1. INTRODUCCIÓN
La hidrosfera es una de las capas fluidas que envuelve La Tierra. Está constituida por agua líquida, aunque también se incluye al hielo, como componente sólido, y a Las nubes, como emulsiones de pequeñas gotitas de agua o cristales de hielo.
El agua representa el elemento natural indispensable para el desarrollo de La vida y de las actividades humanas; resulta difícil imaginar cualquier tipo de actividad en la que no se utilice el agua de una forma u otra. Por otra parte, el agua contribuye a regular el clima del planeta debido a su gran capacidad para almacenar energía, modela la superficie terrestre con ayuda de los efectos procedentes de los agentes geológicos y diluye, en gran medida, los contaminantes presentes en la Tierra.
El agua cubre casi las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta. Los principales depósitos de agua son los océanos con 1.322 millones de km3 (97,2% del volumen total); los glaciares tienen 29,2 millones de km3 (2,2%); las aguas subterráneas poseen 8,4 millones km3 de (0,6%); los ríos y lagos almacenan 0,2 millones de km3 (0,002%); y la atmósfera contiene 0,01 millones de km3 (0,001%).
Los depósitos de agua de la hidrosfera están, en la mayoría de los casos, “conectados”. El agua fluye de unos a otros, configurando un ciclo cerrado, llamado ciclo hidroiógico o ciclo del agua movido, principalmente, por la energía solar y la energía que depende de su posición dentro del campo gravitatorio.
El hombre utiliza fundamentalmente el agua dulce, que representa sólo una pequeña parte de la hidrosfera, de la cual consigue captar una ínfima parte para los diversos usos. La obtiene sobre todo de la escorrentía superficial y de los lagos y, en menor medida, de los acuíferos subterráneos; para ello construye embalses, realiza sondeos y captaciones de diversa índole. En la actualidad de están construyendo, incluso, plantas de desalación de aguas marinas.
El agua es un recurso indispensable para el desarrollo de las civilizaciones. Desgraciadamente, los recursos hídricos no se distribuyen de acuerdo con las demandas de los mismos, existiendo zonas ricas en agua con poca población (regiones circumpolares y Siberia, por ejemplo) y a la inversa, como pueden ser algunas zonas mediterráneas y de EEUU. Así, en algunas regiones donde el agua no se repone con suficiente rapidez debido a las necesidades de desarrollo, y al ser un recurso no renovable en esa área, se está produciendo un agotamiento de este recurso natural, como los casos de Australia, Egipto, Libia, etc.
El desarrollo de La sociedad actual provoca que los recursos hídricos se encuentren parcial o totalmente contaminados debido a La profusión y al aumento de productos contaminantes como pueden ser los agentes patógenos, Los desechos que requieren oxígeno, las sustancias químicas orgánicas e inorgánicas, Los aportes excesivos de nutrientes vegetales, Los sedimentos en suspensión y Las sustancias radiactivas.
Con objeto de mitigar el porcentaje de contaminación de Las aguas, se están desarrollando diversos métodos de depuración de las mismas, los cuales dependen del tipo y características del agente contaminante, del grado de contaminación de las aguas y del uso que se quiera dar, con posterioridad, a las aguas ya depuradas.
2. LA HIDROSFERA
Todas las aguas del planeta forman la hidrosfera, la capa ñuida que cubre el 71% de la superficie terrestre y que, desde el espacio, se ve como la característica más distintiva de la Tierra.
La hidrosfera está formada por los océanos y las aguas continentales, ya sean éstas de ríos, lagos o aguas subterráneas, y por los hielos polares y de las montañas. Este agua se encuentra en constante movimiento, tanto por la superficie de la Tierra como por la atmósfera, donde llegan mediante la evaporación. Este ciclo es tan activo que constituye el mayor movimiento de masas de materia en nuestro planeta, y afecta no sólo al agua, sino también a los materiales que forman la geosfera. Estos son erosionados, arrastrados y disueltos por el agua, transportados y depositados en lugares lejanos. En buena medida, el agua es responsable del aspecto del relieve en muchos puntos de la Tierra, (figura 1)
El agua es el ambiente en el que viven y se mueven una gran cantidad de seres vivos. De todos los conjuntos o almacenes de agua que hay en el planeta, el más extenso y profundo es el océano. Su profundidad media es de casi 4.000 na, pero en muchos puntos (las fosas oceánicas) supera los 10.000 m. A su lado, el resto de los almacenes de agua del planeta son insignificantes.
3. EL CICLO DEL AGUA
El agua no permanece estacionaria sobre la Tierra sino que se establece una circulación del agua entre los océanos, la atmósfera y la litosfera-biosfera de forma permanente. Es lo que se conoce como ciclo del agua o hidrológico (figura 2). El concepto de ciclo se basa en el permanente movimiento o transferencia de las masas de agua, tanto de un punto del planeta a otro, como entre sus diferentes estados (líquido, gaseoso y sólido). Este flujo de agua se produce por dos causas principales: la energía solar y la gravedad.
Este flujo de agua se ve favorecido por las peculiares y específicas propiedades de agua, cuyas moléculas actúan como pequeños dipolos eléctricos, lo que permite que se unan hasta 8 ó 9 moléculas mediante puentes de hidrógeno. Esta característica determina, al menos en parte, las siguientes propiedades;
– El punto de congelación se sitúa en 0° C y el de ebullición a 100° C.
– El hielo tiene una densidad de sólo 0,917 g/cm3, mientras que la del agua dulce
es de 1 g/cm3. Esta propiedad impide helarse a los océanos polares, permitiendo
el desarrollo de vida.
– El agua presenta un elevado calor específico, que le permite absorber grandes
cantidades de calor sin modificar en exceso su temperatura.
– Tiene un alto calor de vaporización, es decir, las moléculas que pasan a vapor llevan gran cantidad de movimiento, como consecuencia, tiene un alto poder refrigerante.
– El agua tiene una elevada tensión superficial y gran capacidad adsorbente (se
adhiere a un sólido y lo recubre), propiedad que le da capacidad para ascender
por capilaridad.
– Es un gran disolvente y por esto, se contamina con facilidad.
El “ciclo hidrológico” se podría definir como el proceso que describe la ubicación y el movimiento del agua en nuestro planeta. Es un proceso continuo en el que una partícula de agua evaporada del océano vuelve éste después de pasar por las etapas de precipitación, escorrentía superficial y/o escorrentía subterránea. Sobre esta simple definición se pueden realizar algunas observaciones.
En primer lugar, la evaporación se produce tanto en los océanos como en los continentes, si bien es cierto que predomina en los primeros.
En segundo lugar, la “escorrentía subterránea” es mucho más lenta que la superficial. La lentitud, incluso la inmovilidad, de la escorrentía subterránea confiere al ciclo algunas características especiales, como que los ríos continúen con un caudal más o menos regular mucho tiempo después de haberse producido las últimas precipitaciones,
Por otro lado, las aguas subterráneas no son más que una de las fases o etapas del ciclo del agua y, salvo raras excepciones, no tienen un origen magmático o profundo.
Como se trata de un ciclo, éste se puede empezar a explicar a partir de cualquier punto del mismo, pero lo más intuitivo parece ser comenzar a explicarlo desde el momento en que se produce la “precipitación” y considerar qué caminos puede seguir el agua que cae sobre los continentes posteriormente a las precipitaciones.
Precipitación: La precipitación es agua liberada desde las nubes en forma de lluvia, aguanieve, nieve o granizo, aunque la mayor parte de la precipitación se produce en forma de lluvia. Es el principal proceso por el cual el agua retorna a la superficie terrestre. La cantidad de precipitación es muy variable tanto en el conjunto de la Tierra como en los diferentes países. Incluso es muy variable dentro de una misma ciudad o población.
Evaporación: La evaporación es el principal proceso mediante el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso mediante la energía calorífica, normalmente producida por el Sol. Diversos estudios han demostrado que los océanos, mares, lagos y ríos proveen alrededor del 90% de humedad a la atmósfera, vía evaporación; el restante 10% proviene de la transpiración de las plantas. Del agua caída durante la precipitación sobre los continentes, parte de ella se evapora desde la superficie del suelo y otra parte queda retenida sobre las hojas de los árboles. A este último fenómeno se le denomina “interceptación” y en lluvias de corta duración sobre zonas de bosque, este fenómeno puede devolver a la atmósfera una gran parte del agua precipitada, sin que ésta haya tocado el suelo.
Escorrentía superficial: La escorrentía superficial es la producida por el agua de las precipitaciones que no es evaporada ni infiltrada, por lo que circula sobre la superficie del suelo hacia la corriente de agua más cercana. La mayor parte del agua de los ríos procede directamente de esta escorrentía superficial. Durante esta escorrentía pueden suceder varios procesos:
– Evaporación: una pequeña parte del agua que configura los ríos, lagos, embalses, etc. Se evapora.
– Escorrentía superficial diferida: una parte del agua puede quedar retenida como nieve o hielo.
– Escorrentía subsuperficial o hipodérmica: el agua penetra someramente en la superficie terrestre y, tras un corto recorrido lateral sin llegar al nivel freático, acaba por volver a salir al exterior.
– Escorrentía superficial: el agua circula por la superficie terrestre, llegando en la mayoría de los casos a los ríos y éstos al mar.
– Otros conceptos fundamentales, al hilo de los procesos que ocurren durante la escorrentía superficial, son los de “escorrentía directa” y “escorrentía básica”.
– La escorrentía directa es la que llega a los cauces superficiales en un corto período de tiempo tras la precipitación y que, normalmente, engloba la escorrentía superficial y la sub superficial. Son casi imposibles de distinguir ya que una gran parte de lo que parece escorrentía superficial ha estado infiltrada subsuperficialmente en origen y expulsada al exterior debido al aumento de los caudales que sigue a las precipitaciones.
– La escorrentía básica es la que alimenta los cauces superficiales en los estiajes, durante los períodos sin precipitaciones, concepto que engloba la escorrentía subterránea, que se verá más adelante, y la escorrentía superficial diferida, vista con anterioridad.
Infiltración: La infiltración es el movimiento descendente de parte del agua procedente de la precipitación, desde la superficie de la Tierra hacia el suelo o a las rocas porosas. El agua infiltrada puede seguir varios caminos:
– Evaporación: se evapora desde el suelo húmedo, sin relación con la posible vegetación.
– Transpiración: las raíces de las plantas absorben el agua infiltrada en el suelo, donde una pequeña parte es retenida para su crecimiento y la mayor parte es transpirada. Estas dos acciones se estudian conjuntamente bajo el concepto de “evapotranspiración”.
– Absorción por raíces: el agua profunda es atrapada por las raíces de las plantas featofitas (chopos, álamos, etc.) de raíces muy profundas, y que a diferencia de otras plantas, buscan el agua del medio saturado.
– Escorrentía subterránea: el agua pasa a formar parte del agua subterránea.
El camino que recorre el agua superficial queda claro con los conceptos anteriormente explicados. Sin embargo, el agua de escorrentía subterránea no es fácilmente observable, por lo que su circulación requiere unos conceptos e ideas más específicas.
En un acuífero “libre, no confinado o freático” se distinguen:
– Zona de saturación o freática: es la situada encima de la capa impermeable, donde eí agua rellena completamente los poros de las rocas. El limite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático.
– Superficie o nivel freático: es el que define el límite de saturación del acuífero y coincide con la superficie piezométrica. Varía según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas.
– Zona de aireación o vadosa: es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie terrestre, donde no todos los poros están llenos de agua.
Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas impermeables, generalmente con forma de U o no, el acuífero se denomina “cautivo o confinado”. En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica.
La circulación de este agua subterránea varía desde unos pocos metros hasta miles de kilómetros, como por ejemplo en el denominado “acuífero Guaraní” en Sudamérica, con una extensión de 1.200.000 km2, y durante un período de tiempo también muy variable, que puede llegar a ser de miles de años.
4. LA CONTAMINACION DEL AGUA
La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que el agua está contaminada cuando su composición o estado natural se ven modificados de tal modo que pierde las condiciones aptas para los usos a los que estaba destinada. El agua contaminada presenta alteraciones físicas (temperatura, color, densidad, suspensiones, radiactividad, etc.), químicas (sustancias disueltas, composición, etc.) o biológicas, por lo que no puede cumplir sus funciones ecológicas.
La contaminación de las aguas puede tener un “origen natural” o un “origen antrópico”. Éste último se produce a causa de las diversas actividades desarrolladas por el ser humano, las cuales son la principal fuente de contaminación de las aguas, ya que el desarrollo y la industrialización conllevan un mayor uso del agua y una gran generación de residuos, muchos de los cuales van a parar a ésta.
Contaminación de origen natural
Las fuentes de contaminación de origen natural, por lo general, son muy dispersas y no provocan altas concentraciones de contaminantes, excepto en lugares muy concretos. Por ejemplo, el mercurio que se encuentra de forma natural en la corteza terrestre y en los océanos, contamina la biosfera mucho más que la proveniente de la actividad humana.
Contaminación de origen antrópico
Las principales fuentes de contaminación de origen antrópico de las aguas son:
– Los vertidos de aguas residuales urbanas, como son las domiciliarias, las negras y las de limpieza, fundamentalmente.
– Los vertidos de explotaciones ganaderas. Aportan estiércol y orines con contaminantes como microorganismos patógenos, sólidos en suspensión, materia orgánica, nitrógeno y fósforo.
– Los vertidos de aguas residuales agrícolas. Incluyen fertilizantes inorgánicos, estiércol y orines, otros abonos, plaguicidas diversos (DDT), herbicidas, sales del agua de riego, etc.
– Los vertidos industriales. Las industrias utilizan agua para varios fines (procesado, refrigeración, transporte, disolvente, etc.). Algunas industrias son especialmente contaminantes: la del refinado del petróleo (genera aguas con
cianuros, grasas, fenoles, sólidos, tóxicos diversos y álcalis); las industrias metalúrgica (genera vertidos similares a los de la industria petrolífera más agua caliente); la industria papelera, textil y de curtidos (generan residuos químicos orgánicos, sólidos, detergentes y sustancias tóxicas) y las industrias químicas y farmacéuticas (vierten metales pesados, material químico tóxico y biológico).
– Otras causas: contaminación por embarcaciones a motor, construcción de presas y explotaciones mineras que vierten compuestos contaminantes (cobre, cadmio, cinc, plomo y mercurio).
Tanto para el origen natural como antrópico de contaminación de las aguas, se puede establecer que cuando la contaminación se produce en lugares muy concretos las fuentes que la provocan son “puntuales”. Por el contrario, si la descarga de contaminantes se realiza en áreas muy extensas se habla de fuentes “dispersas”.
Agentes responsables de la contaminación de las aguas
Los múltiples agentes que provocan la contaminación de las aguas se pueden clasificar de muy diferentes maneras aunque, y para simplificar su estudio y análisis, se pueden agrupar en ocho grupos, los cuales se reseñan a continuación:
– Microorganismos patógenos
Son los diferentes tipos de bacterias, virus, protozoos y otros tipos de microorganismos que transmiten enfermedades como el cólera, tifus, hepatitis, etc. En los países en vías de desarrollo las enfermedades producidas por estos organismos, patógenos son uno de los motivos más importantes de muerte prematura, sobre todo en los niños.
Normalmente estos microorganismos llegan al agua en las heces y otros restos orgánico que producen las personas infectadas. Por esto, un buen índice para medir la salubridad de las aguas, en lo que se refiere a estos microorganismos, es el número de bacterias coliformes presentes en el agua. La OMS recomienda que en el agua para beber haya O colonias de coliformes por 100 ml de agua.
– Desechos orgánicos
Son el conjunto de residuos orgánicos producidos por los seres humanos, ganado, etc. Incluyen heces y otros materiales que pueden ser descompuestos por bacterias aeróbicas, es decir, en procesos de consumo de oxígeno. Cuando este tipo de desechos se encuentran en exceso, la proliferación de bacterias agota el oxígeno, y ya no pueden permanecer en este agua seres vivos que necesiten el oxígeno para vivir.
Un buen índice para medir la contaminación por desechos orgánicos es la DBO (Demanda Biológica de Oxígeno). Este índice mide el oxígeno que se consume en un determinado volumen de agua en un plazo fijo de tiempo (5 días), a una temperatura estándar (15 °C) y en condiciones de oscuridad. Si la DBO es alta indica contaminación y mala calidad del agua.
– Sustancias químicas inorgánicas
En este grupo están incluidos ácidos, sales y metales tóxicos, como el mercurio y el plomo. Si están en cantidades altas pueden causar graves daños a los seres vivos, disminuir los rendimientos agrícolas y corroer los equipos que se usan para trabajar con el agua.
– Nutrientes vegetales inorgánicos
Nitratos y fosfatos son sustancias solubles en agua que las plantas necesitan para su desarrollo, pero si se encuentran en cantidades excesivas inducen el crecimiento desmesurado de algas y otros organismos, provocando la “eutrofización” de las aguas. Cuando estas algas y otros vegetales mueren, al ser descompuestos por los microorganismos, se agota el oxígeno y se hace imposible la vida de otros seres. El resultado es un agua maloliente e inutilizable.
– Compuestos orgánicos
Muchas moléculas orgánicas, como el petróleo, los plásticos, los plaguicidas, los disolventes, los detergentes, etc. acaban en el agua y permanecen, en algunos casos, largos períodos de tiempo, al ser productos fabricados por el hombre, presentan estructuras moleculares complejas difíciles de degradar por los microorganismos.
– Sedimentos y materiales en suspensión
Muchas partículas arrancadas del suelo y arrastradas a las aguas, junto con otros materiales que hay en suspensión en las aguas, son, en términos de masa total, la mayor fuente de contaminación del agua. La turbidez que provocan en el agua dificulta la vida de algunos organismos, y los sedimentos que se van acumulando destruyen sitios de alimentación o desove de los peces, rellenan lagos o pantanos y obstruyen canales, rías y puertos.
– Sustancias radiactivas
Isótopos radiactivos solubles pueden estar presentes en el agua y, a veces, se pueden ir acumulando a lo largo de las cadenas tróficas, alcanzando concentraciones considerablemente más altas en algunos tejidos vivos que las que tenían en el agua.
– Contaminación térmica
El agua caliente liberada por las centrales de energía o procesos industriales eleva, en ocasiones, la temperatura de ríos o embalses con lo que disminuye su capacidad de contener oxígeno y afecta a la vida de los organismos.
Algunos ecosistemas costeros, con elevada diversidad biológica, están siendo amenazados gravemente por las actividades humanas, como por ejemplo las marismas, los estuarios, los arrecifes de coral y los manglares. Este tipo de ecosistemas recibe multitud de agresiones ecológicas, que van desde la recogida indiscriminada de corales, el depósito de sedimentos procedentes del continente o la llegada de aguas contaminadas hasta los vertidos petrolíferos, entre los más destacados.
Al hilo de este último tipo de agresión ecológica, la contaminación por accidentes petrolíferos libera sólo el 12% del total de hidrocarburos que llegan al mar. El resto procede de la limpieza rutinaria, con agua del mar, de los tanques de los petroleros y de los escapes no intencionados que se dan en la industria petrolera. Se vierten entre 3 y 4 millones de hidrocarburos cada año. Actualmente, la legislación nacional e internacional obliga a los petroleros a tener unos sistemas de limpieza en forma de circuito cerrado y evacuar los desechos en zonas restringidas de carga y descarga de petróleo.
Origen de la contaminación
Se ha de mencionar que los mares y los océanos son el sumidero final para gran parte de la materia de deshecho que produce el desarrollo humano. Así, la contaminación puede provenir de:
– La llegada de agua contaminante de ríos o de poblaciones costeras, que afecta a los ecosistemas costeros.
– Los vertidos intencionados de todo tipo, como pueden ser basuras, desechos de limpieza de buques cisternas y barcos de carga, etc.
– Los accidentes marinos, en los que se derraman combustibles y cargas diversas.
– Vertidos industriales (minería de la plataforma continental, extracción y refinado de petróleo, etc.).
Contaminación de las aguas subterráneas
No conviene olvidar la contaminación de las aguas subterráneas, ya que éstas son una de las principales fuentes tanto para el suministro de agua potable como para el desarrollo industrial, agrícola y ganadero. En España, alrededor de la tercera parte del agua que se usa en las ciudades y en la industria y la cuarta parte de la que se usa en la agricultura y en la ganadería procede de las aguas subterráneas. En muchos lugares en los que las precipitaciones son escasas e irregulares pero con un clima muy apto para la explotación agrícola, las aguas subterráneas son un recurso vital y una gran fuente de riqueza, ya que permiten cultivar productos fundamentales para el de abastecimiento de la población.
Las aguas subterráneas suelen ser más difíciles de contaminar que las superficiales, pero cuando esto se produce, es más difícil de eliminar. Ello es así debido a que las aguas del subsuelo tienen un ritmo de renovación muy lento. Se calcula que mientras el tiempo de permanencia medio del agua en los ríos es sólo de días, en un acuífero permanece cientos de años, lo que hace muy difícil su depuración.
Hay que añadir que la explotación incorrecta de las aguas subterráneas origina multitud de desajustes hidrogeológicos, los cuales se añaden y se complementan con los efectos procedentes de su contaminación. En muchas ocasiones la situación se agrava por el reconocimiento tardío de los desajustes hídricos y los procesos contaminantes del acuífero, debido a que el agua subterránea no es observada directamente dentro del acuífero, por lo que el problema puede tardar en hacerse evidente.
Los principales problemas de contaminación de las aguas subterráneas provienen de:
– El agotamiento del acuífero
Un buen uso de las aguas subterráneas exige tener en cuenta que, en los lugares en que las precipitaciones son escasas, los acuíferos se van cargando de agua muy lentamente y, si se consumen a un ritmo excesivamente rápido, se agotan. Cuando se produce una explotación intensiva, sequías u otras causas que van disminuyendo el nivel del agua contenida en el acuífero, se derivan problemas ecológicos como, por ejemplo, los de las Tablas de Daimiel, de la provincia de Ciudad Real, las cuales están formadas por humedales ricos en fauna acuática y avícola. La explotación creciente, para usos agrícolas, del acuífero que nutre de agua las Tablas, ha hecho que en los años de pocas lluvias grandes áreas de las Tablas se queden sin agua.
Cuando estos acuíferos se encuentran en la costa, y a medida que van perdiendo agua dulce, son invadidos por agua salada, proceso denominado “intrusión”, quedando inutilizado el acuífero para el uso humano. En la costa española mediterránea, todos los acuíferos están prácticamente afectados por este problema y necesitan una mejora urgente de su explotación o de sus sistemas de control, siendo, en muchos casos, imprescindible permitir que se recarguen de agua antes de continuar con su explotación.
– Contaminación puntual
Se suelen distinguir dos tipos de procesos contaminantes de las aguas subterráneas: los “puntuales”, que afectan a zonas muy localizadas, y los “difusos”, que provocan contaminación dispersa en zonas amplias, en las que no es fácil identificar un foco principal.
Las actividades que suelen provocar una contaminación puntual de las aguas subterráneas son:
– Lixiviados de vertederos de residuos urbanos y fugas de aguas residuales que se infiltran en el subsuelo.
– Lixiviados de vertederos industriales, derrubios de minas, depósitos de residuos radiactivos o tóxicos mal aislados, gasolineras con fugas de combustible, etc.
– Pozos sépticos y acumulaciones de purines procedentes de las granjas.
Este tipo de contaminación suele ser más intensa junto al lugar de origen y se va diluyendo al alejarnos del mismo. La dirección que sigue el flujo del agua del subsuelo influye, de forma muy importante, a la hora de determinar en qué puntos de su recorrido los pozos pueden o no estar contaminados.
5. MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DEPURACIÓN.
5.1. Métodos de análisis
Una vez definido el objetivo del estudio a desarrollar, se debe obtener el mayor número de información posible para, de esa forma, delimitar y caracterizar el área de estudio. Por medio de la utilización de mapas y fotografías se pueden conseguir informaciones básicas tales como:
– Área comprendida dentro de la cuenca hidrográfica.
– Tamaño y localización del área de estudio.
– Informaciones sobre el relieve, vegetación e hidrografía.
– Ocupación del área (agricultura, ganadería pecuaria , industria).
– Datos climatológicos.
No existen normas absolutas para la elección de los puntos para recogida de muestras, ya que esa selección está íntimamente relacionada con las condiciones locales, que varían de acuerdo a las características del área de estudio. Entre tanto, debemos seleccionar esos puntos de muestreo teniendo en cuenta algunos criterios prácticos, orientados por el sentido común. Ante todo, debemos y necesitamos obtener información sobre el área de influencia de la zona del estudio hidrológico en concreto o de la cuenca hidrográfica en general. Entre las informaciones necesarias están:
– Localización exacta de los puntos, por medio de mapas cartográficos y visitas a los propios lugares.
– Examinar las vías de acceso y evaluar el tiempo necesario para realizar el trabajo de muestreo.
– Determinar el grado de desarrollo antrópico de la región (industria, agricultura, minería, etc.)
– Evaluación, en caso de existencia, de estudios o investigaciones similares ya realizados en la región, por medio de contacto con las personas o instituciones participantes en ellos.
Los puntos estratégicos principales para el muestreo y el análisis en los proyectos de estudios ambientales en las cuencas hidrográficas, son los siguientes:
– Curso alto – curso medio – desembocadura.
– Antes y después de los afluentes.
– Antes y después de los lugares de desagüe de residuos domésticos o industriales.
– Lugares donde no existe turbulencia.
– Lugares de afluencia y emanación de una planta de tratamientos de residuos.
Es muy importante evitar el muestreo próximo a las márgenes de los sistemas hídricos, pues la calidad en esos puntos no es representativa dentro del volumen total de agua. Por otra parte, existe una posibilidad grande de contaminación en esos puntos. A continuación se describen los distintos estudios y los diversos análisis que se han de realizar para un correcto examen de la calidad del agua en una zona o región.
Estudio preliminar del área de estudio
En esta fase se realiza un estudio de campo, donde se observarán y anotarán todas las características ambientales de la región en la que se encuentra el área de estudio. Dicha observación comprende:
– Aspectos ambientales: se estudia la cobertera vegetal, el suelo, la fauna terrestre existente, el uso del suelo, presencia de residuos domésticos o industriales y el clima de la región.
– Aspectos generales del agua: se estudian distintas características físico- químicas del agua tanto en la región como en la zona de estudio. Así, se analiza su grado de turbidez, su color, su olor, existencia de materia flotante, su hidrología general y la presencia o ausencia de fauna y flora acuáticas, así como la posible existencia de algas.
Análisis del oxígeno disuelto en el agua
El oxígeno es una sustancia indispensable para supervivencia de los animales y de otros muchos seres vivientes, tanto acuáticos como terrestres. Pero existe el problema de la baja solubilidad de ese gas en el agua, en comparación con el aire. Un litro de agua, a 20 grados centígrados, expuesto al aire a presión normal y al nivel del mar, contendrá en solución 9,8 partes de oxígeno en un millón de partes del agua (el aire tiene cerca de 22 partes de oxígeno para 100 partes de aire). Esa cantidad aumenta cuando la temperatura es más baja o cuando la presión es más alta.
Los desperdicios orgánicos arrojados en la hidrosfera son descompuestos por microorganismos que usan el oxígeno en la respiración. De esa forma, cuanto mayor sea la carga de materia orgánica, mayor será el número de microorganismos que descomponen y, consecuentemente, mayor será el consumo de oxígeno. Así pues, la muerte de los peces en los ríos contaminados, en muchos casos, se debe a la ausencia de oxígeno y no a la presencia de substancias tóxicas.
Análisis de presencia de nitrógeno
El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para la vida, pero su presencia en el agua es muy escasa. Sus fuentes principales son el aire, el cual puede ser asimilado por algunas algas, los abonos y materia orgánica en descomposición (hojas y aguas fecales). El nitrógeno que proviene de la descomposición de vegetales, animales y excrementos pasa por una serie de transformaciones. En el caso de los vegetales y animales, el nitrógeno se encuentra en forma orgánica. Al llegar al agua, es rápidamente transformado en nitrógeno en forma de amoníaco, pasando después a nitritos y finalmente a nitratos. Esas dos últimas transformaciones solamente ocurren en aguas que contengan bastante oxígeno disuelto, pues son efectuadas por bacterias de naturaleza aerobia, las llamadas nitrobacterias. De esa forma, cuando encontramos mucho nitrógeno en forma de amoníaco en el agua, estamos en presencia de materiales orgánicos en descomposición y por lo tanto en un medio pobre en oxígeno.
Análisis del pH
El término pH (índice de Ion Hidrógeno) es usado umversalmente para determinar si una solución es acida o básica, y es la forma de medir la concentración de iones de hidrógeno en la solución. La escala de pH contiene una relación numérica que varía de O a 14; esos valores miden el grado de acidez o basicidad de una solución. Los valores inferiores a 7 los y próximos a cero indican aumento de la acidez. Los valores que son mayores de 7 y próximos a 14 indican aumento de la basicidad, mientras que cuando el valor es 7, indica un pH neutro.
Las medidas de pH son de extrema utilidad, pues nos proporcionan mucha información con respecto a la calidad de la agua. Las aguas superficiales tienen pH entre 4 y 9. Algunas veces son ligeramente alcalinas por causa de la presencia de carbonates y bicarbonatos. Es claro que, en estos casos, el pH refleja el tipo de suelo por donde el agua discurre. En lagunas con muchas algas, y en los días de sol, el pH puede aumentar mucho, llegando a 9 o más. Esto es debido a que las algas, al realizar la fotosíntesis, desprenden mucho dióxido de carbono, que es la principal fuente natural de acidez del agua. Generalmente un pH muy ácido o muy alcalino está relacionado a la presencia de desechos industriales.
Análisis de la conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica es la capacidad que tiene el agua de conducir la corriente eléctrica. Este parámetro tiene relación con la existencia de iones disueltos en el agua, que son partículas con cargas eléctricas. Cuanto mayor sea la concentración de iones disueltos, mayor será la conductividad eléctrica del agua. En las aguas continentales, los iones que son directamente responsables de los valores de la conductividad son, entre otros, el calcio, el magnesio, el potasio, el sodio, los carbonates, los sulfates y los cloratos.
El parámetro de conductividad eléctrica no nos indica, específicamente, cuáles son los iones presentes en una determinada muestra de agua, pero puede ayudar a detectar posibles impactos ambientales que ocurran en la cuenca de desagüe debido a la descarga de desperdicios industriales, minería, aguas fecales, etc.
Estudio de la temperatura del agua
La temperatura es una variable muy importante en el medio acuático, pues influye en el metabolismo de las especies, como productividad primaria, respiración de los organismos y descomposición de la materia orgánica. Cuando tenemos altas temperaturas se produce una proliferación de fitoplancton, y, por consiguiente, intensa absorción de nutrientes disueltos. En caso de disminución de la temperatura, se produce el efecto contrario.
Los organismos tienen comportamientos diferentes en relación directa con las variaciones de la temperatura. De esa forma, pueden ser perjudicados por la contaminación térmica, causada por los residuos a temperaturas elevadas volcados en el agua. Sus efectos son directos, coagulando las proteínas que constituyen la materia prima, o indirectos, aumentando la toxicidad de algunas substancias y disminuyendo la tasa de oxígeno disuelto.
Los valores de la temperatura deben ser medidos en el propio lugar de obtención de las muestras.
Análisis de la presencia de bacterias coliformes
En el agua habitan normalmente muchos tipos de bacterias, las cuales son importantes, pues se alimentan de materia orgánica y, por tanto, son las principales responsables del proceso de autodepuración.
Cuando un recurso hídrico es contaminado con aguas fecales suelen aparecer otros tipos de bacterias que pueden ser portadoras de enfermedades infecciosas. Un grupo importante, dentro de estas bacterias contaminantes, es el de las bacterias coliformes.
Las bacterias coliformes no son, por lo general, patógenas pero están presentes en grandes cantidades dentro del intestino de los seres humanos y, en consecuencia, forman parte de la materia fecal. Se calcula que un ser humano adulto elimina de 50 a 400 billones de esas bacterias en cada evacuación. Su existencia permite detectar heces en el agua en concentraciones extremadamente diluidas, que son difíciles de detectar por los métodos químicos normales. De esa forma, la existencia de estas bacterias en la agua nos sugiere que ese agua fue contaminada con aguas fecales.
Por otra parte, son los excrementos de los individuos enfermos los portadores de microbios patógenos que, sin los métodos de depuración adecuados, contaminan el agua o, incluso, pueden llegar a formar parte del suelo, por lo que son susceptibles de causar enfermedades. Es por esto que la presencia de coliformes en el agua nos indica la existencia de excrementos en ella y, por lo tanto, es posible una contaminación debida a microbios patógenos.
5.2. Métodos de depuración
Las corrientes fluviales son capaces de recuperarse rápidamente de algunas formas de contaminación (de la materia orgánica) gracias a un proceso de autodepuración natural, como fue sugerido en el punto anterior. La decantación natural también elimina materiales que estaban en suspensión. Sin embargo, ciertos tipos y grados de contaminación resultarían fatales si no se procediera a tratamientos por depuración.
La “autodepuración de los ríos” se basa en la existencia de seres vivos capaces de alimentarse de restos orgánicos y descomponerlos. También se basa en la producción de oxígeno disuelto (OD) procedente de la fotosíntesis de la vegetación acuática.
En un río con suficiente cantidad de OD, las sustancias orgánicas se transforman en nutrientes minerales para las algas, por la actividad de bacterias anaerobias. Estas y las algas sirven de alimento a los protozoos, a los crustáceos y a los moluscos, que a su vez, son comidos por los peces, etc. La muerte y la descomposición de todos ellos cierran el ciclo, al devolver los nutrientes a la vegetación.
Cuando a una corriente llegan cantidades importantes de aguas residuales, se pueden distinguir distintas zonas:
– Zona de degradación: es el lugar del vertido. De aspecto sucio, antiestético y a veces maloliente. Comienza la descomposición bacteriana de la materia orgánica, que consume gran cantidad de oxígeno. El OD disminuye rápidamente de 10 a 4 ppm.
– Zona de descomposición activa (zona séptica): el aspecto del agua se hace más
oscuro y putrefacto. El OD es muy bajo o nulo y la DBO5 es muy elevada (15a
lOOmg/1).
– Zona de recuperación: el agua va recuperando su aspecto natural. Aumenta paulatinamente la cantidad de organismos verdes (cianobacterias o algas), que reponen el oxígeno disuelto. Las bacterias aerobias terminan de descomponer la materia orgánica. Aparecen crustáceos y larvas de insectos. Se alcanzan los niveles normales de OD y DBO.
La autodepuración funciona mientras no haya una sobrecarga de contaminantes y únicamente sobre materia biodegradable.
Depuración de las aguas subterráneas
En cuanto a la depuración de las aguas subterráneas, los acuíferos presentan una cierta capacidad de autodepuración, que depende del tipo de roca por la que discurre el mismo, así como de otros factores. Las sustancias contaminantes se van infiltrando y se dispersan a medida que el agua subterránea avanza en su recorrido; también son neutralizadas, oxidadas, reducidas o sufren otros procesos químicos o biológicos que las degradan. De esta forma el agua subterránea puede llegar a depurarse.
Cuando la estructura geológica del terreno por el que discurre el acuífero facilita una amplia zona de aireación, los procesos de depuración son más eficaces. También es más favorable la presencia abundante de arcillas y de materia orgánica. En cambio, en los depósitos aluviales o en las zonas kársticas la depuración del agua es mucho más difícil y este tipo de acuíferos son mucho más sensibles a la contaminación.
Es importante, de todas formas, tener en cuenta que las posibilidades de depuración en un acuífero son limitadas y que el mejor método de protección es, por tanto, la prevención. Cuando un acuífero está contaminado y hay que depurarlo, el proceso será difícil y muy costoso. En algunos casos se han usado procedimientos para la extracción del agua subterránea y así depurarla para, posteriormente, volver a inyectarla limpia en el acuífero. Pero este método no siempre resultó eficaz y consumió una gran cantidad de energía, sin contar el elevado coste económico final.
Depuración de los vertidos producidos por los residuos petrolíferos
La depuración de los vertidos producidos por los residuos petrolíferos, requieren procedimientos y métodos muy específicos, entre los que cabe destacar:
– Contención y recogida del vertido. Se rodea el petróleo vertido con barreras físicas, recuperándolo mediante sistemas de succión y separación del petróleo y el agua (centrifugación, bombeo por aspiración, adherencia a discos giratorios, fibras obsorventes, etc.). Su eficacia, no obstante, sólo llega a un 10-15% de recuperación del total del vertido.
– Dispersantes. Son sustancias químicas que rompen el petróleo en pequeñas gotitas por emulsión, con lo que se diluyen los efectos dañinos del vertido y se facilita la actuación de las bacterias que digieren los hidrocarburos.
– Incineración. Consiste en quemar el petróleo derramado, siendo un método muy eficaz para eliminar los vertidos procedentes de hidrocarburos; llega a eliminar el 95% del vertido. El problema inducido por este método es que genera gran cantidad de humo con un alto contenido en partículas, por lo que es muy espeso.
– Biodegradación. Dado que existen microorganismos (bacterias y hongos, principalmente) que se alimentan de hidrocarburos y los transforman en otras sustancias químicas no contaminantes, se acelera su crecimiento aportando los nutrientes y el oxígeno necesario para que se produzca un aumento considerable en el número de microorganismos.
– Limpieza de las costas. Cuando el vertido llega a las costas, se produce un daño ecológico muy importante en dicho ecosistema. La limpieza de las mismas se puede realizar mediante chorros de agua y/o arena sobre las rocas contaminadas para recoger posteriormente, y de forma manual en la mayoría de los casos, el petróleo arrancado por este método. De igual forma, se limpian manualmente las zonas de playas, y se recogen los organismos vivos impregnados de petróleo, cuando la magnitud del vertido así lo permita.
Depuración de los vertidos de aguas residuales
Por último, conviene reseñar la depuración de los vertidos de aguas residuales que, en la mayoría de los casos, son descargados a los ríos, lagos o mares. En la mayoría de los países desarrollados los vertidos procedentes de aguas residuales son tratados en “estaciones depuradoras de aguas residuales” (EDAR). El objetivo de estos tratamientos es, en general, reducir la carga de contaminantes del vertido y convertirlo en inocuo para el ambiente.
Las aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento, dependiendo del grado de purificación que se quiera obtener. Así, se pueden distinguir los siguientes niveles:
– Pretratamiento: es un proceso en el que usando cribas y rejillas, se separan restos voluminosos, como pueden ser palos, telas, plásticos, etc.
– Tratamiento primario: se hace sedimentar los materiales suspendidos en el agua residual usando procedimientos físicos y físico-químicos. En algunos casos, se deja simplemente las aguas residuales un tiempo en grandes estanques, añadiendo al agua residual sustancias químicas quelantes, que hacen más rápida y eficaz la sedimentación de los materiales en suspensión presentes en el agua. De igual forma, en este proceso se procede a la
neutralización del pH y a la eliminación de contaminantes volátiles, como puede ser el amoníaco.
– Tratamiento secundario: elimina las partículas coloidales y similares del agua residual, mediante procesos biológicos y químicos.
Esto pone fin al tratamiento de depuración de las aguas residuales, las cuales, una vez desprovistas de los materiales y sustancias contaminantes, son vertidas a los correspondientes canales fluviales próximos.
Existen tratamientos más avanzados para la depuración de las aguas residuales, los cuales consisten en procesos físicos y químicos especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc.
6. EL PROBLEMA DE LA ESCASEZ DE AGUA
El Consejo de Medio Ambiente de la Unión Europea reconoció el 30 de octubre de 2007, por primera vez y de manera formal, que la sequía y la escasez de agua son una “prioridad” política, porque son problemas que afectan a numerosos países de la UE y contra los que hay que luchar con medios como el ahorro o la buena gestión de los recursos y, en última instancia, con medios alternativos, como la desalación o la reutilización del agua, siempre que éstos se desarrollen en términos sostenibles.
Se trata del primer espaldarazo político formal de los estados europeos, tras la Directiva Europea del Agua, a un tema que abanderaron España, Italia y Portugal y sobre el que Bruselas presentó un informe en el mes de julio de 2007 y en el que, entre otras cifras, afirmaba que la sequía y la escasez de agua afectaban al menos al 12% del territorio de la UE, al 19% de su población y, al menos, a 33 cuencas hidrográficas. El impacto económico total de la sequía, a escala de la UE en los últimos 30 años, se estima en 100.000 millones de euros.
La sequía y la escasez de agua requieren una gestión integrada de la misma que, sin embargo, no puede reducirse al aspecto europeo, dado que tiene repercusiones internacionales tales como una relación directa con la pobreza y la inmigración, por lo que es conveniente tratar estos temas también desde los ámbitos internacionales.
La escasez de agua tiene repercusiones directas sobre los ciudadanos y sobre sectores económicos tan diferentes como pueden ser la agricultura, la silvicultura, el turismo, la industria, la energía o el transporte. También existe un estrecho vínculo entre la sequía, la degradación del suelo y la desertificación, así como con un mayor riesgo de incendios forestales con los consiguientes efectos sobre la contaminación atmosférica y la emisión de gases de efecto invernadero.
La “gestión ineficaz” de los recursos es un problema vital que influye en la escasez de agua, por lo que es necesario aplicar un planteamiento enfocado a la demanda, así como mejorar la eficacia hídrica como, por ejemplo, reducir las pérdidas por filtraciones y aplicar, por último, medidas educativas y de concienciación del problema en la sociedad. Por todo esto, debería aplicarse una “gestión integrada” del agua con objeto de reforzar el principio de la demanda de agua, las medidas de ahorro de agua y la aplicación del principio de “usuario-pagador” en su justa medida, incentivando la utilización más eficiente de los recursos hídricos garantizando, al mismo tiempo, un acceso público equitativo a dichos recursos, teniendo en cuenta todos los aspectos sociales existentes.
España es el país del mundo con mayor número de embalses por habitante, con un total de unos 1.300 y con una capacidad para almacenar de 50.000 hectómetros cúbicos. Además, se encuentra entre los países mediterráneos de mayor consumo de agua, con 870 metros cúbicos por habitante y año. Con estos datos, España cuenta con unos recursos hídricos estimables de 2.924 metros cúbicos/habitante/ año, cantidad que está por encima de lo que se estima necesario. Sin embargo, la irregularidad de su distribución espacial y temporal dificulta su aprovechamiento. Otros inconvenientes son el consumo creciente, el aumento de la contaminación la salinización de acuíferos costeros, conflictos sociales y económicos en los trasvases, etc.
Desde el punto de vista de la distribución espacial de los recursos hídricos, se producen variaciones de ésta en España. La variación media anual va desde los 300 mm de altura por unidad de superficie en la cuenca del Segura, 361 mm en Canarias, hasta el máximo de 1.473 mm en la costa de Galicia. Mayores diferencias se obtienen si se comparan regiones como la zona norte, con 2.400 mm, y la sudeste, con 200 mm. Además, la evapotranspiración es más importante en el sudeste que en el norte.
Los problemas con el agua se acentúan en el litoral mediterráneo por ser la zona de mayor valor agrícola y económico, además de ser las zonas de mayor densidad de población. Situaciones más extremas se alcanzan aún en los dos archipiélagos.
Las distribuciones temporales oscilan entre las precipitaciones para un año seco, las cuales representan un 60% de la media, a la superación del 150% de la media para un año húmedo.
Conviene recordar, por último, que en los últimos 50 años la lluvia en España ha descendido un 20%. Esto ha repercutido gravemente sobre las cuencas hídricas del Júcar y del Segura, así como en las cabeceras del los ríos Tajo y Ebro, reduciendo sus recursos hídricos a niveles críticos (figura 5).
No se debe olvidar que los sistemas hídricos del norte de España son, igualmente, muy vulnerables, ya que sus ríos tienen un recorrido muy corto y una velocidad muy grande, a los que hay que añadir que los embalses en esas regiones son de poca capacidad, lo que impide prever su rendimiento a largo plazo. Igualmente, en España existen unos 500.000 pozos no autorizados para la extracción de aguas subterráneas, por lo que son ilegales, lo que agrava la escasez de agua en España.