Un nuevo método computacional desarrollado por investigadores de la Universidad de Oxford y el Imperial College de Londres utiliza una técnica innovadora para rastrear las fuentes de contaminación de los ríos. En un estudio de caso, el modelo identificó la fuente de un pesticida neonicotinoide nocivo (prohibido para uso agrícola) en un hábitat de arroyo calcáreo poco común.
En los últimos meses, ha habido protestas a nivel nacional contra las compañías de agua que permiten que la contaminación de los ríos por aguas residuales supere los límites aceptables. Esto, combinado con la contaminación procedente de fertilizantes y productos químicos agrícolas, ha provocado que solo el 14% de los ríos de Inglaterra alcancen actualmente un estado ecológico «bueno». Pero hasta la fecha, no ha habido ningún método sólido para identificar las fuentes probables de contaminación de los ríos, lo que hace que sea casi imposible abordar el problema de manera eficaz.
«El primer paso para mitigar la contaminación de un río es determinar dónde está el problema. Estos nuevos métodos matemáticos «inversos» proporcionan una forma objetiva de determinar dónde y cómo los contaminantes ingresan a las redes fluviales a partir de los datos de monitoreo únicamente.»
El codirector del estudio, el Dr. Alex Lipp (Departamento de Ciencias de la Tierra y Merton College, Universidad de Oxford)
Un estudio reciente de investigación coescrito por científicos de la Universidad de Oxford ofrece ahora un nuevo enfoque que utiliza un «modelo inverso», que trabaja a la inversa a partir de las observaciones de contaminación en los ríos y las rastrea hasta su fuente probable.
Esto contrasta con los métodos actuales de «modelización prospectiva», que parten de un conjunto supuesto de fuentes de contaminación y avanzan hacia adelante para estimar la distribución y el alcance final de los contaminantes. Sin embargo, este método tiene varios defectos críticos, a saber, que las fuentes potenciales deben conocerse de antemano y que a menudo se basa en grandes suposiciones y datos inciertos.
El doctor Alex Lipp (Departamento de Ciencias de la Tierra y Merton College, Universidad de Oxford) , uno de los responsables del estudio , afirmó: «El primer paso para mitigar la contaminación de un río es determinar dónde está el problema. Estos nuevos métodos matemáticos «inversos» proporcionan una forma objetiva de determinar dónde y cómo los contaminantes entran en las redes fluviales a partir de los datos de seguimiento únicamente».
La nueva técnica se probó en el río Wandle, un arroyo calcáreo en el suroeste de Londres que ha provocado indignación local por el reciente vertido de aguas residuales . Recientemente, se detectó el pesticida neonicotinoide imidacloprid en el río Wandle a pesar de que su uso en los campos del Reino Unido es ilegal desde 2018. Utilizando el nuevo modelo inverso, los investigadores concluyeron que, en su gran mayoría, el imidacloprid presente en el río Wandle proviene de una pequeña parte del río que contiene el desagüe de una planta de tratamiento de aguas residuales.
El coautor principal, el Dr. Gareth Roberts (Departamento de Ciencias de la Tierra e Ingeniería, Imperial College London), dijo: «Esto respalda la idea de que el imidacloprid en nuestros ríos puede tener su origen en su uso como medicamento para mascotas , ingresando a los sistemas de alcantarillado después de ser arrastrado por los desagües y evadiendo su eliminación en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales».
Llamado a los ciudadanos a convertirse en «guardianes del río»
Habiendo demostrado el poder del enfoque de modelado inverso, el Dr. Lipp está interesado en verlo ampliado y, en última instancia, convertirse en una parte clave del futuro del monitoreo de la calidad del agua.
«Una aplicación de este enfoque que me interesa mucho es el análisis de datos de ciencia ciudadana», añadió el Dr. Lipp. «Los grupos de campañas ciudadanas generan con frecuencia fantásticos conjuntos de datos de alta densidad sobre contaminantes como el fósforo y el nitrato en los ríos, y este enfoque inverso podría utilizarse para convertir estos datos en información útil».
El río Wandle. Crédito: Whiteway, Getty Images.Los datos de los ciudadanos ya se han utilizado como parte de las campañas nacionales en favor de los ríos. Por ejemplo, los análisis de calidad del agua realizados por científicos ciudadanos de River Action detectaron altos niveles de bacterias E. coli a lo largo del río Támesis antes de la Henley Royal Regatta . Este nuevo enfoque de modelización podría ayudar a los «guardianes de los ríos» voluntarios a tomar medidas más específicas contra los contaminadores.
El director ejecutivo de River Action, James Wallace, afirmó: «Los infractores reincidentes, como las compañías de agua y la agricultura a escala industrial, a menudo intentan eludir la responsabilidad, culpando a otros por el lodo que dejan entrar libremente en nuestros ríos. Pero los enfoques de modelización como este nuevo algoritmo podrían, en última instancia, empoderar a una legión de científicos ciudadanos de todo el Reino Unido para señalar las fuentes de contaminación, sin dejar a los perpetradores ningún lugar donde esconderse».
‘La Agencia de Medio Ambiente debe explorar ahora más el potencial de los nuevos métodos y la ciencia ciudadana en sus procesos contra los contaminadores y las sanciones subsiguientes, junto con una financiación gubernamental adecuada en el próximo presupuesto para empoderar al regulador para hacer cumplir la ley. Mejorar el poder de monitoreo de la contaminación envía un mensaje poderoso: contaminar es bajo tu propio riesgo y no para obtener ganancias’.
Marcando la diferencia con los datos
Los infractores reincidentes, como las compañías de agua y la agricultura a escala industrial, a menudo intentan eludir la responsabilidad, culpando a otros por el lodo que dejan entrar libremente en nuestros ríos. Pero los enfoques de modelización como este nuevo algoritmo podrían, en última instancia, empoderar a una legión de científicos ciudadanos en todo el Reino Unido para identificar las fuentes de contaminación, sin dejar a los perpetradores donde esconderse.
Director ejecutivo de River Action , James Wallace
El nuevo estudio se basa en el enfoque basado en datos del Dr. Lipp para abordar la «crisis de los ríos». En 2023, con su colaborador Jonathan Dawe, del British Antarctic Survey, desarrolló www.sewagemap.co.uk , un sitio web gratuito y de código abierto que muestra información en tiempo real sobre las secciones de los ríos que podrían verse afectadas por los vertidos de aguas residuales sin tratar en la cuenca del Támesis. Esto se hace utilizando un modelo que vincula los vertidos de aguas residuales en tiempo real con las secciones aguas abajo del río. El sitio web ya es popular entre los grupos de natación salvaje y los científicos ciudadanos, que lo utilizan para identificar los ríos locales que están siendo contaminados con aguas residuales en tiempo real.
Jeremy Watson, un nadador al aire libre de Londres que utiliza SewageMap con regularidad, dijo: «Con SewageMap, es fácil obtener una estimación razonable del estado de las aguas residuales en un río en un lugar determinado para el día en que quieres nadar. Por ejemplo, lo revisé después de una semana soleada y mostraba solo un derrame, 90 km río arriba, así que fui a nadar cerca del Palacio de Hampton Court. Cuando volví a mirar después de un par de días lluviosos, mostró que de repente había docenas de derrames de aguas residuales río arriba, así que fui a la piscina. Es un gran privilegio encontrar algo que llega tan lejos en la satisfacción de una necesidad pública de presentar información de una manera muy accesible. Para mí también es genial ver que el software está disponible abiertamente por un equipo con la energía y el entusiasmo para dar la bienvenida a nuevos contribuyentes».
El modelo en el que se basa el Mapa de aguas residuales se basa en datos públicos publicados por Thames Water sobre vertidos de aguas residuales. Dado que ninguna otra empresa de agua pone a disposición esta información en la actualidad, el modelo aún no se puede ampliar al resto del Reino Unido. El Dr. Lipp concluyó: «Por eso es tan importante que las empresas de agua sigan el ejemplo de Thames Water y publiquen datos ambientales en un formato accesible para que el público y los científicos puedan utilizarlos».
El estudio de caso sobre el río Wandle, ‘Using convex optimized to efficient proportion tracer and pollutant source from point concentrate observations’, se ha publicado en Water Resources Research . El artículo que describe el nuevo método computacional, ‘Apportioning source of chemicals of emerging concern Along an urban river with inverse modelling’, se ha publicado en Science of the Total Environment . El estudio de caso sobre el río Wandle fue una colaboración entre investigadores de Oxford, Imperial College London y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en los EE. UU.
Capturas de pantalla de www.sewagemap.co.uk centradas en los ríos que rodean Oxford. Las líneas marrones son ríos y arroyos que se encuentran aguas abajo de los recientes derrames de aguas residuales. Tomada el 10 de octubre de 2024 después de un período de clima húmedo. Crédito: Alex Lipp. Universidad de OXFORD
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