Monitor ambiental | Combatir la inseguridad hídrica en Saskatchewan con datos en tiempo real

Superbarcaza (CB-950) desplegada en Buffalo Pound Lake en un día despejado (Crédito: Katy Nugent/Global Water Security Institute)

Las praderas de Saskatchewan pueden describirse como una de las partes menos seguras del agua de Canadá, lo que hace que el monitoreo de la calidad del agua sea esencial para una gestión informada de los recursos en una región que ya enfrenta inseguridad hídrica. Si bien las propiedades físicas naturales exacerban algunas de las malas condiciones de calidad del agua en la región, otras están relacionadas con el uso de la tierra.

Helen Baulch, profesora asociada de la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la Universidad de Saskatchewan, creció pasando los veranos a orillas del lago Hurón y siempre se ha dedicado a proteger los recursos hídricos.

Al recordar con cariño su infancia jugando en la orilla, Baulch también recuerda la invasión de mejillones quagga durante su adolescencia y cómo vio el lago cambiar como resultado. Baulch se centró en estudios ecológicos y limnología, donde adquirió experiencia trabajando con lagos.

«Tuve mucha suerte de tener mucha exposición a la limnología como disciplina desde el principio», explica Baulch. Ahora, profesora que trabaja en la calidad del agua, señala: «La tecnología que utilizamos y la investigación que realizamos es inmediatamente utilizable y utilizable, lo cual es un regalo poco común para un investigador».

YSI (Sonda Serie 600), cerca de los sensores PAR desplegados justo debajo de la superficie. (Crédito: Katy Nugent / Instituto Global de Seguridad del Agua)

Uso de datos para informar a las plantas de tratamiento y combatir la inseguridad del agua en Saskatchewan

Con sistemas de monitoreo en tiempo real, los operadores de tratamiento de agua pueden responder mejor a las condiciones cambiantes y los administradores de recursos pueden comprender mejor las condiciones en la masa de agua objetivo. Gran parte del trabajo de Baulch se centra en el lago Buffalo Pound y en cómo utilizar datos ambientales para respaldar el tratamiento del agua en un lago que tiene problemas de floraciones y niveles elevados de carbono orgánico.

Baulch amplía y dice: “Podemos tratar esa agua de forma segura. Un objetivo clave es comprender los cambios en la calidad del agua de origen y adaptarse a esos cambios». Y añade: “Realmente disfruto intentando avanzar hacia el espacio de soluciones a los problemas de calidad del agua. Trabajamos para identificar los cambios más efectivos que podemos realizar en la gestión de la tierra y el agua. Esto significa pensar en el tratamiento del agua, pero también en la gestión de los flujos y la gestión de los nutrientes agrícolas específicos de esta región».

Baulch divide su tiempo entre impartir clases, realizar investigaciones y comunicar los resultados al gobierno y a las instalaciones de tratamiento de agua. El cronograma es exigente, pero todos los elementos son esenciales, incluida la comunicación con las partes interesadas para mejorar la calidad del agua.

«El trabajo para mejorar la calidad del agua realmente implica mucho diálogo y divulgación, lo que puede ser políticamente sensible y también puede ser difícil de incluir en una agenda apretada, aunque trato de establecer prioridades», afirma Baulch.

Si bien los problemas de calidad del agua son comunes en Saskatchewan, como lo son en muchas otras partes del mundo, resulta beneficioso desarrollar capacidades entre investigadores e instituciones. Según Baulch, el uso más inmediato de los datos recopilados es el de la planta de tratamiento, que respalda el uso del lago Buffalo Pound como suministro de agua para dos ciudades.

Ella explica: “Hay docenas de otras empresas de agua en la región que tienen problemas similares, y simplemente no hay capacidad para tener científicos en todas partes para ayudar. Así que esa es una pregunta más profunda que tengo sobre cómo aumentar nuestra capacidad para construir este tipo de asociación en otros lugares».

Una vista de cerca del equipo de seguimiento adjunto a la Superboya en un día de niebla. (Crédito: Katy Nugent / Instituto Global de Seguridad del Agua)

Lago de la libra de búfalo

El lago Buffalo Pound es muy poco profundo y, por lo tanto, se estratifica periódicamente. Combinado con altas cargas de nutrientes y carbono orgánico, esto puede crear desafíos para el tratamiento del agua. Para solucionar este problema, Baulch explica que el monitoreo con datos en tiempo real puede brindar a los operadores datos cuando los necesitan.

Trabajar con administradores también ayuda a los investigadores a comprender mejor el lago. Baulch explica: «Algunos momentos clave de eureka surgieron al hablar con la planta sobre el lago, los datos y los problemas que estaban teniendo».

Para Buffalo Pound Lake, estas conversaciones bidireccionales surgieron nuevos conocimientos sobre la estacionalidad de las cianobacterias flotantes y los impactos de la estratificación térmica, con beneficios inmediatos para el tratamiento del agua.

La investigación y la comprensión de las propiedades físicas y químicas del lago ayudaron a gestionar tanto las cianobacterias como los subproductos desinfectantes asociados con la materia orgánica disuelta. Dado que Buffalo Pound Lake es un embalse, monitorear el lago también puede ayudar a informar la gestión del flujo, particularmente cuando se considera la calidad del agua.

Baulch comienza: “El equilibrio entre el flujo del embalse aguas arriba y la cuenca local tiene un impacto en la calidad del agua. Estamos tratando de comprender esto más profundamente y, con suerte, ayudar a los administradores de lagos a comenzar a integrar la calidad del agua en su toma de decisiones sobre el flujo”.

“Esto es realmente complicado. Porque como todo embalse, existen muchos objetivos asociados a su gestión. Estamos en los primeros días de diálogo con el gobierno sobre lo que vemos en términos del análisis que hemos hecho hasta ahora y lo que puede ser útil para el tratamiento del agua», continúa.

Big Buoy desplegada en las verdes aguas del lago Buffalo Pound. (Crédito: Katy Nugent / Instituto Global de Seguridad del Agua)

La conveniencia de los sistemas en tiempo real

Los sistemas implementados en Buffalo Pound Lake han cambiado la forma en que las plantas manejan el agua, particularmente en casos de mala calidad del agua. Se utilizan un total de cuatro sistemas para respaldar los despliegues en aguas abiertas y bajo el hielo, recopilando datos en intervalos de diez minutos.

Las boyas de verano, una CB-950 llamada cariñosamente Superbuoy y una MB-200 más antigua llamada Big Buoy, monitorean las condiciones, enfocándose particularmente en la proliferación de algas. Los sensores de temperatura han sido algunos de los sensores más importantes para las plantas de tratamiento de agua y son esenciales para el diagnóstico de estratificación. Si bien la estratificación suele ser corta en el lago, han ocurrido eventos extremos de varios días que requieren cambios en las operaciones de la planta de tratamiento.

Las boyas también están equipadas con sensores YSI, donde la ficocianina, la turbidez, el pH y el oxígeno proporcionan importantes conocimientos científicos y operativos. Las boyas también están equipadas con tres sensores de luz LI-COR, un LI-190 colocado en el agua y dos LI-192 desplegados bajo el agua. Todos los sensores ayudan a Baulch y sus colegas a comprender los impulsores y los impactos del cambio ecológico en este sistema dinámico.

La nueva y emocionante tecnología de su nueva Superbuoy incluye un sensor de CO2 y un sistema de cámara, que les ha ayudado a observar la suciedad y comprender los impulsores de las cianobacterias flotantes, que han sido una preocupación para la planta de tratamiento de agua.

Los datos se registran y transmiten en vivo, actualizándose cada hora, creando una herramienta fundamental utilizada tanto por los investigadores como por los socios de la planta de tratamiento de agua para ayudar en la detección temprana de cambios en el embalse, que pueden conducir a cambios en el proceso de tratamiento.

Escoria del lago Buffalo Pound. (Crédito: Katy Nugent / Instituto Global de Seguridad del Agua)

Si bien el estatus del lago como fuente de toma de agua lo ha protegido hasta ahora del vandalismo, algunos factores ambientales dificultan el monitoreo del lago durante todo el año. El lago Buffalo Pound también es muy productivo, por lo que la bioincrustación puede afectar fácilmente a los sensores, aunque los limpiadores y el mantenimiento frecuente garantizan datos de buena calidad en el verano, cuando la biomasa de algas es alta.

En invierno, las condiciones heladas pueden destruir el casco de una boya, por lo que cambian a instalaciones bajo el hielo, utilizando sensores a aproximadamente 1,5 m bajo el hielo, para mantener el equipo de forma segura debajo de las espesas acumulaciones de hielo que puedan ocurrir.

La inversión de la planta de tratamiento de agua basada en datos ayudó a respaldar estos esfuerzos de monitoreo basados ​​en sensores en Buffalo Pound Lake, así como el apoyo científico y logístico del gobierno y la financiación de la investigación.

Debido a que el lago es poco profundo y está constantemente mezclado, los cambios en la calidad del agua pueden ser repentinos y dinámicos. El flujo continuo de datos proporcionado por las boyas ayuda a conectar puntos de datos entre muestreos menos frecuentes, así como el estado del lago antes, durante y después de la proliferación de algas.

Los datos recopilados por los sistemas se envían al portal web WQData LIVE, que permite a Baulch ver las condiciones del lago en tiempo real desde la comodidad de su oficina. La disponibilidad instantánea de datos ha dado forma a la forma en que operan los administradores de recursos y plantas.

Baulch explica: “Solo se tiene el pulso del lago cuando las boyas están activas. Te sientas en tu escritorio antes de revisar tu correo electrónico y puedes observar las curvas de oxígeno del último día y es interesante conocer el lago hasta ese nivel y ver ‘Oh, hoy nublado’, o incluso los impactos. de humo en la luz y verlo venir en las curvas de oxígeno».

Más allá de la ciencia, enfatiza, «los operadores también saben cuándo necesitan cambiar sus decisiones, por lo que esto proporciona un beneficio inmediato a los datos transmitidos».

Superbag en Buffalo Pound Lake (Crédito: Katy Nugent / Instituto Global para la Seguridad del Agua)

Conclusión

La conveniencia de los sistemas también facilita la recopilación de datos cuando el tiempo es un recurso limitado y las condiciones pueden ser inseguras para los equipos de investigación. Según Baulch, la durabilidad y confiabilidad de las boyas, particularmente en aplicaciones de monitoreo y tratamiento de agua, han estado cambiando las reglas del juego debido al sistema de alarma de WQData LIVE y la capacidad de solucionar problemas en línea.

Algo que se ha mantenido igual a lo largo de los años ha sido la inversión de la industria y otras partes interesadas. Baulch explica: “Disfruto trabajando con un equipo muy diverso, todos interesados ​​en cuestiones de seguridad hídrica y sostenibilidad. Es gratificante contribuir a algunas cosas en las que debemos trabajar en términos de seguridad hídrica en mi región. Capacitar a las personas, aprender y luego trabajar en soluciones y adaptaciones a los problemas que enfrentamos».