Translated by Isabel Zetina

El agua potable limpia es un recurso preciado. Es la base de nuestra vida cotidiana y rige como ninguna otra sustancia nuestra salud y bienestar. Por eso es importante garantizar que el agua de uso cotidiano cumpla los criterios de calidad más exigentes. Pero, ¿qué se entiende por calidad del agua y cómo puede medirse y compararse? Esta pregunta se abordará y explicará con más detalle en las siguientes secciones.

Mientras que el agua es una molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O), el término "calidad" es mucho más amplio: En filosofía, la calidad se iguala a los atributos de un objeto (Honderich 2005), mientras que en ingeniería, la calidad se considera una propiedad que hace que un objeto concreto sea adecuado para un fin determinado (Phadke 1995). Desde un punto de vista pragmático, la calidad del agua puede definirse, por un lado, por sus propiedades físicas y químicas y, por otro, por la idoneidad de un recurso hídrico como fuente de agua potable. Así, la calidad del agua describe claramente las propiedades del agua que, si se pueden excluir los efectos adversos para la salud humana, caracterizan el agua como potable (OMS 1993). De ello se deriva la necesidad de hacer medible la calidad del agua, por ejemplo para determinar su potabilidad y el estado ecológico de las masas de agua. Como la calidad del agua comprende muchos aspectos diferentes, se necesitan indicadores que los reflejen. Al evaluar la calidad del agua, se comparan sus propiedades químicas, biológicas, radiológicas y físicas con las normas y directrices (Bartram y Ballance 1996).Estas normas también especifican cómo deben realizarse las mediciones para garantizar la comparabilidad y unas condiciones de medición uniformes (véase también https://www.epa.gov/standards-water-body-health/what-are-water-quality-...).

Políticas de calidad del agua

Por ejemplo, en la "Directiva relativa a las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de aguas" (DIRECTIVA 2008/105/CE), la Unión Europea define una serie de sustancias químicas que se consideran contaminantes prioritarios y amenazas potenciales para la "buena calidad del agua". En general, la directiva exige que la concentración media anual de determinadas sustancias en las masas de agua no supere los límites legalmente prescritos y regula también un límite superior para la concentración máxima de estas sustancias. La normativa se refiere principalmente a metales como el cadmio o el mercurio, residuos de determinados plaguicidas y una serie de hidrocarburos aromáticos. Una normativa similar existe en Estados Unidos, donde la Agencia de Protección del Medio Ambiente (siglas EPA en inglés) define normas y procedimientos de ensayo para noventa sustancias diferentes. Entre ellas figuran también contaminantes biológicos como el E-coli y la salmonela. En este contexto, las Naciones Unidas también ha elaborado una serie de estrategias -por ejemplo, la Estrategia de la OMS sobre la calidad del agua y la salud 2013-2020- y puesto en marcha programas -por ejemplo, el Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos de la UNESCO-.

Indicadores de calidad del agua

Así pues, los indicadores de calidad del agua abarcan aspectos de las propiedades físicas, químicas y biológicas (Liu, Islam y Gao 2003) del agua, como muestra la Figura 1:

Las propiedades físicas (Figura 1, esquina superior izquierda) se refieren a las propias moléculas de agua (temperatura) y a las sustancias químicas disueltas en el agua (por ejemplo, conductividad eléctrica, viscosidad). Como la reactividad de la mayoría de las sustancias químicas y su solubilidad dependen de la temperatura, ésta es un indicador importante. Por ejemplo, la concentración de oxígeno disminuye con el aumento de la temperatura, mientras que la velocidad de reacción de las sustancias químicas puede acelerarse, lo que impacta en el estado ecológico de las masas de agua. Además, los sedimentos y otras sustancias turbias (como la materia orgánica) modifican las propiedades ópticas del agua y hacen que parezca turbia y opaca en concentraciones elevadas (McCoy y Olson 1986).

Las propiedades químicas (Figura 1, esquina superior derecha) se refieren principalmente a las sustancias disueltas en el agua (Benchea, Cretescu y Macoveanu 2011). Aquí es importante el valor del pH, que indica lo ácida o alcalina que es el agua e influye también en las reacciones químicas y el estado ecológico. Además, los metales disueltos, las sales y los compuestos a base de nitrógeno podrían tener un impacto significativo en la calidad del agua. Los pesticidas y fertilizantes también pueden lixiviarse del suelo en las zonas agrícolas y llegar a los cursos de agua, afectando así a la calidad del agua.

Los indicadores biológicos (Figura 1, esquina inferior izquierda) se refieren en particular a la presencia de determinados microorganismos como bacterias, virus y otros microbios como parásitos (Yoder y Rankin 1998). Al mismo tiempo, la presencia o ausencia de determinadas especies animales y vegetales puede indicar el estado ecológico de una masa de agua, que está estrechamente relacionado con la calidad del agua. Por ejemplo, si las masas de agua están contaminadas con sustancias tóxicas, o si el contenido de oxígeno se reduce considerablemente por la proliferación de algas como consecuencia de la sobresaturación de nutrientes, puede producirse una alteración duradera del estado ecológico y un deterioro de la calidad del agua.

Por último, aunque no por ello menos importante, los elementos radiactivos (Figura 1, esquina inferior derecha), como el uranio, pueden incluirse en los indicadores radiológicos de calidad del agua. Estos elementos pueden proceder tanto de fuentes naturales (erosión de rocas) como de procesos antropogénicos (como el uso de la energía nuclear).

Este panorama, que no es ni mucho menos completo, revela la multidimensionalidad de la calidad del agua y la necesidad de medir una amplia gama de indicadores diferentes. Algunos de ellos se relacionan directamente con una propiedad determinada del agua (por ejemplo, la temperatura), mientras que otros indicadores sólo permiten hacer estimaciones indirectas de ciertas propiedades: Por ejemplo, la conductividad eléctrica, que es una propiedad de cualquier material que describe lo bien que conduce las corrientes eléctricas, se refiere a la cantidad de iones (es decir, átomos con carga eléctrica positiva o negativa) disueltos en el agua. Además, los indicadores deben medirse por separado, pero deben interpretarse de forma combinada, ya que todos ellos están relacionados con la calidad general del agua.En definitiva, esto significa que hay muchas formas de medir e interpretar la calidad del agua. Es esencial que los indicadores seleccionados capten la dimensionalidad del aspecto relevante (por ejemplo, la concentración de metales pesados), proporcionen resultados fiables, permitan una interpretación concluyente, sean aplicables y estén definidos con precisión.

Tecnologías espaciales para evaluar la calidad del agua

Las tecnologías espaciales pueden contribuir de forma importante a la identificación de diversos indicadores de la calidad del agua en diferentes escalas temporales y espaciales (Hadjimitsis et al. 2010), pero no todos los indicadores pueden recolectarse con la precisión necesaria. La ventaja de las tecnologías espaciales es que pueden cubrir zonas más amplias en intervalos de tiempo repetidos y ofrecen un gran potencial de automatización, lo que puede reducir los costes en comparación con los análisis de laboratorio (Mumby et al. 1999). Especialmente la teledetección óptica (véase también https://crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/optical.htm) proporciona datos valiosos que pueden utilizarse para una serie de indicadores de la calidad del agua. La teledetección óptica incluye todo tipo de sistemas de obtención de imágenes que utilizan rangos de longitud de onda de luz visible e infrarrojo cercano para recoger información espectral sobre la superficie terrestre. Un ejemplo es la imagen del título del artículo, que muestra una imagen del satélite medioambiental Sentinel-2 (véase también https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-2) del lago Mondsee, en Austria, como una imagen en falso color. La superficie del agua del lago aparece azul, mientras que las zonas terrestres circundantes se colorean de rojo, ya que la vegetación en el infrarrojo refleja la luz solar con especial intensidad.

Esto significa que la teledetección óptica puede detectar aquellos aspectos de la calidad del agua que cambian el aspecto visual de las masas de agua (Ritchie, Zimba y Everitt 2003). Un buen ejemplo es la turbidez, que indica lo clara que parece el agua debido a los sedimentos y los sólidos en suspensión: si la turbidez es baja, el agua parece clara y es transparente cuando se llena en recipientes de cristal. Sin embargo, si la turbidez es alta, el agua deja de ser transparente y a menudo adquiere un color entre gris y marrón, dependiendo de las sustancias disueltas. Este cambio es claramente visible para el ojo humano y también puede detectarse con un sensor óptico de teledetección. Sin embargo, para poder convertir el cambio óptico en el aspecto del agua en una cantidad actual (por ejemplo, la concentración de materia en suspensión por litro de agua), hay que saber cómo afecta a las propiedades espectrales un cambio en el contenido de materia en suspensión de una determinada cantidad. Por este motivo, también son necesarios análisis de laboratorio y mediciones locales cuando se utilizan tecnologías espaciales para establecer la relación entre la calidad del agua y las propiedades ópticas. Dicha relación puede ser estadística, por ejemplo, mediante un simple cálculo de regresión o utilizando leyes físicas.Esto también se denomina generación y calibración de modelos. Por supuesto, también debe determinarse la precisión con la que dicho modelo puede medir el respectivo indicador de calidad del agua (Nechad, Ruddick y Park 2010; Dogliotti et al. 2015). Este es el proceso de validación del modelo, que determina, por ejemplo, si un modelo concreto puede sustituir a las mediciones de laboratorio o si la precisión es demasiado baja para garantizar una determinación fiable de la calidad del agua.

Por otra parte, las condiciones antes mencionadas estipulan que no todos los indicadores enumerados pueden registrarse mediante teledetección óptica. Por lo tanto, la teledetección óptica no puede proporcionar estimaciones de todos los indicadores enumerados en la figura 1. Por ejemplo, un cambio en el contenido de oxígeno inicialmente no tiene ningún efecto posterior en las propiedades ópticas del agua y, por lo tanto, es más complejo de detectar en las imágenes ópticas (Evrendilek y Karakaya 2015). Lo mismo ocurre con los metales pesados y el valor del pH. Además, la determinación de la calidad del agua con teledetección óptica solo funciona si el agua es lo suficientemente profunda y el fondo ya no es visible. Si el fondo es visible, no es posible separar qué información espectral puede atribuirse realmente al agua y cuál al sedimento y a la vegetación acuática del fondo.

Conclusiones

En resumen, la calidad del agua y su identificación es un componente esencial para garantizar los medios de subsistencia, por lo que la legislación a nivel nacional y multilateralen la destacan. Para captar las distintas dimensiones de la calidad del agua son indispensables indicadores que, en el mejor de los casos, estén sujetos a un procedimiento de medición uniforme establecido en normas y directrices. Se ha demostrado que las tecnologías espaciales, y en particular la teledetección óptica, son adecuadas para la adquisición de algunos indicadores de la calidad del agua, siempre que se disponga de datos de calibración y validación. Este artículo ofrece una breve visión de estos aspectos, pero no pretende ser exhaustivo. Para más información sobre los distintos indicadores y sus mediciones, consúltense las normas (inter)nacionales y las publicaciones científicas pertinentes (véase Lectura complementaria).

Lectura complementaria

• European Commission (2008): “Directive on environmental quality standards in the field of water policy” (DIRECTIVE 2008/105/EC). Available online: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32008L0105 (accessed last 23rd January 2020)
• United States Environmental Protection Agency (2019): Water Topics. Available online: https://www.epa.gov/environmental-topics/water-topics (accessed last 23rd January 2020)
• UNESCO World Water Assessment Programme (2019): Leaving No One Behind – the 2019 UN World Water Development Report. Available online: http://www.unesco.org/new/en/natural-sciences/environment/water/wwap/ (accessed last 23rd January 2020)