Teledectección aplicada al monitoreo de la calidad del agua
Introducción
Actualmente los avances tecnológicos en el area de la teledetección han permitido estimar la calidad del agua mediante el uso de imágenes satelitales. El monitoreo de la calidad del agua es imprescindible para garantizar la calidad de masas de agua marinas como continetales.
Las sequías son un fenomeno meteorológico asociado al cambio climático que está provocando sequías con mayor frecuencia debido a la alteración de los patrones de precipitación por el aumento de la temperatura, la deforestacion, la actividad industrial. Se prevee que la sequía aumente en intensidad, duración y extensión; este fenomeno y la explotación del recurso hídrico de manera descontrolada está ocasionando la reducción de la disponibilidad del agua, ante esto, la importancia de darle seguimiento a la calidad del recurso.
De acuerdo con el autor “el deterioro de la calidad de las aguas superficiales se debe a la presencia de diversos tipos de contaminantes procedentes de actividades humanas como la agricultura, la industria, la construccion, la deforestación, etc. Así pues, la presencia de diversos contaminantes en las masas de agua puede conducir al deterioro tanto de la calidad de las aguas superficiales como de la vida acuatica”. (Tomado de A.P.CAFA, 2021).
“La calidad del agua se refiere a las características físicas, químicas, biológicas y radiológicas, que determinan si el agua es apta para sus diferentes usos, como el consumo humano, el riego o el uso industrial. Por lo tanto, es esencial para garantizar la salud pública y el bienestar ambiental”. Tomado de grupoincotex.com.
Los factores que determinan la calidad del agua son los factores físicos como el color, olor, sabor, temperatura, ph, turbidez; factores químicos como la concentración de sustancias químicas disueltas en el agua como plomo, arsénico, nitrato, calcio y magnesio; y factores biologicos como la presencia de organismos vivos en el agua: bacterias y virus.
La calidad del agua es un aspecto imprescindible para la salud pública y ambiental, aquí radica la importancia de realizar estudios concernientes al tema; si conocemos y estudiamos los factores que pueden afectar así como los métodos para analizar la calidad del agua, son esenciales para una efectiva gestión de los recursos hídricos.
El monitoreo de la calidad del agua se realiza mediante la medición y el analisis de los parametros fisico-quimicos y biológicos, para ello se emplea una serie de instrumentos específicos y protocolos para el muestreo y análisis que permiten determinar la presencia de contaminantes y otros indicadores de calidad; la desventaja radica en que este tipo de análisis suele ser costoso, lento y de cobertura espacial limitada.
La situación actual de los lagos en Venezuela es de gran preocupación debido a la contaminación de las aguas y afectaciones a los ecosistemas y comunidades aledañas, como el Lago de Marcaibo y el Lago de Valencia. Se requiere de acciones inmediatas para tratar y reducir la contaminación de sus aguas.
A continuación se muestran algunas imágenes satelitales Sentinel- 2 correspondientes al Lago de Maracaibo (Fig 1 y Fig 2) y al Lago de Valencia (Fig 3).
El Lago de Maracaibo presenta una seria contaminación por varios factores, entre ellos tenemos los derrames petroleros, residuos industriales y orgánicos y la proliferación de cianobacterias, descargas de aguas residuales, lo que ha afectado drásticamente la calidad del agua haciéndola poco apta para el consumo humano y para la agricultura, afectando a las comunidades y a los escosistemas.
Fig 1. Imagen sentinel -2 L2A.Lago de Maracaibo, color natural
Fig 2. Imagen sentinel-2 L2A. Lago de Maracaibo. Color natural.
Con respecto al Lago de Valencia, este enfrenta graves problemas de contaminación por la descarga de aguas residuales que proceden de las comunidades aledañas y de las industrias. Por ser una cuenca endorreica (son aquellas cuyas aguas no llegan al mar porque los ríos desembocan en lagunas interiores o porque se agotan por evaporación, infiltración o consumo) los contaminates se acumulan en el agua y en los sedimentos provocando daños a la salud de las personas y a los ecosistemas que alli se desarrollan. El lago ha perdido su calidad convirtiéndose en un foco de contaminación; podemos observar en Fig 3, imagen satelital Sentinel 2, del Lago de Valencia, se puede evidenciar la turbidez de las aguas.
Fig 3. Lago de Valencia. Imagen sentinel-2 L2A. Color natural.
Actualmente existen técnicas de teledetección mediante el uso de imagenes satelitales para determinar la calidad del agua. A través de la teledetección se pueden medir variables como color, turbidez; clorofila, temperatura, concentración de sedimentos, solidos en suspención microplásticos, derrames petroleros, algas toxicas; esto con la finalidad de mejorar las condiciones del agua con la reducción de la contaminación. A traves de estas técnicas se abarcan grandes coberturas y son estudios que pueden realizarse en corto tiempo y menor costo.
Cabe mecionar que las imagenes hiperespectrales son un tipo de imagen que recopila y procesa información a lo largo de un amplio espectro electromagnético. Las imágenes hiperespectrales, a diferencia de otras imágenes, captan cientos de bandas en los diferentes rangos de luz, facilitando la obtención de una gran cantidad de información de los objetos y materiales en la imagen; estas bandas pueden combinarse obteniendose una serie de índices que permiten entender el comportamiento de los elementos a estudiar. Dichas imágenes son útiles para identificar diferentes tipos de vegetación, minerales y sustancias químicas, porque los sensores hiperespectrales y multiespectrales permiten la identificación de firmas espectrales únicas. Este tipo de imagenes se utilizan en el area de vigilancia medioambiental especificamente para monitorear la calidad de las aguas o la contaminación del aire.
Mediante la tecnología de teledetección, se pueden desarrollar mapas espaciales de distintos parámetros de calidad del agua, entre ellos tenemos: concentración de clorofila, sólidos suspendidos; turbidez, contaminantes químicos, metales pesados, derrames de petroleo, entre otros, contribuyendo a la identificación de fuentes de contaminación y en base a la información obtenida poder establecer estrategias de planificación para controlar o reducir los elementos contaminantes.
Con respecto a la presencia de algas nocivas, los sensores satelitales permiten la detección y el monitoreo de las floraciones de estas en cuerpos de agua dulce y agua salada mediante la detección de los cambios del color del agua y las concentraciones de clorofila-a; además pueden distinguir distintas especies de algas y estimar concentraciones de toxinas. La teledetección permite realizar un seguimiento continuo de la evolución de la floración de algas nocivas, cubriendo grandes áreas y monitorear distintos cuerpos de agua de forma simultánea. Esta técnica ha sido empleada para identificar la presencia de dinoflagelados.
A continuación se muestra un caso de estudio en los embalses de Rio Negro, Uruguay, en donde se hizo uso de la teledetección para la estimación satelital de los niveles de turbidez, clorofila y materia orgánica disuelta; los resultados fueron obtenidos a través de un proceso de calibración, validación y procesamiento de imágenes satelitales sentinel 2, los resultados obtenidos se muestran a continuación:
En la primera imagen Sentinel 2 (Fig 4), se observa la estimación satelital de los niveles de turbidez en el embalse Baygorria. Las areas de color rojo poseen mayor concentración de particulas suspendidas, esto puede afectar la calidad del agua ya que la turbidez sirve como indicador de problemas de contaminación, como la presencia de patógenos que pueden ocasionar enfermedades.
Fig 4. Imagen Sentinel 2. Embalse Baygorria. Estimación niveles de turibidez.
(Tomado de Observatorio Ambiental NacionaL (OAN). www.ambiente.gub.uy)
Seguidamente en la Fig 5, se muestra la estimación de los niveles de clorofila-a, en la misma zona de estudio, los tonos rojos corresponden a las áreas con mayor concentración de clorofila, esto puede indicar la proliferación de algas, que en altos índices podría ocasionar la producción de toxinas que afectan la salud, así como tambien puede llevar a la eutrofización, proceso que incrementa los nutrientes (fosforo y nitrogeno) en los cuerpos de agua dulce como lagos y embalses, esto puede desencadenar la disminución en la producción de oxigeno y la proliferación descontrolada de fitoplancton. Esta información puede ser utilizada en la gestión de los recursos hidricos para mejorar la calidad del agua y para establecer controles para prevenir el proceso de eutrofización.
Fig 5. Imagen sentinel 2. Embalse Baygorria. Estimación niveles de clorofila -a.
(Tomado de Observatorio Ambiental NacionaL (OAN). www.ambiente.gub.uy)
y por último, en la Fig 6, se evidencia la presencia de materia orgánica disuelta coloreada, en este caso, la mayor concentración del elemento se localiza en las zonas que presentan color morado. Altos valores de materia orgánica en cuerpos de agua puede provocar cambios en las caracteristicas del agua como el color, sabor y olor; reducción del oxigeno disuelto provocando la muerte de peces y otros organismos, promueve el crecimiento de algas y genera productos de desinfección dañinos como trihalometanos y ácidos haloacéticos y favorecer la eutrofización de cuerpos de agua.
Fig 6. Imagen sentinel 2. Embalse Baygorria.
Estimación niveles de materia orgánica disuelta
(Tomado de Observatorio Ambiental NacionaL (OAN). www.ambiente.gub.uy)
Conclusiones
- * La tecnologia de la teledetección es una herramienta muy util para la estimación de la calidad del agua, permite hacer un analisis de grandes y pequeñas extensiones de cuerpos de agua disminuyendo tiempo y costos operacionales, facilitando el seguimiento de la calidad del recurso hidrico a largo plazo, y determinar si las medidas aplicadas para su preservación son efectivas o no y de estableciendo las correcciones pertinentes.
- * Las imagenes satelitales permiten detectar elementos contaminantes en el agua como la presencia de algas toxicas, sedimentos y residuos industriales, sirven de complemento a los datos obtenidos mediante metodos tradicionales como los analisis de laboratorio y muestreo, para establecer acciones necesarias en la prohibición del vertido de residuos industriales en las aguas y aplicar medidas que eviten la formacion de algas toxicas y otros elementos contaminantes.
* Existe la posibilidad de poder realizar un monitoreo frecuente debido a la accesibilidad de las imágenes satelitales que pueden obtenerse de manera gratuita. El monitoreo de los parametros de calidad del agua es crucial en la conservación de los cuerpos de agua por ser un recurso vital que debemos proteger para las futuras generaciones y para la conservación del medio ambiente.
- * En conclusión, la teledetección y SIG son herramientas beneficiosas para la planificación y gestión de los recursos hídricos.
REREFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Observatorio Ambiental NacionaL (OAN). Analisis-satelital-de-la-calidad-de-agua. www.ambiente.gub.uy.
Monitoreo de la calidad del agua con el uso de la teledetección. https://www.cursosteledeteccion.com/monitoreo-de-la-calidad-del-agua-con-el-uso-de-la-teledeteccion/
Indices para el monitoreo de cuerpos de agua usando sensores remotos. https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-62662024000100108.
Autora: Marisela Navarro
Centro de Geomática