Momento óptimo de muestreo en las estimas de las cargas de contaminantes en el río Alcanadre (Huesca)

The effect of irrigation return flows upon the quality of the receiving water bodies is determined by their pollutant loads, pointing to the interest in establishing the mass of pollutants (such as salts and nitrate) exported from irrigated areas. In the presence of daily cycles in flow or concentration, the estimation of pollutant loads as the product of grab sample concentrations and mean daily flows (the usual method in the Recor-Ebro network of the Ebro Basin Authority) may lead to biased estimates depending on the sampling time chosen. The possible biases in salt and nitrate loads induced by the sampling time were analyzed in the Alcanadre River station (one of the R-E network stations) during the hydrologic year 2011 from the higher-frequency data of the SAICA network. Significant biases were detected for salts and nitrate loads, though very small (<3%), and also for ammonium (with higher differences with the average daily values). The sampling times less appropriate for the estimation of salt, nitrate and ammonium loads were also established. 1Introduccion y Objetivos El objetivo de la Directiva Marco del Agua (DMA; 2000/60/EC) es alcanzar un buen estado de las aguas en 2015. Con ese fin, la DMA introduce la necesidad de que cada uso del agua contribuya a recuperar, entre otros, los costes relacionados con la degradacion de la calidad que ese uso promueve; para lo cual se hace necesario establecer la contribucion de los distintos usos a la degradacion de la calidad del agua. Es importante, por tanto, desde el punto de vista de la gestion y la aplicacion de la DMA, establecer la contribucion de la agricultura de regadio a la contaminacion de las aguas, como principal usuaria del agua en la Cuenca del Ebro, como en el resto de Espana. Para cumplir con las exigencias de la DMA, la Confederacion Hidrografica del Ebro (CHE), en colaboracion con el CITA, establecio una red de control de los retornos de riego (R-E) que ha permitido establecer las masas de sales y nitrogeno (en los ultimos anos tambien de fosforo) exportadas por las zonas regables de los rios Arba y Alcanadre, los barrancos de La Violada y Valcuerna y la Clamor Amarga a partir de 2005 (CHE, 2006, 2007, 2009, 2011). Dado que el efecto de los efluentes sobre la calidad de las masas de agua receptoras viene definido por su carga de contaminantes (y no por su concentracion) el objetivo prioritario de la red ha sido establecer las masas de sales y nutrientes exportadas desde esas zonas regables. En las zonas regables controladas por la red R-E, las masas de salida de sales y nitrato se han calculado como producto del caudal medio diario en las estaciones de aforo y las concentraciones de sales o nitrato medidas diariamente a las 12:00 hora solar. Este metodo de estimacion asume implicitamente que la concentracion a esa hora representa el valor medio diario (ponderado por caudal) de la concentracion correspondiente. Sin embargo, en la mayoria de los cauces existe una relacion inversa entre el caudal y la concentracion de sales (ocasionalmente tambien de N), asi como ciclos diarios (y tambien de otras frecuencias, como semanal, por ejemplo) en el caudal y las concentraciones, que pueden afectar a la estimacion de las masas diarias (Worrall et al., 2013). Los ciclos diarios de caudal pueden obedecer a causas naturales, como las diferencias en la evapotranspiaracion a lo largo del dia, entre otros (Gribovszki et al., 2010), o al manejo del agua en sistemas regados (Isidoro et al., 2003). Las oscilaciones diarias de temperatura pueden tener un efecto importante sobre las variaciones diarias de la concentracion de algunos iones (como la alcalinidad; Neal et al., 2010) y, sobre todo, sobre la concentracion de nutrientes dentro de los cauces, a traves de procesos biologicos (Heffernan y Cohen, 2010). En los sistemas de regadio, no obstante, las mayores oscilaciones en las concentraciones estan asociadas a las oscilaciones de caudal (derivadas especialmente de las practicas de riego: turnos de riego, horas de riego, duracion de los riegos, manejo de las colas de acequias, etc.) y los procesos hidrologicos asociados (Isidoro et al., 2003). Por otro lado, la CHE dispone desde 1993 del Sistema Automatico de Informacion de Calidad de las Aguas (red SAICA; CHE, 2013) que recoge informacion de determinados parametros de calidad cada 15 minutos, entre ellos la conductividad electrica y la concentracion de nitrato y amonio. Esta fuente de informacion permite (i) establecer las oscilaciones diarias de las concentraciones y su relacion con las variaciones de caudal e investigar sobre su origen; y (ii) obtener estimas de las masas exportadas basadas en unas frecuencias muy altas de muestreo que se pueden tomar como valores de referencia para comprobar la presencia de errores sistematicos con otras frecuencias de muestreo. Dos de las estaciones incluidas en la red SAICA se controlan tambien a traves de la red R-E (Alcanadre en Ballobar no193 y Clamor Amarga en Zaidin no225), con lo que en ellas es posible analizar la estrategia de muestreo actual de la red R-E frente a las masas de referencia y establecer tambien la hora mas adecuada de muestreo (para obtener unas estimas de las masas exportadas libres de sesgos). El objetivo de este trabajo es analizar, de modo preliminar, si las estimas de masa exportada obtenidas como producto del caudal medio diario y un valor puntual diario de concentracion presentan algun sesgo relacionado con la hora elegida de muestreo y elegir, en su caso, la hora mas apropiada para el muestreo en la estacion de aforo del rio Alcanadre en Ballobar. 2Materiales y Metodos Para este analisis preliminar se han elegido los datos de la estacion de la red del Sistema Automatico de Informacion de Calidad de las Aguas (red SAICA) de la estacion de Alcanadre en Ballobar (no193) de la CHE del ano hidrologico 2011, que tambien es una de las estaciones empleadas en la red R-E. Las estaciones de la red SAICA recogen datos quinceminutales de conductividad electrica a 25oC (CE en dS/m), concentracion de nitrato (NO3, mg/L) y amonio (NH4, mg/L), pH, temperatura (T, oC), oxigeno disuelto (OD, mg/L) y turbidez (Turb, en unidades nefelometricas de turbidez), y horarios de caudal circulante (Q, m/s). A partir de esos datos de la red SAICA se han establecido las masas exportadas de referencia de solidos disueltos totales (SDT), nitrogeno en forma de nitrato (MNO3) y nitrogeno en forma de amonio (MNH4) como la integracion mediante la formula de Simpson de los productos caudal-concentracion obtenidos cada 15 minutos:         ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ = ∑ ∑ = = ) Q C Q C 2 Q C 4 Q C 288 1 4 . 86 M 96 96 i 94