SISTEMA DE MONITORIZACIÓN DE LA CALIDAD DE UNA MASA DE AGUA.

Sistema (1) de monitorización de la calidad una masa de agua, que comprende una pluralidad de nodos (2) perfiladores para tomar muestras de la masa de agua, un medio (3) de adquisición de imágenes aéreas de la masa de agua y un centro (4) de control que comprende un medio (41) de comunicación para recibir información obtenida por los nodos (2) perfiladores e imágenes de la masa de agua obtenidas por el medio (3) de adquisición de imágenes aéreas;

un medio (42) de procesamiento para determinar el estado de la masa de agua en función de los datos e imágenes ampliadas obtenidos por el nodo perfilador y de las imágenes aéreas obtenidas por el medio (3); y un medio (43) de almacenamiento de los datos recibidos de los nodos (2) y el medio (3) de adquisición de imágenes aéreas y los resultados obtenidos por el medio de procesamiento.

Sistema de monitorización de la calidad de una masa de agua.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un sistema que comprende uno o un conjunto de nodos perfiladores flotantes dispuestos en una masa de agua, con el fin de adquirir información acerca de la calidad de la masa de agua, correlacionándose en un centro de control la información obtenida mediante dichos nodos con la información obtenida vía satélite, determinando de este el estado actual de la calidad de la masa de agua. La presente invención también describe el procedimiento llevado a cabo por este sistema para determinar el estado actual de la masa de agua, su posible evolución futura, así como otros datos de utilidad.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El agua almacenada en los embalses está sometida a continuos cambios, provocados por la variación de condiciones ambientales tales como temperatura, luz, presencia de nutrientes, materia orgánica, volumen embalsado, etc. Estos cambios pueden provocar el crecimiento de grandes masas de algas que inciden negativamente sobre la calidad del agua, impidiendo su empleo no sólo para abastecimiento, sino también para otros usos (pesca, riego, recreativos, etc.)

Actualmente, determinar el estado de calidad de una masa de agua es una tarea lenta, costosa y de gran complejidad técnica, y que además requiere personal muy especializado en diferentes áreas. En primer lugar es necesario tomar las muestras de agua, tarea que, debido a que las condiciones ambientales para las algas cambian ostensiblemente a lo largo de las 24 horas del día, se debe realizar tanto de noche como de día. A continuación, las muestras se tienen que enviar a un laboratorio muy especializado que requiere no sólo personal especializado en análisis químico, sino también biólogos expertos en taxonomía capaces de reconocer las diferentes especies de algas en todo este proceso han de respetarse los tiempos de caducidad marcados por la normativa. Todo este proceso de toma de datos, transporte de las muestras al laboratorio, y análisis propiamente dicho puede requerir unos 4-10 días. Sin embargo, la calidad del agua puede cambiar en sólo unos días, por lo que a veces ocurre que los resultados obtenidos al final de todo este proceso han quedado obsoletos.

Por este motivo, se hace muy ventajoso la implantación de la automatización del proceso de análisis, de forma que una vez implantada la automatización aumentamos la frecuencia de obtención de datos y disminuimos el tiempo necesario para su procesamiento. Para ello, el sistema combina información obtenida a partir de imágenes o datos del embalse vía satélite o cualquier otro medio aéreo junto con datos recogidos por una red de sensores dispuestos en los nodos implantados en el embalse o masa de agua. Sin embargo, aún no se ha conseguido un sistema capaz de realizar estas funciones de una manera precisa y fiable, ya que la coloración de las aguas no depende solo del volumen y tipo de algas, sino también de otros factores como la composición química del agua, grado de insolación o luminosidad, geología del terreno etc.

Son conocidos la patente nº ES 2 093 851 y WO 2006/12595 en las que se describen analizadores que permiten evaluar la concentración de diferentes parámetros utilizando métodos de limpieza. No obstante, en ningún caso se hace mención del empleo de un procedimiento de perfilación de una masa de agua y el tratamiento de información mediante el empleo de satélites. También es conocida la patente nº ES 2 199 087 que describe un sistema para el control y vigilancia de la calidad de agua en general pero no dispone de perfilador ni tampoco integra y correlaciona la información recibida por satélite. Por otra parte, la patente WO 03/052409 A1 es un equipo para evaluar la calidad del agua que emplea algas, midiendo su comportamiento al recibir el agua, pero consiste en un equipo que mide el valor paramétrico pero en ningún caso integra ni gestiona la información tomada. La patente W02006/036929 A1 describe un sistema para monitorizar la calidad del agua, empleando diferentes sensores y utilizando inteligencia artificial, que es capaz de gestionar los informes, pero en ningún caso se ha mención a integrar la información con un satélite.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El principal objetivo de la presente invención, es disponer de una herramienta que permita calibrar con fiabilidad y basado en datos reales, la información o imágenes enviadas del satélite o cualquier otro medio aéreo con respecto a la calidad de una masa de agua. Esto es especialmente útil para controlar la presencia de algas que pueden provocar afecciones sobre la calidad del agua o deteriorar las infraestructuras. Se consigue así determinar el riesgo de aparición de algas productoras de sustancias tóxicas en los embalses destinados a abastecimiento, así como, la presencia de otras algas que pueden afectar a los elementos de la infraestructura hidráulica tales como algas filamentosas que forman atranques en las rejas de desbaste y captaciones. De este modo, el gestor del embalse puede sobre-operar la infraestructura en base a la información que el sistema le envía, por ejemplo variando la altura de la captación o cerrándola ante eventualidades como blums de algas o tormentas.

Se entiende en el presente contexto que el término "masa de agua" hace referencia de manera general a cualquier acumulación de agua cuya calidad se desea controlar, y de manera más particular al agua embalsada por una presa.

Un primer aspecto de la presente invención describe un sistema de monitorización de la calidad de una masa de agua que comprende fundamentalmente un centro de control que está en comunicación con una pluralidad

de nodos perfiladores y con un satélite. A continuación se describe cada uno de estos elementos con mayor detalle:

a) Nodos perfiladores

Se trata de uno o varios nodos perfiladores que se encuentran diseminados en puntos estratégicos del embalse o masa de agua, y cuya función principal es tomar muestras de la masa de agua, analizar dichas muestras, y enviar la información obtenida, así como vídeos y/o fotos de dichas muestras, al centro de control para que éste lleve a cabo un análisis global de los datos. Adicionalmente, los nodos perfiladores pueden almacenar algunas de las muestras extraídas con un cierto valor paramétrico critico para su análisis posterior en laboratorio. Cada nodo perfilador comprende los siguientes elementos:

a1) Un medio de obtención de muestras de agua a diferentes profundidades. Este medio incluye una bomba, que puede estar configurada de dos modos diferentes: puede tratarse de una bomba peristáltica situada en la superficie y que toma agua de la profundidad deseada a través de un tubo de conducción sumergido; o bien puede ser una bomba sumergida a la profundidad deseada que impulsa el agua adquirida hasta la superficie a lo largo de un tubo de conducción. En cualquiera de los dos casos, para adquirir agua en primer lugar se dispone el extremo inferior del tubo de conducción - en el caso de bomba peristáltica - o bien la bomba sumergida a la profundidad deseada, y a continuación se da la orden de accionar la bomba. Todo este proceso es automático, enviándose por el usuario las instrucciones acerca de la profundidad a la que se deben tomar las muestras desde el centro de control. Además de la bomba, el nodo puede incluir una sonda de profundidad, oxigeno disuelto, temperatura, luminosidad, turbidez, transparencia, fotosíntesis y radiación activa, aunque eventualmente tambien puede llevar alguna sonda para medir los parámetros indicados en a2.

a2) Un canal analizador, que está conectado a la salida del tubo de conducción para analizar las muestras de agua obtenidas. Este canal analizador puede realizar diversos tipos de análisis según cada caso particular, aunque preferentemente comprende sensores cuyas medidas no se ven afectadas por la agitación, y un fotómetro para medir materia orgánica mediante ultravioleta, fósforo, nitratos, nitritos, amoníaco, nitrógeno, y aquellos elementos cuya medida con sondas no es efectiva. Además del fotómetro, el canal analizador dispone de unos sensores incrustados para la medida en el exterior de conductividad, pH, aceites y grasas, red ox, clorofila, rondamina, carotenos, sólidos disueltos, ficocianina y ficoeritrina y cualquier otro cuya medida sea eficaz y sirva para tener información de la calidad química o biológica de la masa de agua. El canal analizador dispone de un sistema de autolimpieza antes y después de cada medida.

El resultado de los análisis se envía en tiempo real al centro de control, que será el encargado de realizar la integración de estos datos con los datos del satélite...

1. Sistema (1) de monitorización de la calidad una masa de agua, caracterizado porque comprende:

a) una pluralidad de nodos (2) perfiladores para tomar muestras de la masa de agua, cada uno de los cuales comprende:

- un medio (21) de obtención de agua a diferentes profundidades;

-un canal (22) analizador para analizar las muestras de agua obtenidas;

-un medio (23) de adquisición de imágenes ampliadas de las muestras de agua obtenidas situado a la salida del canal (22) analizador;

-un brazo (24) de reparto conectado mediante un bypass a la salida del canal (22) analizador, que está configurado para introducir determinadas muestras de agua en un conjunto de recipientes (25) independientes para su análisis manual posterior;

-un medio (26) de procesamiento y comunicación, que controla los elementos anteriores (21-25) y se comunica con el centro (4) de control; y

-una pontona (27) flotante sobre la cual están dispuestos el resto de elementos (21-26) que conforman el nodo (2) perfilador; b) un medio (3) de adquisición de imágenes aéreas de la masa de agua; y c) un centro (4) de control, que comprende:

-un medio (41) de comunicación para recibir la información obtenida por los nodos (2) perfiladores y las imágenes de la masa de agua obtenidas por el medio (3) de adquisición de imágenes aéreas;

-un medio (42) de procesamiento para determinar el estado de la masa de agua en función de los datos e imágenes ampliadas obtenidos por el nodo (2) perfilador y de las imágenes aéreas obtenidas por el medio (3) de adquisición de imágenes aéreas; y

-un medio (43) de almacenamiento para almacenar los datos recibidos de los nodos (2) y el medio (3) de adquisición de imágenes aéreas y los resultados obtenidos por el medio (42) de procesamiento.

2. Sistema según la reivindicación 1, donde el medio (21) de obtención de agua a diferentes profundidades comprende una bomba (21a) sumergida dispuesta en el extremo de un cable (21b) y un tubo (21c) de conducción de las muestras de agua obtenidas hasta la superficie.

3. Sistema según la reivindicación 1, donde el medio (21) de obtención de agua a diferentes profundidades comprende una bomba peristáltica situada en la superficie que adquiere las muestras de agua a través de un tubo de conducción.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el medio (21) de obtención de agua a diferentes profundidades comprende uno o más de los siguientes sensores: profundidad, oxigeno disuelto, temperatura, luminosidad, turbidez, transparencia, fotosíntesis y radiación activa.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el canal (22) analizador comprende uno

o más de los siguientes sensores: conductividad, pH, aceites y grasas, red ox, clorofila, rondamina, carotenos, sálidos disueltos, ficocianina y ficoeritrina.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el canal (22) analizador comprende además un sistema de autolimpieza.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el nodo (2) perfilador comprende 24 recipientes (25) para almacenar muestras con anomalías.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el medio (23) de adquisición de imágenes ampliadas comprende un microscopio o una lupa de precisión.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las imágenes adquiridas por el medio

(23) de adquisición de imágenes ampliadas son fotografías o vídeos.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el medio (41) de comunicación del centro (4) de control y el medio (26) de procesamiento y comunicación de los nodos (2) perfiladores comprenden uno de los siguientes dispositivos: GSM, 3G, UMTS, Wifi, radiofrecuencia, Bluetooth y teléfono.

11. Procedimiento de monitorización de la calidad de una masa de agua llevado a cabo por el sistema (1) de

cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: 1) adquirir imágenes aéreas de la masa de agua por medio del medio (3) de adquisición de imágenes aéreas; 2) tomar muestras de la masa de agua empleando el medio (21) de obtención de agua a diferentes profundidades; 3) analizar las muestras de agua obtenidas por medio del canal (22) analizador; 4) enviar al centro (4) de control los datos del análisis de cada nodo (2) perfilador y las imágenes aéreas obtenidas por el medio (3) de adquisición de imágenes aéreas;

5) procesar, en el centro (4) de control, las imágenes aéreas, los datos del análisis de cada nodo (2) perfilador, y datos acerca de las condiciones ambientales para determinar el estado de la masa de agua.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, donde el centro (4) de control además determina, a partir de las imágenes del medio (3) de adquisición de imágenes aéreas, la ubicación más idónea de los nodos (2) perfiladores.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, que además comprende el paso de adquirir imágenes ampliadas de algunas muestras de agua obtenidas por el medio (23) de adquisición de imágenes ampliadas y enviarlas al centro (4) de control para su análisis manual por un especialista en taxonomía de fitoplancton y zooplancton.