Carga de nutrientes

EVOLUCIN EN LA CARGA DE NUTRIENTES DE ROS DE MONTAA QUE FLUYEN A UN EMBALSE,

CUENCA MEDIA DEL RO MAGDALENA

Carlos augusto Benjumea Hoyos1

Claudia luCa Bedoya Castao2

deiCy andrea lvarez alzate3

RESUMENEl enriquecimiento de nutrientes en ecosistemas acuticos se da por mltiples factores naturales y antrpi-cos; la acumulacin de estos en los cuerpos de agua puede traer consecuencias en la calidad del recurso y teniendo en cuenta que la informacin en trminos de nutrientes en ecosistemas acuticos tropicales, especficamente en Colombia es limitada, es importante realizar investigaciones orientadas hacia la conservacin y manejo adecuado del recurso hdrico. En este contexto se realiz un estudio de los cambios espaciales y temporales de las cargas de nutrientes al embalse Aman (cuenca media del ro Magdalena, Colombia), considerando las transferencias de agua entre cuencas, desde el ro Guarin hacia el ro La Miel. Se implementaron adems modelos simples de eutrofizacin como mtodo comparativo entre momentos, es decir, antes y despus de la puesta en operacin del trasvase y as conocer el estado trfico del embalse Aman.

PALABRAS CLAVES: nitrgeno; fsforo; nutrientes; embalse; trasvase.NUTRIENTS LOAD EVOLUTION OF HIGH MOUNTAIN RIVERS

FLOWING INTO A RESERVOIR, MAGDALENA RIVER MID - BASIN

ABSTRACTNutrients enrichment in aquatic ecosystems is given by multiple natural and human factors. Their accumulation in water bodies can lead to undesired consequences on the water quality. Considering that information of nutrients in tropical aquatic ecosystems, specifically in Colombia, is limited, it is important to carry out research projects aiming at conservation and proper management of water resources. In this context, a study of the spatial and tem-poral changes in nutrient loadings into the Aman reservoir (Magdalena River mid-basin, Colombia) was carried out considering inter-basins water transfers from Guarin river to La Miel river. In order to compare the trophic status in the reservoir before and after transfer operations have started, simple eutrophication models were implemented.

KEYWORDS: Nitrogen; Phosphorus; Nutrients; Reservoir; Transfer.

Revista EIA, ISSN 1794-1237 / Ao XI / Volumen 11 / Edicin N.22 / Julio-diciembre 2014 / pp. 77-91Publicacin semestral de carcter tcnico-cientfico / Escuela de Ingeniera de Antioquia EIA, Envigado (Colombia)

1 Ingeniero sanitario. M.Sc. Ingeniera, Universidad de Antioquia. Docente Investigador, Grupo de Investigacin en Limnologa y Recursos Hdricos, Facultad de Ingeniera, Universidad Catlica de Oriente. Rionegro, Colombia.2 Ingeniera ambiental, Universidad Catlica de Oriente. Rionegro, Colombia. 3 Ingeniera ambiental, Universidad Catlica de Oriente. Rionegro, Colombia.

DOI: http:/dx.doi.org/10.14508/reia.2014.11.22.77-91

Historia del artculo:Artculo recibido:10-VI-2013 / Aprobado: 11-VII-2014Disponible online: 30 de diciembre de 2014Discusin abierta hasta diciembre de 2015

Autor de correspondencia: Benjumea-Hoyos, C.A. (Carlos Augusto). Universidad Catlica de Oriente: Sector 3 Carrera 46 No. 40B - 50, Rionegro (Antioquia, Colombia). Tel: (574) 569 90 90 Ext. 285 - 532Correo electrnico: [email protected]

78

Evolucin En la carga dE nutriEntEs dE ros dE Montaa quE fluyEn a un EMbalsE, cuEnca MEdia dEl ro MagdalEna

Revista EIA Rev.EIA.Esc.Ing.Antioq / Escuela de Ingeniera de Antioquia

En Colombia es poca la informacin disponible acerca de los trasvases, pero se sabe que el departa-mento de Antioquia posee una cadena de embalses con obras hidrulicas de transferencia de agua para la generacin de energa, pero para la poca de construc-cin la legislacin ambiental era deficiente, por lo cual esta situacin es poco documentada; caso especfico es el embalse La Fe donde uno de sus afluentes, el ro Pantanillo, importa agua de los ros Buey y Piedras (Romn, 2011). Otros casos particulares son las transferencias de agua en la cadena de embalses de las centrales hidroelctricas San Carlos y Troneras, as como el trasvase Guarin, que lleva aguas del ro de ese mismo nombre hacia el ro La Miel en el Oriente del departamento de Caldas - Colombia, proyecto hi-drulico objeto de este estudio, construido con el fin de aumentar la capacidad hidroelctrica de la central Miel I. Sin embargo, debido a la extraccin de agua de una cuenca a otra, se pueden generar variaciones qumicas no solo en la cuenca donante (Guarin) sino tambin en la cuenca receptora (La Miel), y en este caso en particular cuando el agua fluye al embalse Aman donde se ubica la central Miel I. A raz de ello, surge entonces la necesidad de adelantar estudios e investigaciones para hidroelctricas y as determinar los cambios temporales y espaciales en la carga de nutrientes, porque si se conoce el origen del conflicto

1. INTRODUCCIN

Con el fin de contrarrestar los efectos nega-tivos de la escasez de agua, se han propuesto obras hidrulicas como posible solucin, especficamente los trasvases entre cuencas; estos se han proyectado y ejecutado con el fin de incrementar los recursos hdricos disponibles y solucionar los problemas de dficit hdrico (Cornare,2007).Las transferencias de agua entre cuencas con diferencias qumicas, fsicas y biolgicas pueden alterar la dinmica del ecosistema receptor con posibles efec-tos en la calidad del agua. Adems, una carga excesiva de nitrgeno y fsforo a menudo tiene como resultado la eutrofizacin, afectando la salud fsica y la inte-gridad biolgica de los sistemas fluviales, con causas indeseables como floraciones algales, reduccin en la transparencia del agua, procesos anaerobios que gene-ran olor y sabor y aumento del costo en los tratamientos de agua. Por ello, se hace necesaria la aplicacin de estrategias de gestin que permitan la identificacin de problemas en cuanto a la cantidad y calidad del recurso intervenido (Fornarelli y Antenucci, 2011). Los focos de contaminacin pueden ser puntuales o difusos y estar asociados fuertemente a los patrones estacionales de las precipitaciones (Siyue-Li, et al., 2008).

EVOLUCAO NA CARGA DE NUTRIENTES DE RIOS DE MONTANHA QUE FLUEM A UM RESERVATORIO NA BACIA DO

RIO MAGDALENA

RESUMOO enriquecimento de nutrientes em ecossistemas aquticos dado por muitos fatores naturais e antrpicos; o ac-mulo destes corpos d'gua pode ter consequncias sobre a qualidade do recurso e considerando a informao em termos de nutrientes em ecossistemas aquticos tropicais, especificamente na Colmbia limitado, importante a realizao de pesquisas para promover a conservao e o manejo adequado dos recursos hdricos. Em este contexto foi realizado um estudo das alteraes espaciais e temporais em cargas de nutrientes para o reservatrio Amani (bacia mdia do rio Magdalena, Colmbia), considerando as transferncias entre as bacias desde o rio Guarin para o rio La Miel. Se imple-mentaram modelos simples de eutrofizao como um mtodo comparativo entre os momentos, ou seja, antes e aps do

incio da operao de transferncia e, assim, saber o estado trfico do reservatrio Aman.

PALAVRAS-CHAVE: Nitrognio; Fsforo; Nutrientes; Reservatrio; Transferncia.

79ISSN 1794-1237 / Volumen 11 / Nmero 22 / Julio-diciembre 2014 /pp. 77-91

Carlos augusto Benjumea Hoyos, Claudia luCa Bedoya Castao, deiCy andrea lvarez alzate

pueden plantearse propuestas ms acertadas para su manejo y mitigacin. Este trabajo es el resultado de la informacin obtenida a la luz del convenio aca-dmico Isagen Universidad Catlica de Oriente. La informacin y resultados aqu descritos son propiedad intelectual de ambas instituciones.2. MATERIALES Y MTODOS

rea de estudioEl proyecto denominado trasvase Guarin se encuentra localizado en el departamento de Caldas, Figura 1. rea de estudio

Fuente: elaboracin propia

80



en lmites con el departamento del Tolima, sobre la vertiente Oriental de la Cordillera Central, en su cuenca media baja a la altura del municipio de Victoria, como se muestra en la Figura 1 (Isagen, 2011). Parte del caudal del ro Guarin se trasvasa y tiene su descarga sobre el ro La Miel, especficamente en la parte alta del ro, en el municipio de Manzanares Caldas, es decir, aguas arriba del embalse Aman, zona donde se lleva a cabo el estudio.Diseo del muestreoPara determinar los principales cambios de nutrientes en el ro La Miel y en el embalse Aman se establecen dos momentos: el momento 1 desde febrero de 2009 hasta agosto de 2010 y el momento 2 desde octubre de 2010 hasta abril de 2012, es decir, antes y despus de la operacin del trasvase. Para determinar los principales cambios temporales y estacionales en la carga de nutrientes en el ro La Miel y en el embalse Aman, con la puesta en operacin del trasvase del ro Guarin, se tiene en cuenta la toma de muestras en cinco estaciones ubicadas en los ros con influencia directa del trasvase y del embalse (ver Tabla 1), en perodos de aguas altas, bajas y su respectiva transicin, en campaas bimensuales, dos por poca climtica, entre los aos 2009 y 2012. Una de las estaciones se localiza en el ro Guarin y las cuatro restantes en el ro La Miel. De estas estaciones, tres se localizan en el ecosistema ltico y una en el ecosistema lntico. Se tienen en cuenta diferentes parmetros fisicoqumicos, entre ellos las diferentes formas de nitrgeno y fsforo, variables en funcin de las cuales se realiza el estudio, adems de algunas variables in situ, tales como oxgeno disuelto, temperatura, pH, conductividad, as como registros de slidos suspendidos totales (SST) y caudales. Se emplea, adems, una base de datos suministrada por Isagen, y los mtodos analticos utilizados por el labo-ratorio del Centro de Investigaciones Ambientales de la Universidad de Antioquia se basaron en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20 edicin, 1998.Los resultados obtenidos fueron tratados me-diante un anlisis descriptivo e inferencial, en los cuales se determinan estadsticos de tendencia central y dis-persin como la media aritmtica, los valores mximos y mnimos, y el coeficiente de variacin. De igual forma,

se desarrollaron anlisis de varianza no paramtricos (Kruskal-Wallis) con el objetivo de establecer diferen-cias estadsticamente significativas de las variables con respecto a los sistemas, sitios de muestreo y los mo-mentos hidrolgicos. El tratamiento de la informacin se lleva a cabo en el programa estadstico Statgraphics Centurion XVI.Con el objetivo de reducir la dimensionalidad y eliminar la correlacin entre las variables ambientales con respecto a los sistemas estudiados, se realiza un anlisis de componentes principales (ACP) que incluye las estaciones y perodos de muestro. Previo a este abordaje, las variables son estandarizadas (x-min/max-min). Este anlisis se ejecuta en el programa CANOCO 4.5. Para la estacin ubicada en la cola del embalse se utilizan modelos simples de eutrofizacin; los modelos seleccio-nados son VbLacat 1.2 (Molina, et al., 2004) y el ndice de estado trfico de Aizaki, 1981.

Estos procedimientos se hacen con el fin de de-terminar la evolucin en la carga de nutrientes en estos ecosistemas antes y despus de la operacin del trasvase.En la Tabla 1 se presentan las estaciones de muestreo con su respectiva nomenclatura y ubicacin; la Tabla 2 presenta las variables y los factores de estu-dios tenidos en cuenta para los anlisis.Tabla 1. Estaciones de muestreo

Estacin Nombre

Guarin1 Ro Guarin 50 m antes de trasvase y Quebrada Cann

Miel 1 Ro La Miel antes del trasvase

Miel 2 Ro La Miel 50 m despus del trasvase

Miel 3 Ro La Miel antes del embalse Aman

Embalse 1 Cola del embalse ro La Miel Aman




Figura 2. Esquema de la localizacin de las estaciones de muestreo

EMBALSE AMAN

RO LA MIEL

RO GUARIN

Guarin 1

TRASVASE

Miel 1

Miel 2

Miel 3

Embalse 1

Tabla 2. Parmetros analizados

Variables Factores de estudio

NTK (mg/L) PT (mg/L) O2 (mg/L)Perodo

hidrolgico

NH3- (mg/L)

PO4-3

(mg/L)T (C) Momento

NO2-

(mg/L)Caudal (m3/s)

pH Estacin

NO3-

(mg/L)Carga N

(kg/d)Conductividad

(uS/cm)Mes

NTS (mg/L)Carga P (kg/d)

SST (mg/L) Ao


3. RESULTADOS Y DISCUSIN

3.1 Variacin espacial y temporal de caudalesLa variacin de caudales est fuertemente aso-ciada al perodo hidrolgico y al momento, es decir, antes y despus de la operacin del trasvase, como se muestra en la Figura 3.Para Guarin 1 durante el ao 2009 los caudales

variaron entre 50 y 85 m3/s; los valores mnimos co-rresponden a la fase clida del ENSO (El Nio Southern Oscillation; este ciclo global tiene dos extremos: una fase clida conocida como El Nio y una fase fra, conocida como La Nia), pero su efecto no fue tan marcado como en febrero y abril de 2010. En el mes de febrero de 2010

se present un caudal mnimo con un valor de 18 m3/s, perodo que corresponde al fenmeno de El Nio; el caudal mximo se presenta en diciembre de 2010 con

125 m3/s. Este perodo corresponde a la fase fra del ENSO. Es importante mencionar que para la estacin Miel 1 el comportamiento de los caudales est asociado al fenmeno de El Nio hasta abril de 2010; los mayores

caudales se presentan en diciembre de 2010 y diciem-bre de 2011; este perodo corresponde al fenmeno hidrolgico de La Nia, y los dems meses presentan un promedio de 55 m3/s, a excepcin de agosto de 2011 que presenta un caudal de 27,6 m3/s. En Miel 2, Miel 3 y Embalse 1, el caudal disminuye notablemente a partir de junio de 2009 hasta junio de 2010, coincidiendo con el fenmeno del ENSO en su fase clida. A partir de octubre de 2010 el caudal aumenta considerablemente

con oscilaciones entre los 60 m3/s y 120 m3/s hasta abril de 2012, coincidiendo con la puesta en operacin del trasvase y el fenmeno de La Nia.

En las estaciones Miel 2, Miel 3 y Embalse 1 el comportamiento del caudal es igual. Esta situacin se debe a que no se cuenta con mediciones de caudal en cada estacin y se asume el mismo valor de la estacin Puente Saman ubicada aguas arriba del trasvase, para las estaciones ubicadas sobre el ro La Miel y cola del embalse.

82

evoluCin en la Carga de nutrientes de ros de montaa Que Fluyen a un emBalse, CuenCa media del ro magdalena


F igura 3. Variacin temporal de Caudal en las estaciones de muestreo

Fuente: Elaboracin propia

Figura 4. Dispersin de los datos de Caudal en las estaciones de muestreo

150

120

90

60

30

0Guarin 1 Miel 1 Miel 2 Miel 3 Embalse 1

Estacin

Cau

dal (

m 3

/s)

Estacin Vs Caudal

El valor ms alto para la carga de Nitrgeno Total Soluble (NTS) se tiene en diciembre de 2010 en la estacin Miel 1. Se observa un aumento en la carga de NTS en las estaciones ubicadas sobre el ro La Miel con influencia directa del trasvase; en Miel 2, Miel 3 y Embalse 1, dicho aumento se da entre octubre y di-ciembre de 2010 (momento 2), como se muestra en la

Figura 5. El promedio en la carga de NTS en el momento 1 es de 1478,02 Kg/da, y para el momento 2 esta carga

aumenta a 3176,04 Kg/da. Considerando el NTS como

la fraccin asimilable de las diferentes formas de nitr-geno, es importante realizar monitoreo y control con mayor frecuencia, pues se sabe que el aporte excesivo de nutrientes puede tener consecuencias en el estado trfico y produccin primaria de los ecosistemas (Mo-reno-Franco, Quintero-Manzano, Lpez-Cuevas, 2010). En el momento 1, la estacin Miel 3 registra los valores ms bajos de carga de fsforo total (PT), para el momento 2 (octubre de 2011 y diciembre de 2010 y

2011) se registran en esta misma estacin los valores



Figur a 5. Variacin temporal de la carga de NTS, P Total y SST en las estaciones de muestreo


84



ms altos de PT. En general, la estacin que presenta menos variabilidad en la carga de PT es la estacin Embalse 1, como se puede observar en la Figura 5.En cuanto a la carga de SST, la estacin Guarin 1 presenta los valores ms elevados, como puede apreciarse en la Figura 5. Dadas las caractersticas fsicas de la es-tacin Guarin 1, del sustrato del ro y de las actividades antrpicas desarrolladas en su cuenca, se encuentra que estas difieren considerablemente de las caractersticas del ro La Miel. Se presume que la zona asociada a la estacin Guarin 1 ha sido ms intervenida, por lo que se explica la mayor concentracin de nutrientes en esta estacin. Si bien en la cuenca del ro Guarin se da una zonificacin como se muestra en la Figura 6, es importante resaltar que dentro de esta cuenca se presenta un 4,22 % del rea total con ttulos mineros (Corpocaldas, 2010). Por su parte, el ro La Miel en su cuenca alta, a diferencia del ro Guarin, es un sistema con un canal mucho ms estable y con relati-vamente poco arrastre de materiales, lo que se evidencia en los altos valores de transparencia del agua medidos en estudios anteriores (Isagen, 2011).

3.2. Variables fisicoqumicas

Estos parmetros reflejan diversos cambios entre estaciones y perodos de muestreo donde se

compara el comportamiento de los sistemas (ltico y lntico) de acuerdo con el momento, es decir, antes y despus de la operacin del trasvase. El desvo de agua de un depsito a otro representa una perturbacin en la calidad del agua del sistema receptor y, como tal, puede influir fuertemente en las concentraciones de nutrientes (Fornarelli y Antenucci, 2011).Las concentraciones de nitrgeno amoniacal (NH3-) oscilan entre 0,112 y 0,896 mg/l, donde se regis-tran pocos valores para las estaciones Guarin 1, Miel 1 y Miel 2 durante los perodos de muestreo.Los nitritos (NO2-) presentaron valores bajos durante el tiempo de muestreo, esto puede ser debido a que es una forma inestable de fcil y rpida transforma-cin en el proceso de nitrificacin. Para las estaciones Guarin 1, Miel 1 y Miel 2 se analizan valores promedio, dada la escasa informacin para algunos de los meses del estudio. Esta variable est en un rango entre 0,0033 y 0,15 mg/l, con una media general de 0,035 mg/l para las cinco estaciones durante todo el tiempo de muestreo.Las concentraciones de nitratos (NO3-) repre-sentan el mayor aporte de las distintas formas del nitrgeno, en las dos cuencas (Guarin y La Miel). Este compuesto constituye la fraccin ms representativa del nitrgeno total en el sistema. El proceso de nitrifi-cacin ocurre en dos etapas: comienza con la oxidacin

Figura 6. Zonificacin Ambiental de la Cuenca del ro Guarin

ZONIFICACIN AMBIENTAL RO GUARINREA DE DESARROLLO

RESTRINGIDO 0 %

REA DE PRODUCCIN ECONMICA

28 %

REA DE PROTECCIN

24 %

REA DE PRESERVACIN

36 %

REA CON TTULO MINERO

4 %

REA DE RESTAURACIN

8 %

Fuente: Corpocaldas, 2010



del amoniaco a nitritos, seguido de la oxidacin del nitrito a nitrato. Este proceso se puede ver afectado por factores abiticos como el oxgeno, la temperatura y el pH y por procesos biolgicos de asimilacin por parte de los organismos asociados (Chlot, et al., 2011). En Guarin el NO3- obtiene un valor ms elevado que las dems estaciones, esta estacin se encuentra ubicada en una cuenca con caractersticas fsicas y qumicas diferentes con respecto a La Miel. El valor ms elevado se registra en febrero de 2009 (9,1 mg/l) y el menor en abril de 2012 (0,3070 mg/l). La estacin Miel 3 se caracteriza por un gran nmero de valores reportados por debajo del lmite de deteccin (NO3-

86



Figura 7. Dispersin de los datos de cargas de NTS y PT en las estaciones de muestreo

121086420

Guarin 1 Miel 1 Miel 2 Miel 3 Embalse 1

Estacin

Car

gaa

NTS

(Kg/

da

)

Estacin Vs Carga NTS

(X 1000)

5

4

3

2

1

0Guarin 1 Miel 1 Miel 2 Miel 3 Embalse 1

Estacin

Car

gaa

PT (K

g/ d

a)

Estacin Vs Carga P Total(X 1000)


Figura 8. Dispersin de los datos de carga de NTS y PT por momento

12

10

8

6

4

2

0 1 2

Momento

Car

gaa

NTS

(Kg/

da

)

Carga NTS

(X 1000)

5

4

3

2

1

0 1 2Momento

Car

gaa

PT (K

g/ d

a)

Carga P Total(X 1000)




En Embalse 1, el sistema presenta mayor esta-bilidad debido a procesos de asimilacin de nutrientes por parte de organismos acuticos, evidencindose una menor variabilidad, dada la importante influencia que tienen los organismos vivos (bacterias, algas bentni-cas, macrfitas e invertebrados bentnicos) en el ciclo del fsforo, al igual que factores ambientales como la temperatura, pH y oxgeno (Ccopa, 2003).Las cargas de NTS y PT aumentan considera-blemente para el momento 2 como consecuencia del aumento del caudal. El valor promedio para el momento 1 en la carga de NTS es 2157 Kg/da y para la carga de PT es 466,3 Kg/da; en el momento 2 el valor medio de la carga de NTS aumenta a 3253 Kg/da y para PT aumenta a 827,7 Kg/da y estos cambios en la carga de nutrientes pueden tener efectos profundos en los procesos de ate-nuacin natural llevados a cabo por los sedimentos que son considerados contaminantes (Koelmans, et al., 2001).

Considerando las estaciones, muestreos y varia-bles ambientales, los dos componentes representados en el grfico constituyen el 57,1 %; el cuarto componente explica un 83,1 % de la varianza total de los datos.De acuerdo con el anlisis de componentes princi-pales (ACP), el caudal y la temperatura no son variables correlacionadas. La Temperatura tiene una relacin inversa con SST, O2, PT, NTS, Conductividad y NTK. La magnitud del vector de la temperatura indica mayor importancia o influencia respecto a la variabilidad de los datos. Adicionalmente, la Figura 9 esquematiza la sepa-racin del gradiente ambiental entre los datos anuales (momento 1 y momento 2).

3.3. Correlaciones

A partir del grfico de Anlisis de Componentes Principales, se determinan las variables con mayor

Figura 9. Anlisis de Componentes Principales (APC)

Guarin 1

Miel 1

Miel 2

Miel 3

Embalse 1

X


88



influencia para correlacionar. Como se describi ante-riormente, el Caudal y la Temperatura presentan una marcada independencia, y es a partir de esta caracte-rstica que se plantean algunas correlaciones.En la Figura 10, puede apreciarse que el Caudal y el PT presentan una relacin directa; esta condicin puede explicarse desde el punto de vista de la dinmica de nutrientes, pues los ros transportan una carga de materia soluble y particulada que provienen de los lixi-viados y escorrentas de la cuenca que drenan y existe una fuerte correlacin entre las cargas de nitrgeno y PT en los ros con el uso de la tierra, y especialmente con las prcticas agrcolas (Movelln, 2003). Esto puede evidenciarse en la fuerte relacin existente entre Caudal y PT, si se tiene en cuenta que las condiciones entre cuen-cas son diferentes, Guarin presenta caractersticas fisicoqumicas y antropognicas diferentes a La Miel. Adems, se da una respuesta directa al aumento de Caudal en trminos de nutrientes para la estacin Miel 3, es decir, si aumenta el Caudal, aumenta la concentracin de PT en el perodo de muestreo comprendido entre febrero de 2009 y abril de 2012.

En la Figura 11, por su parte, puede apreciarse que la Temperatura y el PT tienen una relacin inversa. Adems, se observa que la Temperatura del agua no influye en los procesos de transformacin del fsforo.

3.4 Modelos Simples de Eutrofizacin Un modelo puede describir la calidad del agua a un nivel altamente detallado, al mismo tiempo que iden-tifica los procesos que impactan dicha calidad, permite interpolar datos, predecir los tipos de riesgo a los que se ven sometidos los cuerpos de agua, las sustancias qu-micas que causan dicho riesgo, y pronosticar problemas especficos como lo es el modificar las condiciones de determinado cuerpo de agua, de manera tal que cumpla con las normas de calidad estipuladas para el determi-nado uso que se le dar al mismo (Silva-Arroyave, 2008). El empleo de modelos matemticos permite predecir los impactos en la calidad del agua, debidos a un cambio de actividades en la cuenca y, de esta forma, establecer las prioridades de desarrollo en funcin de los usos deseados del recurso hdrico (Salas y Martino, 2001).

Figura 10. Correlacin Caudal y PT en la estacin Miel 3


Figura 11. Correlacin Temperatura y PT en la estacin Miel 3




3.4.1 VbLacat

Para la evaluacin del estado trfico de los embalses que refleja la calidad del agua que reci-ben y en especial la carga de nutrientes se emplean metodologas simplificadas para embalses clidos tro-picales como el modelo VbLacat (Molina, et al., 2004) modificado del LACAT del Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y Ciencias del Ambiente CEPIS. Los cuerpos de agua bajo esta metodologa se pueden clasificar en: oligotrficos (como sistemas acuticos con bajo contenido de nutrientes y produccin vegetal mnima), eutrficos (con alto contenido de nutrientes y produccin vegetal excesiva) y mesotrficos (con caractersticas intermedias a los dos anteriormente descritos (Cullar-Mrquez, 2009).

El modelo simple de eutrofizacin VbLacat uti-liza el PT como variable respuesta en el ecosistema y asume que todos los cambios de estado trfico estn dados en funcin de este parmetro por considerarse el nutriente limitante en la produccin primaria. El concepto de nutriente limitante se basa en la premisa que, dada una determinada estequiometra celular de las plantas acuticas, el nutriente que controlar la mxima cantidad de biomasa vegetal es aquel que pri-mero se consume o que alcanza un mnimo antes que los otros nutrientes relativos a tal estequiometra (Salas y Martino, 2001). El incremento en PT se debe a una interaccin compleja entre procesos fsicos, qumicos y biolgicos, que suceden tanto en presencia de oxgeno como en ausencia de este (Fraile, Orive y Pozo, 1995).Este modelo es aplicable en sistemas lnticos, en este caso, la estacin Embalse 1, correspondiente a la cola del embalse Aman. Para evidenciar con mayor claridad el efecto del trasvase, se dividi el tiempo de muestreo en momento 1 y momento 2, es decir, antes y despus de la operacin del trasvase. Se tuvo adems en cuenta el periodo hidrolgico promediando los va-lores por meses. Para el momento 1, el estado trfico dominante en trminos generales es la mesotrofia, con presencia de ultraoligotrofia y oligotrofia en agosto y diciembre, respectivamente. Durante este periodo no se presenta hipereutrofia. En el momento 2 se evidencia hipereutrofia en febrero y agosto y desaparece la ul-traoligotrofia en este perodo, la oligotrofia disminuye

considerablemente, pero el estado trfico dominante contina siendo la mesotrofia (Ver Figura 12).

El TSI es el ndice de estado trfico modificado de Carlson (1977), que consiste en determinar el TSI para transparencia medida con el Disco Secchi, P Total y Clorofila usada como un indicador del nivel trfico en los ambientes acuticos (Mendoza-Espaa, et al.,2011). Este ndice se aplica para todo el tiempo de muestreo. Los resultados que se obtienen despus de aplicar las ecuaciones para cada variable indican que el sistema es mesotrfico (rango de TSI entre 30 y 60).

La eutrofizacin es el proceso de sobreproduc-cin de algas y macrfitas en cuerpos de agua que puede generar problemas en ciertos usos como son, entre otros: suministro de agua potable por alteracin de sus propiedades organolpticas (olor, sabor), corrosin del equipo hidroelctrico y distintos trastornos en los procesos del tratamiento potabilizador por disminucin del contenido de oxgeno, acumulacin de amoniaco en la columna de agua y resuspensin de ciertos metales (Hierro, Manganeso) del sedimento bajo condiciones

Figura 12. Modelo de eutrofi zacin VbLacat


90



anxicas. Aunque es un proceso que, de forma lenta puede tener un origen natural, hoy en da es, fundamen-talmente, de carcter cultural, acelerado por el aporte continuo de nutrientes de origen antropognico (Salas y Martino, 2001). Los modelos anteriormente mencio-nados establecen el grado de eutrofia del sistema y a partir de esta informacin se pueden sugerir medidas de manejo que minimicen el aporte de nutrientes al ecosistema si se desea mantener en condiciones ptimas para la generacin de energa.4. CONCLUSIONES1. En las estaciones de muestreo localizadas en el ro Guarin (Guarin 1), en el ro La Miel (Miel 1, Miel 2, Miel 3) y en la cola del embalse (Embalse 1) el perodo hidrolgico tiene influencia en el aumento y/o disminucin de las cargas de nutrientes y caudales, pues las lluvias generan un lavado natural de los sue-los y mayor arrastre de los sedimentos asociados a las cuencas. Especficamente en las estaciones Guarin 1 y Miel 1, el caudal es afectado por el periodo hidrolgico; en Miel 2, Miel 3 y Embalse 1 es adems influido por el caudal trasvasado.

2. En cuanto a los cambios espaciales y tempo-rales en las concentraciones y cargas de nutrientes, la estacin Miel 3 es la que evidencia con mayor claridad estos cambios porque ya existe una mezcla completa del caudal natural de La Miel y el trasvasado, haciendo que el sistema sea mas homogneo. Los procesos de

transformacin de nutrientes no se ven afectados por las caractersticas fsicas de la descarga y las fuertes

fluctuaciones como en Miel 2, ubicada a solo 50 m de la descarga.3. En la cola del embalse (Embalse 1), la capaci-dad de asimilacin es alta, debido a que la variacin del estado trfico entre momentos no es apreciablemente

significativa. Adems, las concentraciones de nutrientes disminuyen por los procesos de asimilacin por parte de organismos acuticos.REFERENCIAS

Ccopa-Rivera, E.A. (2003). Modelo Sistmico para Compre-ender o Processo de Eutrofizao em um Reservatrio de gua. Faculdade de Engenharia de Alimentos da Uni-versidade Estadual de Campinas, Campinas, So Paulo. Chlot, S.; Widerlund, A.; Siergieiev, D.; Ecke, F.; Husson, E.; hlander, B. (2011). Modelling nitrogen transformations in waters receiving mine effluents. Science of The Total Environment, 409(21), pp. 4585-4595.Cornare, Corantioquia, rea Metropolitana, y Universidad Nacional de Colombia (2007). Plan de ordenacin y manejo de la cuenca del ro Aburr. Medelln, diciembre.

Corpocaldas (2010). Plan de ordenacin y manejo de la cuen-ca hidrogrfica mayor del ro Guarin Caldas y Tolima. Captulo I, zonificacin ambiental.Cullar-Mrquez, W. (2009). Gestin integral de embalses en EPM. Revista Empresas Pblicas de Medelln (EPM), 1.

3.4.2 TSI (Aizaki, et al., 1981) Mesotrfico

Estado de eutrofia

Oligotrfico (TSI



Fornarelli, R.; Antenucci, P. (2011). The Impact of Transfers on Water Quality and the Disturbance Regime in a Re-servoir. Water Research, 45(18), pp. 5873-58885.Fraile, H; Orive, E.; Pozo, J. (1995). Evaluacin del estado trfico y comparacin de modelos relativos al fsforo en los embalses de Cernadilla y Valparaso (ro Tera,

Zamora). Limntica, 11 (2), pp. 29-37.

Isagen (2011). Monitoreo y seguimiento hidrobiolgico del proyecto Trasvase Guarin. Universidad Catlica de Oriente. Rionegro, Colombia.Isagen (2011). Central hidroelctrica Miel I. Disponible en: http://www.isagen.com.co/metaInst.jsp?rsc=infoIn_

centralMiel1 [Consultado el 10 de diciembre 2011].Koelmans, A.; Van Der, A.; Knijff, L.M.; Aalderink, R.H. (2011). Integrated modelling of eutrophication and or-ganic contaminant fate & effects in aquatic ecosystems. Aquatic Ecology and Water Quality Management Group, Department of Environmental Sciences. Wageningen University. Deventer, Netherlands, 35(15), pp.3517-3536.Mendoza-Espaa, M. del C.; Martnez, J.M.; Moreira-Turcq, P.; Bonnet, M. P.; Espinoza-Villar, R.; Villagra-DeGamundi A.; Abril, G.; Seyler, P. (2011). Monitoreo espacial y temporal del estado trfico de los lagos de planicies de inundacin en la Amazona central mediante sensores remotos. Anais XV Simpsio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba, PR, Brasil, 30 de abril a 05 de maio de 2011, INPE pp.5324-5331.

Molina, R; Toro, A; Villegas, N; Aguirre, N. y Palacio, J (2004). Recursos hdricos, control de inundaciones y embalses. Colombia.Moreno-Franco, D.P.; Quintero-Manzano, J.; Lpez-Cuevas, A. (2010). Mtodos para identificar, diagnosticar y evaluar el grado de eutrofia. Universidad Autnoma Metropoli-tana. Contactos 78, pp.23-33.

Movelln, E. (2004). Modelado de la cua salina y del flujo de nutrientes en el tramo estuarino del ro Ebro. Memoria de tesis. Universidad de Barcelona. Espaa.

Romn, R. (2011). Caracterizacin espacio temporal de la estructura trmica de un embalse tropical poco profun-do, abastecido parcialmente por bombeo. Universidad Nacional de Colombia. Grupo de Investigacin:Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidrulicos (PARH), Medelln, Colombia.Salas, H.J.; Martino, P. (2001). Centro Panamericano de Ingeniera Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS). Metodologas simplificadas para la evaluacin de eutro-fizacin en lagos clidos tropicales.Silva-Arroyave, S.M. (2008). Evaluacin de la calidad del agua del futuro embalse Porce III por la influencia de

la descarga del embalse Porce II. Revista Ingenieras Universidad de Medelln. 7(13).Siyue-Li; Wenzhi-Liu; Xiaoli-Cheng; Zhifang-Xu; Quanfa-Zhang (2009). Spatio-Temporal Dynamics of nutrients in the Upper Han River Basin, China. Journal of Hazardous Materials, 162(2-3), pp.1340-1346.

PARA CITAR ESTE ARTCULO / TO REFERENCE THIS ARTICLE /

PARA CITAR ESTE ARTIGO /

Benjumea-Hoyos, C.A.; Bedoya-Castao, C. L.; lvarez-Alzate, D.A. (2014). evolucin en la carga de nutrientes de ros de montaa que fluyen a un embalse, cuenca media del ro magdalena. Revista EIA, 11(22) julio-diciembre, pp. 77-91. [Online]. Disponible en: http://dx.doi.org/10.14508/reia.2014.11.22.77-91

Carga de nutrientes

Documents

Transcript of Carga de nutrientes