DIAGNÓSTICO GLOBAL DE LA CALIDAD DEL AGUA EN MÉXICO EN Ignacio D. González Mora J. Eugenio Barrios Ordóñez RESUMEN

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1 DIAGNÓSTICO GLOBAL DE LA CALIDAD DEL AGUA EN MÉXICO EN 1996 Ignacio D. González Mora J. Eugenio Barrios Ordóñez Red Nacional de Monitoreo Gerencia de Saneamiento y Calidad del Agua/Comisión Nacional Agua Av. San Bernabé 549, Col. San Jerónimo Lídice 12 México, D.F., Tel. (5) , Fax (5) RESUMEN El presente trabajo muestra un panorama de la operación de la Red Nacional de Monitoreo de la Calidad del Agua (GSCA/CNA), enfocado a los tipos de cuerpo de agua, el tipo, número y frecuencia de las variables medidas y un diagnóstico general de la calidad del agua del país en La información de calidad del agua se clasificó, de acuerdo al tipo de cuerpo, en: sistemas lóticos, lénticos, zona costeras, aguas subterráneas y descargas. Con las variables más representativas se establecieron tres grupos, a manera de indicadores y se comparó la calidad del agua en los tipos de cuerpo. Se discute la utilidad potencial de estos indicadores, la aplicabilidad del ICA y se proponen acciones para hacer más eficiente y representativo el trabajo de la Red Nacional de Monitoreo. INTRODUCCIÓN La Red Nacional de Monitoreo de la Calidad del Agua (RNM) empezó a funcionar en 1974, en el seno de la Secretaría de Recursos Hidráulicos. En su inicio contó con 239 estaciones ubicadas en 123 ríos, en 1 zonas costeras (lagunas y litorales), en 8 zonas de relevancia turística y en 5 lagos. Actualmente la Red está a cargo de la Comisión Nacional del Agua órgano administrativo desconcentrado de la SEMARNAP. En materia de manejo de los recursos hidráulicos, la CNA ha dividido el territorio mexicano en 37 regiones hidrológicas. La RNM únicamente maneja estaciones en 29 de ellas, faltando por monitorear las regiones 2, 3, 4, 5, 8, 17, 23 y 35.

2 El propósito de este trabajo se centra en dos aspectos: realizar un diagnóstico de la operación de la RNM con base en la información generada con el que se puedan detectar limitaciones, aciertos y errores en el manejo de la información y dar un diagnóstico de la calidad del agua en el país. METODOLOGÍA Durante 1996, los datos obtenidos por cada Gerencia Estatal en los muestreos realizados fueron enviados periódicamente a la Gerencia de Saneamiento y Calidad del Agua (GSCA) donde se capturaron en el Sistema de Información de Calidad del Agua (SICA), que es la base de datos de la RNM. Para el manejo de los resultados de calidad del agua, los datos se transfirieron al sistema RAISON para DOS v. 3. (GEMS/WATER, 1992) y con los datos contenidos en este sistema se realizó su manejo y transferencia a EXCEL; el análisis estadístico se realizó con el paquete STATGRAPHICS 7Plus. La información en el Sistema RAISON se tiene por región hidrológica y para cada región existen tres bases de acuerdo al tipo de variables de calidad del agua (variables generales, metales y otras variables de menor importancia). Se crearon tres bases de datos primarias (de cobertura nacional) en EXCEL, una por cada tipo de variables. En estas bases se conjuntaron todos los datos de las 29 regiones en las cuales se monitorea algún cuerpo de agua. Cabe aclarar, que se consideraron los 56 parámetros que fueron realizados al menos una vez en algún muestreo. Los análisis de la información se realizaron con técnicas de Análisis Exploratorio de Datos y estadística no paramétrica, debido a que las variables de calidad del agua presentan distribuciones no simétricas (Steel, 1996) y además, se encontraron datos extremosos en la colección de resultados que pueden influir de manera determinante en las interpretaciones estadísticas. RESULTADOS Y COMENTARIOS En el año de 1996, se monitorearon 732 sitios de muestreo que correspondieron a 569 cuerpos de agua. Los anteriores se dividen en 497 cuerpos superficiales distribuidos de la siguiente forma: 236 ríos con 372 estaciones; 5 arroyos con 6 estaciones; 7 canales con 8 estaciones; 46 presas con 62 estaciones; 16 lagos, con el mismo número de estaciones; 13 zonas costeras con 22 estaciones; 226 estaciones en acuíferos distribuidas como sigue: 197 pozos, 21 norias, 8 cenotes; y finalmente 16 estaciones en descargas de aguas residuales o drenes. El número de análisis no está ligado al número de estaciones establecidas en cada estado, ya que éste depende directamente de la frecuencia de muestreo y más aún del número de parámetros que pueda realizar el laboratorio estatal, el cual puede variar desde 5 hasta 56 parámetros. Como primer paso del análisis se compararon los datos finales de calidad del agua registrados en tres pasos en el proceso de captura, a nivel central, de la información de la RNM: 1) datos recibidos y

3 registrados manualmente, 2) datos capturados en SICA y 3) datos transferidos a RAISON. Como resultado final de la operación de la red, se generaron 16,11 datos según el SICA y 15,68 datos de acuerdo al registro manual. En las instancias de control de entrada de información a nivel central se encontró una buena concordancia ya que el registro manual difirió sólo en un.47% del volumen total de resultados (42 datos). Las bases de datos con mayor información corresponden a los sistemas lóticos con 63,745 resultados y a las aguas subterráneas con 14,918; las que presentan una mayor cobertura son las descargas, sistemas lénticos y sistemas lóticos en orden decreciente. En un sólo muestreo el número máximo de variables medidas fue de 42. Los resultados del número de muestreos realizados en cada mes del año durante 1996, indican que el mes con menor número de análisis es diciembre; sin embargo el resto del año presenta un número de muestreos regular aparentemente, con máximos en marzo (338) y septiembre (34). De lo anterior, podría considerarse que los datos presentan una frecuencia regular durante todo el año. Sin embargo al aplicar una prueba de hipótesis de bondad de ajuste, mediante el estadístico χ 2 para decidir si la frecuencia de los muestreos en al año es uniforme, se concluye, con la evidencia que aportan los datos y con nivel de confianza del 95%, que el esfuerzo de muestreo no es regular durante el año (P<.5), aún cuando se descarten los datos del mes de diciembre Distribución de las variables de calidad del agua Para conocer la distribución de cada variable en el total de muestreos, se calculó el porcentaje del total de muestreos en los que aparece cada una de las variables medidas. El análisis se realizó en tres partes: 1) a nivel nacional considerando los tres grupos de parámetros; 2) por tipo de cuerpo de agua; y 3) considerando los 18 parámetros del ICA. A nivel nacional los resultados de la distribución de las variables muestreados en la RNM se presentaron de la siguiente forma. Los parámetros que aparecen en 9 % o más de los muestreos son cinco, y comprenden cloruros, conductividad, alcalinidad, ph y dureza total. La mediana es de 26, es decir, que 26 parámetros aparecen como valor representativo o de tendencia central de los muestreos y únicamente 5 parámetros aparecen en 9% o más de los muestreos. En cuanto a los metales, el magnesio es el parámetro que en el mayor número de muestreos aparece con 73%, no obstante, los demás parámetros se encuentran por abajo del 5 %. El caso es similar para el grupo de Otros Parámetros, el cual únicamente incluye 7 variables en estaciones muy específicas (cianuro, sílice, materia flotante, entre otras). Con objeto de presentar una componente del análisis más específica, se optó por agrupar las mediciones de las variables generales por tipo de cuerpo de agua. Se hizo un análisis de las distribuciones de las variables para cada tipo de cuerpo de agua considerado, agrupando las variables que aparecen en más del 9%, 5%, y 1% del total de muestreos realizados durante el año. se puede concluir que en el caso de sistemas lénticos, lóticos y descargas de aguas residuales, las distribuciones

4 de las frecuencias de los parámetros medidas en los diferentes muestreos son similares. No así en el caso de aguas subterráneas y zonas costeras, en donde las distribuciones señalan que muy pocos parámetros son consistentes y muchos de ellos aparecen esporádicamente. Del análisis de homogeneidad (P>.5) se concluye lo siguiente: la situación de que las distribuciones sean similares refleja que no se ha aplicado un criterio para seleccionar el tipo de variables que se deben medirse en cada tipo de cuerpo de agua. El Índice de Calidad del Agua (ICA) es un valor que resulta de aplicar una fórmula empírica que involucra 18 variables cada una con un coeficiente de ponderación que depende de la importancia que se le desee asignar a cada variable. Debido al uso tan difundido del ICA dentro de la CNA, se realizó el mismo tipo de análisis considerando, únicamente, los 18 parámetros que incluye el índice. Cabe mencionar, que la variación que representa la falta de parámetros en el cálculo del ICA para una misma situación, depende principalmente del valor de ponderación asignado a cada parámetro y en menor grado al valor de la constante empírica. Es por esto que las variaciones que pueden llegar a presentarse son difíciles de predecir, no obstante, éstas pueden ser hasta del 4% en algunos casos. Además, es importante observar que la representatividad de este tipo de índices se circunscribe a cierto tipo de sistemas y no a cualquier tipo de cuerpo de agua. En el caso del ICA, el índice es un reflejo de la situación de sistemas lóticos, pero no así de sistemas lénticos y menos aún de sistemas subterráneos y costeros. Por otra parte este tipo de índices no permite el seguimiento de la calidad del agua en el tiempo, puesto que depende de la dinámica y alteraciones que sufre cada una de las variables consideradas y esto se presenta sin ninguna uniformidad o proporcionalidad entre todas ellas.a nivel nacional, es decir, considerando las 732 estaciones de la RNM, todos los parámetros contenidos en el ICA aparecen en 5% o más del total de muestreos, pero solo 5 de ellos se midieron en 9% o más muestreos. Tal como en el caso de la distribución de parámetros por tipo de cuerpo de agua, las distribuciones en el caso de los parámetros contenidos en el ICA son similares, con la excepción de las zonas costeras y los sistemas subterráneos. Esto refleja nuevamente que no existe un diferenciación acerca de los parámetros que se analizan en función del tipo de cuerpo de agua. En el caso de sistemas lóticos, lénticos y descargas los valores de las distribuciones muestran que todos los parámetros se realizaron al menos en 5% de las estaciones, lo que representa que cuando menos en la mitad de los casos el uso del ICA es consistente, para fines de comparación. Sin embargo, en el resto de los muestreos la comparación resulta modificada por la falta de valores para los parámetros considerados en el ICA, algunos de las cuales (oxígeno disuelto y DBO 5 ) tienen un alto valor de ponderación en la fórmula empírica. Análisis de la información de la calidad del agua de la RNM

5 No obstante que resulta aventurado realizar un diagnóstico de la calidad del agua en el país con la información recabada, ya que no se cuenta con medios para asegurar su calidad y por lo tanto su representatividad, y dado que existe una amplia variedad de cuerpos de agua afectados por distintas condiciones geográficas, físicas, climáticas, de vegetación, etc., este análisis, únicamente busca encontrar tendencias que resulten útiles para las labores de rediseño de la RNM y quizás en algunos casos para identificar tendencias globales en la calidad del agua de los cuerpos del país, sin considerar lugares específicos. De las 18 variables del ICA se seleccionaron variables indicadoras para comparar la calidad del agua en los cinco tipos de cuerpos mediante diagramas de cajas. Estas variables resultaron ser las que ofrecen mayor información de la calidad de un cuerpo de agua (Chapman and Kimstach, 1996) y que, por otra parte fueron medidas en más del 85% de los muestreos durante el año. Los parámetros seleccionados fueron: oxígeno disuelto, demanda bioquímica de oxígeno, conductividad específica y coliformes fecales. La demanda química de oxígeno también se consideró en este primer grupo aunque no se cuenta entre las variables ICA, pero la información que aporta es relevante para la integración de los resultados. Además se definieron los grupos II y III de variables indicadoras representativas que agrupan cuatro nutrimentos (nitratos, nitrógeno amoniacal, fosfato soluble y orto fosfatos) y cuatro variables de aspecto del agua (grasas y aceites, turbiedad, SAAM y sólidos sedimentables), respectivamente. Grupo I En el caso del oxígeno disuelto (OD), las distribuciones obtenidas reflejan, cualitativamente, el comportamiento esperado para cada sistema; esto puede apreciarse comparando las medianas de cada distribución: el menor valor fue el obtenido en las descargas de aguas residuales, seguido por las aguas subterráneas y zonas costeras. También se puede observar como, tanto las aguas subterráneas como las descargas, presentan una mayor cantidad de valores menores a 5 mg/l y tendientes a cero. Los diagramas muestran distribuciones homogéneas que pueden asociarse a la facilidad operativa que representa el análisis de este parámetro, cuando se realiza por métodos instrumentales. En el caso de la demanda química de oxígeno y demanda bioquímica de oxígeno en los sistemas lóticos y lénticos, las distribuciones muestran claramente la presencia de dos grupos de valores con una tendencia clara y que por lo tanto pueden ser manejados como distribuciones independientes.

6 O.D Distribución de los valores de oxígeno disuelto menores de 2 mg/l por tipo de cuerpo de agua Distribución de los valores de DBO 5 mayores de 71.3 y menores de 1, mg/l por cuerpo de agua DBO LOT LEN MAR SUB DES LOT LEN Distribución de los valores de DQO menores de 2, mg/l por tipo de cuerpo de agua DQO Distribución de los valores de DQO mayores de 17 y menores de 2, mg/l por cuerpo de agua DQO LOT LEN MAR SUB DES LOT LEN Distribución de los valores de conductividad específica menores de 1,921 mmhos/cm por cuerpo de agua CONDUCTIVIDAD ESPECÍFICA (mmhos/cm) Distribución de los valores de coliformes fecales (NMP/ 1 ml) por tipo de cuerpo de agua NMP/ 1 ml LOT LEN SUB DES 1 2 LOT LEN MAR SUB DES Figura 1. Diagramas de cajas de las variables de calidad del agua correspondientes al Grupo I, por tipo de cuerpo de agua.

7 La presencia de múltiples distribuciones en el conjunto de datos de DQO y DBO 5 nos indica que dentro de cada sistema considerado, existen características comunes a ciertos muestreos, que bien se pueden atribuir a alguna subclasificación de los sistemas, a cierto procedimiento de muestreo o análisis, a cierta zona o época del año o inclusive a cierto laboratorio. Sin embargo, la información adicional que permita determinar el origen de estos subgrupos no se encuentra disponible a nivel central para los sistemas costeros y de aguas subterráneas la representatividad de ambos parámetros es limitada, lo que corresponde con los valores tan bajos que se observan. Aunque la mayoría de los valores obtenidos, tanto para la DBO 5 como para la DQO, presentan valores medios por debajo de 1 y 2 mg/l respectivamente, es importante remarcar que el 1% de los valores encontrados reflejan valores alrededor de una mediana de 12 y 3 mg/l, respectivamente, lo que representa niveles considerables de contaminación asociada con materia orgánica. En el caso de la DBO 5, los valores por debajo de 1 mg/l representan una agua de aceptable calidad, sin embargo el no contar con un procedimiento de muestreo homogéneo y controles de calidad en campo y laboratorio, introduce un elemento de incertidumbre que nos impide confiar plenamente en estos valores. Para la conductividad, los valores de las medianas para las distribuciones de los valores inferiores al percentil 9, muestran valores que van de 5 a 115 µmhos/cm y en las distribuciones de los valores por arriba del percentil 9, los valores se disparan hasta una mediana cercana a los 13, µmhos /cm. En ambos casos los valores son elevados y dependiendo del caso podrían representar una situación de alerta para ser vigilada con mayor detenimiento. Los cuerpos que presentan medianas de coliformes fecales con valores por arriba de 1 NMP/1 ml (Comisión Nacional del Agua, 1989), son las descargas de aguas residuales, las zonas costeras y los sistemas lóticos. En el caso de las aguas subterráneas es importante remarcar que más del 9% de los análisis muestran presencia de coliformes fecales, con un valor medio de 5 NMP/1 ml. Aunque lo anterior podría explicarse por contaminación de la muestra o por las condiciones del pozo principalmente, no deja de ser una situación que requiere ser considerada como un probable signo de contaminación antropogénica de los acuíferos del país como una medida urgente, se requiere revisar el procedimiento de toma de muestras para análisis bacteriológicos en aguas subterráneas, para confirmar los resultados obtenidos durante Grupo II Nutrimentos En lo que respecta a los nutrimentos, en las zonas costeras se encontraron las menores concentraciones, seguidas en orden creciente por los sistemas lénticos. Las descargas presentan las concentraciones mayores. En los sistemas lóticos, aunque el 9% de los datos está por debajode 1 mg/l, existen muchos datos extremosos que caen en los intervalos de distribución de las descargas. Para los sistemas lóticos el nutrimento con valores más altos fue el nitrógeno amoniacal; en sistemas lénticos el nitrógeno amoniacal y los nitratos. En zonas costeras y aguas subterráneas el nitrógeno

8 amoniacal a pesar de ser el más alto no excedió el criterio ecológico par protección de la vida acuática. En las descargas el nutrimento con mayor concentración fue el nitrato. Nutrimentos en sistemas lóticos en Hasta 1 mg/l Nutrimentos en sistemas lénticos en NITR AMON FOSF ORTO NITR AMON FOSF ORTO 2 Nutrimentos en zonas costeras en Nutrimentos en aguas subterráneas en NITR AMON FOSF ORTO NITR AMON FOSF ORTO Nutrimentos en descargas en NITR AMON FOSF ORTO Figura 2. Diagramas de cajas de las variables de calidad del agua correspondientes al Grupo II Nutrimentos, por tipo de cuerpo de agua. Grupo III Variables relacionadas con el aspecto del agua Los resultados de este grupo de variables muestran aspectos interesantes sobre todo en la comparación de los sistemas lóticos y descargas. En general en los sistemas lóticos se midieron valores menores que

9 en las descargas con excepción de las grasas y aceites, seguramente por que en estas últimas su degradación es mayor. Las aguas subterráneas y sistemas lénticos tienen medianas de grasas y aceites más altas. En cuanto a las SAAM y los sólidos sedimentables fueron como se esperaba, mayores sus concentraciones en las descargas con medianas de.7 y 1.85 mg/l respect6ivamente. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El desarrollo de la RNM no ha resultado en una cobertura nacional, sino en un grupo de redes estatales. Bajo el concepto de rediseño, el objetivo es conformar una red nacional, representativa de los recursos hidráulicos del país. En cuanto al número de estaciones en cada estado, existen grandes diferencias que deberán de ser justificadas y en su caso reubicadas. Es necesario revisar el tipo de parámetros que pueden ser analizados, con base en su factibilidad y confiabilidad analítica, para los próximos años y proceder a consolidar una base de datos. No obstante, que el manejo de la información no se ha automatizado totalmente y se realiza en forma manual, la eficiencia en la captura de información es muy buena. Sin embargo, el procedimiento actual es muy tedioso y no involucra el análisis simultáneo de la información, lo que en su momento resulta indispensable para la detección temprana de problemas de calidad del agua y de irregularidades en el proceso de generación de la información. La utilización del ICA, además de encontrarse limitada por su aplicación a diferentes tipos de sistemas acuáticos, también es limitada por los 18 parámetros que incluye, los cuales, únicamente, se realizaron en la mitad de los muestreos en Al respecto se recomienda adoptar un índice que incluya pocos parámetros, para que estos puedan medirse en el mayor número posible de estaciones. Además, es importante evitar que la manera de relacionar las variables seleccionadas sea a través de modelos empíricos, cuya aplicación es limitada a situaciones muy particulares. Diagnóstico global de la calidad del agua Con la información que actualmente genera la RNM cualquier juicio de la calidad del agua en el país resulta parcial, ya que se requiere de información que respalde los valores numéricos que se obtienen ( metainformación ). Esta información de respaldo consiste en información técnica (muchas veces cualitativa) acerca de la estacionalidad, la toma de muestra, la descripción del sitio (evaluación de hábitat) y los reportes de control de calidad en campo y laboratorio. No obstante, resulta muy interesante que las distribuciones de los valores presentan tendencias claras alrededor de ciertos valores, lo que en una primera observación puede asociarse con los diferentes tipos de sitios que actualmente tiene la RNM; es decir, que incluye sitios que en el futuro corresponderán a diferentes estrategias de monitoreo. Una opción adecuada es medir algunas variables o grupos de variables que permitan, con base en un criterio establecido, conocer cómo varía la calidad del agua en el tiempo y en el espacio y la frecuencia con la que se rebasan los criterios límite de acuerdo al uso del cuerpo de agua (Chapman and Kimstach, 1996; Meybeck and Helmer, 1996.).

10 Las tendencias encontradas también podrían ser asociadas con procedimientos de muestreo o análisis específicos, que bajo las situaciones actuales podrían representar errores sistemáticos. Lo anterior puede ilustrarse por muestreos muy superficiales para oxígeno disuelto y problemas en la determinación de DBO (diluciones adecuada o un correcto sembrado de la muestra). Con base en la información generada en 1996 y con las reservas pertinentes, podemos concluir que: las aguas del país presentan niveles bajos de oxígeno, lo que coincide con la presencia generalizada de materia orgánica, la cual en algunos sitios es marcadamente elevada. Estos resultados coinciden también con la presencia generalizada de coliformes fecales, lo que en el caso de las aguas subterráneas resulta alarmante. En cuanto al parámetro de conductividad, sus valores presentan concentraciones elevadas, que representan un signo de deterioro, y en específico una alerta para su uso en riego agrícola. Resulta particularmente preocupante la presencia de coliformes fecales en aguas subterráneas. Comentario final La evaluación de la calidad del agua en el país es una labor muy compleja, que no puede abordarse, únicamente, mediante un esquema de monitoreo convencional, con base en parámetros fisicoquímicos. Es imprescindible definir procedimientos que incluyan otro tipo de herramientas (biológicas, ecológicas, sociales o de otro tipo), y que permitirán tener un panorama menos incierto acerca de las tendencias de la calidad del agua en el país, a un menor costo y por lo tanto de una manera más eficiente. En cuanto a la estrategia de la RNM, es decir la estrategia de observación y vigilancia de la calidad del agua del país, ésta debe abordarse mediante diferentes actividades o componentes integradas bajo un mismo programa. En la actualidad, al menos las actividades principales, ya se realizan rutinariamente, pero actúan de manera independiente, sin interrelación alguna tanto en esta Gerencia como fuera de ella. Es necesario iniciar la integración de estas actividades bajo una misma visión: un Programa Nacional de Monitoreo de la Calidad del Agua. REFERENCIAS Allard, M. Editor. (1992). GEMS/WATER Operational Guide. 3 rd. Edition. GEMS/WATER. National Research Institute. Environment Canada. Comisión Nacional del Agua. (1989). Criterios Ecológicos de Calidad del Agua. Diario Oficial de la Federación. 13 de diciembre de Chapman, D. and Kimstach, V. (1996). Selection of water quality variables. Water Quality Assessments. Chapman, D. Editor UNESCO/WHO/UNEP. University Press. Cambridge. pp: Meybeck, M. and Helmer, H. (1996). An introduction to water quality. Water Quality Assessments. Chapman, D. Editor UNESCO/WHO/UNEP. University Press. Cambridge. pp:1-21 Steel, A. (1996). Use and reporting of monitoring data. Water Quality Monitoring. Bartram, J. And Ballance, R. Editors. UNESCO/WHO/UNEP. TJ Press. pp: