Contaminacion de embalses
TIPOS DE ECOSISTEMAS ACUÁTICOS LOS EMBALSES
Entre las modificaciones más significativas que el hombre ha realizado en el ambiente en las últimas décadas está la construcción de embalses. La creación de un embalse implica el cambio brusco de un ecosistema terrestre a uno acuático. Y el cambio de un ecosistema lótico a uno lenítico
El primer paso es la inundación de un área terrestre que antes tenía una función social y económica. Este proceso implica un impacto sobre una población humana que debe relocalizarse y a menudo cambiar de hábitos de vida. A su vez, la zona que se va a inundar es un ecosistema natural cuyo valor ecológico debe ser cuidadosamente estudiado antes de ocasionar pérdidas irreparables
Un embalse es un centro colector de eventos, un híbrido entre un río y un lago
Los embalses son entonces sistemas abiertos, integradores de la cuenca total. Por lo tanto, la cuenca influenciará el cuerpo de agua y viceversa
Una definición clara y precisa de represa o embalsedebe considerar cuatro aspectos principales:
Su carácter de cuenca artificial. su condición de híbrido entre río y lago.
Su condición de vaso reactor. y su condición como centro colector de eventos
Los problemas en un lago o embalse provienen generalmente de
: la descarga de desechos orgánicos biodegradables. la descarga de nutrientes provenientes de aguas de desecho en general. a y b son fuentes puntuales. la contaminación no puntual de nutrientes originados principalmente de fuentes agrícolas la lluvia ácida, causada por contaminantes aéreos como SO2 y NOX. la descarga de sustancias tóxicas de fuentes industriales o agrícolas. las descargas termales y de material particulado
Algunas diferencias entre lagos y embalses son:
Los lagos son de origen natural. Mientras que los embalses son de origen artificial. los embalses tienen alrededor de 100 años. Mientras que los lagos más antiguos, entre 10.000 y 10’000.000 años. los lagos tienen una forma regular. Mientras que los embalses son generalmente dendríticos (con valores altos del índice de desarrollo de la línea costera. la profundidad máxima en los lagos está localizada cerca del centro. Mientras que en los embalses, la profundidad máxima se sitúa cerca de la presa.
La tasa de renovación de agua en los embalses es menor que en un río y, generalmente, mayor que en un lago. la organización vertical del lago y la horizontal del río quedan sustituidas por otra organización intermedia y característica, en la que es importante resaltar la asimetría entre la presa o dique y la cola del embalse, En los embalses se alteran los períodos de mezcla y estratificación propios de un lago a causa de los movimientos horizontales del agua y su tasa de renovación, que suelen ir acompañadas de cambios importantes en el nivel del agua y en los perímetros húmedos. si la finalidad del embalse es regular las salidas, entonces los cambios de nivel del agua son grandes para absorber la variabilidad de las entradas. Esta variabilidad afecta en grado diferente a los diversos estratos la producción primaria en los embalses depende menos del retorno a la superficie de los elementos nutritivos acumulados en las capas profundas y más de la alimentación superficial.
Los embalses presentan mayor sedimentación que los lagos. Por lo tanto, su agua es más turbia y de menor transparencia, lo cual puede llegar a contrarrestar el efecto del suministro de nutrientes a través de las entradas los sedimentos del fondo son de carácter autóctono en los lagos y de tipo alóctono en los embalses.
En general, el material autóctono se sedimenta en la zona limnética del embalse, mientras que el material alóctono se acumula cerca a la cola del mismo. Las comunidades de organismos en los embalses son de composición más pobre que en los lagos y cambian con mayor rapidez. en los embalses, la biomasa es menor y posee una tasa de renovación más elevada que los lagos la termoclina de los embalses presenta un gradiente menor y a veces se sitúa a profundidades mayores que en los lagos. el viento, que sopla generalmente en los embalses en el sentido de su eje longitudinal, puede tener mayor influencia en la irregularidad de la estratificación térmica.
Los embalses son ecosistemas forzados, con alto suministro de material nutritivo en superficie (fuentes alóctonas), desnitrificación en el hipolimnion anóxico y alta precipitación de fósforo y materia orgánica. Por ello, muchos embalses son prácticamente meromícticos y no circulan por debajo de la toma de agua.
La relación entre el perímetro de la línea costera y el área de la cuenca es mayor en embalses, ya que estos tienen un índice de desarrollo del perímetro mucho mayor que en los lagos. Para embalses de igual tamaño y de similar cantidad de precipitación tiene menor tiempo de residencia el que presente la mayor cuenca
Registro mundial de embalses
El rápido desarrollo industrial y tecnológico en los últimos cuarenta años ha fomentado la construcción de embalses como una de las principales fuentes de generación hidroeléctrica y suministro de agua para las poblaciones. Mermel (1989) presenta un listado actualizado de los 452 embalses más grandes del mundo Para ser incluido en ese listado, un embalse debe cumplir cualquiera de las siguientes características:
Tener una presa de mínimo 150 metros de altura. Un volumen de presa igual o superior a 15.000 x 103 m3.
Una capacidad de almacenamiento mínima de 25.000 x 106 m3. y generar mínimo 1.000 MW.
En América Latina la construcción de embalses para propósitos hidroeléctricos data de los años treinta.
En un reporte de las Naciones Unidas (1980) sobre el agua y el ambiente en América Latina, se registran cerca de 140 embalses con capacidades superiores a 100’000.000 m3.
Partes de un embalse concentral hidroeléctrica
En el perfil de un embalse se aprecian las partes que lo integran a la central generadora de energía:
Caudales
: representan la cantidad de agua que alimenta la central regulada por el embalse construido para tal propósito.
Presa
: es el muro de contención constituido en relleno o concreto, cuya estructura permite el represamiento de aguas. La altura de la presa varía de acuerdo con el tipo de embalse.
Torres de captación
Son estructuras controladas con compuertas cilíndricas diseñadas para captar los caudales requeridos para la generación de la central Túneles de conducción Llevan agua a presión para alimentar las unidades de generación en la casa de máquinas. En la parte inferior se construyen almenaras, cuya función es aliviar presiones de agua cuando se cierra una o varias turbinas. En este caso la almenara se llena de agua y se vacía cuando se abren de nuevo las turbinas
Casa de máquinas
Llamada también central. Puede estar localizada sobre la tierra o enterrada a varios cientos de metros de profundidad, dependiendo del tipo de embalse, de la clase de unidades de generación utilizadas y de la topografía del terreno. Básicamente existen dos tipos de unidades de generación: la Pelton, que se mueve por presión de caída del caudal sobre sus aspas, y la Francis, que no requiere caída sino volumen El agua utilizada sale luego por túneles de descarga y es normalmente vaciada de nuevo a su antiguo lecho. En represas muy profundas y con un tiempo de retención hidráulica muy largo, el agua sale por lo regular en condiciones anóxicas y cargada de ácido sulfhídrico. Este ácido es perjudicial para la vida en el río, especialmente en los primeros tramos de recorrido (que pueden ser kilómetros
Zonas de un embalse
Zona riberina (cola del embalse)
Las muestras obtenidas en esta zona contienen restos vegetales entremezclados con capas de sedimentos clásticos. Es decir, a partir del depósito o roca formada por los fragmentos preexistentes.
En esta zona la velocidad del flujo disminuye rápidamente, sedimentándose partículas de arena y limo gruesas, al igual que una porción del material orgánico particulado La zona riberina es por lo general poco profunda y bien mezclada y, en consecuencia, aeróbica.
La velocidad y la turbulencia del río disminuidas en esta zona no mantienen por mucho tiempo las algas en suspensión. Y la alta turbidez minimiza la penetración lumínica, por lo que la fotosíntesis es baja.
Estas algas son generalmente diatomeas de pared gruesa provenientes del perifiton del río. Estas algas resisten la alta abrasión durante el transporte por el río, pero se hunden rápidamente en un régimen de baja energía
Zona de transición (zona media del embalse)
En esta área se sedimentan arcillas y limos de tamaño grueso a medio, y materia orgánica particulada. Es una zona donde impera la anoxia, por el procesamiento biológico de materia orgánica particulada fina que puede agotar rápidamente el oxígeno hipolimnético
Zona lacustre (zona de presa)
Es la más profunda del embalse, con características similares a las de un lago. En esta zona predomina el plancton y disminuye la sedimentación del material inorgánico. La penetración de luz es suficiente para promover la producción primaria. En esta zona existe limitación potencial de nutrientes. Y la producción de materia orgánica excede el procesamiento de la misma dentro de la zona de mezcla
Los embalses en Colombia.-
Los embalses están localizados sobre cuencas alteradas y de gran importancia socioeconómica. Como consecuencia se encuentran sumamente modificados, bien sea por procesos acelerados de colmatación y eutrofización por la llegada de materiales alóctonos provenientes de la cuenca. O por materiales autóctonos provenientes del metabolismo interno.
Casi todos los esquemas de instalación hidroeléctrica de acuerdo con el método de almacenamiento de agua son de tipo pasivo.
Esto quiere decir que una corriente de agua es represada para crear un embalse.
Los flujos y niveles de agua son controlados en la represa para proveer energía para las turbinas y mantener el flujo de agua hacia los tributarios
El segundo esquema para generación hidroeléctrica es el de almacenamiento por bombeo. En el cual el agua es impulsada desde una fuente baja (utilizando energía hidroeléctrica) a un embalse alto.
Un ejemplo de este tipo lo constituye el embalse La Fe en el municipio del Retiro, en el departamento de Antioquia, Colombia.
Aprovechamientos en cadena son pocos en Colombia
Se pueden citar dos casos: en Antioquia el caso del río Nare, que alimenta los embalses El Peñol y San Lorenzo. Y el río Guatapé, que surte los embalses Las Playas y Punchiná
Con la altitud disminuyen las temperaturas medias del agua y la conductividad eléctrica. Mientras que la concentración de oxígeno disuelto y el porcentaje de saturación se incrementan.
Los embalses asociados con proyectos hidroeléctricos en Colombia presentan un amplio rango altitudinal
En cuanto a área, los embalses colombianos son altamente variables Los tiempos de residencia altos implican
: Mayor tiempo para la sedimentación de sólidos. Una zona fótica mayor. Más tiempo para la descomposición de material orgánico. Y por tanto, mayor demanda bioquímica de oxígeno.
La demanda bioquímica de oxígeno es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos, que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión La mayoría de los embalses colombianos tienen profundidades máximas menores de 50 m. A mayor profundidad se espera que existan zonas de baja circulación, menor oxigenación y mezcla.
Igualmente, muestran fluctuaciones altas de nivel y volumen variable
Consideraciones básicas sobre los embalses
La construcción de grandes embalses en todo el mundo comenzó en 1915. A causa del surgimiento de recursos técnicos necesarios y al incremento de las necesidades de energía.
Los fines para los cuales se construyen los embalses son los siguientes:
Regulación del suministro de agua para la agricultura en lugares de pluviosidad fluctuante o irregular. Irrigación de tierras alejadas de la red hidrográfica principal, Obtención de energía eléctrica. Y suministro de agua potable a ciudades o industrias. La mayoría de embalses construidos en Colombia se ajustan al tercer y cuarto fin. Actualmente muchos de estos embalses son, además, utilizados para recreación y turismo. Por lo que se han convertido en embalses multipropósito
Tabla7.3 Efectos producidos por la construcción de embalses
Efectos positivos | Efectos negativos |
Producción de electricidad | Reubicación de poblaciones |
Retención de agua | Emigración de personas hacia la zona de construcción |
Creación de sistemas para purificación de agua | Problemas de salud pública |
Recreación | Pérdida de especies nativas de peces |
Turismo | Pérdida de áreas inundadas |
Aumento de las reservas de agua | Pérdida de biodiversidad en los ríos |
Navegación y transporte | Barreras para la migración de peces |
Aumento de potencial de irrigación | Efectos en la composición química del agua |
Regulación de crecientes | Disminución del flujo de agua |
Aumento de S02 y C02 en el fondo de embalses estratificados | |
Pérdida de valores estéticos | |
Pérdida de valores y de referencias culturales, de tierra para la agricultura Degradación de la calidad del agua | |
Pérdida de monumentos y valores históricos |
Si por un lado los embalses producen efectos negativos en el ambiente natural, por el otro lado existen ganancias económicas con la implementación de los múltiples usos de los embalses.
El tiempo de vida de una represa puede calcularse con bastante exactitud
Al igual que los procesos evolutivos que ocurren, lo cual está en íntima relación con su situación geográfica, su altitud sobre el nivel del mar, la o las cuencas hidrográficas que capta y su contexto diversificado de concentración industrial, económica y poblacional.
Las organizaciones vertical y horizontal de los ecosistemas no son independientes y tienen características comunes. El intercambio asimétrico de partículas en suspensión y organismos vivos o muertos a través de cualquier frontera arbitraria, permite distinguir subsistemas o compartimentos con función complementaria.
Los gradientes verticales son más acentuados si en las diferentes profundidades se distribuyen corrientes de advección, como resultado de la estratificación producida por la entrada de agua más densa y fría a partir de los afluentes.
La presencia de un banco de macrofitas en la cola de los embalses o en los afluentes principales funciona como un filtro adecuado a la entrada de nutrientes a partir de los tributarios
Los resultados de un aumento en el suplemento de nutrientes en los cuerpos de agua, conocidos como eutrofización artificial o cultural, por medio de algún tipo de actividad humana, pueden medirse en ecosistemas de agua dulce y particularmente en embalses debido a la respuesta dada por las variables físicas, químicas y biológicas
Los embalses presentan fronteras al igual que cualquier otro tipo de ecosistema acuático.
Los ecólogos siempre se han interesado por tales fronteras, ecotonos o ecotonías. Las fronteras bien marcadas resultan de distribuciones opuestas de los gradientes cruzadas a modo de tijera, de factores ambientales diferentes o complementarios. Por ejemplo, densidad y temperatura, oxígeno y CO2
Los mejores ejemplos en los lagos y embalses se refieren a fronteras a manera de estratos aproximadamente horizontales. Por ejemplo, los termoclinos resultan de la disminución de la energía turbulenta, originada en la superficie al chocar contra la frontera constituida por capas de diferente viscosidad y densidad.
El límite inferior en la distribución de las macrofitas en un embalse se asocia con valores precisos de disminución de un gradiente de luz decreciente con un gradiente de presión hidrostática.
Los máximos profundos de clorofila resultan de la intersección entre un gradiente vertical decreciente de iluminación, contrastado contra un gradiente opuesto en las concentraciones de fósforo, nitrógeno y sílice Otros ejemplos de fronteras activas son las existentes entre el sedimento y el agua, donde pequeños animales desempeñan un papel mecánico importante que estimula el intercambio e introduce heterogeneidades en el plano horizontal.
En la margen de las represas ocurren gradientes físicos y químicos acentuados, lo que le confiere el carácter de fronteras tanto a la interfase aire-agua como a la presa misma
Factores limnológicos en los embalses
Se considera que los factores que influyen en la limnología de los embalses son el sitio donde se localiza la presa con relación al continuo del río y el tiempo de retención.
Otros factores importantes
Son: las características climáticas de la región. el ciclo hidrológico. y las características técnicas de construcción de la represa como altura de la presa, altura de la toma de agua por las turbinas, número y posición de los vertederos y profundidad máxima en la presa.
Localización en el continuo del río
De acuerdo con el concepto de río continuo existe un gradiente continuo de condiciones físicas desde la cabecera hasta la boca de los sistemas lóticos no perturbados. Que comprende la adaptación de las comunidades bióticas a la dinámica física de las condiciones circundantes.
Esto comprende una sustitución continua de especies tanto en el tiempo como longitudinalmente, durante la cual se establecen comunidades con diferentes patrones de manejo de la energía, representada por las entradas de materia orgánica. En general, las comunidades de abajo tienden a ser más eficientes en el uso de las entradas de materia orgánica que aquellas localizadas río arriba.
Este concepto es una herramienta conceptual válida para el estudio y la comprensión del funcionamiento de los sistemas lóticos poco perturbados y de tamaño pequeño a mediano.
Cuando una represa se construye en algún punto a lo largo de un río, se rompe la estructura de este río como un sistema continuo. Los efectos del embalsamiento están determinados por su posición en el río. Es decir, por el orden de la corriente. Un embalse localizado en la parte alta del río y sobre un afluente de bajo orden será alimentado por un pequeño arroyo de montaña con flujo, temperatura, cargas de materia orgánica, contenido de sales y plancton con valores y concentraciones bajas, y un conjunto de peces característico de estas condiciones. Existirá una alta pluviosidad, humedad y rangos de insolación, no habrá contaminación antrópica y tendrá una pendiente alta. Y por lo tanto, dicha represa será profunda, oligotrófica y estratificada
Un embalse situado en la mitad del continuo presentará un flujo medio, una declividad moderada, temperaturas medias, cargas de materia orgánica natural (y antrópica) y sales incrementadas, alguna turbidez, fitoplancton desarrollado y un conjunto de peces que pueden sobrevivir en agua “estancada”. La limnología de este embalse, en lo referente a estratificación, profundidad y tiempo de retención, dependerá de la morfología del valle. Los embalses construidos en ríos de tierra baja con poca declividad se caracterizarán por amplias áreas de inundación, extrema variabilidad horizontal, humedales bien desarrollados y áreas extensivas y poco profundas de vegetación riparia. Este embalse será eutrófico, con altas cargas de materia orgánica natural que probablemente contribuirán a un hipolimnion anóxico.
Si el vaso es poco profundo será mezclado y la estratificación se desarrollará únicamente en sitios donde la profundidad exceda aquella hasta donde llega el efecto del viento
Tiempo de retención (R)
Se define teóricamente como: R = V / Q (en días) Donde: V es el volumen en m3. Y Q es el flujo medio anual en m3d-1. También se conoce como tiempo de residencia del agua, tiempo de retención hidráulica, tasa de retención o tasa de flujo.
Si el tiempo de retención es calculado para intervalos temporales más cortos que un año, se suele indicar el período. Por ejemplo, R I-IV para el período enero-abril. Dada la misma geografía, R constituye una importante expresión comparativa entre embalses
La diferencia entre embalses con diferente R se refleja en su química y biología
Así como también se refleja en los movimientos del agua, la estratificación, la zonación horizontal, la mezcla vertical y los flujos internos. Cuando R es menor que 10 días, el embalse total puede considerarse como zona de río, con alta homogeneidad en tasas de flujo y en distribución de la temperatura, tanto vertical como horizontalmente En un embalse con 10<><100 se=»» desarrollará=»» estratificación=»» con=»» separación=»» vertical=»» de=»» las=»» capas=»» superficiales=»» mezcladas=»» por=»» el=»» viento,=»» con=»» una=»» mezcla=»» intensiva=»» de=»» los=»» estratos=»» más=»» superficiales=»» y=»» presencia=»» definida=»» de=»» las=»» zonas=»» riberina,=»» de=»» transición=»» y=»»>100>
En algunos casos, con el incremento de las tasas de entrada de agua se formarán corrientes de densidad que avanzarán en línea recta hasta la profundidad de igual densidad hacia la salida
En un embalse con R mucho mayor que 100 días se desarrollará una estratificación típica. Pero con parcelas de agua transportadas desde las entradas hacia las zonas más profundas, para sustituir los volúmenes de agua que salen a través de las salidas situadas a esta profundidad
Efecto del tiempo de retención (R) en las variables físicas y químicas.-
En general, a mayor tasa de flujo menor temperatura y menor contenido calórico en el cuerpo de agua, pues tenderá a ser polimíctico. La duración de la estratificación será menos pronunciada y estará más sujeta a variabilidad al azar en los factores de fuerza, particularmente en lo referente al flujo.
Además, los tiempos de retención bajos disminuyen las tasas de sedimentación y la profundidad de la zona fótica. Cuando R se incrementa, la duración de los flujos superficiales y de fondo se reduce, predominan los flujos intermedios, y se atrapan tanto el fósforo total como el ortofosfato provenientes de la sedimentación de las algas. Cuando R es mayor que 30 días, se retiene entre el 70 y el 90% del fósforo en los embalses. Mientras que cuando R es menor de 30 días, la retención de este cae a menos del 10%
Efecto del tiempo de retención (R) sobre la biología acuática
Se ha propuesto modelar el fitoplancton como un cultivo continuo. En un cultivo de este tipo, una entrada constante de nutrientes mantiene el crecimiento algal a una tasa que se incrementa con el tiempo de retención por la alta carga de nutrientes, pese a la pérdida de biomasa incrementada por el lavado hidráulico. Esto continúa hasta un cierto valor de R cuando la ganancia de biomasa por crecimiento ya no compensa más las pérdidas por lavado hidráulico
La variabilidad del tiempo de residencia puede ser aprovechada como forma de control del grado de trofía del embalse y, consecuentemente, de la densidad planctónica. Los trabajos prácticos de Dickman (1969) mostraron que en embalses con bajos tiempos de retención, el fitoplancton estaba conformado por organismos con tasas altas de generación para compensar las pérdidas por lavado hidromecánico
En los embalses con altos tiempos de residencia, los organismos invirtien su energía en crecimiento más que en reproducción, para compensar las pérdidas por sedimentación y herbivoría. En general, con base en investigaciones realizadas en embalses checos y australianos, la biomasa fitoplanctónica disminuye cuando R es menor que 30 días, a pesar de que existan altas tasas de crecimiento.
Esto ocurre por las pérdidas altas ocasionadas por el flujo. La baja producción primaria del fitoplancton, en este caso, se debe a las biomasas disminuidas que pueden no ser completamente compensadas por las altas tasas de crecimiento de las algas
No existe evidencia clara de la influencia del tiempo de retención en la comunidad zooplanctónica.
Se ha sometido a prueba la hipótesis de que la eficiencia en la transferencia de energía del fitoplancton hacia el zooplancton declina a medida que el tiempo de retención se incrementa.
Sin embargo esto no ha sido comprobado completamente. Otras investigaciones sugieren que la tasa de reproducción del zooplancton disminuye con el incremento de R.