UNIDAD 1

Conceptos Generales

La calidad del agua es un término relativo que últimamente ha ocasionado mucha

controversia entre los expertos en el tema. El propósito de este libro es describir la

calidad del agua con base en los accidentes geográficos que la contienen,

especialmente enfatizando en los cuerpos de agua ubicados sobre la superficie

terrestre.

Los cuerpos de agua se pueden caracterizar analizando básicamente tres

componentes: su hidrología, sus características fisicoquímicas y la parte

biológica. Para llevar a cabo un análisis y evaluación completa de calidad del

agua, es necesario monitorear estos tres componentes. En este libro estos

componentes se discuten ampliamente cuando se desarrolla alguno de los temas

en los cuales ellos están involucrados.

1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS CUERPOS DE AGUA

Todos los cuerpos de agua están interconectados, desde la atmósfera hasta los

océanos a través del ciclo hidrológico. Dado que el ciclo del agua no se discute en

este libro, sí es necesario definir los cuerpos de agua que componen la Tierra.

Ríos. Estos cuerpos de agua, comúnmente denominados corrientes, se

caracterizan porque fluyen unidireccionalmente con velocidades promedio

relativamente altas que varían entre 0,1 y 1 m/s. El flujo en los ríos es altamente

variable y depende de las condiciones climáticas y de las características del área

de drenaje. En general, los ríos son cuerpos de agua los cuales pueden

considerarse permanentemente mezclados, y en la mayoría de ellos, la calidad del

agua es importante en el sentido del flujo.

Lagos. En estos sistemas acuáticos, la velocidad promedio es relativamente baja:

varía entre 0,01 y 0,001 m/s (valores en la superficie). Este hecho hace que el

agua permanezca en el sistema desde unos pocos días hasta varios años. Con

respecto a la calidad del agua, esta se comporta o está gobernada de acuerdo con

el estado trófico y con los períodos de estratificación.

Aguas Subterráneas. En los acuíferos el régimen de flujo es relativamente

estable en términos de velocidad y dirección. Las velocidades promedio pueden

variar entre 10-10 y 10-3 m/s y son gobernadas por la porosidad y la permeabilidad

del estrato. La dinámica del agua en los acuíferos es bastante complicada, y por

estar fuera del alcance, este tema no se considera en este libro.

Existe otro tipo de cuerpos de agua de carácter transitorio que están

caracterizados por su variabilidad hidrodinámica. Entre ellos, los más importantes

son:

Embalses. Se pueden considerar cuerpos de agua intermedios entre lagos

y ríos y se caracterizan porque su hidrodinámica y calidad de agua

dependen de las reglas de operación.

Ciénegas. Son ecosistemas considerados cuerpos de agua intermedios

entre lago y un acuífero freático.

Estuarios. Son sistemas acuáticos intermedios entre río y mar.

Como se puede observar, la variedad de regímenes hidráulicos que se presentan

en los distintos cuerpos de agua hace que estén caracterizados por su tamaño y

las condiciones climáticas de la cuenca. El factor que caracteriza los ríos es la

variabilidad del caudal. En los lagos y embalses lo más importante es el tiempo de

residencia (estado trófico) y su régimen térmico, mientras que en las aguas

subterráneas importa altamente el grado de saturación del suelo.

1.2 IMPORTANCIA DEL RECURSO AGUA

El agua es un elemento esencial para la vida, sin ella el hombre no podría existir.

Toda población o comunidad ha buscado asentamientos cerca a una fuente de

agua.

Las fuentes de agua, aunque disponibles en mayor o menos cantidad, han sido

contaminadas gradualmente y fueron las causantes de muchas epidemias que

diezmaron ciudades enteras en la Antigüedad. El hombre tardó bastante tiempo en

darse cuenta de que el agua que estaba consumiendo era la causante de muchas

de las enfermedades que estaba padeciendo y solo a finales del siglo XVIII y

principios del siglo XIX empezó a implementar procesos para tratar y desinfectar el

agua que consumía.

A medida que la humanidad continuó su desarrollo, las descargas de aguas

residuales domésticas e industriales empezaron a contaminar los recursos

hídricos, a deteriorar los ecosistemas, etc. Fue así como se hizo necesario

implementar los sistemas de tratamiento de aguas residuales.

Actualmente, la disponibilidad de agua en cantidad suficiente y de buena calidad

es una de las principales necesidades de cualquier población. Por esta razón, la

calidad del agua es la rama de la Ingeniería que pretende:

Diagnosticar los problemas relacionados con la calidad del agua

Relacionar los problemas de calidad del agua con los diferentes usos deseables del agua

Juzgar qué variables de calidad del agua se necesita controlar y los medios o recursos disponibles para hacerlos

Con el propósito de que el lector ahonde en la importancia que tiene y ha tenido el recurso del agua en el desarrollo de la humanidad, a continuación se hace una breve descripción de la disponibilidad del agua en los ámbitos mundial y local, y además, se nombran los principales problemas que este recurso tiene.

1.3 EL AGUA Y EL MUNDO

El agua circula naturalmente a través de los océanos, la atmósfera, lagos y ríos, glaciares y aguas subterráneas. El aire y el agua son los elementos físicos más móviles que tiene su movilidad permite operar el ciclo del agua, La circulación constante del agua desde los océanos a la atmósfera (evaporación), desde la atmósfera a la tierra o de regreso a los océanos (precipitación) y desde la tierra a los océanos y atmósfera (evaporación y escorrentía) puede ser llamada el ciclo planetario del agua, y existen muchos subciclos regionales y locales

Para ilustrar la disponibilidad del agua en el mundo, la tabla 1.1 presenta un resumen de los valores estimados.

Tabla 1.1 Distribución del agua en la Tierra

Situación del agua

Volumen en km3

Porcentaje

Agua dulce Agua salada de agua dulce

de agua salada

Océanos y mares _ 1.338.000.000 _ 96.5

Casquetes y glaciares polares

24.064.000 _ 68.7 1.74

Agua subterránea salada _ 12.870.000 _ 0.94

Agua subterránea dulce 10.530.000 _ 30.1 0.76

Glaciares continentales y Permafrost

300.000 _ 0.86 0.022

Lagos de agua dulce 91.000 _ 0.26 0.007

Lagos de agua salada _ 85.400 _ 0.006

Humedad del suelo 16.500 _ 0.05 0.001

Atmósfera 12.900 _ 0.04 0.001

Situación del agua

Volumen en km3 Porcentaje

Agua dulce Agua salada de agua

dulce de agua salada

Embalses 11.470 - 0,03 0,0008

Rios 2.120 - 0,006 0,0002

Agua biológica 1.120 - 0,003 0,0001

Total agua dulce 35.029.110 100 -

Total agua en tierra 1.386.000.000 - 100

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/agua

Al analizar la tabla 1.1 se puede observar que mientras los océanos representan el mayor volumen, los ríos son un porcentaje muy bajo de la totalidad del agua disponible en el mundo. Sin embargo, el agua presente en los océanos no es apta para el consumo humano debido a la salinidad que contiene y su desalinización es un proceso supremamente costoso.

Las aguas superficiales (lagos de agua dulce, ríos, lagunas, Ciénegas) que son las que el hombre utiliza para desarrollar sus funciones básicas (abastecimiento de agua potable, navegación, recreación, etc), desafortunadamente son las que se encuentran más contaminadas debido a que reciben directamente las descargas de aguas residuales sin ningún tratamiento. Muchas corrientes superficiales en el mundo se encuentran en estados avanzados de contaminación y no tienen ningún uso, excepto el de ser receptoras de desechos.

Los lagos y las Ciénegas en el mundo son abundantes y juegan un papel importante en los balances locales de agua. Los grandes lagos del mundo están localizados en el hemisferio norte; en el Sur solo son de importancia los ubicados en África.

En cuanto a países, la desigualdad del reparto del agua sobre la tierra depende de factores físicos (climas) y humanos (densidad de población). Para calcular los

recursos hídricos de un país en general se tienen en cuenta dos variables:

i) Las precipitaciones, útiles para la vegetación y los cultivos en el mundo

varían entre una media de 1 cm/m² por año a 10 m/m² por año, es decir, menos de 10000 m³ a 10 millones de m³ por km² por año.

ii) Los fluidos locales (superficiales o subterráneos) por unidad de superficie, que varían algunos entre m³/km² por año (en zonas muy áridas) a más de tres millones de m³/km² por año en las regiones más bañadas.

La primera desigualdad y la más evidente es la repartición del agua entre las grandes

zonas. Las zonas áridas y semiáridas del mundo entero no reciben más que el 6% de las

lluvias y no es más que el 2% de los fluidos terrestres.

Las zonas húmedas templadas e intertropicales se reparten el resto, es decir la mayor

parte.

La gama de los recursos hídricos a nivel regional es muy grande; la diferencia entre los

extremos es inmensa. De este modo, nueve “gigantes” mundiales del agua se reparten el

60% de los recursos terrestres.

1.4 Los recursos Hídricos en el Ecuador.

1.4.1 Vertientes.

1.4.2 Aprovechamiento de los recursos hídricos en el Ecuador.

Situado en los flancos externos de la cordillera occidental de los Andes, limita al

norte y al este con Pichincha, al noroeste con La Concordia, al oeste con Manabí,

al sur con Los Ríos y al sureste con Cotopaxi. Zona noroccidental del Ecuador, es

una de la zonas con la mayor pluviosidad del país. Tiene una gran riqueza

hidrológica, existen cinco cuencas y micro cuencas importantes: al este y noreste,

el curso medio y bajo del Toachi, perteneciente a la cuenca del río Blanco; al sur,

la subcuenca del Borbón, que pertenece a la gran cuenca del río Guayas y empata

con el Babis (Niño Torres); al suroeste, la subcuenca del río Peripa; al noreste, la

subcuenca del Quinindé, que al igual que la subcuenca del Blanco, al noroeste,

pertenecen a la cuenca del río Esmeraldas.

Potencial hídrico regional

La provincia forma parte de dos de las cuencas más importantes del país, la cuenca del Río Guayas y la del Río Esmeraldas, en efecto, en su territorio se encuentra ubicadas las subcuencas de los ríos Daule – Peripa y Vinces que conforman la cuenca del Río Guayas y de los ríos Toachi y Blanco que conforman la cuenca del Río Esmeraldas, en la provincia existen 63 microcuencas y confluyen 257 ríos, convirtiéndose en una

provincia con una importante riqueza hídrica del país.

La cuenca del Río Guayas es la mayor cuenca hidrográfica de la costa del Pacífico de América del Sur, cuya influencia abarca a nueve provincias, comprende una extensión de 40.000 Km2 y es la que contiene las mayores riquezas potenciales del Ecuador, posee suelos de gran fertilidad en los que se producen un sin número de productos agrícolas en su gran mayoría orientados a la exportación, contiene además una gran riqueza forestal, donde se explota comercialmente la balsa, de la que Ecuador es el principal productor a nivel mundial. La cuenca del Río Esmeraldas abarca 20.000 Km2, su sistema hidrográfico se encuentra formado por el río Blanco, el Guayllabamba, el Toachi y el Quinindé. Las fértiles llanuras de la cuenca del Río Esmeraldas contienen una rica producción agropecuaria de palma africana, plátano, cítricos y frutas entre otras.

El indicador de metros lineales de cuenca por Km2 es de 2327,3 metros por Km2 La precipitación promedio anual es de 3.105 mm/año.

Grado de contaminación de la red hídrica

Casi todos los ríos del país cercanos a las áreas urbanas tienen altos niveles de coliformes, DBO, nitrógeno y fósforo. Si bien los estudios realizados son escasos, confirman la utilización de pesticidas en la agricultura (algunos de ellos de prohibida importación) en los suelos de las cuencas de aportación de agua potable de las ciudades, incluso sobre cotas de terrenos no aptos para uso agrícola.

Prefectura emprende en Plan Provincial de Riego.

Que se haga una re categorización en el Plan Nacional de Riego es el pedido que

se hizo a David Ortiz, subsecretario Nacional del Agua.

GAD provincial trabaja a favor del riego en Santo Domingo de los Tsáchilas.

Esta observación obedece a que en la resolución 008 del Plan se señala que

Santo Domingo de los Tsáchilas es una provincia sin déficit hídrico, cuando se ha

demostrado de forma técnica que de junio a noviembre falta el agua en ciertos

lugares, de forma especial, en las zonas bajas (partes de La Concordia, Santo

Domingo, San Jacinto, Luz de América, Nuevo Israel y comunidades aledañas).

Por otra parte, en la visita realizada al funcionario, también se entregaron los

términos de referencia para que se realice el inventario de los recursos hídricos

que tiene Santo Domingo de los Tsáchilas y se hizo llegar el perfil del proyecto

“Toachi 3” con el cual se beneficiarán 17 mil hectáreas con riego.

Plan Provincial

Las hectáreas que necesitan de riego, el déficit hídrico, los mapas de diferentes

cultivos, tipos de suelos, entre otras características contiene el Plan Provincial de

Riego.

Para finalizar este trabajo, entre otras actividades, se realizó: un diagnóstico-línea

de base, capacitaciones, un mapeo que sirvió para analizar qué está pasando con

el agua en la provincia, el mapa de aptitud de riego, la propuesta de intervención y

el modelo de gestión.

“Con el diagnóstico que arrojaron los estudios se obtuvo el modelo, sistema o

mecanismo que se aplicará en los proyectos de riego y drenaje. Proceso que

ayudará a mejorar la producción y calidad de los productos”, manifestó el prefecto,

Geovanny Benítez.

Reforestarán microcuenca del Baba

Unas 500 hectáreas de la microcuenca del río Baba se reforestarán en los

próximos días. Para eso se cuenta con el apoyo del Gobierno Provincial de Santo

Domingo de los Tsáchilas y la Secretaría Nacional del Agua (Senagua). Los

representantes de las dos instituciones se reunieron y acordaron avanzar en el

inventario de los recursos hídricos y la regularización de las concesiones y el uso

del agua.

El convenio contempla el mejoramiento de las condiciones ambientales y sociales

del cantón Santo Domingo y de las parroquias rurales: El Esfuerzo, Luz de

América y Santa María del Toachi. La intención es impulsar la propuesta del

programa provincial para garantizar la calidad y cantidad de agua y así evitar su

contaminación.

El trabajo permitirá desarrollar programas de planificación territorial en el manejo

integral de cuencas hidrográficas e integrar a la provincia en la elaboración del

Plan Nacional de Recursos Hídricos, informó el prefecto Geovanny Benítez.

Los funcionarios de Senagua y el prefecto Benítez recorrieron el vivero forestal

provincial, donde observaron la variedad de especies forestales nativas que

serán usadas en la recuperación de la cuenca del Río Baba.

Especies a sembrar: Se optará por cultivar las especies retenedoras de agua:

aliso (Alnus acuminata), cedro (Cedrela odorata); coco (Virola spp.), caña guadua

(Guadua angustifolia); higuerón (Ficus costaricana).

1.5 Naturaleza del Problema

1.5.1. Los problemas de contaminación, sus efectos deteriorantes y las variables

asociadas con la calidad del agua.

1.5.2 Perspectiva General.

Tabla 1.3. Problemas de contaminación, sus efectos y variables asociadas con la calidad

del agua

Aparición del problema

Interferencia Problemas Variables

1.- Mortalidad de peces - Olores molestos – H2S - Organismos desagradables - Cambio radical en el ecosistema

Pesca Recreación Salud ecológica

Oxígeno disuelto (OD) bajo

DBO NH3, N org Sólidos orgánicos Fitoplancton OD

2.- Transmisión de enfermedades - Trastornos gastrointestinales, irritación de ojos

Abasto de agua recreación

Niveles altos de bacterias

Coliformes totales Coliformes fecales Estreptococos Virus

3.- Sabor y olor - algas azul – verdes -Problemas estéticos algas en exceso - Disturbios en el ecosistema

Abasto de agua Recreación Salud ecológica

Crecimiento excesivo de plantas (eutroficación)

Nitrógeno Fósforo Fitoplancton

4.- Carcinógenos en el agua potable - Pesca cerrada – niveles altos de toxicidad - Ecosistema alterado; mortalidad, reproducción impedida

Abastecimiento de agua Pesca Salud ecológica

Niveles altos de toxicidad

Metales pesados Sustancias radioactivas Plaguicidas Herbicidas

Fuente: Sierra, R. 2011.

Sus principales componentes. La figura 1.2 muestra tales componentes y explica cómo

debe administrarse o un recurso hídrico.

Las entradas corresponden a las descargas de sustancias o contaminantes provenientes

de las actividades del hombre y la naturaleza y que se generan en la cuenca.

Las reacciones y el transporte físico, esto es, las transformaciones químicas y biológicas

que ocurren en el ecosistema producen niveles diferentes de calidad del agua en

determinado tiempo y espacio en el cuerpo de agua.

NO

SI

Dada la complejidad de los ecosistemas acuáticos, en la práctica, el ingeniero de calidad

del agua ha tratado de representar las distintas reacciones que ocurren en estos

ecosistemas por medio de modelos matemáticos y así disponer de herramientas para

poder tomar decisiones.

Las salidas son las concentraciones resultantes de las sustancias estudiadas (oxígeno

disuelto, nutrientes, etc) en el cuerpo de agua, en un tiempo específico y en un lugar

determinado.

Figura 1.2 Ingeniería de la calidad del agua.

Fuente: Sierra, C. 2011.

Como se mencionó anteriormente, la figura 1.2 es un esquema que debe ser utilizado en

la administración de cualquier recurso hídrico que se quiera mantener en condiciones

óptimas de calidad del agua. El proceso de administración de la calidad del agua se

puede explicar de la siguiente manera: las descargas se vierten en el sistema ecológico,

un río, lago, estuario o región oceánica. Estas descargas, como resultado de fenómenos

químicos, biológicos y físicos, generan la contaminación del recurso hídrico. Por otro lado,

a través de audiencias públicas, legislación y evaluación, se establece el uso deseable del

agua para una región particular. Tal uso deseable se traduce en normas de salud pública

y ambiental que luego se comparan con la concentración de la sustancia en la descarga

Uso deseable del agua Normas de salud pública,

ambientales y de calidad

del agua.

C ≠ Cd ECOSISTEMA

ACUÁTICO

SANEADO

SALIDA

Concentración

de una

sustancia (C)

ECOSISTEMA ACUÁTICO

(Ríos,lagos….)

___________________

Reacciones física, química y biológica. Transporte de contaminantes MODELO DE CALIDAD DEL AGUA

CUENCA

HIDROGRÁFICA

ENTRADAS

Descargas

puntuales y

distribuidas

MEDIDAS DE CONTROL

del residuo. Esta comparación entre lo deseado y lo real puede resultar en la necesidad

de implantar medidas de control si la concentración actual o proyectada no es igual a la

deseada. Las medidas de control se diseñan para las descargas, a fin de reducir la

concentración real. En la ingeniería de la calidad del agua, la presentación de varias

alternativas de control para llegar al mismo objetivo constituye un eje central dentro del

proceso de toma de decisiones para la gerencia de la calidad del agua.