PROYECTO WQEMS: VIGILANCIA DE LAS AGUAS DE CONSUMO MEDIANTE EL PROGRAMA COPERNICUS - TECNOAQUA
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Artículo Técnico
Proyecto WQeMS: vigilancia
de las aguas de consumo
mediante el programa Copernicus
El proyecto europeo WQeMS (Copernicus assisted lake water quality emergency monitoring
service) tiene como objetivo proporcionar a las empresas y administraciones responsables
del suministro de agua de un servicio de emergencia para la vigilancia de la calidad
del agua superficial aplicando los productos satelitales de Copernicus, el programa de
observación de la tierra de la Unión Europea (UE). Se han definido cinco pilotos, ubicados
en Finlandia, Italia, Alemania, Grecia y España, representando una variedad de condiciones
geomorfológicas, antropogénicas y climatológicas donde se probarán los servicios
desarrollados. La Empresa Municipal de Aguas y Saneamiento de Murcia (Emuasa),
que participa en calidad de socio, forma parte del caso de estudio español. El interés
y la importancia del proyecto se centra en capacitar de herramientas para la toma de
decisiones en el control de calidad en la captación de la estación de tratamiento de agua
potable (ETAP) La Contraparada, posibilitando la detección anticipada de posibles eventos
que afecten al proceso de potabilización.
Palabras clave
Aguas de consumo, sistemas de apoyo a la toma de decisiones (DSS),
imágenes satelitales, Copernicus.
WQeMS project: water quality monitoring by copernicus programmE
The European WQeMS project (Copernicus assisted lake water quality emergency
monitoring service) aims to provide an open surface water quality emergency monitoring Pablo Cascales
service to the water utilities' industry leveraging on the Copernicus products and services, jefe de planta ETAP La Contraparada,
the European Union's Earth observation program. Five pilots have been defined, located en Emuasa
in Finland, Italy, Germany, Greece and Spain, representing a variety of geomorphological, Eva Mena
anthropogenic and climatological conditions where the services developed will be responsable de Innovación de Emuasa
tested. Emuasa, which participates as a partner, is part of the Spanish case study. The
interest and importance of the project is focused on training tools for decision-making Mar Castro
in quality control in the catchment of the drinking water treatment plant (DWTP) La técnica de I+D de Emuasa
Contraparada (Murcia, Spain), enabling the early detection of possible events affecting Isabel María Hurtado
the water treatment process. técnica de I+D de Aquatec
Keywords Laurent Pouget
Drinking water, decision support systems (DSS), satellite images, Copernicus. investigador, gestor de proyectos
de I+D de Cetaqua
nº 50 - Julio-Agosto 2021
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Proyecto WQeMS: vigilancia de las aguas de consumo mediante el programa Copernicus
1. Introducción »» WQeMS es un proyecto europeo que tiene como
La calidad del agua de consumo en
la zona de captación es una variable
objetivo obtener un servicio de emergencia para
determinante en la operación de las la vigilancia de la calidad del agua superficial
potabilizadoras para las empresas aplicando los productos y servicios de Copernicus,
gestoras de agua potable, sobre to-
do cuando esta fuente es superficial.
proporcionando información de calidad de
La evolución temporal de las ca- agua (características fisicoquímicas, riesgo
racterísticas fisicoquímicas y biológi-
de eutrofización, etc.) mediante un marco de
cas del agua superficial dependen de
numerosos factores: geología de la monitorización multitemporal y de alta resolución
cuenca, meteorológicos, el régimen espacial, que servirá de apoyo a los DSS
de caudales, metabolismo de las co-
munidades biológicas presentes en
la masa de agua, etc. Esta situación de parte interesada en el Proyecto de eutrofización, etc.) mediante un
obliga a las empresas gestoras a in- IMPREX (Improving PRedictions of marco de monitorización multitem-
vertir en la monitorización del agua hydrological EXtremes), financiado poral y de alta resolución espacial,
de captación como base de conoci- por la UE en la convocatoria Ho- que servirá de apoyo a los DSS. Otros
miento para la decisión en la opera- rizon 2020, cuyo objetivo general objetivos del proyecto son:
ción de sus plantas. era la modelización de los cambios
Emuasa gestiona el ciclo urbano en la calidad de agua vinculados a - Generar conocimiento para res-
del agua en todo el término muni- eventos meteorológicos como herra- paldar DSS existentes.
cipal de Murcia, incluyendo la ETAP mienta de predicción ante los efec- - Proporcionar un amplio conjunto
La Contraparada, instalación que tos del cambio climático. de parámetros útiles para evaluar la
capta el agua bruta de la margen De estos estudios de correlación calidad del agua bruta utilizada para
izquierda del canal del postrasvase resultó un modelo de que mejoró la la producción de agua potable, de
Tajo-Segura, partiendo del Azud de estrategia de control de riesgos de acuerdo con lo recogido en los re-
Ojós y almacenando temporalmente las cianotoxinas en el embalse de re- quisitos actuales y futuros que ma-
en un embalse de regulación dentro gulación de la ETAP La Contrapara- nejan las empresas suministradoras.
del recinto de la planta. da, y se puso de manifiesto el interés - Proporcionar una mayor cohe-
Las características del agua de de seguir explorando las posibilida- rencia entre las DSS y la actualiza-
captación son utilizadas en la ETAP des de monitorizar los riesgos deri- ción de la Directiva Marco de agua
La Contraparada como DSS de las vados de la comunidad algal impac- de consumo.
prácticas operativas y, especialmente tando la captación de agua bruta.
desde el año 2000, las relacionadas El proyecto está coordinado por el
con la comunidad algal (Hurtado et 2. OBJETIVOS Centre for Research and Technology
al., 2008). La filosofía de trabajo a lo En enero de 2021 se ha iniciado el Hellas (CERTH) y participan 11 so-
largo de estos años se ha centrado proyecto WQeMS (www.wqems.eu), cios de 6 países de la UE, incluyendo
en el conocimiento de las dinámicas aprobado por la Comisión Europea centros de investigación, empresas
de funcionamiento del embalse de en el marco del programa de trabajo especializadas en el tratamiento de
regulación (ciclos de los nutrientes, Horizon 2020 sobre la temática del imágenes de satélite y operadoras
cambios estacionales en las comuni- Espacio (H2020-SPACE-2018-2020), o gestoras de agua potable, tendrá
dades biológicas, efecto de las para- y que tiene como objetivo obtener una duración de 30 meses y cuenta
das de planta en el agua embalsada, un servicio de emergencia para la vi- con un presupuesto de 1.500.506
etc.), la detección de eventos y apli- gilancia de la calidad del agua super- €, permitiendo desarrollar la infraes-
cación de acciones preventivas que ficial aplicando los productos y ser- tructura de datos necesaria para el
permiten asegurar la máxima cali- vicios de Copernicus, proporcionan- desarrollo del servicio y probar el
dad en el agua producida. De 2016 do información de calidad de agua uso de la información generada en
a 2019, Emuasa participó en calidad (características fisicoquímicas, riesgo 5 pilotos.
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Artículo Técnico
3. METODOLOGÍA dos para que sean capaces de identi- ritmos especializados de los socios.
El lanzamiento de los dos satéli- ficar la turbidez del agua (relacionado Esta información estará disponible
tes Sentinel-2, en 2015 y 2017, ha con los sedimentos en suspensión y vía un portal y una API para su in-
hecho posible nuevas aplicaciones las incrustaciones), su color (e indirec- tegración en los sistemas de DSS de
de observación remota en lagos y tamente la concentración de algas y los usuarios.
pequeños embalses. Las mejoras sustancias químicas en relación con el
respecto a las imágenes de satélites volumen de agua y la naturaleza de 4. CASOS DE ESTUDIO
anteriores de libre disposición (por los distintos componentes químicos), Dentro del WQeMS se han definido
ejemplo, Landsat) residen principal- la vegetación sumergida en aguas cinco pilotos distribuidos por toda
mente en la mayor resolución tem- poco profundas (como indicador de Europa, que se refieren a casos más
poral (10 días por satélite, por lo su función depuradora o contami- o menos avanzados en la monitori-
tanto, 5 días en conjunto) y la mayor nante), los materiales flotantes (indi- zación, para capturar una variedad
resolución espacial (hasta 10 m). cadores de la necesidad de filtración de condiciones geomorfológicas,
El instrumento multiespectral requerida), las sustancias orgánicas antropogénicas y climatológicas,
(MSI) de los satélites Sentinel-2, flotantes como resultado de un au- donde se probarán los servicios de-
compuesto por 13 bandas espectra- mento repentino de la actividad mi- sarrollados en el proyecto. Los pilo-
les, permite medir las características crobiana o de los vertidos de petró- tos se ubican en Finlandia (lago Pien-
de reflectancia del agua, que está leo, que se traducen en la demanda Saimaa), Italia (lago Giaretta), Ale-
relacionado con parámetros rele- química y bioquímica de oxígeno mania (embalses de Sajonia), Grecia
vantes de calidad del agua tales co- (DQO y DBO), y la temperatura de la (embalse de Polyphytos) y España,
mo turbidez y materia suspendida, superficie del agua directamente rela- que participarán en el tratamiento
fitoplancton y su pigmento principal cionada con el potencial de eutrofiza- de los datos contrastando con datos
clorofila. Varios estudios describen ción de una masa de agua. in situ, así como en la validación e
el procesamiento de imágenes de La infraestructura de datos se ba- integración de la nueva información
Sentinel 2 y validan su uso para mo- sa en las plataformas DIAS (siglas aportada en los protocolos y DSS
nitorizar la calidad de agua en lagos inglesas de servicios de acceso a los que ya utilizan o que utilizan otras
y embalses en Europa (Toming et al., datos y la información) del progra- partes interesadas (Figura 1).
2016) y en España (Martínez, 2017). ma Copernicus, basadas en la nube, El área piloto en España se sitúa
El principal reto que origina el pro- que proporcionan un acceso centra- en la Región de Murcia, en la cuenca
yecto WQeMS es el procesamiento lizado a los datos y la información del Segura a la altura del Azud de
en continuo de la información del de Copernicus. Para el tratamiento Ojós y considera las infraestructuras
programa Sentinel para dar una in- de los datos y la obtención de infor- hidráulicas aguas abajo que se usan
formación actualizada y utilizable mación sobre la calidad de agua, se para la captación de agua superficial
sobre la calidad del agua a la indus- utilizarán principalmente los algo- destinada a consumo.
tria de los servicios de suministro de
agua. El proyecto desarrollará una Figura 1. Pilotos incluidos en el proyecto WQeMS. Fuente: www.wqems.eu.
primera prueba de concepto de un
sistema europeo de alerta, con la in-
tención de convertirlo en un sistema
operativo en los próximos años. Este
último paso depende principalmente
del nivel de consecución de los obje-
tivos, de la adecuada demostración
de los beneficios a nivel europeo y
del buen alineamiento con los otros
servicios operacionales del Programa
Copernicus.
De manera general, los servicios de
vigilancia del WQeMS serán diseña-
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Proyecto WQeMS: vigilancia de las aguas de consumo mediante el programa Copernicus
La ETAP de La Contraparada (ges- Figura 2. Esquema hidráulico de la ETAP La Contraparada.
tionada por Emuasa), que abastece
a cerca del 33% de la ciudad de
Murcia (445.086 habitantes) y la
ETAP de Los Guillermos (gestionada
por Hidrogea), que abastece a la ciu-
dad de Alcantarilla (41.155 habitan-
tes), están conectadas a este sistema
(Figura 2). Cualquier cambio en la
calidad del agua que se observe en
el Azud de Ojós afectará a la calidad
y al tratamiento posterior del agua.
Ambas ETAP se enfrentan frecuen-
temente a cambios en la calidad del
agua bruta, como picos en la con- Figura 3. Valores de clorofila a en el embalse de Mayés (datos Sentinel,
ductividad (inducidos por la baja procesamiento por EOMAP en el marco del proyecto WQeMS).
afluencia en la entrada del Azud de
Ojós), picos de turbidez y de materia
orgánica (impulsados por los even-
tos de lluvia), lo que aumenta el ries-
go de subproductos de desinfección
(DBP) en el agua tratada, y la pre-
sencia de toxinas y otros metabolitos
procedentes de las algas (Chorus y
Welker, 2021) que proliferan en los
embalses del sistema (geosminas y
2-Metilisoborneol).
Para anticiparse a esos cambios en En la Tabla 1 se muestra la mo- En el marco del proyecto WQeMS
la calidad del agua, se realizan avan- nitorización realizada al agua de se están realizando muestreos adi-
zados controles de calidad del agua captación de la ETAP La Contrapa- cionales para apoyar el proceso de
y análisis in situ en puntos críticos rada, identificando los puntos de monitorización en paralelo con los
del sistema como el Azud de Ojós, muestreo, parámetros analizados y datos de observación por satélite.
los canales del postrasvase y los em- frecuencia. De manera general se Para el Azud de Ojós, el control in-
balses de regulación. puede clasificar la monitorización cluirá también los pigmentos de fico-
El proyecto WQeMS proporcio- existente en tres grupos: bilinas y a los taxones de cianofíceas;
nará información complementaria en el embalse de la ETAP La Con-
sobre la calidad del agua del siste- - Medidas in situ en el Azud de traparada se analizarán las mismas
ma (Azud de Ojós, Embalse de Ma- Ojós y el embalse de la ETAP. variables y se complementará con el
yés y los embalses de regulación de - Análisis de laboratorio de todos análisis de presencia de toxinas; y en
las ETAP de La Contraparada y Los los puntos de control (Azud de Ojós, el embalse de Los Guillermos se rea-
Guillermos), principalmente clorofi- canal del postrasvase, embalse de la lizará el mismo tipo de análisis, pero
la a, turbidez, riesgo de blooms de ETAP y entrada a la ETAP. solo cuando se registren condiciones
cianofíceas (HAB), materia orgánica - Seguimiento automático de la extremas (bloom algal).
disuelta y suspendida (Figura 3). Es- estación de calidad on line instala-
to permitirá alertar con antelación da en el canal del postrasvase, ade- 5. RESULTADOS ESPERADOS
sobre los cambios en la calidad del más de los datos procedentes de Los servicios de vigilancia del
agua, disponiendo de una herra- las estaciones SAICA gestionadas WQeMS serán probados en los cin-
mienta de ayuda para la toma de por la Confederación Hidrográfica co casos de uso diferentes definidos
decisiones. del Segura. en los pilotos. Dentro del caso de
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Artículo Técnico
TablA 1
Monitorización realizada en el agua de captación de la ETAP La Contraparada.
Tipo de dato Fuente Parámetros relevantes Resolución espacial Período de cobertura
Embalse ETAP Oxígeno disuelto, temperatura,
Medidas in situ Perfil vertical Trimestral
La Contraparada ácido sulfhídrico
Pigmentos (clorofila a,
Embalse ETAP
Análisis de laboratorio ficobilinas), control algal Punto de muestreo Semanal o mensual
La Contraparada
(taxón y densidad)
Oxidabilidad al permanganato,
Entrada a ETAP
Análisis de laboratorio turbidez, pH, conductividad, Punto de muestreo Datos diarios
La Contraparada
balance iónico
Entrada a ETAP Temperatura, turbidez, pH,
Control de proceso Punto de muestreo Datos horarios
La Contraparada conductividad, breakpoint
En el punto de
Estación de calidad pH, temperatura,
captación del canal Punto de muestreo Datos horarios/diarios
on line conductividad, turbidez
del postrasvase
Datos
Medidas in situ Azud de Ojós Oxígeno disuelto, temperatura Punto de muestreo
mensuales/bimestrales
Variables fisicoquímicas,
nutrientes (N y P), pigmentos Datos mensuales/históri-
Análisis de laboratorio Azud de Ojós Punto de muestreo
(clorofila a, ficobilinas), control cos del proyecto IMPREX
algal (taxón y densidad)
estudio español, se ha identifica- Figura 4. Esquemas de la aplicación de los servicios del WQeMS al control
do la aplicación de los servicios del rutinario y a la gestión de riesgos en la ETAP La Contraparada.
WQeMS en dos escenarios diferen-
tes (Figura 4): control rutinario y
condiciones extremas.
- Escenario 1: Control rutinario.
La monitorización frecuente que
ofrece el WQeMS permitirá un me-
jor control de las aguas superficiales
en todo el sistema (captación aguas
arriba y embalse de regulación de la
ETAP), reduciendo así la necesidad
de realizar algunos análisis rutinarios
de laboratorio y optimizando tiem-
pos de respuesta. Asimismo, una
mayor información sobre los pará-
metros de calidad del agua del Azud
de Ojós, Mayés y los embalses de re-
gulación de las ETAP, posibilitará una
mejor comprensión de los procesos
en juego (relación entre parámetros
fisicoquímicos de importancia para
el tratamiento del agua) y una infor-
mación continua para afinar el trata-
miento del agua.
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Proyecto WQeMS: vigilancia de las aguas de consumo mediante el programa Copernicus
Figura 5. Visualización de la concentración en clorofila a en Azud de Ojós a fecha en virtud del Grant Agreement nº
del 2016-08-19, procesado por Cetaqua utilizando el Ulyssys Water Quality Viewer 101004157. Agradecer la colabora-
(Zlinsky 2020) en Sentinel-Hub EO Browser (imagen de la izquierda) y ejemplo ción y el soporte de la Confedera-
de aplicación del indicador (imagen de la derecha).
ción Hidrográfica del Segura (CHS),
la Dirección General del Agua (DGA)
de la Región de Murcia y la Conseje-
ría de Salud de la Región de Murcia.
Bibliografía
[1] Attila, J.; Kauppila, P.; Kallio, K.Y.; Alasalmi,
H.; Keto, V.; Bruun, E.; Koponen, S. (2018).
Applicability of Earth Observation chlorophyll-a
data in assessment of water status via MERIS
with implications for the use of OLCI sensors.
Remote Sensing of Environment, núm. 212,
págs. 273-287.
[2] Chorus, I.; Welker M. (2021). Toxic
cyanobacteria in water. CRC Press, Boca
Raton (FL), on behalf of the World Health
- Escenario 2: Condiciones extre- también de otros indicadores (Figu- Organization, Geneva, CH. https://doi.
org/10.1201/9781003081449.
mas (proliferación de algas o bloom ra 5) como, por ejemplo, el riesgo
[3] EO Browser. https://apps.sentinel-hub.com/
algal). En situaciones que pueden de floración de algas nocivas (cono- eo-browser/. Sinergise Ltd.
dar lugar a un crecimiento algal, la cido por sus siglas HAB en inglés). [4] EOMAP (2020). The SDG 6 World Water
Quality Portal - ESA TEP Hydrology Exploitation
monitorización ofrecida por WQeMS platform. https://www.eomap.com/exchange/
pdf/HTEP_Information_Booklet_Water_Quality_
(clorofila a, turbidez, riesgo de flo- 6. CONCLUSIONES Monitoring.pdf.
ración de cianofíceas -HAB-, mate- La mejora en la monitorización de [5] Hurtado, I.; Aboal, M.; Zafra, E.; Campillo, D.
(2008). Significance of microcystin production
ria orgánica disuelta y suspendida) la calidad del agua bruta obtenida by benthic communities in water treatment
systems of arid zones. Wat. Res., núm. 42,
permitiría anticipar y evaluar mejor mediante imágenes de satélite será págs. 1.245-1.253. https://doi.org/10.1016/j.
watres.2007.09.016.
el riesgo potencial e implementar un aspecto clave para mejorar el
[6] Katsiapi, M.; Moustaka-Gouni, M.; Sommer,
las estrategias de gestión de riesgos funcionamiento de las plantas para U. (2016). Assessing ecological water quality
of freshwaters: PhyCoI -a new phytoplankton
que incluyen las siguientes accio- la producción de agua de consumo community Index. Ecological Informatics. núm.
nes: realizar análisis adicionales de en los próximos años. Además, la 31, págs.22-29.
[7] Martínez, I. (2017). Monitorización de
la presencia de algas cianofíceas (fi- obtención de datos históricos per- la calidad del agua en embalses mediante
técnicas de observación remota. https://
cobilinas, taxones de cianofíceas) y mitirá el desarrollo de modelos de repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/
presencia de cianotoxinas; cambiar pronóstico para estas y otras varia- handle/10902/12587/Martinez%20Garcia%20
Ines.pdf?sequence=1&isAllowed=y.
la gestión de la toma de captación, bles de interés en la gestión de la [8] Mena, E.; Castro, M.; Serna, T.R.;
realizar maniobras operativas en el calidad del agua superficial destina- Dominguez, J.; Rodríguez-Hernández, L.; Lardin,
C.; Garrido, J.M. (2018). Reclaimed water and
embalse de regulación de la ETAP; y da a consumo. biogas from the sustainable anaerobic treatment
of municipal wastewaters. IWA Regional
ajustar el tratamiento químico. Los servicios a desarrollar en el Conference on Water Reuse and Salinity
Management.
Hasta el momento, se ha realizado transcurso del proyecto WQeMS in-
[9] Pasetto, D.; Arenas-Castro, S.; Bustamante,
el análisis de datos de Sentinel para cluirán: herramientas para estimar J.; Casagrandi, R.; Chrysoulakis, N.; Cord, A.;
Dittrich, A.; Domingo, C.; El Serafy, G.; Karnieli,
los diferentes parámetros y fechas la calidad del agua; detección antici- A.; Kordelas, G.; Manakos, I. (2018). Integration
of satellite remote sensing data in ecosystem
de interés. A diferencia de un tra- pada de eventos de proliferación de modelling at local scales: practices and trends.
tamiento tradicional que se puede algas; monitorización de cambios en Methods in Ecology and Evolution, núm. 9,
págs. 1.810-1.821.
realizar fácilmente con las nuevas las zonas de transición; detección de [10] Pouget, L.; Escaler, I.; Guiu, R.; Mc
Ennis, S.; Versini, P.A. (2012). Global Change
herramientas disponibles (Zlinsky eventos extremos; y alertas a través adaptation in water resources management:
2020, EO Browser), los algoritmos de reportes y colaboraciones abiertas. The Water Change project. Science of the Total
Environment, núm. 440, vol. 1, págs.186-193.
usados en el proyecto ya están cali- [11] Toming, K.; Kutser, T.; Laas, A.; Sepp, M.;
brados para dar valores cuantitativos 7. AGRADECIMIENTOS Paavel, B.; Nõges, T. (2016). First experiences
in mapping lake water quality parameters with
de clorofila a como, por ejemplo, el El proyecto WQeMS ha recibido la Sentinel-2 MSI Imagery. Remote Sensing, vol. 8,
pág. 640. https://doi.org/10.3390/RS8080640.
Modular Inversion and Processing financiación del Programa de Acción [12] Zlinszky, A.; Padányi-Gulyás, G. (2020).
System (MIP) de EOMAP (EOMAP, de Investigación e Innovación Hori- Ulyssys Water Quality Viewer Technical
Description Supplementary. Preprints. https://doi.
2020). Estos algoritmos informan zonte 2020 de la Unión Europea org/10.20944/preprints202001.0386.v1.
www.tecnoaqua.es
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