CAPITULO 20

DISEÑO Y EVALUACIÓN DE REDES HIDROLÓGICAS 20.1 Conceptos generales sobre el diseño de redes Una red de datos hidrológicos en el conjunto de las actividades relativas a la recolección de datos, diseñados y procesados para lograr un objetivo único o un conjunto de objetivos compatibles. Frecuentemente, estos objetivos están asociados a un uso particular que se conoce antes de realizar las tareas de recolección de datos, por ejemplo, en lo referente a la evaluación de los recursos hídricos de antemano se tiene un plan de desarrollo o un diseño de proyecto. Por un lado, una estación hidrológica particular o un medidor pueden estar incluidos en mas de una red, si sus datos se utilizan para más de Un objetivo: esta opción es la más frecuente en la mayor parte del mundo. Por otro lado, una red única puede consistir en varios tipos de estaciones o medidores, si todas contribuyen con información que conduzca a lograr el objetivo de la red. Por ejemplo en redes cuya función es la alerta de crecidas, podrían incluirse pluviómetros y aforos de caudales. El término red es frecuentemente utilizado en un sentido menos riguroso. A menudo se habla de red de aguas superficiales, red de aguas subterráneas, red de precipitaciones o red de calidad de aguas cuando se refiere a un grupo de instrumentos y estaciones que no tienen coherencia en sus objetivos. Bajo esta definición tan poco rigurosa, los sitios de recolección de datos en una red pueden aportar resultados que son usados para fines muy diferentes. Esta desigualdad de usos es mas que una mera particularidad semántica. Pueden ocasionar confusión y falsas expectativas cuando se examinan los programas de observación entre gestionarios e hidrólogos. En teoría, un diseño de red debería estar basado en una maximización del valor económicos de datos que serán recogidos. No obstante, en realidad no sucede esto; cuando hay que tomas una decisión sobre los recursos hídricos, en la mayoría de los casos, no se considera el impacto económico de los datos hidrológicos. Las decisiones sobre todo se basan en los datos disponibles y no examina la posibilidad de aplazar la decisión para aplazar más datos. Sin embargo, varios ejemplos, que son excepciones a esta regla general, están contenidos en la publicación de la OMM, titulada Cost-benefic Assesment Techniques and User Requirements for Hidrological Data(1) en Economic and Social Benefist of Metereológical and Hydrological Servicio (2). Los diseños de red están generalmente basados en medidas sustitutivas de las economías o en orientaciones, como las presentadas seguidamente en este capítulo, en lugar de basarse en un análisis económico completo. 20.1.1 Definición de diseño de red El diseño completo de una red responde a las siguientes preguntas concernientes a la recolección de datos hidrológicos:

a) Qué variables hidrológicas de deben observar? b) Donde se deben observar? c) Con qué frecuencia se deben observar? d) Cual es la duración del programa de observación? e) Cuan precisas deben ser las observaciones?

Para responder a estas preguntas, el diseño de una red puede ser conceptualizado como una pirámide, como la de la figura 20.1. La base de la pirámide es la ciencia de la hidrología. En general si no se tiene un profundo conocimiento hidrológico de la zona en la cual la red se establecerá, las probabilidades de que la red resultante proporcione información efectiva serán pocas. Ese conocimiento hidrológico proviene del estudio y de la experiencia, no habiendo sustituto de la experiencia cuando se esta iniciando una red hidrológica en una zona donde los datos históricos disponibles son pocos o no existen. El lado derecho de la pirámide tiene que ver con los métodos cuantitativos pasa paliar la incertidumbre hidrológica, incertidumbre que siempre existirá debido a errores en las mediciones y a errores causados por el muestreo en espacio y tiempo. La información hidrológica perfecta no puede existir nunca Las descripciones probabilísticas de estos errores son los medios mas efectivos de tratar con la incertidumbre resultante. La teoría de la probabilidad suministra los teoremas y el lenguaje para hacerlo y también proporciona el conocimiento necesario para el uso apropiado de las herramientas estadísticas. En la figura 20.1, las herramientas estadística están representadas por la teoría del muestreo y por los análisis de correlación y regresión, que son los más usados en las aproximaciones de diseños cuantitativos dé redes. Sin embargo, hay muchas otras herramientas estadísticas

similares que pueden ser útiles en el diseño y análisis de redes. El umbral de la incertidumbre es el análisis bayesiano, que aborda el nivel de incertidumbre en las descripciones de incertidumbres hidrológicas. En otras palabras, las descripciones probabilísticas de la incertidumbre basadas en el análisis de muestreos finitos de datos hidrológicos. son inciertas en sí mismas. La reducción de la incertidumbre sobre la propia incertidumbre, es el aspecto más importante que permitirá valorizar al máximo toda la información contenida en los datos que la red generará. La columna en la mitad de la estructura, denominada teoría de la optimización, con frecuencia se incluye taxonométricamente como una parte del análisis socio económico. No obstante, en ausencia de ese análisis, a menudo se utiliza igual la teoría de la optimización en el diseño de redes hidrológicas, y es por eso que está in-cluida aquí componente separado de la estructura. Esta teoría comprende un conjunto de programas matemáticos cada uno con su propio grado de utilidad y defectos matemáticos que se presentan como recursos operativos. El contexto de los problemas que surgen al diseñar la red determina el programa matemático que podría utilizarse en una situación determinada. Con frecuencia, la selección entre dos diseños de red se debe hacer basándose en otros criterios, porque no existen las herramientas adecuadas de optimización o porque se requieren muchos recursos informáticos para que realmente sean eficaces.

En la cumbre de la pirámide está la teoría de la decisión, mecanismo formal que permite integrar todos los componentes mencionados. En el diseño de redes no es necesaria la aplicación de la teoría de la decisión y en la mayoría de las circunstan-cias ni siquiera es posible. Sin embargo, el conocimiento de sus premisas y pretextos puede hacer más consciente al diseñador de la red de los impactos de sus decisiones finales. El lado izquierdo de la pirámide representa un grupo mal definido de técnicas bajo y el título de análisis socioeconómico. Además de las ciencias sociales y económicas, esta parte de la estructura del diseño de la red incluye la ciencia política e incluso la política. Esta última desempeña un papel muy importante al realzar los beneficios potenciales del agua, así como también los valores definitivos de la información de la red. Este lado izquierdo es la parte de la estructura que generalmente recibe la menor consideración en el diseño de la red de datos y es probablemente atribuible a dos causas: el tema es difícil de examinar en una forma matemática, objetiva; un examen sustantivo requiere la síntesis de la información proveniente de varias disciplinas, además de la hidrología o la ingeniería de los recursos hídricos. De esta forma, un diseño de red que incluya un análisis socioeconómico importante resultara probablemente costoso y requerirá mucho tiempo. No obstante, se debe tener en mente, al diseñar la red, la influencia que los datos tienen sobre el mundo real, incluso de manera subjetiva. 20.1.2 Métodos de substitución

Como el diseño completo de una red es difícil o imposible de realizar, se usan medidas sustitutivas de aproximación de objetivos o criterios, con el fin de resolver los problemas que plantean los diseños de red. Por ejemplo, una sustitución común es maximizar el contenido en información de una red en lugar de optimizar el valor económico de los datos. Los estudios han demostrado que si la información es utilizada debidamente, puede contribuir al valor económico resultante de una decisión. Cuanto más información se tenga, mejor será la decisión. Sin embargo, el impacto económico de la información no está linealmente relacionado con su magnitud y el valor marginal de la información adicional disminuye con la cantidad de información disponible. Así, el uso de estos criterios sustitutivos puede conducir a los servicios hidrológicos en la dirección correcta sólo si se dispone de muy poca información hidrológica; pero su uso puede causar una recolección de datos excesivos si la región de interés ya tiene una información básica adecuada.

¡ Además de las técnicas analíticas básicas que son las principales en cuanto a métodos sustitutivos en el diseño de una red, existen las siguientes: análisis cartográfico, métodos de correlación y regresión, modelos probabilísticas, modelos determinísticos y técnicas de regionalización. Cada método tiene su aplicación particular y la elección depende de las limitaciones de los datos disponibles y del tipo de problemas en consideración. Muy a menudo, se combinan las diferentes técnicas en ciertas aplicaciones. La publicación de la OMM titulada Casebook on Hydrological Network Design Practice [3] contiene aplicaciones de estas técnicas como un medio de determinar los requerimientos de una red. Otros ejemplos están contenidos en otras publicaciones [4-6]. 20.1.3 La red básica El valor de los datos que derivan de una red depende de la utilización ulterior. Sin embargo, muchos de los usos de los datos hidrológicos no son evidentes en el momento del diseño de la red y, por ello, no pueden ser usados para justificar la recolección de datos específicos que, posteriormente, pueden ser de gran valor. De hecho, si a priori fueran requeridas justificaciones económicas, se recogerían unos pocos datos hidrológicos. No obstante, las sociedades modernas consideran la información como una mercancía que, como los seguros, debe ser adquirida para protegerse ante un futuro incierto. Esta inversión en el caso de los datos hidrológicos es la red básica, que es establecida para proveer la información hidrológica necesaria para futuras decisiones no previstas en materia de recursos hídricos. La red básica debería suministrar un nivel de información hidrológica suficiente en cualquier lugar dentro de su región de aplicabilidad, para evitar cualquier error grave en la toma de decisión relativa a los recursos hídricos. Para conseguir esto, por lo menos tres criterios deben abarcarse: a) se debería disponer de un sistema para transferir la información hidrológica desde los sitios en los que se recogen los datos hasta cualquier otro lugar en el área; b) también debería existir un medio para estimar la cantidad de información hidrológica en cualquier sitio (o de lo contrario la incertidumbre); y c) el conjunto de decisiones debería incluir la opción de recoger más datos antes de que se tome la decisión final. 20.1.3.1 La red mínima La primera etapa, en la creación de una red hidrológica, debería ser el establecimiento de una red mínima. Esta red debería estar compuesta por el mínimo número de estaciones que la experiencia colectiva de servicios hidrológicos de diversos países han indicado como necesaria para iniciar la planificación del desarrollo económico de los recursos hídricos. La red mínima evitará serias deficiencias en el desarrollo y explotación de recursos hídricos en una escala equivalente al nivel de desarrollo económico del país. Debe ser desarrollada tan rápidamente como sea posible, incorporando las estaciones existentes según proceda. En otras palabras, la red mínima proporcionará la estructura básica de la red en expansión, para atender futuras necesidades en ámbitos específicos. Cabe destacar que la red mínima no permite la formulación de planes de desarrollo detallados ni puede responder a las numerosas necesidades de una región desarrollada en materia de explotación y gestión de los recursos hídricos. 20.1.3.2 Expansión de la base de información Una vez que la red mínima funciona, pueden formularse relaciones hidrológicas regionalizadas, interpretarse la información obtenida y los modelos matemáticos, para estimar las características hidrológicas generales, incluidas las precipitaciones y las escorrentías en cualquier lugar de la región. La red básica de estaciones de observación debería ser ajustada permanentemente hasta que las relaciones hidrológicas regionales puedan ser desarrolladas en zonas desaforadas para que proporcionen el nivel apropiado de información. En la mayoría de los casos, este ajuste resultará en un incremento de la densidad de estaciones hidrológicas. Sin embargo, no siempre sucede así; ya que los modelos son usados para transferir la información desde los sitios aforados a los no aforados, la calidad del modelo es también un factor determinante de la densidad de la red básica. El mejor modelo podrá alcanzar un nivel dado de información regional con menos datos que un modelo menos bueno. En una situación extrema, el modelo regional podría ser tan bueno que pudiera reducirse el nivel de datos recogidos por una red básica. Teniendo en cuenta la gran dependencia de las estaciones en una red básica, es muy importante que los registros provenientes de todas las estaciones sean de alta calidad. Incluso si la instalación de una estación es adecuada, sus registros pueden resultar de poco valor si no funcionan correctamente. Las actividades continuas pueden dificultarse, especialmente en períodos de 20 años o más. Una red mínima, cuyas estaciones están abandonadas o irregularmente explotadas, tendrá reducida su densidad

efectiva y así se convertirá pronto en una red mínima inadecuada. Por esta razón, se debería prestar especial cuidado no sólo en establecerlas sino también en aprovisionarlas para el funcionamiento continuo y para verificar la fiabilidad y la exactitud de los registros recogidos. El diseño y establecimiento de redes básicas supone consideraciones tanto económicas como técnicas y por ello no debería ser excesivo el número de estaciones explotadas por períodos indefinidos. Por consiguiente, debería ser adoptado un procedimiento de muestreo para maximizar la efectividad del costo de una red básica. Un enfoque de este tipo permite clasificar las estaciones en básicas o principales y en secundarias. Las estaciones secundarias son explotadas por períodos lo suficientemente largos para crear una relación estable (en general mediante una correlación> con una o más estaciones básicas. Una nueva estación secundaria puede luego establecerse con el equipo y los fondos que servían para el sitio de medición anterior. Los registros en las estaciones de medición abandonados pueden ser reconstruidos mediante los registros de las estaciones básicas y en base a las relaciones interestaciones. A menudo, puede ser necesario reestablecer las estaciones secundarias si se considera que las condiciones han cambiado en la estación secundaria o en las estaciones básicas relacionadas. El carácter permanente de las estaciones principales en la red básica es fundamental para la vigilancia a largo plazo de las tendencias en las condiciones hidrológicas de una región. Esto es particularmente importante a la luz de los cambios po-tenciales en el ciclo hidrológico, que podrían ser causados por los cambios en los usos de la tierra o por el aumento del efecto invernadero de la estratósfera. 20.1.4 Diseño de redes integradas El ciclo hidrológico es continuo y sus interconexiones permiten la transferencia parcial de la información obtenida en una parte del ciclo hacia otra. La eficiencia de dichas transferencias es proporcional al grado de conocimiento hidrológico incluido modelos matemáticos utilizados para calcular la transferencia del agua (y la información) entre las panes del ciclo. Por ejemplo, los registros de precipitación en una cuenca de drenaje o cerca de ella permiten la reconstrucción de registros de flujo fluvial durante períodos en los que funcionan mal los aforos de caudal, si ha sido calibrado un modelo válido de precipitación—escorrentía durante el tiempo en que todos los medidores estuvieron funcionando bien. La observación de un pozo de agua subterránea puede tener una función similar durante el mal funcionamiento de los aforos de caudal, si el nivel freático del acuífero está directamente conectado al curso de agua. Hasta hoy, poco se ha hecho para incluir estas interacciones en el diseño de res de manera explícita. En principio, cuando se diseña una red para calcular los re-nos hídricos, por ejemplo, debería complementarse con los pluviómetros y con aforos de caudales utilizados en una red de predicción de crecidas. Si el balance económico entre las dos redes puede definirse, podrían optimizarse conjuntamente y esperar que ambas produzcan la información máxima. A pesar de este defecto tecnológico, las redes deberían ser diseñadas iterativamente y los resultados de un diseño red deberían servir de punto de partida para nuevos diseños. Tomando el ejemplo anterior, esto puede explicarse de la siguiente manera: la red de predicción crecidas probablemente tendrá en determinados lugares aforos de caudales y plu-5metros para obtener la información requerida. Como la evaluación de los recursos hídricos en general tiene exigencias menos específicas en cuanto a sus fuentes de formación, es probable que numerosas estaciones que forman parte de una red de predicción de crecidas puedan incorporarse en la red de evaluación y ser usadas como datos iniciales para su diseño. Este enfoque iterativo se utiliza particularmente ando se están diseñando redes con objetivos generales, como la red básica, a par-de redes con demandas de información más restringidas. Las redes con demandas más restringidas incluyen estaciones de referencia, cuencas representativas y les para fines operativos. 20.1.4.1 Estaciones parafines operativos s estaciones pueden establecerse para fines específicos como el funcionamiento embalses, riego, navegación, monitoreo de la calidad del agua, predicción de cretas o investigación. Las estaciones de referencia también pertenecen a esta categoría. El tiempo de funcionamiento de las estaciones especiales está relacionado al propósito para el cual fueron instaladas. En algunos casos, el propósito especifico para el que sirven, puede requerir observaciones relativas a sólo un aspecto de un elemento, o estar confinadas a una estación del año. Por ejemplo, una estación hidrométrica puede estar equipada de una escala de máximos para registrar solamente el nivel más alto de una crecida un pluviómetro registrador para la medición de la precipitación total durante estación. Si bien estas estaciones pueden tener una función importante, no suHasta hoy, poco se ha hecho para incluir estas interacciones en el diseño de redes de manera explícita. En principio, cuando se desafía una red para calcular los recursos hídricos, por ejemplo, debería complementarse con los pluviómetros y con los aforos de caudales utilizados en una red de predicción de crecidas. Si el balance económico entre las dos redes puede definirse, podrían optimizarse conjuntamente y esperar que ambas produzcan la información máxima. A pesar de este defecto tecnológico, las redes deberían ser diseñadas interativamente y los resultados de un diseño de red deberían servir de punto de partida para nuevos diseños. Tomando el ejemplo anterior, esto puede explicarse de la siguiente manera: la red de predicción de crecidas probablemente tendrá en determinados lugares aforos de caudales y pluviómetros para obtener la información requerida. Como la evaluación de los recursos hídricos en general tiene exigencias menos específicas en cuanto a sus fuentes de información, es probable que numerosas estaciones que forman parte de una red de predicción de crecidas puedan incorporarse en la red de evaluación y ser usadas como datos iniciales para su diseño. Este enfoque interativo se utiliza particularmente cuando se están diseñando redes con objetivos generales, como la red básica, a partir de redes con demandas de información

más restringidas. Las redes con demandas más restringidas incluyen estaciones de referencia, cuencas representativas y redes para fines operativos. 20.1.4.1 Estaciones para fines operativos Las estaciones pueden establecerse para fines específicos como el funcionamiento de embalses, riego, navegación, monitoreo de la calidad de] agua, predicción de crecidas o investigación. Las estaciones de referencia también pertenecen a esta categoría. El tiempo de funcionamiento de las estaciones especiales está relacionado al propósito para el cual fueron instaladas. En algunos casos, el propósito específico para el que sirven, puede requerir observaciones relativas a sólo un aspecto de un elemento, o estar confinadas a una sola estación de] año. Por ejemplo, una estación hidrométrica puede estar equipada de una escala de máximos para registrar solamente el nivel más alto de una crecida o de un pluviómetro registrador para la medición de la precipitación total durante una estación. Si bien estas estaciones pueden tener una función importante, no suministran los datos necesarios para un análisis hidrológico general, y consecuentemente estas estaciones pueden o no estar incluidas en una red básica hidrológica. 20.1.4.2 Estaciones de referencia. Cada país y cada región natural en los grandes países debería tener una estación de referencia que suministre una serie continua de observaciones de las variables hidrológicas y climatológicas relacionadas. Las estaciones de referencia hidrológicas deberían estar en zonas relativamente libres de la influencia de cambios antropógenos pasados o futuros. Como la principal característica de las estaciones de referencia son los largos registros, se deberían considerar las estaciones existentes para saber si alguna de ellas puede desempeñar esta función. Las estaciones climatológicas de referencia se denominan en general estaciones de referencia. 20.1.4.3 Cuencas representativas. En cada región natural es deseable una cuenca representativa, especialmente en aquellas regiones donde se prevé un gran crecimiento económico o en las que se plantean los problemas hidrológicos más complejos. En su forma más sencilla, estas cuencas permiten el estudio simultáneo de la precipitación y la escorrentía, ayudando así a compensar los cortos períodos de observación y las redes mínimas de baja densidad. 20.1.5 Análisis de una red En la figura 20.2 se indican las etapas que deberían efectuarse durante una revisión y el nuevo diseño de una red hidrológica existente. Dichas revisiones deberían ser efectuadas periódicamente para aprovechar la reducción de la incertidumbre hidrológica obtenida con los datos adicionados desde el último análisis de red y para adaptar la red a cualquier modificación socioeconómica que pueda haber ocurrido. Las etapas del análisis figuran seguidamente. Organización institucional Se deben definir e identificar las funciones y los objetivos de todas las organizaciones involucradas en los diversos aspectos de la explotación de recursos hídricos, en particular sus responsabilidades legislativas. Entre estas organizaciones deberían mejorarse los medios de comunicación para asegurar la coordinación e integración de las redes de recolección de datos.

Finalidad de la red Deben identificarse las finalidades de la red, en lo referente a usuarios y usos de datos. Los usuarios y los usos de datos pueden variar en el tiempo y en el espacio. Existe también una necesidad de identificar las necesidades potenciales futuras y tenerlas en cuenta al diseñar la red. Objetivos de la red Un objetivo o una serie de Objetivos, basados en la finalidad de la red, deberían establecerse según la información requerida. Sería útil determinar las consecuencias de no poder suministrar esta información. Establecimiento de prioridades Si hay más de un objetivo, se necesitan establecer las Prioridades para la evaluación posterior. Si todos los objetivos pueden lograrse en el marco de] Presupuesto previsto no es necesario. No obstante, sino es así pueden desistir de los objetivos de menor prioridad. Evaluación de redes existentes La información de las redes existentes debería ser compilada e interpretada para determinar si las redes logran los objetivos. Esto podría incluir comparaciones con Otras cuencas y/o redes. Diseño de red Según la información disponible y los objetivos definidos, las técnicas más apropiadas de diseño de red deberían ser aplicadas. Estas pueden ser características hidrológicas sencillas, relaciones de regresión o análisis de red más complejos, usando métodos generalizados de mínimos cuadrados (NAUGLS). Optimización de las operaciones

Una porción importante del costo de la recolección de datos está contenida en los procedimientos operacionales. Éstos incluyen los tipos de instrumentos, la frecuencia de visita a las estaciones y la organización del trabajo sobre el terreno. Debería adaptarse el costo mínimo. Determinación de los costos Según la definición de red y los procedimientos operacionales, se puede establecer el costo de funcionamiento de la red. Si forma parte del presupuesto, se puede pasar a la siguiente etapa. Si no, se debe obtener un financiamiento adicional o deben examinarse los objetivos y/o las prioridades para determinar donde pueden reducirse los costos. El proceso adoptado debería permitir al diseñador expresar el impacto del financiamiento insuficiente, los objetivos no logrados o la información reducida. Ejecución El establecimiento de nuevas redes se debe planificar a corto y a largo plazo. Revisión de la red Como algunos de los componentes anteriores son variables en el tiempo, una revisión puede requerirse por la modificación de cualquier componente, por ejemplo cambios de usuarios, de usos de los datos o cambios en el presupuesto. Para poder enfrentarse a dichos cambios, es esencial un proceso de revisión continuo. 20.2 Densidad de estaciones para una red mínima Como se indicó en la sección 20.1.3. 1, la red mínima es aquella que evita deficiencias serias al potenciar y gestionar los recursos hídricos en una escala comparable con el nivel general de desarrollo económico y las necesidades ambientales del país. Debería desarrollarse tan rápidamente como sea posible, incorporando las estaciones existentes, cuando proceda. En otras palabras, dicha red proveerá la estructura de expansión para atender las necesidades de información para los usos específicos del agua. Se pretende que el concepto de densidad de red sirva como una orientación general si se carece de una guía específica. Estas densidades de diseño tienen que tener en cuenta las condiciones socioeconómicas y fisioclimáticas reales. Las técnicas informatizadas de análisis matemáticos deberían también aplicarse, cuando la información esté disponible, para optimizar la densidad de red requerida para satisfacer las necesidades específicas- Por ejemplo, el análisis de red utilizando mínimos cuadrados generalizados ( NAUGLS), desarrollado por el Geológical Survey de Estados Unidos [7], ofrece un enfoque prometedor para optimizar los aforos de caudal en una red básica para información regional. En la siguiente sección, las densidades mínimas de diversos tipos de estaciones hidrológicas están recomendadas para diferentes zonas climáticas Y geográficas. Estas recomendaciones han sido revisadas Para esta edición de la Guía, sobre la base de la revisión de las respuestas de los Miembros al Proyecto de evaluación de redes hidrológicas básicas (BNAP) [81 de la OMM. Es imposible definir un número suficiente de zonas que representen la variedad completa de condiciones hidrológicas. Un limitado número de grandes zonas han sido definidas en una manera algo arbitraria. El criterio más simple y más preciso para la clasificación de zonas sería sobre la base de la variación espacial y estacional de las precipitaciones. Cada país puede presentar un mapa de buena calidad de precipitaciones anuales y a partir de esto, podría desarrollarse una red .mínima. Pero numerosos países que necesitan una red ya que tienen muy pocos registros Previos, no pueden establecer un mapa de precipitaciones de buena calidad. Se Podría considerar como parte de una categoría especial. a los países con distribución de Precipitaciones muy irregular. No es aconsejable basar la clasificación en esta única característica. La densidad de la población también afecta el diseño de la red. Es casi imposible instalar y explotar de modo satisfactorio un número de estaciones donde la población es escasa. Por ejemplo, es casi imposible establecer más de dos estaciones de medición en una cuenca fluvial o hidrológica de 1 000 km2, cuando la población Además, no es fácil encontrar observadores en áreas escasamente pobladas m de] área es sólo de 100 personas, especialmente si esta población no es permanente. Además no es fácil encontrar observadores en áreas escasamente pobladas y donde el acceso es difícil. Las zonas poco habitadas tienen, en general, climas extremos: regiones áridas, regiones polares o bosques tropicales. El uso de pluviómetros totalizadores esta recomendado en esos casos porque necesitan poco mantenimiento y visitas.

En el otro extremo, las zonas urbanas, densamente pobladas, necesitan una red pluviométrica muy densa, tanto para la resolución temporal y espacial de tormentas como para el diseño, la gestión, y el control en tiempo real de los sistemas de tormenta-drenaje y para otras aplicaciones de ingeniería. A partir de estas consideraciones, algunas regias generales han sido adoptadas para la definición de normas de densidad de redes mínimas. Se han definido seis tipos de regiones fisiográficas: a) zonas costeras; b)zonas rnontañosas; c)llanuras interiores; d) zonas escarpadas/ondulantes; e) islas Pequeñas (superficie inferior a 500 km2); y zonas polares y áridas. Para el último tipo de región, es necesario agrupar las zonas en que no parece realmente Posible lograr densidades completamente aceptables debido a población escasa, bajo desarrollo de los medios de comunicación, o por otras razones económicas. 20.2.1 Densidades mínimas para estaciones climatológicas

Los siguientes tipos de datos son recopilados en una estación climatológica en una red básica: precipitación,- sondeo nivométrico y evaporación. Se entiende aquí que las estaciones de medición de la evaporación y de la nieve, sobre todo la primera, medirán generalmente la temperatura, la humedad, y el viento porque estos elementos afectan la evaporación y la fusión. 20.2.1.1 Estaciones Pluviométricas La densidad mínima de estaciones Pluviométricas figura en el cuadro 20.1, Estos valores no se aplican a los grandes desiertos (Sabara, Gobi, Arabia, etc.) ni a las grandes extensiones de hielo (Antártico, Groenlandia, y las islas árticas) que no han organizado redes hidrográficas. En esas regiones, las precipitaciones no son medidas por redes pluviométricas de tipo estándar, sino por estaciones y métodos especiales de observación. Si se siguen ciertos principios de instalación y uso, el pequeño numero de estaciones en la red mínima puede atender la mayoría de las necesidades mas inmediatas. En general, los pluviómetros deberían estar tan uniformemente distribuidos como sea posible; teniendo en cuenta las necesidades prácticas de la información y la ubicación de los observadores voluntarios. En regiones montañosas, la atención debe darse a la zonalidad vertical utilizando aforos de almacenamiento para medir las precipitaciones en grandes actitudes. El sondeo nivométrico puede completar la red, pero no debería ser considerado como parte de ella. La red mínima debería consistir en tres clases de pluviómetros: a) pluviómetros ordinarios: son aparatos que realizan lecturas diarias de cantidad. Además de la cantidad diaria de precipitación, en cada una de estas situaciones se efectuarán las siguientes observaciones: precipitación de nieve y estado del tiempo;

b) pluviómetros registradores: en estaciones que todavía no se han establecido y en clima frío, es aconsejable tener al menos 10 por ciento de pluviómetros registradores. La mayor densidad de estaciones de registro deberían lograrse en zonas donde se producen lluvias intensas, de corta duración. Estas estaciones proveerán información valiosa de la intensidad, distribución, y duración de las precipitaciones. Para zonas urbanas, donde la resolución del tiempo necesario para las mediciones de precipitación es de uno a dos minutos, la atención especial debería centrarse en la sincronización de tiempo de los pluviómetros. Para mediciones fiables, se recomienda el pluviógrafo de balancín con memoria electrónica (u otro medio de lectura informática). Para la instalación de pluviómetros registradores debería darse prioridad, a las siguientes zonas: zonas urbanas (población de más de 10.000 habitantes) donde se van a construir sistemas de drenaje extensivos, cuencas hidrográficas donde se prevén o están en funcionamiento sistemas principales de control de río, grandes zonas inadecuadamente cubiertas por la red existente y en proyectos especiales de investigación; c) pluviómetros totalizadores: se pueden instalar en regiones poco habitadas o aisladas, como en terreno desierto o montañoso. Los pluviómetros totalizadores se leen mensualmente, estacionalmente o siempre que sea posible inspeccionar las estaciones. Ubicación de los pluviómetros en relación con las estaciones de aforos de caudal: con el fin de garantizar que la información pluviométrica complete los registro de flujos fluviales (para la predicción de inundaciones o el análisis hidrológico), la coordinación de las ubicaciones de los pluviómetros con respecto a los aforos de caudal es de gran importancia. Los pluviómetros deberán estar localizados de modo que la precipitación en la cuenca pueda estimarse por cada estación de aforo de caudal. Los pluviómetros estarán localizados en general cerca de la estación de a aguas arriba. Un pluviómetro debería estar localizado en la estación de a caudal sólo si las observaciones serán representativas de la región. Fluyen casos en que es preferible este instrumento a cierta distancia de la estación de por ejemplo cuando ésta está en un valle profundo y estrecho. 20.2.1.2 Estudio nivométrico Las observaciones de precipitación de nieve, del equivalente en agua y de la de la nieve sobre el suelo deberían ser hechas en todas las estaciones pluviométricas de la red mínima, donde se produzcan nevadas. El equivalente en agua de la nieve en el momento de la acumulación m constituye una indicación de la precipitación estacional total en regiones don lluvias de invierno y la fusión de la nieve de invierno son importantes. E regiones, el sondeo de la capa de nieve en cursos seleccionados puede ser útil estimar la precipitación estacional en puntos donde no se dispone de observa normales. El sondeo de la capa de nieve también proveerá información útil predicción de inundaciones y el estudio de crecidas de río. Los sondeos nivométricos son efectuados por equipos especiales que disponen de instrumentos sencillos para sacar muestras de la nieve acumulada y para minar su profundidad y su equivalente en agua (capítulo 8). El número d nivométricas, sus ubicaciones y longitudes dependerán de la topografía de la y de los propósitos por los cuales se recoge la información. El desnivel total tipos de exposición y la cobertura vegetal en la zona de interés, deberían e considerarse al seleccionar las rutas representativas. Se ha sugerido que una ruta nivométrica por cada 2.000 a 3.000 km2 es una densidad razonablemente buena para re menos homogéneas, y una por cada 5.000 km2 en regiones homogéneas y sin embargo, cada caso tiene que examinarse por separado, y estas generalidad deben ser aplicadas sin un examen previo. En los inicios de las etapas de desarrollo de la red, el sondeo de la capa d generalmente se efectuará una sola vez al año, cerca del tiempo esperado de relación máxima. Más adelante, convendría extender la operación para incluir s a intervalos regulares a través de la estación de nieve. Tan pronto como sea p las observaciones de la capa de nieve deberían aumentarse con observaciones de factores meteorológicos relacionados, como la radiación, la temperatura del suelo velocidad de los vientos. 20.2.1.3 Estaciones de evaporación La evaporación puede ser estimada indirectamente por el balance hídrico, el de energía y enfoques aerodinámicos, así como directamente por extrapolación de mediciones de tanques (capítulo 9). Una estación de evaporación consiste en un tanque de diseño nacional estándar donde se efectúan las observaciones de evaporación diarias, así como las observaciones de las precipitaciones, las temperaturas del agua y el aire máxima y mínima, el movimiento del viento y la humedad relativa o la temperatura del punto de rocío. Las normas recomendadas para una red mínima de estaciones de evaporación, en zonas de fisiografía uniforme, figuran en el cuadro 20.2.

La evaporación desempeña un papel importante en estudios a largo plazo del régimen acuático de lagos y embalses así como en la explotación de los recursos hídricos. En dichos casos, el número y la distribución de estaciones de evaporación están determinados en base al área y a la configuración de los lagos y de la región o regiones cismáticas en que se encuentran. 20.2.2 Densidades mínimas para estaciones hidrométricas 20.2.2.1 Estaciones de flujo fluvial El objetivo principal de la red de aforo de caudales es obtener información sobre la disponibilidad de recursos hídricos superficiales, su distribución geográfica, y su variabilidad en el tiempo. La magnitud y la frecuencia de las inundaciones y las sequías son de importancia particular a este respecto. Las densidades mínimas para estaciones de flujo fluvial figuran en el cuadro 20.3. Estos valores no son aplicables a los grandes desiertos sin redes de flujo fluvial definidas (como los del Sahara, Gobi, Korakorum y Arabia) ni a grandes extensiones de hielo (como el Antártico, Groenlandia y las islas árticas).

En general, un número suficiente de estaciones de flujo fluvial de ubicadas a lo largo de las ramificaciones principales de las grandes corrientes para permitir la interpelación de la descarga entre las estaciones. La ubicación ca de estas estaciones debería decidirse en función de consideraciones y climáticas. Si la diferencia en el flujo entre dos puntos en el mismo río no es mayor que el límite de error de medición en la estación, entonces no se justificación adicional. En este contexto, cabe señalar también que el caudal de un pequeño afluente no se puede determinar con exactitud substrayendo los flujos en dos estaciones principales de aforo de caudales que unan la desembocadura del afluente. Si el flujo del afluente es de interés especial, se establecerá otra estación en e que se convertirá en una estación secundaria en la red mínima. Las estaciones de flujo fluvial pueden estar interceptadas con estaciones de nivel (sección 20.2.2.2). Dondequiera que sea posible, las estaciones básicas deberían estar 1ocalizadas en corrientes de agua con regímenes naturales. En caso contrario, puede s río establecer estaciones adicionales en canales o embalses a fin de obtener información requerida para reconstruir los flujos naturales. Los cálculos de atraviesan una planta hidroeléctrica o presas de control pueden ser útiles propósito, pero tendrá que efectuarse la calibración de las estructuras de turbinas, y también verificar periódicamente dichas calibraciones durante el estacionamiento de esas instalaciones. Las estaciones deberían estar localizadas en los tramos mas bajos d principales del país, inmediatamente antes de la desembocadura del río (en general aguas arriba de la zona de influencia de las mareas), o en los cauces de fronteras. Las estaciones deberían también estar localizadas donde fluyen ríos de las montañas y sobre los puntos de extracción de agua de riesgo. Otras estaciones hidrométricas en estar situadas en puntos donde el caudal varía en una considerable existen ejemplo aguas abajo de la confluencia de un afluente mayor, en las salida de lagos y en sitios donde se ha previsto la construcción de grandes obras hidráulicas. Para garantizar un muestreo adecuado deberían existir al menos tantas estaciones de medición en corrientes pequeñas como en las corrientes principales. Sin embargo, para corrientes pequeñas, un procedimiento de muestreo se hace necesario ya que es imposible establecer estaciones de medición en todas estas corrientes. La descarga de ríos pequeños está muy influencias . a por factores locales. En regiones desarrolladas, donde hasta las corrientes de agua más pequeñas son económicamente importantes, la falta de estaciones puede sentirse mucho, incluso en pequeñas cuencas de 10 km2. Las estaciones deberían instalarse para medir la escorrentía en diferentes en tomos geológicos y topográficos. Como la escorrentía varía mucho con la altitud, las estaciones de la red básica tienen que estar localizadas de modo que puedan, más o menos uniformemente, cubrir todas las partes de un zona montañosa, desde las colinas al pie de una montaña hasta las regiones más altas. Se deberían tomar en consideración las variadas pendientes expuestas, que son muy importantes en terrenos accidentados. Asimismo, se deberían considerar las estaciones en regiones que contienen numerosos lagos, cuya influencia puede determinarse solo a través de la instalación de estaciones adicionales.

20.2.2.2 Nivel de ríos El nivel de¡ agua (altura de la superficie del agua) es observado en todas las estaciones de aforo para determinar la descarga. En caso de una red mínima, hay lugares donde se requieren observaciones adicionales de nivel de agua, por ejemplo: a)en todas las grandes ciudades por las que atraviesan ríos, la información sobre los niveles es utilizada en el marco de la predicción de inundaciones, de] abastecimiento de agua, y de] transporte; b)en los grandes ríos, entre estaciones de aforos de caudales, los registros de niveles de río pueden ser utilizados para el estudio de la propagación de las crecidas y su predicción. 20.2.2.3 Nivel de lagos y embalses El nivel, la temperatura, el oleaje, la salinidad, la formación de hielo, etc., deberían ser observados en estaciones situadas en lagos y embalses con una superficie superior a 100 km2. Como en el caso de los ríos, la red debería muestrear también algunos lagos y embalses más pequeños. 20.2.2.4 Caudal de sedimentos y sedimentación Las estaciones de medición de sedimentos pueden estar diseñadas para medir el caudal total de sedimentos transportados al océano o para medir la erosión, el transporte y la deposición de sedimento en un país, cuenca, etc. Al diseñar una red mínima, debería hacerse énfasis en la erosión, el transporte y la deposición de sedimentos enun país. Una red óptima tendría que tener una estación de sedimento en la desembocadura de cada río importante. El transporte de sedimento por los ríos es un grave problema en regiones áridas, sobre todo en regiones de suelos friables y en regiones montañosas donde, para aplicaciones de ingeniería, la cantidad de la carga de sedimento debería ser conocida. Las densidades indicadas en al cuadro 20.4 pueden servir como guías para establecer una red básica, pero el diseñador tiene que recordar que la información de] transporte de sedimento es más costosa de reunir que otros registros hidrológicos. Por consiguiente, debe tenerse mucho cuidado en la selección del número y la ubicación de las estaciones de transporte de sedimentos. El énfasis debería ejercerse en aquellas zonas donde se conoce que es severa la erosión. Después de algunos años de medición, puede ser aconsejable interrumpir las mediciones de sedimento en estaciones donde el transporte de sedimento ya no parece ser importante.

Los datos de transporte de sedimento pueden suplementarse con mediciones de sedimentos acumulados en lagos o embalses. Para ello son útiles los dispositivos de ecosonda. Sin embargo, la información obtenida de este modo no ha sido considerada como un sustituto de las mediciones del transporte de sedimento en estaciones de río. 20.2.2.5 Estaciones de medición de la calidad del agua La utilidad de un abastecimiento de agua depende, en gran medida, de su calidad química. Las observaciones de la calidad química, para los fines de esta Guía, consisten en el muestreo periódico del agua en las estaciones de aforo de caudal y en el análisis de los constituyentes químicos frecuentes.

El número de estaciones de muestreo en un río depende de su hidrología y de los usos del agua. Cuanto mayor sea la fluctuación de la calidad del agua, mayor será la frecuencia de las mediciones requeridas. En regiones húmedas donde la concentración de sustancias disueltas es baja, se necesitarán menos observaciones que en climas secos, donde las concentraciones, sobre todo en iones importantes como el sodio, pueden ser altas. La densidad de una red mínima para la observación de la calidad del agua figuran el cuadro 20.5. La sección 20.4 contiene más información relativa a la calidad del agua.

20.2.2.6 Temperatura del agua La temperatura del agua debería medirse y registrarse cada vez que se visite una estación hidrométrica para medir el caudal o para obtener una muestra del agua. La hora del día de la medición también se debería registrar. En las estaciones donde se efectúan las observaciones del nivel diario del agua también deberían realizarse diariamente las mediciones de temperatura. Estas observaciones, cuyo costo es mínimo, pueden proveer información útil para el estudio de la vida acuática, la conta-minación, la formación de hielo, las fuentes de agua de enfriamiento para la industria, los efectos de la temperatura en el transporte de sedimento y la solubilidad de los minerales contenidos en el agua.

20.2.2.7 Capa de hielo en ríos y lagos Las observaciones regulares de la capa de hielo deberían incluir: a) observaciones visuales de diversos procesos de formación de hielo y de destrucción de hielo, con registro de la fecha de la primera aparición de hielo flotante, la fecha de la cobertura total, la fecha del inicio de la ruptura del hielo y la fecha en que el hielo ha desaparecido completamente. Estas observaciones deberían efectuarse diariamente; b) la medición simultánea del espesor del hielo en dos o tres puntos cerca de cada una de las estaciones hidrométricas seleccionadas, deberían hacerse una vez cada cinco a 10 días. La ubicación de los puntos de medición será elegida después de efectuar un estudio detallado de la capa de hielo efectuado al comienzo del período de observación de las estaciones.

20.3 Observaciones del agua subterránea Si bien el propósito de un programa de observación de aguas subterráneas es de una cobertura nacional adecuada, la densidad regional de los pozos de observación dependerá de las características de las unidades hidrológicas, las propiedades del material acuífero, y la importancia y necesidad del desarrollo de los recursos de aguas subterráneas. Así, los estudios de los cambios en los niveles de agua subterránea tienen que estar combinados con la evaluación de otros parámetros del agua subterránea, y las redes tienen que diseñarse para medir otros parámetros, además de la medición del nivel de aguas subterráneas, como los cambios químicos, y la evaluación de la recarga natural y artificial el monitoreo de la contaminación, y la intrusión de agua de mar. Los objetivos de una red de observación de aguas subterráneas podrían ser los siguientes: a) determinar la profundidad del nivel freático en grandes zonas poco desarrolladas, del espesor del acuífero y su edad; b ) determinar la dirección del flujo del agua subterránea c) evaluar los componentes del balance hídrico subterráneo; d) determinar los contactos con cuerpos mineralizados de aguas subterráneas, especialmente la interfase agua salada /agua dulce; e) proteger los abastecimientos de agua contra la mineralización y la contaminación; f) calibrar modelos de cuencas hidrogeológicas; g)determinar el caudal asegurado y las reservas explotables; h) evaluar los proyectos de agua propuestos;

i) prever los niveles de agua y la composición química en base a diversos planes de gestión del acuífero; j) supervisar la explotación del agua y la recarga artificial; k) evaluar los impactos ambientales de los proyectos de utilización de aguas subterráneas. Las observaciones, mediciones, y otras actividades deberían estar planificadas de acuerdo a los objetivos y propósitos para los que está diseñada la red. Las mediciones del nivel de agua son uno de los muchos parámetros requeridos para desarrollar modelos predictívos de sistemas de aguas subterráneas. Si bien las densidades mínimas para aguas subterráneas no ha sido definidas se pueden ofrecer otras orientaciones sobre la ubicación de las estaciones y la manera de hacer el muestreo. El espaciado de los pozos de observación en una red para estu-char el agua subterránea depende de: a) el tamaño de la zona; b) la complejidad de la zona desde un punto de vista hidrológico; c) los objetivos de la red; d) las limitaciones financieras. Si en la investigación hay varios acuíferos a diferentes profundidades con diferentes alturas piezométricas y salinidades, para su estudio se deberían hacer perforaciones de pequeño diámetro y llegar así a cada acuífero (sección 16.2). Estas perforaciones pueden estar separadas sólo de unos metros. El espaciado puede ser diferente para cada acuífero. Los pozos de observación de la red deberían estar diseñados de acuerdo con un modelo geométrico general (un modelo tipo tablero de damas o triangular). Sin embargo, el diseño tiene que ser lo suficientemente flexible como para permitir el uso de pozos existentes y el acceso para las mediciones. Una red nacional básica o mínima en zonas poco explotadas debería ser suficientemente densa para observar todos los acuíferos principales, cuya definición se basa inicialmente en la información geológica disponible. Los siguientes criterios se deberían considerar al establecer la red inicial de un acuífero poco explotado: a) la distancia entre dos pozos de observación tiene que ser similar a la distancia sobre la cual la configuración geológica del acuífero puede ser extrapolado; b) esta distancia variará de un sitio a otro. La distancia máxima entre pozos en zonas extremadamente grandes en una red básica no debería exceder 40 km; c) se debería hacer uso completo de la información hidrogeológica obtenida a partir de pozos perforados para otros fines; d)los pozos existentes deberían ser incorporados en la red para reducir el costo de instalación y perforación de pozos de observación adicionales; e)en terrazas aluviales con poco alcance de los ríos, debería estudiarse la conexión hidráulica entre el agua subterránea y las fluctuaciones del nivel de agua en el río. Se debería hacer un uso integral de las estaciones hidrométricas existentes en ríos para reducir el costo de instalación a un mínimo; f)en áreas con acuíferos cuya profundidad es pequeña, la densidad de la red básica debería aumentarse hasta un punto de observación cada cinco a 20 km2. Para estudios intensivos y para la explotación del acuífero, la densidad debería ser mayor. Se requerirán estudios más intensivos del régimen del agua subterránea, y por lo tanto información adicional, cuando exista una explotación intensiva o una sobreexplotación del acuífero, riego intensivo o sistemas de drenaje, y para servir a objetivos especiales, como el estudio de intensivo o sistemas de drenaje, para servir a objetivos especiales, como el estudio de intrusión de agua de mar o para redes de agua subterránea relacionadas con grandes proyectos de ingeniería. 20.4 Requisitos específicos para controlar la calidad del agua Hay varias maneras de controlar la calidad del agua: a través de una red de estaciones a largo plazo localizadas estratégicamente, o a través de sondeos repetidos de corta duración, o por una combinación de ambos. Además de los objetivos básicos del programa, para la ubicación de las estaciones deberían tenerse en cuenta los siguientes factores: a)condiciones generales y problemas relativos al agua; b)centros potenciales de desarrollo urbano; c)Tendencias de la población; d) Clima, geografía y geología; e) asequibilidad; f)mano de obra disponible, fondos, medios para el proceso de datos sobre el terreno y en laboratorio; g)Consideraciones interjurisdiccionales; h)duración del transporte de muestras inestables basta el laboratorio; i)seguridad del personal. El diseño de un programa de muestreo debería ser connotado y evaluado durante su fase inicial para garantizar la efectividad y eficiencia con respecto a los objetivos del estudio.

20.4.1 Parametros de calidad del agua Los parámetros que caracterizan la calidad del agua pueden clasificarse de varias formas: propiedades físicas (por ejemplo, temperatura, conductividad eléctrica, color y turbiedad), componentes químicos inorgánicos (por ejemplo, oxígeno disuelto, cloruro, alcalinidad, fluoruro, fósforo y metales), compuestos orgánicos (por ejemplo, fenoles, hidrocarburos clorados, hidrocarburos aromáticos policíclicos y pesticidas), y componentes biológicos (microbiológicos, como coliformes fecales, y macrobióticos, como gusanos, plancton y peces) que pueden indicar el estado ecológico del entorno acuático. Una segunda clasificación se basa en la importancia inherente al parámetro, que variará según el tipo de agua observada, el uso previsto del agua y los objetivos del programa de monitoreo. Las variables relativas a la calidad del agua a veces son agrupadas en dos categorías: a) variables básicas (cuadro 20.6); b) variables relacionadas al uso: i) abastecimientos de agua potable; ii) riego; iii) calidad general para la vida acuática.

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La tercera clasificación, que es muy importante para el procedimiento de muestreo se basa en la estabilidad de los componentes: a) estables: los componentes no se modifican con el tiempo;

b) poco estables: los componentes se modifican con el tiempo, pero pueden ser estabilizados al menos 24 horas, con un tratamiento apropiado; o c) no estables: los componentes se modifican rápidamente con el tiempo y no se pueden estabilizar. Los componentes de los primeros dos grupos pueden ser analizados en muestras de agua representativas en el laboratorio. Los del tercer grupo deben ser medidos in situ. 20.4.2 Calidad del agua superficial A veces los objetivos del programa definirán con exactitud las mejores ubicaciones para tomar muestras en un río o un lago. Por ejemplo, para determinar el efecto de la descarga de un efluente en una corriente receptora, se requerirán sitios de muestreo aguas arriba y aguas abajo de la descarga. En otros casos, tanto la ubicación como la frecuencia del muestreo estarán determinados por las leyes de lucha contra la contaminación o por las disposiciones relativas al uso particular de una masa de agua. Por ejemplo, un permiso para descargar contaminantes en aguas superficiales debería contener detalles del monitoreo, como la ubicación, el número de muestras, la frecuencia y los parámetros que han de analizarse. Las estrategias del muestreo son bastante diferentes según los diversos tipos de masas de agua y medios, por ejemplo agua, sedimento o Nota. Las aguas de los ríos se mezclan completamente a distancias que varían de pocos kilómetros a algunos cientos de kilómetros de un punto de contaminación. Los lagos pueden estar estratificados verticalmente debido a la temperatura olas afluencias de agua salina de alta densidad. El agua subterránea tiende a fluir muy lentamente, mientras que en la superficie no se observa ningún indicio de las sustancias disueltas en la profundidad. Si los objetivos del programa se refieren al impacto de las actividades humanas en la calidad del agua de una cuenca fluvial dada, la cuenca puede estar separada en regiones naturales y en regiones alteradas. Estas últimas pueden subdividirse además, en zonas estacionarias (sobre períodos de tiempo mayores de 10 años, por ejemplo), y en las en que el impacto es variable, como las zonas agrícolas, residenciales, e industriales. En estudios relativos a la precipitación de ácidos, la sensibilidad del suelo es un factor importante. Las figuras 20.3 y 20.4 contienen algunos ejemplos de la ubicación de las estaciones de muestreo en ríos y lagos para reunir los objetivos específicos. El siguiente paso en la selección de los lugares de muestreo es reunir la información pertinente acerca de la región que se ha de estudiar. La información antedicha incluye aspectos geológicos, hidrológicos y demográficos, así como el número de lagos y corrientes, el tamaño y la ubicación de los acuíferos, la localización de las estaciones existentes (de control de la calidad del agua o de aforo de caudal), el volumen de agua, las condiciones climáticas en la cuenca de captación, el desarrollo histórico, los centros industriales y urbanos presentes y previstos, las tomas de agua y los desagües de aguas residuales, los manantiales salinos naturales, el drenaje de minas, los planes de riego, los reguladores de flujo (presas), los usos del agua presentes y previstos, la utilización actual o prevista del agua, los objetivos o normas de calidad para lagos o ríos, acceso a los sitios potenciales de muestreo (pertenencia del suelo, caminos, pistas de aterrizaje), la disponibilidad de servicios como la electrici-dad y datos existentes sobre la calidad del agua. La figura 20.5 contiene las etapas que deben seguirse para seleccionar los lugares de muestreo.

Estación Criterios 1 Inmediatamente aguas abajo de una frontera internacional

2 Derivación para el abastecimiento público de una ciudad importante 3 Zona importante de pesca, recreación y diversión 4 Derivación para el riego agrícola a gran escala 5 Límite de influencia de las mareas sobre el río principal 6 Derivación para gran abastecimiento industrial 7 Aguas abajo de descargas de efluentes industriales y afluente importante que influyen el río principal 8 Estación básica de línea, agua en estado natural

Figura 20.3 — Sitios de monitoreo — ríos La distancia aguas abajo hasta el punto de mezcla completa de las aguas es aproximadamente proporcional a la velocidad de la corriente y al cuadrado de la anchura del canal. En general los ríos son poco profundos para lograr la homogeneidad vertical rápidamente después de una fuente de contaminación. La mezcla lateral se logra mucho más lentamente. Así, los ríos de corriente rápida pueden no mezclarse del todo hasta muchos kilómetros aguas abajo del punto de entrada del contaminante.

Estación Criterios 9 Principal Afluente 10 Calidad general del agua del lago 11 Abastecimiento de agua para una ciudad importante 12 Emisario del lago

Figura 20.4 — Sitios de monitoreo — lagos Diversos protocolos pueden recomendarse para determinar el muestreo representativo en la sección transversal del río, por ejemplo, seis muestras analizadas en duplicado, en tres posiciones a través del río y a dos profundidades diferentes, o muestras a mitad de la profundidad a cada cuarta parte de la anchura, u otros puntos de igual distancia a través de la anclan del río. Si no puede obtenerse una muestra representativa, se aconseja seleccionar otro sitio, inmediatamente aguas arriba o aguas abajo. La otra posibilidad es obtener una muestra compuesta ponderada del flujo, de muestras recopiladas en el corte vertical de la sección transversal. La mezcla longitudinal de descargas irregulares o cíclicas en un río tendrá una influencia secundaria en la ubicación de un sitio de muestreo. Sus efectos deben ser tomados en cuenta al decidir la frecuencia del muestreo y al interpretar la información. La frecuencia del muestreo depende del objetivo de la red, de la importancia relativa de la estación de muestreo, de la escala de valores medidos, de la variabilidad en el tiempo del parámetro de interés y de la disponibilidad de los recursos. En ausencia de información anterior suficiente, se debe elegir una frecuencia arbitraria basada en el conocimiento de las condiciones locales.

Después de recopilar suficiente información, la frecuencia puede ajustarse para reflejar la variabilidad observada. La frecuencia está también determinada por la importancia relativa de la estación y por el hecho de que las concentraciones de algunas sustancias medidas se acerquen o no a los valores críticos.

Para estaciones de lago, la práctica recomendada es muestrear cinco días consecutivos durante la estación más cálida del año y cinco días consecutivos cada trimestre. Los lagos de zonas temperadas y que experimentan estratificación de las aguas son un caso especial. Éstos deberían ser muestreados al menos seis veces al año, junto con una muestra aleatoria ocasional, para cubrir los siguientes períodos: antes de la estratificación de verano, durante la mezcla siguiente de la estratificación de verano, bajo el hielo y durante los períodos de fusión de la nieve y la escorrentía. Asimismo, se deberían tomar muestras adicionales de los ríos, si es posible, después de tormentas y durante la fusión de la nieve y la escorrentía. Cuando los parámetros se grafican en función del tiempo, las variaciones cíclicas pueden aparecer mezcladas con las fluctuaciones aleatorias. La detección de eventos cíclicos requiere un intervalo de muestreo no mayor que un tercio del ciclo más corto y un muestreo sobre un período al menos diez veces más ¡argo que la dii-ración del ciclo más largo. Por lo tanto, los ciclos de períodos largos no serán verificados en los estudios iniciales, pero serán evidentes cuando funcione la red. Para detectar las variaciones cíclicas, algún muestreo aleatorio es aconsejable, por ejemp1o, en diferentes días de la semana o diferentes horas del día. 20.4.3 Calidad de las precipitaciones En general, los sitios de muestreo deberían seleccionarse para lograr una información exacta y representativa relativa a la variación temporal y espacial de los constituyentes químicos de interés. Los factores importantes que se deben tener en consideración son las trayectorias de viento predominantes, las fuentes de compuestos de interés, la frecuencia de las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo), y otros procesos meteorológicos que influyen en la deposición. Hay también criterios locales que deben ser considerados: a) no debe existir una fuente móvil de contaminación, como el tráfico de rutina aéreo, terrestre o marítimo, a menos de 1.000 metros del sitio de muestreo; b) no debe haber un depósito en superficie de productos agrícolas, de combustibles, u otros materiales, en un entorno de 1.000 metros del sitio; c) los muestreadores deben estar instalados sobre tierra plana, preferiblemente cubierta de césped, rodeados por árboles a una distancia superior a cinco metros del muestreador. No deben haber fuentes de contaminación cercanas activadas por el viento, como campos cultivados o caminos no pavimentados. Las zonas con remolinos verticales fuertes, las cimas barridas por el viento y los techos de edificio se deberían evitar debido a las fuertes turbulencias; d) ningún objeto más alto que el muestreador debería encontrarse en un entorno de cinco metros del sitio; e) ningún objeto debería estar más cerca del medidor que a una distancia de 2,5 veces la diferencia de altura que existe entre ambos. Se debe tener, sobre todo, mucho cuidado de los cables que pasan por encima del muestreador; f) la boca del recolector debería estar localizada al menos a un metro sobre el nivel del suelo para evitar que se introduzcan materias extrañas o salpicaduras; g) los medidores automáticos requieren energía eléctrica para que funcionen las tapas y los sensores, y en algunos casos para la refrigeración en el verano y la calefacción en el invierno. Si se usan líneas de alto voltaje, no deben ser aéreas. Si se utilizan generadores, deben estar localizados bien lejos y vientos abajo del recolector; h) para realizar estudios a escala continental, los sitios deberían ser preferiblemente rurales y remotos, sin fuentes continuas de contaminación en un entorno de 50 kilómetros en la dirección de los vientos predominantes y de 30 kilómetros en todas las demás direcciones. A veces no se pueden reunir todos estos criterios. La descripción de la estación se debería referir a estos criterios y debería indicar las características exactas de cada ubicación elegida para un sitio de muestreo. En los grandes lagos, la precipitación a veces es menos importante que en el litoral y la proporción de panículas grandes puede ser menor. Para muestrear en el medio de un lago, el instrumento debe estar montado en una hoya, roca, banco de arena o isla pequeña. El método preferido para muestrear las precipitaciones consiste en tomar muestras cada vez que ocurre un evento. Cada lluvia, o precipitación de nieve, constituye un evento. El análisis de las muestras de precipitación permite determinar los conta-minantes asociados con una tormenta panicular, y se pueden determinar las fuentes probables por el análisis de las trayectorias de los vientos. Sin embargo, este régimen de muestreo es muy sensible. Las mismas consideraciones estadísticas concernientes a la frecuencia del muestreo se pueden aplicar aquí como en el muestreo de agua de superficie. 20.4.3 Calidad de los sedimentos La mayoría de los criterios de selección descritos en secciones previas también se aplican a las muestreas de sedimentos. Por lo tanto sólo se indican aquí algunas recomendaciones especiales adicionales. Para ríos donde se requieren datos sobre el transporte de sedimentos, es necesario localizar los sitios de muestreo cerca de una estación de aforo de caudal, de modo que se puede disponer en todo momento de los datos exactos de la corriente de descarga. Debería evitarse instalar el muestreador cerca de ubicaciones inmediatamente aguas arriba de una confluencia porque las muestras pueden estar expuestas al fenómenos de contracorrientes. En corrientes demasiado profundas para vadear, se ubican los sitios de muestreo bajo puentes o cenca de un teleférico. Cuando se muestrea desde puentes, se prefiere normalmente aguas arriba. Si se está muestreando en zonas de mucha turbulencia, como cerca de los muelles, el muestreo puede resultar no representativo y se debe poner especial atención a la acumulación de restos de basura en los muelles, que puede modificar

mucho el flujo y por ende, la distribución del sedimento. Siempre que exista un buen mezclado lateral, una muestra integrada puede considerarse representativa, si se obtiene por mezcla de agua de varios puntos de la columna, en función a su carga media de sedimento. Los mejores lugares para muestrear depósitos de fondo en ríos de corriente rápida son los meandros, los bancos de arena en la mitad del canal y, en general, en zonas protegidas donde la velocidad del agua es mínima. El sitio de muestreo deberla ser asequible durante inundaciones, pues durante este período el transporte de sedimentos es muy importante. La identificación de la carga máxima de contaminación, en ríos, se puede realizar de dos maneras: a) si la contaminación es puntual, el muestreo deberla efectuarse durante períodos de poco flujo, cuando los afluentes contaminados están menos diluidos; b) si los contaminantes son de origen difuso, como escorrentía de nutrientes agrícolas o pesticidas, el muestreo tiene que estar centrado en períodos de inundación, cuando el contaminante llega al río por lavado del suelo. Si uno de los objetivos es cuantificar el transporte de sedimentos en un sistema de río, deberla tomarse nota de que esas concentraciones máximas de sedimento no corresponden necesariamente al momento del flujo máximo. Asimismo, una serie de velocidades de flujo altas conducirán a una disminución progresiva de sedimentos (el efecto de agotamiento surge de la disminución de material disponible). Para lagos, el sitio básico de muestreo deberla estar ubicado en el centro geográfico del lago. Si el lago es muy grande (superficie superior a 500 km2), pueden necesitarse varias estaciones básicas. Si deben muestrearse diversos tipos de sedimentos, pueden utilizarse datos de sondeo acústico (ecosondas) para identificar el tipo de material de arrastre (arena, grava o fango) o para indicar la presencia de capas debajo de la superficie. Los sitios de muestreo secundarios deberían estar localizados entre la estación básica y las desembocaduras de los principales afluentes o fuentes contaminantes. Una estrategia común es colocar los puntos debajo del eje mayor del lago con líneas transversales, si procede. De tres a cinco estaciones deberían dar generalmente una buena aproximación de la calidad del sedimento de un lago de tamaño medio. No obstante, para validaciones estadísticas, se requerirá quizá un número mayor de sitios de muestreo. La frecuencia del muestreo en lagos está afectada por las concentraciones generalmente bajas del sedimento suspendido. Las trampas de sedimento deberían funcionar durante los períodos de productividad mínima y máxima de algas y en los momentos de alta afluencia de sedimentos provenientes de los ríos. Al repetir el muestreo de sedimentos de fondo en lagos, se deben tener en cuenta las tasas de acumulación del sedimento. Las cuencas en climas temperados fríos, frecuentemente tienen tasas de acumulación de 0,1 a 0,2 milímetros anuales. Un período de muestreo de cinco años resultaría demasiado corto como para suministrar nueva información, a menos que se detecte la presencia de un nuevo contaminante. 20.4.5 Calidad del agua subterránea Una gran cantidad de información hidrogeológica puede ser necesaria para planificar la estrategia del muestreo de los acuíferos. Deberían conocerse él nivel de agua, los gradientes hidráulicos, la velocidad y la dirección de los movimientos del agua. Debería hacerse un inventario de pozos, perforaciones y manantiales alimentados por el acuífero, así como de los detalles del uso del suelo. Las muestras de aguas subterráneas deben tomarse del agua de drenaje, de pozos abiertos y de pozos perforados. Los pozos deberían ser muestreados sólo después que han sido bombeados suficientemente para garantizar que ha sido obtenida una muestra fresca de agua. Esto es en panicular necesario cuando el pozo tiene un revestimiento propenso a la corrosión. Un pozo existente es una opción de bajo costo, aunque no siempre esté en la mejor ubicación o no se hubiese hecho con materiales no contaminantes. Es mejor un pozo que todavía se usa y que se bombea ocasionalmente, a uno que ha sido aban-donado. Los pozos abandonados o no utilizados están casi siempre en condiciones precarias con revestimientos dañados o resquebrajados y equipo de bombeo corroído. Con frecuencia, es difícil medir sus niveles de agua y pueden ser peligrosos. Los cambios en la calidad del agua subterránea pueden ser muy lentos y la toma de muestras mensuales, estaciónales, o incluso anuales, sirven en general para estar al tanto de dichos cambios.

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