A diferencia de un vertimiento puntual - que tiene caudal y concentración medibles en una tubería - la contaminación difusa emerge de miles de hectáreas de terreno durante los eventos de lluvia. Su cuantificación requiere modelos que simulen los procesos de generación y transporte de contaminantes desde el suelo hasta el río.
Este artículo presenta los tres enfoques principales para cuantificar cargas difusas en Colombia: el método de coeficientes de exportación, los modelos de cuenca distribuidos (SWAT), y la metodología de cargas por unidad de área basada en monitoreo.
El método más simple y más usado en diagnósticos rápidos. La carga difusa de un nutriente se estima como:
Donde CE_i es el coeficiente de exportación para el uso del suelo i. Valores típicos para N total (kg/ha/año): bosque nativo: 1-3; pastizal: 5-15; agricultura intensiva: 15-40; zona urbana: 10-30.
Este método es rápido, pero tiene limitaciones importantes: no considera la variabilidad espacial dentro de cada uso del suelo, no simula el efecto de las condiciones hidrológicas (año seco vs. año húmedo), y no distingue entre escorrentía de superficie y flujo subsuperficial.
SWAT+ es el modelo de cuenca más completo y más usado a nivel mundial para cuantificar cargas difusas. Simula el ciclo hidrológico completo (precipitación, escorrentía, infiltración, flujo subsuperficial, flujo base) y el ciclo de nutrientes (nitrificación, denitrificación, absorción de cultivos, erosión de P particulado).
Datos espaciales: DEM (Modelo Digital de Elevación, disponible en IGAC/SRTM), mapa de suelos (IGAC), mapa de uso del suelo y cobertura (IDEAM-CORINE Land Cover).
Datos climáticos: series de precipitación diaria y temperatura (red IDEAM), idealmente 10-20 años.
Datos de prácticas agrícolas: tipo de cultivo, fechas de siembra, aplicación de fertilizantes (este es el dato más difícil de obtener en Colombia).
Datos de calibración: caudal diario en estaciones limnimétrica (IDEAM-SIRH) y calidad del agua (N total, P total) en puntos clave.
Grupos de investigación de la UNAL Medellín, Uniandes (Bogotá) y la Universidad de Antioquia han aplicado SWAT en cuencas colombianas: río Otún (Risaralda), río La Miel (Caldas), partes altas del Cauca y cuencas del departamento de Antioquia. Los resultados muestran que las cargas difusas de N y P pueden ser significativas en cuencas ganaderas y agrícolas intensivas del altiplano.
Cuando no hay datos para coeficientes de exportación confiables ni capacidad para correr SWAT, se puede estimar la carga difusa directamente del monitoreo: midiendo el caudal y la concentración de N y P en un tramo de río entre dos vertimientos puntuales conocidos. La diferencia entre la carga en el punto de salida y la suma de las cargas puntuales de entrada corresponde aproximadamente a la carga difusa del área drenante.
Una vez estimadas las cargas difusas (con cualquiera de los tres enfoques), se incorporan en QUAL2K como "cargas distribuidas": en lugar de un solo punto de descarga, se distribuye la carga a lo largo del tramo como aportes laterales continuos (unidades: g/día por metro lineal de río).
Esta es la forma técnicamente correcta de representar la escorrentía agrícola o el aporte de aguas lluvias en QUAL2K. Sin este componente, los modelos de ríos con alta contaminación difusa pueden subestimar significativamente la carga total de nutrientes y predecir una calidad del agua mejor de la real.
Para estudios PORH en cuencas con alta actividad agrícola o pecuaria, el protocolo recomendado es: (1) Estimación preliminar con coeficientes de exportación para identificar si la carga difusa es significativa. (2) Si es significativa (> 20% de la carga total estimada), incluirla en el modelo QUAL2K como carga distribuida. (3) Para cuencas donde el POMCA requiere análisis detallado de fuentes difusas, considerar la implementación de SWAT+ con datos disponibles.
Neitsch, S.L. et al. (2011). Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation Versión 2009. USDA-ARS.
Volk, M. et al. (2009). Evaluating model outputs using partial hydrologic ecosystem services as a basis for spatial prioritization with the SWAT model in a mesoscale watershed in Central Germany. Ecological Modelling, 220(21), 3021-3031.
Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (2018). Guía Nacional de Modelación del Recurso Hídrico. Bogotá: MADS.
IDEAM (2018). Estudio Nacional del Agua (ENA). Bogotá: IDEAM.
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