En la propuesta el diseño del protocolo de red inteligente de monitoreo se planteó seguir las directrices del Word Meteorology Organizatión (WMO) “planning of water-quality monitoring systems” (2013), esta publicación de la WMO busca ser una guía básica que permita comprender cuales son los conocimientos y materiales necesarios para planear, establecer y operar una red de calidad de agua (WMO, 2013). Este se enfoca en entender que pueden existir tantos programas o redes de monitoreo como existen objetivos, cuerpos de agua, usos de agua, etc. Pero establece unos tipos básicos como los monitoreos de tendencias, impacto, sistema de alerta temprana, entre otros.
A continuación se presenta la metodología de las operaciones de monitoreo de calidad de agua (WMO, 2013):
Comienza con el objetivo o razón de ser del sistema de monitoreo, que usualmente está relacionado directamente con los usos del agua y las fuentes contaminantes; objetivos que de la mano con la legislación y normativa permiten establecer una estrategia con objetivos puntuales, que responden a la pregunta de por qué se va a realizar los monitoreos. Esta estrategia se alimenta de experiencia de monitoreos preliminares, o salidas de campos, los cuales permiten que los componentes propuestos para la red sean considerados como viables teniendo como criterio la experiencia preliminar adquirida. Seguidamente se realiza el diseño de la red de monitoreo que tiene tres (3) componentes principales: la red, las variables y los métodos. La red contempla la selección de estaciones, el número y la frecuencia de muestreo. Las variables contemplan la selección de acuerdo a: la prioridad, los usos de agua y las fuentes de contaminación. Y los métodos diferencia aquellos monitoreos realizados in situ, automáticos y en laboratorio. El diseño de la red también se retroalimenta de la estimación de recursos, para que el planteamiento sea factible.
La siguiente fase en el diseño consiste en la operación de la red, definiendo las acciones a llevar a cabo para asegurar la calidad de los datos con trabajos de calibración comparación con mediciones de laboratorio y mantenimiento general de los sistemas. Por último, se define la manipulación y manejo de datos a partir de los cuales se generan reporte que dan paso a recomendaciones y decisiones con respecto al estado del cuerpo de agua monitoreado.
Estructura de las operaciones de monitoreo de calidad de agua (WMO, 2013):
Referentes nacionales
Actualmente a nivel nacional se encuentran redes de monitoreo que lideran por ejemplo y funcionalidad como es el caso de la Red De Monitoreo Ambiental En La Cuenca Hidrográfica Del Río Aburra, que desde el 2003 con la mano de la Universidad de Antioquia viene realizando el monitoreo de la calidad y cantidad del agua a lo largo del río Aburrá – Medellín. Comenzando con el monitoreo de agua superficial, pero más adelante evolucionando a realizar monitoreo también de las aguas subterráneas. Red de monitoreo que adquiere el nombre de RedRío y que actualmente consta de veinte (20) estaciones sobre el cauce principal del río y quince (15) en diferentes quebradas afluentes (REDRÍO, 2011).
RedRío se formó a partir de la colaboración conjunta de cuatro (4) universidades: Universidad de Antioquia, Universidad Nacional, Universidad Pontificia Bolivariana, Universidad de Medellín y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá. Instituciones que anteriormente venían realizando estudios en el recurso hídrico en mención.
El diseño de la red nace del deseo de tener un sistema de monitoreo que permita conocer el estado real del recurso hídrico, la obtención de datos para investigación, en general objetivos dirigidos al mantenimiento y recuperación de la calidad del recurso. El diseño comenzó con la identificación de los puntos de las estaciones de monitoreo, donde los factores más decisivos fueron: ubicación representativa, facilidad de acceso, estudios antes realizados cercanos al punto; todo esto analizado mediante una matriz cualitativa. La escogencia de las variables de calidad de agua se basa en un diagnóstico realizado a partir de información secundaria, información de salidas de campo y teniendo en cuenta el objetivo de la red.
El diseño en de la red cuenta con una clasificación de campañas y de formas de muestreo. Campañas de hora crítica, completas, en quebradas, de calibración y de metales; y formas de muestreo manual, automático y mixto. También define la frecuencia con la cual se realizan las campañas, las estaciones (puntos), los parámetros a medir y la duración; todo esto buscando complementar aquellos parámetros que no son medibles por las estaciones automáticas.
El uso de suelo también forma parte importante de la red, se enuncian los usos del agua a lo largo de las diferentes zonas del río y se establecen metas de proyección de calidad para el futuro, de la forma que se puede ver en la siguiente tabla.
Objetivos de Calidad del Río Aburrá-Medellín.
Fuente: (REDRÍO, 2011)
La red también se enfoca notablemente en las mediciones del flujo y caudales, la hidrodinámica del cuerpo y la cuenca, buscando tener los datos necesarios para realizar modelaciones y predicciones veraces.
En Bogotá se encuentra en operación la Red de Calidad Hídrica de Bogotá (RCHB) que anualmente realiza monitoreos físico-químicos muy completos de la calidad del agua, mediante la toma de muestras y monitores in situ, en su último informe del año 2013 contaban con treinta (30) estaciones de monitoreo (Secretaría Distrital de Ambiente de Bogotá, 2013), en las que también se realizaban mediciones de caudales. Esta red a pesar de extensa no reporta estaciones remotas, con las que anteriormente contaba y reportaba en el informe que titula igualmente, pero en el periodo (2007 – 2008); eran siete (7) estaciones y median los siguientes parámetros pH, Turbidez, Temperatura, Oxígeno Disuelto y Conductividad.
Referentes internacionales.
El departamento de interior de los Estados Unidos, y su servicio nacional de parques, en su reporte “North Coast and Cascades Network Water Quality Monitoring Protocol” (DOI, 2012) describe una estrategia para el monitoreo de los cuerpos en peor estado y mayor riesgo de la zona “North Coast and Cascades” de los Estados Unidos. El protocolo comienza nombrando los objetivos medibles de una red de monitoreo con las características planteadas en el protocolo, con ello estableciendo los objetivos que se quieren alcanzar y especificando directamente cuales son aquellos parámetros que se deben medir, pues el programa está orientado a las agencias ambientales con jurisdicción sobre una zona específica, luego explica el proceso racional para la escogencia de las zonas, seguida de los puntos, la identificación de aquellos causantes del deterioro de la calidad resaltando el tipo de hábitats y especies que habitan en los diferentes ecosistemas y termina la parte de monitoreo describiendo la frecuencia, tiempo de los monitoreos y como debe ser la preparación y secuencia de eventos durante las salidas a campo. Por último, el protocolo define lo que es la manipulación, análisis y reporte de los datos, para la toma de decisiones con respecto al recurso hídrico. Este protocolo a pesar de no estar muy orientado al monitoreo con estaciones automáticas, establece un conjunto de estrategias muy parecidas a las que se ven en la publicación de la WMO.
En América del Sur también se encuentran países que avanzan no solo en el monitoreo, sino en la creación de los protocolos como en el caso de Perú en el que el Ministerio de Agricultura de la mano con las Autoridad Nacional del Agua definen el protocolo de monitoreo de calidad de los recursos hídricos. Protocolo que tiene como objetivo estandarizar los procedimientos de monitoreo del recurso hídrico a nivel nacional para uso de las entidades departamentales y la sociedad civil. Este protocolo comienza definiendo la selección de parámetros con una breve división del tipo de aguas entre continentales, marinas y residuales, y en estas enunciando los parámetros más recomendados a monitorear de acuerdo al objetivo del monitoreo (Vigilancia o caracterización) estos de la mano del uso del agua. A partir de los parámetros se pasa a la selección de los puntos donde se menciona que “La definición de los puntos de monitoreo depende de los objetivos que se requiera alcanzar” (Ministerio de Agricultura, 2011) y luego dependiendo del tipo de cuerpo. Se pasa a escoger la frecuencia del monitoreo y se hace énfasis en el presupuesto, nuevamente en el objetivo y se destaca que la frecuencia está relacionada con que tan variables son los parámetros, la estacionalidad de la cuenca (época seca, época de lluvia, etc.) y la ocurrencia de eventos extraordinarios. Ya conociendo lo anterior se define la metodología de muestreo y buenas prácticas que está enunciada en la mayoría de las guías de calidad de agua. Por último, se definen la manipulación de muestras, datos, presentación de reportes y como mantener la calidad del monitoreo.
“The Cooperative Water Program” del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) a pesar de ser un programa y no red inteligente, quizás es el más grande a nivel de una nación contando con casi cuatro mil (4000) estaciones en donde se recolectan datos de calidad de agua, esto mediante colaboración de más de mil quinientas agencias (1500) que le reportan sus datos (USGS, 2010), datos que en los casos de aquellos reportados por estaciones remotas se utilizan para modelaciones automáticas que introducen los datos a medida que se proveen. Dando paso a decisiones locales, estatales y nacionales con respecto al recurso hídrico de la nación.
En algunas partes de los estados unidos como en el estado de Kansas, en la ciudad Olathe donde cuentan con dos (2) lagos, uno que lleva el mismo nombre de la ciudad y otro el nombre Cedar. A pesar de tener una población de solo ciento cinco mil habitantes (105.000) cuentan con una red de monitoreo, que opera en cuerpos de agua con hidrodinámica muy calmada, donde se realizan monitoreos teniendo en cuenta principalmente el perfil de este (profundidad promedio 1.9 metros), en otras palabras, los valores de los parámetros en el mismo punto en las distintas profundidades. La red de monitoreo la complementan con estudios de sedimento y batimétricos que han permitido conocer la reducción de la capacidad de los cuerpos de agua, y los impactos generados por los diferentes usos de suelo (Patrick P. Rasmussen, 2005).
Por último, a donde se encuentran dirigidos los protocolos de redes de monitoreo inteligente es a lo que hace referencia una patente que habla sobre un sistema de monitoreo para aguas de consumo humano con monitoreo paralelo de vigilancia de síntomas presentado por la población utilizando sensores netamente de métodos espectro-métricos (Canada Patente nº CA2634759 A1, 2008). Buscando reducir los tiempos de descubrimiento de una enfermedad que se esté propagando a través de dicho recurso hídrico.
Resultado
En la revisión del estado del arte anterior se observan dos tipos de experiencias: La de protocolos donde se explica cómo diseñar las redes de monitoreo, y otros son de redes donde se habla de la implementación y los usos que se dan; a partir de esas experiencias se realizan las siguientes afirmaciones:
- La metodología de la WMO en la publicación “planning of water-quality monitoring systems” para la planeación de sistemas de monitoreo de calidad de agua es afín a los sistemas de monitoreo actuales tanto nacionales como internacionales, según la bibliografía revisada. Se basa en objetivos, recalcando que las decisiones en el diseño de la red son dependientes a las preguntas de ¿Qué?, ¿Por qué? Y ¿Para qué? Se monitorea.
- Los sistemas de red inteligente son complementos de las redes que funcionan con muestreos y salidas de campo, afirmado por las experiencias de redes muy completas y eficientes como las de Bogotá y la USGS.
- La implementación de un protocolo o red de monitoreo debe ser progresiva, y debe darse prioridad a la experiencia obtenida en campo para tomar decisiones respecto a la ubicación de las estaciones, equipos a utilizar y variables a monitorear.
Por todo lo anterior se decide seguir la metodología de la WMO, pero aplicando una estructura diferente al documento; estructura que se puede observar a continuación.
Fuente: DISEÑO DEL SISTEMA INTELIGENTE DE MONITOREO DE LA CALIDAD AMBIENTAL DEL DISTRITO DE CARTAGENA. Convenio Interadministrativo 0133-2015 entre el Establecimiento Público Ambiental de Cartagena – EPA y la Universidad de Cartagena.