REPORTE 2 PROYECTO ACCIONES PARA EL FORTALECIMIENTO DE LOS SISTEMAS CONVENIO DE COORDINACIÓN INECC: INE/A1-010/2013

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1 PROYECTO ACCIONES PARA EL FORTALECIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS CONVENIO DE COORDINACIÓN INECC: INE/A1-010/2013 REPORTE 2 Fecha de entrega: 6 de diciembre del

2 Participaciones: Universidad Tecnológica de León Coordinación y supervisión: M. en A. Claudia Bárcenas Blancarte Instituto Nacional de Ecología y Cambio Cimático Dr. Víctor Hugo Páramo Figueroa Director General de Investigación sobre la Contaminación Urbana y Regional Revisión: Ing. Jorge Alberto Mejía Lozano Colaboración: Colaboración: Calibración Ing. Oscar Quintanar Figueroa Ing. César Gabriel Abad Mendoza Ing. Alejandro Miguel Representatividad de SMCA M. en C. Heriberto Castillo González Diagnóstico de los Sistemas de Información M. en I. Gabriel Carpio Gómez Téc. José Juan Felipe Ángeles García M en C Roberto Basaldud Cruz Ing. Oscar Fentanes Arriaga Ing. Sergio Zirath Hernández Villaseñor Biól. Rodolfo Iniestra Gómez M en C. Ma. Tania López Villegas Ing. José Miguel Noyola Poblete Mat. Víctor Sánchez Rodríguez Ing. Carmen Alejandra Sánchez Soto Act. Ma. Guadalupe Tzintzun Cervantes Agradecimientos: 1 Agradecemos las facilidades que dieron los responsables de los SMCA de Hidalgo, Puebla, Tlaxcala y Morelos para el desarrollo de trabajos de campo.

3 CONTENIDO ABSTRACT RESUMEN EJECUTIVO... 4 DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES REALIZADAS Y PRODUCTOS ENTREGADOS ACTIVIDAD 3. RECOLECTAR INFORMACIÓN BÁSICA PARA LA INSTALACIÓN DE NUEVAS ESTACIONES EN LAS ZONAS METROPOLITANAS DE MONTERREY Y CAMPECHE Mapas en formato electrónico con la integración de la información recopilada I.- Áreas Geoestadísticas II.- Unión del Atributo Población a la Capa de Municipios III- Emisiones de Fuentes Puntuales IV.- Representación de fuentes puntuales en un sistema de información geográfico (SIG) Protocolo para validar la pertinencia de la ubicación de una estación de monitoreo o determinar su posible reubicación I. Objetivos del Monitoreo II. Tipos de Sitios de Monitoreo III. Selección de Sitios de Instalación de Equipos De Monitoreo IV. Evaluación Técnica de Una Red de Monitoreo V. Remoción de Sitios de Monitoreo VI. Conclusiones Bibliografía ACTIVIDAD 5. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN PARA LA INTEGRACIÓN DE UN SISTEMA ÚNICO DE INFORMACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE I. Plan para la Integración y Optimización de los Módulos de los Sistemas de Información de la Calidad del Aire. 53 SINAICA 54 AIRNOW Interconexión sugerida para el manejo de datos Contenido del sistema integral de información Conclusiones... 58

4 II. Reporte de las Pruebas realizadas con el módulo IMS y DMS AIRNOW DMS AIRNOW IMS Actividades realizadas actualmente para el envió de información de SINAICA a AIRNOW Conclusiones ACTIVIDAD 6. REALIZAR LA CALIBRACIÓN DE LOS EQUIPOS DE GASES Y PARTÍCULAS DE LOS SMCA DE HIDALGO, MORELOS, PUEBLA Y TLAXCALA SMCA Puebla Resultados de la calibración al SMCA de Puebla Conclusiones por SMCA de Puebla Relatoria de la Capacitación impartida en el SMCA de Puebla SMCA Morelos Resultados de la Calibración realizada al SMCA de Morelos Conclusiones del SMCA de Morelos Relatoria de la Capacitación impartida al personal del SMCA de Morelos SMCA Hidalgo Resultados de la Calibración al SMCA de Hidalgo Conclusiones de las calibraciones realizadas en los equipos del SMCA de Hidalgo Relatoria de la Capacitación impartida SMCA Tlaxcala Resultados de la calibración realizada a los equipos del SMCA de Tlaxcala Conclusiones de la calibración realizada a los equipos del SMCA de Tlaxcala Relatoria de la Capacitación impartida al personal del SMCA de Tlaxcala Conclusiones de la calibración de los SMCA Conclusiones Generales

5 Abstract This document contains information on actions taken in accordance with the requirements of the second report of the development of multi-year project Actions for strengthening the monitoring systems for atmospheric pollutants (SMCA, in its initials in Spanish), result of coordination agreement between the Technological University of León and the National Institute of Ecology and Climate Change (INECC, in its initials in Spanish) (INE/A1-010/2013). This project's main objective is to support the INECC to perform comprehensive actions aimed to improve the SMCA operating in the country through the timely care of their needs and the provision of strategic elements to keep them operating optimally. As well this document integrates the results obtained by activity, according to the deliverables for the second report referred to in Annex 1 of the agreement, as specified by each action, progress and results to the time of integration and any attachments documentary evidence collected in the field are displayed. Activity 3. Gather basic information to install new stations in metropolitan areas of Monterrey and Campeche." Maps in electronic format with the integration of collected information. This document integrates the collected information of geo statistics areas, population attribute binding layer municipalities and integration of layers of information. The obtained maps of the metropolitan areas of Monterrey and Campeche are displayed and attached in electronic format. Protocol to validate the relevance of the location of a monitoring station or to determine their possible relocation. There is integrated a protocol proposal in order to validate the relevance the location of a monitoring station or to determinate its possible location. In this section is integrated the first part of information related to the monitoring objectives, their spatial scales, the relation between pollutants of interest and the monitoring scales, as well as a general description of the main elements of information useful to select appropriate sites to locate monitoring equipment. This information pretends provide to reader some judgment elements in order to develop a qualitative or situational assessment of a monitoring network and its stations. In the second part, is described some technique assessment methods that allows determine from a quantitative the relevance of a monitoring network and its stations of air quality measurement. Activity 5. "Collecting information for the integration of a single information system of air quality" Plan for integration and optimization modules information systems air quality. The National Institute of Ecology and Climate Change has various systems of information: 1) Information System Monitoring Stations inventory of Air Quality, 2) National Information System of Air Quality (SINAICA acronym in 4

6 Spanish) 3) data query system and indicators of air quality and 4) AIRNow is a system used in the United States and Canada and has been working on its implementation in Mexico. From the analysis it was found that all systems work individually, finding that some of these as the inventory stations and SINAICA (acronym in Spanish) that are not found updated, also analyzing each became systems, its objective and the technical elements that comprise it, which were integrated in this document, also the technical elements are presented in terms of applied technologies, handling database, achieve interconnection and implement a comprehensive information system. Reporting of tests with the IMS and DMS module. They held meetings with staff INECC to know the advances of the UTL, that the implementation stage is the scripts that allow the exchange of information between the server and the server SINAICA AIRNOW. Also, it was noted that at the moment he is working with the DMS module concerning data export to AIRNOW system. The goal is to have all the information SMCA 100% charged. Once this task is completed, work on the implementation of the IMS module is started. The technological infrastructure that is counted and over which is developing the project is not final, and the lack Manager SQL Server database, limited storage capacity during the process of inserting information into the system AIRNOW. Emphasizing that it has considered the acquisition of SQL within this project, as it will be available in the INECC installation, and testing will be specified in the cities that you select at the time to make sure the pilot tests that comply with all specifications that allow the application to run in the AirNow-I system. Activity 6. "Perform equipment calibration gases and particulates from the SMCA of Hidalgo, Morelos, Puebla and Tlaxcala." Activity report of the calibrations performed at the SMCA components of Hidalgo, Morelos, Puebla and Tlaxcala. The complete calibration of manual and automatic monitoring of SMCA of Puebla, Morelos, Tlaxcala, and staff training was conducted field sheets and pictures are attached. For Hidalgo was impossible to perform the calibration of all the SMCA Automatic and manual, as scheduled because the operators had a mishap on the road. As automatic network was only possible to calibrate the two Tepeji-Tula region, pending two of this region and 3-Tizayuca Pachuca region. Regarding the manual network all the computers in the Tula region-tepeji Pachuca 7-Tijayuca region, pending the equipment located in the northern region were calibrated. At the request of the head of SMCA work in January will begin again, to realize what is missing. It is generally observed that one of the main gaps in Monitoring Systems Air Contaminants Hidalgo, Morelos, Puebla and Tlaxcala are economic resources and limited expertise of its staff, motivated by the lack of training and interest from operators. 5

7 It also suggests consideration in the support granted to reactivate the interest and commitment they have to keep their SMCA in good condition and operating for a considerable time, in this regard it is recommended that management is made prior to the responsible and senior staff so that they are drawn to one side by the current situation in which they find themselves and other supports that will be awarded and generate commitment to keep them operating. 6

8 Resumen ejecutivo El presente documento contiene la información de las acciones realizadas de acuerdo a lo requerido en el segundo reporte del desarrollo del proyecto plurianual Acciones para el fortalecimiento de los sistemas de monitoreo de contaminantes atmosféricos (SMCA), resultado del convenio de coordinación entre la Universidad Tecnológica de León y el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INE/A1-010/2013). Este proyecto tiene como objetivo principal apoyar al INECC a realizar acciones integrales dirigidas a mejorar los SMCA que operan en el país, mediante la atención oportuna de sus necesidades y la provisión de elementos estratégicos para que se mantengan operando de manera óptima. Este documento integra los resultados obtenidos por actividad, de acuerdo a los entregables correspondientes al segundo reporte referidos en anexo 1 del convenio referido, por lo que se especifica en cada uno las acciones, avances y resultados obtenidos hasta el momento de su integración y en anexos se despliegan las evidencias documentales recabadas en campo. Actividad 3. Recolectar información básica para la instalación de nuevas estaciones en las zonas metropolitanas de Monterrey y Campeche. Mapas en formato electrónico con la integración de la información recopilada. En el documento se integra la información recopilada respecto a áreas geoestadísticas, unión del atributo población a la capa de municipios e integración de capas de información, mostrando los mapas obtenido y anexando estos en formato electrónico de las zonas metropolitanas de Monterrey y Campeche. Protocolo para validar la pertinencia de la ubicación de una estación de monitoreo o determinar su posible reubicación. Se integra una propuesta de protocolo para validar la pertinencia de la ubicación de una estación de monitoreo o determinar su posible reubicación. Para este apartado se integra en la primera parte información relativa a los objetivos del monitoreo, sus escalas espaciales, la relación entre los contaminantes de interés y las escalas de monitoreo, así como una descripción general de los principales elementos de información que son útiles para seleccionar los sitios más apropiados para la instalación de los equipos de monitoreo. Dicha información pretende brindar al lector algunos elementos de juicio para hacer una evaluación cualitativa o situacional de una red de monitoreo y de las estaciones que la conforman. En la segunda parte se describen algunos métodos de evaluación técnica que permiten determinar, desde un punto de vista cuantitativo, la pertinencia de una red de monitoreo y sus respectivas estaciones de medición de la calidad del aire. 4

9 Actividad 5. Recopilación de información para la integración de un sistema único de información de la calidad del aire. Plan para la integración y optimización de los módulos de los sistemas de información de la calidad del aire. Actualmente el Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático cuenta con diversos sistemas de información: 1) Sistema de información del inventario de Estaciones de Monitoreo de la Calidad del Aire, 2) Sistema Nacional de Información de la Calidad del Aire (SINAICA), 3) Sistema de consulta de datos e indicadores de la calidad del aire, y 3) AIRNow que es un sistema utilizado en los Estados Unidos y Canadá y se ha venido trabajando en su implementación en México. Del análisis realizado se encontró que todos funcionan de forma individual, encontrando que algunos de estos como el de inventario de Estaciones y el SINAICA no están actualizados, así mismo se hizo el análisis de cada uno de ellos tanto de su objetivo como de los elementos técnicos que lo conforman, los cuales se integraran en el presente documento, así mismo se exponen los elementos técnicos, en materia de tecnologías aplicadas y manejo de base de datos de cada uno y el planteamiento para lograr su interconexión e implementar un sistema integral de información. Reporte de las pruebas realizadas con el módulo IMS y DMS Para conocer los avances que tienen en el INECC se tuvieron reuniones con el personal en las cuales se mencionó que se encuentran en la etapa implementación los scripts que permiten el intercambio de información entre el servidor del SINAICA y el servidor del AIRNOW. Así mismo se resaltó que por el momento se está trabajando con el módulo DMS concerniente a exportación de datos al sistema AIRNOW y la finalidad es tener al 100% cargada la información de todas las redes de monitoreo. Una vez concluida esta tarea se comenzaran los trabajos para la puesta en marcha del módulo IMS. Un punto importante a mencionar es que la infraestructura tecnológica con la que se cuenta y sobre la cual se está desarrollando el proyecto no es la definitiva, además de la falta del gestor de base de datos SQL Server, que limita la capacidad de almacenamiento durante el proceso inserción de información al sistema AIRNOW. Resaltando que por ello se ha considerado la adquisición del SQL dentro del presente proyecto, en cuanto se tenga disponible se hará la instalación en el INECC, y se concretaran las pruebas en las ciudades que se seleccionen en su momento para realizar las pruebas piloto asegurándose de que se cumplan con todas las especificaciones que permitan correr la aplicación en el sistema AirNow-I. 5

10 Actividad 6. Realizar la calibración de los equipos de gases y partículas de los SMCA de Hidalgo, Morelos, Puebla y Tlaxcala. Informe de actividades de las calibraciones realizadas a los componentes de los SMCA de Hidalgo, Morelos, Puebla y Tlaxcala Se realizó la calibración completa de equipos de monitoreo manual y automático de los SMCA de Puebla, Morelos, Tlaxcala, así como la capacitación de personal, se anexan hojas de campo y fotografías. En el caso de Hidalgo no fue posible concretar la calibración de todo su SMCA Automático y manual, como se tenía programado debido a que lo operadores tuvieron un percance en la carretera. Por lo que de la red automática solo fue posible calibrar dos estaciones de la región Tula-Tepeji, quedando pendientes dos de esta región y 3 de la región Pachuca-Tizayuca. Respecto a la red manual se calibraron todos los equipos de la región Tula-Tepeji y 7 de la región Pachuca-Tijayuca, quedando pendiente los equipos ubicados en la región norte. A petición de la responsable del SMCA se retomarán los trabajos en el mes de enero, para concretar lo que falta. Se observó de manera general que, una de las principales carencias en los Sistemas de Monitoreo de Contaminantes Atmosféricos de Hidalgo, Morelos, Puebla y Tlaxcala son los recursos económicos y una limitada experiencia de su personal, motivada por la falta de capacitación e interés de parte de los operadores. Asimismo, se sugiere tener en cuenta en los apoyos que se otorguen para la reactivación el interés y compromiso que tengan para mantener sus SMCA en buenas condiciones y operando por un tiempo considerable, en este sentido se recomienda que se haga una gestión previa con los responsables y personal de alto nivel a fin de que se dé a conocer por un lado la situación actual en la que se encuentran y por otro los apoyos que se otorgaran y generar el compromiso para que se mantengan operando. 6

11 Descripción de actividades realizadas y productos entregados. Actividad 3. Recolectar información básica para la instalación de nuevas estaciones en las Zonas Metropolitanas de Monterrey y Campeche. 3.3 Mapas en formato electrónico con la integración de la información recopilada. I.- Áreas Geoestadísticas. Para este proyecto la información recopilada tal como población, red carretera, estaciones de monitoreo y fuentes puntuales de emisión será referenciada a áreas geoestadísticas a nivel estatal y municipal. Las áreas geoestadísticas se obtuvieron en forma vectorial del Marco Geoestadístico, diseñado y creado por el INEGI en la siguiente dirección: En esta dirección se seleccionaron Áreas Geoestadísticas Estatales y Áreas Geoestadíticas Municipales y los archivos que se obtuvieron son: mge2010v5_0a.zip (Áreas Geoestadísticas Estatales). mgm2010v5_0a.zip (Áreas Geoestadísticas Municipales). Después de descompactar los dos archivos anteriores se obtienen los archivos shape, los cuales emplean un sistema de coordenadas geográfico ITRF_1992 y están proyectados en un sistema coordenado de Lambert Cónica Conformal, los archivos con la información para los estados y municipios tienen los siguientes nombres: ESTADOS.shp MUNICIPIOS.shp 7

12 Con el propósito de tener toda la información en un sistema coordenado geográfico común, los archivos con la información de las áreas geoestadísticas se transformaron a archivos que emplean el sistema coordenado geográfico WGS_84 y sin ninguna proyección definida, los archivos resultantes tienen los siguientes nombres: ESTADOS_WGS84.shp MUNICIPIOSWGS84.shp II.- Unión del atributo población a la capa de municipios. Es posible con las herramientas de un Sistema de Información Geográfico hacer una unión entre una capa y una tabla, en este caso la capa está representada por el archivo MUNICIPIOSWGS84.shp y la tabla con el archivo que contiene los datos de población por municipio. Para el estado de Nuevo León se empleó el archivo con valores separados por coma Nuevo_Leon_Poblacion2010.csv y para el estado de Campeche el archivo Campeche_Poblacion2010.csv. Los archivos shape que se generan después del proceso de unión para cada uno de los estados son: Nuevo_Leon_Poblacion2010.shp Campeche_Poblacion2010.shp Lo atributos que contiene cada una de estas capas son: Clave de la entidad. Clave del municipio. Nombre del municipio. Población. 8

13 En la Fig. 1 se ilustra la distribución espacial de la población de cada uno de los municipios que constituyen a la Zona Metropolitana de Monterrey y cuyos nombres son: Apodaca, Cadereyta de Jiménez, Carmen, García, San Pedro Garza García, General Escobedo, Guadalupe, Juárez Monterrey, Salinas Victoria, San Nicolás de los Garza, Santa Catarina y Santiago, la información de la población corresponde al censo de población y vivienda llevado a cabo por el INEGI en el 2010 ( En la Fig. 2 se presenta una gráfica de la población por municipio para el estado de Nuevo León y se observa que el municipio que corresponde a Monterrey cuenta el mayor número de habitantes que alcanza una cifra de 1,135,550, los municipios con un número de habitantes mayor a 200,000 corresponden a: Apodaca, General Escobedo, Guadalupe, Juárez, San Nicolás de los Garza y Santa Catarina. En la Fig. 3 se muestra la distribución espacial del número de habitantes en el estado de Campeche, a pesar de que en este estudio únicamente es de interés el municipio de Campeche la información para los otros municipios también se incluye únicamente para fines de comparación. En la Fig. 4 se observa que el municipio de Campeche es el más poblado del Estado de Campeche, con una población de 259,005 habitantes, en este estado los municipios con un número de habitantes mayor a 200,000 son los municipios de Campeche y Carmen. La información de la distribución espacial del número de habitantes es de gran relevancia en el diseño espacial óptimo para la instalación de estaciones de monitoreo de calidad del aire debido a que es uno los factores que determinan los sitios para la ubicación de las estaciones de monitoreo. 9

14 Figura 1. Distribución de la población en la Zona Metropolitana de Monterrey (2010). Figura 2. Población por municipio en el estado de Nuevo León ).

15 Figura 3. Distribución de la población en el estado de Campeche 2010). 11

16 Figura 4. Población por municipio en el estado de Campeche (2010). III- Emisiones de fuentes puntuales. IV.- Representación de fuentes puntuales en un sistema de información geográfico (SIG). Las etapas III y IV se presentarán en el próximo informe debido a que estamos en espera de que se proporcione la información correspondiente, misma que fue solicitada a DGCARETC/SEMARNAT. 12

17 V.- Integración de las capas de información. Los Sistemas actuales de Información Geográfica tiene la capacidad para superponer capas de información, y de esta forma contestar preguntas tales como qué caminos se encuentran en un municipio dado?, qué fuentes de emisión se encuentran en polígono dado?, etc. La práctica de superponer varias capas de información cuando estas se encuentran separadas en varias capas, es de gran ayuda, ya que de esta forma se logra integrar toda la información y por lo tanto facilitando su análisis. En este estudio se llevó a cabo la superposición de capas con la información relevante para la instalación de nuevas estaciones de monitoreo para medir la calidad del aire en la Zona Metropolitana de Monterrey y Campeche. Las capas a superponer contienen información de la topografía del terreno, carreteras principales y estaciones de monitoreo de la calidad del aire actualmente instaladas y en operación. El conocimiento de la información topográfica es muy importante debido a que esta de algún modo contribuye al comportamiento meteorológico de la región y por lo tanto en el establecimiento de los patrones de viento, los cuales son un factor que juega un papel de suma importancia para la instalación de las estaciones de monitoreo de la calidad del aire. Debido a que las emisiones por el escape de las fuentes móviles contribuyen con un gran porcentaje a las emisiones totales que provienen de actividades realizadas por el hombre o también llamadas antropogénicas, es de mucha utilidad conocer como es la distribución espacial de las principales carreteras por las cuales se desplazan estas fuentes de emisión, además de que proporcionan criterios para una mejor planeación en la instalación de nuevas estaciones de monitoreo. Es muy importante tener registro de los contaminantes emitidos por esta categoría de fuentes, debido a que las especies que emiten causan un gran daño a la salud de la población. La capa con la información de las ubicaciones de las estaciones de monitoreo es muy importante debido a que los principales objetivos de una red de monitoreo de calidad del aire son: 1. Proveer datos de la calidad del aire al público en general de manera oportuna. Los datos pueden ser presentados a través de diferentes vías, tales como mapas de la calidad del aire, periódicos, sitios de internet o como parte de los avisos públicos sobre el pronóstico del tiempo. 13

18 2. Vigilar el cumplimiento de los estándares de calidad de la aire y apoyar el desarrollo de estrategias de control de emisiones. Los datos generados por las redes de monitoreo pueden ser utilizados para evaluar los modelos regionales de calidad del aire usados en el diseño de estrategias de control de emisiones, así como para dar seguimiento al impacto que sobre la calidad del aire tiene la implementación de dichas medidas. El monitoreo en zonas cercanas a las principales fuentes de emisión y el monitoreo orientado a fuentes pueden proporcionar información valiosa sobre que tan bien están controlando sus emisiones las fuentes industriales. 3. Apoyar el desarrollo de estudios de investigación sobre la contaminación del aire. Los datos de calidad del aire pueden ser usados para complementar la información colectada por investigadores que trabajan en la evaluación de los efectos en la salud y procesos atmosféricos, o para desarrollar trabajos en torno a los métodos de monitoreo. La superposición de las capas de información correspondientes a la Zona Metropolitana de Monterrey y al estado de Campeche se hicieron con el Sistema de Información Geográfica ArcGIS, los archivos que se generaron para cada uno de los casos son los siguientes: EstMon_Carr_ZMM.mxd EstMon_Carr_ZMC.mxd En la Fig.5 se presenta de una manera ilustrativa la visualización de las capas superpuestas para la Zona Metropolitana de Monterrey, aquí se pueden observar claramente las partes elevadas que existen en la parte suroeste del Municipio de Monterrey y en general de casi todos los municipios que constituyen esta zona, las principales carreteras que atraviesan la zona están también están representadas así como la distribución espacial de las estaciones de monitoreo. La Fig. 6 muestra un terreno prácticamente plano en el municipio de Campeche, lo cual permite que el aire se mueva libremente, la ausencia de valles impide que se creen capas de inversión, este tipo de terreno permite que la atmósfera se refresque rápidamente, la única estación de monitoreo de calidad del aire para este estado se encuentra ubicada en el municipio de Campeche y cercana al mar como se pude observar, también se muestran las principales carreteras que atraviesan el estado. 14

19 Figura 5. Integración de las capas de información: topografía, carreteras y estaciones de Monitoreo de calidad del aire en la Zona Metropolitana de Monterrey. 15

20 Figura 6. Integración de las capas de información: topografía, carreteras y estaciones de monitoreo de Calidad del Aire en el estado de Campeche. En la Tabla 1 se resumen los archivos generados correspondientes a esta etapa del proyecto. Tabla 1. Resumen de los archivos generados. Archivo Descripción ESTADOS_WGS84.shp Áreas Geoestadísticas Estatales. MUNICIPIOSWGS84.shp Áreas Geoestadísticas Municipales. Nuevo_Leon_Poblacion2010.shp Población Campeche_Poblacion2010.shp Población 2010, EstMon_Carr_ZMM.mxd Capas superpuestas. EstMon_Carr_ZMC.mxd Capas superpuesta. 16

21 3.4 Protocolo para validar la pertinencia de la ubicación de una estación de monitoreo o determinar su posible reubicación La primera parte de este apartado incluye información relativa a los objetivos del monitoreo, sus escalas espaciales, la relación entre los contaminantes de interés y las escalas de monitoreo, así una descripción general de los principales elementos de información que son útiles para seleccionar los sitios más apropiados para la instalación de los equipos de monitoreo. Dicha información pretende brindar al lector algunos elementos de juicio para hacer una evaluación cualitativa o situacional de una red de monitoreo y de las estaciones que la conforman. En tanto que la segunda parte de este apartado describe algunos métodos de evaluación técnica que permiten determinar, desde un punto de vista cuantitativo, la pertinencia de una red de monitoreo y sus respectivas estaciones de medición de la calidad del aire. Introducción La contaminación atmosférica, que afecta a las zonas urbanas del mundo, constituye un riesgo medioambiental para las salud y causa alrededor de 3.4 millones de muertes prematuras anuales y más de 78.6 millones de vida saludable perdidos (Lim et al., 2012; HEI, 2012). En México durante 2008 se pueden atribuir más de muertes prematuras a la contaminación atmosférica (OMS, 2013). En este contexto general, el monitoreo de la calidad del aire, entendido como toda metodología diseñada para muestrear, analizar y procesar de forma continua las concentraciones de sustancias o de contaminantes presentes en el aire en un lugar establecido durante un tiempo determinado (Martínez A.P. y I. Romieu, 1997), toma una importancia fundamental para identificar y proveer la información necesaria para evaluar la calidad del aire de cada región y sus tendencias, como una herramienta para desarrollar estrategias de prevención y control, planes de manejo de la calidad del aire y políticas ambientales integrales, entre otras aplicaciones. Dada esta utilidad, al momento de diseñar e integrar un sistema de monitoreo de la calidad del aire es necesario definir con claridad los objetivos de éste e identificar la ubicación más conveniente de las estaciones de monitoreo acorde con dichos objetivos y con el área que se pretende cubrir. 17

22 Este documento se enfoca en la relación que existe entre los objetivos del monitoreo, el tipo de sitios de monitoreo y la localización geográfica de dichos sitios. Como tal intenta poner al alcance tanto de las autoridades encargadas del monitoreo de la calidad del aire como del público en general un conjunto de elementos útiles para evaluar la pertinencia de la ubicación de una estación de monitoreo. Sin embargo, dependiendo de su situación particular los usuarios de esta guía pueden modificar los criterios recomendados para facilitar la evaluación tanto de las estaciones como de las redes de monitoreo. I. Objetivos del monitoreo. A continuación se describen los objetivos del monitoreo del aire ambiente y algunos criterios generales usados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) para evaluar tanto la pertinencia de ubicación de estaciones de monitoreo como el funcionamiento de una red de monitoreo. En general, en el contexto internacional se ha identificado que las redes de monitoreo de aire ambiente normalmente son diseñadas para cumplir los siguientes objetivos básicos: 1. Proveer datos de la calidad del aire al público en general de manera oportuna. Los datos pueden ser presentados a través de diferentes vías, tales como mapas de la calidad del aire, periódicos, sitios de internet o como parte de los avisos públicos sobre el pronóstico del tiempo. 2. Vigilar el cumplimiento de los estándares de calidad del aire y apoyar el desarrollo de estrategias de control de emisiones. Los datos generados por las redes de monitoreo pueden ser utilizados para evaluar los modelos regionales de calidad del aire usados en el diseño de estrategias de control de emisiones, así como para dar seguimiento al impacto que sobre la calidad del aire tiene la implementación de dichas medidas. El monitoreo en zonas cercanas a las principales fuentes de emisión y el monitoreo orientado a fuentes pueden proporcionar información valiosa sobre que tan bien están controlando sus emisiones las fuentes industriales. 3. Apoyar el desarrollo de estudios de investigación sobre la contaminación del aire. Los datos de calidad del aire puede ser usados para complementar la información colectada por investigadores que trabajan en la evaluación de los efectos en la salud y procesos atmosféricos, o para desarrollar trabajos en torno a los métodos de monitoreo. 18

23 II. Tipos de sitios de monitoreo Con el fin de cumplir con estos objetivos básicos del monitoreo de la calidad del aire una red debe estar diseñada con una variedad de tipos de sitios de monitoreo, de tal forma que puedan ser capaces de informar a los administradores acerca de cosas como: los niveles pico de contaminación de aire, niveles típicos en áreas pobladas, transporte de contaminantes hacia dentro y fuera de la ciudad o región, y los niveles de contaminación atmosférica en la cercanía de fuentes específicas. Para resumir algunos de estos sitios, a continuación se listan seis tipos generales de sitios de monitoreo: Los sitios localizados para determinar las concentraciones más altas en la zona cubierta por la red. Los sitios localizados para medir concentraciones típicas de las zonas de alta densidad de población. Los sitios localizados para determinar el impacto de fuentes o categorías de fuentes importantes sobre la calidad del aire. Los sitios localizados para determinar los niveles de concentración de fondo. Los sitios localizados para determinar la extensión del transporte de contaminantes entre áreas habitadas, y en apoyo a la evaluación de cumplimiento de normas. Los sitios localizados para medir los efectos de la contaminación atmosférica en la visibilidad, daños a la vegetación, o cualquier otro impacto en el bienestar. II.1 Escalas espaciales. Con el fin de clarificar la naturaleza de la relación entre los objetivos generales del monitoreo, los tipos de sitios y la ubicación física de un monitor en particular, es necesario recurrir al concepto de escala espacial de la representatividad de una estación de monitoreo. Así pues, la escala espacial de la representatividad se describe en términos de las dimensiones físicas de la parcela de aire más cercana al sitio de monitoreo a lo largo de la cual las concentraciones de contaminantes son razonablemente similares. De esta forma, el objetivo en la localización de los monitores es empatar apropiadamente la escala espacial representada por la muestra de aire monitoreado con la escala espacial más apropiada para el tipo de sitio de monitoreo, el contaminante a ser medido y el objetivo del monitoreo. 19

24 Las escalas de representatividad de mayor interés para los tipos de sitios de monitoreo descritos anteriormente son las siguientes: Microescala. Define las concentraciones en volúmenes de aire asociados con áreas de dimensiones que varían desde unos metros hasta aproximadamente 100 metros. Escala media. Define las concentraciones típicas de áreas que varían entre 100 metros a 0.5 km. Escala local o de vecindario. Define concentraciones dentro de algunas áreas extendidas de la ciudad que tienen un uso de suelo relativamente uniforme con dimensiones en el rango de 0.5 hasta 4 km. Escala urbana. Define las concentraciones dentro de áreas con dimensiones como las de una ciudad, en el orden de 4 a 50 km. Dentro de la ciudad, la distribución espacial de las fuentes de emisión de contaminantes puede provocar que no haya un lugar único que pueda asumirse que representa a calidad del aire a escala urbana. Escala regional. Por lo general define concentraciones dentro de una zona rural con una geografía relativamente homogénea sin fuentes de gran tamaño, y se extiende desde decenas a cientos de kilómetros Escala nacional o global. Esta escala de medición representa concentraciones que caracterizan a la nación o al mundo como un todo. La adecuada ubicación de un monitor requiere la especificación del objetivo del monitoreo, el tipo de sitio necesario para cumplir con el objetivo, y, a continuación, la escala espacial de la representatividad. Por ejemplo, consideremos el caso en el que el objetivo es determinar el cumplimiento de la normatividad mediante el conocimiento de las concentraciones máximas de ozono en un área. Tal área es probable que se hubiera ubicado viento a favor de una zona metropolitana, muy probablemente en un área residencial suburbana donde los niños y otros individuos susceptibles probablemente desarrollan sus actividades en la calle. Los sitios de monitoreo localizados en éstas áreas es más probable que representen una escala urbana de medición. En este ejemplo, la ubicación física se determinará considerando las emisiones de precursores de ozono, la actividad pública y las características meteorológicas que afectan la formación y dispersión del ozono. Por lo tanto, la escala espacial de representatividad no se utiliza en el proceso de selección sino que fue el resultado de su ubicación. En cualquier caso, la clasificación del monitor por su tipo y escala espacial de representatividad es necesaria y servirá de ayuda en la interpretación de los datos de seguimiento de un determinado objetivo de monitoreo (por ejemplo, informes públicos, cumplimiento de normas o apoyo a la investigación). 20

25 El cuadro II.1.1 ilustra la relación entre los distintos tipos de sitios que se pueden utilizar para apoyar los tres objetivos de monitoreo, y la escala de representatividad que, por lo general, son más apropiadas para ese tipo de sitios. Cuadro II.1.1. Relación entre tipos de sitios y escalas de representatividad Tipo de sitio Escalas espaciales apropiadas Medición de altas concentraciones Micro Media Local o vecindario Algunas veces urbano o regional para contaminantes secundarios Efectos en la población Local o vecindario Urbano Impacto de fuentes Micro Media Local o vecindario General/De fondo/transporte regional Urbano Regional Impactos relacionados con el bienestar Urbano Regional Fuente: 40 CFR Part 58 Appendix D. El Cuadro II.1.2 describe las escalas más apropiadas para llevar a cabo el monitoreo de cada contaminante en particular. 21

26 22 Cuadro II.1.2. Relación entre el contaminante de interés y sus escalas de monitoreo. Contaminante Escalas Comentario Ozono (O3) Local Las mediciones en esta categoría representan condiciones de una región sub-urbana razonablemente homogénea en términos de la concentración del contaminante y considera dimensiones de pocos kilómetros. Estos datos ayudan a entender patrones de concentración a escalas urbana y regional ya que permiten identificar procesos de transporte y mezcla que ocurren en periodos de horas. Urbana Mediciones en esta escala se utilizan para estimar las concentraciones en grandes porciones de un área urbana con dimensiones de 50 kilómetros o más. Estas mediciones se usan para determinar las tendencias y para el diseño de estrategias de control. Los sitios de escala urbana también se utilizan para medir altas concentraciones viento abajo de la zona con las mayores emisiones de precursores. Regional Esta escala de medición se usa para tipificar las concentraciones en grandes porciones de un área metropolitana e incluso zonas más grandes y con dimensiones de hasta cientos de kilómetros. Estas mediciones son de utilidad para la evaluación del ozono que es transportado hacia y desde un área metropolitana, así como de las concentraciones de fondo. En algunas situaciones, especialmente cuando se consideran áreas metropolitanas muy grandes con mezclas complejas de fuentes, sitios de escala regional pueden ser ubicados en donde se registran las concentraciones máximas. Monóxido de carbono Microescala Estas mediciones normalmente representan concentraciones en áreas muy cercanas a las principales carreteras, en las aceras, (CO) y en algunos casos, a fuentes puntuales y de área. Las emisiones en las avenidas resultan en muy altas concentraciones de CO con gradientes de concentración que en general muestran una marcada disminución viento a favor en la medida que crece la distancia respecto de las principales avenidas o carreteras, o con respecto al centro urbano. Media En algunos casos, mediciones en esta escala pueden aplicar a zonas que tienen una longitud total de varios kilómetros, como fuentes de emisión de "línea". Este tipo de fuentes de emisión incluirían calidad del aire a lo largo de calles desarrolladas comercialmente o plazas comerciales, estacionamientos y calles alimentadoras. Local Las mediciones de CO en esta categoría representan razonablemente las condiciones urbanas en algunas sub-regiones. En

27 23 algunos casos, estos datos pueden representar no sólo la vecindad inmediata de una área espacial, sino también a otras similares, tales como áreas a través de una gran área urbana. Estas mediciones son útiles para proveer concentraciones de fondo en áreas urbanas apoyando trabajos de investigación sobre impactos en salud y modelación de la calidad del aire. Bióxido de nitrógeno (NO2) Microescala Esta escala representa áreas muy cercanas a las principales carreteras o fuentes puntuales y de área. Las emisiones procedentes de los vehículos que circulan en las carreteras resultan en altos niveles de NO2 a nivel de microescala, donde los gradientes de concentración, en general, muestran una marcada disminución, viento abajo, en la medida que aumenta la distancia respecto a las principales carreteras. Como se destacará más adelante, las estaciones de monitoreo de NO2 son requeridas en un margen de 50 metros respecto al segmento carretero objetivo a fin medir las concentraciones pico de este contaminante. Media Esta escala por lo general representa los niveles de calidad del aire en áreas del orden de 100 a 500 metros. La escala media puede incluir sitios donde se espera ocurran las concentraciones horarias máximas debido a la proximidad a las principales fuentes puntuales, de área o no carreteras de NO2. Local Las emisiones de fuentes puntuales y de área pueden, bajo ciertas condiciones de la pluma, resultar en concentraciones altas de NO2 en esta escala. Cuando los sitios de monitoreo en esta escala se ubican lejos de la vecindad de las principales fuentes de NO2, el sitio puede ser útil para para representar valores típicos de calidad del aire de grandes áreas residenciales y por lo tanto son útiles para análisis de exposición de la población y de tendencias. Urbana Estas mediciones serán útiles para evaluar las tendencias de la calidad de aire en el área urbana y por lo tanto, la eficacia de medidas de control de la contaminación. Bióxido de azufre (SO2) Microescala Esta escala caracterizaría áreas cercanas a fuentes puntuales y de área de SO2. Las emisiones de fuentes puntuales, de área y móviles no carreteras, bajo determinadas condiciones de pluma pueden resultar en altas concentraciones en esta escala de monitoreo. Media La escala media puede incluir lugares con altas concentraciones esperadas de corto plazo debido a la proximidad a grandes fuentes de emisión.

28 24 Material particulado (PM10) Local Urbana Microescala Media Local Un sitio de monitoreo en esta escala puede ser útil en la representación de valores típicos de calidad del aire en grandes zonas residenciales, y por lo tanto resultan aptos para evaluar la exposición de la población y el análisis de tendencias. Las mediciones en esta escala se utilizan para estimar las concentraciones en grandes porciones de un área urbana con dimensiones de 4 a 50 kilómetros. Estas mediciones serían útiles para evaluar las tendencias de calidad de aire y por lo tanto, la eficacia de las estrategias de control de la contaminación atmosférica. Los sitios de escala urbana también pueden apoyar a otros objetivos del monitoreo del SO2 como identificar tendencias y, cuando los monitores están situados viento arriba de fuentes locales, las concentraciones de fondo. Esta escala podría tipificar áreas tales como corredores de tráfico y otros sitios donde el público en general podría estar expuesto a altas concentraciones de PM10. Estos sitios de monitoreo deberían estar ubicados cerca de edificios habitados o lugares donde el público en general se pueden esperar esté expuesto a la concentración medida. Las emisiones de fuentes fijas, tales como las fundidoras, plantas de energía, y otros grandes procesos industriales pueden, bajo ciertas condiciones de la pluma de dispersión, producir altas concentraciones a nivel de microescala. En este último caso, la microescala representaría una área impactada por la pluma de dispersión con dimensiones de hasta aproximadamente 100 metros. Los datos recogidos en estos sitios proporcionan información necesaria para evaluar y desarrollar medidas de control en punto de alto interés (hot spot). Gran parte de la exposición de corto plazo a partículas de la fracción gruesa (PM10) se registra en las escalas media y local. Las personas que se desplazan por las zonas del centro de una ciudad o que viven cerca de las principales carreteras o fuentes estacionarias, puede encontrar contaminación por partículas que sería adecuadamente caracterizada por las mediciones de esta escala espacial. Las mediciones de PM10 en escala media puede ser la adecuada para la evaluación de los efectos en salud por exposición de corto plazo. En muchas situaciones, los puntos de monitoreo que son representativos de impactos a micro-escala o escala media son representativas de muchas situaciones similares. Esto puede ocurrir por ejemplo en corredores de tráfico o en áreas residenciales. Las mediciones de esta categoría representan condiciones relativamente homogéneas en algunas zonas urbanas con dimensiones de unos pocos kilómetros. La homogeneidad se refiere a la concentración de partículas, así como al uso de suelo y

29 25 Material particulado (PM2.5) Microescala Media Local características de la superficie. En algunos casos, una ubicación cuidadosamente seleccionada para ofrecer los datos a escala local podría representar la calidad del aire por partículas PM10 no sólo del área donde se efectúa el monitoreo sino también de otras áreas similares en la ciudad. El monitoreo de PM10 a esta escala provee información acerca de las tendencias y el cumplimiento de las normas ya que a menudo representan las condiciones en las zonas en donde la gente suele vivir y trabajar por períodos prolongados. Los datos de monitoreo a esta escala podrían proporcionar también información valiosa para desarrollar, probar y revisar modelos que describen patrones de concentración a mayores escalas. Esta escala podría tipificar áreas tales como corredores de tráfico y otros sitios donde el público en general podría estar expuesto a altas concentraciones de contaminantes provenientes de fuentes móviles. Se sugiere el empleo de esta escala para el monitoreo en sitios urbanos que son representativos de la exposición humana de largo plazo. En general, el monitoreo de partículas a esta escala debería localizarse cerca de edificios habitados o lugares donde el público en general se pueden esperar que esté expuesto a las concentraciones medidas. Los datos recogidos en estos sitios proporcionan información necesaria para evaluar y desarrollar medidas de control en puntos de alto interés para las autoridades ambientales. Las personas que se desplazan por las zonas del centro de una ciudad o que viven cerca de las principales carreteras o fuentes estacionarias, pueden encontrar contaminación por partículas que sería adecuadamente caracterizada por las mediciones de esta escala espacial. Por lo tanto, las mediciones de este tipo serían apropiadas para evaluar los posibles efectos a la salud causados por la posible exposición a corto plazo a la contaminación por partículas. En muchas situaciones, los puntos de monitoreo que son representativos de impactos a micro-escala o escala media son representativas de muchas situaciones similares. Esto puede ocurrir por ejemplo en corredores de tráfico o en áreas residenciales. Las mediciones de esta categoría representan condiciones relativamente homogéneas en algunas zonas urbanas con dimensiones de unos pocos kilómetros. La homogeneidad se refiere a la concentración de partículas, así como al uso de suelo y características de la superficie. Gran parte de la exposición a PM2,5 se espera que estén asociadas con mediciones a esta escala.. En algunos casos, una ubicación cuidadosamente seleccionada para ofrecer los datos a escala local podría representar la calidad del aire no sólo del área donde se efectúa el monitoreo sino también de otras áreas similares en la ciudad. Los sitios

30 de monitoreo de esta escala proveen información útil para evaluar tendencias y el cumplimiento de las normas ya que a menudo representan las condiciones en las zonas en donde la gente suele vivir y trabajar por períodos prolongados. Urbana Esta clase de medición podría ser utilizada para caracterizar la concentración de material particulado en áreas con dimensiones que van de 4 a 50 kilómetros. Estas medidas serían útiles para evaluar las tendencias de la calidad de aire y la eficacia de estrategias de control de la contaminación atmosférica. Regional Como se ha señalado anteriormente, utilizar el monitoreo a esta escala es válido cuando se asume cierto grado de homogeneidad en la zona. Por esta razón, las mediciones de escala regional son aplicables a zonas escasamente pobladas. Los datos de esta escala pueden proporcionan información sobre los procesos de emisión, pérdida y transporte de partículas de gran escala. El transporte de PM2.5 contribuye a elevadas concentraciones de partículas y puede afectar a múltiples zonas urbanas con grandes poblaciones. El desarrollo de estrategias de control eficaces contra la contaminación requiere una comprensión regional de las fuentes de emisión y los procesos atmosféricos que son responsables de elevados niveles de PM2,5 y O3. Fuente: elaboración propia con información obtenida en 40 CFR Part 58 Appendix D. 26

31 III. Selección de sitios de instalación de equipos de monitoreo La selección del lugar de medición apropiado, es una de las tareas más importantes en el diseño de una red de monitoreo, ya que debe ser la ubicación más representativa para monitorear las condiciones de la calidad del aire. Por ello, en México, la Norma Oficial Mexicana NOM156-SEMARNAT-2012, Establecimiento y operación de sistemas de monitoreo de la calidad del aire, en su apartado 6. Diseño de los sistemas de monitoreo de la calidad del aire, numeral 6.1.2, establece que para ubicar cada estación de monitoreo se deben realizar los estudios o trámites necesarios para obtener información de apoyo, tal como: 27 Inventario de emisiones o ubicación de fuentes emisoras. El conocer la información de localización de fuentes y sus niveles de emisión es un punto importante en la selección de los sitios, ya que permite la identificación de las zonas críticas que se pudieran tener en el área. Si no es posible hacer un inventario total de emisiones, es importante conocer por lo menos la ubicación de las fuentes relevantes e información básica de qué contaminantes emiten, así como información sobre la distribución de la población. Modelos de calidad del aire. En caso de existir modelos de dispersión, los resultados de las simulaciones de estos se pueden usar para predecir los patrones de dispersión o depósito de los contaminantes, así como las reacciones atmosféricas probables de éstos lo que puede ser de ayuda en la selección de sitios. Información meteorológica de la región. Las consideraciones atmosféricas pueden influir en la variabilidad espacial y temporal de los contaminantes y en su transporte. Los efectos de edificios, fuentes de calor, en fin cualquier perturbación de las trayectorias del aire puede producir anomalías locales excesivas de concentraciones del contaminante. La meteorología debe ser considerada en conjunto con la situación geográfica del sitio y junto con ello factores como altura, dirección y extensión de las sondas de monitoreo. Los factores meteorológicos siguientes pueden influir de manera importante en la dispersión de contaminantes: La velocidad del viento afecta el tiempo de viaje del contaminante desde la fuente al receptor y la dilución del aire contaminado en la dirección que experimente el viento. Las concentraciones de contaminantes son inversamente proporcionales a la velocidad del viento. La dirección del viento influye en los movimientos generales de contaminantes en la atmósfera. La variabilidad del viento se refiere a los movimientos aleatorios en los componentes de velocidad horizontales y verticales del viento. Estos movimientos aleatorios pueden ser considerados como