Fecha de Recibido: Julio 12 de 2017
Fecha de Aceptación: Marzo 13 de 2018
Fecha de Publicación: Abril 01 de 2018
DOI: http://dx.doi.org/10.22335/rlct.v10i2.461
* Artículo resultado de investigación del Análisis de riesgo de eutrofización del embalse El Quimbo, departamento del Huila (Colombia).
** Doctoral Degree in Hydrology Environmental Engineering. Master Scientae in Hydrology and Hydraulic Environmental Engineering. Magister Ecología y Gestión de Ecosistemas Estratégicos. Docente Investigador. Ingeniero Agrícola - Enfásis en Suelos Aguas. Director Grupo de Investigación GIGABE. Filiación; Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. UPTC - Tunja. aramosihas@hotmail.com, alfredo.ramos@uptc.edu.co Orcid ID: https://orcid.org/0000-0002-2707-4726
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Resumen
La evaluación del riesgo de eutrofización del embalse El Quimbo que está localizado al sur del departamento del Huila entre las cordilleras Central y Oriental, sobre la cuenca alta del río Magdalena, al sur del embalse de Betania, en jurisdicción de los municipios de Tesalia, Paicol, Garzón, Gigante, El Agrado y Altamira, se hizo mediante el desarrollo del modelo matemático simplificado para la evaluación de estados tróficos y el manejo de macronutrientes en lagos/embalses cálidos tropicales (LACAT), desarrollado por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS, 2001).
Las fuentes de fósforo que llegan al embalse El Quimbo fueron consideradas y cuantificadas a partir de las aguas residuales generadas en los municipios establecidos en la zona de influencia, los residuos o desechos sólidos de origen municipal y los provenientes de la población dispersa, el estiércol de los animales, la escorrentía superficial y la biomasa en el área de inundación. Los resultados obtenidos muestran que para la fase de llenado del embalse es conveniente remover el material en el vaso del embalse y deforestar, al menos, el 22,4 % de la biomasa en el área de inundación. Durante la fase de operación se demuestra un cambio en la condición trófica del embalse a partir del año 20 del horizonte del proyecto, de mesotrófico a eutrófico, debido a la acumulación de fósforo en el embalse.
La cuantificación de la magnitud del riesgo de eutrofización del embalse El Quimbo se considera como significativa (-2) hasta el año 10, y luego como leve (-1). Entre las conclusiones se destaca la necesidad de evitar la acumulación de fósforo en el embalse, mediante la implementación de sistemas de depuración de aguas residuales que contemplen remoción de fósforo y de sistemas integrados para el manejo de los residuos sólidos y los efluentes líquidos en las actividades agropecuarias de los municipios cercanos en la zona de influencia del embalse. Este presenta unos valores de clorofila entre 64 a 138 ug/l que evidencia su estado eutrófico.
Palabras clave: Embalse, Riesgo de eutrofización, Estado trófico, Aguas residuales, Magnitud del riesgo.
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Abstract
The assessment of the eutrophication risk of El Quimbo water reservoir located in south of the department of Huila between the Central and Eastern Ranges on the upper basin of the Magdalena River, south of the Betania water reservoir, in the jurisdiction of the municipalities of Tesalia, Paicol , Garzón, Gigante, El Agrado and Altamira, is presented through the implementation of the simplified mathematical model for the evaluation of trophic status and management of macronutrients in tropical warm lakes / reservoirs (LACAT), developed by the Pan American Center for Sanitary Engineering and Environment Sciences (CEPIS, 2001).
As sources of phosphorus that reach the El Quimbo reservoir were considered and quantified from the wastewater generated in the municipalities established in area of influence, solid waste or municipal waste and those from the dispersed population, animals manure, surface runoff and biomass in the flood area.
The results show that for the filling phase of the reservoir it is advisable to remove the material in the reservoir vessel and deforest at least 22,4 % of the biomass in the flood area. During the operation phase a change in the trophic condition of the reservoir is shown from year 20 of the project horizon, from mesotrophic to eutrophic, due to the accumulation of phosphorus in the reservoir.
The quantification of the magnitude of El Quimbo water reservoir eutrofication risk is considered as significant (-2) until year 10, and then as slight (-1). The conclusions highlight the need to avoid the accumulation of phosphorus in the reservoir, through the implementation of wastewater treatment systems that include removal of phosphorus and integrated systems for the management of solid waste and liquid effluents in activities agricultural areas of the nearby municipalities in the buffer zone of the reservoir. This presents values of chlorophyll between 64 and 138 ug / l, which shows its eutrophic state.
Keywords: Water reservoir, Eutrophication risk, Trophic status, Waste water, Magnitude of risk.
Resumo
A avaliação de risco de eutrofização do reservatório El Quimbo, que está localizado ao sul do departamento de Huila entre Central e Cordilheira Oriental, na bacia superior do rio Magdalena, sul do reservatório de Betânia, na jurisdição dos municípios de Tessália, paicol Garzon, Gigante, agradabilidade e Altamira, através do desenvolvimento do procedimento simplificado para a avaliação do estado trófico ea gestão de macronutrientes em lagos / quentes reservatórios tropicais (Lacat) modelo matemático, desenvolvido pelo Centro Pan-americano de Engenharia Sanitária e Ciência Meio Ambiente (CEPIS, 2001).
Fontes de fósforo que alcançam o reservatório El Quimbo foram considerados e quantificados a partir de águas residuais produzidas nos municípios estabelecidos na área de influência, resíduos ou resíduos sólidos a partir de fontes municipais e da população dispersa, estrume animais, escoamento superficial e biomassa na área de inundação. Os resultados obtidos mostram que, para a fase de enchimento do reservatório, é conveniente remover o material no reservatório e desflorestar pelo menos 22,4 % da biomassa na área inundada. Durante a mudança de fase operação no estado trófico do reservatório a partir do horizonte do projecto, mesotrófico para eutrófico 20 anos, devido ao acúmulo de fósforo no reservatório é demonstrado.
A quantificação da magnitude do risco de eutrofização do reservatório de El Quimbo é considerada significativa (-2) até o ano 10 e, em seguida, como ligeira (-1). Entre as conclusões a necessidade de evitar o acúmulo de fósforo no reservatório, por sistemas de tratamento de águas residuais que incluem a remoção de fósforo e sistemas integrados para a gestão de resíduos sólidos e efluentes líquidos nas atividades destacadas implementação atividades agrícolas dos municípios vizinhos na área de influência do reservatório. Isso apresenta valores de clorofila entre 64 a 138 µg / l que evidenciam seu estado eutrófico.
Palavras-chave: Reservatório, Risco de eutrofização, Estado trófico, Águas residuais, Magnitude do risco.
Introducción
El término eutrofia procede del adjetivo alemán “eutrophe” y se refiere a “rico en nutrientes”. La eutrofización se define como el enriquecimiento de las aguas con nutrientes a un ritmo tal que no puede ser compensado por eliminación o mineralización total (CEPIS-OPS, 1989). Una de sus principales manifestaciones es la proliferación de algas y macrófitos en función de la carga de nutrientes. Naumann (citado por Wetzel, 2001) introdujo los conceptos de oligotropía y eutrofia y los distinguió en base a las poblaciones fitoplanctónicas. Luego de un gran un número de estudios limnológicos se han ocupado de definir las características de los distintos tipos y subtipos de lagos.
A nivel de limnología, los cuerpos de agua se pueden clasificar de forma simplificada en tres tipos:
- Oligotróficos: sistemas acuáticos de bajo contenido de nutrientes y producción vegetal mínima.
- Eutróficos: sistemas acuáticos de alto contenido de nutrientes y producción vegetal excesiva.
- Mesotróficos: sistemas acuáticos con características intermedias de oligotrófico y eutrófico.
En el caso de eutrofización o fertilización excesiva se dice de una regresión hacia el estado de equilibrio. El avance de este proceso es alto y se han encontrado relaciones estrechas, entre el aumento de la población humana y los índices de eutrofización (Margalef, 1986).
La eutrofización consiste en un desarrollo excesivo de algas en una masa de agua superficial estancada que origina una alteración de sus características fisicoquímicas iniciales. Los responsables de este fenómeno son principalmente los nutrientes para los organismos vegetales, que ven incrementada continuamente su concentración en las aguas continentales como consecuencia de los vertidos de aguas residuales provenientes de actividades antrópicas (Villaseñor, 2001). Este proceso resulta del aumento de nutrientes limitantes, principalmente nitratos y fosfatos que proporcionan un desarrollo exagerado de fitoplancton y plantas acuáticas (Roldán & Ramírez, 2008).
El concepto de nutriente limitante se fundamenta en el supuesto de que para una determinada estequiometria celular de las plantas acuáticas, el nutriente que controlará la máxima cantidad de biomasa vegetal es aquel que primero se consume o que alcanza un mínimo antes que los demás nutrientes involucrados en la estequiometria. CEPIS (2001) y Salas & Martino (1991) consideran que relaciones de nitrógeno (N) a fósforo (P) en embalses y lagos tropicales superiores a 9:1 son potencialmente limitados por P.
El explosivo crecimiento demográfico en América Latina y el Caribe durante los últimos años, con el consecuente aumento en la demanda de recursos de agua ha acelerado la construcción de embalses artificiales para múltiples usos en abastecimientos de agua potable e industrial, para irrigación y para energía hidroeléctrica (CEPIS, 2001).
Los embalses construidos sobre las cuencas de los ríos Magdalena y Cauca y la altiplanicie de Cundinamarca-Boyacá tienen como fin la generación de energía eléctrica. Estos presentan grandes volúmenes de agua que contienen sistemas ecológicos con tensores asociados a la eutrofización, pero el conocimiento de estos procesos es limitado. Los problemas de eutrofización a menudo inhabilitan el embalse para la recreación y la pesca, incluso para la preservación de flora y fauna al presentar aguas acidificadas, con metano y hierro soluble, las cuales se vuelven tóxicas, llegando a afectar la biota en los cauces de ríos y quebradas receptoras de sus vertimientos (Ramos, 2015).
Los estudios fisicoquímicos muestran altas variaciones en los parámetros de condiciones asociadas a eutrofización; estudios de perfiles de oxígeno en diferentes embalses muestran desde curvas ortógradas hasta fuertemente clinógradas, indicando agotamiento de oxígeno a los 10 m de profundidad (Roldan, 1992).
Los sistemas hídricos loticos (ríos, quebradas, manantiales) como los lenticos (lagos, estanques, embalses) y las zonas de estuarios, sufren procesos de eutrofización cuando sus aguas se enriquecen en nutrientes. El problema radica en que si hay exceso de nutrientes, crecen en abundancia las plantas y otros organismos. Posteriormente cuando estos mueren, se descomponen y se degradan conllevando a la explosión poblacional de bacterias. Esta situación aumenta la demanda del oxígeno disuelto, modificando negativamente la calidad del agua. Como consecuencia de ello, las aguas dejan de ser aptas para el normal desarrollo y distribución de la mayor parte de la biota acuática, y como eventual resultado final, el ecosistema acuático modifica sus funciones y procesos ecológicos normales (Abbot et al., 1986).
En el Plan Nacional de Desarrollo (PND - 2010-2014) establece que las estrategias de conservación tienen como finalidad la protección de la diversidad biológica y la provisión de los servicios ecosistémicos que sustentan y contribuyen al bienestar humano y por consiguiente a sus procesos de desarrollo y crecimiento económico.[1]
Los páramos, bosques, humedales y sabanas naturales son altamente vulnerables a las demandas generadas por macroproyectos agrícolas, viales y minero‐energéticos, entre otros, ocasionando la transformación y fragmentación de ecosistemas, exacerbando la deforestación[2], aumentando el número de especies en condiciones de amenaza, alterando el recurso hídrico y degradando el suelo. Asimismo, la legislación prohíbe para algunos casos adelantar actividades mineras[3] y cultivos forestales o sistemas agroforestales con fines comerciales[4] en áreas de importancia ecológica y áreas protegidas.
La vida útil del embalse está proyectada en 50 años para que opere la central hidroeléctrica El Quimbo, (con una altura máxima de 75 metros, para generar 200 Mw/h, disponer de agua por gravedad para más de 60.000 hectáreas para múltiples propósitos. Los alcantarillados de los municipios afectados por la inundación generada por el embalse (Gigante, Garzón, La Jagua e inspecciones) se verían inutilizables porque el punto de descarga de las aguas residuales o domésticas que actualmente se hace sobre el Río Magdalena, cambiaría una vez llenado el futuro embalse (INGETEC, 2008).
Desde que inició el llenado del embalse El Quimbo el 30 de junio de 2015, la Corporación Autónoma del Alto Magdalena (CAM) advirtió que había fallas en el retiro del material vegetal. La Corte Constitucional ratificó esta información señalando que EMGESA debía retirar 210.449 metros cúbicos de madera. Sin embargo, según la CAM solo se retiraron 165.975 metros cúbicos.[5]
Con este artículo se propone una metodología a nivel de planificación para la evaluación de los impactos ambientales potenciales derivados del llenado y la operación de un embalse sobre el recurso hídrico, esta investigación ha considerado para la predicción del riesgo de eutrofización del embalse El Quimbo, la aplicación del Modelo LACAT de CEPIS, a partir de experiencias en estudios e investigaciones desarrolladas en los últimos 10 años a nivel nacional. Además de criterios y procedimientos que permiten cuantificar los aportes de fósforo total de la vegetación del vaso[6] del embalse, así como los aportes de fósforo total anual por asentamientos humanos, vertederos de basuras y actividades agropecuarias localizados en la zona de influencia del embalse.
Materiales y Métodos
El embalse El Quimbo se encuentra localizado al sur del departamento del Huila entre las cordilleras Central y Oriental, sobre la cuenca alta del río Magdalena, al sur del embalse de Betania, en jurisdicción de los municipios de Tesalia, Paicol, Garzón, Gigante, El Agrado y Altamira (Figura 1). El llenado del embalse se inició el 30 de junio de 2015 y entró en operación el 10 de enero de 2016.[7]
El embalse presenta una longitud de 55 km al nivel máximo normal de operación (cota 720 msnm), un ancho máximo de 4 km y un ancho promedio de 1,4 km. El área de inundación es de 8.250 hectáreas, el volumen total de embalse de 3.205 hm3 y el volumen útil de almacenamiento útil de 1.824 hm3. El sitio de ubicación de la presa del proyecto hidroeléctrico El Quimbo se encuentra dentro del cañón que formó el río Magdalena al filo rocoso de la Formación Gualanday Superior, 1300 m aguas arriba de la confluencia de los ríos Magdalena y Páez. El acceso se hace por la carretera que de Neiva conduce a Gigante y Garzón, 15 km al sur del municipio de Hobo se desprende la vía a la Plata, la cual atraviesa el río Magdalena en el Puente El Colegio, aproximadamente 35 km aguas arriba del sitio de presa de Betania.[8]
Para el análisis del riesgo de eutrofización del embalse El quimbo se definió dos áreas de influencia:
Área de Influencia Directa (AID)[9]: comprende el vaso del embalse y las zonas de obras de la hidroeléctrica, se incluye dentro del área de influencia directa el río Magdalena aguas abajo del sitio de presa y el embalse de Betania, desde el punto de vista de calidad de aguas, aspecto que es analizado como impacto potencial del proyecto, durante el llenado y operación (Figura 1).
Área de Influencia Indirecta (AII)[10]: comprende la cuenca tributaria directa del embalse, que incluye las microcuencas de las quebradas, por la margen izquierda: Los Cocos, Las Guaduas, El Cedro, El Hueco, Zanjón el Alto, El Pedroso, Zanjón Algarrobo, Zanjón La Cascajosa, El Granadillo, La Turbia, Zanjón de la Mosca, Quebrada El Limón hasta la cota 900 msnm, Quebrada Yaguilga hasta la cota 800 msnm, Zanjón El Altillo, Quebrada La Seca hasta la cota 800 msnm, Zanjón El Palmar, El Río Magdalena hasta la confluencia con la Quebrada Lagunillas hasta la cota 800 msnm y el Río Páez hasta la confluencia con la Quebrada El Espinal; por la margen derecha: El Río Suaza hasta la cota 800 msnm, la Quebrada Aguacaliente hasta la cota 1000 msnm, Quebrada Las Damas, La Quebrada de Garzón, La Quebrada de Majo, Quebrada Jaquillo, Quebrada Voltezuela, Ríoloro hasta la cota 1000 msnm, La Quebrada Alonso Sánchez hasta la cota 1000 msnm, El Zanjón de la Barrialosa, La Quebrada La Honda hasta la cota 1000 msnm, la Quebrada Guandinosa hasta la cota 1000 msnm y una franja de 500 metros a lado y lado del Río Magdalena, desde el sitio de presa hasta la Quebrada Puerto Seco (Figura 1).
Figura 1. Ubicación geográfica de los municipios y afluentes tributarios en la zona de influencia del embalse El Quimbo. Fuente: INGETEC S.A. Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo. Rev. 3 – Marzo, 2008. C/QUIMBO/EIAQ-07.doc.gc. Figura 3.4.-2 Unidades territoriales asociadas al proyecto.
El estado trófico de un embalse o lago debe tener un dato comparativo con otros sistemas que utilizan índices del estado trófico calculados en base a diferentes parámetros. Un tipo de evaluación del estado trófico se basa en comparar los datos obtenidos experimentalmente con unos valores fijos propuestos para cada rango (tabla 1).
La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE, 1982) adelantó investigaciones sobre las relaciones cuantitativas de nutrientes y la eutrofización ocasionada por estas cargas en lagos y embalses; una de las clasificaciones (Janus y Vollenweider, 1981; OCDE, 1982) que propusieron para determinar los diferentes estados tróficos se basa en variables de fácil medición (Beltran y Rangel, 2012-2013). Otro método para evaluar el estado trófico es el índice de Carlson (1996), que utiliza como variables los valores medios anuales de la profundidad de visión del disco de Secchi y de las concentraciones superficiales de TP y de clorofila 'a'.
Tabla 1.
Valores límites de la OCDE de clasificación trófica
|
Categoría Trófica |
Fósforo Total (TP) (mg/m³) |
Chl Media |
Chl Máxima |
Media Secchi |
Mínimo Secchi |
|
Ultraoligotrófico |
˂ 4.0 |
˂ 1.0 |
˂ 2.5 |
˃ 12.0 |
˃ 6.0 |
|
Oligotrófico |
˂ 10.0 |
˂ 2.5 |
˂ 8.0 |
˃ 6.0 |
˃ 3.0 |
|
Mesotrófico |
10.0 - 35.0 |
2.8 - 8.0 |
8.0 - 25.0 |
6.0 - 3.0 |
3.0 - 1.5 |
|
Eutrófico |
35.0 - 100.0 |
8.0 - 25.0 |
25.0 - 75.0 |
3.0 - 1.5 |
1.5 - 7.0 |
|
Hipereutrófico |
˃ 100.0 |
˃ 25.0 |
˃ 75.0 |
˂ 1.5 |
˂ 0.7 |
Nota:
TP: media anual de la concentración de fósforo total en el lago o embalse (ug/l).
Chl media: media annual de la concentración de clorofila a en las aguas superficiales (ug/l).
Chl máxima: pico annual de la concentración de clorofila a en las aguas superficiales (ug/l).
Media de Secchi: media anual de transparencia de la profundidad de Secchi (m).
Mínimo de Secchi: mínimo anual de transparencia de la profundidad de Secchi (m).
Los dos extremos de productividad determinan un sistema oligotrófico de un lado con baja productividad y de otro lado el sistema eutrófico que demuestra las características de una mayor productividad y concentración de nutrientes como ocurre en un embalse con estas características (Janus, 198) (Tabla 2).
Generalmente los embalses ubicados a una mayor altitud (altiplanicie de Cundinamarca – Boyacá) presentan propiedades de sistemas oligotróficos y los que están hacia el nivel del mar (Cuenca alta y baja de los ríos Magdalena y Cauca, Llanos Orientales, Sinú y San Jorge) se favorecen las condiciones eutróficas (Ramos 2010, 2013, 2015).
Tabla 2.
Características del estado trófico (embalse o lago)
|
Factor |
Sistema Oligotrófico |
|
Nutrientes |
Bajas concentraciones; dinámica lenta. |
|
Oxígeno disuelto |
Poca fluctuación día - noche; alta disponibilidad tanto en la superficie como en el fondo. |
|
Comunidades |
Poca biomasa; alta diversidad |
|
Transparencia |
Alta; zona eufótica profunda. |
|
Morfometría |
Poca intervención en cuerpos de agua de alta montaña. |
|
Apariencia |
Aguas claras y limpias, no se observan grandes masas de microalgas o vegetación acuática. |
Fuente: Janus L, Vollenweider R. The OECD Cooperative Programme on Eutrophication: Canadian Contribution, summary report. Natural Water Research Institute Scientific. Serie 131, 1981.
Para establecer el estado trófico de un embalse o lago y poder realizar comparaciones con el estado de otros ecosistemas acuáticos se utilizan índices calculados con base en diferentes variables y parámetros. Una herramienta es el Índice de Estado Trófico (TSI) de Carlson, que utiliza tres variables que representan de manera indirecta la biomasa de algas: clorofilas, profundidad de Secchi y el fósforo total, que se calculan con las siguientes ecuaciones:
Disco Secchi (SD): TSI (SD) = 60 – 14,41 ln(SD)
Clorofilas (Chl): TSI (Chl) = 9,81 ln(Chl) + 30,6
Fósforo total (TP): TSI (TP) = 14,42 ln(TP) + 4,15
Este índice permite calcular valores que varían entre 0 que es el extremo de baja productividad (estado oligotrófico) y 100 que es el de mayor productividad (estado trófico), con un valor ajustado medio de 50 (mesotrofia).
Modelo matemático LACAT
El modelo LACAT desarrollado por CEPIS (2001), se basa en el fósforo (P) como nutriente limitante, para la evaluación de estados tróficos y el manejo de macronutrientes en lagos/embalses tropicales. La Tabla 1 presenta una clasificación de la categoría trófica de los lagos o embalses basada en la relación entre la concentración de P que ingresa y el tiempo de residencia del agua.
El LACAT predice la respuesta trófica de lagos / embalses tropicales a cambios en la concentración de fósforo total, basado en dos tipos de relaciones:
a. La ecuación de balance de masa:
Pλ = L (P) / Z [(1/Tw) + Ks] (1)
donde:
Pλ: concentración de fósforo total (mg/l)
L(P): carga superficial de fósforo por año (g m2 /año)
Z: profundidad media del embalse (m)
Tw: tiempo de retención en años (a)
Ks: tasa de pérdida global de fósforo total por año (1/año)
b. Ecuaciones totalmente empíricas desarrolladas aplicando análisis de regresión lineal múltiple:
Pλ = f [L (P) Tw Z] (2)
Pλ = CONS L (P)A TwB ZC (3)
donde: CONS, A, B y C son constantes.
La ecuación de regresión múltiple para fósforo total producto de una regresión "Stepwise", con todas las variables independientes disponibles es:
Pλ = 0.29 * L * p0.891* Tw0.676 * Z-0.934 (4)
Con r2=0.902 (Coeficiente de correlación);
SE=0.044 (Error Estimado); N=39 (datos)
El sistema CEPIS de clasificación trófica para el fósforo total se aplicó a los lagos africanos y se comparó con las clasificaciones de estado trófico reportadas por los investigadores africanos. La concordancia general de las categorías reportadas con aquellas estimadas se confirmó la capacidad predictiva del modelo LACAT y del sistema CEPIS, y por lo tanto su utilidad como una herramienta de predicción para determinar el estado trófico del embalse El Quimbo ubicado en la zona de bosque seco tropical (bs-T).
El cálculo del factor carga del fósforo (P) que llega al vaso del embalse (incluyendo la biomasa existente en el fondo del embalse) del total que se producen a nivel de las cuencas aportantes al Embalse El Quimbo donde se procedió a identificar las fuentes contaminantes y a cuantificar su factor de carga. Las fuentes generadoras de fósforo (P) seleccionadas fueron:
- Aguas residuales de los municipios que disponen de redes de alcantarillado provenientes de la población dispersa.
Se consideraron los seis (6) municipios (Tesalia, Paicol, Garzón, Gigante, El Agrado y Altamira) aportantes de aguas residuales para el cálculo del factor de carga, tomando los registros de fósforo total (PT) en el mes de julio (período de sequía) y noviembre de 2016 (período de lluvias) en los afluentes tributarios que llegan al Embalse El Quimbo.
En la Tabla 3 se describen los 11 puntos de muestreos para el fósforo total (PT) (realizados en los meses de julio y noviembre de 2016, durante los períodos de sequía y de lluvias), los cuales fueron definidos en el Estudio de Impacto Ambiental realizado por INGETEC (2008), que son los puntos de vertimientos y toma de parámetros de calidad de agua.
Según Veenstra & Polprasert (1997) y de acuerdo a experiencias desarrolladas bajo la norma RAS-2000 se ha estimado que la carga de carga de fósforo (P) para estas fuentes hídricas un valor promedio de 0.845 mg/l para los seis (6) municipios, teniendo en cuenta los parámetros que fija el Decreto 1594 de 1984 – Ministerio Salud y del IDEAM.
Tabla 3.
Puntos de muestreos de PT en la zona de influencia del embalse
|
Puntos de muestreo de fósforo total (PT) |
Coordenadas |
|||
|
N |
E |
|||
|
Rio Magdalena |
1 |
La Jagua |
820566.78 |
731741.6 |
|
2 |
Puente Balseadero |
825350.01 |
738508.93 |
|
|
3 |
Bengala |
830817.39 |
752268.79 |
|
|
4 |
Antes de río Páez (Zona de Presa) |
834192.4 |
763446.49 |
|
|
5 |
Puerto Seco (Abajo de Presa) |
837034.33 |
767791.08 |
|
|
Tributarios del río Magdalena |
6 |
Río Suaza |
822836.1 |
732089.5 |
|
7 |
Quebrada Garzón |
825477.89 |
736683.58 |
|
|
8 |
Quebrada Yaguilga |
823476.67 |
741276.4 |
|
|
9 |
Río Loro |
829081.81 |
747962.76 |
|
|
10 |
Quebrada Guandinosa |
835305.66 |
755557.8 |
|
|
11 |
Río Páez |
830674.68 |
762872.79 |
|
Fuente: Autor
Además, Ramírez et al. (1997, 1998) define que el Índice de Contaminación Trófico (ICOTRO) se fundamenta en la concentración de fósforo total (PT) que está definido en cuatro (4) categorías:
(O) Oligotrófico <0,01 mg/l
(M) Mesotrófico 0,01 – 0,02 mg/l
(E) Eutrófico 0,02 – 1 mg/l
(H) Hipereutrófico >1 mg/l.
Para la estimación del número de habitantes de los seis (6) municipios se procedió a recopilar la información referente a la población presente en las cuencas aportantes según el último censo (del 2005 y se proyectó al 2016 y 2046 por el método geométrico con una vida útil de 30 años para sistemas de aguas residuales - alcantarillados, como lo indica el RAS 2000) y se establecieron las tasas de crecimiento anual (DANE, 2015), las cuales promediadas se utilizaron para calcular las proyecciones de población (urbana y rural) en los centros poblados considerados, con intervalos de cinco (5) años (Tablas 4 y 5).
Tabla 4.
Datos de población en la zona de influencia del embalse
|
Municipios |
Urbana |
Rural |
|
Altamira |
2416 |
1175 |
|
El Agrado |
4586 |
3903 |
|
Garzón |
33455 |
36368 |
|
Gigante |
14230 |
13922 |
|
Paicol |
2025 |
3183 |
|
Tesalia |
4855 |
4019 |
|
TOTAL |
61567 |
62570 |
Nota: Datos de población del censo oficial del DANE de 2005.
Tabla 5.
Datos de población total proyectada de los seis (6) municipios en la zona de influencia del embalse
|
Año |
Urbana |
Rural |
|
2016 |
77380 |
78641 |
|
2046 |
144395 |
146697 |
- Residuos sólidos de origen municipal, dispuestos en botaderos de basura y provenientes de la población dispersa.
Se consideró el reporte nacional de los residuos generados a nivel municipal y departamental (SSPD, 2015) de los seis (6) municipios (Tabla 6) y un 34.29 % (población rural o población dispersa), donde los municipios de Altamira, El Agrado y Garzón hacen la disposición de residuos sólidos urbanos generados en una planta integral ubicada en el municipio de Garzón.
Para los municipios de Gigante, Paicol y Tesalia disponen de sus residuos en el relleno sanitario Los Ángeles en la ciudad de Neiva.
Se utilizaron los datos de población urbana y rural o población dispersa, y una tasa de producción de residuos sólidos de 8.266 kg / hab.día (definida para el Huila por parte de la SSPD), para establecer los aportes de nutrientes producidos en los seis (6) municipios de la zona de influencia del embalse El Quimbo.
La ecuación contemplada para la determinación de la carga total de nutrientes es:
CTN = Pi * TG * CS * FC * 365 (5)
donde:
CTNi: carga total de nutrientes para el año i, en kg/año
Pi: población para el año i
TG: tasa de generación (8.266 kg / hab. día)
CS: cobertura del servicio = 0.75 para una cobertura de 75%
FC: factor de carga = 0.006 kg P/ kg de residuos sólidos En la Tabla 6 se calcula que la carga total de nutrientes es de 194,81 kg/año generada en los seis (6) municipios.
La carga total de residuos de producción pecuaria se ha estimado en un 12.4.8% que llega al embalse. El ICA (2016) reporta 66974 cabezas de ganado vacuno y 7750 cabezas de equinos dentro y fuera del área del embalse El Quimbo (Tabla 7).
Tabla 6.
Carga total de nutrientes de los municipios de la zona de influencia (SSPD, 2015)
|
Municipios |
Tasa (Tn/dia) |
Pob. Urbana |
TG (kg/hab. día) |
CTN (kg/año) |
|
Altamira |
1.67 |
2416 |
0.6912 |
7.52 |
|
El Agrado |
2.24 |
4586 |
0.4884 |
10.08 |
|
Garzón |
25.35 |
33455 |
0.7577 |
114.08 |
|
Gigante |
8.57 |
14230 |
1.7563 |
38.57 |
|
Paicol |
1.54 |
2025 |
2.2178 |
6.93 |
|
Tesalia |
3.92 |
4855 |
2.3547 |
17.64 |
|
TOTAL |
61567 |
8.2662 |
194.81 |
Fuente: Autor
- Residuos de producción pecuaria
Para la proyección de los ganados (vacunos y equinos), en el horizonte del proyecto considerado, se establecen tasas de crecimiento del 2% y 1%.
Luego se determina la carga total de fitonutrientes se calcula con la ecuación:
CTNi = Ni * CE * FC *365
donde:
CTNi: carga total de nutrientes para el año i, en kg/año
Ni: número de cabezas de ganado para el año i
CE: carga de estiércol (kg estiércol día/cabeza)
FC: factor de carga (kg P /Mg estiércol)
Tabla 7.
Censo regional de Ganado vacuno y equino en la zona de influencia del embalse (ICA, 2016)
|
Municipios |
Cabezas de ganado |
Equinos |
|
Altamira |
8633 |
1000 |
|
El Agrado |
7080 |
1200 |
|
Garzón |
11992 |
3500 |
|
Gigante |
13836 |
1100 |
|
Paicol |
11130 |
300 |
|
Tesalia |
14303 |
650 |
|
TOTAL |
66974 |
7750 |
Fuente: Autor
- Escorrentía superficial
El factor de carga del fósforo queda establecido de acuerdo al tipo de cobertura vegetal existente (Tabla 8) en el área de influencia del embalse (con base en el mapa de uso actual de la tierras (IGAC, 1994; CIDIAT, 2012; INGETEC, 2008):
- Bosques multiestrata y riparios: (0.03 – 0.9) kg P/ha. año
- Rastrojo alto (matorrales): (0.03 – 0.9) kg P/ha. año
- Pastizales densos o arbolados: (0.02 – 0.08) kg P/ha. año
- Bosque secundario intervenido y/o Cultivos: (0.06 – 3.0) kg P/ha. año
El aporte total del fitonutriente se obtiene multiplicando la superficie (ha) por el factor de carga (kg/ha. año) para el tipo de cobertura considerado. Donde se estableció que el 100% de la carga de fósforo (P) que llega al embalse El Quimbo es de 184.09 Kg P/año (Tabla 8).
Tabla 8.
Carga del fósforo por escorrentía superficial
|
Tipo de cobertura |
Área Total (has) |
Factor carga kg P/ ha. año |
Carga Kg P/año |
|
Bosque Multiestrata |
818 |
0.03 |
24.54 |
|
Bosque Ripario |
842.1 |
0.08 |
67.378 |
|
Rastrojo Alto |
1 161.10 |
0.06 |
69.66 |
|
Pastos arbolados |
204 |
0.03 |
6.12 |
|
Bosque Secundario intervenido |
8.2 |
2.00 |
16.40 |
|
Total |
3 033.40 |
184.09 |
Fuente: Autor
- Biomasa del área de inundación
Las reservas de nutrientes producidas en el área de inundación del embalse el Quimbo están asociadas con la vegetación y están representadas por la biomasa superficial, madera, raíces y suelos. Al igual que para la escorrentía superficial, a partir del mapa de uso actual de la tierra generado por el IGAC (1994) e INGETEC (2008), se determinan las superficies con sus respectivos porcentajes, del tipo de cobertura vegetal existente en el área de inundación (Tabla 9).
Para la estimación de biomasa y nutrientes se establece un valor del fósforo en biomasa superficial de 0.65 kg /Mg. El aporte total de fósforo (P) en el área de inundación se determina en función de la biomasa superficial multiplicando el área de cada tipo de cobertura por los factores de carga. Se considera que el 25% de éste aporte total está disponible en el primer año de operación y durante el llenado del vaso; el restante 75% contribuirá durante los siguientes 15 años.
Tabla 9.
Cantidad de biomasa y madera a intervenir en el embalse El Quimbo
|
Tipo de cobertura |
Área Total (has) |
Volumen madera total a intervenir (m3) |
Biomasa total a extraer en el embalse (m3) |
Peso total de madera a intervenir (ton) |
|
Bosque Multiestrata |
818.0 |
678 875.9 |
681 256.27 |
548 523.39 |
|
Bosque Ripario |
842.1 |
185 009.4 |
185 758.84 |
133 241.22 |
|
Rastrojo Alto |
1 161.1 |
18 473.1 |
19 007.21 |
14 088.19 |
|
Pastos arbolados |
204.0 |
6 616.7 |
6 641.53 |
5 496.84 |
|
Bosque Secundario intervenido |
8.2 |
2 313.1 |
2 318.14 |
1 894.0 |
|
Total |
3 033.4 |
891 288.2 |
894 321.55 |
703 243.65 |
Fuente: Autor
El embalse El Quimbo tiene una longitud aproximada de 55 km medidos a la cota de nivel de 720 msnm, el ancho máximo es de 4 km y el ancho promedio de 1.4 km (Tabla 10). Para el cálculo de caudales medios en el sitio del proyecto se partió de la información de caudales medios del IDEAM, que reporta un caudal medio multianual para el sitio de presa, el cual es de 235.39 m3/s para el período 1972 – 2006, antes del llenado del embalse. El volumen útil normal es de 1824 hm³ (entre las cotas 720.0 a 690.0 msnm).
Para el análisis del riesgo de eutrofización durante el llenado del embalse se consideraron cinco (5) escenarios: 100%, 75%, 50%, 25% y 0% de deforestación en el área de inundación. Se calculó la carga de fósforo (P) aplicada (expresada en g/m² año) a partir de un espejo de agua del 50% del área máxima inundada por el vaso (8250 ha).
Tabla 10.
Niveles, con sus correspondientes áreas y volúmenes
|
Niveles Principales |
Cota (msnm) |
Volumen (hm3) |
Área (km2) |
|
Máximo normal (Volumen total) |
720.0 |
3 205 |
82.5 |
|
Medio de operación |
710.0 |
2 461 |
66.6 |
|
Mínimo normal de operación (Volumen muerto) |
690.0 |
1 381 |
42.2 |
|
Mínimo extremo de operación |
665.0 |
604 |
23.0 |
|
Fondo de río en el eje de la presa |
582.0 |
- |
- |
Fuente: Autor
Además, se consideró una profundidad media para los 82.5 km² de espejo de agua, el cual se verificó en la curva de Elevación - Área - Capacidad del vaso del embalse El Quimbo, con un nivel de cota media 710 msnm y de cota máxima normal de 720 msnm (Figura 2).
En el análisis del riesgo de eutrofización correspondiente a la fase de llenado se asume que:
El 50% del aporte total de fósforo (P) estimado para cada año está disponible en cada período simulado de un (1) año, partiendo desde el año 2016 (año en que entro en operación, estando lleno el embalse.
