Estudio estadístico de la calidad de las aguas en la cuenca hidrográfica del río Ebro

Resumen

RESUMEN La investigación ha consistido en el estudio estadístico de la calidad del agua en la Cuenca hidrográfica del Ebro durante dos décadas -1983 a 2002- y en la agrupación de las subcuencas en base a los parámetros físico-químicos recogidos por las estaciones de muestreo y aforo. Para llevar a cabo esta investigación se han utilizado diferentes técnicas estadísticas entre las que cabe destacar las más vanguardistas, como las Redes de Kohonen, la descomposición de funciones en Series Wavelet o el algoritmo MMCT. Este último, creado por el autor de la Tesis, representa un nuevo método de agrupación de series temporales multivariantes inspirado en el algoritmo de Singhal-Seborg, y consiste en la obtención de una matriz de similaridades entre las series temporales a partir de la mixtura de tres medidas basadas en las tendencias de las series, en su orientación y en su posición en el espacio multidimensional. Todas las clasificaciones sobre las estaciones efectuadas en la Tesis, poseen como principales elementos de agrupación: el nivel de conductividad de las aguas, la contaminación biológica y la proporción de iones sodio y cloro con respecto a la concentración total de solutos. Los algoritmos necesarios para llevar a cabo tales clasificaciones, así como el resto de la metodología estadística desarrollada en la investigación, se recogen en una biblioteca debidamente documentada, con programación en lenguaje SAS, disponible en la página Web del autor. Se han llevado a cabo estudios pormenorizados sobre la presencia, evolución y estacionalidad de los principales parámetros, tanto para cada estación como para el total de la Cuenca. Además se ha buscado la relación entre la evolución de los citados parámetros con respecto a otras características, como el terreno destinado a regadío, el tipo de cultivo, la población, el agua embalsada o la lluvia recogida en la Cuenca Hidrográfica. Los parámetros básicos analizados son: caudal, pH, conductividad a 25º C, conductividad por catión, cloruros, sulfatos, alcalinidad, iones calcio, magnesio, sodio, potasio, demanda biológica de oxígeno, coliformes totales, amonio, nitratos, oxígeno disponible, fosfatos y temperatura del agua. Del estudio realizado se desprende por ejemplo que la conductividad de la Cuenca es muy alta y además tiene una evolución creciente de la que no es ajena la sobreexplotación por regadíos en tierras salinas, que provocan que sus aguas de retorno incrementen la salinidad de los cauces aguas abajo, una vez reincorporadas al curso del río. ABSTRACT The research consists of the statistical study of water quality in Ebro basin during two decades,1983 to 2002, and of the grouping of the sub-river basins on the basis of physical-chemical parameters gathered by the sampling stations and gauging. In order to carry out this investigation, different statistical techniques have been used, with emphasis on recent new techniques such as the Kohonen Networks, the decomposition of functions in Wavelet Series or algorithm MMCT. This last technique, created by the author of the Thesis, represents a new method of Time Series Clustering inspired by the algorithm of Singhal-Seborg, and consists of obtaining of a matrix of similarities between the time series from the mixture of three measures based on the tendencies of the series, their direction and its position in the multidimensional space. All the classifications on the stations conducted in this Thesis, are grouped according to the level of water conductivity, the biological contamination and the proportion of sodium and chlorine ions with respect to the total concentration of components. The algorithms necessary to carry out such classifications, as well as the rest of the statistical methodology developed in the research, can be found in a clearly documented library, with programming in ¿SAS¿ language, in the author¿s web page. Detailed studies on the presence, evolution and seasonality of the main parameters have been carried out, for each station as well as for the total of the river basin. In addition, the relation between the evolution of the mentioned parameters with respect to other characteristics has been investigated, such as the surface area destined for irrigated land, the type of cultivation, the population, the water stored in dams and reservoirs and the rainfall collected in the river basin. The basic parameters analysed are: flow, pH, conductivity at 25º C, conductivity by ion, chlorides, sulphates, alkalinity, calcium, magnesium, sodium, potassium, biological demand of oxygen, total coliforms, ammonium, nitrates, oxygen available, phosphates and water temperature. This study reveals for example that the conductivity of the river basin is very high and increasing, which is not unrelated to the overexploitation by irrigation of saline earth which causes an increase in the salt concentration down river as the water used for irrigation flows back.!îÿÀ