Decisiones en los sistemas de saneamiento: Un poco de ayuda. Parte 5

4 Planificación estratégica

De acuerdo con los niveles de decisión que se han considerado en el diseño de sistemas de saneamiento, en este nivel se toman las decisiones que más impacto tienen en los mismos, aunque muchas veces aparecen como efectos colaterales de otras decisiones. Teniendo en cuenta que el objetivo del libro es proporcionar herramientas que ayuden en la toma de decisiones, después de analizar la problemática del contexto, en este capítulo se describen trabajos realizados por los autores que pueden ayudar a predecir cuál es el impacto de las decisiones y optimizar las mismas. Se presenta, en primer lugar, un SAD que permite incorporar las sensibilidades de diferentes agentes sociales para identificar cuál es el impacto de determinadas propuestas de sistemas de saneamiento en la gestión global de la calidad del recurso agua. En el apartado siguiente, se presenta el trabajo realizado en el ámbito de la gestión de nutrientes en una cuenca para obtener criterios de diseño y operación de los sistemas de saneamiento a un nivel más específico. Finalmente, en el último apartado se propone la utilización de una metodología basada en agentes para gestionar el comportamiento de un sistema autoorganizado aplicado a una problemática real, como es la autorización de los vertidos industriales en un sistema de saneamiento.

Para la presentación de los casos de estudio se sigue un esquema basado en la metodologia propuesta de construcción y operación de SAD. Así en la primera parte de cada ejemplo se considera el Análisis del problema, la adquisición de datos y conocimiento, la selección de modelos y las etapas de integración e implementación. En la segunda parte se presenta en modo de operación considerando los datos de entrada, el procedimiento de diagnostico y las respuesta que proporciona el SAD desarrolado.

4.1 Gestión integral de una cuenca

“En los temas de gestión ambiental… actualmente ya no sirve una aproximación lineal. Ya no sirve buscar una solución para cada problema”
Francesc Baltasar (2008)
Conseller de Medi Ambient. Generalitat de Catalunya

Análisis del problema

Uno de los problemas complejos a los que se enfrenta la Administración responsable de la gestión del agua de una cuenca es la definición de las actuaciones a realizar para conseguir los objetivos de calidad deseados. En el caso de los países de la Unión Europea, estos objetivos se concretan en alcanzar el adecuado estado ecológico definido por la Directiva Marco del Agua.

El problema puede situarse en la escala de máxima complejidad por cuanto confluyenen él:

• La presencia e intervención de un elevado número de actores de la sociedad civil (entidades, instituciones, empresas, particulares…) que se ven afectados por las diferentes formas de gestión del recurso.
• Las importantes interrelaciones existentes entre las problemáticas, sus desencadenantes y las actuaciones necesarias para la solución del problema. Una problemática puede ser provocada por diferentes desencadenantes, un desencadenante puede originar diferentes problemas, o una medida correctora
  puede actuar sobre diferentes problemáticas/ desencadenantes, o incluso puede provocar efectos colaterales que actúen como nuevos desencadenantes.

Simultáneamente, se puede apreciar que coexisten:
a) Diferentes escalas temporales,

• minutos/horas (tormentas que pueden colapsar el alcantarillado, vertidos puntuales, variaciones de caudal provocadas por centrales hidroeléctricas, tiempo de residencia del agua en una estación de tratamiento…)
• días/semanas (crecimiento de algas,variaciones de consumo por fines de semana, impacto de una notícia en los periódicos, tiempo de residencia del agua en un curso superficial…)
• meses/años (construcción de un colector, percolación de vertidos en el suelo, mandato de un gobierno, vertidos al suelo, construcción/remodelación de una estación de tratamiento, variaciones estacionales de lluvias y consumos…)
• años… (construcción de grandes infraestructuras, implantación de nuevos paradigmas en la cultura del agua, tiempo de residencia del agua en un acuífero…)

b) Diferentes niveles de incertidumbre en la descripción de los procesos. Así, los podemos describir:

• con bastante precisión (dinámica de un fluido en una conducción, rendimiento de una operación de tratamiento…),
• sólo de forma aproximada (previsión del consumo a corto plazo…),
• que presentan una elevada incertidumbre (evolución del (de)crecimiento industrial, régimen de lluvias a lo largo de los próximos años…) apareciendo incluso el fenómeno “cisne negro”, que se ha presentado en el apartado 2.7.

Todo ello debe ser coordinado por la Administración competente, a la que le corresponde:

• recabar la información y el conocimiento, procesarlos, hacer propuestas de actuación y aplicarlas, después de haber conseguido el consenso necesario.

Y con un planteamiento de necesaria sostenibilidad en la gestión (económica, ecológica y social), que a veces es difícil de considerar globalmente, puesto que las propuestas:

• tienen que respetar el medio ambiente, pero no a cualquier precio económico y/o social,
• tienen que ser asumibles económicamente, pero no a cualquier precio ambiental y/o social,
• se tiene que procurar la equidad social (personal y territorial), pero no a cualquier precio ambiental y/o económico.

Es por ello que se tienen que hallar soluciones que sean capaces de gestionar esta complejidad, describiendo las interrelaciones y los efectos colaterales.
En este contexto se presenta el trabajo realizado para desarrollar un sistema de ayuda a la decisión (SAD) para la definición las actuaciones a realizar en la cuenca del Baix Ter como experiencia piloto.

El objetivo era construir el esquema conceptual de un SAD que de manera automatizada fuera capaz de gestionar, de forma integrada, el recurso agua en base a criterios legales, conocimiento experto, recursos disponibles y decisiones políticas, justificando en cada caso las decisiones propuestas.

Como objetivos del sistema se establecieron:

• integrar datos y experiencia,
• incorporar resultados de diferentes ámbitos, diferentes expertos, diferentes niveles de descripción, etc.
• efectuar un análisis de alternativas,
• justificar tanto la elección de las propuestas aceptadas como las desestimadas, indicando cuáles son sus efectos y costes económicos y ambientales.

Adquisición de datos y conocimiento

En este nivel confluyen diferentes tipos de datos y conocimientos a los que se puede acceder para la construcción del sistema de ayuda a la decisión. En este caso, se seleccionaron:

• Datos hidrológicos y de calidad (caudales e indicadores a las entradas ysal idas del sistema).
• Informes previos de evaluación del estado del medio incorporados en el documento IMPRESS.
• La experiencia de entes locales, organizaciones, expertos en los campos de la ecología, tecnología, sociología…
  Parte de esta información se encontraba en un documento previo de resumen de la diagnosis de las problemáticas, recogidas a partir de un proceso de participación en el que se identificaban las problemáticas existentes en la zona y su posible origen.
• Las actuaciones propuestas por los ciudadanos en diferentes talleres de participación, analizando además, para cada una de ellas, su viabilidad.

Selección de modelos

Para poder relacionar las problemáticas existentes con las actividades contaminantes y las medidas que potencialmente pueden solucionar las problemáticas o regular las actividades, se ha diseñado una aplicación a tres niveles donde se han incluido todas las posibles combinaciones entre los tres conjuntos de variables. De esta manera es posible gestionar la información en función de la variable que interese. En este sentido, el sistema tiene que ser capaz de recuperar la información facilitando:

• Todas las actividades y procesos que generan un determinado problema.
• Todas la medidas que pueden solucionar un determinado problema
• Todas la problemáticas que puede ocasionar una misma actividad o proceso
• Todas la medidas que pueden regular una cierta actividad o proceso
• Todas las problemáticas y actividades/procesos que pueden solucionar y/o regular una determinada medida.

4.2 Gestión de nutrientes en una cuenca

Análisis del problema

La gestión de nutrientes a nivel de cuenca es una tarea compleja, debido a la existencia de diferentes impactos procedentes de fuentes puntuales y no puntuales, a las diferentes respuestas del ecosistema a estos impactos y a los diferentes usos y demandas del agua que se pueden producir en la cuenca. Todavía
existe un importante desconocimiento de algunos de los impactos producidos por la actividad humana, especialmente en ríos de tipo mediterráneo con grandes variaciones de caudal, y de cuál es el comportamiento del sistema cuando se enfrenta a alteraciones hidromorfológicas o vertidos significativos.

La toma de decisiones en este contexto, en línea con las recomendaciones de la Directiva Marco del agua, requiere de la incorporación de diferentes disciplinas que tengan en cuenta aspectos cuantitativos
y cualitativos (químicos, físicos, biológicos, hidromorfológicos, …) integradas en herramientas capaces de una gestión eficiente del conocimiento.

En este apartado se presenta el trabajo realizado en el desarrollo del SAD Streames, realizado en el marco de un proyecto europeo en el que participaban grupos de investigación y agencias del agua de diferentes países. Su objetivo era el de identificar y gestionar de forma eficiente la capacidad de retención
de nutrientes de diferentes tipos de tramos de río, la diagnosis de los problemas que se pueden presentar, especialmente los relacionados con cargas excesivas de nutrientes, las causas de los
problemas diagnosticados y las acciones posibles para resolver o mitigar las consecuencias
de los problemas.

Adquisición de datos y conocimiento

Dada la complejidad del problema, se recurrió a diferentes fuentes para obtener el conocimiento necesario a incorporar al sistema de ayuda a la decisión. El conocimiento general se obtuvo mediante
la revisión de la bibliografía existente y la colaboración de expertos, mientras que para el conocimiento heurístico se recurrió a los gestores de las cuencas y a ecólogos especializados. Para obtener un conocimiento más exhaustivo respecto a la respuestas de los ríos, se realizaron un conjunto de campañas experimentales en diferentes cuencas de la región mediterránea, de Portugal a Israel, y en algunas cuencas centroeuropeas, para identificar diferencias relativas. En ellas se analizaron las relaciones existentes entre las capacidades de retención de nutrientes por parte del río en función de sus condiciones funcionales o estructurales.

Finalmente, la existencia de un fórum entre los componentes del equipo de trabajo se reveló como una herramienta eficaz de interacción.

Selección e implementación de los modelos

Los modelos seleccionados incluyeron:

• Un sistema experto basado en reglas, como soporte de la respuesta del sistema a aquellos problemas cuya diagnosis y solución implica información cualitativa y procesamiento de conocimiento. El conocimiento adquirido se organizó en forma de árboles de decisión para facilitar su revisión por parte de los expertos, como paso previo a su implementación en la base de conocimiento. La lista final de árboles de decisión considerados incluyó: exceso de amonio, exceso
  de nitrato, eutrofización, exceso de materia orgánica/anoxia/anaerobiosis, alteración del bosque de ribera, estrés hídrico, alteraciones de la morfología del lecho, vertidos tóxicos, metabolismo del oxígeno disuelto y alteraciones antropogénicas de la salinidad.
• Un modelo numérico (Moneris) adaptado a las condiciones de la región mediterránea, para estimar las cargas puntuales y no puntuales que recibe la cuenca. También se incluyeron modelos empíricos para evaluar el grado de alteración de la vegetación, la capacidad de autodepuración potencial del
  medio, la capacidad de asimilación y su estado ecológico como medida integradora de evaluación.
• Un sistema de información geográfica (SIG) para gestionar la información espacial referente a tipo de suelo, pendientes, usos del terreno, etc.

Los diferentes elementos se codificaron conjuntamente con una interfaz para la interacción fácil con el usuario, permitiéndole
i) inferir el estado de la calidad del tramo de río considerado, en relación no sólo con parámetros estructurales o físico-químicos, sino también a la funcionalidad del ecosistema, por ejemplo a la capacidad de autodepuración relativa al poder de retención de los nutrientes,
ii) evaluar las fuentes y cargas de nutrientes que afectan al tramo en estudio.

Operación
Entrada de datos

Para la operación del sistema, se le pide al usuario
a) la descripción general del lugar a ser estudiado (anchura, longitud y profundidad, velocidad del agua, caudal, naturaleza geológica de la cuenca),
b) la caracterización del tramo (tanto de la zona de ribera, con información sobre su anchura, tipo de
vegetación, cobertura, características del suelo y del freático, y presencia de estructuras antropogénicas en los márgenes, como del lecho fluvial, indicando pendiente, sinuosidad, coeficiente de Manning, tipo de substrato dominante, zona de lentos y rápidos, presencia de pequeñas presas, presencia de algas,
micrófitos o biofilms),
c) información respecto a la calidad del agua del río (con datos cuantitativos de concentraciones de materia orgánica, nutrientes, pH, conductividad, temperatura, o datos cualitativos que indiquen la presencia de algas y macrófitos, o que proporcionen información sobre luz solar, turbidez, color de los sedimentos, olor),
d) información de las fuentes puntuales (estaciones de tratamiento de aguas residuales, vertidos) y difusas de nutrientes (usos del suelo, erosión, cultivos…).

Esta información, que se introduce utilizando pantallas como la presentada en la figura, permiten obtener una visión integrada de los factores que influencian las condiciones biológicas de la zona en estudio.

Ayuda a la decisión
En el proceso de ayuda a la decisión, se establecen tres fases:

• Diagnosis, en la que se diagnostica el estado del río y las causas que provocan los problemas.
• Soluciones, en la que se ofrecen propuestas de cómo resolver el problema.
• Prognosis, donde se evalúa el efecto de alternativas, respondiendo a preguntas del tipo ¿qué pasaría si…?

En la fase de diagnosis, el SAD infiere la calidad del agua fluvial, determina, mediante el cálculo de ciertos parámetros funcionales y estructurales (por ejemplo, la capacidad de autodepuración, el coeficiente de asimilación del nutriente, el coeficiente de transferencia de materia, o el tiempo de recuperación) si
el sistema fluvial funciona correctamente, y finalmente identifica los problemas del tramo evaluado. Para identificar estos problemas, se sigue un proceso de siete etapas:

• Se evalúan los síntomas del río para poder detectar los problemas potenciales que puede sufrir el tramo, ya que pueden ser uno o varios.
• Se evalúan los parámetros que permiten diagnosticar los problemas existentes.
• Para cada problema detectado se proporciona su grado de afectación mediante índices o categorías de calidad.
• Se determinan los efectos colaterales de cada uno de los problemas.
• Se proporciona un listado de todos los problemas detectados y jerarquizados de acuerdo con el grado de afectación de cada uno de ello.
• Se determina el grado de “alteración fluvial” del tramo estudiado, integrando las características de todo el ecosistema fluvial.
• Se determinan las fuentes causantes de los problemas.
  

En la fase de soluciones, el SAD genera propuestas de gestión para resolver los problemas detectados. El sistema tiene incorporados más de cien tipos de actuaciones diferentes, cada una de las cuales incluye la siguiente información:

• Nombre de la actuación, técnica, descripción, beneficios, limitaciones, comentarios, escala de aplicación, eficacia de la actuación en el escenario considerado y tiempo de respuesta de la misma, relación entre el beneficio ambiental y el esfuerzo aplicado.
  
  Las actuaciones que ofrece el SAD se pueden clasificar en tres grandes grupos:
• Control y reducción de las cargas de nutrientes, tanto de fuentes puntuales como difusas,
• Prácticas de restauración y recuperación de la vegetación de ribera,
• Medidas para incrementar la capacidad de retención de nutrientes tanto el medio acuático (capacidad de autodepuración) como de la vegetaciónde ribera.
  
  Las propuestas se generan en cada caso, a partir de la identificación de la diagnosis y las causas identificadas en la etapa anterior. Estas actuaciones se proporcionan al usuario organizadas según
  la escala de actuación (cuenca, zona de ribera o lecho fluvial) y según los parámetros que afectarán (hidrogeomorfología, aspectos químicos, biota, buenas prácticas o régimen del caudal fluvial). En este caso, la categoría corresponde al tipo de parámetros que se verían afectados por las acciones propuestas. Paralelamente, también se incluye una valoración de cada una de las actuaciones propuestas en referencia a los costes ambientales versus los esfuerzos para llevar a cabo la acción en el caso concreto.
  La fase de prognosis permite la evaluación de nuevos escenarios a partir de las actuaciones propuestas o simplemente a partir de la modificación de ciertas concentraciones. Dependiendo de la actuación se puede prever, por ejemplo, una reducción de la concentración de los parámetros que generan el problema y a partir de los nuevos valores se evalúa el efecto de la actuación mediante un balance de materia. En este aspecto el modelo numérico Moneris es de gran utilidad para la generación del nuevo escenario, ya que permite hacer estimaciones mucho más ajustadas de las concentraciones de las diferentes substancias evaluadas, especialmente los nutrientes.

Autores:
Manel Poch
Ulises Cortés
Joaquim Comas
Ignasi Rodriguez-Roda
Miquel Sànchez-Marrè

Decisiones en los sistemas de saneamiento : un poco de ayuda / Manel Poch … [et al.]. – Girona : Laboratory of Chemical and Environment Engineering (LEQUIA-UdG), Knowledge Engineering and Machine Learning Group (KEMLG), Novedar :
Universitat de Girona. Servei de Publicacions, 2012.
— p. ; cm
ISBN 978-84-8458-382-0
I. Poch Espallargas, Manuel II. Universitat de Girona.
Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental 1. Sanejament
Aigua — Depuració
CIP 628.16 DEC