2. Muestreo de Cuerpos Hidricos Ok

7/23/2019 2. Muestreo de Cuerpos Hidricos Ok

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2. MUESTREO DE CUERPOS

HÍDRICOSIng. Fabio Villalba



Introducción

Para entender el muestreo y monitoreo del agua, enprimer término se debe explicar cómo está presenteel agua en la naturaleza.

El agua está presente en el ambiente mediante lo que sedenomina el “Ciclo hidrológico”, esto es, los procesosque rigen la circulación del agua y las “vías” por lascuales circula.



EL CICLO DEL AGUA



El ciclo del agua es un conjunto de procesos mediantelos cuales el volumen de agua existente en el planeta(volumen aproximadamente constante) es reciclado en lossistemas naturales, a través de cambios físicos, químicos

y biológicos.

Los procesos principales de este ciclo son:

• Evaporación• Circulación atmosférica•

Precipitación• Escorrentía• Infiltración• Circulación subterránea• Evapotranspiración



Evaporación:Pérdida de humedad en forma de vapor de agua que se

disipa al ambiente (paso del estado líquido al gaseoso)

Circulación Atmosférica:Transporte de agua en forma de vapor a través de laatmósfera

Precipitación:Fenómeno meteorológico por el cual el vapor de aguacondensado en las nubes cae a tierra en forma de

lluvia, nieve, granizo o rocío; la lluvia se mide en unpluviómetro y sus unidades son mm/año.



Escorrentía:

Recolección y escurrimiento de agua que se produce enla superficie luego de la precipitación pluvial, a partir

del agua que cae directamente en el suelo y del goteodesde las plantas.

Infiltración:

Proceso de introducción de un líquido entre los espaciosdisponibles dentro de un sólido, en este caso en elsuelo.



Circulación Subterránea:

Circulación de agua en el subsuelo a través de mediosporosos y transmisivos (suelos y rocas) denominadosacuíferos. Esta agua se origina en la infiltración.

Evapotranspiración:Evaporación a partir de superficies húmedas, de lasuperficie de los cuerpos de agua y emisión a la

atmósfera debida a la transpiración de plantas yanimales.



En relación con el ciclo hidrológico, las aguas puedenser agrupadas del siguiente modo:

• Aguas Superficiales• Aguas Subterráneas• Aguas Atmosféricas



Las aguas subterráneas pueden tener varios orígenes:

Aguas meteóricas:

Aguas de origen atmosférico, que circulan por el ciclohidrológico en tiempos relativamente cortos (sonpropiamente aguas de infiltración)

Aguas connatas:Aguas que han sido recogidas por alguna formación antigua y han estado fuera del ciclo hidrológico por un tiempoconsiderable (millones de años).

Aguas juveniles:Aguas nuevas que se agregan al ciclo hidrológico, y queantes no han formado parte de él. Es resultado de cambiosfísico-químicos asociados a procesos geológicos.



Distribución del agua en la Tierra



¿Cuáles son los intereses detrás del muestreo y monitoreo del Agua?

Al hombre le interesa prioritariamente realizar elmuestreo y monitoreo del agua de dos aspectosfundamentales, en función de su aprovechamiento:

• Cantidad• Calidad

Además, en muchos casos le interesa saber otros

aspectos como:• Origen• Edad• Dinámica



CANTIDAD=¿Cuánta agua está disponible?

En Corrientes Abiertas (Ríos, Canales)

En corrientes abiertas, la cantidad de agua estáexpresada por el caudal, (m3/s) el cual se mide porun procedimiento llamado aforo.

Aforo: es la medición del caudal de una corrienteabierta.

La medición directa de caudal se puede realizar poruno de los métodos de aforo que se señalan acontinuación, que están entre los mas

frecuentemente utilizados:



Métodos de Aforo en Corrientes Abiertas:

• Aforo volumétrico• Aforo con vertederos• Aforo con canaletas•

Aforo con trazadores• Aforo con molinete hidráulico

El aforo es considerado también una forma de muestreo

de las corrientes de agua.



CALIDAD = ¿Qué tan buena paradeterminado uso es el agua?

Criterios de calidad: niveles esperados deconcentraciones de constituyentes que aseguran sucalidad para usos específicos.

Estándares (o normas) de calidad: normativaslegales que limitan la concentración de diversosconstituyentes en el agua.

En general, se tienen estándares de calidad paracursos de agua (cuerpos receptores) y estándarespara descargas de efluentes en dichos cursos(vertido).



Criterio de CalidadAsociado al logro de

un objetivo

Estandar o Normade Calidad

Valor límite quepermite cumplir elobjetivo



Criterios de Calidad en función de sus usosLa normativa ecuatoriana establece criteriosde calidad para los siguientes usos:- Consumo humano y doméstico

- Preservación de flora y fauna- Agrícola- Pecuario- Recreativo

- Industrial- Transporte- Estético(Reglamento para la Prevención y Control Ambiental, en lo Relativo

al Recurso Agua, 1989)



Para aguas de corrientes abiertas y de origensubterráneo interesa, principalmente, conocer los

siguientes parámetros:

• Demanda química de oxígeno(DQO)

• Demanda bioquímica deoxígeno (DBO)

• Carbono orgánico total• Compuestos de nitrógeno y

fósforo• Salinidad del agua y grado de

dureza

• Compuestos metálicos einorgánicos tóxicos

• Sólidos totales• Sólidos disueltos y coloidales• Sólidos en suspensión• Valores de pH

• Propiedades organolépticas(color, olor y sabor)• Temperatura• Organismos patógenos

(bacterias, coliformesfecales)

• Compuestos orgánicostóxicos (plaguicidas)



Para el caso de aguas residuales industriales, puedenser indicadores de calidad parámetros como los

siguientes:

• Ácidos y álcalis,• Color• Gases reactivos•

Materiales inflamables,• Iones de metales

pesados• Aceites y grasas• Fenoles• Temperatura

• Demanda de oxígeno• Desechos biológicos• Patógenos•

Orgánicos sintéticos• Materiales explosivos• Sustancias tóxicas y

radiactivas



En el caso de aguas y descargas líquidasrelacionadas con las operaciones

hidrocarburíferas, los parámetros que seconsideran como indicadores de calidad son lossiguientes:Para efluentes:• pH• Conductividad• Eléctrica• Hidrocarburos totales (TPH)• DQO• Sólidos totales• Bario

• Cromo total• Plomo• Vanadio• Nitrógeno global•

Fenoles



Para cuerpos receptores:• Temperatura•

pH• Conductividad eléctrica

• Hidrocarburos totales (TPH)•

DQO• Hidrocarburos aromáticospolicíclicos (HAP)



En el caso de aguas de lagos y embalses, ademásde los parámetros señalados para cuerposreceptores, suelen ser importantes los

siguientes:

• Nutrientes, (fósforo y nitrógeno)• Transparencia del agua (medida con el disco Secchi)• Contenido de clorofila.



ORIGEN = ¿De dónde proviene el aguadisponible, en relación con el ciclo

hidrológico?

Para una mejor gestión integral del recurso hídrico anivel de cuencas y subcuencas, es necesariocomprender las características del ciclo

hidrogeológico local. Es de particular interéscomprender la interrelación existente entre aguassuperficiales y subterráneas.

Mediante la determinación de la composición química(aniónica y catiónica) de diferentes cuerpos de aguainvolucrados en un caso concreto, se pueden sacarconclusiones acerca de la “historia” de cada uno deellos, obteniendo información acerca de su origen.



EDAD = ¿Cuánto tiempo ha estado circulandoel agua en el ciclo hidrológico?

Esto es de gran importancia sobre todo para las aguassubterráneas.

Mediante el método de datación radiométrica delcarbono presente en carbonatos existentes en aguassubterráneas, es posible determinar la edad absolutaen la cual el cuerpo de agua se infiltró desde la

superficie. Esto también es posible hacerlo mediantetritio radiactivo.



Ejecución del Muestreo de Cuerpos deAgua

El estudio de los cuerpos de agua se hace mediantemuestreo; esto es, toma de especímenes del cuerpo deagua objeto de estudio.

Puesto que cada tipo de cuerpos de agua tienecaracterísticas distintas y está sujeto a procesosparticulares, a continuación se presentarán losaspectos fundamentales referentes al muestreo de:

• Corrientes abiertas (ríos y canales)• Lagos y embalses• Aguas subterráneas



Muestreo de Corrientes Abiertas (Ríosy Canales)



Una corriente abierta es un cuerpo de agua que fluyepor acción de la gravedad a lo largo de un cauce (en elcaso de un río), o por un ducto abierto (en el caso deun canal), y que está expuesto a la atmósfera.

Los ríos son la máxima expresión de la escorrentíanatural dentro del ciclo hidrológico.

Los canales son construcciones artificiales realizadaspor el hombre para trasladar agua de un sitio a otro,cuya agua es extraída del ciclo hidrológico natural,aunque termina posteriormente reintegrándose a él.



Las corrientes abiertas son cuerpos de agua en loscuales permanentemente están ocurriendo procesosfísicos, químicos y biológicos interactuantes entreellos.

La calidad de agua medible en una corriente abierta endeterminado momento y lugar, es el resultado de esosprocesos, mas los efectos de las acciones humanassobre el cuerpo de agua.

En consecuencia, la calidad del agua en una corrienteabierta puede variar significativamente en términosespaciales y temporales.



Variación de parámetros en una corriente abierta en 24horas



Pequeña Mediana Grande

<1 m3/s> 50 m

3

/s

Corrientes Abiertas

Existen corrientes abiertas de diferentes magnitudes,desde muy pequeñas, hasta muy grandes, en función delos caudales que transportan.



Para efectos prácticos, se puede considerar que losprocesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en lascorrientes abiertas, tienen ccmportamientos

predominantemente unidimensionales (x) en lascorrientes pequeñas, bidimensionales (x,y) en lascorrientes medianas y tridimensionales (x,y,z) en lascorrientes grandes.



x

xx

y

y

y

y

z

Por lo señalado, el muestreo de agua en corrientesabiertas, se puede limitar a especímenes simples en elprimer caso, muestras compuestas transversales en el

segundo caso y muestras compuestas transversales y enprofundidad en el tercer caso..



Muestras Simples de Agua

Están conformadas por un solo espécimen de agua.

La calidad de agua evaluada en base a este tipo demuestra es válida para un sitio puntual y un momentodeterminado, y es representativa únicamente para elcaso de corrientes pequeñas.

Para el caso de corrientes medianas o grandes un soloespécimen de agua no necesariamente esrepresentativo de la calidad de todo el cuerpo deagua, por tanto, desde el punto de vista de calidadambiental, su utilidad es muy limitada o nula.



Muestras Compuestas de Agua

Se trata de muestras conformadas en base a la mezclade varios especímenes simples de agua. Luego dehomogenizar el volumen resultante, se toma un nuevoespécimen , el cual será representativo del cuerpo de

agua.Para el caso de corrientes medianas y grandes, es la

forma válida de determinar la calidad del agua. Sepueden tomar tres tipos de muestras compuestas:

• En función del tiempo• En función del espacio (muestra integrada)• En función del caudal



Muestras Compuestas en función deltiempo

Se trata de tomar especímenes de agua de idénticovolumen, en un punto de muestreo, a intervalosregulares de tiempo, durante un período determinado.Estos especímenes luego son mezclados y

homogenizados, y del volumen total resultante se tomaun nuevo espécimen que será representativo delcuerpo de agua.

Un ejemplo es el de toma de especímenes con intervalosde una hora durante un periodo de 24 horas, en unpunto de muestreo dado.

f ó d l



Muestras compuestas en función delespacio (muestras integrada)

Se trata de la toma simultánea de especímenes de aguade idéntico volumen en diferentes puntos de unasección de la corriente. Estos especímenes luego sonmezclados y homogenizados, y del volumen total

resultante se toma un nuevo espécimen que serárepresentativo del cuerpo de agua.

Es el caso de la toma de varios especímenes

transversales al curso del río y/o de especímenestomados en profundidad en la misma sección.

M st s st s f ió d l



Muestras compuestas en función delcaudal

Se trata de tomar especímenes de agua, en un punto demuestreo, cuyos volúmenes respectivos sonproporcionales al caudal de la corriente en un periodode tiempo definido. Estos especímenes luego sonmezclados y homogenizados, y del volumen total

resultante se toma un nuevo espécimen que serárepresentativo del cuerpo de agua.

En el gráfico siguiente, se pone un ejemplo de este tipo

de muestreo, en un periodo de 24 horas.



Muestreo Compuesto enfunción del Caudal

HoraCaudal(m3/s)

VolumenEspécimen

(L)

0 2 1,00

4 2,8 1,40

8 3 1,50

12 5 2,50

16 4 2,00

20 3 1,50

24 3,5 1,75



Obtención de los especímenes

La obtención de los especímenes del cuerpo de aguapuede ser realizada de las siguientes maneras:

• Manual• Mediante muestreadores operados manualmente• Mediante muestreadores para profundidad• Mediante muestreadores automáticos•

Mediante bombas



Muestreo manual:

Se realiza mediante la introducción de un volumen deagua, en un recipiente de muestreo (frasco) sujetadodirectamente con la mano.

Muestreo mediante muestreador operado manualmente:

Se realiza mediante la utilización de un instrumento demuestreo operado manualmente, que posibilitaobtener especímenes de agua a distanciasconsiderablemente mayores que el alcance de la manohumana. Se trata de herramientas de diferente gradode complejidad que tienen en común la posibilidad deaislar un volumen de agua del cuerpo a sermuestreado.



• Muestreo mediante muestreadores para profundidad:Obtención de especímenes mediante muestreadores

suspendidos de un cable, que son introducidos en el cuerpode agua hasta la profundidad deseada, que tienen algúnsistema para aislar un volumen de agua al alcanzar laprofundidad prevista. Pueden ser descendidas y elevadas ya sea manualmente o mediante sistemas mecánicos(wincha).

• Muestreo mediante bombasToma de especímenes mediante sistemas de bombeo

(aspirantes, centrífugas, eléctricas, neumáticas, de vacío,etc.).



Muestreo mediante muestreadores automáticosUtilización de instrumentos automáticos especialmente

diseñados para la obtención de especímenes de agua.Constan, en esencia, de los siguientes componentes:

• Una bomba de succión conectada a una manguera quees introducida al cuerpo de agua

• Un microprocesador que permite programar el tiempode activación de la bomba, el volumen del espécimen,el recipiente al cual el espécimen va destinado, etc,

• Un dispensador, controlado por el microprocesador,que deposita el espécimen en la(s) botella(s)correspondiente(s)

• Un receptáculo para las botellas que contendrán losespecímenes

• Un drenaje para evacuación de agua de lavado delsistema

Estos instrumentos permiten tomar especímenes simpleso muestras compuestas.



Toma de especímenes de aguamanualmente

Dirección de la corriente



Muestreadores operados manualmente



Muestreadores para profundidad



http://www.kc-denmark.dk/public_html/Watersamplers/Integrated_tubular_water_sampler/10.100%20-%20Water_sampler_1_litre.jpg



B b



Bombas



Muestreo de Lagos y Embalses



Un lago es un reservorio natural superficial de agua, enel cual un volumen de este recurso es almacenadotemporalmente. Se desarrolla en áreas en donde lamorfología del terreno presenta una depresión o

concavidad que posibilita el almacenamiento del agua.

Un embalse es un reservorio artificialmente creado porel hombre para almacenar agua para usos como

generación de energía eléctrica, regadío, provisión deagua a áreas urbanas, etc.



En un lago, ocurren permanentemente procesos físicos,químicos y biológicos interactuantes entre ellos,procesos enmarcados en un balance de masa y energía.

Como resultado de ello, el lago tiene agua de unadeterminada calidad en un momento dado.



Por otra parte, en climas templados y cálidos, el agua deun lago presenta a lo largo del año dos situacionesdiferentes desde el punto de vista térmico:

• Períodos de circulación completa (o mezcla), en loscuales la temperatura del agua es uniforme en elcuerpo de agua.

• Períodos de estancamiento (o estratificación), en los

cuales se desarrollan tres zonas bien diferenciadas,denominadas respectivamente Epilimnio, Metalimnio ( otermoclina) e Hipolimnio.



Cuando un lago está estratificado térmicamente,ocurren una serie de cambios asociados directa oindirectamente a la temperatura, los cuales semanifiestan en el comportamiento de otros

parámetros como el oxígeno disuelto, el pH, lapenetración de la luz, entre otros.



Lo acabado de mencionar es importante para el muestreode lagos y embalses ya que:

• La estratificación térmica hace que el agua del lago se

comporte como dos cuerpos diferentes de agua(epilimnio e hipolimnio)• En el estado de mezcla, en cambio, el agua del lago es

homogénea, por lo tanto puede ser considerada comoun cuerpo de agua.

Por tanto, antes de proceder al muestreo de un lago unembalse, es necesario determinar su estado térmico.




La obtención de los especímenes de un lago, se realizafundamentalmente utilizando los mismos métodos einstrumentos descritos para las corrientes de aguasuperficiales. Sin embargo, de mayor utilidad son, con

mucho, son los muestreadores de profundidad.



Toma de parámetros “in situ” en lagos

En el caso de lagos, en el momento de obtención delespécimen se deben tomar, in situ, los valores deparámetros que instantáneos, ya que se modifican enel espécimen luego de transcurrido un corto tiempo.

Estos parámetros son:• pH• Conductividad Eléctrica•

Oxígeno Disuelto• Temperatura• Profundidad Secchi



El Disco SecchiEs un disco de al menos 20 cm de

diámetro que se usa para medir lapenetración luminosa en el agua eindirectamente la turbidez. Tienedos de sus cuadrantes opuestospintados de negro y los dosrestantes de blanco. Se lodesciende lentamente en el aguahasta que deja de ser visible.; setoma nota de esa profundidad.Luego, se lo baja un metroadicional, para luego elevarlo

hasta que sea de nuevo visible,tomando nota también de estasegunda profundidad. El promediode las dos es conocida como la“profundidad Secchi”, que seexpresa en metros.



Muestreo de Aguas Subterráneas

Aguas subterráneas



Aguas subterráneas

Dentro del ciclo hidrológico, aguas subterráneas son

consideradas aquellas que circulan por debajo del nivelde la superficie, a través de acuíferos (cuerpos deroca) . La circulación del agua subterránea se producepor acuíferos libres o por acuíferos confinados.

Acuíferos libres o freáticos: su límite inferior es unazona impermeable; su limite superior es una superficielibre, a presión atmosférica.

Acuíferos confinados: El agua está sometida a una

presión superior a la atmosférica y ocupa totalmentelos poros o de la formación geológica, saturándolatotalmente.



.

Entre los factores que influyen en la circulación de lasaguas subterráneas están la porosidad y lapermeabilidad

• : POROSIDAD.- la cantidad de agua subterránea quepuede almacenarse en un acuífero depende de la

porosidad del material, que se define como elporcentaje del volumen total de roca o de sedimentosque consisten en poros.

• PERMEABILIDAD.- la permeabilidad de un material,

es la capacidad para transmitir un fluido. El aguasubterránea se mueve serpenteando a través depequeñas aperturas interconectadas.



Velocidad de circulación del agua subterránea

ó á



Circulación de aguas subterráneas



La calidad del agua de los acuíferos, en general sufrevariaciones lentamente, si se la compara con las aguassuperficiales. Esto se debe a la lenta circulación delas aguas subterráneas.

Ob ió d l í




Para muestrear aguas subterráneas, se puede acceder aellas a través de las siguientes vías:

• Manantiales (vertientes)•

Pozos perforados• Pozos artesianos

La obtención de los especímenes de vertientes y pozos

artesianos, se realiza utilizando los mismos métodos einstrumentos que para las aguas superficiales. Para elcaso de pozos perforados, se utilizan los losmuestreadores de profundidad y bombas.



Toma de parámetros “in situ” en aguas



Toma de parámetros in situ en aguassubterráneas

En el caso de las aguas subterráneas, en el momento deobtención del espécimen se deben tomar, in situ, losvalores de parámetros que instantáneos, ya que semodifican en el espécimen luego de transcurrido uncorto tiempo.

Estos parámetros son:• pH• Conductividad Eléctrica• Oxígeno Disuelto• Temperatura



Información a ser registrada en los



f gfrascos de especímenes de agua

Es recomendable que la información referente a cadaespécimen de agua sea registrada en:

• La botella o frasco del espécimen• Las notas de campo• Un soporte cartográfico (en casos de muestreo en el

campo)

No necesariamente se registra la misma información entodos los casos



En la botella, la información esencial sería la siguiente:

• Identificación del espécimen o de la muestra• Fecha• Datos de parámetros in situ• Preservantes químicos utilizados

En las notas de campo se debe consignar lainf m ión d l m n m s mpl t



información de la manera mas completa,incluyendo:

•

Identificación de la muestra• Fecha (y horas, en el caso de muestrascompuestas)

• Ubicación (coordenadas)•

Tipo de muestra (simple, compuesta…)• Datos de parámetros in situ• Preservantes químicos• Responsable del muestreo•

Metodología de muestreo• Descripción del sitio de muestreo• Esquema gráfico (en algunos casos)• Otros datos



En el soporte cartográfico, que puede ser :• Mapa• Plano• GPS• Fotografía aérea,

debe ser marcada la ubicación del punto de muestreo

Preservación de especímenes de agua



Preservación de especímenes de aguaA fin de preservar la calidad de los especímenes de

agua, se utilizan algunos procedimientos que permitenmantener sus características originales. Estosprocedimientos son:

• Refrigeración• Preservación química• Congelamiento• Protección contra la luz solar

Sin embargo, pese a la preservación de cualquier tipoque se aplique, una recomendación importante es queel espécimen sea llevado en el menor tiempo posible allaboratorio para su análisis.



Refrigeración: consiste en mantener el espécimen a 4 °C,utilizando refrigeradores o cajas frías

Preservación química: consiste en añadir a la muestra un

reactivo químico que permite mantener algunascaracterísticas originales de la muestra, como el comolos metales, que de esta manera evitan su adsorción enlas paredes del recipiente.

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