muestreos de calidad de agua en medios receptores

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