VILLANUEVA DEL ARZOBISPO:
BIOMASA Y CALIDAD DEL AIRE.
Existen zonas en España que históricamente han supuesto un auténtico quebradero de cabeza para los profesionales que nos dedicamos a la calidad del aire. Zonas en las que, por determinadas razones, la contaminación atmosférica es anormalmente elevada para un contaminante específico y cuya reducción supone un auténtico reto.
Una de estas zonas es Villanueva del Arzobispo. Un pueblo de Jaén, inmerso en pleno corazón olivarero de Andalucía, cuyos niveles de partículas son de lo más alto que nos podemos encontrar en España. Un auténtico problema de contaminación ambiental que afecta considerablemente a la salud de los ciudadanos de esta población, y que muchos de los que nos hemos pateado esas tierras sospechamos que podría reproducir patrones similares en otras muchas poblaciones de la provincia.
Allí existe una estación de calidad del aire, titularidad de la Junta de Andalucía, que mide partículas y otros contaminantes desde 2004. Con un histórico de estas características, comprenderán mis lectores que no me pude resistir a realizar un análisis de la problemática con un poquito de “data mining”. Si a eso le añades las facilidades dadas por la Junta de Andalucía, dotándome de todos los datos para su estudio, y la información sobre la zona, con total transparencia, el artículo está servido. Así que espero que os guste.
España en general tiene un problema de partículas. Un problema que además, dado el clima cada vez más árido de buena parte de su territorio, el incremento progresivo del mismo por efecto del Cambio Climático, y la proximidad de desiertos como el Sahara, es un problema grave.
Si a este nivel de fondo de partículas, ya de por sí elevado de forma natural, le añadimos además la acción del hombre, es posible que nos encontremos con un problema ambiental y de salud de primer nivel, que en algunas zonas pueda resultar incluso crítico.
Sobre las partículas y sus efectos sobre la salud no voy a ahondar, hay material suficiente en el propio blog, así como referencias sobradas en la bibliografía que he ido dejando y comentando en redes, y no es motivo principal de este artículo. Os invito en todo caso a refrescar a quienes no seáis habituales del blog o conocedores de la problemática.
En todo caso, decir que las partículas son el contaminante que afecta a más número de personas, y que son, junto a los NOx, la principal causa de muerte por contaminación atmosférica. Recordar además que no existe un umbral inferior para la salud, por lo que no hay nunca un nivel mínimo seguro, existiendo siempre una relación muy estrecha entre mortalidad / morbilidad a medio y largo plazo con la exposición a altos niveles de partículas. Es importante, por tanto, ser conscientes de la importancia en el control y seguimiento de este parámetro contaminante y, sobretodo, de la relevancia de su reducción a la mínima expresión posible.
Ahora bien, si decimos que no existe un umbral inferior para la salud, ¿cómo podemos saber si los niveles que tenemos de partículas son más o menos saludables?. Realmente no podemos, pero a efectos prácticos, y para la realización de este estudio, vamos a guiarnos por dos líneas de trabajo fundamentales:
En el caso de la normativa europea, y por tanto de la normativa nacional, se establecen dos valores límite para PM10.
La Organización Mundial de la Salud, con un punto de vista más riguroso, establece para PM10:
Y esto para PM10, que será el contaminante a estudiar en este caso, como hemos comentado, pero, ¿y para las PM2,5?. Las PM2,5, partículas con un diámetro inferior a las contempladas en el presente estudio y por lo tanto con un mayor impacto para la salud, tienen un valor umbral también muy inferior, que en el caso de la normativa estaría en 25 µg/m3 anuales (20 µg/m3 a partir de 2.020), mientras que la OMS mantendría un valor diario de exposición de 25 µg/m3 (equivalente al anual europeo), llegando a una valor límite anual de 10 µg/m3.
Una lástima, en este caso, no poder prolongar el estudio y ver cuál es la contribución de las PM2,5 a las PM10 registradas por la estación de Villanueva del Arzobispo, quizás esta sería una de las bazas de mejora de la red a futuro, de cara al control y seguimiento de esta problemática.
En este sentido, los datos que tenemos presentan las siguientes características básicas a considerar para su posterior análisis:
Haciendo esto ya nos podemos percatar que la Estación de Villanueva del Arzobispo tiene un problema de cumplimiento legal (en relación a los valores límite detectados) y de salud (si tenemos en cuenta los valores de la OMS).
En este sentido, si bien el valor límite anual se cumple casi todos los años, no superándose los 40 µg/m3 desde los años 2004 / 2005, alguna de las medias anuales obtenidas, como la de 2017, se acercan ya peligrosamente a este valor. Hay que tener en cuenta además, que este valor límite es el legal (normativo). Si tuviésemos en cuenta el marcado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), nos encontraríamos que la estación de Villanueva del Arzobispo no consigue estar por debajo ningún año, ni siquiera en los de menor media.
El cumplimiento del valor límite anual normativo no se corresponde sin embargo con el valor límite diario, que se supera con creces todos los años, tal y como se muestra en la siguiente gráfica. En la misma se observa cómo el “declive” en las concentraciones experimentado desde que se empezó a medir, alcanzó su punto álgido en los años 2008 a 2010 (años de inicio de la crisis). Desde entonces las concentraciones medias diarias remontan, de forma generalizada, y el número de días que superan la concentración límite de 50 µg/m3 también, con un promedio en la concentración de estas superaciones que se encuentra ya en los niveles más altos desde que se tienen registros de calidad del aire.
Lo primero es comprobar la evolución general del parámetro con el tiempo. Para ello, y como punto de partida inicial podemos hacer una gráfica de evolución temporal con la media mensual, donde podemos ver lo siguiente:
La gráfica pone de manifiesto claramente que las mayores concentraciones mensuales se dan en los meses centrales del invierno y prácticamente en casi todos los inviernos, mientras que existen también una serie de picos de mucha menos intensidad en los meses centrales del verano.
En la práctica podemos decir que Villanueva del Arzobispo se pasa los inviernos con niveles de PM10 por encima de los 60 µg/m3 de partículas, fundamentalmente en los meses de diciembre y enero, mientras que para los veranos su concentración final suele estar en los 35 µg/m3, para los meses de julio y agosto. La siguiente gráfica resume muy bien la tendencia en la variación mensual vista en el gráfico de arriba:
Resulta evidente pues que tenemos dos escenarios con niveles elevados de partículas en inmisión, pero la duda ahora sería, ¿quién los produce?. Para intentar aclarar este extremo vamos a utilizar los datos de un segundo contaminante: El Monóxido de Carbono (CO).
Sin extendernos mucho, podemos decir que el CO es un gas carbónico expulsado normalmente por el consumo de combustibles de todo tipo, en una reacción de combustión incompleta que deja el carbono a medio quemar. Este contaminantes es por tanto asociable a incendios, consumos de biomasas, carbón, combustibles fósiles de los denominados “sucios”, etc. Su presencia reiterada suele dar a entender una actividad antropogénica habitual con un proceso de combustión asociado.
En este caso, al sacar la correlación entre CO y partículas PM10 a lo largo de los meses de invierno y verano, lo que nos encontramos es lo siguiente:
Los resultados obtenidos confirman dos escenarios muy distintos.
Esto implica, evidentemente, que los fenómenos que causan la sobre-elevación de los niveles de partículas en invierno y verano son diferentes, y con mucha probabilidad, los niveles más altos de partículas en Villanueva del Arzobispo se generan en invierno por la combustión en algún proceso o actividad de origen antropogénico.
En todo caso, para tener un conocimiento más exacto de la problemática, tendremos que acercar la lupa a las épocas de invierno y verano, para ver qué tipo de fenómenos se nos dan en Villanueva del Arzobispo y cuál es su evolución temporal. Esto nos ayudará a comprender, definir e identificar el problema.
De esta forma, si acercamos la lupa a los meses de invierno y vemos la evolución de las concentraciones horarias de partículas durante los distintos días de la semana, comparándola con la evolución del CO (una vez normalizados los datos de ambos), podemos ver el siguiente resultado:
En la gráfica es sencillo comprobar que se da un mismo patrón en inmisión para los niveles de partículas durante todos los días de la semana, con valores elevados alrededor de las 10:00 am y picos aún más pronunciados a última hora de la tarde / noche, a partir de las 20:00 horas, que es cuando se producen los máximos de partículas, con valores que pueden llegar a sobrepasar fácilmente los 100 µg/m3 de media horaria.
Este patrón que reproducen las partículas, presenta una clara correspondencia además con el CO, tal y como se puede ver en la gráfica de datos normalizados inferior. Dicha correspondencia además, es prácticamente inmediata en el tiempo, lo que viene a confirmar que la fuente mayoritaria es cercana a la propia estación de inmisión, ya que de lo contrario existiría un cierto diferencial debido a la mayor velocidad de difusión del gas (CO) frente a las partículas PM10.
La evolución en horas y a lo largo de los distintos días de la semana, con niveles muy parecidos tanto los días laborales como los festivos, es indicativa además de una actividad diaria no vinculada especialmente a la vida laboral, lo cual nos permite descartar la contribución de actividades fabriles o productivas y/o fenómenos antropogénicos como el tráfico, con un marcado carácter temporal, estando las emisiones vinculadas a actividades que se mantendrían fundamentalmente estables todos los días de la semana (e.g. domésticas y/o de generación eléctrica).
La evolución de estas partículas es muy distinta a la que podemos observar para el periodo de verano, utilizando el mismo graficado de los datos que en el caso anterior, tal y como se puede ver a continuación:
En el caso de periodo veraniego se pueden observar, además de valores claramente inferiores a los detectados en invierno, un patrón de evolución muy distinto al invernal:
Resulta evidente pues que tenemos dos fenómenos de emisión de partículas en Villanueva del Arzobispo, uno ligado a una combustión, que es el que genera los mayores niveles en inmisión de partículas durante el invierno, y otro ligado a una “emisión pura” de partículas durante el mes de verano, ligado quizás a un fenómeno más de aridez y resuspensión que a cualquier otro fenómeno.
Cabe recordar, en este sentido, que en Villanueva del Arzobispo se cuenta con datos de meteorología desde febrero de 2011 y que fue en 2013 cuando se cambió de ubicación la estación de control, pasando de su ubicación original (Estación Control 1), en el centro del municipio, a su ubicación actual (Estación Control 2), en la vertiente norte del mismo, aguas arriba del valle, tal y como se indica en la siguiente ortofoto (fotografía aérea).
En dicha ortofoto se representa también el único punto de emisiones industriales que podría afectar a la población, y que se correspondería con una actividad de extracción de orujo de aceituna, con generación eléctrica con biomasa, inaugurada en septiembre de 2011 por la Orujera San Miguel Arcángel, que trasladaba así su actividad al extrarradio de la población en dirección Nor-noreste. El resto de actividades del entorno del municipio estarán más bien vinculadas a las actividades agrícolas y al tránsito de vehículos particulares e industriales.
Atendiendo a dichas ubicaciones y a los datos disponibles sobre dirección y velocidad de viento, podemos conocer la procedencia de la contaminación y, por lo tanto los potenciales causantes de la misma distinguiendo entre ubicaciones y periodos estacionales en estudio.
De esta forma, para la ubicación primigenia (denominada como Estación Control 1) nos encontramos con el siguiente gráfico, que podemos dividir en dos partes:
La distribución de la contaminación por PM10 en función de la dirección y velocidad del viento que se ve en las gráficas de la parte inferior, pone de manifiesto que, en su antigua ubicación, los niveles detectados de partículas PM10 eran debidos a la influencia de focos de origen urbano, muy próximos a la estación. Se observa también como existe un área de afección levemente más alejada al suroeste de la estación que se hace patente a velocidades bajas del viento, y que solo puede venir también del casco urbano, probablemente de algún área con mayor densidad de focos de emisión.
Si además de lo anterior, realizamos una estimación de densidades de kernel de la velocidad y dirección del viento, para aquellos días en los que se supera el valor límite diario de partículas, obtendremos una gráfica en la que podremos comprobar qué escenarios de dispersión de partículas deben darse para superar el valor límite:
En la gráfica se observa que, para el periodo en estudio (los dos periodos invernales vistos en la gráfica anterior) se produjeron un total de 74 días de superación del valor límite diario (37 superaciones por invierno), y que las condiciones dadas para producir dichas superaciones eran de velocidades de viento bajas, entre 5 y 8 m/s., consideradas brisas moderadas, en la dirección sur – suroeste, la predominante de los vientos del valle, y coincidente con el área urbana inferior vista en la gráfica anterior, que sería la principal responsable de la superación de dichos valores límite. Hay que considerar en este sentido también el márgen inferior de las velocidades y la dirección predominante del valle, por lo que buena parte de las superaciones detectadas en la gráfica serían también asimilables a situaciones de estancamiento de la contaminación (inversiones térmicas).
En cualqueir caso, cabe destacar que ninguna de las gráficas anteriores permite discernir fuentes de emisión fuera del entorno urbano que pudieran haber contribuido en el pasado a generar superaciones de los valores límite de partículas en inmisión.
Ahora bien, vista la evolución de la ubicación original, cabe preguntarse si este mismo planteamiento se repite para la actual ubicación de la estación, al norte de la población y aguas arriba en el valle, confirmando las fuentes de origen exclusivamente urbano. El histórico en este caso es superior, y la nueva ubicación permitiría confirmar la hipótesis anterior, incluso con argumentos de mayor fundamento.
El hecho de haber movido la estación a uno de los límites del norte de la población, parece haber marcado más la rosa de vientos (parte superior derecha de la siguiente gráfica), trasladando el eje de vientos predominantes más al sur (180º) y marcando más la frecuencia de las velocidades de viento más bajas. El efecto barrera que ejerce además la geografía al norte de la ubicación queda mucho más patente, con frecuencias muy bajas al norte de la ubicación.
La distribución de la contaminación por PM10 en función de la dirección y velocidad del viento que se ve en las cuatro gráficas de la parte inferior, pone de manifiesto que, también para la nueva ubicación, los niveles detectados de partículas parecen deber su origen a focos de origen urbano, proviniendo del entorno próximo de la estación y para velocidades muy bajas. Marcándose excepcionalmente bien en esta ocasión el entorno de la estación en su totalidad.
Llevando a cabo la misma estimación de densidades que la realizada para la ubicación antigua, podremos ver qué escenarios de dispersión de partículas se dan para aquellos días en los que se supera el valor límite diario de PM10. La siguiente gráfica confirma directamente la hipótesis de una contribución urbana prácticamente en exclusiva, obteniéndose una marcada dirección sur con valores de velocidad de viento de brisa suave – moderada, por debajo de 5 m/s, que confirmarían directamente la acumulación de partículas provinientes del casco urbano.
La gráfica no deja lugar a dudas. De los 211 días de superación registrados en todo el periodo de estudio, (algo más de 52 superaciones por periodo invernal), las condiciones de dispersión de las partículas solo permiten asignar la responsabilidad a una fuente de origen urbano, al sur de la estación, que visto el planteamiento realizado hasta el momento, se correspondería en exclusiva con las emisiones de las calderas de biomasa de los hogares de Villanueva del Arzobispo.
Evidentemente, las condiciones de estabilidad atmosférica, y las inversiones térmicas generadas en invierno, no favorecen una adecuada circulación del aire, acumulando los distintos contaminantes, pero no menos cierto es que dicha contaminación procede en su práctica totalidad de una quema desmedida de biomasa en domicilios que excede con mucho las capacidades de asimilación del entorno, y que está generando un claro descenso en la calidad del aire que respiran todos los vecinos de Villanueva del Arzobispo.
La situación es grave, desde el punto de vista del cumplimiento legal, pero mucho más grave desde el punto de vista del perjuicio que para su propia salud se están auto infligiendo los vecinos de Villanueva del Arzobispo. Su evolución además, dista mucho de la mejoría que debería ser exigible de manera urgente, presentando valores medios diarios que suponen una constante superación del valor límite marcado por la normativa y la OMS.
Mis mas sinceros agradecimientos a la Junta de Andalucía por su amabilidad y atención, y por haber proporcionado todos los datos y orientaciones necesarias para este trabajo, así como a D. Jesús de la Rosa, que ha proporcionado el hilo de comunicación perfecto.
Todas las gráficas y estudios de datos se han realizado utilizando software R y Openair ejecutado en base a RStudio. Un lujo de herramientas para la programación estadística y la minería de grandes repositorios de datos.
Una de estas zonas es Villanueva del Arzobispo. Un pueblo de Jaén, inmerso en pleno corazón olivarero de Andalucía, cuyos niveles de partículas son de lo más alto que nos podemos encontrar en España. Un auténtico problema de contaminación ambiental que afecta considerablemente a la salud de los ciudadanos de esta población, y que muchos de los que nos hemos pateado esas tierras sospechamos que podría reproducir patrones similares en otras muchas poblaciones de la provincia.
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| Iglesia de San Andrés, en Villanueva del Arzobispo (Jaen). Gentileza de Wikipedia. |
Allí existe una estación de calidad del aire, titularidad de la Junta de Andalucía, que mide partículas y otros contaminantes desde 2004. Con un histórico de estas características, comprenderán mis lectores que no me pude resistir a realizar un análisis de la problemática con un poquito de “data mining”. Si a eso le añades las facilidades dadas por la Junta de Andalucía, dotándome de todos los datos para su estudio, y la información sobre la zona, con total transparencia, el artículo está servido. Así que espero que os guste.
LAS MALDITAS PARTÍCULAS.
España en general tiene un problema de partículas. Un problema que además, dado el clima cada vez más árido de buena parte de su territorio, el incremento progresivo del mismo por efecto del Cambio Climático, y la proximidad de desiertos como el Sahara, es un problema grave.
Si a este nivel de fondo de partículas, ya de por sí elevado de forma natural, le añadimos además la acción del hombre, es posible que nos encontremos con un problema ambiental y de salud de primer nivel, que en algunas zonas pueda resultar incluso crítico.
Sobre las partículas y sus efectos sobre la salud no voy a ahondar, hay material suficiente en el propio blog, así como referencias sobradas en la bibliografía que he ido dejando y comentando en redes, y no es motivo principal de este artículo. Os invito en todo caso a refrescar a quienes no seáis habituales del blog o conocedores de la problemática.
En todo caso, decir que las partículas son el contaminante que afecta a más número de personas, y que son, junto a los NOx, la principal causa de muerte por contaminación atmosférica. Recordar además que no existe un umbral inferior para la salud, por lo que no hay nunca un nivel mínimo seguro, existiendo siempre una relación muy estrecha entre mortalidad / morbilidad a medio y largo plazo con la exposición a altos niveles de partículas. Es importante, por tanto, ser conscientes de la importancia en el control y seguimiento de este parámetro contaminante y, sobretodo, de la relevancia de su reducción a la mínima expresión posible.
Ahora bien, si decimos que no existe un umbral inferior para la salud, ¿cómo podemos saber si los niveles que tenemos de partículas son más o menos saludables?. Realmente no podemos, pero a efectos prácticos, y para la realización de este estudio, vamos a guiarnos por dos líneas de trabajo fundamentales:
- La línea establecida por la normativa europea / nacional, en cuanto a los valores límite de calidad del aire para la protección de la salud, y
- Los valores recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS), fijados en base a los mínimos considerados óptimos para la protección de la salud, con independencia a otras consideraciones ajenas a estos criterios.
En el caso de la normativa europea, y por tanto de la normativa nacional, se establecen dos valores límite para PM10.
- 50 µg/m3 de media diaria que no podrá superarse más de 35 días en un año.
- 40 µg/m3 de media anual que no se podrá superar durante un año civil.
La Organización Mundial de la Salud, con un punto de vista más riguroso, establece para PM10:
- 50 µg/m3 de media diaria.
- 20 µg/m3 de media anual.
Y esto para PM10, que será el contaminante a estudiar en este caso, como hemos comentado, pero, ¿y para las PM2,5?. Las PM2,5, partículas con un diámetro inferior a las contempladas en el presente estudio y por lo tanto con un mayor impacto para la salud, tienen un valor umbral también muy inferior, que en el caso de la normativa estaría en 25 µg/m3 anuales (20 µg/m3 a partir de 2.020), mientras que la OMS mantendría un valor diario de exposición de 25 µg/m3 (equivalente al anual europeo), llegando a una valor límite anual de 10 µg/m3.
Una lástima, en este caso, no poder prolongar el estudio y ver cuál es la contribución de las PM2,5 a las PM10 registradas por la estación de Villanueva del Arzobispo, quizás esta sería una de las bazas de mejora de la red a futuro, de cara al control y seguimiento de esta problemática.
EL HISTÓRICO DE DATOS.
El repositorio remitido por la Junta de Andalucía, además de venir en perfecto estado para su exportación y análisis, acompaña una hoja de consideraciones respecto a los datos más que útil.En este sentido, los datos que tenemos presentan las siguientes características básicas a considerar para su posterior análisis:
- La estación se puso en marcha en 2004, y tenemos datos de partículas desde prácticamente el principio, lo que nos aporta un histórico interesante. Además, la estación incorporó en el 2011 datos de meteorología, lo que nos permitirá tener un factor más de aporte de información para comprobar los condicionantes relativos a su evolución y potenciales contribuciones.
- En el año 2013 la estación cambia de ubicación, y pasa de la azotea del Ayuntamiento de Villanueva del Arzobispo, en el centro / este del núcleo de población, al patio del CEIP Nuestra Señora de la Fuensanta, al norte del núcleo de población.
- Tenemos datos hasta el año 2019 (momento de su petición). Pero para este año, como es lógico, el equipo de partículas aún no tiene el factor de correlación introducido, razón por la que no podemos contar con sus datos. Tampoco es que nos importe mucho, pues es un año incompleto que aún no nos puede aportar gran información. El año 2019 por tanto lo eliminaremos de nuestro estudio.
- Los datos de la estación, al ser horarios, no disponen del descuento por intrusiones saharianas. En todo caso, como el fin último de este artículo no es comprobar el cumplimiento legal, sino evaluar la problemática en sí misma, este factor se considera incluso positivo.
UN AUTÉNTICO PROBLEMA LEGAL Y DE SALUD.
Lo primero que tenemos que hacer en este análisis, que es lo mínimo requerido, es comparar los valores alcanzados de partículas por parte de la estación de Villanueva del Arzobispo con los valores límite comentados en apartados anteriores.Haciendo esto ya nos podemos percatar que la Estación de Villanueva del Arzobispo tiene un problema de cumplimiento legal (en relación a los valores límite detectados) y de salud (si tenemos en cuenta los valores de la OMS).
En este sentido, si bien el valor límite anual se cumple casi todos los años, no superándose los 40 µg/m3 desde los años 2004 / 2005, alguna de las medias anuales obtenidas, como la de 2017, se acercan ya peligrosamente a este valor. Hay que tener en cuenta además, que este valor límite es el legal (normativo). Si tuviésemos en cuenta el marcado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), nos encontraríamos que la estación de Villanueva del Arzobispo no consigue estar por debajo ningún año, ni siquiera en los de menor media.
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| Evolución de la media anual respectos a los valores límite fijados por la normativa y la OMS (Elaboración propia) |
El cumplimiento del valor límite anual normativo no se corresponde sin embargo con el valor límite diario, que se supera con creces todos los años, tal y como se muestra en la siguiente gráfica. En la misma se observa cómo el “declive” en las concentraciones experimentado desde que se empezó a medir, alcanzó su punto álgido en los años 2008 a 2010 (años de inicio de la crisis). Desde entonces las concentraciones medias diarias remontan, de forma generalizada, y el número de días que superan la concentración límite de 50 µg/m3 también, con un promedio en la concentración de estas superaciones que se encuentra ya en los niveles más altos desde que se tienen registros de calidad del aire.
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| Evolución anual de las superaciones del valor límite diario en Villanueva del Arzobispo (Elaboración propia) |
EL PROBLEMA DE VILLANUEVA DEL ARZOBISPO.
Una vez hecho el clásico análisis legal de las concentraciones en inmisión de partículas, toca empezar a analizar de verdad el problema para saber cuál es su verdadera magnitud, de dónde viene, cómo evoluciona y, con ello, cuáles serían las bases para su resolución efectiva.Lo primero es comprobar la evolución general del parámetro con el tiempo. Para ello, y como punto de partida inicial podemos hacer una gráfica de evolución temporal con la media mensual, donde podemos ver lo siguiente:
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| Evolución de la Media mendual de PM10 en Villanueva del Arzobispo (Elaboración propia) |
La gráfica pone de manifiesto claramente que las mayores concentraciones mensuales se dan en los meses centrales del invierno y prácticamente en casi todos los inviernos, mientras que existen también una serie de picos de mucha menos intensidad en los meses centrales del verano.
En la práctica podemos decir que Villanueva del Arzobispo se pasa los inviernos con niveles de PM10 por encima de los 60 µg/m3 de partículas, fundamentalmente en los meses de diciembre y enero, mientras que para los veranos su concentración final suele estar en los 35 µg/m3, para los meses de julio y agosto. La siguiente gráfica resume muy bien la tendencia en la variación mensual vista en el gráfico de arriba:
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| Promedio mensual de PM10 en Villanueva del Arzobispo (Elaboración propia) |
Resulta evidente pues que tenemos dos escenarios con niveles elevados de partículas en inmisión, pero la duda ahora sería, ¿quién los produce?. Para intentar aclarar este extremo vamos a utilizar los datos de un segundo contaminante: El Monóxido de Carbono (CO).
Sin extendernos mucho, podemos decir que el CO es un gas carbónico expulsado normalmente por el consumo de combustibles de todo tipo, en una reacción de combustión incompleta que deja el carbono a medio quemar. Este contaminantes es por tanto asociable a incendios, consumos de biomasas, carbón, combustibles fósiles de los denominados “sucios”, etc. Su presencia reiterada suele dar a entender una actividad antropogénica habitual con un proceso de combustión asociado.
En este caso, al sacar la correlación entre CO y partículas PM10 a lo largo de los meses de invierno y verano, lo que nos encontramos es lo siguiente:
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| Correlación entre PM10 y CO en los meses centrales de invierno y verano en Villanueva del Arzobispo (Elaboración propia) |
Los resultados obtenidos confirman dos escenarios muy distintos.
- Un escenario de verano, con concentraciones de partículas que no guardan la más mínima correlación con el CO, y
- Un escenario de invierno con una importante correlación entre ambos contaminantes, que además se mantienen en concentraciones mucho más elevadas que en verano debido a una mayor emisión y a unas condiciones atmosféricas de peor dispersión y degradación de la contaminación.
Esto implica, evidentemente, que los fenómenos que causan la sobre-elevación de los niveles de partículas en invierno y verano son diferentes, y con mucha probabilidad, los niveles más altos de partículas en Villanueva del Arzobispo se generan en invierno por la combustión en algún proceso o actividad de origen antropogénico.
En todo caso, para tener un conocimiento más exacto de la problemática, tendremos que acercar la lupa a las épocas de invierno y verano, para ver qué tipo de fenómenos se nos dan en Villanueva del Arzobispo y cuál es su evolución temporal. Esto nos ayudará a comprender, definir e identificar el problema.
De esta forma, si acercamos la lupa a los meses de invierno y vemos la evolución de las concentraciones horarias de partículas durante los distintos días de la semana, comparándola con la evolución del CO (una vez normalizados los datos de ambos), podemos ver el siguiente resultado:
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| Evolución diaria de las concentraciones de PM10 en relación con el CO en los meses de invierno. (Elaboración propia) |
En la gráfica es sencillo comprobar que se da un mismo patrón en inmisión para los niveles de partículas durante todos los días de la semana, con valores elevados alrededor de las 10:00 am y picos aún más pronunciados a última hora de la tarde / noche, a partir de las 20:00 horas, que es cuando se producen los máximos de partículas, con valores que pueden llegar a sobrepasar fácilmente los 100 µg/m3 de media horaria.
Este patrón que reproducen las partículas, presenta una clara correspondencia además con el CO, tal y como se puede ver en la gráfica de datos normalizados inferior. Dicha correspondencia además, es prácticamente inmediata en el tiempo, lo que viene a confirmar que la fuente mayoritaria es cercana a la propia estación de inmisión, ya que de lo contrario existiría un cierto diferencial debido a la mayor velocidad de difusión del gas (CO) frente a las partículas PM10.
La evolución en horas y a lo largo de los distintos días de la semana, con niveles muy parecidos tanto los días laborales como los festivos, es indicativa además de una actividad diaria no vinculada especialmente a la vida laboral, lo cual nos permite descartar la contribución de actividades fabriles o productivas y/o fenómenos antropogénicos como el tráfico, con un marcado carácter temporal, estando las emisiones vinculadas a actividades que se mantendrían fundamentalmente estables todos los días de la semana (e.g. domésticas y/o de generación eléctrica).
La evolución de estas partículas es muy distinta a la que podemos observar para el periodo de verano, utilizando el mismo graficado de los datos que en el caso anterior, tal y como se puede ver a continuación:
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| Evolución diaria de las concentraciones de PM10 y relación con el CO en los meses de Verano. |
En el caso de periodo veraniego se pueden observar, además de valores claramente inferiores a los detectados en invierno, un patrón de evolución muy distinto al invernal:
- Para empezar los niveles en inmisión más elevados se detectan en las horas centrales del día, asociados a una actividad que es diaria, con un cierto repunte a última hora del día.
- Los niveles parecen estar asociados a algún evento laboral, ya que la distribución varía considerablemente los días festivos, sábados y domingos, y fundamentalmente los domingos, donde los niveles en inmisión caen considerablemente, alcanzando los mínimos de toda la semana de forma recurrente.
- Partículas y CO aparecen prácticamente desacoplados, por lo que no parece que el fenómeno en inmisión pueda ser debido a actividades de combustión con generación de CO (combustión incompleta de biomasas), sino que parece más ligado a fenómenos de re-suspensión o movimiento de tierras, seguramente ligados actividades como el tráfico y/o las actividades agrícolas en época de escasas precipitaciones.
Resulta evidente pues que tenemos dos fenómenos de emisión de partículas en Villanueva del Arzobispo, uno ligado a una combustión, que es el que genera los mayores niveles en inmisión de partículas durante el invierno, y otro ligado a una “emisión pura” de partículas durante el mes de verano, ligado quizás a un fenómeno más de aridez y resuspensión que a cualquier otro fenómeno.
BUSCANDO A LOS CULPABLES INVERNALES.
Ya sabemos cuándo y qué tipo fundamental de fuentes generan los niveles tan elevados de partículas detectados en Villanueva del Arzobispo durante el invierno. Ahora cabe utilizar los datos de meteorología y ubicación que comentábamos en apartados anteriores para intentar detectar quienes son los culpables y en qué situaciones se nos generan los problemas anteriores.Cabe recordar, en este sentido, que en Villanueva del Arzobispo se cuenta con datos de meteorología desde febrero de 2011 y que fue en 2013 cuando se cambió de ubicación la estación de control, pasando de su ubicación original (Estación Control 1), en el centro del municipio, a su ubicación actual (Estación Control 2), en la vertiente norte del mismo, aguas arriba del valle, tal y como se indica en la siguiente ortofoto (fotografía aérea).
En dicha ortofoto se representa también el único punto de emisiones industriales que podría afectar a la población, y que se correspondería con una actividad de extracción de orujo de aceituna, con generación eléctrica con biomasa, inaugurada en septiembre de 2011 por la Orujera San Miguel Arcángel, que trasladaba así su actividad al extrarradio de la población en dirección Nor-noreste. El resto de actividades del entorno del municipio estarán más bien vinculadas a las actividades agrícolas y al tránsito de vehículos particulares e industriales.
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| Vista aérea de la zona de estudio (Villanueva del Arzobispo) - Gentileza de Google Earth. |
Atendiendo a dichas ubicaciones y a los datos disponibles sobre dirección y velocidad de viento, podemos conocer la procedencia de la contaminación y, por lo tanto los potenciales causantes de la misma distinguiendo entre ubicaciones y periodos estacionales en estudio.
De esta forma, para la ubicación primigenia (denominada como Estación Control 1) nos encontramos con el siguiente gráfico, que podemos dividir en dos partes:
- En la parte superior, junto a la ortofoto, representamos la rosa de vientos para el periodo invernal en estudio. En la misma se observa la predominancia de las direcciones del suroeste, alineadas con el valle, si bien se observan también velocidades elevadas, con presencia escasa de calmas para las condiciones invernales previstas, debido probablemente a una ubicación sobreelevada de la estación.
- En la parte inferior se representa un modelo de distribución polar de las concentraciones de PM10 en función de la dirección y velocidad del viento, para cada periodo invernal en estudio, antes del cambio de ubicación. Los gráficos, que incluyen dos periodos invernales completos, expresan la media de concentración de PM10 para cada dirección y velocidad de viento, lo que es de utilidad para detectar fuentes de procedencia de partículas, con independencia a la frecuencia de aparición de la componente meteorológica.
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| Ubicación original: Rosa de vientos (a) y distribución polar de las concentraciones medias de PM10. (Elaboración propia). |
La distribución de la contaminación por PM10 en función de la dirección y velocidad del viento que se ve en las gráficas de la parte inferior, pone de manifiesto que, en su antigua ubicación, los niveles detectados de partículas PM10 eran debidos a la influencia de focos de origen urbano, muy próximos a la estación. Se observa también como existe un área de afección levemente más alejada al suroeste de la estación que se hace patente a velocidades bajas del viento, y que solo puede venir también del casco urbano, probablemente de algún área con mayor densidad de focos de emisión.
Si además de lo anterior, realizamos una estimación de densidades de kernel de la velocidad y dirección del viento, para aquellos días en los que se supera el valor límite diario de partículas, obtendremos una gráfica en la que podremos comprobar qué escenarios de dispersión de partículas deben darse para superar el valor límite:
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| Condiciones de dispersión para las superaciones del VLD de PM10 en la antigua ubicación. (Elaboración propia) |
En la gráfica se observa que, para el periodo en estudio (los dos periodos invernales vistos en la gráfica anterior) se produjeron un total de 74 días de superación del valor límite diario (37 superaciones por invierno), y que las condiciones dadas para producir dichas superaciones eran de velocidades de viento bajas, entre 5 y 8 m/s., consideradas brisas moderadas, en la dirección sur – suroeste, la predominante de los vientos del valle, y coincidente con el área urbana inferior vista en la gráfica anterior, que sería la principal responsable de la superación de dichos valores límite. Hay que considerar en este sentido también el márgen inferior de las velocidades y la dirección predominante del valle, por lo que buena parte de las superaciones detectadas en la gráfica serían también asimilables a situaciones de estancamiento de la contaminación (inversiones térmicas).
En cualqueir caso, cabe destacar que ninguna de las gráficas anteriores permite discernir fuentes de emisión fuera del entorno urbano que pudieran haber contribuido en el pasado a generar superaciones de los valores límite de partículas en inmisión.
Ahora bien, vista la evolución de la ubicación original, cabe preguntarse si este mismo planteamiento se repite para la actual ubicación de la estación, al norte de la población y aguas arriba en el valle, confirmando las fuentes de origen exclusivamente urbano. El histórico en este caso es superior, y la nueva ubicación permitiría confirmar la hipótesis anterior, incluso con argumentos de mayor fundamento.
El hecho de haber movido la estación a uno de los límites del norte de la población, parece haber marcado más la rosa de vientos (parte superior derecha de la siguiente gráfica), trasladando el eje de vientos predominantes más al sur (180º) y marcando más la frecuencia de las velocidades de viento más bajas. El efecto barrera que ejerce además la geografía al norte de la ubicación queda mucho más patente, con frecuencias muy bajas al norte de la ubicación.
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| Ubicación actual: Rosa de vientos (a) y distribución polar de las concentraciones medias de PM10. (Elaboración propia) |
La distribución de la contaminación por PM10 en función de la dirección y velocidad del viento que se ve en las cuatro gráficas de la parte inferior, pone de manifiesto que, también para la nueva ubicación, los niveles detectados de partículas parecen deber su origen a focos de origen urbano, proviniendo del entorno próximo de la estación y para velocidades muy bajas. Marcándose excepcionalmente bien en esta ocasión el entorno de la estación en su totalidad.
Llevando a cabo la misma estimación de densidades que la realizada para la ubicación antigua, podremos ver qué escenarios de dispersión de partículas se dan para aquellos días en los que se supera el valor límite diario de PM10. La siguiente gráfica confirma directamente la hipótesis de una contribución urbana prácticamente en exclusiva, obteniéndose una marcada dirección sur con valores de velocidad de viento de brisa suave – moderada, por debajo de 5 m/s, que confirmarían directamente la acumulación de partículas provinientes del casco urbano.
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| Condiciones de dispersión para las superaciones del VLD de PM10 en la ubicación actual. (Elaboración propia) |
La gráfica no deja lugar a dudas. De los 211 días de superación registrados en todo el periodo de estudio, (algo más de 52 superaciones por periodo invernal), las condiciones de dispersión de las partículas solo permiten asignar la responsabilidad a una fuente de origen urbano, al sur de la estación, que visto el planteamiento realizado hasta el momento, se correspondería en exclusiva con las emisiones de las calderas de biomasa de los hogares de Villanueva del Arzobispo.
Evidentemente, las condiciones de estabilidad atmosférica, y las inversiones térmicas generadas en invierno, no favorecen una adecuada circulación del aire, acumulando los distintos contaminantes, pero no menos cierto es que dicha contaminación procede en su práctica totalidad de una quema desmedida de biomasa en domicilios que excede con mucho las capacidades de asimilación del entorno, y que está generando un claro descenso en la calidad del aire que respiran todos los vecinos de Villanueva del Arzobispo.
La situación es grave, desde el punto de vista del cumplimiento legal, pero mucho más grave desde el punto de vista del perjuicio que para su propia salud se están auto infligiendo los vecinos de Villanueva del Arzobispo. Su evolución además, dista mucho de la mejoría que debería ser exigible de manera urgente, presentando valores medios diarios que suponen una constante superación del valor límite marcado por la normativa y la OMS.
Mis mas sinceros agradecimientos a la Junta de Andalucía por su amabilidad y atención, y por haber proporcionado todos los datos y orientaciones necesarias para este trabajo, así como a D. Jesús de la Rosa, que ha proporcionado el hilo de comunicación perfecto.
Todas las gráficas y estudios de datos se han realizado utilizando software R y Openair ejecutado en base a RStudio. Un lujo de herramientas para la programación estadística y la minería de grandes repositorios de datos.
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