Desarrollo de herramientas para la evaluaciÓn del estado ambiental

1. I conversatorionacional “macroinvertebradoscomobioindicadores de la calidad del agua” Desarrollo de herramientaspara la evaluaciÓn del estadoambiental Dra. Cristina Yacoub López cristina.yacoub@upc.edu

2. Introducción Problemática del agua - Contextualización minera • La calidad del agua superficial representa un aspecto de interés internacional • UN Conference on Environment and Development in Rio de Janeiro in 1992- Agenda 21 • European 2020 strategy (EC, 2010a) are led by the “Resource efficient Europe” flagship initiative (EC, 2011) and “An industrial policy for the globalisation era” flagship initiative (EC, 2010b). • La necesidad de proteger la calidad y subministro de agua mediante un enfoque integral en el desarrollo, gestión y uso del agua de manera sostenible

3. Introducción Problemática del agua – Contextualización andina • Aumento de contaminación por actividades mineras puede afectar la calidad del agua de consumo humano • Se relaciona con la pobreza • Distribución no igualitaria • Aumento de brechas sociales • Escalada de conflictos • En la región andina existen pocos planes de gestión del agua o del ambiente Nivel de conflictividad socio-ambiental en aumento

4. Introducción Gestión del agua en Europa – Directiva Marco del Agua (DMA) • El objetivo principal de la DMA es conseguir para todos los cuerpos de agua: • Buen estado ecológico y químico del agua superficial • Buen estado cuantitativo y químico del agua subterránea. Unidad de Cuenca Calidad del agua

5. Introducción Gestión del agua en Europa – Directiva Marco del Agua (DMA) Fuente: Europeancomission 2012 - 670

6. Objetivo de la investigación Herramientas de monitoreo y evaluación • Proveen conocimiento robusto e imprescindible (sobre el estado de los cuerpos de agua) para • Poder tomar decisiones informadas y • Establecer una gestión sana del agua • El objetivo de la investigación es proveer herramientas adecuadas para este fin en un contexto andino - minero. • Para ello se definen dos herramientas: • La caracterización biofísica de la cuenca: Modelación hidrológica • El diseño de un Monitoreo ambiental • Aspectos de calidad química y ecológica • La evaluación de las fuentes y el grado de contaminación en la cuenca, • El riesgo asociado y el efecto potencial a la vida acuática y a la salud humana

7. Caso de estudio • Cuenca del Jequetepeque • Páramos en la parte alta • Principales actividades productivas: • Agricultura • Ganadería • Minería • Población rural 80% • Extensión: 4.372,5 km2 • Media anual de precipitación: 0 – 1.100 mm • Media anual de temperatura: 25,4 ºC - 4 ºC • Variaciones de pendiente: 4.000 msnm en 80 km, con pendientes mayores al 20%

8. Metodología Monitoreo Ambiental Diseño del monitoreo • Objetivos • Zonas • Parámetros • Número de muestras • Periodicidad • Frecuencia Recolección de muestras • Tener premiso de la autoridad competente • Realizar el monitoreo con algún guía de la zona • Tener en cuenta la accesibilidad del lugar • Valorar ciertos bioindicadores Análisis y obtención de Resultados • Agua: realizado por laboratorios externos (PUCP, DESA) • Sedimentos: fracción <63µm de diámetro. Mediante AAS y ICP-OES. • Macroinvertebrados: Identificación taxonómica de macroinvertebrados bentónicos a nivel de familia Discusión de los resultados obtenidos • Análisis estadístico de resultados de agua y sedimentos • Desarrollo del protocolo CERA y del análisis cuantitativo Evaluación de la calidad ambiental

9. Metodología Monitoreo Ambiental

10. Metodología Monitoreo Ambiental Datos de cao Basado en Yacoub C., Pérez-Foguet A., Miralles N. (2011). Risk assessment and seasonal variations in southern countries: Trace element emissions in the Upper Basin Jequetepeque, Peru. IWA Watermatex, June 201, San Sebastian, Spain. pp. 870-877. • 15 estaciones de muestreo • 120 muestras • 2004 al 2005 Datos de stratus Inc. • 74 muestras • 10 estaciones de muestreo • 2002 a 2003 • Nitratos, sulfatos, Al, Ag, As, Ba, Ca, Cd, Cu, Cr, Fe, Hg, Mg, Mn, Ni, Pb, Sn, Tl, and Zn Datos de la Dirección Ejecutiva de Salud Ambiental, DESA • 199 muestras • 14 estaciones de muestreo • Mensual del 2003 al 2008 • pH, EC, STD, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb y Zn Yacoub, C., Pérez-Foguet, A., Miralles, N. (2013). Spatial and temporal trace element distribution of a Peruvian basin: recognizing trace element sources and assessing the potential risk. J. Environ. Monit. Assess. DOI: 10.1007/s10661-013-3147-x. The final publication is available at link.springer.com. Datos del monitoreo desarrollado • 42 muestras • 16 estaciones de muestreo • Noviembre 2008, Junio y Noviembre 2009 y Julio 2010 • STD, SST, Cl-, CN- WAD, CN- Total, Nitratos + Nitritos, NH4+, SO42-, Al, As, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, Pb y Zn

11. Metodología Monitoreo Ambiental • 15 estaciones de muestreo • Junio2009, Noviembre 2009 y Julio 2010 • Secadas a 105 ˚C hasta peso constante (ISO 5725-1:1994) • Filtradas Ø < 63 µm (UNE Standard, 7050; ISO, 3310-2; y ASTM E 323). • Extracción secuencial: Método BCR de 3 fases: • Fase de Iones intercambiables y carbonatos • Fase reducible • Fase oxidable Tiempos, Potencia y temperatura utilizados, USEPA Method 3052 • Extracción por digestión de microondas. • Basado en el USEPA Method3051A

12. Metodología Monitoreo Ambiental Procesado de datos Análisis de las muestras • Yacoub, C., Pérez-Foguet, A., Miralles, N. and Valderrama C. (2013). Environmental assessment of trace element sediments from a Peruvian mine basin. Science of the total environment. Submitted. • Yacoub, C., Miralles, N. and Valderrama C. (2013). Experimental study of trace elements mobility and kinetic characterization in sediment samples. Water Environment Research. Submitted.

13. Metodología Monitoreo Ambiental • Indicadores • Factor de Enriquecimiento (FE): origen de la contaminación • Concentraciones de la pseudo-digestion por microondas (Ø<63µm) • Elemento de referencia: Fe • La concentración del elemento de referencia 0,5<Ø<1 mm • Código de evaluación del riesgo (RAC): grado del riesgo causado por elementos traza en sedimentos

14. Metodología • Monitoreo Ambiental • Análisis estadístico • Criterios de evaluación de los factores del PCA • Análisis de Componentes Principales (PCA): tendencias espacio-temporales en la cuenca • Análisis Clusters Jerárquicos (HCA): interpretación de las estaciones de muestreo • Tratamiento de datos • Existencia de huecos y “outliers” • Límite de detección: valor umbral • Transformación logarítmica • Modelo utilizado: SPSS v15.0 • Algoritmo Varimax para la rotación de los datos en el PCA • Facilita la interpretación de los datos Comunalidades > 0,7 Aceptación de % acumulados de varianza mayores del 80% • Los factores del PCA son los datos de entrada del HCA. • En el HCA se utiliza el método de aglomeración Ward’s y la raiz cuadrada euclidea como medida de distancia

15. Metodología Monitoreo Ambiental Índice de calidad ecológica para ríos alto andinos (CERA) • Ríos alto andinos (>2.000 msnm) • Condiciones de referencia • Tres índices • Hábitat Fluvial (IHF) • Ecosistemas de ribera (QBR – And) • Macroinvertebrados bentónicos (ABI) Muestreo de macroinvertebrados • Multihábitat integrado • Red de mano: D-net 250µm • Tramo 100 metros • 10 puntos (microhábitats) • Recogida de muestras

16. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental Distribución Espacial del Agua • Los valores obtenidos presentan valores similares a zonas con impactos mineros • Región Andina • España o China • Teniendo en cuenta el PCA-HCA Sipán SL Rejo Sub-basin Llapa Sub-basin • Minería en la sub-cuenca de Llapa y Rejo • Erosión y tráfico en San Juan • Agricultura, minería y erosión para Alto Jequetepeque Yanacocha SRL San Juan Sub-basin Alto Jequetepeque Sub-basin

17. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental Distribución Espacial del Agua Sub-cuenca de Rejo • Amonio, cloruro, nitratos y nitritos, sulfato y cianuro WAD • [Ca] relevantes • Al, As, Fe, Cu, Ni y Pb cerca de la minera, efecto de dilución aguas abajo Sub-cuenca del Alto Jequetepeque • Gran homogeneidad • Ca, Mg y sulfatos, (< a Rejo, excepto Mg). • Cloruros Sub-cuenca de Llapa • SDT, SST, sulfatos, Al, As, Ca, Cd, Cu, Cr, Fe, Mg, Ni y Zn aguas abajo de la mina Sipán S.L. • Ll5 es el punto más contaminado; Ll4 para el caso del Cr. Sub-cuenca de San Juan • Bajas concentraciones excepto pico de Zn • Fuente de contaminación debida a una combinación de contribuciones naturales y antropológicas (p.e. trafico)

18. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental • Evaluación de los posibles efectos de los elementos traza en los humanos por ingesta del agua • Riesgo potencial para casi todos los elementos traza, • As, Cr, Fe y Mn - efectos adversos esperado, • Al, Cd, Pb y Zn - efecto potencial significativo HQ = Cc / RfD

19. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental • Elementos traza ≈ 3 campañas • As, Cd, Cu, Hg, Pb, y Zn en los puntos Ll5 y R1 de riesgo • según las guías canadienses de afectación a la vida acuática • Las concentraciones de As y Hg son • >> a las encontradas cerca de mineras en Chile y Bolivia • ≈ a ríos impactados por minería en Francia • La media del Cd ≈ con impactos en Francia, Italia y Bolivia • Las concentraciones medias de Cu >> a las encontradas en la literatura • Las concentraciones de Pb • Picos ≈ Bolivia • Medias > a áreas impactadas • Concentraciones medias de Al y Zn ≈ a las encontradas en Chile

20. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental • Se calcula el FE para evaluar el origen de los elementos traza, • Se evalúan 12 puntos de muestreo de las tres sub-cuencas (Birth 2003) • Cerca Sipán SL • As y Cd - enriquecimiento moderadamente severo • Cu - enriquecimiento moderado • Cerca a Yanacocha SRL • Cd y Pb - enriquecimiento muy severo y severo • As y Zn - enriquecimiento moderado

21. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental • Implicaciones ambientales, Código de evaluación del riesgo • RAC 1 evalúa el riesgo asociado a los elementos traza asociados a iones intercambiables en los sedimentos • Cd >>Hg > Zn > Cu • RAC 2 asociado a la fase reducible • Elevado o muy elevado para la mayoría de las muestras evaluadas • Cd >>Zn, Cu, Hg, Pb >> As (Villalobos-Castañeda et al., 2011)

22. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental • Cd – Zn, y As - Pb ≈ tendenciaespacio-temporal • ↑ Cu en épocasecay ↑ del Cr en épocahumeda • ≈ ríosindustriales en Italia • Análisis PCA-HCA - tendencias espacio-temporales SipánSL Yanacocha SRL

23. Resultados y Discusión Monitoreo Ambiental • Resultados del índice CERA • Resultados

24. Conclusions • Se ha evaluado el estado medioambiental de la cuenca del Jequetepeque, así como se han evaluado las presiones existentes mediante un monitoreo ambiental que incorpora el análisis en agua, sedimentos y el estado ecológico de los ríos

25. Conclusiones • Existe contaminación cercana a las mineras • As y Cr, Al, Cd, Cu, Fe y Pb en el agua cerca de Sipán SL • Cd, Zn, Pb y As en sedimentos cerca de Yanacocha SRL • Mina activa↑ [metales] en los sedimentos, mientras que la mina clausurada ↑ [metales]en agua • Cd, Cu, Hg y Ni son los mas móviles y son un motivo de preocupación a medio y largo plazo

26. Conclusions • Todas las estaciones de referencia definidas obtuvieron una puntuación de bueno o muy buen estado ecológico • En los puntos de control, el monitoreo ecológico mostro las mismas tendencias que las tendencias obtenidas de los análisis de metales en agua y sedimentos • El protocolo desarrollado, como herramienta cualitativa sencilla y económica puede ser útil para evaluar las tendencias significativas de contaminación en la cuenca

27. Conclusiones • Las diferentesaproximaciones de estetrabajomuestran la contaminacion en terminos de calidad del aguacerca de emplazamientosmineros. • Los resultados de estetrabajocomoherramientasmedioambientalespuedenser un primer avancepara el manejo de la calidad del agua en la region andina

28. Lecciones aprendidas • Tener en cuenta el ecosistema de manera integral es imprescindible para un monitoreo del estado ambiental • Relación de los tiempos y la matriz a monitorear • La consideración de blancos de control en lugar de limites máximos permisibles es necesaria para poder evaluar el estado ambiental • La participación en todas las etapas de un monitoreo es un elemento clave si se pretende construir herramientas que sean útiles para la ciudadanía • Delimitar bien el objetivo de la herramienta y no usarla como receta • Establecer los umbrales de incertidumbre a considerar como riesgo (análisis conservativos, temporales, espaciales)

29. Lecciones aprendidas. • Algunas limitaciones importantes: • la diferencia en tiempos entre la realización de estudios y la posterior divulgación • las dificultades por parte de la universidad para ser más accesible y divulgue el conocimiento adquirido, • la necesidad de profundizar en investigaciones en la región tal que se pueda realizar un monitoreo como herramienta de vigilancia participativa en la región. • Las conclusionesextraidas son todavíainsuficientespara el desarrollo y validacion de un monitoreo de macro-invertebradocomoherramientasencilla y economicaparaaplicarsistemasvigilanciaparticipativa en cuencasandinas con actividadesmineras.

30. ¡Muchas gracias!