Visión Futura e Investigación Transfronteriza del Valle del Río Tijuana

La región transfronteriza del Sur de la Bahía de San Diego y Tijuana alberga parques estatales, un área marina protegida (MPA), una Reserva Nacional de Investigación Estuarina (NERR) patrocinada por el gobierno federal, bases navales, el Puerto de San Diego, playas recreativas y vibrantes comunidades fronterizas. Pero durante décadas, la deficiente calidad del agua estadounidense ha causado riesgos para la salud e impactos económicos subsecuentes. Los impactos de la calidad del agua provienen de diversas fuentes incluyendo aguas residuales vertidas seis millas al sur de la frontera en Punta Bandera y una falla en la infraestructura de Tijuana que drena aguas residuales en la zona costera y el Estuario del Río Tijuana. El Instituto Scripps de Oceanografía de UC San Diego lleva muchos años investigando la región para entender estos problemas ambientales, informar a las autoridades pertinentes y determinar posibles soluciones para mejorar la predicción y proteger al público.

 

El Instituto Scripps mantiene, desde hace mucho tiempo, asociaciones con organismos gubernamentales y funcionarios electos. Los científicos trabajan en colaboración con funcionarios federales, estatales y locales para entender e investigar los problemas ambientales, y cuentan con una larga trayectoria estableciendo proyectos piloto de investigación junto con la Ciudad de Imperial Beach, el Departamento de Salud Ambiental del Condado de San Diego y el Estado de California. A medida que el entendimiento científico y las tecnologías de monitoreo vayan evolucionando, la visión es seguir avanzando en esta labor para informar decisiones de infraestructura que ayudarían a mitigar los problemas y proteger a la comunidad.  

 

Investigaciones Pasadas y Presentes del Instituo Scripps en la Región Transfronteriza

Sistema de Observación del Océano en la Zona Costera de San Diego: En 2002, el Instituto Scripps de Oceanografía se asoció con la Ciudad de Imperial Beach y el Departamento de Salud Ambiental del Condado de San Diego, con fondos suministrados por la Iniciativa Playas Limpias de California, para establecer un sistema binacional de observación del océano, el primero en su tipo, centrado en los principios de la física que rigen la calidad del agua costera. A través de este sistema, se registraron y analizaron los niveles bacterianos en muestras de agua de playa en el contexto de procesos físicos oceánicos que intervienen en la calidad deficiente del agua. El estudio se centró en el análisis histórico de datos de las bacterias indicadoras de contaminación fecal en comparación con las corrientes oceánicas, el caudal de lluvias y las crecidas del estuario de Tijuana, y utilizó mapas basados en radares de alta frecuencia que registraban corrientes oceánicas en tiempo casi real, en forma continua las 24 horas del día. Con el tiempo, este esfuerzo creció hasta convertirse en el Sistema de Observación Oceánica Costera del Sur de California (Southern California Coastal Ocean Observing System - SCCOOS), un programa de observación oceánica integral que ahora abarca toda la extensión de la ensenada del Sur de California (Southern California Bight) y forma parte de la red federal NOAA. Tres antenas de medición de corrientes superficiales —ahora parte de la red de Radares de Alta Frecuencia de SCCOOS— se encuentran ubicadas en las Islas Coronados de México, la punta de Point Loma y el Border Field State Park y han sido conectadas con antenas de radares instauradas al sur de la frontera. 

Científicos: Eric Terrill, Lisa Hazard, Clarissa Anderson

plume tracking

Rastreo de plumas de contaminación: En 2007, la Comisión Internacional de Límites y Aguas (International Boundary Water Commission - IBWC) patrocinó un programa de monitoreo complementario como parte de un decreto de consentimiento emitido por el gobierno federal que apuntaba a identificar y rastrear plumas de contaminación provenientes del desagüe South Bay Ocean Outfall, caracterizar fuentes terrestres con el foco puesto en el Río Tijuana e identificar las condiciones oceanográficas regionales que conduzcan a altas concentraciones de bacterias indicadoras de contaminación fecal en las playas de South Bay. El estudio detalló la frecuencia de los episodios de contaminación y las posibles fuentes de origen usando una novedosa tecnología robótica que permitió mapear las plumas de contaminación. El informe proporcionó una serie de recomendaciones de monitoreo a la IBWC, la Agencia de Protección Ambiental y la Comisión Regional de Control de Calidad del Agua de San Diego. SCCOOS ahora mantiene en funcionamiento un rastreador de plumas de contaminación en el Río Tijuana para que el público pueda visualizar la dirección de las aguas con posibles plumas de contaminación en relación con su sitio de vertido. El rol de la zona de rompientes en el transporte de contaminantes fue identificado como un vacío informativo en la predicción de las plumas de contaminación, y ahora está siendo estudiado por los científicos de Scripps en proyectos de investigación más recientes.  

Científicos: Eric Terrill, Bruce Cornuelle

 

Experimento de intercambio de tinte entre la zona de rompientes y la plataforma continental interna y modelo actual:  En 2015, científicos del Instituto Scripps llevaron a cabo una serie de tres experimentos en las cercanías de Imperial Beach, California, liberando un tinte rosa fluorescente inocuo en las aguas de playa para rastrear el movimiento del tinte a lo largo de la costa durante el oleaje del sur. El tinte liberado representaba la contaminación. Los investigadores rastrearon el tinte desde el aire, desde buques de investigación, en la costa, y bajo el agua, a ambos lados de la frontera. Hallaron que el destino del tinte estaba fuertemente ligado a las condiciones del oleaje. Por ejemplo, durante un día de fuertes oleajes del sur, el tinte se desplazó hacia el norte, manteniéndose cerca de la costa por largos períodos de tiempo y moviéndose a lo largo de la zona de rompientes costera a una velocidad de casi ocho millas por día. Este experimento también dio lugar al desarrollo de un modelo numérico combinado de circulación y olas oceánicas para la región San Diego/Tijuana desde Point Loma hasta Rosarito, México, y extendiéndose mar adentro hasta 120 pies de profundidad. Al observar las señales de aguas limpias y aguas residuales, los científicos hallaron contaminantes de aguas residuales en niveles de dilución de uno en mil a uno en cien por unidad de agua que se propagan rumbo al norte y al sur dependiendo de la dirección del oleaje —niveles que darían lugar a la advertencia de abstenerse de nadar en dichas aguas. El modelo que crearon les permite a los científicos evaluar qué tan seguido y en qué niveles se ven afectadas diversas regiones costeras.

Científicos: Falk Feddersen, Sarah Giddings

 

dye exchange experiment
monitoring beach change erosion

Monitoreo de zonas de erosión y cambio de playas: El Instituto Scripps ha estado estudiando el transporte de sedimentos a través de las olas cerca de la desembocadura del Río Tijuana durante más de una década. Los niveles de arena se monitorean en el lugar por medio de un láser de escaneo (lidar) montado sobre un camión y una moto de agua equipada con sónar. Las tendencias a largo plazo en el registro del nivel de arena muestran una zona de erosión frente a viviendas ubicadas a baja altitud sobre Sea Coast Drive en Imperial Beach. Esta calle experimenta inundaciones costeras recurrentes. En septiembre de 2012, se llevó a cabo el refulado de arena en la playa ubicada frente a Sea Coast Drive con aproximadamente 300,000 metros cúbicos de arena, suficiente para llenar casi 120 piscinas olímpicas. Gran parte de esta arena migró hacia el sur y se acumuló en la desembocadura del río, lo que posiblemente contribuyó al cierre de la desembocadura en 2016, causando agotamiento de oxígeno en el agua y condiciones de contaminación extrema en el estuario. 

Científicos: Bonnie Ludka, Julia Fiedler, Mark Merrifield

 

Sistema de alerta de inundaciones Resilient Futures: En 2018, los investigadores del Centro de Adaptación e Impactos del Cambio Climático (Center for Climate Change Impacts and Adaptation - CCCIA) de Scripps desarrollaron un sistema de alerta de inundaciones adaptado a las necesidades de Imperial Beach. Debido a su baja ubicación, la ciudad es considerada una de las más vulnerables de California al aumento del nivel del mar. Se instaló una red de instrumentos para medir las condiciones del nivel del agua y las olas locales con el fin de mejorar los modelos predictivos de inundaciones costeras, especialmente en lugares donde las grandes olas y las mareas extremas pueden ocurrir simultáneamente exacerbando el riesgo de inundación. El objetivo es brindar a las autoridades y partes interesadas de la ciudad alertas tempranas de inundaciones en lugares vulnerables, y obtener información que sirva como referencia para desarrollar y evaluar futuras estrategias de adaptación al aumento del nivel del mar. Actualmente, este programa piloto está siendo adoptado en todo Estados Unidos. 

Científicos: Mark Merrifield, James Behrens, Adam Young

 

aerosolization of microbes

Aerosolización de microbios de aguas residuales: Si bien se ha demostrado que las aguas contaminadas afectan gravemente la región costera de San Diego, sabemos relativamente poco sobre la forma en que los compuestos nocivos o los virus y las bacterias patógenas de las aguas residuales pasan al aire una vez que estas aguas penetran la zona de rompientes, donde las olas al romper expulsan aerosoles del rocío marino. Si hay suficientes concentraciones de compuestos nocivos y microbios, los habitantes vulnerables de San Diego deberán mantenerse alejados de las áreas costeras debido a una posible exposición aérea a patógenos. Este proyecto, que comenzó a principios de 2019 con una financiación inicial de la iniciativa Understanding and Protecting the Planet de UC San Diego, tiene el objetivo de caracterizar el aire en la zona costera de San Diego en relación con la dirección y velocidad del viento y las condiciones en la zona de rompientes; capturar comunidades microbianas marinas, aéreas y en la zona de rompientes; y cuantificar la carga de patógenos. Con este proyecto, los investigadores podrán informar a los responsables de la toma de decisiones sobre los impactos en la salud pública antes, durante y después de las tormentas. 

Científica: Kimberly Prather

 

Visión de futuras investigaciones en la región

Se estima que las actuales propuestas de inversión en infraestructuras para mitigar las corrientes transfronterizas de aguas residuales no depuradas reducirán su frecuencia, pero no las detendrán por completo, especialmente durante tormentas de alto impacto. Además, faltan varios años para completar las mejoras en la infraestructura. Se necesita un monitoreo más exhaustivo en el corto y largo plazo para proteger a las personas y mitigar los efectos de las corrientes de aguas residuales, y para determinar las condiciones básicas de referencia para que pueda llevarse a cabo una evaluación adecuada de los programas de infraestructura. El Instituto Scripps de Oceanografía se encuentra bien posicionado para proporcionar observaciones y modelos que puedan dar lugar a notificaciones en tiempo real sobre un episodio de peligro inminente; datos críticos para vincular observaciones en tiempo real con riesgos específicos para la salud; y predicciones sobre futuros riesgos para la salud. Como resultado directo, habrá menos enfermedades humanas y menos impactos económicos relacionados, y un sistema de predicción que podrá motivar soluciones de infraestructura para abordar los problemas de la calidad del agua en la región.  

En particular, los sistemas de monitoreo atmosférico y muestreo del agua no son adecuados para informar plenamente al público de todos los peligros. Las tecnologías de muestreo de la calidad del agua aún llevan entre 24 y 48 horas, lo cual resulta en cierres de playas posiblemente sin llegar a alcanzar la peor contaminación del agua.  Los cierres de las playas y los episodios de contaminación del agua suelen suceder a destiempo, un problema que se enfatizó dos décadas atrás. Las plumas de contaminación a menudo envuelven la costa, pero la actual herramienta de predicción de la calidad del agua carece de información sobre la zona costera donde los seres humanos tienen contacto directo con el océano. No existe un sistema adecuado de monitoreo del aire para observar y rastrear agentes infecciosos desplazados o expulsados en aerosoles del rocío marino durante los episodios de contaminación. 

Los científicos que participaron en esta visión son Andrew Allen, Clarissa Anderson, Andrew Barton, Jeff Bowman, Bruce Cornuelle, Falk Feddersen, Sarah Giddings, Mark Merrifield, Kimberly Prather, Peter Rogowski, Uwe Send y Eric Terrill.

South Bay Simulation
Leyenda: La simulación del Sur de la Bahía de San Diego muestra la salinidad superficial indicando el flujo de agua dulce del Estuario del Río Tijuana (izquierda), concentración de tinte en la superficie del estuario indicando su transporte hacia Coronado (centro) y tinte en la superficie de Punta Bandera (derecha) indicando un fuerte transporte rumbo norte en la zona de rompientes hasta Imperial Beach. El tinte es un indicador de aguas residuales. Esta simulación es fundamental para los futuros esfuerzos de desarrollo de modelos de contaminantes y patógenos en tiempo real.  

Observaciones oceánicas

Existen importantes deficiencias en las capacidades de monitoreo oceánico en la zona de rompientes y en la zona costera donde se produce la mayor exposición humana. Se necesitan mayores capacidades de observación, estudios e integración de modelos para crear pronósticos de predicción en tiempo real más útiles que puedan indicar el rumbo de la contaminación en las playas de San Diego, Imperial Beach y Coronado. Las futuras observaciones oceánicas incluyen:

  • Mediciones de la calidad del agua en la plataforma continental interna fuera de la zona de rompientes con instrumentos adheridos al muelle de Imperial Beach para medir temperatura, salinidad, fluorescencia de clorofila y turbidez o agitación del agua. La contaminación provoca menor salinidad y mayor turbidez, y las muestras de agua también podrían ayudar a medir los peligros de floraciones de algas nocivas y microbios.
  • “Mini-amarres” de bajo costo que pueden colocarse en aguas poco profundas por medio de una embarcación pequeña en profundidades de 2 a 30 metros. Los amarres pueden tener diferentes tipos de sensores instalados, y los datos serían enviados automáticamente a la costa desde un pequeño flotador de superficie. Estos sensores pueden medir fácilmente la temperatura, salinidad y turbidez, o a un costo mayor, concentración de oxígeno, pH, corrientes y nutrientes. Existe un sensor, de especial interés para la detección de aguas residuales, que mide una cantidad relacionada con la demanda biológica de oxígeno (BOD), una medición de la cantidad de oxígeno requerida para remover materia orgánica residual de las aguas. 
  • El uso de una nueva tecnología genética para monitorear la salud del ecosistema, situándose el Instituto Scripps a la vanguardia en su desarrollo. Al secuenciar selectivamente genes marcadores taxonómicos específicos en el ambiente, podemos formar un panorama integral de la composición de la comunidad microbiana, por ejemplo, indicadores de contaminación fecal, como los enterococos, y bacterias del género Bacteroides y otros taxones microbianos usados en el rastreo de fuentes. Estos métodos pueden ayudar a elaborar un registro de largo plazo, y extenderse para la búsqueda de virus.

 

Observaciones atmosféricas

El monitoreo de la calidad del aire y la vinculación de los aerosoles del rocío marino con las condiciones oceánicas necesitan más cobertura en términos de variaciones estacionales y espaciales en la región. Las investigaciones recientes han demostrado que los aerosoles del rocío marino con carga de virus y patógenos pueden medirse al menos tres millas tierra adentro, afectando la salud de los residentes tanto de la zona costera como de zonas más alejadas de la costa. Se necesitan mayores capacidades de monitoreo para desarrollar pronósticos de predicción en tiempo real con el fin de brindar alertas y proteger el bienestar del público general. Algunos ejemplos son:

  • Una estación meteorológica local en los muelles de Imperial Beach y el Instituto Scripps de Oceanografía para examinar las vías del transporte atmosférico. Los vientos costeros son complejos y es crítico poder obtener detalles adicionales en el área costera inmediata.
  • Mediciones de aerosol para evaluar toxinas y patógenos, así como vías atmosféricas, mediciones de contaminantes gaseosos, material particulado, biopartículas, y otros datos son necesarios para determinar qué se transfiere a la atmósfera desde el océano y qué tan lejos llega.
  • Establecimiento de tres sitios de muestreo atmosférico en el Muelle de Imperial Beach, el Muelle Scripps en La Jolla como sitio oceánico secundario, y una estación interior sobre Otay Mesa. La estación de Otay Mesa evaluará el transporte terrestre desde la costa y la contaminación aérea transfronteriza. 

 

Sistemas de modelos de patógenos y contaminación oceánica

Los científicos del Instituto Scripps se encuentran desarrollando las herramientas que podrán construir un modelo en tiempo real para predecir la distribución de patógenos virales y bacterianos, y un modelo del comportamiento de los contaminantes. Los modelos serán validados con observaciones históricas existentes y métodos de detección de patógenos en tiempo casi real. La implementación de estos modelos y las observaciones de validación beneficiarán significativamente la gestión costera, mejorarán la salud humana, limitarán los impactos económicos y evaluarán posibles soluciones de infraestructura. El actual modelo retrospectivo del océano y el estuario puede ser convertido a un modelo predictivo utilizando los pronósticos de la corriente de las aguas residuales, las olas, el viento y las condiciones del océano en áreas periféricas. Este modelo podría arrojar pronósticos en tiempo real hasta una semana en el futuro, y los resultados podrán incluirse en un modelo analítico de decisiones económicas y de riesgo para determinar políticas y soluciones de infraestructura.

Próximos pasos para desarrollar soluciones

Mientras los responsables de las tomas de decisiones identifican soluciones de infraestructuras permanentes para el Valle del Río Tijuana, el sistema de observaciones sostenidas y modelos innovadores de Scripps será crítico para validar la eficacia de estos esfuerzos y los impactos relacionados en la salud humana y ambiental. Es necesario desarrollar un plan integral que promueva el desarrollo de modelos y observaciones oceánicas, atmosféricas y de patógenos, algo fundamental para el éxito de las mejoras en la infraestructura de esta región.

Para obtener más información sobre la investigación del Valle del Río Tijuana llevada a cabo por el Instituto Scripps de Oceanografía de UC San Diego, envíe un email a scrippsgovrel@ucsd.edu