historical records<br />
and synthetic records to test their benefit to the operations of the system.<br />
114<br />
Keywords: dynamic programming, serial operation, operations policies, gui<strong>de</strong> curves.<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dra. Maritza L. Arganis Juárez<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Instituto <strong>de</strong> Ingeniería<br />
Ciudad Universitaria, Avenida Universidad 3000,<br />
Delegación Coyoacán<br />
04510 México, D.F., México<br />
Teléfono: +52 (55) 5623 3600, extensión 8644<br />
Fax: +52 (55) 5616 2164<br />
MArganisJ@iingen.unam.mx<br />
M.I. Rosalva Mendoza Ramírez<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Tzintzuntzan 310, colonia Lomas <strong>de</strong> Vista Bella<br />
58098 Morelia, Michoacán, México<br />
Teléfono: +52 (443) 3223 896<br />
rmr@pumas.iingen.unam.mx<br />
Dr. Ramón Domínguez Mora<br />
Universidad Nacional Autónoma <strong>de</strong> México<br />
Instituto <strong>de</strong> Ingeniería<br />
Edificio 5, piso 2, cubículo 325<br />
Circuito Escolar, Ciudad Universitaria<br />
04510 México, D.F., México<br />
Teléfono: +52 (55) 5623 3600, extensión 3666<br />
Fax: +52 (55) 56 16 21 64<br />
rdominguezm@iingen.unam.mx
Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l<br />
río Fluvià. Alcances y métodos frente a<br />
la escasez <strong>de</strong> datos<br />
• Juan Pedro Martín-Vi<strong>de</strong> •<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña, España<br />
● Eduard Rodríguez-Máñez ●<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña y ABM Serveis d’Enginyeria i Consulting, S.L.,<br />
España<br />
● Carles Ferrer-Boix ● Francisco Núñez-González ●<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña, España<br />
● David Maruny-Vilalta ●<br />
ABM Serveis d’Enginyeria i Consulting, S.L., España<br />
Resumen<br />
La dinámica <strong>de</strong> las formas fluviales (morfodinámica) tiene cada vez más presencia<br />
en la planificación <strong>de</strong> los ríos, pero sus objetivos, alcance y métodos no están<br />
consolidados. El río Fluvià en Cataluña (NE <strong>de</strong> la península Ibérica) tiene una<br />
notable movilidad y en él se planea la restauración <strong>de</strong> meandros cortados por<br />
canalizaciones. Este artículo explica en qué consistió el estudio morfodinámico <strong>de</strong><br />
dicho río, teniendo en cuenta los escasos recursos que se pudieron emplear. Con<br />
granulometría y análisis <strong>de</strong> formas fluviales en el campo, con cartografía y fotografía<br />
aérea, y con unas pocas batimetrías, se ha analizado el perfil longitudinal <strong>de</strong>l río,<br />
el papel <strong>de</strong> algunas presas <strong>de</strong>rivadoras en la dinámica fluvial, la disponibilidad<br />
<strong>de</strong> gravas en las barras aluviales <strong>de</strong>l cauce, el movimiento <strong>de</strong> los meandros y la<br />
capacidad <strong>de</strong> transporte sólido <strong>de</strong> fondo. También se ha analizado un episodio<br />
singular <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> meandros y cuáles son los riesgos morfodinámicos <strong>de</strong> una<br />
restauración.<br />
115<br />
Palabras clave: morfodinámica fluvial, río Fluvià, restauración <strong>de</strong> ríos, transporte<br />
sólido, transporte <strong>de</strong> fondo, sedimento, meandro, corte <strong>de</strong> meandros.<br />
Introducción<br />
La planificación <strong>de</strong> los espacios fluviales<br />
por las administraciones hidráulicas <strong>de</strong> la<br />
península Ibérica incorpora, cada vez con<br />
más frecuencia, el estudio <strong>de</strong> la dinámica<br />
<strong>de</strong> las formas fluviales o “morfodinámica”,<br />
entendiendo por tal el análisis <strong>de</strong> los cambios<br />
que experimentan las formas y dimensiones<br />
<strong>de</strong>l río, en planta, sección y perfil. Este<br />
capítulo <strong>de</strong> morfodinámica aplicado a las<br />
fases <strong>de</strong> diagnóstico, pronóstico y propuestas<br />
<strong>de</strong> actuación en los ríos no está asentado en<br />
la práctica profesional <strong>de</strong> la ingeniería y la<br />
or<strong>de</strong>nación <strong>de</strong>l territorio, como sí lo está<br />
el capítulo hidrológico (hidrogramas…),<br />
hidráulico (áreas inundables…) y ecológico.<br />
Por otro lado, es más específico y tiene un<br />
carácter más cuantitativo que un capítulo <strong>de</strong><br />
geomorfología.<br />
El conocimiento en morfodinámica se aplica<br />
en muchas cuestiones prácticas, como en el<br />
análisis <strong>de</strong>l riesgo <strong>de</strong> fallo <strong>de</strong> infraestructuras<br />
(puentes, conducciones enterradas…); el riesgo<br />
<strong>de</strong> erosión en curvas y orillas (como en Alvarado-<br />
Ancieta y Ettmer, 2008), con la consiguiente<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 115-133
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
116<br />
pérdida <strong>de</strong> terreno; la erosión general a largo<br />
plazo (incisión); la estabilidad fluvial en<br />
planta, perfil o sección; la sedimentación <strong>de</strong><br />
embalses; el crecimiento <strong>de</strong> <strong>de</strong>ltas; la calidad<br />
<strong>de</strong>l hábitat para las especies que viven en el<br />
río; la restauración <strong>de</strong> ríos; la <strong>de</strong>limitación<br />
<strong>de</strong>l espacio fluvial, etcétera. Como contexto<br />
<strong>de</strong> la materia <strong>de</strong> la que estamos hablando<br />
e ilustración <strong>de</strong> casos <strong>de</strong> estudio, sirve la<br />
publicación <strong>de</strong> Klingeman et al. (1998).<br />
El río Fluvià, situado en el norte <strong>de</strong> Cataluña<br />
(NE <strong>de</strong> la península Ibérica), tiene una<br />
cuenca <strong>de</strong> 1 125 km 2 que carece prácticamente<br />
<strong>de</strong> regulación hidrológica. La presión<br />
antrópica es baja, en comparación con otras<br />
cuencas. Tiene instalados numerosos saltos<br />
hidroeléctricos pequeños, <strong>de</strong> principios <strong>de</strong>l<br />
siglo XX, en los tramos alto y medio, pero lo<br />
más <strong>de</strong>stacado es que en los últimos 45 km <strong>de</strong><br />
longitud (tramo bajo) hasta su <strong>de</strong>sembocadura<br />
en el mar, el cauce tiene una gran movilidad.<br />
Unos pequeños inci<strong>de</strong>ntes han puesto <strong>de</strong><br />
manifiesto esta movilidad en los últimos años:<br />
en 2002 se abrió un nuevo brazo que <strong>de</strong>jó<br />
fuera <strong>de</strong> servicio la presa <strong>de</strong>rivadora <strong>de</strong> un<br />
salto hidroeléctrico y en 2006 cayó una torre<br />
eléctrica <strong>de</strong> alta tensión por erosión <strong>de</strong> orilla.<br />
La figura 1 ilustra los efectos <strong>de</strong> esta movilidad.<br />
En 2008, la administración hidráulica (la<br />
Agencia Catalana <strong>de</strong>l Agua) lanzó los trabajos<br />
<strong>de</strong> planificación <strong>de</strong>l río Fluvià, que cuentan<br />
con un capítulo <strong>de</strong> morfodinámica. En la<br />
motivación para este capítulo, la Agencia<br />
consi<strong>de</strong>raba al Fluvià como un río apto para la<br />
recuperación <strong>de</strong> procesos <strong>de</strong> morfodinámica<br />
y para la restauración fluvial, fijándose en<br />
especial en los meandros cortados por obras<br />
<strong>de</strong> canalización realizadas en 1971, a unos 4<br />
km <strong>de</strong>l mar, y en 1987, a unos 8 km <strong>de</strong>l mar.<br />
Estas expectativas sobre el río (su movilidad,<br />
la voluntad <strong>de</strong> restaurar…), la extensión<br />
<strong>de</strong> su red hidrográfica y los recursos<br />
económicos disponibles, necesariamente<br />
limitados, hicieron <strong>de</strong> este trabajo un <strong>de</strong>safío<br />
intelectual: enten<strong>de</strong>r los procesos<br />
morfodinámicos a lo largo <strong>de</strong> muchos kilómetros<br />
<strong>de</strong> río y varios afluentes mayores,<br />
contando con poca información. Este artículo<br />
trata <strong>de</strong> los objetivos formulados, los métodos,<br />
los resultados obtenidos y su discusión,<br />
esperando que este ejercicio sea útil para<br />
estudios <strong>de</strong>l mismo tipo en otros ríos.<br />
Objetivo y métodos<br />
El propósito <strong>de</strong> enten<strong>de</strong>r la dinámica fluvial<br />
<strong>de</strong>l río se ha dividido en dos objetivos más<br />
específicos:<br />
Figura 1. Signos <strong>de</strong> la dinámica fluvial en el bajo Fluvià. A la izquierda, una gran barra formada en 2002<br />
en un nuevo brazo, que <strong>de</strong>jó fuera <strong>de</strong> servicio una pequeña presa <strong>de</strong>rivadora (azud). A la <strong>de</strong>recha,<br />
la orilla opuesta y erosionada en material fino (fotos tomadas el 29 <strong>de</strong> enero <strong>de</strong> 2009).
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
1. Un diagnóstico y pronóstico <strong>de</strong>l transporte<br />
sólido grueso <strong>de</strong>l río, es <strong>de</strong>cir, el originado<br />
en los cauces y <strong>de</strong>pósitos aluviales,<br />
distinguiendo el papel que pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>sempeñar<br />
en él los embalses <strong>de</strong> los pequeños<br />
saltos hidroeléctricos. El material fino con<br />
origen en la cuenca no se estudia, porque no<br />
tiene repercusión en las formas fluviales, a<br />
diferencia <strong>de</strong>l grueso. Este primer objetivo<br />
se formula a pesar <strong>de</strong> que no existen<br />
estaciones hidrométricas con medidas<br />
<strong>de</strong> este tipo ni dato alguno <strong>de</strong> transporte<br />
sólido.<br />
2. El pronóstico <strong>de</strong> cómo evolucionaría la<br />
restauración <strong>de</strong> los meandros canalizados.<br />
En cuanto a metodología, en el primer objetivo<br />
(transporte sólido), una notable colección<br />
<strong>de</strong> fotografías aéreas (1957, 1971, 1987, 1996,<br />
2002 y 2008) ha permitido i<strong>de</strong>ntificar y evaluar<br />
las fuentes <strong>de</strong> sedimento grueso, especialmente<br />
las barras en los cauces activos. Los <strong>de</strong>pósitos<br />
aluviales sin vegetación, que se distinguen por<br />
su color claro en contraste con el más oscuro <strong>de</strong><br />
la vegetación, son los que han participado en<br />
el transporte sólido en la época <strong>de</strong> cada foto.<br />
Su superficie sirve, por tanto, <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> la<br />
actividad <strong>de</strong> transporte sólido en potencia en<br />
cada época. En cuanto a los pequeños embalses,<br />
sólo se dispone <strong>de</strong> dos batimetrías <strong>de</strong> poco<br />
<strong>de</strong>talle <strong>de</strong> las dos mayores presas <strong>de</strong>rivadoras.<br />
Para el segundo objetivo (restauración) se<br />
ha explorado la información <strong>de</strong> archivo sobre el<br />
río antes y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> las obras <strong>de</strong> canalización<br />
<strong>de</strong> 1971 y 1987, cuyo objetivo fue luchar contra<br />
las frecuentes inundaciones, así como suprimir<br />
la movilidad en planta <strong>de</strong>l cauce. Por eso, el<br />
análisis <strong>de</strong> la movilidad <strong>de</strong>l cauce <strong>de</strong>s<strong>de</strong> una<br />
cartografía <strong>de</strong> 1945 hasta hoy —mediante las<br />
fotografías aéreas citadas antes— a lo largo<br />
<strong>de</strong> los 45 km <strong>de</strong>l tramo bajo <strong>de</strong>l río, volcando<br />
y georreferenciando toda la información en<br />
un Sistema <strong>de</strong> Información Geográfica (SIG),<br />
ha sido central en el trabajo. La zona don<strong>de</strong><br />
se produjeron los inci<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> 2002 y 2006<br />
mencionados se ha estudiado con más <strong>de</strong>talle.<br />
A estos trabajos <strong>de</strong> gabinete se suma el trabajo<br />
<strong>de</strong> campo posible en el plazo y con los recursos<br />
<strong>de</strong>l proyecto: el análisis granulométrico <strong>de</strong>l<br />
lecho y la caracterización <strong>de</strong> las formas fluviales<br />
visibles (barras). En los siguientes apartados se<br />
verá cómo se utilizan estas informaciones <strong>de</strong><br />
campo, junto con las geográficas, batimétricas,<br />
morfológicas, hidrológicas, sobre la vegetación<br />
y sobre el transporte sólido, para componer el<br />
cuadro <strong>de</strong>l comportamiento morfodinámico<br />
<strong>de</strong>l río Fluvià.<br />
Granulometría y perfil longitudinal<br />
El primer resultado <strong>de</strong>l trabajo, el más básico,<br />
es precisamente la granulometría <strong>de</strong>l lecho.<br />
Se ha seguido el criterio <strong>de</strong> averiguar la granulometría<br />
<strong>de</strong> los afluentes más importantes<br />
cerca <strong>de</strong> su <strong>de</strong>sembocadura en el río y, para el<br />
propio río, conocerla en puntos más o menos<br />
equidistantes. Las catas se abren cerca <strong>de</strong>l cauce<br />
ocupado por el agua, con retroexcavadora. La<br />
profundidad <strong>de</strong> muestreo típica es <strong>de</strong> 1.5 m.<br />
El peso mínimo <strong>de</strong> la muestra es <strong>de</strong> cien veces<br />
el peso <strong>de</strong> la partícula más gran<strong>de</strong> encontrada<br />
en la cata, pero las partículas mayores <strong>de</strong> 125<br />
mm se mi<strong>de</strong>n y pesan in situ. La magnitud <strong>de</strong>l<br />
trabajo se pue<strong>de</strong> cifrar en la suma <strong>de</strong> pesos<br />
<strong>de</strong> muestra: 5.4 toneladas, y en el número <strong>de</strong><br />
gran<strong>de</strong>s partículas medidas in situ: 388. En<br />
la figura 2 se representan los 15 puntos <strong>de</strong><br />
muestreo. En los puntos <strong>de</strong> mayor movilidad<br />
(3, 4 y 4bis) hay en realidad seis catas en total,<br />
como veremos. Los resultados en cuanto a la<br />
media <strong>de</strong> la distribución granulométrica D 50<br />
y a una medida representativa <strong>de</strong> la parte<br />
gruesa, concretamente el percentil 90% (D 90<br />
), se<br />
muestran en el cuadro 1.<br />
El perfil longitudinal <strong>de</strong>l río Fluvià, elaborado<br />
con un mo<strong>de</strong>lo digital <strong>de</strong>l terreno <strong>de</strong><br />
2003 <strong>de</strong> resolución 1 x 1 m, se presenta en la<br />
figura 3. Una colada basáltica atravesada por<br />
el río explica la pendiente tan elevada en el<br />
tramo comprendido entre el km 70 y el km 80,<br />
contando <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el mar, y la escasa pendiente en<br />
el tramo superior siguiente. En el otro extremo,<br />
en los últimos kilómetros, el fondo está bajo el<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
117
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
Cuadro 1. Resultados granulométricos.<br />
Núm. 1 2 3 4 4bis 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14<br />
D 50<br />
(mm) 14 37 21 22 35 48 35 22 22 37 27 67 36 39 40<br />
D 90<br />
(mm) 55 98 91 113 185 207 95 122 142 136 164 206 217 253 135<br />
i (%) 0.19 0.19 0.25 0.25 0.27 0.46 0.40 0.41 0.57 0.64 0.79 1.85 0.74 0.49<br />
118<br />
Figura 2. Puntos <strong>de</strong> muestreo, numerados <strong>de</strong>l 1 al 14, <strong>de</strong>l material aluvial en el río Fluvià y sus principales<br />
afluentes sobre la planta <strong>de</strong> la cuenca. Se señalan también otros lugares mencionados en el texto. Para la toponimia<br />
(a, b,..), ver la Nota final.<br />
nivel <strong>de</strong>l mar por la excavación realizada en<br />
las canalizaciones. Entre el km 5 y el km 35, el<br />
perfil es casi recto (pendiente constante <strong>de</strong> ≈<br />
0.25%). Se distinguen en todas partes muchos<br />
pequeños saltos, pero sobre todo en el km 45<br />
uno <strong>de</strong> 8.3 m construido en 1925, y en el km 47<br />
uno <strong>de</strong> 6.9 m <strong>de</strong> 1929, que son las dos mayores<br />
presas hidroeléctricos con batimetría <strong>de</strong> sus<br />
embalses.<br />
En la figura 3 se representan también<br />
D 50<br />
y D 90<br />
(datos <strong>de</strong>l cuadro 1). A<strong>de</strong>más <strong>de</strong><br />
la relación entre afluentes y río principal,<br />
lo más <strong>de</strong>stacable es el cambio <strong>de</strong> valores,<br />
<strong>de</strong> menor a mayor, una vez pasadas las dos<br />
presas <strong>de</strong>rivadoras más gran<strong>de</strong>s. Esto podría<br />
ser indicativo <strong>de</strong> un proceso <strong>de</strong> erosión<br />
aguas abajo <strong>de</strong> las presas, compensado por<br />
un acorazamiento <strong>de</strong>l lecho (Maza-Álvarez,<br />
1997). En segundo lugar, se distingue un suave<br />
<strong>de</strong>crecimiento, más visible en D 90<br />
que en D 50<br />
,<br />
en cada uno <strong>de</strong> los grupos <strong>de</strong> datos (aguas<br />
arriba y abajo <strong>de</strong> las dos presas más gran<strong>de</strong>s).<br />
El cociente entre la pendiente (i, cuadro 1) y<br />
el tamaño D es un índice <strong>de</strong> la sensibilidad
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
Figura 3. Perfil longitudinal <strong>de</strong>l río Fluvià. Cota sobre el nivel <strong>de</strong>l mar (m, or<strong>de</strong>nada) contra distancia al mar<br />
por el eje <strong>de</strong>l río (m, abscisa). El eje <strong>de</strong>recho está graduado en mm para D 50<br />
y D 90<br />
. El símbolo <strong>de</strong> cada<br />
punto granulométrico remite al símbolo <strong>de</strong>l perfil <strong>de</strong>l río correspondiente.<br />
119<br />
<strong>de</strong>l río a los cambios, o sea un índice <strong>de</strong> su<br />
dinámica fluvial. Esta noción proviene, por<br />
ejemplo, <strong>de</strong> la analogía <strong>de</strong> la balanza <strong>de</strong> Lane,<br />
en la que i es la graduación <strong>de</strong>l brazo <strong>de</strong>recho<br />
<strong>de</strong> la balanza y D la <strong>de</strong>l brazo izquierdo. El<br />
cociente i(-)/D 50<br />
(m) aguas abajo <strong>de</strong>l km 45-<br />
47 es en promedio 0.08 y aguas arriba 0.17; es<br />
<strong>de</strong>cir, el río es más sensible aguas arriba <strong>de</strong><br />
estas pequeñas presas que aguas abajo. Dicho<br />
<strong>de</strong> otro modo: aguas abajo, el material aluvial<br />
parece <strong>de</strong>masiado grueso para la pendiente<br />
relativamente suave <strong>de</strong>l río; al contrario, aguas<br />
arriba parece <strong>de</strong>masiado fino para la pendiente<br />
más fuerte. Pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cirse igualmente que<br />
la capacidad <strong>de</strong> transporte es mayor arriba<br />
que abajo. Por otra parte, el cociente inverso<br />
D 50<br />
(m)/i(-) tiene un valor <strong>de</strong> 6 aguas arriba<br />
y 12.5 aguas abajo, calificándose como faldas<br />
<strong>de</strong> montaña y alta montaña, respectivamente,<br />
según el criterio <strong>de</strong> Lojtin (Gracia-Sánchez y<br />
Maza-Álvarez, 1997).<br />
Embalses y barras<br />
Los resultados <strong>de</strong>l apartado anterior hacen<br />
resaltar el papel <strong>de</strong> estos dos embalses en<br />
el transporte sólido <strong>de</strong>l río. Sus batimetrías,<br />
aunque <strong>de</strong> poco <strong>de</strong>talle (tres secciones<br />
transversales y un perfil longitudinal, figura<br />
4), sirven sin embargo, con algunas hipótesis<br />
sobre el perfil <strong>de</strong>l río antes <strong>de</strong> la construcción<br />
<strong>de</strong> los saltos, para evaluar aproximadamente<br />
el volumen <strong>de</strong> sedimento contenido en ellos.<br />
Resulta que la presa superior contiene unos<br />
250 000 m 3 <strong>de</strong> sedimento, que representa entre<br />
2/3 y 3/4 <strong>de</strong> su volumen <strong>de</strong> embalse inicial,<br />
mientras la presa inferior contiene unos 100<br />
000 m 3 <strong>de</strong> sedimento, quizá 2/3 <strong>de</strong> su volumen<br />
inicial. Por otra parte, el <strong>de</strong>pósito <strong>de</strong>l embalse<br />
superior alcanza una buena altura en la<br />
cortina, tiene una pendiente parecida a la <strong>de</strong>l<br />
río y <strong>de</strong>ja como espejo <strong>de</strong> agua sólo los 600 m<br />
más cercanos a la presa (ver foto, figura 4). El<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
Cota (msnm)<br />
116<br />
114<br />
112<br />
110<br />
108<br />
106<br />
104<br />
108<br />
106<br />
104<br />
102<br />
100<br />
98<br />
1 730 1 930 2 130 2 330 1 140 1 340 1 540<br />
Eje longitudinal (m)<br />
Cota fondo pendiente media <strong>de</strong>l tramo Cota thalweg batimetría azud Perfil lámina <strong>de</strong> agua<br />
Figura 4. Embalses superior (izquierda y foto) e inferior (centro), con el perfil <strong>de</strong>l fondo con sedimento,<br />
en comparación con la lámina <strong>de</strong> agua y el perfil original supuesto para el lecho.<br />
120<br />
<strong>de</strong>l embalse inferior, en cambio, se parece a<br />
un <strong>de</strong>lta paralelo a la superficie libre, con un<br />
frente <strong>de</strong> avance situado a sólo unos 100 m <strong>de</strong><br />
la presa.<br />
Los pequeños calados libres sobre las presas,<br />
el hecho <strong>de</strong> que la inferior también tenga mucho<br />
sedimento (pese a que las fechas <strong>de</strong> construcción<br />
<strong>de</strong> los dos fueran cercanas), el <strong>de</strong>terioro <strong>de</strong>l<br />
hormigón en el paramento <strong>de</strong> la presa por<br />
abrasión, y otros indicios, hacen pensar que<br />
el material sólido pue<strong>de</strong> pasar estas barreras.<br />
Por ejemplo, <strong>de</strong> la avenida extraordinaria que<br />
ocurrió en 1940, se conservan marcas <strong>de</strong> agua<br />
que prueban que ambas barreras estuvieron<br />
totalmente anegadas (sumergidas por los dos<br />
lados). Siendo esto así, en el <strong>de</strong>seo <strong>de</strong> revitalizar<br />
el transporte sólido y restaurar el río parece<br />
mejor <strong>de</strong>jar que estos pequeños embalses se<br />
llenen completamente, para que un día <strong>de</strong>jen<br />
<strong>de</strong> ser barrera al transporte <strong>de</strong> cualquier<br />
tamaño. Este tipo <strong>de</strong> pequeña presa <strong>de</strong>rivadora<br />
recibe el nombre <strong>de</strong> “azud” en el castellano <strong>de</strong><br />
los autores.<br />
Por otro lado, se trata a continuación <strong>de</strong><br />
la superficie <strong>de</strong> barras activas entre 1957 y<br />
2008, <strong>de</strong>terminada mediante SIG. Un ejemplo<br />
es la figura 5. Merece una mención especial<br />
este lugar <strong>de</strong> gran movilidad, con su centro a<br />
unos 20 km <strong>de</strong>l mar, don<strong>de</strong> han ocurrido los<br />
recientes inci<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> la presa que quedó fuera<br />
<strong>de</strong> servicio y <strong>de</strong> la torre eléctrica. Sobre el fondo<br />
<strong>de</strong>l vuelo <strong>de</strong> 1957 se dibujan en la figura 5 las<br />
barras <strong>de</strong> las dos fechas (1957 y 2008). De todas<br />
formas, se observa que en 1957, la superficie<br />
<strong>de</strong> gravas <strong>de</strong>snudas <strong>de</strong> vegetación era bastante<br />
mayor que hoy. La representación gráfica <strong>de</strong><br />
la evolución <strong>de</strong> la superficie <strong>de</strong> gravas con el<br />
tiempo se da en la figura 6. Es clara la ten<strong>de</strong>ncia<br />
a la reducción <strong>de</strong> los <strong>de</strong>pósitos aluviales en los<br />
últimos 52 años, incluso <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> <strong>de</strong>scontar<br />
los <strong>de</strong>pósitos perdidos por el dragado en<br />
las obras <strong>de</strong> canalización <strong>de</strong> los meandros<br />
próximos a la <strong>de</strong>sembocadura en 1971-1987. El<br />
penúltimo dato se pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar como una<br />
activación circunstancial, ya que la avenida<br />
<strong>de</strong>l 8 <strong>de</strong> mayo <strong>de</strong> 2002 (269 m 3 /s) ocurrió poco<br />
antes <strong>de</strong>l vuelo <strong>de</strong> 2002. Quizá también es<br />
circunstancial la “<strong>de</strong>sactivación” <strong>de</strong> 2008, por<br />
falta <strong>de</strong> crecidas importantes en los últimos<br />
años. Pero uno o dos meses antes <strong>de</strong>l vuelo <strong>de</strong><br />
1957 ocurrió una avenida <strong>de</strong> 145 m 3 /s menor<br />
que la <strong>de</strong> 2002, pese a lo cual el área <strong>de</strong> gravas<br />
es casi el doble en 1957 (184 ha) que en 2002<br />
(116 ha).<br />
Si se distingue entre las barras aguas<br />
arriba y abajo <strong>de</strong> las dos presas <strong>de</strong>rivadoras<br />
mayores, es interesante ver (figura 6) que el<br />
<strong>de</strong>clive aguas arriba reproduce la ten<strong>de</strong>ncia<br />
general, mientras que aguas abajo la superficie<br />
es más constante, con el repunte <strong>de</strong> 2002 y el
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
121<br />
Figura 5. Barras <strong>de</strong>l año 1957 y 2008 a unos 20 km <strong>de</strong>l mar; lugar <strong>de</strong> las muestras 3 y 4 (ver figura 2).<br />
Se marcan la presa <strong>de</strong>rivadora (azud) que quedó fuera <strong>de</strong> servicio y la torre eléctrica perdida.<br />
250<br />
Área <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósitos aluviales (Ha)<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020<br />
Periodo, años<br />
Barras totales<br />
Sin consi<strong>de</strong>rar barras eliminadas por las canalizaciones<br />
a. arriba azu<strong>de</strong>s principales<br />
a. abajo azu<strong>de</strong>s pricipales<br />
Figura 6. Evolución <strong>de</strong> la superficie <strong>de</strong> barras <strong>de</strong> grava sin vegetación a lo largo <strong>de</strong>l tiempo.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
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Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
122<br />
<strong>de</strong>clive quizá circunstancial más reciente.<br />
Aguas arriba el <strong>de</strong>scenso es radical: <strong>de</strong> 71<br />
ha en 1957 a sólo 3 ha hoy. Como todas las<br />
pequeñas presas hidroeléctricas <strong>de</strong> cabecera<br />
tenían ya al menos treinta años <strong>de</strong> antigüedad<br />
en 1957, parece que esta caída tan fuerte <strong>de</strong><br />
actividad no se pue<strong>de</strong> relacionar con ellas.<br />
Se hace esta conjetura sin saber si ya se había<br />
alcanzado un equilibrio en el río Fluvià a<br />
los treinta años <strong>de</strong> la construcción <strong>de</strong> dichas<br />
presas. Para una discusión <strong>de</strong> este punto cabe<br />
pensar que la activación <strong>de</strong> los <strong>de</strong>pósitos<br />
aluviales por la avenida excepcional <strong>de</strong> 1940<br />
podría tener aún un efecto apreciable en 1957.<br />
También, que los cambios mayores en los usos<br />
<strong>de</strong>l suelo, como el abandono <strong>de</strong> la agricultura<br />
<strong>de</strong> montaña <strong>de</strong>bido a gran<strong>de</strong>s movimientos<br />
migratorios, han ocurrido <strong>de</strong>s<strong>de</strong> los años<br />
1950-60. Con respecto a la permanencia <strong>de</strong> las<br />
barras móviles aguas abajo <strong>de</strong> las presas, hay<br />
otros ejemplos <strong>de</strong> este fenómeno <strong>de</strong> actividad<br />
fluvial décadas <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> construirse las<br />
presas (Jiongxin, 1997).<br />
Movilidad <strong>de</strong>l bajo Fluvià<br />
Todos los movimientos en planta <strong>de</strong>l río<br />
observados en la serie <strong>de</strong> fotografías aéreas,<br />
menos uno, han ocurrido en los 45 km <strong>de</strong>l bajo<br />
Fluvià, aguas abajo <strong>de</strong> las dos presas mayores.<br />
En general, se observa una progresión y<br />
profundización <strong>de</strong> las curvas fluviales, así<br />
como algunos cortes <strong>de</strong> curvas. El bajo Fluvià<br />
no es propiamente un río <strong>de</strong> meandros. La<br />
pendiente i relativamente elevada (0.20-0.25%,<br />
cuadro 1), el tamaño D 50<br />
grueso (25-35 mm,<br />
í<strong>de</strong>m), y el caudal dominante Q, <strong>de</strong>ducido <strong>de</strong> la<br />
curva <strong>de</strong> frecuencia <strong>de</strong> caudales <strong>de</strong> la estación<br />
<strong>de</strong> aforos más próxima (cuya cuenca es <strong>de</strong> 804<br />
km 2 ), <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 190-220 m 3 /s, conducen a<br />
que el parámetro i(-)·Q 0.46 (m 3 /s)/ D 50<br />
1.15<br />
(m)<br />
(Chang, 1988) valga unas 2-4 veces más que el<br />
valor límite (0.56) entre ríos meandriformes,<br />
bajo el límite, y ríos trenzados, por encima <strong>de</strong><br />
él.<br />
Las gran<strong>de</strong>s barras separadas por brazos<br />
(sobre todo en 1957) <strong>de</strong> la figura 5 confirman<br />
que el río toma un cauce único y sinuoso en<br />
aguas normales, pero que es más bien trenzado<br />
en aguas altas. A pesar <strong>de</strong> ello, siempre se ha<br />
distinguido un thalweg <strong>de</strong>l río en el SIG. Los<br />
movimientos <strong>de</strong> la mitad izquierda (aguas<br />
arriba) <strong>de</strong> la figura 5 se representan con más<br />
<strong>de</strong>talle en la figura 7, dibujando el cauce<br />
principal en cada fecha, así como el eje (punto<br />
medio) <strong>de</strong> dicho cauce. Con el eje se trazan los<br />
segmentos que unen puntos homólogos para<br />
medir los <strong>de</strong>splazamientos <strong>de</strong> cada periodo.<br />
En lugares como éste, se ha estudiado también<br />
la edad <strong>de</strong> los árboles (<strong>de</strong>ndrocronología)<br />
y la distribución <strong>de</strong>tallada <strong>de</strong> D 50<br />
(figura 8).<br />
Por otra parte, las envolventes <strong>de</strong> todos los<br />
movimientos, es <strong>de</strong>cir, el área barrida por el río<br />
en el medio siglo que se analiza, es interesante<br />
como evaluación <strong>de</strong>l riesgo <strong>de</strong> erosión lateral<br />
y como primera <strong>de</strong>limitación <strong>de</strong>l espacio<br />
fluvial (figura 8).<br />
La medida <strong>de</strong> los segmentos en los movimientos<br />
<strong>de</strong> profundización (maduración)<br />
<strong>de</strong>l bajo Fluvià se da en el cuadro 2.<br />
En total suman 1.73 km <strong>de</strong> corrimiento <strong>de</strong><br />
orillas perpendicularmente al flujo <strong>de</strong>l agua<br />
en 64 años <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1945. Destaca el periodo<br />
1957-71 también por el número <strong>de</strong> sitios con<br />
movilidad (9) y el movimiento total por año<br />
(42.4 m/año). A<strong>de</strong>más no constan en el cuadro<br />
otros 662 m <strong>de</strong> movimiento <strong>de</strong> progresión<br />
<strong>de</strong> curvas (corrimiento <strong>de</strong> orilla en la<br />
misma dirección <strong>de</strong>l valle, acompañando al<br />
<strong>de</strong> maduración), ni tampoco los movimientos<br />
bruscos por corte natural o estrangulamiento<br />
<strong>de</strong> meandros.<br />
La actividad <strong>de</strong> los sitios canalizados (las<br />
cinco primeras columnas) cesó <strong>de</strong>s<strong>de</strong> las obras<br />
<strong>de</strong> canalización (<strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1971 hasta 1987). Pero<br />
aún así, contando sólo las restantes columnas,<br />
se advierte un <strong>de</strong>clive <strong>de</strong> la actividad. Esta<br />
movilidad <strong>de</strong>creciente <strong>de</strong>l eje <strong>de</strong>l río y la<br />
superficie <strong>de</strong> gravas (también en <strong>de</strong>clive,<br />
figura 6) tienen relación. La media <strong>de</strong> los<br />
24 movimientos <strong>de</strong>l cuadro 2 es <strong>de</strong> 6.5 m/<br />
año por movimiento. La cifra más alta (138<br />
m) correspon<strong>de</strong> al inci<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> 2002 que se<br />
estudia en <strong>de</strong>talle más tar<strong>de</strong>. Se ha intentado
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
123<br />
Figura 7. Comparación <strong>de</strong> los cauces a 21.2 km <strong>de</strong>l mar (mitad izquierda <strong>de</strong> la figura 5). A la <strong>de</strong>recha:<br />
ejes sucesivos y <strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong> puntos homólogos.<br />
sin éxito correlacionar las medidas <strong>de</strong>l cuadro<br />
2 con la pendiente <strong>de</strong>l lecho (i), el tamaño <strong>de</strong>l<br />
material aluvial (D 50<br />
) y el caudal dominante<br />
(Q), cuyas variaciones son pequeñas a lo largo<br />
<strong>de</strong>l bajo Fluvià. Tampoco hay correlación con<br />
la actividad hidrológica <strong>de</strong> cada periodo,<br />
esto es, con un caudal dominante mayor en<br />
las décadas húmedas (≈ 300 m 3 /s) que en<br />
las secas (≈ 140 m 3 /s), ni con las crecidas en<br />
cada década, por ejemplo, máximos <strong>de</strong> 1 600<br />
m 3 /s en el periodo 1957-71 pero sólo 1 200<br />
m 3 /s en el periodo 1971-87. Esto no significa<br />
que las crecidas y los caudales altos <strong>de</strong> cada<br />
año no produzcan los movimientos, sino que<br />
la agregación temporal en periodos <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n<br />
<strong>de</strong> una década, obligatoria por las fechas <strong>de</strong><br />
las fotos aéreas, es <strong>de</strong>masiado grosera para<br />
distinguir la relación entre el movimiento y el<br />
caudal que lo produce. A<strong>de</strong>más, la resistencia<br />
variable a la erosión <strong>de</strong> orillas <strong>de</strong>termina el<br />
porqué se mueve el cauce en un lugar y en<br />
cambio es inmóvil en otro. La gran movilidad<br />
<strong>de</strong>l bajo Fluvià, pese a tener una sensibilidad<br />
(i/D 50<br />
) menor, se <strong>de</strong>be a la erosionabilidad<br />
<strong>de</strong> las orillas. En los tramos superiores, <strong>de</strong><br />
sensibilidad mayor, esta movilidad en cambio<br />
es baja, quizá porque los <strong>de</strong>pósitos aluviales<br />
son <strong>de</strong> poca extensión o incluso porque aflora<br />
roca.<br />
El caso <strong>de</strong>l by-pass <strong>de</strong> un azud (presa<br />
<strong>de</strong>rivadora)<br />
La mitad <strong>de</strong>recha <strong>de</strong> la figura 5 es el lugar que<br />
ha tenido la mayor movilidad reciente (138 m,<br />
cuadro 2). La otra mitad es la ya representada<br />
en las figuras 7 y 8. En ellas se apreciaba la<br />
dinámica típica <strong>de</strong> un meandro: progresión<br />
hacia aguas abajo y profundización a través <strong>de</strong><br />
la llanura, con un estrangulamiento para volver<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
124<br />
Figura 8. Izquierda: catas granulométricas en el mismo lugar <strong>de</strong> la figura 7; 4: D50 = 22 mm: 4bis: 35 mm<br />
(cuadro 1); 4terc: 43 mm (bajo 60 cm <strong>de</strong> arena fina), que son prueba <strong>de</strong> que el cauce principal <strong>de</strong>l río<br />
discurrió por esos puntos. La edad <strong>de</strong> los árboles es coherente, confirma que en 1987 el río discurría<br />
por el lugar <strong>de</strong> los árboles muestreados, que dan en el trabajo <strong>de</strong> campo en 2009 una edad mayor<br />
<strong>de</strong> 15 años como media. Derecha: envolvente <strong>de</strong> todos los movimientos <strong>de</strong>l río Fluvià en las fotografías<br />
aéreas <strong>de</strong> medio siglo y límite geomorfológico <strong>de</strong> las terrazas erosionables (gentileza <strong>de</strong> Geoservei).<br />
Cuadro 2. Movimientos <strong>de</strong> maduración <strong>de</strong> meandros <strong>de</strong>l Fluvià en metros. La columna en negritas es el lugar<br />
<strong>de</strong> la figura 7 (sin el corte brusco) y la anterior el lugar <strong>de</strong> las figuras 9, 10 y 11.<br />
Periodo<br />
Distancia al mar (km)<br />
2.2 4.3 6 8 8.1 19.6 21.2 24 36.6 37 37.3 38.4 62.3<br />
Total (m)<br />
1945-1957 104 172 91 367<br />
1957-1971 54 65 70 129 35 37 41 43 120 594<br />
1971-1987 26 41 48 50 72 116 353<br />
1987-1996 34 92 51 177<br />
1996-2002 33 33<br />
2002-2008 138 72 210<br />
a un curso más recto en algún momento <strong>de</strong>l<br />
periodo 1971-87. La dinámica posterior causó<br />
la caída <strong>de</strong> la torre eléctrica. Es interesante<br />
señalar que las dos mita<strong>de</strong>s están separadas por<br />
un tramo rectilíneo <strong>de</strong> 250 m, cuya alineación<br />
se ha mantenido inalterada <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1957. Esto es
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
un ejemplo <strong>de</strong> cómo la resistencia a la erosión<br />
<strong>de</strong> orillas <strong>de</strong>termina la movilidad fluvial (la<br />
inmovilidad en este caso).<br />
La pequeña presa <strong>de</strong> la figura 5 (<strong>de</strong>recha)<br />
<strong>de</strong> unos 2 m <strong>de</strong> altura data <strong>de</strong> 1923. En mayo<br />
<strong>de</strong> 2002 se formó un nuevo cauce por la parte<br />
interior <strong>de</strong> la curva, que la <strong>de</strong>jó prácticamente<br />
abandonada (figura 9). Este curso no había sido<br />
nunca el <strong>de</strong>l río Fluvià, al menos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1957;<br />
esa zona fue un espeso bosque <strong>de</strong> ribera, que<br />
se había talado casi por completo, excepto<br />
sus contornos, como se aprecia en la foto <strong>de</strong><br />
1998. En la imagen <strong>de</strong> 2002, poco <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l<br />
corte, se ha recuperado el bosque que queda<br />
ahora en la margen <strong>de</strong>recha <strong>de</strong>l río. En 2008,<br />
el agua se dirige <strong>de</strong> nuevo a la presa <strong>de</strong>bido<br />
a la intervención <strong>de</strong>l propietario <strong>de</strong>l salto<br />
hidroeléctrico. La gran diferencia entre 2002 y<br />
2008 es aguas abajo <strong>de</strong> la obra: un corrimiento<br />
<strong>de</strong> la orilla <strong>de</strong>recha <strong>de</strong> 138 m y la formación <strong>de</strong><br />
un gran <strong>de</strong>pósito aluvial. Las fotos <strong>de</strong> la figura<br />
1 son precisamente <strong>de</strong> ese lugar.<br />
La causa <strong>de</strong>l corte fue sin duda la tala <strong>de</strong>l<br />
bosque. El <strong>de</strong>sbordamiento por la margen<br />
izquierda no encontró el freno <strong>de</strong> la vegetación.<br />
A<strong>de</strong>más, la pendiente por este curso es mucho<br />
mayor, no sólo por ser más recto, sino porque<br />
incorpora el <strong>de</strong>snivel concentrado en la presa.<br />
Es como una captura <strong>de</strong>l río por las ventajas <strong>de</strong><br />
una pendiente mayor y un terreno aluvial sin<br />
vegetación. Gracias a dos topografías (Mo<strong>de</strong>los<br />
Digitales <strong>de</strong>l Terreno o MDT) <strong>de</strong> 2003 y 2007,<br />
se pue<strong>de</strong> conocer mejor el comportamiento<br />
reciente <strong>de</strong>l gran <strong>de</strong>pósito aluvial. En el perfil<br />
longitudinal (figura 10) está ocurriendo una<br />
rápida acreción (subida <strong>de</strong> fondo aguas abajo<br />
<strong>de</strong>l azud). En 2003, la pendiente <strong>de</strong>l nuevo brazo<br />
era más <strong>de</strong>l triple (0.68%) que la <strong>de</strong> los tramos<br />
contiguos no afectados todavía por el corte (≈<br />
0.20%). De 2003 a 2007 hay una basculación <strong>de</strong>l<br />
perfil (<strong>de</strong> 0.68 a 0.44%). Este proceso no se ha<br />
acabado, seguirá con acreción abajo y erosión<br />
remontante hacia arriba hasta un equilibrio<br />
futuro con una pendiente más uniforme. En<br />
una sección transversal por el centro <strong>de</strong>l gran<br />
<strong>de</strong>pósito aluvial (figura 10) se ve cómo la<br />
acreción crea el gran <strong>de</strong>pósito, al mismo tiempo<br />
que la orilla <strong>de</strong>recha retroce<strong>de</strong>. La acreción<br />
es <strong>de</strong> 1.1 m en la cota <strong>de</strong>l thalweg, el cual ha<br />
saltado <strong>de</strong>l lado izquierdo al lado <strong>de</strong>recho <strong>de</strong><br />
la barra. La orilla seguirá erosionándose en el<br />
futuro.<br />
El gran <strong>de</strong>pósito presenta formas <strong>de</strong><br />
fondo <strong>de</strong> varias dimensiones y tamaños <strong>de</strong><br />
grano, a veces superpuestas, prueba <strong>de</strong> la<br />
gran actividad sedimentaria reciente. Las<br />
más gran<strong>de</strong>s son las barras, sobre las que se<br />
i<strong>de</strong>ntifican láminas (bedload sheets), dunas e<br />
incluso antidunas (figura 11). Las láminas se<br />
crean por el transporte <strong>de</strong> material fino cuando<br />
el flujo no es capaz <strong>de</strong> mover todos los tamaños,<br />
por ejemplo durante el <strong>de</strong>scenso <strong>de</strong> la crecida<br />
que formó las barras. Las dunas, poco comunes<br />
en ríos <strong>de</strong> grava como el Fluvià, aparecen<br />
aisladas, a veces ro<strong>de</strong>ando a la vegetación, son<br />
<strong>de</strong> gran altura y constituidas por grava gruesa<br />
sin arena (figura 11). También son raras en ríos<br />
<strong>de</strong> grava las antidunas y aún más raro que se<br />
conserven tras la crecida, como el tren <strong>de</strong> unas<br />
ocho ondas <strong>de</strong> ½ m <strong>de</strong> altura <strong>de</strong> la figura 11.<br />
Pudieron formarse en el <strong>de</strong>scenso <strong>de</strong> la crecida<br />
por el <strong>de</strong>sagüe rápido, en régimen supercrítico,<br />
<strong>de</strong> la parte alta <strong>de</strong>l cauce hacia el thalweg más<br />
hondo (ver figura 10). Finalmente, las barras<br />
son las formas <strong>de</strong> mayores dimensiones<br />
(macroformas), <strong>de</strong> frente semejante a las dunas<br />
(mesoformas), pero guardando relación con<br />
la anchura <strong>de</strong>l cauce, no con el calado, y son<br />
precursoras <strong>de</strong> la formación <strong>de</strong> meandros.<br />
Las conforman flujos elevados, mientras en<br />
aguas bajas se convierten en islas o <strong>de</strong>pósitos<br />
<strong>de</strong> interior <strong>de</strong> curva (point bar). En el lugar <strong>de</strong><br />
estudio se observaban varias barras con frentes<br />
<strong>de</strong> onda bien diferenciados.<br />
Las formas <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong>scritas clasifican<br />
el material por tamaños. Las tres catas adicionales<br />
para el análisis granulométrico <strong>de</strong>l<br />
gran <strong>de</strong>pósito (figura 11) confirmaron que en<br />
el exterior <strong>de</strong> la suave curva (3: D 50<br />
= 21 mm,<br />
valor en el cuadro 1) y en las partes altas <strong>de</strong>l<br />
<strong>de</strong>pósito (3bis: D 50<br />
= 45.5 mm), el material<br />
aluvial es algo más grueso que en el interior<br />
<strong>de</strong> la curva (3terc: 16.5 mm). El contenido <strong>de</strong><br />
arena es <strong>de</strong>l 10-23% solamente, por lo que la<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
125
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
126<br />
Figura 9. Evolución <strong>de</strong>l meandro junto a la presa <strong>de</strong>rivadora (azud) (mitad <strong>de</strong>recha <strong>de</strong> la figura 5, a 19.6 km <strong>de</strong>l mar),<br />
en 1998, 2002 y 2008. Se señalan el bosque <strong>de</strong> ribera y las barras.<br />
Cota (m)<br />
37<br />
Tramo corte meandro<br />
43<br />
by-pass nuevo cauce<br />
Perfil 2003<br />
35<br />
i 2003 = 0.0068 m/m<br />
Perfil 2007<br />
41<br />
Sección transversal 2003<br />
39<br />
Sección transversal 2007<br />
33<br />
i 2007<br />
= 0.0044 m/m<br />
37<br />
35<br />
31<br />
3 bis<br />
3 terc<br />
i 2007 = 0.0022 m/m<br />
Azud<br />
33<br />
3<br />
29<br />
Centro<br />
31<br />
barra Final<br />
i 2003<br />
= 0.0020 m/m<br />
barra<br />
27<br />
29<br />
3 000 3 200 3 400 3 600 3 800 4 000 4 200 4 400 4 600 4 800 5 000 175 225 275 325 375 425<br />
Coor<strong>de</strong>nada longitudinal (m)<br />
Coor<strong>de</strong>nada transversal (m)<br />
Figura 10. Perfil longitudinal con rectas <strong>de</strong> regresión (izquierda) y secciones transversales (<strong>de</strong>recha) en el centro<br />
<strong>de</strong> la zona <strong>de</strong>l gran <strong>de</strong>pósito (“barra”), en 2003 y 2007, señalando tres catas realizadas.<br />
grava es la que da estructura al lecho, mientras<br />
la arena ocupa parcialmente los huecos. Esto<br />
es especialmente cierto en las áreas <strong>de</strong> acreción<br />
más reciente. También se tomaron cuatro<br />
muestras superficiales <strong>de</strong> cien partículas cada<br />
una, por el método <strong>de</strong> pasos (o <strong>de</strong> Wolman),<br />
resultando Dm = 36, 43, 36 y 43 mm (figura<br />
11). Pese a que, juzgando por la vista, el gran<br />
<strong>de</strong>pósito <strong>de</strong>l Fluvià parece estar acorazado,<br />
la comparación rigurosa entre las muestras
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
127<br />
Figura 11. Fotos, en or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> izquierda a <strong>de</strong>recha, y <strong>de</strong> arriba a abajo: láminas <strong>de</strong> material fino sobre una barra;<br />
frente <strong>de</strong> una duna <strong>de</strong> grava sin arena, cuyo talud es el ángulo <strong>de</strong> reposo; tren <strong>de</strong> antidunas y frente <strong>de</strong> una barra<br />
(fotos tomadas el 29 <strong>de</strong> octubre <strong>de</strong> 2009). En el plano <strong>de</strong> planta se sitúan las formas, las tres catas con sus resultados<br />
(3, 3bis, 3terc) y los valores D 50<br />
<strong>de</strong> las muestras superficiales.<br />
superficiales y las <strong>de</strong> las catas prueba que no<br />
hay acorazamiento.<br />
Estimación <strong>de</strong>l transporte sólido<br />
La capacidad <strong>de</strong> transporte sólido se pue<strong>de</strong><br />
evaluar por medio <strong>de</strong> fórmulas <strong>de</strong> transporte.<br />
El gran <strong>de</strong>pósito es apropiado para esta<br />
evaluación porque es un área muy activa. Se<br />
toma la zona <strong>de</strong>l centro <strong>de</strong>l gran <strong>de</strong>pósito,<br />
en don<strong>de</strong> la granulometría es conocida con<br />
<strong>de</strong>talle, simplificando la sección transversal<br />
correspondiente a 2007 (figura 10), porque nos<br />
conformamos con evaluar el or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> magnitud<br />
<strong>de</strong> esta capacidad. En el mismo sentido,<br />
se utiliza régimen uniforme con rugosidad en<br />
función <strong>de</strong>l tamaño D 90<br />
<strong>de</strong>l promedio <strong>de</strong> las<br />
granulometrías. De las innumerables fórmulas<br />
<strong>de</strong> transporte, <strong>de</strong> resultados dispares entre<br />
sí, elegimos la <strong>de</strong> Wilcock y Crowe (Parker,<br />
2008), que calcula el transporte por fracciones,<br />
teniendo en cuenta el efecto <strong>de</strong> exposiciónocultamiento,<br />
propio <strong>de</strong> lechos con grano muy<br />
variado, y el efecto <strong>de</strong>l contenido <strong>de</strong> arena. Por<br />
otro lado, se elabora la curva <strong>de</strong> frecuencia <strong>de</strong><br />
caudales <strong>de</strong> un año y medio, a partir <strong>de</strong> los<br />
datos <strong>de</strong> la estación <strong>de</strong> aforos más próxima.<br />
Para los siete primeros días <strong>de</strong>l año y para<br />
tamaños entre 1 y 200 mm, el transporte sólido<br />
en m 3 /s se representa en la figura 12. La suma<br />
resulta en lo que se muestra en el cuadro 3 y la<br />
figura 12.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
10 -2<br />
10 -4<br />
Qs Caudal sólido (m 3 /s)<br />
10 -6<br />
10 -8<br />
10 -10<br />
Q1<br />
Q2<br />
Q3<br />
Q4<br />
Q5<br />
Q6<br />
Q7<br />
10 -12 10 -1 10 0 10 1 10 2<br />
Di (mm)<br />
128<br />
Figura 12. Caudal sólido (m 3 /s), or<strong>de</strong>nada en escala logarítmica en función <strong>de</strong> D (mm), también en escala<br />
logarítmica para los siete primeros caudales característicos Q1...Q7, según la fórmula <strong>de</strong> Wilcock y Crowe.<br />
Cuadro 3. Caudales sólidos en m 3 /día para el caudal Q1... Q7, los siete primeros <strong>de</strong> la curva <strong>de</strong> frecuencia <strong>de</strong> caudales,<br />
calculados mediante la expresión <strong>de</strong> Wilcock y Crowe.<br />
Q 1<br />
Q 2<br />
Q 3<br />
Q 4<br />
Q 5<br />
Q 6<br />
Q 7<br />
Total<br />
Q (m 3 /s) 213.3 102.2 74.1 56.5 47.7 42.1 36.5<br />
Q s<br />
(m 3 /día) 546 92.9 37.4 16.0 9.1 5.8 3.4 711 m 3<br />
Para tener un intervalo <strong>de</strong> valores, se ha<br />
repetido el cálculo con la sección por el lugar<br />
<strong>de</strong> máxima pendiente <strong>de</strong>l <strong>de</strong>pósito (a la altura<br />
<strong>de</strong> la presa <strong>de</strong>rivadora), resultando 8 000 m 3 .<br />
El intervalo 700-8 000 m 3 /año es la estimación<br />
basada en el <strong>de</strong>pósito más importante <strong>de</strong>l<br />
bajo Fluvià (siendo la pendiente que da 8 000<br />
m 3 local y excepcionalmente elevada). Esta<br />
cifra significa que si al tramo llega suficiente<br />
material grueso, saldrá una cifra <strong>de</strong> este or<strong>de</strong>n<br />
<strong>de</strong> magnitud. El material fino en suspensión no<br />
entra en esta evaluación. La cifra es una media<br />
anual porque surge <strong>de</strong> la curva <strong>de</strong> frecuencia<br />
<strong>de</strong> caudales, es <strong>de</strong>cir, no tiene en cuenta los<br />
eventos extraordinarios.<br />
La movilidad <strong>de</strong>l bajo Fluvià, en particular<br />
el lugar <strong>de</strong>l corte <strong>de</strong>l meandro, nos ofrece otra<br />
posibilidad <strong>de</strong> estimación <strong>de</strong>l caudal sólido.<br />
Una curva en planta se mueve porque la<br />
orilla exterior ce<strong>de</strong> (se erosiona) y al mismo<br />
tiempo la barra interior crece (figura 13). Si a<br />
la curva entra un caudal sólido Q s1<br />
y <strong>de</strong> ella<br />
sale un caudal Q s2<br />
, hay equilibrio si Q s1<br />
= Q s2<br />
.<br />
Si el fondo no sube ni baja, este equilibrio se<br />
sigue respetando aunque se mueva la planta,<br />
siempre que los volúmenes <strong>de</strong> erosión (V 2<br />
) y<br />
sedimentación (V 1<br />
) sean iguales. La carga Q s2<br />
se nutre <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong> erosión V 2<br />
, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l<br />
transporte <strong>de</strong>l río; análogamente, la carga Q s1<br />
alimenta al volumen <strong>de</strong> acreción V 1<br />
, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
Erosión<br />
orilla<br />
A<br />
V1<br />
Crecimiento<br />
q<br />
barra<br />
s2<br />
A’<br />
L<br />
V2<br />
B<br />
q s1<br />
A’<br />
B<br />
e<br />
A<br />
h<br />
B<br />
Figura 13. Croquis para relacionar el volumen perdido en orillas y ganado en barras con el transporte sólido <strong>de</strong> un río.<br />
Tomado <strong>de</strong> Martín-Vi<strong>de</strong> (2006).<br />
contribuir a este transporte. El caso límite es si<br />
Q s1<br />
se queda al 100% en la barra y Q s2<br />
proviene<br />
al 100% <strong>de</strong> la orilla. Entonces Q s1<br />
= V 1<br />
y Q s2<br />
= V 2<br />
(dividiendo los volúmenes por el tiempo). En<br />
general, será Q s1<br />
> V 1<br />
y Q s2<br />
> V 2<br />
(í<strong>de</strong>m), o sea,<br />
una parte <strong>de</strong> lo que sale circula sin interactuar<br />
ni con la barra ni con la orilla. En conclusión, V 1<br />
y V 2<br />
son cotas inferiores <strong>de</strong>l caudal sólido.<br />
Se aplica este método al gran <strong>de</strong>pósito<br />
mediante seis secciones transversales <strong>de</strong> las<br />
topografías <strong>de</strong> 2003 y 2007 (la cuarta <strong>de</strong> ellas<br />
es la figura 10, <strong>de</strong>recha). El resultado (véase<br />
cuadro 4) da sumas V 1<br />
= 15 200 m 3 <strong>de</strong> acreción y<br />
V 2<br />
= 14 400 m 3 <strong>de</strong> erosión, muy parecidas entre<br />
sí. Aceptando V 1<br />
= V 2<br />
= 15 000 m 3 y dividiendo<br />
por los 51 meses transcurridos entre las dos<br />
topografías, resulta Q s<br />
> 3 500 m 3 /año. Esta<br />
cifra, que se encuentra <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l intervalo<br />
700-8 000 m 3 , pue<strong>de</strong> compararse también con<br />
el volumen acumulado en los dos embalses<br />
mayores a lo largo <strong>de</strong> ochenta años, que resulta<br />
<strong>de</strong> 350 000 / 80 = 4 375 m 3 /año (o 3 125 m 3 /<br />
año si se computa sólo el embalse superior),<br />
también <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l mismo intervalo. Una<br />
diferencia <strong>de</strong> esta última estimación es que los<br />
embalses contienen sin duda material grueso<br />
traído por las crecidas <strong>de</strong> caudal mayor que Q 1<br />
.<br />
Restauración <strong>de</strong> un meandro canalizado<br />
La figura 14 es el croquis <strong>de</strong>l tramo <strong>de</strong>l río<br />
Fluvià cercano a la <strong>de</strong>sembocadura, lugar<br />
<strong>de</strong> las dos mayores canalizaciones con corte<br />
<strong>de</strong> meandros. La atención se centra en la <strong>de</strong><br />
aguas arriba (<strong>de</strong> 1987) a 8 km <strong>de</strong>l mar, cuya<br />
restauración es más viable. Antes <strong>de</strong> 1987, este<br />
meandro en forma <strong>de</strong> S (meandro 2) había<br />
tenido movimiento <strong>de</strong> maduración (91 + 70<br />
+ 41 m, cuadro 2) y un <strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong>l<br />
conjunto hacia la izquierda. No tuvo en cambio<br />
movimiento <strong>de</strong> progresión, lo que se <strong>de</strong>be<br />
relacionar con el punto final <strong>de</strong> la S, fijo y <strong>de</strong><br />
curvatura anormalmente elevada, señal <strong>de</strong> un<br />
material no erosionable. La canalización acortó<br />
en 810 m el curso mediante un arco <strong>de</strong> círculo<br />
<strong>de</strong> gran radio, <strong>de</strong>scentrado con respecto a la S,<br />
<strong>de</strong> modo que se pue<strong>de</strong> confundir con el corte<br />
<strong>de</strong> un solo lóbulo, gran<strong>de</strong>, el izquierdo. El canal<br />
construido tiene 120 m <strong>de</strong> anchura y bordos<br />
revestidos <strong>de</strong> escollera. Se excavó el fondo <strong>de</strong>l<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 2 m. Parece ser que estas excavaciones<br />
se han repetido <strong>de</strong>spués para mantenimiento<br />
y extracción <strong>de</strong> áridos. Un nuevo puente<br />
sobre el Fluvià se ejecutó en combinación con<br />
la canalización. El cauce antiguo sólo se ha<br />
Cuadro 4. Volúmenes <strong>de</strong> erosión y acreción en el gran <strong>de</strong>pósito entre 2003 y 2007.<br />
Sección ← Aguas abajo Aguas arriba →<br />
Erosión (m 3 ) 1 500 7 900 5 000<br />
Acreción (m 3 ) 4 400 700 10 100<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
129
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
Figura 14. Croquis general <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> las dos canalizaciones <strong>de</strong> meandros. Para la toponimia (a, b,..), ver la Nota final.<br />
130<br />
rellenado en la intersección con los terraplenes<br />
<strong>de</strong> esta nueva vía, pero en el área <strong>de</strong> los antiguos<br />
meandros se extraen áridos. Completando el<br />
cuadro, fue necesario construir una traviesa<br />
para que el rebaje <strong>de</strong> 2 m <strong>de</strong> la canalización no<br />
se propagara aguas arriba.<br />
La administración hidráulica se interesaba<br />
en dos acciones: recuperar el gran lóbulo (izquierdo)<br />
<strong>de</strong> la S y <strong>de</strong>moler la traviesa, obstáculo<br />
para la continuidad fluvial y para los peces. El<br />
lugar <strong>de</strong> esta restauración es comparable en<br />
dinámica fluvial al sitio <strong>de</strong>l corte acci<strong>de</strong>ntal<br />
a unos 20 km <strong>de</strong>l mar (tal y como se ha visto<br />
en el apartado titulado “El caso <strong>de</strong>l by-pass<br />
<strong>de</strong> un azud (presa <strong>de</strong>rivadora)”), ya que ni la<br />
pendiente, ni el tamaño <strong>de</strong> grano ni el caudal<br />
dominante cambian apreciablemente en los<br />
12 km que los separan. Dos observaciones<br />
morfodinámicas <strong>de</strong> aquel inci<strong>de</strong>nte <strong>de</strong> 2002<br />
son útiles para analizar la restauración. Si un<br />
<strong>de</strong>snivel concentrado en el perfil (el azud)<br />
se libera, la dinámica fluvial se reactiva<br />
fuertemente. En segundo lugar, en estas<br />
condiciones, si la corriente lleva una dirección<br />
inci<strong>de</strong>nte sobre una orilla, incluso sólo<br />
ligeramente, produce una gran erosión. Las<br />
llanuras en el lugar <strong>de</strong> la restauración son por<br />
cierto erosionables, excepto puntos singulares,<br />
como prueba la movilidad <strong>de</strong> los meandros<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1957 hasta 1987.<br />
Si se aspira a una restauración i<strong>de</strong>al<br />
(integral), el cauce <strong>de</strong>bería recuperar esos 2 m<br />
<strong>de</strong> cota que perdió. Entonces, la <strong>de</strong>molición<br />
<strong>de</strong> la traviesa no tendría mucho sentido, ya<br />
que al final quedaría enterrada. No obstante,<br />
como obstáculo presente, hay que tener<br />
dos precauciones si se elimina: su <strong>de</strong>snivel<br />
concentrado <strong>de</strong> 2 m se incorporaría a la<br />
pendiente transitoria <strong>de</strong>l fondo, activando la<br />
dinámica fluvial y exigiendo <strong>de</strong> las orillas, no<br />
bien alineadas con la corriente, una resistencia<br />
mayor (que sobra, seguramente, gracias al<br />
revestimiento <strong>de</strong> escollera); por otro lado,<br />
<strong>de</strong>saparecida la barrera, el <strong>de</strong>scenso <strong>de</strong> 2 m<br />
<strong>de</strong>l fondo se propagaría aguas arriba como<br />
incisión. Para amortiguar este problema<br />
con algo que no sea una nueva traviesa, es<br />
interesante recuperar otro brazo <strong>de</strong>l río cortado<br />
más aguas arriba (meandro 3, figura 14), ya<br />
que dos cauces en vez <strong>de</strong> uno contrarrestan<br />
la incisión. Finalmente, no hay que temer<br />
una acreción, que se presentaría aguas abajo<br />
<strong>de</strong>bido al volumen aluvial liberado al eliminar<br />
la traviesa, porque es poco volumen, y sin
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
embargo sí hay que prestar atención al efecto<br />
<strong>de</strong>l rebaje <strong>de</strong> 2 m sobre los niveles freáticos.<br />
El antiguo cauce <strong>de</strong>l lóbulo izquierdo <strong>de</strong>l<br />
meandro en S sigue hoy elevado ≈ 2 m con<br />
respecto al actual río canalizado. A<strong>de</strong>más, la<br />
intersección <strong>de</strong>l canal y el lóbulo izquierdo<br />
forma un ángulo que hay que evitar, según la<br />
conclusión sobre corrientes inci<strong>de</strong>ntes extraída<br />
<strong>de</strong>l caso <strong>de</strong>l by-pass (y no caer en obras para<br />
forzar ese cambio brusco <strong>de</strong> dirección) (figura<br />
14). Estas dos dificulta<strong>de</strong>s apuntan, por suerte,<br />
al mismo problema: restaurando también el<br />
lóbulo <strong>de</strong>recho e iniciando la actuación lo<br />
bastante arriba, se consiguen salvar los 2 m<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>snivel y trazar una entrada tangente. Por<br />
tanto, una restauración <strong>de</strong> toda la S original<br />
es también técnicamente lo mejor, a<strong>de</strong>más<br />
<strong>de</strong> ser lo recomendable ambientalmente. Si,<br />
pese a todo, persiste un <strong>de</strong>snivel en la toma<br />
<strong>de</strong>l cauce restaurado, se pue<strong>de</strong> estudiar un<br />
ensanchamiento para fomentar la subida<br />
natural <strong>de</strong>l fondo, gracias al transporte sólido<br />
<strong>de</strong>l Fluvià. Otras medidas imprescindibles para<br />
la restauración <strong>de</strong> la S son el <strong>de</strong>splazamiento<br />
<strong>de</strong>l bordo actual para abrazar por fuera<br />
los viejos meandros, y la modificación o<br />
permeabilización <strong>de</strong>l puente, sin duda al menos<br />
abriendo un vano en el terraplén <strong>de</strong>recho.<br />
También hay que señalar el valor <strong>de</strong> que el<br />
meandro volviera a tener cierta movilidad. El<br />
proyecto se pue<strong>de</strong> refinar si a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l cauce<br />
restaurado se mantiene el canal, a modo <strong>de</strong><br />
alivia<strong>de</strong>ro <strong>de</strong> crecidas, para dar más seguridad<br />
frente al riesgo <strong>de</strong> inundación. La S atravesada<br />
por el arco <strong>de</strong> círculo daría así la figura <strong>de</strong> un<br />
8. Este esquema merece un estudio <strong>de</strong> <strong>de</strong>talle.<br />
Conclusión<br />
Se han distinguido algunos rasgos <strong>de</strong> la dinámica<br />
fluvial <strong>de</strong> un río <strong>de</strong> gravas (el<br />
Fluvià). Las fuentes <strong>de</strong> información han sido<br />
fotografía aérea, MDT, batimetría sumaria y<br />
granulometrías. Tres enfoques indirectos sobre<br />
el transporte <strong>de</strong> fondo (cálculo con una fórmula,<br />
erosión <strong>de</strong> orilla y sedimentación en embalses)<br />
apuntan a estimar el transporte sólido <strong>de</strong> fondo<br />
en unos 5 000 m 3 /año. Por otro lado, la planta<br />
<strong>de</strong>l cauce en el tramo bajo se ha movido en<br />
muchos sitios (hasta en nueve curvas, durante<br />
una década) con un <strong>de</strong>splazamiento medio <strong>de</strong><br />
6.5 m/año por curva. Sin embargo, a juzgar por<br />
la superficie <strong>de</strong> las barras aluviales, y también<br />
por la movilidad <strong>de</strong>l tramo bajo, esta actividad<br />
dinámica está <strong>de</strong>clinando en los últimos años.<br />
Es posible, no obstante, que una avenida fuerte<br />
“reavive” un poco el río, como ya se ha visto<br />
en el pasado. Parece que el <strong>de</strong>clive no se pue<strong>de</strong><br />
atribuir a las numerosas presas pequeñas, porque<br />
todas fueron construidas antes <strong>de</strong> 1930,<br />
aunque no se sabe el tiempo necesario para<br />
alcanzar el equilibrio correspondiente.<br />
Las dos mayores presas, bastante llenas<br />
<strong>de</strong> sedimento, pue<strong>de</strong>n ser sobrepasadas por<br />
el transporte sólido <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> una gran<br />
crecida (al menos sus tamaños menos gruesos).<br />
A<strong>de</strong>más, estas barreras parecen haber causado<br />
una discontinuidad en la granulometría, ya<br />
que aguas abajo los tamaños aluviales son algo<br />
mayores. En cuanto a gestión <strong>de</strong>l sedimento,<br />
quizá es mejor esperar a que los embalses se<br />
llenen <strong>de</strong>l todo e influyan así lo mínimo antes<br />
que aplicar una política <strong>de</strong> evacuación <strong>de</strong>l<br />
sedimento contenido en ellos. La movilidad<br />
<strong>de</strong> las curvas y los meandros <strong>de</strong>l tramo abajo<br />
seguirá existiendo, controlada siempre por la<br />
erosionabilidad <strong>de</strong> las terrazas. Se piensa que la<br />
sensibilidad mayor <strong>de</strong>l tramo superior (tamaño<br />
relativamente más fino) no se manifiesta en<br />
movilidad en planta <strong>de</strong>bido a la misma causa<br />
(baja erosionabilidad).<br />
La restauración fluvial <strong>de</strong>seada, cuya<br />
problemática se <strong>de</strong>scribe en el texto, pue<strong>de</strong><br />
sacar provecho <strong>de</strong> todas estas conclusiones.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Los autores agra<strong>de</strong>cen la fluida colaboración y el apoyo<br />
brindado por el equipo <strong>de</strong> planificación <strong>de</strong>l río Fluvià,<br />
tanto <strong>de</strong> la Agencia Catalana <strong>de</strong>l Agua como <strong>de</strong> la unión<br />
temporal <strong>de</strong> empresas ABM-Geoservei, adjudicataria<br />
<strong>de</strong> los trabajos, en particular a Marc Ribalta <strong>de</strong> ABM y al<br />
especialista en geomorfología Joan Solà <strong>de</strong> Geoservei.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
131
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
132<br />
Nota final. Toponimia en las figuras 2 y 3.<br />
a: la Vall d’en Bas.<br />
b: el Riudaura.<br />
c: riera <strong>de</strong> Bianya.<br />
d: el Llierca.<br />
e: el Ser.<br />
f: el riu Fluvià.<br />
Azu<strong>de</strong>s (presas <strong>de</strong>rivadoras) principales:<br />
Serinyà el superior y Martís el inferior. Azud<br />
más aguas abajo: Garrigàs.<br />
Estación <strong>de</strong> aforos: Esponellà.<br />
Canalizaciones en or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte a la<br />
<strong>de</strong>sembocadura: Ventallò, Torroella <strong>de</strong> Fluvià y<br />
Sant Pere Pescador.<br />
Referencias<br />
Recibido: 09/11/10<br />
Aceptado: 30/03/12<br />
ALVARADO-ANCIETA, C. y ETTMER, B. Morfología<br />
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Ingeniería hidráulica en México. Vol. XXIII, núm. 4, octubrediciembre<br />
<strong>de</strong> 2008, pp. 69-90.<br />
CHANG, H.H. Fluvial Processes in River Engineering. New<br />
York: John Wiley and Soins, 1988.<br />
GRACIA-SÁNCHEZ, J. y MAZA-ÁLVAREZ, J.A.<br />
Morfología <strong>de</strong> Ríos. Capítulo 11. Manual <strong>de</strong> Ingeniería <strong>de</strong><br />
Ríos. Publicación 590. México, D.F.: Instituto <strong>de</strong> Ingeniería<br />
<strong>de</strong> la UNAM, 1997.<br />
JIONGXIN, X. Evolution of mid-channel bars in a brai<strong>de</strong>d<br />
river and complex response to reservoir construction. An<br />
example from the middle Hanjiang river, China. Earth<br />
Surface Processes and Landforms. Vol. 22, 1997, pp. 953-965.<br />
KLINGEMAN, P.C., BESCHTA, R.L., KOMAR, P.D., and<br />
BRADLEY, J.B. Gravel-Bed Rivers in the Environment.<br />
Littleton, USA: Water Resources Publications, 1998.<br />
MARTÍN-VIDE, J.P. Ingeniería <strong>de</strong> Ríos. Barcelona: Ediciones<br />
UPC, 2006, 381 pp.<br />
MAZA-ÁLVAREZ, J.A. Erosión en ríos y obras <strong>de</strong> protección.<br />
Capítulo 13. Manual <strong>de</strong> Ingeniería <strong>de</strong> Ríos. Publicación 590.<br />
México, D.F.: Instituto <strong>de</strong> Ingeniería <strong>de</strong> la UNAM, 1997.<br />
PARKER, G. Transport of Gravel and Sediment Mixtures.<br />
Chapter 3. Sedimentation Engineering. Processes,<br />
measurements, mo<strong>de</strong>ling and practice. García, M.H. (editor).<br />
Reston, USA: ASCE, 2008.
Martín-Vi<strong>de</strong> et al., Estudio <strong>de</strong> la dinámica morfológica <strong>de</strong>l río Fluvià. Alcances y métodos frente a la escasez <strong>de</strong> datos<br />
Abstract<br />
MARTÍN-VIDE, J.P., RODRÍGUEZ-MÁÑEZ, E., FERRER-BOIX, C., NÚÑEZ-<br />
GONZÁLEZ, F. & MARUNY-VILALTA, D. Morphodynamic study of the Fluvia River.<br />
Scope and methods in light of data scarcity. Water Technology and Sciences (in Spanish).<br />
Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp. 115-133.<br />
Although the use of fluvial dynamics (morphodynamics) is increasingly used in the<br />
planning of rivers, the aims, scope and methods of morphodynamic studies have not been<br />
<strong>de</strong>veloped. The restoration of mean<strong>de</strong>rs cut by channels is planned for the Fluvia River in<br />
Catalonia (northeastern Iberian Peninsula), which is notably mobile. This papers explains<br />
what the morphodynamic study of this river involves, consi<strong>de</strong>ring the scarcity of resources.<br />
This study analyzed the longitudinal profile of the river, the role of some of the diverter<br />
dams on the fluvial dynamics, the availability of gravel on the alluvial bars, the mean<strong>de</strong>r<br />
migration and the bedload transport capacity. A single occurrence of a mean<strong>de</strong>r cut-off was<br />
also analyzed as well as the morphodynamic risks of restoration.<br />
Keywords: fluvial morphodynamics, Fluvia River, river restoration, sediment transport,<br />
bedload, sediment, mean<strong>de</strong>r, mean<strong>de</strong>r cut-off.<br />
133<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dr. Juan Pedro Martín Vi<strong>de</strong><br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña<br />
Departamento <strong>de</strong> Ingeniería Hidráulica Marítima y<br />
Ambiental<br />
C. Jordi Girona 31<br />
08034 Barcelona, España<br />
Teléfono: +34 (93) 4016 476 y 4016 200<br />
juan.pedro.martin@upc.edu; vi<strong>de</strong>@grahi.upc.edu<br />
Ing. Eduard Rodríguez Máñez<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña y ABM Serveis<br />
d’Enginyeria i Consulting, S.L.<br />
Departamento <strong>de</strong> Ingeniería Hidráulica<br />
Calle Jordi Girona 1-3. D1, 2ª planta, Av. Països Catalans 50<br />
17457 Riu<strong>de</strong>llots <strong>de</strong> la Selva, Girona, España<br />
Teléfonos: +34 (66) 9061 917, (93) 4016 476 y 4054 155<br />
erodriguez@abmJG.com<br />
eduard.rodriguez.manez@upc.edu<br />
edurodma@hotmail.com<br />
Dr. Carles Ferrer Boix<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña<br />
Departamento <strong>de</strong> Ingeniería Hidráulica Marítima y<br />
Ambiental<br />
C. Jordi Girona núm. 1-3<br />
08034 Barcelona, España<br />
Teléfono: +34 (93) 4016 476 y 4054 155<br />
carles.ferrer@upc.edu<br />
Dr. Francisco Núñez González<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Cataluña<br />
Departamento <strong>de</strong> Ingeniería Hidráulica- Marítima y<br />
Ambiental<br />
C. Jordi Girona núm. 1-3<br />
08034 Barcelona, España<br />
Teléfono: +34 (93) 4016 476 y 4054 155<br />
fngon@yahoo.com<br />
Ing. David Maruny Vilalta<br />
ABM Serveis d’Enginyeria i Consulting, S.L.<br />
Av. Països Catalans 50<br />
17457 Riu<strong>de</strong>llots <strong>de</strong> la Selva, Girona, España<br />
Teléfono: +34 (97) 2477 718<br />
Fax: +34 (97) 2478 014<br />
dmaruny@abmgroup.net<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Río Fluvià en Cataluña, España. Barra <strong>de</strong> gravas.<br />
Foto: Francisco Núñez González.
Nota técnica<br />
Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos<br />
<strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la<br />
zona central <strong>de</strong> Chile<br />
• José Luis Arumí-Ribera • Diego Andrés Rivera-Salazar •<br />
Universidad <strong>de</strong> Concepción, Chile<br />
• Alfonso Rougier-Herrera •<br />
Ministerio <strong>de</strong> Obras Públicas, Chile<br />
• Ricardo Díaz-Borquez •<br />
Prisma Ingeniería, Chile<br />
Resumen<br />
Durante el verano <strong>de</strong>l año 2008 se <strong>de</strong>sarrolló un estudio para estimar las pérdidas<br />
<strong>de</strong> agua <strong>de</strong> riego <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín, Chile, que se producen por infiltración<br />
y evaporación en dos tramos <strong>de</strong> los ríos Polcura y Laja que son utilizados para<br />
conducir dichas aguas. Para evaluar las pérdidas por infiltración se utilizó un<br />
mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> balance hídrico mensual que incluye, mediante ecuaciones específicas,<br />
los procesos <strong>de</strong> infiltración y evaporación en los tramos <strong>de</strong> río. Este mo<strong>de</strong>lo se<br />
parametrizó usando datos <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong> infiltración en el lecho <strong>de</strong>l río, medidos<br />
durante una campaña <strong>de</strong> terreno, y se calibró usando datos históricos <strong>de</strong> caudales.<br />
Las pérdidas <strong>de</strong> conducción <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong> riego son <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l 4.5 al 2.8% <strong>de</strong>l<br />
caudal <strong>de</strong>scargado al sistema.<br />
135<br />
Palabras clave: infiltración en cauces, evaporación en cauces, interacción <strong>de</strong> aguas<br />
superficiales subterráneas, canales <strong>de</strong> riego.<br />
Introducción<br />
El Sistema <strong>de</strong> Riego Laja Diguillín (SRLD) es<br />
un proyecto que consiste en la construcción<br />
<strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> canales matrices que conectan<br />
cauces naturales para conducir aguas <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la<br />
Laguna <strong>de</strong>l Laja a un nuevo distrito <strong>de</strong> riego <strong>de</strong><br />
aproximadamente 40 000 hectáreas, ubicado al<br />
sur <strong>de</strong> la ciudad <strong>de</strong> Chillán, Chile (figura 1).<br />
Sin embargo, el proyecto ha causado polémica<br />
<strong>de</strong>bido a que trasvasa aguas <strong>de</strong> la cuenca <strong>de</strong>l<br />
río Laja, que pertenece a la cuenca <strong>de</strong>l río<br />
Biobío, para regar una zona que pertenece a la<br />
cuenca <strong>de</strong>l río Itata. La población <strong>de</strong> la cuenca<br />
<strong>de</strong>l Biobío se consi<strong>de</strong>ra afectada, aduciendo<br />
que la construcción <strong>de</strong> este canal reducirá la<br />
disponibilidad <strong>de</strong> agua en la parte baja <strong>de</strong>l río<br />
Laja y <strong>de</strong>l río Biobío, impactando directamente<br />
a la ciudad <strong>de</strong> Concepción. En respuesta a<br />
esto, la autoridad plantea que los <strong>de</strong>rechos<br />
<strong>de</strong> agua usados por el canal provienen <strong>de</strong><br />
la acumulación <strong>de</strong> aguas invernales en la<br />
laguna <strong>de</strong>l Laja y que por ello no se afectará la<br />
disponibilidad <strong>de</strong> agua en el verano.<br />
La gran sensibilidad <strong>de</strong> la comunidad frente<br />
a este proyecto ha motivado el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong><br />
estudios específicos para respon<strong>de</strong>r preguntas<br />
nunca antes planteadas en Chile. Este<br />
documento presenta los resultados <strong>de</strong> un estudio,<br />
realizado entre enero y mayo <strong>de</strong>l 2008,<br />
para respon<strong>de</strong>r una <strong>de</strong> estas preguntas, que fue<br />
<strong>de</strong>terminar cuánta agua <strong>de</strong> riego se pier<strong>de</strong> en<br />
la conducción <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> riego que se lleva a<br />
cabo a través <strong>de</strong> los ríos Polcura y Laja.<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 135-141
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arumí-Ribera et al., Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central <strong>de</strong> Chile<br />
136<br />
Figura 1. Ubicación geográfica <strong>de</strong>l Sistema <strong>de</strong> Riego Laja Diguillín, Chile.<br />
Antece<strong>de</strong>ntes generales<br />
Las aguas <strong>de</strong>l Sistema <strong>de</strong> Riego Laja-Diguillín<br />
provienen <strong>de</strong> la acumulación <strong>de</strong> exce<strong>de</strong>ntes<br />
invernales que son almacenados en la laguna<br />
<strong>de</strong>l Laja, que es un lago natural operado como<br />
un sistema <strong>de</strong> regulación interanual <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />
año 1958 (DOH, 2007). Las aguas acumuladas<br />
durante los meses <strong>de</strong> invierno (mayo-agosto)<br />
son <strong>de</strong>scargadas al río Polcura a través <strong>de</strong><br />
la Central Hidroeléctrica <strong>de</strong> El Toro y luego<br />
conducidas por dicho río en un tramo <strong>de</strong><br />
12 kilómetros hasta el río Laja, don<strong>de</strong> son<br />
conducidas por 42 kilómetros hasta la bocatoma<br />
Tucapel, don<strong>de</strong> son captadas hacia un canal<br />
matriz revestido en hormigón y conducidas<br />
otros 100 kilómetros hasta un distrito <strong>de</strong> riego<br />
<strong>de</strong> 40 000 hectáreas.<br />
El río Polcura es el principal afluente <strong>de</strong>l<br />
río Laja y nace en la vertiente occi<strong>de</strong>ntal <strong>de</strong> la<br />
Cordillera <strong>de</strong> los An<strong>de</strong>s. El río se <strong>de</strong>sarrolla<br />
en la dirección norte-sur, y posee un cauce <strong>de</strong><br />
alta pendiente, don<strong>de</strong> el material <strong>de</strong>positado<br />
es predominantemente roca trasportada. El<br />
río Laja es el principal afluente <strong>de</strong>l río Biobío<br />
y nace <strong>de</strong> las filtraciones que se producen a<br />
través <strong>de</strong> la barrera <strong>de</strong> material volcánico que<br />
cierra la laguna <strong>de</strong>l Laja (Thiele et al., 1998). En<br />
su curso superior, el río se <strong>de</strong>sarrolla en una<br />
dirección este-oeste y posee un cauce ancho,<br />
don<strong>de</strong> predomina el material gravo-arenoso.<br />
Procedimiento <strong>de</strong> análisis<br />
Al inicio <strong>de</strong>l estudio se realizó un recorrido<br />
exhaustivo <strong>de</strong> los ríos Polcura y Laja <strong>de</strong>s<strong>de</strong><br />
la <strong>de</strong>scarga <strong>de</strong> la Central Hidroeléctrica <strong>de</strong><br />
El Toro, don<strong>de</strong> serán vaciadas las aguas<br />
<strong>de</strong>l SRLD, hasta la bocatoma Tucapel. Este<br />
recorrido, más el análisis <strong>de</strong> la geología y<br />
entrevista a actores que conocen los ríos,<br />
como los operadores <strong>de</strong> los canales <strong>de</strong> riego,<br />
permitió establecer como principal hipótesis<br />
<strong>de</strong> trabajo que a lo largo <strong>de</strong> los 54 kilómetros
Arumí-Ribera et al., Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central <strong>de</strong> Chile<br />
<strong>de</strong>l estudio, los ríos infiltran aguas hacia el<br />
sistema <strong>de</strong> aguas subterráneas.<br />
Para la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l balance hídrico<br />
se utilizó una metodología consistente en<br />
discretizar los cauces en diferentes tramos<br />
y resolver la ecuación <strong>de</strong> balance hídrico<br />
(ecuación (1)), consi<strong>de</strong>rando las pérdidas por<br />
infiltración como incógnitas para cada tramo y<br />
que los ingresos <strong>de</strong> agua se concentran al inicio<br />
<strong>de</strong> cada tramo, al igual que las pérdidas por<br />
infiltración y evaporación ocurren en forma<br />
distribuida. Así, el caudal a la salida <strong>de</strong>l tramo<br />
j correspon<strong>de</strong> al caudal <strong>de</strong> ingreso en el tramo j<br />
+ 1. Esta metodología es similar a la propuesta<br />
por Khepar et al. (2000), quienes evaluaron<br />
la magnitud <strong>de</strong> la infiltración que recarga los<br />
sistemas <strong>de</strong> aguas subterráneas. Las pérdidas<br />
por infiltración pue<strong>de</strong>n mo<strong>de</strong>larse mediante<br />
la aplicación <strong>de</strong> la Ley <strong>de</strong> Darcy al caso <strong>de</strong><br />
un cauce que recarga un acuífero (An<strong>de</strong>rson<br />
y Woessner, 1991) bajo el supuesto <strong>de</strong> que las<br />
pérdidas por infiltración a través <strong>de</strong>l lecho <strong>de</strong>l<br />
cauce son <strong>de</strong>pendientes <strong>de</strong> la conductividad<br />
hidráulica <strong>de</strong> éste y <strong>de</strong> la carga hidráulica sobre<br />
el lecho, la cual a su vez pue<strong>de</strong> aproximarse o<br />
consi<strong>de</strong>rarse equivalente a la altura normal <strong>de</strong><br />
escurrimiento (ecuación (2)).<br />
Don<strong>de</strong>:<br />
Qe ij<br />
j<br />
Qs i<br />
= Pinf i<br />
+ Pev i (1)<br />
Qe i,j<br />
: caudal j-ésimo que ingresa en el nodo<br />
inicial <strong>de</strong>l tramo i.<br />
Qs i<br />
: caudal que sale <strong>de</strong>l tramo i.<br />
Pinf i<br />
: pérdidas por infiltración en el tramo i.<br />
Pev i<br />
: pérdidas por evaporación en el tramo i.<br />
Don<strong>de</strong>:<br />
P inf<br />
= k e<br />
P inf<br />
: pérdida por infiltración (m 3 /s).<br />
A h (2)<br />
k: conductividad hidráulica <strong>de</strong>l material a<br />
través <strong>de</strong>l cual se produce el flujo entre el<br />
río y el acuífero (m/s).<br />
e: espesor <strong>de</strong>l lecho por don<strong>de</strong> se produce el<br />
flujo entre el río y el acuífero (m).<br />
A: superficie por don<strong>de</strong> se produce el flujo<br />
entre el río y el acuífero (m 2 ).<br />
h: altura hidráulica promedio <strong>de</strong>l río en el<br />
tramo (m).<br />
Para disponer <strong>de</strong> estimaciones <strong>de</strong> los valores<br />
<strong>de</strong> conductividad hidráulica y espesor<br />
<strong>de</strong>l material a través <strong>de</strong>l cual se produce la<br />
infiltración, se ejecutaron diez pruebas <strong>de</strong> infiltración<br />
basadas en una adaptación <strong>de</strong>l<br />
método propuesto por Rosenberry (2008). Este<br />
método se basa en el uso <strong>de</strong> un cilindro <strong>de</strong><br />
infiltración hincado en el lecho <strong>de</strong>l río, al cual<br />
se conecta una bolsa plástica rellena <strong>de</strong> agua.<br />
La estimación <strong>de</strong> la velocidad <strong>de</strong> infiltración se<br />
realiza mediante la medición <strong>de</strong>l tiempo que<br />
toma vaciar un volumen conocido <strong>de</strong> agua.<br />
Para cada tramo se calcula la altura hidráulica,<br />
suponiendo que se cumplen las<br />
condiciones <strong>de</strong> régimen uniforme, usando<br />
la ecuación <strong>de</strong> Chézy-Manning. La longitud,<br />
pendiente y ancho <strong>de</strong> cada tramo se obtuvieron<br />
usando las imágenes disponible en Google<br />
Earth (con resolución métrica en la zona) y<br />
mo<strong>de</strong>los digitales <strong>de</strong> terreno SRTM (NASA,<br />
2005). Consi<strong>de</strong>rando que el ancho <strong>de</strong> los<br />
cauces es dos ór<strong>de</strong>nes <strong>de</strong> magnitud superior<br />
a la profundidad, se simplificó la ecuación <strong>de</strong><br />
Manning, suponiendo que el radio hidráulico<br />
es igual a la altura hidráulica.<br />
Se estimaron las pérdidas por evaporación a<br />
partir <strong>de</strong> registros <strong>de</strong> evaporación <strong>de</strong> ban<strong>de</strong>ja,<br />
corregidos mediante la ecuación (3) (McKenzie<br />
y Craig, 2001). Las constantes adimensionales<br />
(K i<br />
) usadas son 1.26 para el caso <strong>de</strong> pozas<br />
(De Bruin, 1978; Tanny et al., 2008) y 1.00<br />
para vegetación ribereña (McKenzie y Craig,<br />
2001). Se supone que la vegetación ribereña<br />
no tiene limitación <strong>de</strong> abastecimiento <strong>de</strong> agua<br />
y que el efecto <strong>de</strong>l viento (fetch) en las pozas<br />
genera mayor evaporación. En la ecuación<br />
(3), la evaporación en el tramo es <strong>de</strong>pendiente<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2011<br />
137
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arumí-Ribera et al., Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central <strong>de</strong> Chile<br />
138<br />
<strong>de</strong>l ancho <strong>de</strong> escurrimiento, el cual, a su vez,<br />
pue<strong>de</strong> estimarse a partir <strong>de</strong> la ecuación <strong>de</strong><br />
Chézy-Manning:<br />
Don<strong>de</strong>:<br />
ME =<br />
E<br />
1 000<br />
i<br />
k i<br />
A i<br />
ME: mermas por evaporación (m 3 d -1 ).<br />
E: evaporación ban<strong>de</strong>ja (mm d -1 ).<br />
k i<br />
: constante adimensional que relaciona la<br />
evaporación <strong>de</strong> ban<strong>de</strong>ja con la evaporación<br />
<strong>de</strong> la fuente en el área A i<br />
.<br />
A i<br />
: área (m 2 ).<br />
(3)<br />
Debido a que las aguas <strong>de</strong>l canal Laja Diguillín<br />
son vaciadas al río Polcura a través <strong>de</strong><br />
la <strong>de</strong>scarga <strong>de</strong> El Toro y que éstas son conducidas<br />
por los ríos Polcura y Laja hasta la<br />
bocatoma Antuco, se analizaron ambos cauces<br />
en un solo mo<strong>de</strong>lo, que consi<strong>de</strong>ró tres tramos<br />
<strong>de</strong>l río Polcura y cuatro tramos <strong>de</strong>l río Laja<br />
(figura 2a). Se mo<strong>de</strong>ló el balance hídrico en<br />
cada tramo, consi<strong>de</strong>rando los ingresos y la<br />
salidas <strong>de</strong> agua por nodo que se indican en<br />
la figura 2a. Cada tramo presenta características<br />
similares en cuanto a radio hidráulico,<br />
pendiente y composición <strong>de</strong>l material <strong>de</strong> fondo.<br />
Para la evaluación <strong>de</strong> las pérdidas <strong>de</strong> conducción<br />
asociadas con el SRLD, la condición<br />
<strong>de</strong> referencia es el balance hídrico para los siete<br />
tramos <strong>de</strong> río sin la operación <strong>de</strong>l SRLD. Para<br />
esto se consi<strong>de</strong>raron las estadísticas mensuales<br />
<strong>de</strong> caudales <strong>de</strong>l periodo previo a la operación<br />
<strong>de</strong>l sistema entre los años 2003 y 2007, pues<br />
es el único periodo en que se dispone <strong>de</strong> una<br />
estadística completa <strong>de</strong> caudales para los<br />
cauces naturales relacionados con el SRLD. La<br />
aplicabilidad <strong>de</strong> la ecuación (1) fue evaluada<br />
comparando los valores <strong>de</strong> caudal estimados a<br />
la salida <strong>de</strong>l nodo 8, con los valores medidos<br />
en la estación fluviométrica río Laja en Tucapel<br />
(figura 2b).<br />
Para simular la operación <strong>de</strong>l SRLD se<br />
consi<strong>de</strong>raron siete escenarios <strong>de</strong>finidos por<br />
valores <strong>de</strong> caudales incrementales almacenados<br />
durante la temporada invernal en el<br />
lago Laja y que son <strong>de</strong>scargados a través <strong>de</strong><br />
la central El Toro (cuadro 1). Estos caudales<br />
fueron <strong>de</strong>finidos para cubrir los posibles rangos<br />
<strong>de</strong> operación <strong>de</strong>l SRLD, consi<strong>de</strong>rando el valor<br />
máximo que pue<strong>de</strong> ser entregado <strong>de</strong> acuerdo<br />
con las reglas <strong>de</strong> operación (DOH, 2007).<br />
Resultados<br />
Los valores <strong>de</strong> pérdidas por infiltración para<br />
los caudales incrementales <strong>de</strong>scargados por<br />
la central El Toro al SRLD se presentan en el<br />
cuadro 1, don<strong>de</strong> se pue<strong>de</strong> observar que estas<br />
pérdidas son <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l 4.5 al 2.8% <strong>de</strong>l<br />
caudal <strong>de</strong>scargado por la central El Toro. Para<br />
todo el tramo en estudio, las pérdidas por<br />
evaporación para los ríos Polcura y Laja son <strong>de</strong><br />
aproximadamente 0.2 m 3 /s y no aumentaron<br />
significativamente para los distintos valores <strong>de</strong><br />
caudales incrementales <strong>de</strong>scargados al SRLD,<br />
<strong>de</strong>bido a que el ancho superficial <strong>de</strong>l cauce no<br />
varió en forma importante.<br />
En la figura 2c se muestra que la relación<br />
entre los caudales incrementales <strong>de</strong>scargados<br />
por la central El Toro y los caudales posibles<br />
<strong>de</strong> ser extraídos al SRLD por la bocatoma<br />
Tucapel pue<strong>de</strong> ser consi<strong>de</strong>rada lineal. Esta<br />
aproximación será usada para la operación <strong>de</strong>l<br />
sistema.<br />
Conclusiones<br />
Los resultados <strong>de</strong> este estudio permitieron<br />
corroborar la hipótesis <strong>de</strong> trabajo <strong>de</strong> que, a<br />
lo largo <strong>de</strong> los 54 kilómetros <strong>de</strong>l estudio, los<br />
ríos Polcura y Laja infiltran aguas hacia el<br />
sistema regional <strong>de</strong> aguas subterráneas. Este<br />
resultado es consistente con las características<br />
generales <strong>de</strong> los ríos andinos <strong>de</strong> la zona centro<br />
sur <strong>de</strong> Chile, los cuales, en su recorridos<br />
por la precordillera andina (transición entre<br />
la Cordillera <strong>de</strong> los An<strong>de</strong>s y la Depresión<br />
Central), forman valles con materiales <strong>de</strong><br />
relleno permeable, en don<strong>de</strong> los <strong>de</strong>pósitos<br />
<strong>de</strong> agua subterránea tien<strong>de</strong>n a ser profundos
Arumí-Ribera et al., Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central <strong>de</strong> Chile<br />
a)<br />
Río Polcura antes<br />
<strong>de</strong>scarga El Toro<br />
1<br />
Caudal <strong>de</strong>scargado al SRLD<br />
por la Central El Toro<br />
Laguna Bocatoma Antuco<br />
2<br />
Río Laja<br />
3<br />
Bocatoma Antuco<br />
4<br />
Confluencia ríos Polcura y Laja<br />
Central Antuco<br />
Descarga Central Antuco<br />
4<br />
Aportes <strong>de</strong> la cuenca alta <strong>de</strong>l Laja<br />
Canales<br />
Zañartu y Collao<br />
Bocatoma Rucue<br />
5<br />
Canal Mirrihue<br />
Aportes intermedios<br />
Cuenca <strong>de</strong>l Laja<br />
Río Rucue<br />
Aportes intermedios<br />
Cuenca <strong>de</strong>l Laja<br />
6<br />
Descarga Rucue<br />
Centrales hidroeléctricas<br />
Rucue y Quilleco<br />
Canales El Litre<br />
y Laja Diguillín<br />
7<br />
Bocatoma Tucapel<br />
Canal Laja Sur<br />
139<br />
Pasante río Laja<br />
b)<br />
c)<br />
Caudal simulado (m 3 /s)<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
R 2 = 0.99<br />
RMSE= 0.76 m 3 /s<br />
Caudal disponible Tucapel (m 3 /s)<br />
Q Tucapel = 0.98Q El Toro -0.11<br />
r 2 = 0.99<br />
0<br />
0<br />
0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 60<br />
Caudal observado (m 3 /s)<br />
Caudal <strong>de</strong>scarga El Toro (m 3 /s)<br />
Figura 2. a) Diagrama unifilar mo<strong>de</strong>lo ríos Polcura y Laja; b) verificación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> balance hídrico utilizado;<br />
c) estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> conducción en el SRLD producidas entre la <strong>de</strong>scarga El Toro y la bocatoma Tucapel.<br />
y las filtraciones <strong>de</strong>s<strong>de</strong> los lechos <strong>de</strong> los ríos<br />
son un importante mecanismo <strong>de</strong> recarga <strong>de</strong><br />
aguas subterráneas.<br />
Para la operación <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> riego Laja-<br />
Diguillín es necesario consi<strong>de</strong>rar las pérdidas<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
<strong>de</strong> conducción que se producen por infiltración<br />
y evaporación <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el lecho <strong>de</strong> los ríos<br />
Polcura y Laja, en los tramos don<strong>de</strong> se realiza<br />
la conducción <strong>de</strong> las aguas <strong>de</strong>l sistema. Se<br />
concluye que el caudal que <strong>de</strong>be ser <strong>de</strong>scargado<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2011
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Arumí-Ribera et al., Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central <strong>de</strong> Chile<br />
Cuadro 1. Pérdidas por infiltración <strong>de</strong>l SRLD en los tramos Polcura y Laja.<br />
Caudal <strong>de</strong>scargado<br />
por El Toro al<br />
SRLD m 3 /s<br />
Pérdidas por infiltración<br />
por río en m 3 /s<br />
Río Polcura Río Laja<br />
Pérdidas por infiltración<br />
totales<br />
m 3 /s<br />
Porcentaje <strong>de</strong> pérdida<br />
con relación al caudal<br />
<strong>de</strong>scargado por El Toro<br />
Caudal disponible en<br />
bocatoma Tucapel<br />
m 3 /s<br />
10 0.07 0.38 0.45 4.5 9.55<br />
20 0.12 0.71 0.83 4.1 19.17<br />
30 0.16 0.99 1.15 3.8 28.85<br />
40 0.18 1.20 1.38 3.4 38.62<br />
50 0.21 1.38 1.59 3.2 48.41<br />
60 0.22 1.52 1.74 2.9 58.26<br />
65 0.23 1.58 1.81 2.8 63.19<br />
1<br />
Condición natural <strong>de</strong>l río sin aportes <strong>de</strong>l SRLD.<br />
140<br />
por la central El Toro <strong>de</strong>be ser mayor al caudal<br />
requerido en la bocatoma Tucapel <strong>de</strong> acuerdo<br />
con la regla <strong>de</strong> operación indicada en la figura<br />
2c.<br />
for artificial recharge of groundwater through surface<br />
drainage systems. Irrigation Science. Vol. 19, No. 2,<br />
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<strong>de</strong>l valle <strong>de</strong>l río Laja. Revista geológica <strong>de</strong> Chile. Vol.<br />
25, núm. 2, diciembre 1998, pp. 229-253.
Arumí-Ribera et al., Estimación <strong>de</strong> pérdidas <strong>de</strong> agua en tramos <strong>de</strong> ríos <strong>de</strong>l sistema Laja-Diguillín en la zona central <strong>de</strong> Chile<br />
Abstract<br />
ARUMÍ-RIBERA, J.L., RIVERA-SALAZAR, D.A., ROUGIER-HERRERA, A. & DÍAZ-<br />
BORQUEZ, R. Estimation of water losses in sections of rivers in the Laja-Diguillín system,<br />
central region of Chile. Water Technology and Sciences (in Spanish). Vol. III, No. 3, July-<br />
September, 2012, pp. 135-141.<br />
During the Chilean summer of 2008 in the Laja-Diguillín irrigation system, a study was<br />
conducted to estimate irrigation water loss due to infiltration and evaporation in two<br />
sections of the Polcura and Laja rivers, which are used for channeling these waters. To<br />
evaluate losses due to infiltration, a monthly water balance mo<strong>de</strong>l with specific equations<br />
was used which inclu<strong>de</strong>d infiltration and evaporation processes in the sections of the river.<br />
This mo<strong>de</strong>l was parameterized using data for infiltration velocity in the riverbed, measured<br />
during a field campaign and calibrated using historical flow data. Losses in channeling the<br />
irrigation water ranged from 4.5 to 2.8% of the flow discharged into the system.<br />
Keywords: riverbed infiltration, riverbed evaporation, groundwater-surface water<br />
interaction, irrigation channels.<br />
141<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dr. José Luis Arumí Ribera<br />
Universidad <strong>de</strong> Concepción<br />
Departamento <strong>de</strong> Recursos Hídricos<br />
Av. Vicente Mén<strong>de</strong>z 595<br />
Casilla 537<br />
Chillán, Octava Región, Chile<br />
Teléfono: +56 (42) 208 804<br />
Fax: +56 (42) 275 303<br />
jarumi@u<strong>de</strong>c.cl<br />
Dr. Diego Andrés Rivera Salazar<br />
Universidad <strong>de</strong> Concepción<br />
Departamento <strong>de</strong> Recursos Hídricos<br />
Av. Vicente Mén<strong>de</strong>z 595<br />
Casilla 537<br />
Chillán, Octava Región, Chile<br />
Teléfono: +56 (42) 208 804<br />
Fax: +56 (42) 275 303<br />
dirivera@u<strong>de</strong>c.cl<br />
Ing. Alfonso Rougier Herrera<br />
Ministerio <strong>de</strong> Obras Públicas<br />
Dirección <strong>de</strong> Obras Hidráulicas<br />
Monradé 59 piso 5<br />
Santiago, Región Metropolitana, Chile<br />
Teléfono: +56 (2) 4494 000<br />
Fax: +56 (2) 4410 914<br />
alfonso.rougier@mop.gov.cl<br />
Ing. Ricardo Díaz Borquez<br />
Prisma Ingeniería<br />
Arturo Prat 60, Oficina 41<br />
rdiazb@prisma.cl<br />
Santiago, Región Metropolitana, Chile<br />
Teléfono: +56 (2) 6330 754<br />
Fax: +56 (2) 6395 421<br />
rdiazb@prisma.cl<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2011
Bocatoma Huepil, canal Laja Diguillín, Chillán, Chile.<br />
Foto: José Luis Arumí Ribera.
Nota técnica<br />
Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana<br />
La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
• Alberto J. Sánchez • Miguel Ángel Salcedo • Alberto A. Macossay-Cortez•<br />
Yedith Feria-Díaz • Lucero Vázquez • Natalia Ovando • Leonardo Rosado •<br />
Universidad Juárez Autónoma <strong>de</strong> Tabasco, México<br />
Resumen<br />
La calidad <strong>de</strong>l agua y la diversidad <strong>de</strong> la macrofauna epibentónica y <strong>de</strong> peces se<br />
analizó en la laguna urbana La Pólvora en la temporada <strong>de</strong> estiaje. El potencial<br />
<strong>de</strong> hidrógeno, sólidos suspendidos totales, oxígeno disuelto, <strong>de</strong>manda bioquímica<br />
<strong>de</strong> oxígeno, nitratos y fósforo total cumplieron con las normas mexicanas vigentes<br />
para uso recreativo <strong>de</strong> contacto secundario. En contraste, el contenido <strong>de</strong> coliformes<br />
superó la norma y representa un riesgo <strong>de</strong> salud, pero la calidad <strong>de</strong>l agua fue<br />
calificada como buena, según los criterios establecidos por el Índice <strong>de</strong> Calidad <strong>de</strong>l<br />
Agua (WQI). El aumento al doble <strong>de</strong>l contenido <strong>de</strong> fósforo total registrado en la<br />
laguna La Pólvora 15 años antes explica el actual estado hipereutrófico obtenido. La<br />
diversidad <strong>de</strong> macrofauna epibentónica y <strong>de</strong> peces se consi<strong>de</strong>ró baja en comparación<br />
con otros ecosistemas limnéticos <strong>de</strong> la región <strong>de</strong>bido a las pocas especies <strong>de</strong> moluscos<br />
y peces capturados, así como a la ausencia <strong>de</strong> insectos acuáticos, macrocrustáceos y<br />
peces <strong>de</strong> la familia Poeciliidae. La condición hipereutrófica, los elevados contenidos<br />
<strong>de</strong> coliformes fecales, los bajos valores <strong>de</strong> diversidad <strong>de</strong> macrofauna epibentónica<br />
y <strong>de</strong> peces, el porcentaje <strong>de</strong> especies exóticas y los valores bajos <strong>de</strong>l factor <strong>de</strong><br />
condición <strong>de</strong> las 11 especies <strong>de</strong> peces, indican que esta laguna está en un proceso<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>gradación ambiental y sugieren revisar el programa <strong>de</strong> manejo y su operación<br />
en este ecosistema.<br />
143<br />
Palabras clave: calidad <strong>de</strong>l agua, estado trófico, moluscos, peces, laguna urbana.<br />
Introducción<br />
La intensa interacción <strong>de</strong> la población circundante<br />
con los lagos urbanos ha provocado<br />
gran<strong>de</strong>s presiones y modificaciones en estos<br />
reservorios, que han afectado la calidad <strong>de</strong>l agua<br />
y la biodiversidad, así como su uso recreacional,<br />
entre otros servicios (Birch y McCaskie, 1999;<br />
Clemente et al., 2005; Lee et al., 2006; Mustapha,<br />
2008). Sin embargo, estos efectos negativos no<br />
han sido en general <strong>de</strong>bidamente estudiados<br />
e incorporados en sus programas <strong>de</strong> manejo<br />
(Birch y McCaskie, 1999; Lee et al., 2006). Estos<br />
lagos son reguladores <strong>de</strong> inundaciones, medios<br />
<strong>de</strong> navegación y recreación, atractivos estéticos,<br />
y mantienen o aportan hábitats en la ciudad<br />
que conservan la biodiversidad regional (Elías-<br />
Fernán<strong>de</strong>z et al., 2006; Mckinney y Charpentier,<br />
2009). A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> los servicios ambientales,<br />
estos lagos llegan a ser un componente clave<br />
en el diseño <strong>de</strong> algunos parques urbanos,<br />
como es el caso <strong>de</strong> La Pólvora, en la ciudad <strong>de</strong><br />
Villahermosa, Tabasco, México.<br />
La Pólvora es un parque que registra<br />
numerosos y frecuentes visitantes, que lo utilizan<br />
para esparcimiento con opciones <strong>de</strong><br />
consumo <strong>de</strong> alimentos y para realizar ejercicio<br />
en el andador que ro<strong>de</strong>a a la laguna, lo que<br />
obliga a las entida<strong>de</strong>s públicas responsables<br />
a mantener la calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna<br />
para proteger la salud <strong>de</strong> la población por su<br />
uso recreativo <strong>de</strong> contacto secundario (DOF,<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 143-152
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
1998). A este uso y normatividad asociada se<br />
suman las condiciones <strong>de</strong> conexión hidráulica<br />
limitada y <strong>de</strong> recepción <strong>de</strong> escurrimientos en la<br />
laguna, en una ciudad con manejo ina<strong>de</strong>cuado<br />
e ineficiente <strong>de</strong> <strong>de</strong>shechos (Ayuntamiento<br />
<strong>de</strong> Centro, 2009). En este contexto, la laguna<br />
principal <strong>de</strong>l parque se evaluó en función <strong>de</strong><br />
su estado sanitario, trófico y <strong>de</strong> biodiversidad<br />
<strong>de</strong> la macrofauna acuática, para resolver dos<br />
preguntas: 1) si la <strong>de</strong>gradación ambiental <strong>de</strong><br />
la laguna se ha incrementado con respecto al<br />
estado registrado por Rodríguez (1996) y 2)<br />
si sus niveles <strong>de</strong> contaminación rebasan los<br />
valores permisibles para las aguas <strong>de</strong> reúso<br />
en servicios al público con contacto indirecto<br />
u ocasional. Para esta última pregunta se<br />
aclara que la laguna <strong>de</strong> La Pólvora no recibe<br />
aguas residuales, pero al cumplir la función <strong>de</strong><br />
uso <strong>de</strong> contacto secundario se pue<strong>de</strong> aplicar<br />
su normatividad para cubrir el propósito <strong>de</strong><br />
proteger al medio ambiente y la salud <strong>de</strong> la<br />
población (DOF, 1998).<br />
Métodos<br />
El parque La Pólvora se ubica al sureste <strong>de</strong> la<br />
ciudad <strong>de</strong> Villahermosa, Tabasco, México (17º<br />
58’ 56’’ - 17º 58’ 45’’ N; 92º 55’ 30’’ y 92º 55’ 31’’<br />
O) a 2 msnm. El sistema lagunar ubicado <strong>de</strong>ntro<br />
<strong>de</strong>l parque La Pólvora es un ecosistema <strong>de</strong><br />
contacto que estuvo conectado con las lagunas<br />
Mayito y Curahueso (Peña Marshall, datos no<br />
publicados). En el presente, el parque incluye<br />
dos embalses aislados entre sí, que suman<br />
un área <strong>de</strong> 50 150 m 2 (figura 1). El embalse<br />
principal fue rehabilitado totalmente en 1985,<br />
144<br />
Figura 1. Ubicación <strong>de</strong> los sitios <strong>de</strong> muestreo <strong>de</strong> la laguna <strong>de</strong>l parque La Pólvora.
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
mientras que el segundo embalse no, aunque<br />
el andador bor<strong>de</strong>a ambos embalses con bor<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> cemento, mientras que el segundo embalse<br />
no. La rehabilitación se efectuó porque los<br />
embalses perdían su nivel <strong>de</strong> agua (Rodríguez,<br />
1996). La laguna principal <strong>de</strong> La Pólvora, con<br />
una extensión <strong>de</strong> 40 650 m 2 , <strong>de</strong>scarga al río<br />
Grijalva mediante un canal construido para<br />
mantener un nivel similar <strong>de</strong> agua durante<br />
todo el año, aunque ésta ha recibido agua <strong>de</strong>l<br />
río Grijalva durante las inundaciones, por<br />
ejemplo en 2007. El parque está ro<strong>de</strong>ado <strong>de</strong><br />
edificios <strong>de</strong> oficinas <strong>de</strong> gobierno y educativas,<br />
así como <strong>de</strong>l mercado <strong>de</strong> La Sierra, los cuales<br />
no <strong>de</strong>scargan aguas residuales en la laguna La<br />
Pólvora, pero sí influyen en la calidad <strong>de</strong>l agua<br />
<strong>de</strong> la misma por escorrentía.<br />
El muestreo se realizó en el embalse principal<br />
en la temporada <strong>de</strong> mínima inundación<br />
(marzo <strong>de</strong> 2009), para generar una evaluación<br />
rápida <strong>de</strong>l estado actual <strong>de</strong> su condición<br />
ambiental en la temporada en don<strong>de</strong> se<br />
registra la menor variabilidad espacial <strong>de</strong>bido<br />
al mínimo efecto <strong>de</strong> las escorrentías. El diseño<br />
<strong>de</strong> muestreo incluyó tres sitios <strong>de</strong> muestreo,<br />
en don<strong>de</strong> se recolectó agua, macrofauna<br />
epibentónica y peces. Cada sitio <strong>de</strong> muestreo<br />
estuvo <strong>de</strong>limitado <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un triángulo, que<br />
sirvió para <strong>de</strong>marcar tres subsitios equidistantes<br />
(figura 1) y obtener repeticiones por sitio<br />
<strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong>l agua y <strong>de</strong> la macrofauna<br />
colectada. Para calificar la calidad <strong>de</strong>l agua con<br />
respecto a la normatividad mexicana vigente<br />
(DOF, 1998) y calcular los índices <strong>de</strong> la calidad<br />
<strong>de</strong>l agua (Water Quality In<strong>de</strong>x-WQI) (Ott, 1970)<br />
y <strong>de</strong>l estado trófico (IET) <strong>de</strong> Carlson (1977), se<br />
cuantificaron 12 parámetros fisicoquímicos y<br />
biológicos (cuadro 1), los cuales se midieron in<br />
situ o a través <strong>de</strong> las técnicas propuestas por<br />
SCOR-UNESCO (1966), APHA (1992) y EPA<br />
(1990). Ambos índices, WQI e IET, se calcularon<br />
para medir la condición ambiental <strong>de</strong>l agua.<br />
En el punto central <strong>de</strong>l triángulo se obtuvo<br />
la muestra <strong>de</strong> agua para la <strong>de</strong>terminación<br />
<strong>de</strong> los coliformes fecales, oxígeno disuelto,<br />
conductividad eléctrica y los parámetros<br />
físicos (cuadro 1). Mientras, en los tres<br />
subsitios equidistantes se recolectó agua a una<br />
profundidad media para obtener una muestra<br />
compuesta para <strong>de</strong>terminar los otros cinco<br />
parámetros fisicoquímicos incluidos (cuadro<br />
1). Las muestras <strong>de</strong> agua se conservaron en<br />
hielo a temperatura <strong>de</strong> 4 °C y fueron analizados<br />
en laboratorio <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los tiempos<br />
establecidos por las técnicas y normas mencionadas<br />
con anterioridad en este párrafo.<br />
145<br />
Cuadro 1. Parámetros fisicoquímicos medidos en la laguna <strong>de</strong>l parque La Pólvora (* = medidos in situ).<br />
Parámetro<br />
Norma<br />
Temperatura*<br />
pH*<br />
NMX-AA-007-SCFI-2000<br />
NMX-AA-008-SCFI-2011<br />
Profundidad*<br />
NMX-AA-014-1980<br />
Trasparencia*<br />
NMX-AA-014-1980<br />
Oxígeno disuelto*<br />
NMX-AA-012-SCFI-2001<br />
Conductividad*<br />
PROY-NMX-AA-093-SCFI-2009<br />
Sólidos suspendidos totales<br />
NMX-AA-034-SCFI-2001<br />
Nitratos<br />
NMX-AA-079-SCFI-2001<br />
Fósforo total<br />
NMX-AA-079-SCFI-2001<br />
Clorofila a SCOR-UNESCO, 1966<br />
DBO 5<br />
NMX-AA-028-SCFI-2001<br />
Coliformes fecales<br />
NMX-AA-42-1987<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
146<br />
La macrofauna se recolectó con una red<br />
agallera <strong>de</strong> 50 m <strong>de</strong> largo por 2 m <strong>de</strong> alto y luz<br />
<strong>de</strong> malla <strong>de</strong> 3”, una red <strong>de</strong> barra tipo Renfro<br />
con una abertura <strong>de</strong> boca <strong>de</strong> 1.8 m y una luz <strong>de</strong><br />
malla <strong>de</strong> 0.8 mm, una atarraya con un diámetro<br />
<strong>de</strong> 2.8 m y luz <strong>de</strong> malla <strong>de</strong> 1’’ y re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cuchara<br />
con un área <strong>de</strong> 0.117 m 2 y luz <strong>de</strong> malla <strong>de</strong> 1 mm.<br />
La red agallera se <strong>de</strong>jó una hora. En cada sitio<br />
<strong>de</strong> muestreo se efectuaron tres repeticiones en<br />
los lados <strong>de</strong>l triángulo con la red tipo Renfo y<br />
seis repeticiones en los subsitios equidistantes<br />
y lados <strong>de</strong>l triángulo con la atarraya. La<br />
macrofauna distribuida en la orilla se capturó<br />
con tres re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cuchara simultáneamente<br />
durante diez minutos.<br />
Los moluscos y peces fueron <strong>de</strong>terminados<br />
a nivel específico (Burch, 1982; Thompson,<br />
1984; Weber, 1992; Armbruster, 2004; Miller et<br />
al., 2005). La literatura sobre insectos acuáticos<br />
y crustáceos se omitió, porque no fueron<br />
capturados en este muestreo. El factor <strong>de</strong><br />
condición <strong>de</strong> los peces se calculó con la fórmula<br />
K = W/L 3 (Lagler et al., 1984), en don<strong>de</strong> W =<br />
peso húmedo (g) y L = longitud total (cm).<br />
Resultados<br />
En la laguna La Pólvora, los valores <strong>de</strong> la temperatura<br />
son característicos <strong>de</strong> lagos cálidos<br />
tropicales (25-26 °C). Asimismo, la profundidad<br />
(<strong>de</strong> 0.6 a 3.5 m), conductividad eléctrica<br />
(261-312 µS/cm) y trasparencia <strong>de</strong>l agua (0.4-<br />
0.5 m) con mínima variación indicaron que es<br />
un embalse somero limnético productivo.<br />
El intervalo <strong>de</strong>l pH (<strong>de</strong> 7.0 a 7.8) y <strong>de</strong> sólidos<br />
suspendidos fluctuaron mínimamente y son<br />
a<strong>de</strong>cuados como fuentes <strong>de</strong> abastecimiento<br />
para uso público urbano y para servicios al<br />
público con contacto indirecto u ocasional.<br />
Los valores <strong>de</strong>l oxígeno disuelto (<strong>de</strong> 5.1 a<br />
7.0 mg/l) representaron una buena condición<br />
para la vida acuática en humedales y superó<br />
el límite inferior permisible como fuente <strong>de</strong><br />
abastecimiento para uso público urbano.<br />
Asimismo, los registros <strong>de</strong> la DBO 5<br />
(2-3 mg/l)<br />
no superaron el límite máximo permisible para<br />
los servicios al público con contacto indirecto<br />
u ocasional. En este sentido, los contenidos<br />
<strong>de</strong> nitratos (0.060 a 0.076 mg/l) reflejaron la<br />
ausencia <strong>de</strong> <strong>de</strong>scargas <strong>de</strong> aguas residuales <strong>de</strong><br />
origen doméstico, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> que no superaron<br />
el límite para fuentes <strong>de</strong> abastecimiento para<br />
uso público urbano.<br />
Los valores <strong>de</strong> fósforo total (0.116-0.126<br />
mg/l) y clorofila a (<strong>de</strong> 69 a 101 µg/l) correspondieron<br />
con la condición hipereutrófica; no<br />
obstante, los valores <strong>de</strong> PT resultaron inferiores<br />
al <strong>de</strong>l lineamiento <strong>de</strong> calidad <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong><br />
fuentes <strong>de</strong> abastecimiento para uso público<br />
urbano.<br />
Los registros <strong>de</strong> coliformes fecales variaron<br />
<strong>de</strong> 7 500 a 15 000 NMP/100 ml, y superaron el<br />
límite permisible para los servicios al público<br />
con contacto indirecto u ocasional.<br />
La laguna fue calificada con buena calidad<br />
<strong>de</strong>l agua (WQI = 72). Los parámetros<br />
fisicoquímicos que <strong>de</strong>terminaron el aumento<br />
en el valor <strong>de</strong>l índice fueron la saturación<br />
<strong>de</strong> oxígeno disuelto (78%), el potencial <strong>de</strong><br />
hidrógeno (7.42), los contenidos <strong>de</strong> nitratos<br />
(0.07 mg/l), el fósforo total (0.12 mg/l) y<br />
el cambio <strong>de</strong> la temperatura (0.25 °C). En<br />
contraste, las bacterias <strong>de</strong> coliformes fecales<br />
(13 000 NMP/100 ml), la transparencia (0.41<br />
m), los contenidos <strong>de</strong> sólidos (188 mg/l) y la<br />
<strong>de</strong>manda bioquímica <strong>de</strong>l oxígeno (2.86 mg/l)<br />
<strong>de</strong>finieron la disminución en el valor <strong>de</strong>l<br />
índice.<br />
El embalse resultó hipereutrófico (IET = 73),<br />
con valores promedio <strong>de</strong> transparencia <strong>de</strong> 0.41<br />
m, <strong>de</strong> contenido <strong>de</strong> fósforo total <strong>de</strong> 0.12 mg/l<br />
y <strong>de</strong> concentración <strong>de</strong> clorofila a <strong>de</strong> 85.44 µg/l.<br />
En La Pólvora se recolectaron 184 especímenes<br />
pertenecientes a tres familias, cuatro<br />
géneros y cuatro especies <strong>de</strong> moluscos y<br />
cinco familias, ocho géneros y 11 especies<br />
<strong>de</strong> peces (cuadro 2). El gasterópodo exótico<br />
Thiara tuberculata dominó con el 64% <strong>de</strong> la<br />
abundancia total, seguido por el gasterópodo<br />
Pomacea flagellata y el pez loricárido exótico<br />
Pterygoplichthys pardalis, que juntos sumaron<br />
17%. El restante 19% <strong>de</strong> la abundancia total<br />
estuvo representado por las otras 12 especies<br />
recolectadas (cuadro 2). La mayoría <strong>de</strong> los
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
peces capturados fueron adultos, ya que<br />
solamente tres especímenes <strong>de</strong> Dorosoma<br />
anale y cuatro <strong>de</strong> Thorichthys pasionis fueron<br />
juveniles. Los peces Paraneetroplus bifasciatus<br />
(L = 324.05 ± 18.67 cm y W = 18.25 ± 0.46<br />
g) y Pterygoplichthys pardalis (L = 259.2 ±<br />
4.99 cm y W = 25.61 ± 0.26 g) fueron las dos<br />
especies con mayor talla y peso promedio. El<br />
valor reducido <strong>de</strong> diversidad (H’ = 1.42 bits/<br />
individuos) se relacionó con los valores bajos<br />
<strong>de</strong>l factor <strong>de</strong> condición (K ≤ 0.113) (cuadro<br />
2) en las 11 especies <strong>de</strong> peces, la ausencia <strong>de</strong><br />
insectos acuáticos, macrocrustáceos y peces <strong>de</strong><br />
la familia Poeciliidae, así como el número bajo<br />
<strong>de</strong> especies <strong>de</strong> cíclidos capturados (cuadro 2).<br />
El valor <strong>de</strong> equitatividad (J = 0.52) fue reflejo<br />
<strong>de</strong> la dominancia numérica <strong>de</strong>l caracol Thiara<br />
tuberculata, y la semejanza en la abundancia <strong>de</strong><br />
las restantes 14 especies <strong>de</strong> moluscos y peces.<br />
Discusión<br />
La Pólvora es una laguna cálida tropical y<br />
somera, según los criterios <strong>de</strong> Carp (1972), y<br />
Salas y Martino (2001), en don<strong>de</strong> el potencial<br />
<strong>de</strong> hidrógeno, sólidos suspendidos totales,<br />
oxígeno disuelto, DBO 5<br />
, nitratos y fósforo total,<br />
cumplieron con la normatividad vigente para<br />
uso recreativo <strong>de</strong> contacto secundario y fuente<br />
<strong>de</strong> abastecimiento para uso público urbano<br />
(DOF, 1998; LFDMA, 2009). Sin embargo, el<br />
contenido <strong>de</strong> fósforo total se ha incrementado<br />
al doble en los últimos 15 años, lo cual se refleja<br />
en que la condición hipereutrófica obtenida en<br />
este estudio difirió a la oligotrófica reportada<br />
en La Pólvora, con una concentración <strong>de</strong><br />
fósforo total <strong>de</strong> 0.05 mg/l (Rodríguez, 1996).<br />
La condición hipereutrófica en La Pólvora<br />
coincidió con lo registrado para muchos lagos<br />
147<br />
Cuadro 2. Abundancia, peso y talla <strong>de</strong> la fauna distribuida en la laguna La Pólvora. El factor <strong>de</strong> condición<br />
<strong>de</strong> los peces se calculó con la fórmula K = W/L 3 , en don<strong>de</strong> W = peso húmedo (g) y L = longitud total (cm).<br />
En los moluscos se midió el largo <strong>de</strong> la concha (cm) y en peces la longitud total (cm).<br />
Familia Especie Abundancia K<br />
Moluscos<br />
Ampullaridae Pomacea flagellata (Say, 1827) 19 -<br />
Hidrobidae Pyrgophorus coronatus (Pfeiffer, 1840) 2 -<br />
Thiaridae Thiara tuberculata (Muller, 1774) 118 -<br />
T. granifera (Lamarck, 1822) 2 -<br />
Peces<br />
Clupeidae Dorosoma anale Meek, 1904 4 0.021 ± 0.003<br />
Characidae Astyanax aeneus (Günter, 1860) 1 0.111<br />
Ariidae Cathorops aguadulce (Meek, 1904) 1 0.088<br />
Loricariidae Pterygoplichthys pardalis (Castelnau, 1855) 13 0.016 ± 0.001<br />
Cichlidae Amphilophus robertsoni (Regan, 1905) 1 0.113<br />
Oreochromis niloticus (Linnaeus, 1758) 1 0.104<br />
Paraneetroplus bifasciatus (Steindachner, 1864) 7 0.047 ± 0.004<br />
Paraneetroplus synspilus (Hubbs, 1935) 2 0.039 ± 0.032<br />
Theraps heterospilus (Hubbs, 1936) 3 0.017 ± 0.012<br />
Thorichthys meeki Brind, 1918 2 0.011 ± 0.004<br />
T. pasionis (Rivas, 1962) 8 0.015 ± 0.749<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
148<br />
urbanos (Quiros, 2000; Schueler y Simpson,<br />
2001; González et al., 2004; Quiroz et al., 2004;<br />
Hansen et al., 2007; Panigrahi et al., 2007; Oliva<br />
et al., 2008).<br />
En contraste con los seis parámetros<br />
anteriores, los contenidos <strong>de</strong> coliformes fecales<br />
superaron el límite permitido (1 000 NMP/100<br />
ml) para los servicios al público con contacto<br />
indirecto u ocasional, y la protección <strong>de</strong> la vida<br />
acuática en humedales <strong>de</strong> México (DOF, 1998;<br />
LFDMA, 2009) y la normatividad en otros países<br />
(NC, 1999), lo que representa un riesgo para la<br />
salud humana y ecológica (Mallin et al., 2000).<br />
Como hipótesis, el origen <strong>de</strong> las coliformes<br />
fecales pue<strong>de</strong> ser por escorrentía, pues el<br />
contenido <strong>de</strong> nitratos (< 4.0 mg/l) indica que<br />
la laguna no recibe <strong>de</strong>scargas <strong>de</strong> origen urbano<br />
(Groffman et al., 2004). Contradictoriamente al<br />
significado <strong>de</strong>l contenido elevado <strong>de</strong> coliformes<br />
fecales, el índice <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong> agua, WQI,<br />
que tiene un enfoque <strong>de</strong> salud pública (Ott,<br />
1970), caracterizó a la laguna La Pólvora con<br />
buena calidad ambiental. La calificación <strong>de</strong><br />
buena calidad también se atribuyó a los valores<br />
altos <strong>de</strong> saturación <strong>de</strong>l oxígeno disuelto, que<br />
en La Pólvora se interpretan en la elevada<br />
producción fotosintética, como se ha reportado<br />
en otros ecosistemas (Panigrahi et al., 2007).<br />
En cambio, los valores <strong>de</strong> coliformes fecales,<br />
sólidos totales y la trasparencia <strong>de</strong>l agua<br />
influyeron en la disminución <strong>de</strong> la calificación<br />
<strong>de</strong>l WQI.<br />
El número <strong>de</strong> especies <strong>de</strong> moluscos resultó<br />
similar a lo reportado para la laguna <strong>de</strong>l Pozo<br />
(Granados y Ramos, 1997) y menor al Parque<br />
Estatal Agua Blanca (Rangel et al., 2004).<br />
Los moluscos Pomacea flagellata, Pyrgophorus<br />
coronatus y T. granifera capturados en La Pólvora<br />
han sido frecuentemente registrados en otros<br />
ecosistemas lénticos <strong>de</strong> la región (Rangel y<br />
Gamboa, 2000; Sánchez et al., 2012a).<br />
La ausencia <strong>de</strong> crustáceos contrastó con la<br />
amplia distribución y dominancia numérica<br />
<strong>de</strong>l anfípodo Hyalella azteca, así como <strong>de</strong> los<br />
cari<strong>de</strong>os Potimirin mexicana y Macrobrachium<br />
acanthurus, registrada en los ecosistemas<br />
lénticos <strong>de</strong> la región y fuera <strong>de</strong> ella (Alcocer<br />
et al., 2000; Mejía-Ortíz et al., 2001; Hart y<br />
Lovvorn, 2005; Álvarez et al., 2005; Velasco<br />
et al., 2005; Pereira y García, 2006; Barba y<br />
Sánchez, 2007; Sánchez et al., 2007; Sánchez et<br />
al., 2012a). La ausencia <strong>de</strong> insectos acuáticos,<br />
anfípodos y poecilidos se atribuye a la ausencia<br />
<strong>de</strong> macrofitas acuáticas, ya que su distribución<br />
está asociada con hábitat estructurados como<br />
macrófitas acuáticas y troncos hundidos<br />
(Meschiatti et al., 2000; Velasco et al., 2005;<br />
Rocha-Ramírez et al., 2007; Montalvo-Urgel<br />
et al., 2010; Sánchez et al., 2012b), pues son<br />
tolerantes a condiciones adversas <strong>de</strong> salinidad,<br />
temperatura, pH y concentraciones <strong>de</strong> oxígeno<br />
disuelto (Alcocer et al., 2000; Álvarez et al.,<br />
2005).<br />
La riqueza específica y la diversidad <strong>de</strong><br />
peces en la laguna La Pólvora fue menor en<br />
comparación con las 19 especies registradas en<br />
la laguna <strong>de</strong>l Pozo (Granados y Ramos, 1997)<br />
y mayor a lo reportado para el lago urbano<br />
<strong>de</strong>l parque Tezozómoc, los lagos Zempoala<br />
y Tonatiahua, y los lagos <strong>de</strong> Chapultepec<br />
(Alcocer et al., 2007; Quiroz et al., 2007; Sánchez<br />
et al., 2007). La dominancia <strong>de</strong> especies <strong>de</strong><br />
las familias Cichlidae y Poeciliidae ha sido<br />
frecuentemente reportada en los ecosistemas<br />
acuáticos en la provincia Usumacinta (Vega-<br />
Cen<strong>de</strong>jas, 2001; Minckley et al., 2005; Rodiles-<br />
Hernán<strong>de</strong>z et al., 2005; Macossay-Cortez et al.,<br />
2011), lo cual coincidió para la primera familia<br />
en La Pólvora, pero contrastó en el mismo<br />
ecosistema <strong>de</strong>bido a la ausencia <strong>de</strong> pecílidos.<br />
Las capturas <strong>de</strong>l caracol viajero Thiara<br />
tuberculata, <strong>de</strong>l pez diablo Pterygoplichthys<br />
pardalis y <strong>de</strong> la tilapia Oreochromis niloticus<br />
<strong>de</strong>stacaron por ser especies exóticas que<br />
representaron el 20% <strong>de</strong>l total <strong>de</strong> especies y el<br />
71% <strong>de</strong> la abundancia total <strong>de</strong> la macrofauna,<br />
lo cual es un indicador importante en<br />
ecosistemas acuáticos continentales, en don<strong>de</strong><br />
su permanencia se consi<strong>de</strong>ra una <strong>de</strong> las causas<br />
<strong>de</strong> la extinción <strong>de</strong> especies nativas, lo que<br />
tiene diversos efectos en el funcionamiento<br />
y servicios que ofrecen estos lagos urbanos,<br />
in<strong>de</strong>pendientemente <strong>de</strong> su origen (Comité<br />
Asesor Nacional sobre Especies Invasoras,<br />
2010).
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
La baja diversidad faunística e incremento<br />
<strong>de</strong> especies invasoras ha sido correlacionada<br />
con la condición hipereutrófica en otros<br />
ecosistemas acuáticos (Jewett et al., 2005;<br />
Moreno y Callisto, 2006). A<strong>de</strong>más, la baja<br />
diversidad se ha relacionado a la mala calidad<br />
<strong>de</strong>l agua, ya que el estrés ha sido relacionado<br />
con cambios metabólicos e incremento <strong>de</strong> la<br />
energía requerida para mantener la homeostasis<br />
y obtener alimento por su baja disponibilidad<br />
(Sadauskas-Henrique et al., 2011).<br />
Conclusiones<br />
La condición <strong>de</strong> buena calidad <strong>de</strong>l agua<br />
<strong>de</strong>finida para la laguna La Pólvora a través <strong>de</strong>l<br />
WQI enmascaró el problema <strong>de</strong> salud asociado<br />
con la elevada concentración <strong>de</strong> coliformes<br />
fecales. El origen <strong>de</strong> estos coliformes fecales<br />
es principalmente por escorrentía, ya que los<br />
valores <strong>de</strong> NO 3<br />
y los datos <strong>de</strong> construcción<br />
<strong>de</strong>l parque indican que la laguna no se rellena<br />
con aguas residuales. El cumplimiento <strong>de</strong> las<br />
normas en la mayoría <strong>de</strong> los parámetros (OD,<br />
SST, pH, DBO 5<br />
y PT) indica que la calidad<br />
<strong>de</strong>l agua es a<strong>de</strong>cuada con la normatividad<br />
vigente para el uso recreativo <strong>de</strong> contacto<br />
secundario, con la excepción <strong>de</strong> que los valores<br />
<strong>de</strong> coliformes fecales representan un riesgo<br />
sanitario. El aumento al doble <strong>de</strong>l contenido<br />
<strong>de</strong> fósforo total y <strong>de</strong>l estado trófico registrado<br />
en la laguna La Pólvora 15 años antes, la<br />
condición hipereutrófica, los bajos valores <strong>de</strong><br />
diversidad <strong>de</strong> macrofauna epibentónica y <strong>de</strong><br />
peces, el porcentaje <strong>de</strong> especies exóticas, y los<br />
valores bajos <strong>de</strong>l factor <strong>de</strong> condición <strong>de</strong> las 11<br />
especies <strong>de</strong> peces indican que esta laguna está<br />
en un proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradación ambiental. Esta<br />
evaluación rápida sustenta la necesidad <strong>de</strong><br />
generar un monitoreo para apoyar el programa<br />
<strong>de</strong> manejo <strong>de</strong> este parque.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
A las autorida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la Maestría en Ciencias Ambientales<br />
y a la coordinación <strong>de</strong> la Coordinación <strong>de</strong> Vinculación y<br />
Servicios por su apoyo en esta investigación efectuada en<br />
el curso <strong>de</strong> Limnología <strong>de</strong> dicho posgrado.<br />
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Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
151
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Sánchez et al., Calidad ambiental <strong>de</strong> la laguna urbana La Pólvora en la cuenca <strong>de</strong>l río Grijalva<br />
Abstract<br />
SÁNCHEZ, A.J., SALCEDO, M.A., MACOSSAY-CORTEZ, A.A., FERIA-DÍAZ, Y.,<br />
VÁZQUEZ, L., OVANDO, N. & ROSADO, L. Environmental quality of the La Polvora<br />
urban lagoon in the Grijalva river watershed. Water Technology and Sciences (in<br />
Spanish). Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp. 143-152.<br />
152<br />
Water quality and the diversity of epibenthic macrofauna and fish was analyzed in La<br />
Pólvora urban lagoon during low water season. The potential of hydrogen, total suspen<strong>de</strong>d<br />
solids, dissolved oxygen, biochemical oxygen <strong>de</strong>mand, nitrates and total phosphorus met<br />
current Mexican norms for secondary contact recreational use. Nevertheless, values<br />
for fecal coliforms excee<strong>de</strong>d the norms and represented a health risk, although the water<br />
quality was classified as good according to the Water Quality In<strong>de</strong>x. The doubling of total<br />
phosphorus recor<strong>de</strong>d 15 years earlier in La Pólvora lagoon helps to explain the current<br />
hyper-eutrophic state. The diversity of epibenthic macrofauna and fish was lower than<br />
other limnetic ecosystems in the region due to the small number of species of mollusks<br />
and fish collected as well as the absence of aquatic insects and macrocrustaceans and fish<br />
belonging to the Poecillidae family. This lagoon is shown to be un<strong>de</strong>rgoing environmental<br />
<strong>de</strong>gradation, as indicated by its hyper-eutrophic state, high values for fecal coliforms, low<br />
values for diversity of epibenthic macrofauna and fish, the percentage of exotic species and<br />
low values for the conditional factor of 11 fish species. These findings suggest the need to<br />
review the management program and its operations in this ecosystem.<br />
Keywords: water quality, trophic state, mollusks, fish, urban lagoon.<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dr. Alberto J. Sánchez<br />
Dr. Miguel Ángel Salcedo<br />
Diagnóstico y Manejo <strong>de</strong> Humedales Tropicales, CICART<br />
Universidad Juárez Autónoma <strong>de</strong> Tabasco<br />
Av. Universidad s/n, Zona Cultura, Col. Magisterial,<br />
Vhsa, Centro<br />
86040 Tabasco, México<br />
Teléfono: +52 (993) 3581 500, extensión 6472<br />
alberthoj.sanchez@gmail.com<br />
Alberto A. Macossay-Cortez<br />
Yedith Feria-Díaz<br />
Lucero Vázquez<br />
Natalia Ovando<br />
Leonardo Rosado<br />
Posgrado en Ciencias Ambientales<br />
Universidad Juárez Autónoma <strong>de</strong> Tabasco<br />
Av. Universidad s/n, Zona Cultura, Col. Magisterial,<br />
Vhsa, Centro<br />
86040 Tabasco, México<br />
Teléfono: +52 (993) 3581 500
Nota técnica<br />
La biofiltración sobre materiales<br />
orgánicos, nueva tecnología sustentable<br />
para tratar agua residual en pequeñas<br />
comunida<strong>de</strong>s e industrias<br />
• Marco A. Garzón-Zúñiga •<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
• Gerardo Buelna •<br />
Centro <strong>de</strong> Investigaciones Industriales <strong>de</strong> Quebec, Canadá<br />
• Gabriela E. Moeller-Chávez •<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
Resumen<br />
La presencia <strong>de</strong> cantida<strong>de</strong>s excesivas <strong>de</strong> materia orgánica, nutrientes, metales<br />
pesados y substancias químicas en el agua constituye uno <strong>de</strong> los más inquietantes<br />
problemas a los que están confrontados la mayoría <strong>de</strong> los países <strong>de</strong>l mundo. Por<br />
esta razón, el <strong>de</strong>sarrollo sustentable prioriza el control, la reducción y el tratamiento<br />
<strong>de</strong> las <strong>de</strong>scargas urbanas, agrícolas, agroalimentarias e industriales a los cuerpos<br />
<strong>de</strong> agua. Desafortunadamente, la complejidad <strong>de</strong> operación y los altos costos<br />
<strong>de</strong> inversión y <strong>de</strong> mantenimiento asociados con los sistemas convencionales <strong>de</strong><br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales han limitado la aplicación <strong>de</strong> éstos en los pequeños<br />
municipios, en las zonas rurales, y en la pequeña y mediana industria. El proceso<br />
<strong>de</strong> biofiltración por percolación sobre material filtrante orgánico se ha <strong>de</strong>sarrollado<br />
en los últimos años en Canadá, con el fin <strong>de</strong> resolver la problemática y satisfacer las<br />
necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> saneamiento <strong>de</strong> estos importantes sectores socioeconómicos. Este<br />
proceso está basado en la capacidad que tienen ciertos medios orgánicos <strong>de</strong> actuar<br />
como resinas naturales, capaces <strong>de</strong> fijar diferentes substancias contaminantes<br />
mediante mecanismos <strong>de</strong> adsorción/absorción y <strong>de</strong> favorecer la implantación<br />
<strong>de</strong> microorganismos capaces <strong>de</strong> bio<strong>de</strong>gradar los contaminantes retenidos; al ser<br />
una tecnología <strong>de</strong> tipo <strong>de</strong>scentralizada que pue<strong>de</strong> resolver problemas en muchas<br />
zonas rurales y semi-urbanas, en México ha cobrado interés recientemente. Ha sido<br />
probada a escala <strong>de</strong> laboratorio para tratamiento <strong>de</strong> efluentes urbanos e industriales,<br />
utilizando materiales orgánicos <strong>de</strong> la región. Con base en los resultados obtenidos,<br />
se instaló un primer sistema a escala real. El objetivo <strong>de</strong> este trabajo es presentar<br />
los resultados <strong>de</strong> las principales realizaciones a escala real <strong>de</strong> esta tecnología y su<br />
impacto en los sectores urbano (pequeños municipios, zonas rurales), agropecuario<br />
(granjas porcinas) y agroalimentario (rastros avícolas) en Canadá y México.<br />
153<br />
Palabras clave: biofiltración, tratamiento in situ, sistema <strong>de</strong> bajo mantenimiento,<br />
agua residual doméstica e industrial.<br />
Introducción<br />
El tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales en regiones<br />
aisladas se enfrenta a serias dificulta<strong>de</strong>s técnicas<br />
y económicas asociadas con la contaminación<br />
difusa, la dispersión geográfica y las condiciones<br />
topográficas <strong>de</strong> los pequeños municipios, asentamientos<br />
rurales y agroindustrias. Las tecnologías<br />
convencionales, aplicables en varias situaciones,<br />
exigen frecuentemente una inversión<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 153-161
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
154<br />
consi<strong>de</strong>rable, y un personal técnico capacitado<br />
para su operación y mantenimiento. Desafortunadamente,<br />
la disponibilidad financiera <strong>de</strong><br />
estas regiones es muy limitada y con frecuencia<br />
no existe personal técnico para supervisar los<br />
sistemas <strong>de</strong> tratamiento.<br />
Una solución lógica es la <strong>de</strong> tratar los<br />
efluentes con tecnologías <strong>de</strong> tipo pasivo que<br />
necesitan muy poca intervención técnica. El<br />
proceso <strong>de</strong> biofiltración sobre medio <strong>de</strong> soporte<br />
orgánico representa una <strong>de</strong> estas soluciones.<br />
Las bases <strong>de</strong> esta tecnología son <strong>de</strong>scritas en<br />
Buelna y Belanger (1990), y en Lens et al. (1994),<br />
quienes reportan las siguientes eficiencias <strong>de</strong><br />
tratamiento <strong>de</strong> agua residual municipal en<br />
trabajos a escala laboratorio, utilizando como<br />
materiales <strong>de</strong> soporte turba, astillas <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra<br />
y corteza <strong>de</strong> confieras: ≥ 90% DQO; ≥ 99%<br />
DBO 5<br />
; ≥ 95% SST; 80% NTK, y ≥ 99% coliformes<br />
fecales (CF).<br />
El <strong>de</strong>sarrollo tecnológico <strong>de</strong>l proceso fue<br />
iniciado en Canadá por el Centre <strong>de</strong> Recherche<br />
Industrielle du Québec (CRIQ) en 1994, con<br />
el fin <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollar tecnologías simples,<br />
robustas, eficaces y <strong>de</strong> bajo costo para el tratamiento<br />
<strong>de</strong> las aguas residuales generadas en<br />
regiones aisladas. En el Instituto Mexicano<br />
<strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua (IMTA), se vieron las<br />
ventajas <strong>de</strong> esta tecnología y a principios <strong>de</strong> la<br />
década <strong>de</strong> 2000 se comenzó a explorar su uso<br />
para el tratamiento <strong>de</strong> efluentes industriales,<br />
concluyendo que se trataba <strong>de</strong> una tecnología<br />
muy prometedora, ya que se presentaron<br />
excelentes eficiencias <strong>de</strong> remoción en el tratamiento<br />
<strong>de</strong> aguas coloreadas con colorantes<br />
Azo, y aguas <strong>de</strong> la industria petroquímica <strong>de</strong><br />
compuestos aromáticos clorados (Garzón-<br />
Zúñiga, 2004). En 2005, el IMTA y el CRIQ<br />
realizaron un proyecto en México para tratar<br />
aguas residuales domésticas <strong>de</strong> regiones<br />
tropicales y subtropicales por biofiltración<br />
sobre materiales orgánicos endémicos: casahuate,<br />
jacaranda, tabachín, bagazo <strong>de</strong> caña <strong>de</strong><br />
azúcar y fibra <strong>de</strong> coco (Garzón-Zúñiga et al.,<br />
2007). Estos sistemas a escala <strong>de</strong> laboratorio<br />
presentaron un buen <strong>de</strong>sempeño en la<br />
remoción <strong>de</strong> contaminantes: 98.7% DBO 5<br />
; 84%<br />
DQO; 99.99 CF, y 96.93% huevos <strong>de</strong> helminto<br />
(HH) (Garzón-Zúñiga et al., 2008). Con base en<br />
estos resultados se instaló un primer sistema a<br />
escala real. Una pequeña planta que trata in situ<br />
las aguas residuales <strong>de</strong> una escuela secundaria,<br />
utilizando una mezcla <strong>de</strong> jacaranda y tabachín<br />
como material orgánico filtrante, en la ciudad<br />
<strong>de</strong> Cuernavaca, Morelos, México, ubicada<br />
en una zona don<strong>de</strong> se carece <strong>de</strong> drenaje y las<br />
aguas residuales se vierten a una barranca.<br />
El objetivo <strong>de</strong> este trabajo es el <strong>de</strong> presentar<br />
algunos ejemplos <strong>de</strong> aplicación a escala real <strong>de</strong><br />
esta nueva tecnología en Canadá y México.<br />
Descripción <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> biofiltración<br />
sobre materiales orgánicos<br />
El proceso permite tratar simultáneamente<br />
efluentes líquidos y gaseosos utilizando medios<br />
orgánicos (Buelna et al., 1998). La tecnología se<br />
basa en la capacidad que tienen ciertos medios<br />
orgánicos <strong>de</strong> adsorber y absorber diferentes<br />
substancias contaminantes y <strong>de</strong> favorecer la<br />
implantación <strong>de</strong> microorganismos capaces <strong>de</strong><br />
bio<strong>de</strong>gradarlas en CO 2<br />
, N 2<br />
, y H 2<br />
O (Bélanger<br />
et al., 1987). El medio filtrante está constituido<br />
esencialmente <strong>de</strong> virutas <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra y fibras<br />
orgánicas (p.e. <strong>de</strong> turba <strong>de</strong> sphaigne). Su<br />
formulación (receta) es establecida en función<br />
<strong>de</strong> las características <strong>de</strong>l efluente a tratar y <strong>de</strong><br />
los objetivos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga. El medio orgánico<br />
dura aproximadamente cinco años y pue<strong>de</strong><br />
ser reutilizado como mejorador <strong>de</strong> suelos<br />
agrícolas. La figura 1 muestra el principio <strong>de</strong><br />
funcionamiento <strong>de</strong>l proceso.<br />
Las aguas residuales alimentadas en la<br />
superficie <strong>de</strong>l biofiltro percolan a través <strong>de</strong>l<br />
medio filtrante, en don<strong>de</strong> son tratadas mediante<br />
cuatro mecanismos naturales que actúan<br />
simultáneamente: 1) filtración lenta y pasiva;<br />
2) absorción, adsorción e intercambio iónico;<br />
3) bio<strong>de</strong>gradación, y 4) <strong>de</strong>sinfección. El control<br />
<strong>de</strong> la carga aplicada permite un equilibrio entre<br />
el crecimiento y <strong>de</strong>crecimiento <strong>de</strong> la biomasa,<br />
lo que conduce a una bio<strong>de</strong>gradación pasiva<br />
<strong>de</strong> los contaminantes, sin producción <strong>de</strong> lodos<br />
biológicos. Las aguas residuales tratadas
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
Figura 1 Principio <strong>de</strong> funcionamiento.<br />
155<br />
pue<strong>de</strong>n ser reutilizadas o ser <strong>de</strong>scargadas al<br />
cuerpo receptor. Los efluentes gaseosos (malos<br />
olores) pue<strong>de</strong>n ser tratados simultáneamente,<br />
haciéndolos pasar a contracorriente por el<br />
biofiltro.<br />
La figura 2 muestra algunas configuraciones<br />
posibles <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> tratamiento.<br />
El sistema es modular, lo que permite<br />
adaptarlo en función <strong>de</strong> la complejidad <strong>de</strong>l<br />
efluente a tratar, <strong>de</strong> los objetivos <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga<br />
y <strong>de</strong>l incremento <strong>de</strong> la <strong>de</strong>scarga. En esta figura<br />
se observa un sistema constituido por una<br />
unidad separación sólido-líquido (fosa séptica,<br />
sedimentador, flotador físico-químico), una<br />
unidad <strong>de</strong> biofiltración (biofiltros primarios<br />
y secundarios) y una unidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga<br />
(infiltración, irrigación).<br />
Resultados<br />
Los casos presentados en este documento son:<br />
1) tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales sanitarias<br />
y municipales (Bic, Kipawa); 2) tratamiento<br />
<strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong> una industria agroalimentaria<br />
(rastro avícola Giannone Inc.); 3) tratamiento<br />
<strong>de</strong>l estiércol <strong>de</strong> puerco en zonas saturadas<br />
en nitrógeno y fósforo (Viaporc Inc.); 4)<br />
tratamiento <strong>de</strong>l estiércol <strong>de</strong> puerco en<br />
zonas no saturadas (granja Purporc), y 5)<br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales sanitarias<br />
en clima subtropical (escuela secundaria en<br />
Cuernavaca). Los casos seleccionados operan<br />
ininterrumpidamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> hace cuando<br />
menos dos años y medio. La configuración <strong>de</strong>l<br />
sistema <strong>de</strong> tratamiento utilizado en cada caso<br />
y las eficiencias obtenidas se presentan en el<br />
cuadro 1. Este cuadro revela que la eficiencia<br />
global <strong>de</strong> tratamiento se sitúa entre 90 y<br />
99%, en función <strong>de</strong> los diferentes parámetros<br />
estudiados. Es importante mencionar que<br />
estas eficiencias se han mantenido constantes<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el inicio <strong>de</strong> la operación <strong>de</strong> los sistemas.<br />
En efecto, los mecanismos <strong>de</strong> tratamiento<br />
que intervienen en los biofiltros los protegen<br />
contra los efectos <strong>de</strong> las variaciones <strong>de</strong><br />
carga y <strong>de</strong> la temperatura, lo que confiere<br />
al sistema una gran estabilidad. Gracias a la<br />
simplicidad <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> biofiltración sobre<br />
lecho orgánico, las intervenciones necesarias<br />
para la operación y el mantenimiento son<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
156<br />
Figura 2. Configuración <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> tratamiento.<br />
mínimas (tres horas por semana <strong>de</strong> personal<br />
no especializado).<br />
Tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales sanitarias<br />
(Bic) y municipales (Kipawa)<br />
Bic. Este sistema trata 1 m 3 /d <strong>de</strong> aguas<br />
residuales sanitarias (WC + lavabos) <strong>de</strong><br />
una fábrica <strong>de</strong> alimentos balanceados para<br />
animales. El sistema está constituido por una<br />
fosa séptica convencional <strong>de</strong> 4 m 3 (tratamiento<br />
primario) seguida <strong>de</strong> un biofiltro <strong>de</strong> 7 m 3<br />
(tratamiento secundario). Las aguas tratadas<br />
son <strong>de</strong>scargadas a un pozo <strong>de</strong> infiltración <strong>de</strong><br />
30 m 2 . El sistema opera ininterrumpidamente<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el mes <strong>de</strong> marzo <strong>de</strong> 1998. Los resultados<br />
obtenidos muestran que la eficiencia promedio<br />
<strong>de</strong>l sistema es <strong>de</strong> 96% para la DBO 5<br />
, 99% para<br />
los SST y superior a 90% para el N-NTK. El<br />
agua <strong>de</strong>scargada es límpida e inodora (Buelna<br />
et al., 2001).<br />
Kipawa. Este sistema trata 125 m 3 /d <strong>de</strong><br />
aguas residuales generadas por un pequeño<br />
municipio <strong>de</strong> 225 habitantes. El sistema está<br />
constituido por una fosa séptica convencional<br />
<strong>de</strong> 150 m 3 , que asegura el tratamiento primario<br />
y que prece<strong>de</strong> a un tanque <strong>de</strong> regulación<br />
hidráulica (TRH = 24 h). Las aguas residuales<br />
son dirigidas hacia la unidad <strong>de</strong> tratamiento<br />
secundario, integrada por tres biofiltros <strong>de</strong><br />
168 m 3 cada uno. El efluente <strong>de</strong> los biofiltros<br />
es <strong>de</strong>scargado directamente al lago Kipawa. El<br />
sistema opera ininterrumpidamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />
mes <strong>de</strong> enero <strong>de</strong> 2001. Los resultados obtenidos<br />
muestran que el sistema permite <strong>de</strong>scargar al<br />
lago en efluente con concentraciones inferiores<br />
a 10 mg/l <strong>de</strong> DBO 5<br />
, y <strong>de</strong> SST, y a 5 mg/l <strong>de</strong><br />
N-NH 4+<br />
. El agua <strong>de</strong>scargada es límpida e<br />
inodora (Buelna et al., 2001).<br />
Tratamiento <strong>de</strong>l efluente <strong>de</strong> una industria<br />
agroalimentaria (rastro avícola Giannone)<br />
Este sistema trata 450 m 3 /d <strong>de</strong> aguas residuales<br />
industriales y sanitarias generadas por<br />
un rastro avícola. El sistema está constituido<br />
por un pretratamiento (separador helicoidal,
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
Cuadro 1. Configuración <strong>de</strong>l sistema y eficiencias <strong>de</strong> tratamiento.<br />
Efluente<br />
(resultados promedio <strong>de</strong> varios años)<br />
Objetivo<br />
(mg/l)<br />
Parámetro<br />
Volumen total <strong>de</strong><br />
biofiltros<br />
(m 3 )<br />
Gasto/<br />
configuración<br />
Inicio <strong>de</strong> operación<br />
Efluente<br />
biofiltro<br />
(mg/l)<br />
Influente<br />
biofiltro<br />
(mg/l)<br />
Tipo <strong>de</strong><br />
efluente<br />
Proyecto<br />
Bruto<br />
(mg/l)<br />
DBO 5<br />
150 110 6 < 15<br />
7<br />
1 m³/d.<br />
Fosa séptica.<br />
Biofiltro sobre material orgánico.<br />
Pozo <strong>de</strong> infiltración.<br />
Enero <strong>de</strong> 1998<br />
SST 200 50 2 < 15<br />
P 9 9 8 -*<br />
Aguas residuales<br />
sanitarias<br />
Meunerie Bic<br />
NTK 110 110 30 -*<br />
Coliformes 10 5 10 4 10 2 < 10 4<br />
DBO 5<br />
200 140 5 < 40<br />
504<br />
125 m³/d.<br />
Fosa séptica.<br />
Biofiltro sobre material orgánico.<br />
Descarga a lago.<br />
Enero <strong>de</strong> 2001<br />
SST 130 60 5 < 7<br />
P 3 3 3 1<br />
Aguas residuales<br />
municipales<br />
Eagle Village First<br />
Nation Kipawa<br />
N-NH 4<br />
+<br />
20 20 3 < 12<br />
Coliformes 10 6 10 6 10 4 10 3****<br />
DBO 5<br />
35 000 14 000 30 < 100<br />
1 473<br />
17 m³/d.<br />
Físico-químico.<br />
Biofiltro sobre material orgánico.<br />
Pozo <strong>de</strong> infiltración.<br />
Enero <strong>de</strong> 2000<br />
SST 40 000 500 20 < 100<br />
Granja porcina<br />
(zona saturada)<br />
Viaporc Inc.<br />
P 1 100 75 20 < 50<br />
NTK 5 000 2 000 50 < 200<br />
DBO 5<br />
2 200 700 15 < 30<br />
2 250<br />
450 m³/d.<br />
Físico-químico.<br />
Biofiltro sobre material orgánico.<br />
Descarga al río.<br />
Julio <strong>de</strong> 1999<br />
(agrandado en 2003)<br />
SST 1 000 70 5 < 30<br />
P 30 2 2 1***<br />
Rastro<br />
avícola<br />
Volaille Gianonne Inc.<br />
NTK 250 230 100 -*<br />
Coliformes 10 8 10 6 10 4 10 2****<br />
G & A 300 5 5 < 15<br />
DBO 5<br />
264 101 7 30<br />
128<br />
18 m 3 /d.<br />
Fosa séptica.<br />
Biofiltro sobre material orgánico sin<br />
aireación.<br />
Descarga a barranca.<br />
Marzo <strong>de</strong> 2007<br />
SST 109 79 5 40<br />
P 13 13 12 5 ***<br />
NTK 326 321 23 -*<br />
Aguas residuales<br />
sanitarias<br />
Escuela secundaria<br />
# 2, Cuernavaca<br />
Huevos <strong>de</strong> helminto 5 1 0 ≤ 1<br />
Coliformes 10 8 10 6 10 4 ≤ 10 3 ****<br />
* Parámetro no normalizado.<br />
* La irrigación se efectúa en función <strong>de</strong> un Plan Agro-Ambiental <strong>de</strong> Fertilización (PAAF) y no <strong>de</strong> un objetivo <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga.<br />
*** Necesidad <strong>de</strong> optimizar el pretratamiento.<br />
**** Desinfección final necesaria.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
157
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
158<br />
trampa <strong>de</strong> grasas, sedimentador), un tanque<br />
<strong>de</strong> regulación hidráulica <strong>de</strong> 200 m 3 , un flotador<br />
fisicoquímico <strong>de</strong> 100 m 3 , dos biofiltros<br />
primarios <strong>de</strong> 750 m 3 cada uno y un biofiltro<br />
secundario <strong>de</strong> 750 m 3 . El efluente tratado es<br />
<strong>de</strong>scargado directamente al río Chicot. El<br />
sistema opera ininterrumpidamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />
mes <strong>de</strong> julio <strong>de</strong> 1999. Los resultados obtenidos<br />
muestran que la eficiencia promedio <strong>de</strong>l<br />
sistema es <strong>de</strong> 99% para la DBO 5<br />
y los SST; <strong>de</strong><br />
98% para las grasas y aceites, y <strong>de</strong> 85% para<br />
el N-NTK. El agua <strong>de</strong>scargada es límpida e<br />
inodora (Dubé et al., 2002).<br />
Tratamiento <strong>de</strong>l estiércol <strong>de</strong> puerco en región<br />
saturada en nitrógeno y fósforo (Viaporc)<br />
Viaporc Inc. es una granja porcina situada<br />
en una zona saturada en nitrógeno y fósforo<br />
a causa <strong>de</strong> la intensa actividad agrícola y<br />
pecuaria. Esta granja produce 4 500 puercos <strong>de</strong><br />
100 kg por año y genera 12 m 3 /d <strong>de</strong> estiércol.<br />
El sistema <strong>de</strong> tratamiento está constituido<br />
por un tanque <strong>de</strong> regulación hidráulica, una<br />
unidad <strong>de</strong> flotación fisicoquímica <strong>de</strong> 15 m 3 /h,<br />
dos biofiltros primarios <strong>de</strong> 491 m 3 cada uno,<br />
un biofiltro secundario <strong>de</strong> 491 m 3 y un pozo<br />
<strong>de</strong> infiltración <strong>de</strong> 25 × 30 m para la <strong>de</strong>scarga<br />
final <strong>de</strong>l efluente tratado. El sistema opera<br />
ininterrumpidamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el mes <strong>de</strong> enero<br />
<strong>de</strong> 2000. Los resultados obtenidos muestran<br />
que la eficiencia <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong>l sistema<br />
es superior a 99% para la DBO 5<br />
y los SST, <strong>de</strong><br />
96% para el N-NTK y <strong>de</strong> 99% para el fósforo.<br />
El agua <strong>de</strong>scargada es límpida e inodora (Dubé<br />
et al., 2005).<br />
Tratamiento <strong>de</strong>l estiércol <strong>de</strong> puerco en región<br />
no saturada con problemas <strong>de</strong> malos olores<br />
(granja Purporc S.E.N.C.)<br />
Purporc S.E.N.C. es una granja porcina situada<br />
en una zona confrontada a problemas <strong>de</strong><br />
cohabitación con los habitantes <strong>de</strong> la región,<br />
por causa <strong>de</strong> los riesgos <strong>de</strong> contaminación <strong>de</strong><br />
mantos freáticos y <strong>de</strong> aguas superficiales, así<br />
como por los malos olores. Esta granja, <strong>de</strong> 1<br />
200 vientres, genera 27 m 3 /d <strong>de</strong> estiércol. El<br />
sistema <strong>de</strong> tratamiento instalado ahí está<br />
constituido por un tanque <strong>de</strong> regulación<br />
hidráulica <strong>de</strong> 150 m 3 , <strong>de</strong> dos sedimentadores<br />
naturales <strong>de</strong> 20 m 3 cada uno, dos biofiltros<br />
primarios <strong>de</strong> 750 m 3 cada uno, un biofiltro<br />
secundario <strong>de</strong> 750 m 3 y un tanque <strong>de</strong><br />
almacenamiento para la reutilización <strong>de</strong>l<br />
agua tratada en la irrigación. El sistema opera<br />
ininterrumpidamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el mes <strong>de</strong> febrero<br />
<strong>de</strong> 1999. Los resultados obtenidos muestran<br />
que la eficiencia <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong>l sistema es<br />
<strong>de</strong> 99% para la DBO 5<br />
y los SST; <strong>de</strong> 91% para<br />
el N-NTK, y <strong>de</strong> 69% para el fósforo. El agua<br />
<strong>de</strong>scargada es límpida e inodora (Turgeon et<br />
al., 2003). Las medidas sensoriales efectuadas<br />
muestran que la tecnología permite reducir en<br />
más <strong>de</strong> 80% la intensidad <strong>de</strong>l olor (Buelna et<br />
al., 2005).<br />
Tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales sanitarias en<br />
clima subtropical (Cuernavaca)<br />
Escuela secundaria. La escuela cuenta con<br />
una población <strong>de</strong> 1 500 alumnos y maestros<br />
que asisten diariamente. El sistema tiene una<br />
capacidad <strong>de</strong> 18 m 3 /d <strong>de</strong> aguas residuales<br />
sanitarias (WC + lavabos) y está constituido<br />
por una fosa séptica dividida en tres cámaras<br />
<strong>de</strong> 27 m 3 (retiene, SST y G, y A), seguida <strong>de</strong><br />
un cárcamo <strong>de</strong> regulación <strong>de</strong> 9 m 3 , <strong>de</strong>l cual<br />
el agua residual pasa a un biofiltro <strong>de</strong> 128<br />
m 3 (tratamiento secundario). El efluente <strong>de</strong>l<br />
biofiltro es <strong>de</strong>scargado en la barranca, pero<br />
existe el interés por reutilizarlo en riego <strong>de</strong><br />
áreas ver<strong>de</strong>s, ya que presenta una calidad que<br />
permitiría cumplir con las normas mexicanas y<br />
americanas para tal fin. Presenta una remoción<br />
<strong>de</strong> 97.5% <strong>de</strong> la DBO 5<br />
; 95.4% <strong>de</strong> los SST; 92.9%<br />
<strong>de</strong>l NTK (a pesar <strong>de</strong> que la concentración <strong>de</strong><br />
entrada es > 300 mg/l); 4 unida<strong>de</strong>s log. <strong>de</strong> CF<br />
y 100% <strong>de</strong> los huevos <strong>de</strong> helminto. El agua que<br />
se <strong>de</strong>scarga es translúcida, limpia e inodora. El<br />
sistema opera <strong>de</strong> forma continua <strong>de</strong>s<strong>de</strong> marzo<br />
<strong>de</strong> 2007.
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
Características particulares <strong>de</strong> los<br />
biofiltros sobre material orgánico<br />
De acuerdo con Garzón-Zúñiga y Buelna (2011),<br />
los biofiltros sobre lecho orgánico presentan<br />
dos características que los diferencian <strong>de</strong> los<br />
filtros rociadores convencionales (“trickling<br />
filtres”), los cuales también son percoladores.<br />
Las dos características son: 1) el tipo <strong>de</strong><br />
material <strong>de</strong> empaque, que en los segundos<br />
es sintético o mineral, y 2) la carga hidráulica<br />
que se aplica, la cual en los biofiltros sobre<br />
lecho orgánico es aproximadamente 10 veces<br />
menor a la que se aplica a los filtros rociadores.<br />
Estas dos características inducen una serie<br />
<strong>de</strong> diferencias entre ambos sistemas: los<br />
biofiltros sobre lecho orgánico requieren <strong>de</strong><br />
gran<strong>de</strong>s superficies seccionales <strong>de</strong> reactores y<br />
la carga hidráulica que pue<strong>de</strong>n tratar es menor<br />
a la que se trata en un filtro rociador <strong>de</strong> baja<br />
tasa; sin embargo, los biofiltros sobre lecho<br />
orgánico pue<strong>de</strong>n alcanzar mejores eficiencias<br />
<strong>de</strong> remoción <strong>de</strong> DQO, DBO 5<br />
, N-NH 4<br />
+<br />
y a un<br />
menor costo <strong>de</strong> operación, en comparación<br />
con los filtros rociadores. A<strong>de</strong>más, pue<strong>de</strong>n<br />
nitrificar, <strong>de</strong>snitrificar y remueven hasta 65%<br />
<strong>de</strong>l NT, y remueven entre 4 y 8 unida<strong>de</strong>s<br />
logarítmicas <strong>de</strong> coliformes fecales, y entre 98 y<br />
100% <strong>de</strong> los huevos <strong>de</strong> helminto. Por otra parte,<br />
si se compara a los sistemas <strong>de</strong> biofiltración<br />
sobre lecho orgánico con otras tecnologías<br />
pasivas, como son los humedales artificiales<br />
y los sistemas <strong>de</strong> lagunas, en función <strong>de</strong>l área<br />
superficial que requieren estos sistemas, los<br />
biofiltros utilizan una quinta parte <strong>de</strong>l área <strong>de</strong><br />
un humedal, y entre 10 y 12 veces menos que el<br />
área requerida por un sistema <strong>de</strong> lagunas para<br />
obtener calida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> efluente similares.<br />
Conclusiones<br />
Los resultados obtenidos durante más <strong>de</strong> seis<br />
años <strong>de</strong> operación a escala real revelan que la<br />
eficiencia global <strong>de</strong> tratamiento <strong>de</strong>l proceso<br />
<strong>de</strong> biofiltración sobre lecho orgánico se sitúa<br />
entre 90 y 99%, en función <strong>de</strong> los diferentes<br />
parámetros estudiados, y que ésta se mantuvo<br />
estable <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el inicio <strong>de</strong> la operación <strong>de</strong> los<br />
sistemas. El agua tratada está libre <strong>de</strong> malos<br />
olores. La calidad <strong>de</strong>l efluente producido<br />
por el sistema permite contemplar su reúso<br />
en el riego <strong>de</strong> áreas ver<strong>de</strong>s (jardines, campos<br />
<strong>de</strong> golf), en agricultura, lavado y recarga <strong>de</strong><br />
mantos freáticos. Las aguas tratadas pue<strong>de</strong>n<br />
igualmente ser <strong>de</strong>scargadas en lagos y ríos,<br />
sin afectar la calidad <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>l cuerpo<br />
receptor. Gracias a la simplicidad <strong>de</strong>l proceso,<br />
se requieren solamente tres horas por semana<br />
<strong>de</strong> personal no especializado para su operación<br />
y mantenimiento.<br />
Estos resultados permiten concluir que la<br />
biofiltación sobre lecho orgánico constituye<br />
una tecnología robusta, segura, simple y<br />
eficaz, adaptada a la problemática ambiental<br />
<strong>de</strong> las regiones aisladas. Sus bajos costos <strong>de</strong><br />
inversión y mantenimiento, su simplicidad <strong>de</strong><br />
operación y <strong>de</strong> mantenimiento, hacen <strong>de</strong> esta<br />
tecnología una alternativa muy interesante<br />
para el tratamiento <strong>de</strong> las aguas residuales<br />
generadas por las pequeñas comunida<strong>de</strong>s, los<br />
asentamientos rurales y las agro-industrias.<br />
En un contexto <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo sustentable<br />
sería oportuno adaptar esta tecnología al<br />
contexto específico <strong>de</strong> los países iberoamericanos.<br />
La i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> materiales<br />
autóctonos y la implantación <strong>de</strong> vitrinas <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>mostración tecnológica constituyen sin<br />
duda las primeras activida<strong>de</strong>s por realizar.<br />
Referencias<br />
Recibido: 17/11/09<br />
Aceptado: 28/03/12<br />
BÉLANGER, A., POTVIN, D., CLOUTIER, R., et CARON,<br />
M. La tourbe: une ressource d’avenir. Québec: Centre<br />
Québécois <strong>de</strong> la Valorisation <strong>de</strong> la Biomasse, 1987, 125 pp.<br />
BUELNA, G. et BÉLANGER, G. Biofiltration á base <strong>de</strong><br />
tourbe pour le traitement <strong>de</strong>s eaux usées <strong>de</strong>s petites<br />
municipalités. Sciences et techniques <strong>de</strong> l’eau. Vol. 23, 1990,<br />
pp. 259-264.<br />
BUELNA, G., DUBÉ, R., MICHEL, M.C., TURGEON, N.,<br />
BERNARD, Y., and LESSARD, P. Comprehensive Pig<br />
Manure Treatment Using: the BIOSOR MD Biofiltration<br />
Process. Proceedings of the RAMIRAN 98. 8 th International<br />
Conference, Rennes, Brittany, France, 1998.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
159
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
160<br />
BUELNA, G., DUBÉ, R., et TREMBLAY, M.L. Utilisation du<br />
BIOSOR MD pour le traitement <strong>de</strong>s effluents d’origine sanitaire :<br />
présentation <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux cas types.13 e Colloque annuel sur<br />
l’environnement <strong>de</strong> l’ordre <strong>de</strong>s ingénieurs du Québec,<br />
Canada, 2001.<br />
BUELNA, G., TURGEON, N., and DUBÉ, R. Deodorization of<br />
Pig Manure by Organic Bed Biofiltration. La Coruña, Spain:<br />
Congress on Biotechniques for Air Pollution Control,<br />
2005.<br />
DUBÉ, R., BUELNA, G., BERNARD Y., et BELLEMARE,<br />
G. Adaptation et démonstration du procédé BIOSOR<br />
dans une ferme porcine <strong>de</strong> type finisseur. Vecteur<br />
Environnement. Vol. 38, No. 4, 2005, pp. 20-25.<br />
DUBÉ, R., TURGEON, N., BUELNA, G., BERNARD,<br />
Y., BELLEMARE, G., et BENMOUSSA, H. Utilisation<br />
du procédé BIOSOR pour le traitement <strong>de</strong>s effluents<br />
d’entreprises agroalimentaires: presentation <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux<br />
cas types. Salon <strong>de</strong>s technologies environnementales. Reseau<br />
environnement. Québec: 2002.<br />
GARZÓN-ZÚÑIGA, M. La biofiltración sobre cama <strong>de</strong><br />
turba, un tratamiento eficiente para diferentes tipos <strong>de</strong><br />
agua residual industrial. Memorias <strong>de</strong>l XXIX Congreso<br />
Interamericano <strong>de</strong> Ingeniería Sanitaria y Ambiental. San Juan,<br />
Puerto Rico, <strong>de</strong>l 22 al 26 <strong>de</strong> agosto <strong>de</strong> 2004.<br />
GARZÓN-ZÚÑIGA, M., HANSEN, I., MOELLER,<br />
G., BUELNA, G. y BELLEMARE, G. Biofiltración<br />
sobre materiales orgánicos <strong>de</strong> regiones tropicales y<br />
subtropicales: Desarrollo IMTA-CRIQ (2ª etapa). Informe<br />
final <strong>de</strong> proyecto IMTA-TC0512.4. Jiutepec, México:<br />
IMTA, 2007, pp.46.<br />
GARZÓN-ZÚÑIGA, M., TOMASSINI-ORTIZ, A.C.,<br />
MOELLER-CHAVEZ, G., HORNELAS-URIBE, Y.,<br />
BUELNA, G., and MIJAYLOVA-NACHEVA, P. Enhanced<br />
pathogen removal in one-site biofiltration systems over<br />
organic filtration materials. Water Practice & Technology.<br />
Vol. 3, No. 2, 2008, pp. 1-9, doi:10.2166/wpt.2008.053.<br />
GARZÓN-ZÚÑIGA, M. and BUELNA, G. Treatment of<br />
wastewater from a school in a <strong>de</strong>centralized filtration<br />
system by percolation over organic packing media. Wat.<br />
Sci. Tech. Vol. 64, No. 5, 2011, pp. 1169-1177.<br />
LENS, P.N., VOCHTEN, P.M., SPELEERS, L., and<br />
VERSTRAETE, W.H. Direct treatment of domestic<br />
wastewater by percolation over peat, bark and woodchips.<br />
Water Res. Vol. 28, No. 1, 1994, pp. 17-26.<br />
TURGEON, N., BUELNA, G. y CÖTE, L. Adaptation,<br />
démonstration et optimisation du BIOSOR MD dans une<br />
porcherie <strong>de</strong> gran<strong>de</strong> taille <strong>de</strong> type naisseur. Rapport interne<br />
CRIQ dans le cadre du programme FPGST-ENV, Quebec,<br />
2003, 70 pp.
Garzón-Zúñiga et al., La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en...<br />
Abstract<br />
GARZÓN-ZÚÑIGA, M.A., BUELNA, G. & MOELLER-CHÁVEZ, G.E. Biofiltration<br />
on organic media, a new sustainable technology for wastewater treatment in small<br />
communities and industries. Water Technology and Sciences (in Spanish). Vol. III, No.<br />
3, July-September, 2012, pp. 153-161.<br />
The large amounts of organic matter, nutrients, heavy metals and other chemical substances<br />
in water is one of the most troubling problems faced by all countries worldwi<strong>de</strong>. Therefore,<br />
the priorities for sustainable <strong>de</strong>velopment are the control, reduction and treatment of<br />
wastewater from urban, agricultural, agro-industrial and industrial discharges into water<br />
bodies. Unfortunately, the operational complexity and high investment and maintenance<br />
costs associated with conventional wastewater treatment systems have limited their usage<br />
in small municipalities, rural zones and small and medium industries. The biofiltration<br />
process on organic medium has recently been <strong>de</strong>veloped in Canada in or<strong>de</strong>r to solve the<br />
sanitation problems and meet its needs in these important sectors. This process is based<br />
on the capacity of certain organic media to act as natural resins, which are able to retain<br />
different types of pollutants through adsorption/absorption mechanisms and contribute to<br />
the settling of microorganisms capable of <strong>de</strong>grading the entrapped pollutants. Because this<br />
technology is <strong>de</strong>centralized and can resolve problems in many rural and semi-urban zones,<br />
it has recently been of interest in Mexico. It has been tested in the laboratory for treating<br />
urban and industrial wastewater using organic materials in the region and the first realscale<br />
system has been installed. Therefore, the objective of this research is to present the main<br />
results obtained for this technology at the real-scale and its impact on the urban sectors<br />
(small municipalities and rural zones) and agro-industry (pig and poultry farms) in Canada<br />
and Mexico.<br />
161<br />
Keywords: biofiltration, in-situ treatment system, low maintenance system, domestic and<br />
industrial wastewater.<br />
Dirección institucional <strong>de</strong> los autores<br />
Dr. Marco Antonio Garzón Zúñiga<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
Coordinación <strong>de</strong> Tratamiento y Calidad <strong>de</strong>l Agua<br />
Subcoordinación <strong>de</strong> Tratamiento <strong>de</strong> Aguas Residuales<br />
Paseo Cuauhnáhuac 8532, colonia Progreso<br />
62550 Jiutepec, Morelos, México<br />
Teléfono: +52 (777) 3293 600, extensión 894<br />
Fax: +52 (777) 3293 663<br />
mgarzon@tlaloc.imta.mx<br />
Dr. Gerardo Buelna<br />
Dirección <strong>de</strong> Medio Ambiente y Centro <strong>de</strong> Investigación<br />
Industrial <strong>de</strong> Quebec Canadá<br />
333, rue Franquet<br />
Quebec (Quebec) G1P 4C7<br />
Quebec, Canadá<br />
Teléfono: +52 (418) 6591 550 y 1 800 6672 386, 2609<br />
Fax: +52 (418) 6522 202<br />
Gerardo.Buelna@criq.qc.ca<br />
Dra. Gabriela Moeller Chávez<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
Coordinación <strong>de</strong> Tratamiento y Calidad <strong>de</strong>l Agua<br />
Paseo Cuauhnáhuac 8532, colonia Progreso<br />
62550 Jiutepec, Morelos, México<br />
Teléfono: +52 (777) 3293 661 y 3293 600, extensión 553<br />
Fax: +52 (777) 3194 381<br />
Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l Agua<br />
gmoeller@tlaloc.imta.mx<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Arroyo La Leche, afluente <strong>de</strong>l Río Ver<strong>de</strong>, Oaxaca, México.<br />
Foto: Alejandro Ruiz López.
Nota técnica<br />
Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región<br />
centro-noreste <strong>de</strong> México, según el<br />
Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación en<br />
Embalses <strong>de</strong> Zhi<strong>de</strong> Zhou<br />
• Daniel Francisco Campos-Aranda •<br />
Profesor Jubilado <strong>de</strong> la Universidad Autónoma <strong>de</strong> San Luis Potosí, México<br />
Resumen<br />
De inicio se citan varios conceptos en relación con los embalses y su sedimentación.<br />
Enseguida se <strong>de</strong>scribe con <strong>de</strong>talle el llamado Diagrama Universal <strong>de</strong><br />
Sedimentación en Embalses (DUSE), propuesto por Zhi<strong>de</strong> Zhou en 1993. Este<br />
diagrama permite representar la sedimentación ocurrida en cualquier presa o<br />
embalse, en función <strong>de</strong> dos <strong>de</strong> sus parámetros más relevantes: su capacidad total<br />
y su volumen escurrido medio anual. Los resultados numéricos <strong>de</strong> 35 batimetrías<br />
realizadas en presas medianas y pequeñas <strong>de</strong> la región centro y noreste <strong>de</strong><br />
México se dibujaron en el DUSE y se interpretó su ubicación. Se concluye que el<br />
DUSE es una herramienta útil, la cual permite una caracterización regional <strong>de</strong> la<br />
sedimentación ocurrida en sus embalses.<br />
Palabras clave: presas, embalses, sedimentos, escurrimiento medio anual,<br />
capacidad total.<br />
163<br />
Introducción<br />
Las presas o embalses son las obras hidráulicas<br />
básicas <strong>de</strong>l aprovechamiento <strong>de</strong> los recursos<br />
hidráulicos; su objetivo fundamental consiste<br />
en guardar los escurrimientos exce<strong>de</strong>ntes a la<br />
<strong>de</strong>manda y utilizarlos cuando ésta resulta<br />
superior. Bajo tal planteamiento, existen<br />
dos tipos <strong>de</strong> embalses: (1) los estacionales,<br />
comúnmente pequeños, que guardan agua <strong>de</strong><br />
la época <strong>de</strong> lluvias y la utilizan en el estiaje<br />
siguiente; (2) los hiperanuales, generalmente<br />
gran<strong>de</strong>s, que almacenan agua <strong>de</strong> los años<br />
húmedos y la emplean en los años secos.<br />
Debido a que el escurrimiento <strong>de</strong> todos los<br />
ríos transporta sedimentos, ambos tipos <strong>de</strong><br />
embalses siempre están sometidos a un proceso<br />
<strong>de</strong> sedimentación, el cual reduce su capacidad<br />
para almacenar agua.<br />
Los sedimentos que transporta el escurrimiento<br />
se originan en los procesos <strong>de</strong> erosión<br />
que ocurren en la cuenca; a<strong>de</strong>más, existen<br />
mecanismos <strong>de</strong> socavación en el propio cauce<br />
y en sus orillas, que también producen material<br />
que se moverá <strong>de</strong>bido a la turbulencia <strong>de</strong>l flujo<br />
en el río. De acuerdo con la manera en que es<br />
transportado el sedimento en el río, éste se<br />
clasifica en dos gran<strong>de</strong>s tipos: (a) en suspensión,<br />
cuando está sostenido por la turbulencia y (b)<br />
en el fondo, cuyo avance pue<strong>de</strong> ser rodando,<br />
saltando o <strong>de</strong>slizándose (Fabián-Rivera et al.,<br />
2005).<br />
La medición <strong>de</strong> los sedimentos en un río<br />
tiene muchas dificulta<strong>de</strong>s, unas provienen <strong>de</strong> la<br />
complejidad <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> erosión, transporte<br />
y <strong>de</strong>pósito <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l propio cauce, otras<br />
<strong>de</strong> los costos asociados con tales mediciones y,<br />
finalmente, otras relativas a la carencia <strong>de</strong> un<br />
programa exclusivo para obtener este tipo <strong>de</strong><br />
datos, en el estiaje y en la época <strong>de</strong> crecientes,<br />
así como en suspensión y en el fondo, ya que<br />
rutinariamente sólo se muestrea el transporte <strong>de</strong><br />
sólidos cerca <strong>de</strong> la superficie (Fabián-Rivera et<br />
al., 2005).<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012, pp. 163-173
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
164<br />
Por otra parte, ante la presión que ejerce el<br />
aumento <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda para todos los usos,<br />
originada por el crecimiento poblacional, el<br />
incremento <strong>de</strong> la productividad y la búsqueda<br />
<strong>de</strong> mejores nivel <strong>de</strong> vida, resulta inadmisible<br />
per<strong>de</strong>r capacidad <strong>de</strong> almacenamiento en los<br />
embalses, pues ello significa menor garantía<br />
para el abastecimiento e incluso la falla para<br />
surtir la <strong>de</strong>manda. En este contexto, es muy<br />
importante saber qué capacidad útil tiene<br />
cada embalse que lleva años en operación.<br />
Ante la escasez <strong>de</strong> datos sobre sedimentos,<br />
para realizar las estimaciones necesarias, las<br />
batimetrías resultan ser una práctica económica<br />
y confiable para obtener una aproximación<br />
numérica a la sedimentación ocurrida en cada<br />
embalse (Vanoni, 1975; Bruk, 1985; Morris y<br />
Fan, 1998; Mobayed-Khodr, 2002).<br />
Con esto último en mente, hacia mediados<br />
<strong>de</strong> los años setenta se inició en la entonces<br />
Secretaría <strong>de</strong> Recursos Hidráulicos (SRH) un<br />
programa <strong>de</strong> levantamientos batimétricos <strong>de</strong><br />
embalses pequeños y medianos en la región<br />
centro-noreste <strong>de</strong>l país, el cual se intensificó<br />
en la década <strong>de</strong> los años ochenta, llegándose<br />
a completar 35 batimetrías. Los resultados <strong>de</strong><br />
tales batimetrías son ahora procesados para su<br />
vaciado e interpretación en el llamado Diagrama<br />
Universal <strong>de</strong> Sedimentación en Embalses (DUSE) y<br />
ello constituye el objetivo <strong>de</strong> este trabajo.<br />
Desarrollo<br />
Información procesada <strong>de</strong> batimetrías<br />
Entre 1926 y 1946, todos los aspectos asociados<br />
con la planeación, diseño y construcción <strong>de</strong> las<br />
presas en el país eran realizados por la Comisión<br />
Nacional <strong>de</strong> Irrigación, la cual se transformó, en<br />
1947, en la Secretaría <strong>de</strong> Recursos Hidráulicos<br />
(SRH), misma que operó hasta 1976, cuando<br />
se fusionó con la Secretaría <strong>de</strong> Agricultura y<br />
Gana<strong>de</strong>ría, para establecer la Secretaría <strong>de</strong><br />
Agricultura y Recursos Hidráulicos (SARH),<br />
precursora <strong>de</strong> la actual Comisión Nacional<br />
<strong>de</strong>l Agua, que nace en 1989. En la SRH existió<br />
la Dirección <strong>de</strong> Pequeña Irrigación, que tenía<br />
cuatro subdirecciones regionales, una <strong>de</strong> ellas,<br />
la Noreste, abarcaba los estados <strong>de</strong> Chihuahua,<br />
Coahuila, Nuevo León, Tamaulipas, Durango,<br />
Zacatecas, Aguascalientes y San Luis Potosí.<br />
En la Subdirección Regional Noreste se<br />
inició a mediados <strong>de</strong> los años setenta un programa<br />
<strong>de</strong> levantamientos batimétricos, orientado<br />
a encontrar indicadores reales <strong>de</strong> la<br />
sedimentación en embalses <strong>de</strong> tal región. Tal<br />
programa duró más <strong>de</strong> diez años y en total se<br />
realizaron 35 batimetrías. Las características<br />
generales <strong>de</strong> las 35 presas y los resultados <strong>de</strong><br />
sus respectivas batimetrías se presentan en el<br />
cuadro 1, en las columnas 1 a 7 (González-Ortiz,<br />
1996; González-Ortiz y Campos-Aranda, 1996).<br />
En estas referencias se tienen coor<strong>de</strong>nadas y<br />
mapas <strong>de</strong> <strong>de</strong>talle que establecen la ubicación<br />
<strong>de</strong> las 35 presas <strong>de</strong>l cuadro 1. En la figura 1<br />
se muestra su localización aproximada, según<br />
numeración <strong>de</strong>l cuadro 1.<br />
Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación en<br />
Embalses (DUSE)<br />
Zhi<strong>de</strong> Zhou <strong>de</strong>l International Research and<br />
Training Center on Erosion and Sedimentation<br />
<strong>de</strong> Beijing, China, indica que en este país existen<br />
82 848 presas, <strong>de</strong> las cuales 18 000 son gran<strong>de</strong>s,<br />
pues su cortina tiene más <strong>de</strong> 15 metros <strong>de</strong><br />
altura. De acuerdo con 231 batimetrías llevadas<br />
a cabo a inicios <strong>de</strong> los años ochenta a presas<br />
medianas y gran<strong>de</strong>s, con capacidad mayor <strong>de</strong><br />
10.0 millones <strong>de</strong> m 3 (Mm 3 ), se encontró que el<br />
14.3% <strong>de</strong>l total <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong> almacenamiento<br />
estaba ocupado por sedimentos y que la<br />
pérdida promedio anual <strong>de</strong> capacidad en los<br />
embalses <strong>de</strong> China es <strong>de</strong>l 2.3%, la mayor <strong>de</strong>l<br />
mundo (Zhou, 1993).<br />
Como ya se indicó, cada río transporta<br />
sedimentos y, por lo tanto, en todos los embalses<br />
ocurrirá un proceso <strong>de</strong> sedimentación. Para<br />
caracterizar tal proceso, Zhi<strong>de</strong> Zhou <strong>de</strong>finió<br />
dos cocientes adimensionales: uno para las<br />
abscisas (F) y otro para las or<strong>de</strong>nadas (Y) <strong>de</strong><br />
un gráfico logarítmico, en el cual se pue<strong>de</strong><br />
dibujar la sedimentación ocurrida en cualquier<br />
embalse; F es el cociente entre la capacidad
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
165<br />
Figura 1. Localización aproximada <strong>de</strong> las 35 presas. Numeración según el cuadro 1.<br />
total <strong>de</strong>l embalse (CT) y el volumen escurrido<br />
medio anual (VEMA), ambas cantida<strong>de</strong>s<br />
expresadas en millones <strong>de</strong> m 3 (Mm 3 ); Y es el<br />
cociente entre CT y el volumen <strong>de</strong> sedimentos<br />
medio anual (VSMA) que llegan a tal embalse,<br />
nuevamente ambas en Mm 3 . Tres líneas rectas<br />
<strong>de</strong>finen igual número <strong>de</strong> grupos <strong>de</strong> embalses,<br />
según la concentración <strong>de</strong> sedimentos en el río:<br />
I) <strong>de</strong> baja concentración, menor que 1 kg/m 3 ;<br />
II) <strong>de</strong> concentración media, cuando la cantidad<br />
<strong>de</strong> sedimentos oscila entre 1 y 10 kg/m 3 , y III)<br />
<strong>de</strong> alta concentración, cuando el transporte <strong>de</strong><br />
sólidos es mayor <strong>de</strong> 10 kg/m 3 (Zhou, 1993).<br />
El gráfico así <strong>de</strong>finido se llama Diagrama<br />
Universal <strong>de</strong> Sedimentación en Embalses<br />
(DUSE). El construido por Zhi<strong>de</strong> Zhou se<br />
muestra en la figura 2, cuya relación <strong>de</strong> embalses<br />
dibujados se tiene en el cuadro 2. En el<br />
DUSE, las presas que tienen gran capacidad<br />
en relación con el VEMA se ubican hacia<br />
el lado <strong>de</strong>recho, caso <strong>de</strong> las hiperanuales y<br />
almacenamientos <strong>de</strong> las zonas áridas. Respecto<br />
al VSMA, las presas con aportaciones bajas se<br />
localizan hacia arriba <strong>de</strong>l gráfico.<br />
Cálculo <strong>de</strong> los coeficientes adimensionales F<br />
y Y<br />
Para dibujar los resultados <strong>de</strong> las 35 batimetrías<br />
realizadas en presas pequeñas y medianas <strong>de</strong><br />
la región centro-noreste <strong>de</strong> México, se dividió<br />
el volumen <strong>de</strong> sedimentos calculado entre el<br />
número <strong>de</strong> años <strong>de</strong> operación y ello condujo<br />
al valor <strong>de</strong>l VSMA. Lógicamente se tiene como<br />
dato el volumen o capacidad total <strong>de</strong> la presa<br />
(CT). Lo que presentó más dificulta<strong>de</strong>s para su<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
166<br />
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Cuadro 1. Características generales <strong>de</strong> las 35 presas indicadas, sus batimetrías y resultados <strong>de</strong> los cálculos necesarios para dibujarlos en el Diagrama Universal<br />
<strong>de</strong> Sedimentación en Embalses.<br />
Vol. <strong>de</strong> sed.<br />
Años inicial y <strong>de</strong> la<br />
CT<br />
VEMA<br />
medio<br />
Capacidad total<br />
Área <strong>de</strong><br />
Nombre <strong>de</strong> la<br />
Presa<br />
Φ =<br />
VEMA*<br />
Ψ =<br />
CT<br />
(Mm 3 ) VSMA<br />
PMA (CE)*<br />
batimetría (lapso <strong>de</strong><br />
Estado<br />
anual (VSMA,<br />
inicial (CT, Mm 3 )<br />
cuenca (A, km 2 )<br />
presa<br />
número<br />
funcionamiento)<br />
Mm 3 )<br />
1 El Niágara Ags. 4 844.0 1963-1985 (22) 16.500 0.0518 540 (0.075) 196.182 318.5 0.084<br />
Abelardo L.<br />
2<br />
Ags. 200.0 1930-1985 (55) 28.700 0.1262 560 (0.090) 10.080 227.4 2.847<br />
Rodríguez<br />
3 La Codorniz Ags. 172.0 1966-1983 (17) 5.340 0.0317 555 (0.095) 9.069 168.5 0.589<br />
4 El Saucillo Ags. 118.7 1940-1984 (44) 6.800 0.0114 470 (0.070) 3.905 596.5 1.741<br />
5 Peña Blanca Ags. 92.6 1964-1983 (19) 4.420 0.0193 535 (0.090) 4.459 229.0 0.991<br />
6 Pilotos Ags. 79.4 1973-1983 (10) 0.816 0.0117 535 (0.090) 3.823 69.7 0.213<br />
7 Or<strong>de</strong>ña Vieja Ags. 73.1 1974-1983 (9) 4.051 0.0086 510 (0.090) 3.355 471.0 1.207<br />
8 El Cedazo Ags. 60.3 1960-1983 (23) 1.200 0.0330 470 (0.070) 1.984 36.4 0.605<br />
9 Priedritas Coa. 3 015.0 1968-1988 (20) 22.062 0.2592 250 (0.050) 37.688 85.1 0.585<br />
10 Alto <strong>de</strong> Norias Coa. 31.5 1968-1987 (19) 2.807 0.0439 280 (0.060) 0.529 63.9 5.306<br />
11 Talamantes Chi. 605.0 1902-1987 (85) 31.000 0.0282 450 (0.080) 21.780 1 099.3 1.423<br />
12 Tenasco Jal. 150.0 1961-1983 (22) 10.500 0.0615 627 (0.135) 12.700 170.7 0.827<br />
13 La Boca NL 266.0 1957-1987 (30) 17.130 0.0431 650 (0.160) 27.664 397.4 0.619<br />
14 Agualeguas NL 116.0 1967-1983 (16) 10.772 0.0368 610 (0.105) 7.430 292.7 1.450<br />
15 Sombreretillo NL 64.4 1968-1984 (16) 5.562 0.0351 600 (0.100) 3.864 158.5 1.439<br />
16 Loma Larga NL 27.6 1964-1984 (20) 4.416 0.0113 605 (0.110) 1.837 390.8 2.404<br />
17 Ojo Caliente SLP 250.0 1966-1983 (17) 10.255 0.0476 480 (0.085) 10.200 215.4 1.002<br />
18 San José SLP 167.0 1905-1975 (70) 7.500 0.0400 385 (0.120) 7.700 187.5 0.974
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
Cuadro 1 (continuación). Características generales <strong>de</strong> las 35 presas indicadas, sus batimetrías y resultados <strong>de</strong> los cálculos necesarios para dibujarlos en el Diagrama Universal<br />
<strong>de</strong> Sedimentación en Embalses.<br />
19 El Peaje SLP 81.0 1950-1976 (26) 8.000 0.0538 530 (0.190) 8.157 148.7 0.981<br />
20 Álvaro Obregón SLP 66.0 1940-1982 (42) 3.904 0.0301 750 (0.140) 6.930 129.7 0.563<br />
21 Mexquitic SLP 57.0 1926-1982 (56) 5.000 0.0030 410 (0.100) 2.337 1 666.7 2.139<br />
22 El Tecolote SLP 37.8 1968-1983 (15) 2.035 0.0065 425 (0.105) 1.687 313.1 1.206<br />
23 La Loba Tam. 234.0 1969-1986 (17) 3.400 0.0647 680 (0.110) 17.503 52.6 0.194<br />
24 La Lajilla Tam. 117.0 1964-1985 (21) 6.180 0.0173 650 (0.110) 8.366 357.2 0.739<br />
25 El Chamal Tam. 75.9 1967-1984 (17) 8.154 0.0216 750 (0.120) 6.831 377.5 1.194<br />
26 El Oyul Tam. 40.6 1973-1985 (12) 10.319 0.0391 1 120 (0.250) 11.368 263.9 0.908<br />
27 El Caza<strong>de</strong>ro Zac. 5 167.0 1964-1985 (21) 58.100 0.2852 450 (0.070) 162.761 203.7 0.357<br />
28 Tayahua Zac. 2 601.0 1974-1988 (14) 38.190 0.0372 570 (0.080) 118.606 1 026.6 0.322<br />
29 Palomas Zac. 347.0 1970-1987 (17) 8.000 0.1006 510 (0.120) 21.236 79.5 0.377<br />
30 Achimec II Zac. 232.5 1969-1983 (14) 9.000 0.0259 485 (0.110) 12.404 347.5 0.726<br />
31 Víboras Zac. 231.0 1948-1987 (39) 2.000 0.0110 470 (0.105) 11.400 181.8 0.175<br />
32 Santos Bañuelos Zac 134.9 1976-1983 (7) 3.000 0.0036 630 (0.170) 14.448 833.3 0.208<br />
33 Dolores Zac. 120.0 1972-1987 (15) 4.912 0.0447 550 (0.125) 8.250 109.9 0.595<br />
34 Susticacán Zac. 93.2 1966-1984 (18) 5.330 0.0056 470 (0.150) 6.571 951.8 0.811<br />
35 Chuihuila Zac. 84.0 1970-1986 (16) 6.000 0.0650 715 (0.170) 10.210 92.3 0.588<br />
PMA: precipitación media anual, en milímetros.<br />
CE: coeficiente <strong>de</strong> escurrimiento medio anual, adimensional.<br />
VEMA: volumen escurrido medio anual, en millones <strong>de</strong> m 3 .<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
167
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
30 000<br />
20 000<br />
10 000<br />
2<br />
1<br />
5 000<br />
3<br />
2 000<br />
5<br />
6<br />
4<br />
1<br />
1 000<br />
7<br />
168<br />
Cociente adimensional Ψ<br />
500<br />
200<br />
100<br />
50<br />
20<br />
10<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12 10<br />
11 9 8<br />
12<br />
15<br />
13<br />
4<br />
6<br />
5<br />
14<br />
7<br />
I II III<br />
13<br />
14 10<br />
16<br />
14<br />
15 13 12 11<br />
8<br />
17<br />
5<br />
7<br />
6<br />
4<br />
3<br />
2 1<br />
2<br />
3<br />
9<br />
8<br />
5<br />
16<br />
17<br />
18<br />
2<br />
1<br />
0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10<br />
Cociente adimensional Φ<br />
Figura 2. Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación en Embalses <strong>de</strong> Zhi<strong>de</strong> Zhou (1993).<br />
estimación fue el VEMA, ya que al no contar<br />
con información hidrométrica en tales presas,<br />
su estimación se abordó a través <strong>de</strong>l método<br />
<strong>de</strong>l coeficiente <strong>de</strong> escurrimiento (Campos-<br />
Aranda, 2009a), cuya fórmula es:<br />
VEMA=<br />
CE PMA A<br />
1 000<br />
(1)<br />
en la cual, el VEMA está en Mm 3 , CE es el<br />
coeficiente <strong>de</strong> escurrimiento medio anual,<br />
adimensional; PMA es la precipitación media<br />
anual en la cuenca, en milímetros, y A es el<br />
área <strong>de</strong> ésta, en km 2 . La PMA se estimó con<br />
base en las cartas <strong>de</strong> tal variable <strong>de</strong>l INEGI<br />
(1980), <strong>de</strong>finiendo con las curvas isoyetas su<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> magnitud y con los valores puntuales<br />
<strong>de</strong> cada estación pluviométrica cercana su<br />
valor adoptado. Respecto al valor <strong>de</strong> CE, se<br />
seleccionó tomando en cuenta la magnitud<br />
<strong>de</strong> la PMA, la cual indirectamente <strong>de</strong>fine la<br />
vegetación y el clima <strong>de</strong> la región; a<strong>de</strong>más, se<br />
consi<strong>de</strong>ró la orografía general <strong>de</strong> la cuenca y
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
Cuadro 2. Relación <strong>de</strong> embalses <strong>de</strong>l DUSE original <strong>de</strong> Zhi<strong>de</strong> Zhou.<br />
Número <strong>de</strong> embalse<br />
Baja concentración (+)<br />
(< 1 kg/m 3 )<br />
Concentración media (◦)<br />
(1 a 10 kg/m 3 )<br />
Alta concentración (●)<br />
(> 10 kg/m 3 )<br />
1 Meishan Aswan Elephant Butte<br />
2 Dongjiang Mead Boul<strong>de</strong>r<br />
3 Xin’anjiang Dahuofang Hongshan<br />
4 Fengman Gangnan Guanting<br />
5 Shangyoujiang Danjiangkou Fenhe<br />
6 Bailianhe Fengjiashan Ximalin<br />
7 Zhaxi Liujiaxia Honglingjin<br />
8 Huanglongtan Mangla Xingiao<br />
9 Shuikou Tarbela Bajiazui<br />
10 Huantankou Three Gorges Heisonglin<br />
11 Wuqiangxi Rosieres Zhiyu<br />
12 Fuchunjiang Low Aswan Hengshan<br />
13 Rock Creek Lago Loiza Zhangjian<br />
14 Gongzui Bikou Shimen<br />
15 Amaluca Xiaolangdi<br />
16 Warsak Sanmenxia<br />
17 Yanguoxia Zhenziliang<br />
18 Qingtongxia<br />
169<br />
su magnitud. En este proceso se tomaron en<br />
cuenta los resultados obtenidos por Campos-<br />
Aranda (2009a).<br />
La estimación <strong>de</strong>l VSMA se tiene en la<br />
columna 7 <strong>de</strong>l cuadro 1; las estimaciones<br />
asociadas con el VEMA se presentan en las<br />
columnas 8 y 9. Finalmente, en las dos últimas<br />
columnas <strong>de</strong>l cuadro 1 se tienen los valores<br />
estimados para los cocientes adimensionales Y<br />
y F.<br />
Análisis <strong>de</strong> los resultados<br />
Antes <strong>de</strong> proce<strong>de</strong>r a la interpretación <strong>de</strong> los<br />
resultados en el DUSE, conviene aclarar que<br />
el programa <strong>de</strong> levantamientos batimétricos<br />
<strong>de</strong> la Subdirección Regional Noreste <strong>de</strong> la<br />
SARH, únicamente se <strong>de</strong>sarrolló durante su<br />
primera etapa, la cual abarcó embalses con<br />
características similares en su sedimentación<br />
ocurrida u observada. La segunda y tercera<br />
etapas, que se orientaban a embalses pequeños<br />
con azolvamiento extremo y a gran-<br />
<strong>de</strong>s embalses, respectivamente, no se realizaron.<br />
En la figura 3 se muestran los 35 puntos<br />
que correspon<strong>de</strong>n a los embalses <strong>de</strong>l cuadro<br />
1. Se observa que las presas El Niágara (1),<br />
Tayahua (28) y Santos Bañuelos (32), se ubican<br />
en ríos con baja concentración <strong>de</strong> sedimentos;<br />
por el contrario, Abelardo L. Rodríguez (2), El<br />
Cedazo (8) y Alto <strong>de</strong> Norias (10), se aproximan<br />
a corrientes <strong>de</strong> alto transporte <strong>de</strong> sedimentos.<br />
El resto <strong>de</strong> los embalses forman un grupo<br />
que se localiza en ríos <strong>de</strong> concentración<br />
media, pudiéndose distinguir, <strong>de</strong> manera<br />
aproximada, dos subgrupos: el primero formado<br />
por las presas 4, 6, 7, 11, 13, 23, 24, 27,<br />
30, 31 y 34; y el segundo, por los embalses 3,<br />
5, 9, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 25, 26, 29,<br />
33 y 35.<br />
Este segundo subgrupo presenta gran<br />
similitud <strong>de</strong> valores <strong>de</strong>l VSMA (Mm 3 /año),<br />
cuyas medidas <strong>de</strong> ten<strong>de</strong>ncia central, según<br />
el mo<strong>de</strong>lo Gamma (Campos-Aranda, 2005),<br />
son: media aritmética igual a 0.0532, mediana<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
10 000<br />
5 000<br />
2 000<br />
21<br />
1 000<br />
32<br />
28<br />
34<br />
11<br />
4<br />
170<br />
Cociente adimensional Ψ<br />
500<br />
200<br />
100<br />
50<br />
I<br />
1<br />
31<br />
6<br />
23<br />
27<br />
29<br />
8<br />
13<br />
3 12<br />
20<br />
33<br />
35<br />
9<br />
7<br />
24<br />
30<br />
26<br />
25 16<br />
22<br />
14<br />
2<br />
5<br />
17<br />
18 15<br />
19<br />
10<br />
20<br />
10<br />
II<br />
III<br />
5<br />
2<br />
1<br />
0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10<br />
poblacional <strong>de</strong> 0.0430 y 0.0722 como valor<br />
con probabilidad <strong>de</strong> no exce<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong>l 75%.<br />
Los valores (Mm 3 /año) <strong>de</strong> los parámetros<br />
estadísticos anteriores, para las 35 batimetrías<br />
procesadas son, respectivamente: 0.0490,<br />
0.0356 y 0.0675. Recientemente, las magnitu<strong>de</strong>s<br />
Cociente adimensional Φ<br />
Figura 3. Resultados <strong>de</strong> las 35 batimetrías en el DUSE.<br />
<strong>de</strong>l VSMA que no son excedidas en 3, 4 o 5<br />
años, es <strong>de</strong>cir las que tienen probabilida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> no exce<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong>l 66.7, 75 y 80%, han sido<br />
sugeridas como parámetros <strong>de</strong> diseño, en<br />
lugar <strong>de</strong> la media aritmética (Campos-Aranda,<br />
2009b).
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
Es importante observar que el DUSE<br />
permite i<strong>de</strong>ntificar rectas con pendiente<br />
similar a las que <strong>de</strong>finió Zhi<strong>de</strong> Zhou en<br />
embalses localizados en una zona geográfica<br />
o región <strong>de</strong>finida, por ejemplo, el estado <strong>de</strong><br />
Aguascalientes, con las presas 3, 4, 5, 6 y 7,<br />
indicadas con doble círculo en la figura 3,<br />
<strong>de</strong>finen una recta cuya expresión es:<br />
= 312.617<br />
1.0237<br />
(2)<br />
siendo su coeficiente <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong><br />
0.9465. Esta recta se muestra punteada en la<br />
figura 3.<br />
Un aspecto importante en relación con las<br />
estimaciones <strong>de</strong>l cuadro 1 es la aproximación<br />
que está implícita en el VEMA, lo cual se<br />
verá reflejado en la ubicación <strong>de</strong>l embalse en<br />
las abscisas. Para mejorar tal estimación, se<br />
recomienda utilizar y procesar la información<br />
disponible sobre la operación <strong>de</strong> la presa, lo<br />
cual conducirá a una ubicación más precisa<br />
y probablemente a una mejor caracterización<br />
regional <strong>de</strong>l cociente Y para diseño <strong>de</strong> la<br />
capacidad <strong>de</strong> azolves en un embalse, cuando se<br />
conoce su valor <strong>de</strong> F.<br />
Conclusiones<br />
Con base en los resultados obtenidos, se<br />
consi<strong>de</strong>ra que el Diagrama Universal <strong>de</strong><br />
Sedimentación en Embalses (DUSE) <strong>de</strong> Zhi<strong>de</strong><br />
Zhou (1993) constituye una herramienta útil<br />
para presentar los resultados <strong>de</strong> las batimetrías<br />
practicadas en todo tipo <strong>de</strong> embalses.<br />
Se consi<strong>de</strong>ra factible po<strong>de</strong>r regionalizar los<br />
resultados, para utilizarlos en el dimensionamiento<br />
<strong>de</strong> la capacidad para azolves <strong>de</strong> las<br />
presas bajo diseño que se ubiquen <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
tal región, mediante una recta paralela a las <strong>de</strong>l<br />
DUSE.<br />
En estudios <strong>de</strong> gran visión y/o proyectos<br />
preliminares se pue<strong>de</strong> utilizar un valor <strong>de</strong><br />
0.0675 Mm 3 /año, como volumen probable<br />
<strong>de</strong> acumulación por sedimentos (VSMA), en<br />
presas pequeñas <strong>de</strong> la región noreste <strong>de</strong> México.<br />
Referencias<br />
Recibido: 16/12/10<br />
Aceptado: 09/02/12<br />
BRUK, S. Chapter 3: Field measurements. Methods of<br />
Computing Sedimentation in Lakes and Reservoirs. Paris:<br />
International Hydrological Programme, Panel 2.6.1.,<br />
Unesco, 1985, pp. 41-63.<br />
CAMPOS-ARANDA, D.F. Agroclimatología Cuantitativa<br />
<strong>de</strong> Cultivos. Anexo B: FDP Gamma Mixta. México, D.F.:<br />
Editorial Trillas, 2005, pp. 267-281.<br />
CAMPOS-ARANDA, D.F. Calibración <strong>de</strong>l método <strong>de</strong>l<br />
coeficiente <strong>de</strong> escurrimiento para la estimación <strong>de</strong> la<br />
disponibilidad anual en dos zonas geográficas <strong>de</strong> México.<br />
Ingeniería hidráulica en México. Vol. XXIV, núm. 3, julioseptiembre<br />
<strong>de</strong> 2009a, pp. 131-143.<br />
CAMPOS-ARANDA, D.F. Estimación probabilística <strong>de</strong>l<br />
volumen <strong>de</strong> acarreos en suspensión en cuencas sin aforos<br />
<strong>de</strong> la Región Hidrológica No. 10 (Sinaloa). Ingeniería.<br />
Investigación y Tecnología. Vol. X, número 3, julioseptiembre<br />
<strong>de</strong> 2009b, pp. 227-236.<br />
FABIÁN-RIVERA, J.G., MEJÍA-ZERMEÑO, R., SOTO-<br />
CORTÉS, G. y VAL-SEGURA, R. Aspectos <strong>de</strong> la medición<br />
<strong>de</strong> sedimentos en México. La Medición <strong>de</strong> Sedimentos<br />
en México. Rivera-Trejo, F. et al. (editores). Jiutepec/<br />
Villhermosa, México: Ediciones IMTA-UJAT, 2005, pp.<br />
11-15.<br />
GONZÁLEZ-ORTIZ, L.A. Contraste <strong>de</strong> Procedimientos<br />
<strong>de</strong> Estimación <strong>de</strong> la Sedimentación en Embalses. Tesis <strong>de</strong><br />
Maestría. San Luis Potosí, México: Facultad <strong>de</strong> Ingeniería<br />
<strong>de</strong> la Universidad Autónoma <strong>de</strong> San Luis Potosí, 1996, 98<br />
pp.<br />
GONZÁLEZ-ORTIZ, L.A. y CAMPOS-ARANDA, D.F.<br />
Estudio <strong>de</strong> la sedimentación ocurrida en 35 embalses pequeños<br />
<strong>de</strong> las zonas centro y noreste <strong>de</strong> la República Mexicana<br />
(Estimación <strong>de</strong> la aportación <strong>de</strong> sedimentos <strong>de</strong> la cuenca). Tomo<br />
I, ponencia 42. XIV Congreso Nacional <strong>de</strong> Hidráulica<br />
(AMH), Acapulco, Guerrero, <strong>de</strong>l 23 al 26 <strong>de</strong> octubre <strong>de</strong><br />
1996.<br />
INEGI. Cartas <strong>de</strong> Precipitación Total Anual: Chihuahua,<br />
Guadalajara, Monterrey y México. Escala 1:1’000,000.<br />
Aguascalientes, México: Instituto Nacional <strong>de</strong> Estadística,<br />
Geografía e Informática, 1980.<br />
MOBAYED-KHODR, N. Técnicas <strong>de</strong> bajo costo para<br />
<strong>de</strong>terminar la sedimentación <strong>de</strong> embalses. Avances en<br />
Hidráulica 9. XVII Congreso Nacional <strong>de</strong> Hidráulica,<br />
Monterrey, Nuevo León, 2002, pp. 713-719.<br />
MORRIS, G.L. and FAN, J. Chapter 10: Sediment Deposits in<br />
Reservoirs. Reservoir Sedimentation Handbook. New York:<br />
McGraw-Hill, Inc., 1998, pp. 10.1-10.42.<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
171
Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012<br />
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
VANONI, V.A. (editor). Chapter III: Sediment measurement<br />
techniques, theme B: Reservoirs <strong>de</strong>posits. Sedimentation<br />
Engineering. Manual and reports on engineering practice No.<br />
54. New York: American Society of Civil Engineers, 1975,<br />
pp. 349-382.<br />
ZHOU, Z. Remarks on Reservoir Sedimentation in China.<br />
Notes on Sediment Management in Reservoirs: National<br />
and International Perspectives. Fan, S.-S., and Morris,<br />
G. (editors). Highlands Ranch, Colorado, USA: Water<br />
Resources Publications, LLC, 1993, pp. 153-160.<br />
172
Campos-Aranda, Resultados <strong>de</strong> 35 batimetrías <strong>de</strong> la región centro-noreste <strong>de</strong> México, según el Diagrama Universal <strong>de</strong> Sedimentación...<br />
Abstract<br />
CAMPOS-ARANDA, D.F. Results for 35 bathymetries in the Northeastern-Central region<br />
of Mexico, according to the Universal Reservoir Sedimentation Diagram by Zhi<strong>de</strong> Zhou.<br />
Water Technology and Sciences (in Spanish). Vol. III, No. 3, July-September, 2012, pp.<br />
163-173.<br />
This work first <strong>de</strong>scribes several concepts associated with reservoirs and their sedimentation.<br />
It then discusses in <strong>de</strong>tail the “Universal Reservoir Sedimentation Diagram (URSD)<br />
proposed by Zhi<strong>de</strong> Zhou in 1993. This diagram enables the representation of sedimentation<br />
occurring in any dam or reservoir in terms of two of the most important parameters:<br />
total storage capacity and mean annual runoff. The numerical results of 35 bathymetries<br />
conducted in small and medium dams in the central and northeastern regions of Mexico<br />
were diagrammed using the URSD and their location were interpreted. It is conclu<strong>de</strong>d<br />
that the URSD is a useful tool that enables the regional characterization of sedimentation<br />
occurring in reservoirs.<br />
Keywords: dams, reservoirs, sediments, mean annual runoff, total capacity.<br />
173<br />
Dirección institucional <strong>de</strong>l autor<br />
Dr. Daniel Francisco Campos Aranda<br />
Profesor jubilado <strong>de</strong> la Universidad Autónoma <strong>de</strong><br />
San Luis Potosí<br />
Genaro Codina 240, Colonia Jardines <strong>de</strong>l Estadio<br />
78280 San Luis Potosí, San Luis Potosí, México<br />
Teléfono: +52 (444) 8151 431<br />
campos_aranda@hotmail.com<br />
Tecnología y<br />
Ciencias <strong>de</strong>l Agua, vol. III, núm. 3, julio-septiembre <strong>de</strong> 2012
Cauce <strong>de</strong>l río Moctezuma, aguas abajo <strong>de</strong> la presa Zimapá≠n, en el estado <strong>de</strong> Querétaro,<br />
México.<br />
Foto: Eduardo Arellano Franco.
Discusión<br />
Las notas o artículos técnicos se encuentran abiertos a discusión <strong>de</strong> acuerdo<br />
con los siguientes lineamientos:<br />
• La discusión se escribirá en tercera persona.<br />
• El redactor <strong>de</strong> la discusión <strong>de</strong>berá usar el término polemista<br />
cuando se refiera a él mismo y el término autor cuando se<br />
trate <strong>de</strong>l responsable <strong>de</strong> la nota o artículo técnicos.<br />
• La discusión <strong>de</strong>berá remitirse durante los doce meses<br />
posteriores al último día <strong>de</strong>l trimestre en que se publicó el<br />
artículo o la nota técnicos.<br />
• El periodo <strong>de</strong> discusión pue<strong>de</strong> ser extendido mediante la<br />
solicitud por escrito <strong>de</strong>l polemista.<br />
• La discusión se presentará conforme a la Guía para<br />
colaboradores publicada en esta misma revista (se hará caso<br />
omiso <strong>de</strong> los datos referentes a la extensión, resumen y<br />
abstract). A<strong>de</strong>más, contará con la cita bibliográfica <strong>de</strong> las<br />
notas o artículos técnicos aludidos.<br />
• La extensión <strong>de</strong> la discusión ocupará como máximo cuatro<br />
páginas <strong>de</strong> la revista (aproximadamente diez cuartillas,<br />
incluyendo figuras y cuadros).<br />
• Las figuras y los cuadros presentados por el polemista<br />
<strong>de</strong>berán marcarse progresivamente con números romanos<br />
y cuando se citen los realizados por el autor se habrá <strong>de</strong><br />
respetar la numeración original.<br />
• Los editores suprimirán los datos ajenos al objeto <strong>de</strong> la<br />
discusión.<br />
• La discusión se rechazará si contiene temas tratados<br />
en otras fuentes, promueve intereses personales, está<br />
<strong>de</strong>scuidadamente preparada, pone en controversia hechos<br />
ya establecidos, es puramente especulativa o es ajena a los<br />
propósitos <strong>de</strong> la revista.<br />
• La discusión se publicará junto con los comentarios <strong>de</strong>l<br />
autor o autores aludidos.<br />
• La discusión se dirigirá al editor en jefe.
Lago Pukaki, Nueva Zelanda.<br />
Foto: Víctor Pineda Blancarte.
Guía para colaboradores<br />
La revista Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua, invita a los<br />
especialistas a colaborar con artículos o notas técnicas<br />
inéditos, relacionados con el agua, <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong> una<br />
investigación, que brin<strong>de</strong>n aportaciones originales y se<br />
<strong>de</strong>sarrollen <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la hidrología, hidráulica, gestión <strong>de</strong>l<br />
agua, agua y energía, calidad <strong>de</strong>l agua, ciencias físicas,<br />
biológicas y químicas, así como ciencias políticas y sociales,<br />
entre otras disciplinas, conforme a las normas que se<br />
enunciarán a continuación.<br />
PREPARACIÓN DEL ARTÍCULO<br />
FORMATO<br />
Tipo <strong>de</strong> letra: Palatino en todo el documento (cuerpo <strong>de</strong>l<br />
texto, cuadros e ilustraciones).<br />
tamaño <strong>de</strong> letra: el documento se presentará en ocho,<br />
nueve, diez y veinte puntos <strong>de</strong> acuerdo con el siguiente<br />
cuadro:<br />
8 puntos (Palatino) 9 puntos (Palatino)<br />
• Cuadros.<br />
• Figuras.<br />
• Agra<strong>de</strong>cimientos.<br />
• Nombre <strong>de</strong> los autores.<br />
• Institución <strong>de</strong> los autores.<br />
• Resumen.<br />
• Abstract y keywords.<br />
• Dirección institucional <strong>de</strong><br />
los autores.<br />
10 puntos (Palatino) 20 puntos versales<br />
(Palatino)<br />
Título<br />
El título, redactado en español e inglés, <strong>de</strong>berá ser<br />
informativo, sin que exceda <strong>de</strong> 12 palabras.<br />
Resumen<br />
El resumen, redactado en español e inglés (abstract), <strong>de</strong>berá<br />
ser conciso y proporcionar un amplio panorama <strong>de</strong> la<br />
investigación (objetivo, método, resultados y conclusiones),<br />
sin que sobrepase las 250 palabras.<br />
Palabras clave<br />
Se <strong>de</strong>be proporcionar una relación <strong>de</strong> ocho palabras o frases<br />
clave (máximo) redactadas en español e inglés (keywords),<br />
que faciliten la recuperación <strong>de</strong> la información.<br />
Pies <strong>de</strong> página<br />
No se admiten. Deberán incorporarse al texto.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Se incluirán <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l texto y antes <strong>de</strong> las referencias.<br />
Cuadros<br />
- Deberá usarse una página para cada cuadro.<br />
- Después <strong>de</strong> las referencias se presentará la lista <strong>de</strong> todos<br />
los cuadros que se citen.<br />
Figuras<br />
- Deberá usarse una página para cada figura.<br />
- Todos los nombres <strong>de</strong> las figuras <strong>de</strong>berán incluirse<br />
<strong>de</strong>spués <strong>de</strong> los cuadros.<br />
- Deberán tener alta resolución (300 dpi).<br />
• Cuerpo <strong>de</strong>l texto.<br />
• Título <strong>de</strong>l trabajo en<br />
inglés.<br />
• Título <strong>de</strong>l trabajo en<br />
español.<br />
Nota: cuando el artículo se apruebe para publicación, el<br />
autor <strong>de</strong>berá remitir cada figura en archivo JPG, en alta<br />
resolución (300 dpi).<br />
interlineado: doble espacio.<br />
numeración <strong>de</strong> páginas: todas las páginas <strong>de</strong>ben ir<br />
numeradas.<br />
Extensión<br />
Artículo técnico: treinta páginas (numeradas), incluyendo<br />
figuras y cuadros.<br />
Nota técnica: diez páginas (numeradas), incluyendo<br />
figuras y cuadros.<br />
CONTENIDO<br />
Contenido<br />
El artículo <strong>de</strong>berá presentar aportes significativos al<br />
conocimiento científico y tecnológico <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la<br />
especialidad; se basará en trabajos terminados o que<br />
hayan cumplido un ciclo en su <strong>de</strong>sarrollo; mostrará<br />
resultados <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> experiencias <strong>de</strong> un año o más<br />
<strong>de</strong> investigación y estará respaldado por una revisión<br />
bibliográfica a<strong>de</strong>cuada. La estructura básica <strong>de</strong>l texto<br />
<strong>de</strong>berá contener una introducción, el <strong>de</strong>sarrollo y las<br />
conclusiones. De preferencia, seguir el esquema clásico:<br />
resumen (abstract), introducción, metodología, resultados,<br />
discusión, conclusiones y referencias.<br />
Referencias<br />
- Toda la bibliografía <strong>de</strong>be estar referenciada en el cuerpo<br />
principal <strong>de</strong>l documento.<br />
- En el caso <strong>de</strong>l abordaje <strong>de</strong> temas <strong>de</strong>l dominio común en<br />
el ámbito científico y tecnológico, <strong>de</strong>berán citarse trabajos<br />
que <strong>de</strong>noten el conocimiento <strong>de</strong> los autores sobre el estado<br />
<strong>de</strong>l arte.<br />
- En la medida <strong>de</strong> lo posible, evitar las autocitas.<br />
- Se utilizará el estándar internacional ISO-690-2. Las<br />
referencias <strong>de</strong> la literatura usada para elaborar el<br />
documento se citarán por el apellido <strong>de</strong>l autor y la fecha<br />
entre paréntesis, por ejemplo (Black, 1989), y <strong>de</strong>berán<br />
or<strong>de</strong>narse alfabéticamente, por apellido, asegurándose <strong>de</strong><br />
que estén completas.<br />
Ejemplos <strong>de</strong> referencias:<br />
Libros<br />
Apellido <strong>de</strong>l autor e iniciales en mayúsculas. Título <strong>de</strong> libro<br />
en mayúsculas/minúsculas y cursivas. Responsabilida<strong>de</strong>s<br />
relacionadas con el trabajo editorial como traducción<br />
y edición. Edición (a partir <strong>de</strong> la segunda edición).<br />
Publicación (ciudad, casa editorial y año).
Ejemplo:<br />
LEVI, E. Tratado elemental <strong>de</strong> hidráulica. Segunda edición.<br />
Jiutepec, México: Instituto Mexicano <strong>de</strong> Tecnología <strong>de</strong>l<br />
Agua, 1996, 303 pp.<br />
Cuando son dos o más autores:<br />
GARCÍA R., E., GONZÁLEZ, R., MARTÍNEZ, P.,<br />
ATHALA, J. y PAZ-SOLDÁN, G.A. Guía <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> los<br />
métodos <strong>de</strong> cálculo <strong>de</strong> caudales <strong>de</strong> reserva ecológicos en México.<br />
Colección Manuales. México: Convenio SGP-IMTA, 1999,<br />
190 pp.<br />
No <strong>de</strong>berán traducirse los títulos <strong>de</strong> obras o artículos. En el<br />
caso <strong>de</strong> que exista versión en español, se indicará al final <strong>de</strong><br />
la referencia original <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> un punto.<br />
Revistas<br />
Apellido <strong>de</strong>l autor e iniciales en mayúsculas. Título<br />
<strong>de</strong>l artículo en redondas, mayúsculas y minúsculas.<br />
Responsabilida<strong>de</strong>s relacionadas con el trabajo editorial<br />
como traducción y edición. Publicación en mayúsculas/<br />
minúsculas y cursivas. Edición (volumen, número, año,<br />
páginas).<br />
Ejemplo:<br />
DÖLING, O.R. y VARAS, E. Operación <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong><br />
recursos <strong>de</strong> agua multipropósito usando un mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
simulación <strong>de</strong> procesos. Ingeniería hidráulica en México. Vol.<br />
XV, núm. 2, mayo-agosto <strong>de</strong> 2000, pp. 5-18.<br />
Documentos electrónicos<br />
Apellido <strong>de</strong>l autor e iniciales en mayúsculas. Título<br />
en mayúsculas/minúsculas y cursivas. Tipo <strong>de</strong> medio<br />
entre corchetes. Responsabilida<strong>de</strong>s relacionadas con el<br />
trabajo editorial como traducción y edición (opcional).<br />
Edición. Ciudad <strong>de</strong> publicación. Casa editorial. Fecha <strong>de</strong><br />
la publicación. Fecha <strong>de</strong> la última revisión o actualización.<br />
Fecha en que se hizo la búsqueda entre corchetes. Serie<br />
(opcional). Notas (opcional). Disponibilidad y acceso.<br />
Dirección electrónica.<br />
Ejemplo:<br />
CARROLL, L. Alice’s adventures in Won<strong>de</strong>rland [en línea].<br />
Textinfo ed. 2.1. Dortmund, Alemania. WindSpiel,<br />
noviembre <strong>de</strong> 1994 [citado el 10 <strong>de</strong> febrero <strong>de</strong> 1995].<br />
Disponible para World Wi<strong>de</strong> Web: http://www.germany.<br />
eu.net/books/carroll/alice.html.<br />
Idioma<br />
Español o inglés.<br />
Separación <strong>de</strong> números y uso <strong>de</strong> punto <strong>de</strong>cimal<br />
En Tecnología y Ciencias <strong>de</strong>l Agua se marcará la división<br />
entre millares con un espacio en blanco; mientras que para<br />
separar los números enteros <strong>de</strong> sus fracciones, cuando las<br />
haya, se usará el punto.<br />
Al respecto, se retoma lo que indica el Diccionario<br />
panhispánico <strong>de</strong> dudas, editado por la Real Aca<strong>de</strong>mia<br />
Española y la Asociación <strong>de</strong> Aca<strong>de</strong>mias <strong>de</strong> la Lengua<br />
Española, en 2005, sobre las expresiones numéricas: “se<br />
acepta el uso anglosajón <strong>de</strong>l punto, normal en algunos<br />
países hispanoamericanos…: p = 3.1416.”.<br />
Envío <strong>de</strong>l artículo<br />
Entrar a la dirección http://69.73.175.61:8084/SGRIHM,<br />
seleccionar “Registrar nuevo autor” e incorporar los<br />
datos que se solicitan. Se <strong>de</strong>be llevar a cabo este mismo<br />
procedimiento para dar <strong>de</strong> alta a cada uno <strong>de</strong> los autores<br />
<strong>de</strong>l manuscrito. Cuando el autor esté completando sus<br />
datos, <strong>de</strong>berá <strong>de</strong>cidir nombre <strong>de</strong> usuario y contraseña.<br />
La contraseña <strong>de</strong>berá tener una máximo <strong>de</strong> 11 caracteres<br />
e incluir letras, números y un caracter especial (como + *<br />
&, $, etcétera).<br />
Posteriormente recibirá por correo electrónico una<br />
notificación <strong>de</strong> su alta en el directorio <strong>de</strong> la revista, así como<br />
la confirmación <strong>de</strong> su nombre <strong>de</strong> usuario y contraseña, los<br />
cuales le permitirán ingresar al sistema <strong>de</strong> la revista para<br />
continuar con el proceso.<br />
Una vez con su nombre <strong>de</strong> usuario y contraseña, ingresar<br />
<strong>de</strong> nueva cuenta a http://69.73.175.61:8084/SGRIHM; en<br />
el menú “Autor” escoger “Registrar artículo”, seguir las<br />
indicaciones y remitir sin nombres <strong>de</strong> autores, el PDF <strong>de</strong><br />
su trabajo.<br />
En caso <strong>de</strong> no po<strong>de</strong>r ingresar a la dirección que se indica,<br />
enviar el artículo en Word con nombre <strong>de</strong> autores y dirección<br />
institucional a revista.tyca@gmail.com.<br />
Información general<br />
Una vez recibido el material, comenzará un proceso <strong>de</strong><br />
revisión, durante el cual es posible que el manuscrito se<br />
rechace; si el texto es susceptible <strong>de</strong> ser dictaminado, pues<br />
cumple a cabalidad con la Política Editorial y así lo consi<strong>de</strong>ra<br />
el Consejo Editorial, pasará a la etapa <strong>de</strong> arbitraje.<br />
De acuerdo con el proceso <strong>de</strong> arbitraje, el texto pue<strong>de</strong><br />
ser aceptado sin cambios, con cambios menores, cambios<br />
mayores o ser rechazado.<br />
Al ser publicado un trabajo, el autor principal tiene<br />
<strong>de</strong>recho, en forma gratuita a dos revistas y diez sobretiros.<br />
En caso <strong>de</strong> cualquier duda, escribir a la licenciada Helena<br />
Rivas López, hrivas@tlaloc.imta.mx o a la licenciada<br />
Elizabeth Peña Montiel, elipena@tlaloc.imta.mx
<strong>Pulpo</strong>, <strong>otoño</strong> <strong>de</strong> <strong>2010.</strong>
<strong>Pulpo</strong>, <strong>otoño</strong> <strong>de</strong> <strong>2010.</strong>