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INTRODUCCIÓN
La prevención de la contaminación es primordial para mantener un ambiente en equilibrio que permita aprovechar de manera sostenible el entorno natural. Dentro de los componentes ambientales están los cuerpos de agua continentales conocidos como agua dulce, en donde los ríos son de suma importancia dado que estos configuran las cuencas hidrográficas.
Las cuencas hidrográficas están conformadas por el territorio que delimita el curso de un río y el espacio donde se colecta el agua que converge hacia un mismo cauce, el agua puede tener origen nival o pluvial (1). En las cuencas hidrográficas se desarrollan las principales actividades económicas y productivas como la agricultura, ganadería, minería, entre otras industrias que utilizan el agua de los ríos en sus diferentes procesos, siendo fundamental en la obtención de la materia prima o en la transformación de esta. Sin embargo, en algunos casos no hay tratamientos adecuados para devolver estas aguas residuales de forma óptima a los cuerpos naturales, ocasionando una contaminación en los ríos que va a ser caracterizada por las diferentes actividades socioeconómicas que las generan, así como de otras condiciones propias del medio.
Es importante mencionar, que los principales vectores de impactos ambientales son causados por las actividades económicas, generando cambios en la cantidad y calidad de los flujos continentales de agua, sedimentos y sus constituyentes químicos hacia el océano a través de los ríos (2). Esta situación podría complicar la fragilidad ambiental de este ecosistema y los servicios que los ríos brindan a las comunidades en el uso del agua y/o también en la fuente de recursos hidrobiológicos como algas, peces, crustáceos, entre otros, que son aprovechados por las personas, en muchos casos para consumo directo.
Por ejemplo, en los ríos pertenecientes a la zona sur del Ecuador, estudios han demostrado que actividades como la minería, que utilizan metales pesados, han originado que los riesgos de estos vayan en aumento. Tal es el caso de Zaruma y Portovelo, ya que las consecuencias han sido reflejadas desde el 2017 hasta actualidad con hundimiento en el suelo; ríos contaminados que se han convertido en cloacas de metales pesados, investigaciones han demostrado que esta situación se ha dado a causa de la minería ilegal, por no contar con licencias ambientales y autorizaciones (3).
En ese sentido, los metales pesados y metaloides, están entre los contaminantes más importantes, dado que cuentan con gran estabilidad química respecto a los diferentes procesos de degradación, con capacidad de cambiar de estado o combinarse con otras sustancias, y en algunos casos dan lugar a formas más tóxicas del metal, por lo que los seres vivos no pueden metabolizar, acumulándose así en los tejidos y órganos (4).
Teniendo en cuenta que la calidad del agua está asociada con características físicas, químicas y biológicas. Es preciso indicar, que en el presente estudio, la calidad del agua se delimita solo a metales, los cuales son una parte de las características químicas de la calidad del agua.
La presente investigación permitirá determinar si al existir una mayor cantidad de agua en los ríos originada por las lluvias del periodo de avenida, es indicativo de una menor concentración de metales en el agua y por ende de una mejor calidad ambiental, lo cual sería conveniente para distintas actividades productivas como la agricultura, ganadería, entre otros.
DESARROLLO
Los índices de calidad del agua son instrumentos matemáticos que transforman una cierta cantidad de datos o parámetros en un solo número, de tal manera que describe la calidad del agua en términos cualitativos simples (por ejemplo, calidad mala, regular, buena, entre otros.), y así poder clasificar un cuerpo de agua o un tramo del mismo para que resulte comprensible en la comunidad científica como para el público en general (5).
La calidad del agua se estima de las concentraciones o valores de características físicas, químicas y biológicas producidas por procesos naturales y actividades humanas. Como tal, es un término neutral que no puede ser clasificado como bueno o malo, sin hacer referencia al uso para el cual el agua es destinada. De acuerdo con lo anterior, tanto los criterios como los estándares y objetivos de calidad de agua, variarán dependiendo de si se trata de agua para: consumo humano, uso agrícola, uso industrial, recreación, mantenimiento de la calidad ambiental, entre otros (6).
Para el presente caso se hará uso de la normativa peruana denominada Estándar de Calidad Ambiental para Agua, en adelante ECA agua (7), del cual se considerará solo los parámetros de metales, los cuales son mercurio, arsénico, bario, cadmio, cobre, níquel, plomo y zinc.
Asimismo, de los Índices de calidad del agua se hará uso del índice SQI, el cual se obtuvo a partir del Índice Canadiense de Calidad del Agua del 2001, el Índice SQI surgió a necesidad de que en algunas regiones de Canadá habían sido monitoreados el agua superficial y los sedimentos una sola vez, por lo tanto la función frecuencia no es aplicable, obteniendo como resultado una ecuación simplificada (8).
El presente estudio permitirá evaluar cuál es el comportamiento de la calidad del agua con relación a metales en los ríos de la costa del Perú en periodo de avenida y estiaje por medio del Índice SQI que nos permita advertir si las lluvias influyen significativamente o no en la concentración de estos metales de relevancia ambiental en las aguas de los ríos.
Para el presente estudio se hará uso de los resultados de los monitoreos de calidad de agua realizados por la Autoridad Nacional del Agua de Perú (en adelante ANA), entre los años hidrológicos 2013 y 2014, cuyos informes son de acceso abierto, los cuales cuentan con protocolo de uso y permiso de acceso abierto (9).
METODOLOGÍA
La población está conformada por el agua de dos cuencas hidrográficas de los ríos Moche y Santa, y una subcuenca hidrográfica del río Tablachaca. En las que se desarrollaron muestreos de agua superficial en los periodos de avenida y estiaje en las mismas ubicaciones.
Tabla 1 Fechas de muestreo
| Cuenca o Subcuenca | Periodo | |
|---|---|---|
| Avenida | Estiaje | |
| Tablachaca (22 puntos) | abril del 2014 | noviembre del 2013 |
| Moche (22 puntos) | febrero del 2014 | octubre del 2014 |
| Santa (18 puntos) | abril del 2014 | noviembre del 2013 |
El área total del estudio se encuentra en la costa del Perú, hacia el norte de la ciudad de Lima y está conformada por una subcuenca y dos cuencas hidrográficas.
Para la selección de los parámetros que se utilizaron en el Índice SQI, se consideraron los establecidos en el ECA agua, siendo estos; mercurio, arsénico, bario, cadmio, cobre, níquel, plomo y zinc. Los índices SQI se obtuvieron por cada punto de muestreo en el periodo de avenida y también en el periodo de estiaje, para la cuenca de Santa con 18 puntos de muestreo, la cuenca de Moche con 22 puntos de muestreo y la subcuenca de Tablachaca con 22 puntos de muestreo. Asimismo, para realizar el análisis estadístico se tomó el promedio del Índice SQI en cada cuenca y subcuenca hidrográfica en ambos periodos.
A continuación, se describen los factores F1 (alcance) y F2 (amplitud) para hallar el índice SQI por cada punto de muestreo. El F1 se refiere al alcance que representa la cantidad de parámetros de calidad que no cumplen los valores establecidos en la normativa o guía, respecto al total de parámetros a evaluar:
El F2 se refiere a la Amplitud que representa una medida de la desviación que existe en los datos, determinada por la suma normalizada de excedentes, es decir los excesos de todos los datos respecto al número total de datos:
En donde, la Suma Normalizada de Excedentes (nse):
Donde el excedente es:
Una vez obtenido el valor de los factores (F1 y F2) se procede a realizar el cálculo del Índice SQI, siendo este la diferencia de 100 y la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de los dos (02) factores (F1 y F2); valor que se presenta en un rango de 100, como un Índice CCME WQI modificado de excelente calidad a 0, como valor que representa uno de pésima calidad:
Respecto del resultado del Índice SQI, el valor oscila entre el 1 y el 100, contándose con 5 rangos, conforme se aprecia a continuación:
Tabla 2 Clasificación e interpretación de rangos del Índice SQI
| Índice CCME WQI modificado | Clasificación | Interpretación |
|---|---|---|
| 95-100 | Excelente | Es indicativo de óptimas condiciones ambientales. Los valores de índice dentro de este rango se logran a través de prácticamente todas las mediciones que se encuentran dentro de los valores de referencia. |
| 80-94 | Bueno | La mayoría de las mediciones se encuentran dentro de los valores de referencia y rara vez se desvían de los niveles ambientales de referencia. |
| 60-79 | Aceptable | Algunas mediciones se desvían de los niveles ambientales de referencia. |
| 45-59 | Marginal | Varias mediciones se desvían de los niveles ambientales de referencia. |
| 0-44 | Deficiente | La mayoría de las mediciones se desvían sustancialmente de los niveles ambientales de referencia. |
Posteriormente, mediante el factor único categórico se evaluarán dos niveles, siendo un nivel el periodo de avenida y el otro nivel el periodo estiaje, a través del software Statgraphics V.19, con la finalidad de comparar el p valor y determinar si las lluvias influyen significativamente o no en la calidad de las aguas con respecto a los metales.
RESULTADOS
Se obtiene el valor del Índice SQI en el periodo de avenida y en el periodo estiaje en cada uno de los puntos de muestreo, para la cuenca de Santa con 18 puntos de muestreo, la cuenca de Moche con 22 puntos de muestreo y la subcuenca de Tablachaca con 22 puntos de muestreo. Asimismo, se calculan los valores promedio del Índice SQI para las dos cuencas y una subcuenca hidrográfica, en la época de avenida.
Tabla 3 Índice SQI - Época de avenida
| N° | Tablachaca | Moche | Santa |
|---|---|---|---|
| 1 | 91,0 | 100,0 | 88,2 |
| 2 | 100,0 | 86,9 | 84,3 |
| 3 | 100,0 | 43,5 | 88,2 |
| 4 | 86,2 | 90,2 | 91,2 |
| 5 | 99,8 | 17,0 | 100,0 |
| 6 | 88,2 | 17,2 | 77,8 |
| 7 | 100,0 | 19,5 | 42,8 |
| 8 | 100,0 | 18,5 | 90,2 |
| 9 | 100,0 | 73,2 | 100,0 |
| 10 | 89,1 | 73,7 | 57,0 |
| 11 | 89,5 | 74,5 | 17,8 |
| 12 | 100,0 | 88,2 | 32,5 |
| 13 | 100,0 | 71,1 | 38,4 |
| 14 | 100,0 | 19,3 | 51,2 |
| 15 | 100,0 | 37,3 | 43,1 |
| 16 | 88,6 | 17,6 | 23,8 |
| 17 | 89,1 | 48,9 | 54,2 |
| 18 | 100,0 | 74,1 | 23,2 |
| 19 | 91,2 | 55,2 | |
| 20 | 91,2 | 18,3 | |
| 21 | 91,2 | 19,1 | |
| 22 | 91,2 | 18,5 | |
| Promedio del Índice SQI | 94,8 | 49,2 | 61,3 |
De igual manera, se calculan los valores promedio del Índice SQI para las dos cuencas y una subcuenca hidrográfica, en la época de estiaje.
Tabla 4 Índice SQI - Época de estiaje
| N° | Tablachaca | Moche | Santa |
|---|---|---|---|
| 1 | 53,6 | 100,0 | 100,0 |
| 2 | 91,2 | 80,7 | 80,1 |
| 3 | 91,2 | 76,8 | 87,2 |
| 4 | 65,5 | 100,0 | 91,1 |
| 5 | 88,0 | 17,7 | 76,3 |
| 6 | 68,2 | 19,9 | 66,4 |
| 7 | 80,5 | 18,0 | 46,0 |
| 8 | 100,0 | 22,1 | 100,0 |
| 9 | 75,2 | 89,1 | 57,3 |
| 10 | 74,8 | 84,8 | 44,7 |
| 11 | 50,1 | 85,8 | 46,9 |
| 12 | 59,2 | 85,3 | 21,2 |
| 13 | 64,4 | 86,2 | 34,7 |
| 14 | 84,8 | 19,1 | 23,5 |
| 15 | 100,0 | 21,0 | 38,9 |
| 16 | 44,5 | 48,5 | 41,8 |
| 17 | 59,1 | 18,9 | 89,1 |
| 18 | 61,2 | 83,3 | 47,5 |
| 19 | 68,7 | 80,5 | |
| 20 | 76,3 | 71,7 | |
| 21 | 50,7 | 75,6 | |
| 22 | 71,4 | 69,3 | |
| Promedio | 71,8 | 61,6 | 60,7 |
Posteriormente, se procede a aplicar el análisis del factor único categórico, en el que se evalúan dos niveles, siendo un nivel el periodo de avenida y el otro nivel el periodo de estiaje, a través del software Statgraphics V.19, obteniéndose un p valor de 0,8039 y un cuadro de medias de intervalos que se muestran a continuación:
Table 5 Tabla ANOVA para el índice SQI promedio por período
| Fuente | Suma de cuadrados | Gl | Cuadrado medio | Relación F | Valor p |
|---|---|---|---|---|---|
| Entre grupos | 20,9067 | 1 | 20,9067 | 0,07 | 0,8042 |
| Dentro de los grupos | 1192,03 | 4 | 298,007 | ||
| Total (Corr,) | 1212,93 | 5 |
Asimismo, en el gráfico de medias e intervalos LSD del 90 por ciento de los periodos de avenida y estiaje se aprecia concurrencia en el Índice SQI en ambos periodos.
CONCLUSIONES
Los periodos de avenida y estiaje no influyen significativamente en la calidad del agua con relación a metales en los ríos evaluados, dado que el p valor es de 0,8042, encontrándose por encima del 0,1.
No existe una tendencia definida en la mejora o deterioro de la calidad de agua, debido a que estas fueron diferentes en las tres áreas estudiadas, como en el caso de la subcuenca Tablachaca, en la cual hubo una mejora del valor de 71,8 en la época de estiaje a 94,8 en la época de avenida, caso contrario con los resultados de la cuenca de Moche, con un deterioro del valor de 61,6 en época de estiaje a 49,2 en la época de avenida. En el caso de la cuenca de Santa el valor promedio del Índice SQI se mantuvo casi estable con valores de 60,7 y 61,3 en época de estiaje y avenida respectivamente.
El gráfico de medias e intervalos LSD del 90 por ciento indica que existe concurrencia en el Índice SQI entre los gráficos de ambos periodos, por lo que estos no influyen significativamente en la calidad del agua con relación a metales.
De la revisión de los informes de monitoreos de la ANA, se han mantenido constante la cantidad de fuentes contaminantes y vertimientos autorizados a los ríos materia de estudio en ambos periodos. Por lo que se deben estudiar otras posibles variables que puedan influir en su calidad, estas variables podrían ser descargas clandestinas no declaradas, influencia de sedimentos de los lechos de los ríos en el agua superficial, variación estacional en la concentración de metales de las fuentes o vertimientos autorizados a los ríos, bioacumulación de metales, entre otros.
Los valores promedios del Índice SQI oscilan entre el 49,2 (marginal) hasta el 94.8 (bueno), por lo que no se verifica que la calidad del agua de los ríos materia de análisis presenten clasificaciones extremas (deficientes o excelentes).
Es necesario ampliar el estudio y evaluar otras fuentes de contaminación de los ríos, que podrían estar afectando la calidad del agua.
Se recomienda realizar estudios similares en las cuencas hidrográficas de la sierra y selva del Perú, dado que en estas zonas geográficas se realizan con mucha más intensidad actividades mineras y de hidrocarburos. Por lo que sería importante evaluar la influencia de las lluvias en estas zonas. Dado que en general los mayores valores de precipitaciones se dan en la parte baja (llano amazónico) y en bajas latitudes (norte) de la vertiente del atlántico y las menores lluvias se observan en la vertiente del Pacifico cerca al Océano Pacífico y en bajas latitudes (10).
