Caso de estudio: Modelado de transporte y destino de Escherichia coli en la cuenca del río Kabul en Pakistán
La parte baja de la cuenca del río Kabul, ubicada en Pakistán (figura 1a), se encuentra en la zona subtropical, con una precipitación media anual de 285 mm y temperatura media anual de 22,9°C. Aquí se concentran poblados urbanos muy densos (aprox. 1.700 habitantes por Km2 en 22.000 km2) y vulnerables a inundaciones catastróficas. Asimismo, existen una gran cantidad de establos de ganado, cuyo estiércol es utilizado como fertilizante en los campos agrícolas o son desechados directa o indirectamente a la red fluvial; este último a su vez transporta efluentes de aguas residuales no tratadas de asentamientos urbanos y rurales al río Kabul. La situación se agrava aun más por la ausencia de plantas de tratamiento de aguas residuales en esta cuenca. El agua superficial contaminada se utiliza para riego, actividades recreativas y otros fines domésticos. Está situación hace que la población sea propensa a brotes de enfermedades transmitidas por el agua.
La contaminación microbiana proveniente de todas estas fuentes mencionadas contiene altas concentraciones de E. Coli, detectada en el río Kabul y que ascienden a 5,20 logaritmos de unidades formadoras de colonias (UFC) por 100 ml, como se muestra en la figura 2 (límite permisible para uso de agua potable es 0,0 UFC). La contaminación fecal en el río Kabul no es monitoreada y existe poco conocimiento sobre la distribución de microbios en los recursos hídricos, en general.
Existe una manera alternativa eficaz y debajo costo al muestreo; que permite entender el transporte y el destino de microbios (patógenos y no patógenos) en la cuenca; considerando sus fuentes, vías y descomposición; y es a través del modelado basado en procesos hidrológicos y microbianos (Modelado hidrobacteriológico).
Para evaluar la situación microbiológica fueron tomadas muestras de agua en nueve lugares del río (figura 1c), desde abril del 2013 hasta agosto del 2015, diariamente desde abril hasta agosto (temporada de inundaciones) y quincenalmente en el resto del año. Los análisis de laboratorio para detectar las concentraciones microbianas se realizaron utilizando el enfoque de “Número más probable”. De esta manera se pudo conocer que, durante las inundaciones, las concentraciones de E. coli variaron de 4.87 a 5.20 log UFC/100 ml y fuera de la temporada de inundaciones las concentraciones variaron de 3.61 a 4.91 log UFC/100 ml.
Para la construcción del modelo fue necesario la implementación de un mapa del relieve, mapas de uso y tipos de suelos, un mapa de la red hidrográfica, información climática tal como precipitación, temperatura, humedad relativa, radiación solar, y velocidad de viento y descarga en la estación de control Attock ubicada a la salida de la cuenca (figura 1b). El período de calibración del modelo fue del 2007 al 2011 y el periodo de validación fue del 2012 al 2015. La escala temporal utilizada fue mensual.
Las concentraciones calculadas en el modelo hidrobacteriológico representan la situación en Attock, lugar donde el río Kabul ingresa al río Indo. Este estudio se enfoco únicamente en las bacterias persistentes (E. Coli) e incluyo diferentes posibles fuentes de contaminación bacteriana (puntuales y difusas). Las variables altamente sensibles en el modelado de patógenos son el coeficiente de partición de bacterias en la escorrentía superficial, el coeficiente de percolación bacteriana y el factor de ajuste de temperatura, lo que muestra que la presencia de E. coli probablemente conduzca a concentraciones más altas de E. coli en la salida de la cuenca.
Asimismo, se determino que la concentración y la contribución de las fuentes varía durante el período de estudio. Los picos de concentraciones más altas se observaron en épocas de monzón (de junio a agosto) con temperaturas del aire en la superficie altas que provocarían el derretimiento de la nieve o glaciares e inundaciones. En otros términos, las concentraciones máximas de E. coli aparecen durante flujos sustancialmente altos debido al aumento de la escorrentía superficial en la cuenca baja del río Kabul (figura 2). Los resultados de este estudio de modelado señalan que las concentraciones aguas arriba y la fuente puntual de contaminación microbiana son los principales contribuyentes a la contaminación de los recursos de agua superficial en la cuenca del río Kabul.
Figura 2. La concentración total de E. coli en el río Kabul (barra gris claro) junto con la descarga del río (linea azul) especificada para la parte alta de Warsak (barra gris oscuro); y para las contribuciones de fuentes puntuales (barra azul) y no puntuales (barra verde). Fuente: Iqbal & Hofstra (2019).
Este modelo podría ser incluido en evaluaciones de impacto de desarrollo socioeconómicos y generación de escenarios relacionando el cambio climático y las concentraciones de E. coli.
Los resultados de este tipo de modelos son una herramienta directa para la toma de decisiones de los administradores del agua y saneamiento para: mejorar la calidad del agua superficial y proteger a los seres humanos de las enfermedades transmitidas por el agua; y que siguen siendo la principal causa de muerte en países en desarrollo como Pakistán.
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