ANÁLISIS Y REVISIÓN DE LA RED DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE DE LA CIUDAD DE CUENCA, ECUADOR
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ANÁLISIS Y REVISIÓN DE LA RED DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE DE LA CIUDAD DE CUENCA, ECUADOR

ANALYSIS AND REVIEW OF THE AIR QUALITY MONITORING NETWORK, IN CUENCA CITY, ECUADOR

Rubén Jerves
Universidad Politécnica Salesiana, Ecuador
Freddy Armijos Arcos
Universidad Politécnica Salesiana, Ecuador

ANÁLISIS Y REVISIÓN DE LA RED DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE DE LA CIUDAD DE CUENCA, ECUADOR

LA GRANJA. Revista de Ciencias de la Vida, vol. 23, núm. 1, 2016

Universidad Politécnica Salesiana

Recepción: 08 Julio 2014

Aprobación: 14 Marzo 2016

Resumen: El presente artículo analiza la estructura y conformación de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Cuenca respecto a estándares, normas y recomendaciones nacionales e internacionales, incluyendo sus métodos de monitoreo, y la idoneidad o no del emplazamiento de las actuales estaciones de monitoreo, ofreciendo recomendaciones para mejorar la representa- tividad de las mismas.

Palabras clave: estaciones meteorológicas, red de monitoreo, calidad del aire, Cuenca.

Abstract: The following article analyze the structure and conformation of the Air Quality Monitoring Network of Cuenca, comparing them with national and international standards, laws and recommendations; this includes monitoring methods, site criteria fulfillment of monitoring stations and recommendations to improve this spacial representation.

Keywords: meteorological stations, monitoring network, air quality, Cuenca.

Forma sugerida de citar:

Jerves, R. y F. Armijos. 2016. Análisis y revisión de la red de monitoreo de calidad del aire de la ciudad de Cuenca, Ecuador. La Granja: Revista de Ciencias de la Vida. Vol. 23(1): 25–34. ISSN impreso: 1390-3799. ISSN electrónico: 1390-8596.

1 Introducción

La ciudad de Cuenca, se encuentra al sur de los Andes del Ecuador a una altura de 2 550 m sobre el nivel del mar, su población es de aproximadamente 400 000 habitantes, y su área urbana corresponde a 84.6 km2.

El principal objetivo de la Red de Monitoreo de Cuenca es determinar la calidad del aire en la ciudad y compararla con normas y recomendaciones nacionales e internacionales. La Red de Monitoreo permite establecer programas generales y específicos para mejorar la calidad del aire en la ciudad así como comparar los resultados registrados con los obtenidos en ciudades de similares características. La calidad del aire en una ciudad como Cuenca depende de diferentes factores como distancia a las principales fuentes emisoras, emisiones, topografía y meteorología. Sin embargo no es fácil seleccionar estaciones de monitoreo que den una representación de la calidad del aire en la ciudad. El presente artículo analiza la estructura y conformación de actual Red de Monitoreo, acorde a la metodología propuesta.

2 Metodología

El planteamiento básico al establecer estaciones de monitoreo es seleccionar ambientes típicos y característicos de diferentes partes de la ciudad; de manera que, cada estación de medición obtenga datos que representen zonas de similares características. Otro aspecto a considerar es la meteorología de manera especial la dirección y velocidad de los vientos que son los que influyen en la distribución y dispersión de los contaminantes.

Una vez definidas las características de la ciudad, el análisis se centra en la estructura y conformación de la actual Red de Monitoreo instalada en la ciudad de Cuenca en base a los siguientes criterios: 1) los contaminantes analizados; 2) los métodos de monitoreo; 3) la escala de representación espacial; y 4) los criterios de emplazamiento y operación.

Para ello se analiza la metodología dada por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, USEPA, descrita en el documento 40 CFR Parte 58 anexos D y E para el diseño de redes de monitoreo del recurso aire (USEPA, 2007a;USEPA, 2007b), lametodología de la Agencia Ambiental de la Unión Europea,EEA, descrita en el reporte técnico No. 12 “Monitoreo de la Calidad del Aire y Redes de Información”(EEA, 1999); referente a los métodos de monitoreo y sus características, se consideraron las recomendaciones establecidas por la OrganizaciónMundial de la Salud (OMS) en la Actualización Global del 2005 de los Lineamientos para la Calidad del Aire (WHO,2006) y en el Informe de Monitoreo de la calidad delaire para la Evaluación del impacto en la salud (WHO,1999), y referente a la operación y mantenimiento a lo establecido en el Manual de Aseguramiento de Calidad para Sistemas de Medición de la Contaminación del Aire de la US–EPA (US–EPA, 2013).

Los niveles de concentración de los contaminantes en el aire que se analizan en la ciudad de Cuenca son Dióxido de Azufre SO2, Dióxido de Nitrógeno NO2, Ozono O3, Material Particulado PM10 y PM2,5, Partículas Sedimentables PS, Compuestos Orgánicos Volátiles COV, y Monóxido de Carbono CO (Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2015).

Los métodos de monitoreo pueden ser divididos en cuatro tipos, los cuales cubren una amplio rango de costos y niveles de precisión, elegir incorrectamente puede llevar a una complicación innecesaria del sistema, un pobre rendimiento de la red, una limitada utilidad en los datos y una pérdida de dinero (WHO, 1999). La Tabla 1 muestra los diferentes métodos de monitoreo.

La escala de representación espacial se definen para cada uno de los contaminantes acorde a la legislación ecuatoriana (MAE,2014), las escalas establecidas (USEPA, 2007b) se muestran en la Tabla 2.

En lo relacionado a los criterios de micro emplazamiento de cada monitor se analizan los requisitos de población, concentración del contaminante, distancias de separación entre las vías de tráfico y los monitores, altura desde el suelo al analizador, distancia horizontal y vertical de las estructuras de apoyo al analizador, distancia de árboles u otros obstáculos hacia el analizador y espacio libre al ingreso del monitor frente a las condiciones de monitoreo actuales, además de las recomendaciones para operación y mantenimiento establecidas en (USEPA, 2007a) y las recomendaciones específicas de los fabricantes de los equipos de la red de monitoreo utilizada en Cuenca.

Tabla 1. Métodos de Monitoreo


Tabla 2. Escalas de Monitoreo


3 Discusión

3.1 Caracterización Urbana

Las principales características urbanas de la ciudad de Cuenca que pueden influenciar en la calidad del aire son: usos de suelos, densidad urbana, ubicación de las fuentes puntuales de emisión (industrias y gasolineras) y el tráfico vehicular.

Referente al uso y ocupación de suelos en Cuenca, se encuentran definidos en el Plan de Ordenamiento Territorial del Cantón Cuenca (GAD Municipal de Cuenca, 1998), donde se establecen zonas de uso mayoritario como: industrial de mediano y alto impacto, comercial, residencial o de vivienda, servicios, de protección forestal, agrícolas y zonas mixtas. La Figura 1 muestra la distribución espacial del uso de suelo, actualización 2007.

Respecto a la densidad poblacional se han tomado los datos del Censo de Población y Vivienda del 2010 a escala zonal (INEC, 2010). La figura 2 muestra la distribución espacial de las densidades, se puede observándose que las mayores densidades se concentran en la zona céntrica de la ciudad.

Como fuentes puntuales de emisión se identifican las industrias, y las gasolineras. La industria en la Ciudad de Cuenca se desarrolla principalmente en el Parque Industrial, ubicado al Noreste de la ciudad, donde funcionan aproximadamente 145 industrias (CGA), y además en la Zona Franca, ubicada al Suroeste de la ciudad pero fuera del perímetro urbano. Las estaciones de servicio -gasolineras- por otra parte se distribuyen por las arterias viales de la ciudad (Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2013b). La figura 3 muestra la ubicación de las fuentes puntuales de emisión en Cuenca.

Entre las vías de mayor tráfico con un promedio diario de 25 000 vehículos/día a 40 000 vehículos/día se destacan el eje vial exterior compuesto por la Avenida Circunvalación y la Avenida de Las Américas, el eje interno lo componen en el sentido Norte-Sur la Avenida Huayna Capac y la Avenida Solano, y en el senti- do Este-Oeste las Avenidas España, la Avenida 12 de Abril y la Avenida Remigio Crespo, además se obser- va alto tráfico en la Avenida Ordoñez Lasso que conecta la parte oeste de la ciudad con el eje vial externo. En lo referente al Centro Histórico, éstas tienen un tráfico medio de 10 000 vehículos/día (GAD Municipal de Cuenca, 2013). La composición vial de Cuenca semuestra en la figura 4.

Concerniente a la meteorología, se recopiló y procesó la información de las estaciones meteorológicas del Aeropuerto Mariscal Lamar, para el período 1990 a 2011 (Fundación Natura, CUENCAIRE, and Comisión de Gestión Ambiental. Municipio de Cuenca CGA 2009), y del Municipio de Cuenca, para el período 2012–2014 (Fundación Natura, CUENCAIRE y Comisión de Gestión Ambiental. Municipio de Cuenca CGA 2009; Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2011b; Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2013b),las cuales cuentan con información horaria para losperíodos analizados; aunque el Instituto Nacional deMeteorología e Hidrología no dispone de informaciónhoraria, o únicamente la desgloza en 3 horas para cadadía, se han utilizado los promedios anuales y mensualespara corroborar la información de las estacionesutilizadas (INAMHI, 2012). Se destaca que la dirección dominante del viento es noreste con un vectorresultante de 36◦ y una velocidad promedio de 1.95m/s, la temperatura promedio anual es de 16.1◦C, yla precipitaciónmedia anual oscila entre los 700 y 1000mm/año. La figura 5 muestra la rosa de los vientos obtenidapara el período de 1990 a 2011, con información horaria.


Figura 1. Usos del Suelo de la Ciudad de Cuenca


Figura 2. Densidad Poblacional de la Ciudad de Cuenca


Figura 3. Ubicación de las Industrias y Estaciones de Servicio en Cuenca


Figura 4. Principales Vías de Cuenca y Su tráfico


Figura 5. Rosa de los Vientos. Cuenca. Período 1990-2011


Figura 6. Localización de los puntos de Monitoreo

3.2 Estructura y Conformación de la Red

El diseño inicial de la red de monitoreo de calidad del aire (Ibarra, 2007), que opera desde 2008, concebía 18 puntos distribuidos por la ciudad, las características de esta red incluían: 1 estación automática de monito- reo, ubicada en el centro de la ciudad, que registre las concentraciones de PM2,5 , NO2, SO2, O3, y una escala de representación urbana. 3 monitores activos para la medición de PM10, y 3 monitores pasivos automáticos con su recolector de datos para la medición de CO, ubicadas en al noreste en el sector del parque industrial, en el centro de la ciudad junto a la estación automática, y al suroeste con una escala de represen- tación espacial de tipo urbana. 13 puntos ubicados en diferentes partes de la ciudad con una superficie de representación vecinal de 2.2 km a la redonda de su emplazamiento, los contaminantes medidos son SO2, O3 y NO2 empleando muestreadores pasivos de difusión. 9 puntos de medición de Material Particulado Sedimentable PS, distribuidos junto a los monitores pasivos, y con escala de representación vecinal. 1 punto para medición a microescala en la zona céntrica de la ciudad, con la finalidad de registrar el efecto calle cañón, en el cual se determina por muestreadores pasivos la concentración de NO2, SO2 y PS. 1 punto paradeterminar las concentraciones de fondo, ubicado fuerade Cuenca a 2 km del límite de la zona urbana, estepunto mide O3 mediante monitores pasivos y PS.

La red de monitoreo inició la operación de la pri- mera etapa en 2008, la misma que contaba con un total de 18 puntos: 17 puntos de monitoreo mediante muestreadores de difusión pasiva y 1 punto de deter- minación de la concentración de fondo; 15 puntos de medición de depósito de partículas sedimentables y 3 puntos con monitores activos de PM10 (CUENCAIRE, 2009). La primera etapa excluía, respecto al diseño, la instalación estación automática, la misma que entra- ría en funcionamiento en una segunda etapa de operación que inició en 2012. En el año 2011, se añadió un punto de monitoreo de difusión pasiva y de partículassedimentables, ubicado en el Cebollar -CEB-,posteriormente, en el año 2014, se añadió un punto desimilares características en Misicata -MIS-.De estamanera,al año 2014, los puntos de vigilancia aumentaronde 18 a 20, que incluyen una estación demonitoreo automática,una subred de muestreo por difusión pasivaen los 20 puntos, una subred de depósito de PartículasSedimentables con 17 puntos y 3 puntos demonitoreoactivo de PM10 (Red de Monitoreo de Calidad del Aire,2015).

Los puntos concebidos en el diseño de la red, suimplementación y evolución hasta el 2014 en base a los Informes de Calidad de Aire del 2008 al 2014 (CUENCAIRE,2009; CUENCAIRE, 2010; Red de Monitoreode Calidad del Aire, 2011a; Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2012; Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2013a; Red de Monitoreo de Calidad del Aire,2014; Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2015) se muestra en la Tabla 3. La ubicación espacial de lospuntos de monitoreo se muestra en la Figura 6. Cabe destacar que la escala de monitoreo de todoslos puntos, acorde a la Tabla 2, es Vecinal, exceptuando el punto ICT cuyo monitoreo pasivo únicamenteincluye Ozono y la Escala de Representatividad es Regional,los puntos LAR, BCB y VEG cuya representatividades de microescala y los puntos MUN, EIE yCCA cuya escala a más de vecinal es urbana.

Tabla 3. Diseño y Cambios de la Red de Monitoreo


4 Conclusiones y Recomendaciones

De conformidad con la información recopilada de las características urbanas y meteorológicas de Cuenca, y con la caracterización de la actual red demonitoreo de calidad del aire de Cuenca, se establece:

Acorde al tamaño y población de la ciudad, la instalación de una sola estación automática en el centro de urbe, cumple la recomendación a escala urbana y con los requerimientos mínimos de monitoreo. Sin embargo, es suficiente contar con dos monitores activos PM10 a escala urbana, recomendándose que se conserven el punto MUN ubicado en el centro de la ciudad y el punto CCA cercano al parque industrial, no así el punto EIE ubicado al suroeste: la relocalización de este punto pudiera ser en el punto BCB o LAR en el centro de la ciudad, pero para medir concentraciones de micro–escala.

Los monitores automáticos de CO no se recomiendan utilizar a escala urbana, por lo tanto la escala de representatividad de la concentración de CO en la estación MUN es de media escala o micro–escala.

La red de monitoreo a escala vecinal actual está conformada por 20 puntos, 13 están específicamente ubicados para este propósito y 3 concebidos en la red a escala urbana, en donde también se hace medición a escala vecinal. Esta red usa principalmente métodos de difusión pasiva, los cuales provén información en períodos largos de tiempo, ya sea entre 10 a 12 días para el caso de NO2 y O3, y 30 días para el SO2 y PS. Para la ciudad de Cuenca es adecuado el uso de es- tos métodos siempre y cuando se consideren como un soporte de la red a escala urbana. El empleo de los métodos pasivos ofrece información de gran calidad a un bajo costo. A mediano plazo, el número de puntos de monitoreo a escala vecinal pueden ser disminui- dos, considerando que las recomendaciones dadas a escala vecinal establecen que la representación espacial es de hasta 4 km a la redonda. Se observa, acorde a la distribución espacial, que no se contempla medición a escala vecinal en un sector oeste y noroeste de la ciudad, recomendándose que se emplace un punto de acuerdo a la metodología establecida en este proyecto; además, dos puntos de la red de escala vecinal -TET y CHT-, se encuentran muy próximos a menosde 1 km de distancia, por lo que el punto CHT debe ser reubicado más hacia el sureste, entre las posibilidadesde reubicación están: Centro de Salud Pumapungo-800m-, Centro Comercial -Gran Aki 700m-, yel Centro Artesanal Gaspar Sangurima -570m-.

En la conformación de la actual red, el punto MAC (Blanco) es donde se colocan los monitores pasivos cerrados, los cuales no registran la contaminación del sector sino el comportamiento de los reactivos químicos con la variación de la temperatura diaria y del período, se recomienda por tanto colocar también monitores pasivos que nos permitan registrar los niveles de contaminantes en esta zona de la ciudad.

Se encuentra que el diseño contempla monitores automáticos de CO en los puntos MUN, EIE y CCA, sin embargo únicamente la estación automática ubica- da en MUN está realizando mediciones. Se recomienda, por tanto que la estación CCA cuente con el monitoreo automático de CO, por otra parte un monitor adicional se recomendaría para medir el efecto cañón en el punto BCB o LAR, y no es necesario contar con un monitor en el punto EIE, establecido en el diseño original.

El único punto a escala regional es ICT, de manera que para la determinación de la concentración de fondo fuera de Cuenca y el impacto de esta en la periferia, a más del punto propuesto se recomienda ubicar 5 puntos en la dirección suroeste cada 5 km de manera especial para medir el impacto del ozono troposférico generado por la ciudad. Esta medición se debe realizar en el período octubre–marzo que corresponde a los meses más cálidos del año.

El micro-emplazamiento de los monitores, donde se analizan las distancias de separación entre las vías de tráfico y los monitores, altura desde el suelo al analizador, distancia horizontal y vertical de las estructuras de apoyo al analizador, distancia de árboles u otros obstáculos hacia el analizador y espacio libre al ingreso cumplen los requisitos establecidos.

La operación y mantenimiento de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire se ha venido efectuando de acuerdo a las recomendaciones dadas por la US–EPA.

Referencias

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