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UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO

DIVISIÓN ACADÉMICA DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

ESTUDIO DE LA TENDENCIA DE PARÁMETROS DE CALIDAD DEL

AGUA EN LAGUNAS URBANAS DE VILLAHERMOSA, TABASCO

TESIS

PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO AMBIENTAL

PRESENTA

LAURA VIRGINIA VALENCIA MÉNDEZ

ASESOR COASESOR

M.I. SERGIO RAMOS HERRERA DR. JOSÉ RAMÓN LAINES CANEPA

VILLAHERMOSA, TABASCO, FEBRERO 2012

1

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 2

2. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 3

3. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 6

4. ÁREA DE ESTUDIO ....................................................................................................................... 7

Localización geográfica ................................................................................................................... 7

Clima ................................................................................................................................................ 9

Suelo ................................................................................................................................................ 9

Hidrografía ...................................................................................................................................... 9

Vegetación y fauna ........................................................................................................................ 10

5. MATERIALES Y MÉTODO ........................................................................................................... 11

6. RESULTADOS ............................................................................................................................. 16

Tendencia espacial .................................................................................................................... 16

Tendencia mensual ................................................................................................................... 19

Tendencia anual ........................................................................................................................ 22

Modelos de pronóstico ............................................................................................................. 28

7. DISCUSIÓN ................................................................................................................................. 31

8. CONCLUSIÓN ............................................................................................................................. 33

9. LITERATURA CITADA .................................................................................................................. 34

10. ANEXOS ..................................................................................................................................... 37

2

1. INTRODUCCIÓN

El crecimiento de la población y el deterioro de la situación ambiental a escala

global aumentará la inestabilidad relacionada con el agua (Vila et. al, 2000),

situación que se agrava considerando que la disponibilidad de agua promedio

anual en el mundo es de aproximadamente 1,386 millones de km3, de los cuales

sólo el 2.5% es agua dulce y de esta cantidad solo el 0.4% está formada por

lagos, ríos, humedad en el suelo y aire, humedales, plantas y animales

(CONAGUA, 2010).

La composición química del agua natural depende de la cantidad de lluvia, el área

de drenaje, la erosión, solubilización e intemperización de los suelos, evaporación

y sedimentación. Debido a la variación diurna de la temperatura y a ciclos

estacionales en los componentes biológicos se presenta estacionalidad en la

composición química de las aguas. La actividad microbiana del fondo es también

un factor que modifica la calidad química. La interface atmósfera-agua representa

un equilibrio de los gases O2, CO2 y N2 a los cuales se agrega en el mundo

industrializado el SO2 (Vila, 2003).

Además de los factores naturales, la urbanización genera aportes excesivos de

nutriente, contaminación térmica, descargas domésticas, fertilizantes, que resultan

en el deterioro de la calidad de las aguas.

En el Estado de Tabasco se han reportado alrededor de 1640 lagunas entre las

cuales predominan las de tipo temporal, localizadas en la cuenca de drenaje del

río Usumacinta. Dentro de las lagunas estudiadas se encuentran las de

Villahermosa, Tabasco, que son someras y propensas a procesos de

envejecimiento (Rodríguez y Benítez, 1994) y cuya calidad del agua se ha

estudiado retrospectivamente aplicando índices de calidad del agua y se ha

comparado su calidad estacionalmente, sin embargo no se ha determinado si

existe tendencia al deterioro, mejora o conservación de la calidad, lo que

constituye el objeto de este estudio.

3

2. ANTECEDENTES

Con base en el informe Anual Internacional del Saneamiento, publicado en el

2008, alrededor de una quinta parte de la población mundial no tiene acceso a

agua libre de contaminantes (ONU, 2008), situación por la que la evaluación de la

calidad del agua ha sido objeto de estudio. Desde 1992 en Estados Unidos se

realiza cada dos años un inventario nacional de calidad del agua en el se evalúan

ríos, lagos y estuarios; se determina si son aptos para sostener diversos usos y se

identifican los principales contaminantes. Se ha encontrado que las escorrentías

de aguas urbanas y agrícolas son la fuente principal de contaminantes (EPA,

2009).

En México, la Red Nacional de Monitoreo evalúa la calidad del agua en función de

tres indicadores: la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), la demanda química

de oxígeno (DQO) y los sólidos suspendidos totales (SST), para los que se ha

establecido criterios de calidad (CONAGUA, 2010). Con base en estas referencias

se determinó que diecinueve cuencas están fuertemente contaminadas con

respecto a algún indicador. En la Región Hidrológica-Administrativa de la Frontera

Sur, en menos del 10% de los sitios de monitoreo, la calidad del agua superficial

se clasificó como contaminada con respecto a la DQO y los SST (CONAGUA,

2010).

Se han realizado estudios concernientes a la calidad del aguas en lagunas del

país utilizando como base el comportamiento de diferentes parámetros

fisicoquímicos y biológicos; entre ellos se determinó la variación estacional del

potencial de hidrógeno (pH), la temperatura del agua y el oxígeno disuelto (OD)

para evaluar la calidad ambiental del sistema (Gutiérrez et al., 2006). También se

han estudiado las posibles implicaciones en el estado trófico debido a los cambios

en el régimen hidrológico por la acumulación de nutrientes como el fósforo,

demostrándose que un lago puede funcionar como fuente de fosforo debido a la

4

carga interna procedente de los sedimentos (De anda y Maniak, 2007, De la lanza

et al., 2008).

Para determinan si un parámetro o una variable que se mide regularmente en el

tiempo está aumentando o disminuyendo, se requiere de un programa de

monitoreo a largo plazo, de más de cinco años de acuerdo a la directiva

2000/60/CE de la unión europea, que integre una o más estaciones de monitoreo

y mida de manera frecuente múltiples parámetros. Alguno de los criterios para

detectar la tendencia temporal son el coeficiente de correlación de Spearman, la

prueba no paramétrica estacional de Kendall y polinomios de segundo orden. El

análisis de la tendencia se ha aplicado en la detección de periodos en los que

parámetros hidrológicos y de calidad del agua han cambiado, por ejemplo, para

determinar el efecto que tienen las presas de agua en la temperatura corriente

debajo de las mismas (Psilovikos et al., 2006) y para estudiar el efecto que una

nueva planta de tratamiento de aguas residuales tendrá en su calidad corriente

abajo (Kauffman et al., 2010).

En el Estado de Tabasco se han realizado algunos estudios para evaluar la

calidad del agua de ríos y corrientes, principalmente mediante la aplicación de

índices de calidad del agua (ICA). Un estudio retrospectivo realizado en diferentes

ríos y lagunas, reveló que la calidad del agua que entra al Estado es aceptable y la

que sale tiene un alto grado de contaminación (Ramos, 2003). Respecto a las

condiciones del agua para uso y consumo humano en el 2003 se analizaron las

condiciones bacteriológicas, de las muestras analizadas de lagunas y ríos, el 71%

estuvo fuera de norma por coliformes totales y el 85% de estos sitios fueron

registrados con valores superiores a la norma para coliformes fecales, además el

32% de los valores resultaron positivos para Vibrio cholerae (Borbolla et al, 2003).

La condición ecológica de la Reserva de la Biosfera Pantanos de Centla fue

evaluada mediante el Índices del Grado de Perturbación, encontrando que el

efecto negativo de la SOD (saturación de oxígeno disuelto) y los PO4-3

(ortofosfatos) se incrementó notoriamente en la máxima inundación; la

conductividad eléctrica aumentó en la temporada de mínima inundación. La

5

evaluación mediante el Índice del Estado Trófico la clasificó como hipereutrófica

con respecto al fosforo total y eutrófica con respecto a la transparencia y clorofila

a, tanto en temporada de mínima y máxima inundación. (Salcedo-Meza et al.,

2011)

En cuanto a lagunas urbanas de la ciudad de Villahermosa, en la laguna El

Espejo, se aplicó un ICA utilizando datos de muestreo del 2003, revelando que la

calidad del agua para la protección de la vida acuática es poco aceptable en la

época de seca, e inaceptable en época de lluvias (García, 2004). Además, esta

laguna fue clasificada como hipereutrófica en un estudio donde se caracterizaron

los niveles de eutrofización de siete lagunas urbanas: clasificándose como

eutrófica la laguna La Aduana y la De Las Ilusiones, como mesotrófica la laguna El

camarón y como Oligotrófica la laguna Encantada, La Pólvora y Tabasco 2000,

durante el periodo 1992-1994, para el cual se utilizaron los parámetros

ambientales de fósforo total, los ortofosfatos y el nitrógeno amoniacal y total

(Rodríguez, 1997).

6

3. OBJETIVOS

IV. 1. Objetivo general

Evaluar la tendencia de la calidad del agua en siete lagunas urbanas de

Villahermosa, Tabasco en el periodo 2005-2010.

IV.2. Objetivo particulares

IV.2.1. Estudiar la tendencia espacial de 10 parámetros de calidad del agua.

IV.2.2. Estudiar la tendencia temporal de 10 parámetros de calidad del

agua.

IV.2.3. Obtener modelos de pronósticos para las series temporales de los

valores mensuales de los diversos parámetros de calidad del agua.

7

4. ÁREA DE ESTUDIO

Localización geográfica

La ciudad de Villahermosa es capital del estado de Tabasco y cabecera municipal

del municipio del Centro, el cual se ubica entre los paralelos 17° 42' de latitud

norte, los meridianos 92° 34' y 93° 16' de longitud oeste (Figura 1). Villahermosa

tiene una altitud media de 10 m sobre el nivel del mar. El municipio del Centro

colinda al norte con los municipios de Nacajuca y Centla, al este con los

municipios de Centla, Macuspana, y Jalapa; al sur con los municipios de Jalapa,

Teapa y el estado de de Chiapas, y al oeste con los municipios de Cunduacán,

Nacajuca y el estado de Chiapas. Las lagunas objeto de estudio y la ubicación de

los sitios de muestreo se muestra en la Tabla 1.

Figura 1. Ciudad de Villahermosa

Este mapa fue elaborado en el Laboratorio de Sistemas de Información Geográfica de la

División Académica de Ciencias Biológicas de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco.

8

Tabla 1. Lagunas urbanas a estudiar

Laguna Superficie (ha)

(Rodríguez, 2002) ID del punto de muestreo

Coordenadas

Vaso Cencali

198.4

1-VC 17°59’38.34’’N 92°56’16.12’’O

2-VC 17°59’30.78’’N 92°56’21.29’’O

Laguna de las Ilusiones

3-I 17°59’53.70’’N 92°56’8.74’’O

4-I 18°00’21.66’’N 92°55’48.03’’O

5-I 18°00’23.16’’N 92°55’34.42’’O

6-I 18°01’16.35’’N 92°55’21.03’’O

7-I 18°00’37.82’’N 92°56’16.67’’O

8-I 18° 0'57.05"N 92°56'19.51"O

Vaso Bonanza

9-VB

18°00’12.21’’N 92°56’0.74’’O

Laguna del Espejo 44.4 10-ES

17°58’46.44’’N 92°58’1.23’’O

11-ES 17°58’56.73’’N 92°57’57.86’’O

Laguna el Camarón 34.9 12-CA 17°59'36.31"N92°53'53.44"O

Laguna la Aduana

14.2

13-AD

17°57’28.14’’N 92°56’39.71’’O

Laguna Encantada

5

14-EN

17°58’54.83’’N 92°54’45.12’’O

Laguna la Pólvora

4.5

15-P 17°58’50.24’’N 92°55’34.55’’O

16-P

17°58’46.72’’N 92°55’31.20’’O

Laguna Loma de caballo

11.8 17-LC 17°59’2.60’’N

93°00’14.81’’O

9

El estudio en la laguna de Las Ilusiones se llevó a cabo tomando en cuenta los

Vasos Cencali y el Vaso Bonanza de forma independiente a la laguna dado que

los vasos reguladores son utilizados para el control de la precipitación y para el

almacenamiento temporal de descargas domésticas (Rodríguez, 2002) por lo

tanto, se espera que la calidad de estos cuerpos lacustres presente condiciones

distintas a las de la laguna en general.

Clima

El clima en la ciudad de Villahermosa es cálido húmedo con abundantes lluvias en

verano, presenta un intervalo de precipitación pluvial de 1,500 a 3,000 mm y la

temperatura del aire promedio oscila entre 24 – 28°C (INEGI, 2005).

Suelo

El 5.74% de la extensión territorial del municipio del Centro está conformado por la

zona urbana, la cual está creciendo sobre suelo del Cuaternario y roca

sedimentaria del Neógeno, en llanura aluvial y llanura aluvial costera inundable;

sobre áreas donde originalmente había suelos denominados Gleysol, Regosol,

Acrisol y Solonchak. (INEGI, 2005).

Hidrografía

La ciudad de Villahermosa está ubicada en la región hidrológica Grijalva-

Usumacinta, en la cuenca del río Grijalva y la en la subcuenca del río Carrizal.

Cuenta con corrientes de agua perennes Mezcalapa, Grijalva y Carrizal. (INEGI).

Las lagunas urbanas de mayor importancia ecológica y recreativa son: El Espejo,

Santa Rita, El Camarón, El Negro, La Aduana, Covadonda, Loma de Caballo,

Encantada, La Pólvora, Tabasco 2000, la Lima y De las Ilusiones, la cual

representa el 51.4% del área lacustre urbana de la ciudad (Rodríguez, 2002).

10

Vegetación y fauna

En el municipio del Centro existen tres Áreas Naturales Protegidas de jurisdicción

Estatal: Las Reservas Ecológicas, Parque Yumká y la Laguna de las Ilusiones que

abarcan una superficie de 1,973.6 ha, y el Parque Ecológico Laguna del Camarón

con 70 ha (Gobierno del Estado de Tabasco). La zona urbana está creciendo

sobre terrenos previamente ocupados por pastizal, agricultura, popal y tular

(INEGI, 2005).

11

5. MATERIALES Y MÉTODO

Para este estudio se utilizó la base de datos de la Red Estatal de Monitoreo,

proporcionada por la Secretaría de Recursos Naturales y Protección al Ambiente

(SERNAPAM). De los 23 parámetros medidos en el periodo agosto 2005 a octubre

de 2010, en las 17 estaciones de monitoreo ubicadas en 7 lagunas urbanas de

Villahermosa, se estudiaron los 10 parámetros más significativos (anexo A) para

determinar la calidad del agua superficial y su tendencia. Algunos parámetros

relevantes no fueron estudiados debido a un alto porcentaje de datos ausentes o

censurados.

Primero se trataron los datos censurados por sustitución simple, utilizando un

medio del límite de detección cuando el número de datos censurados fue menor al

15% del total de los datos medidos por parámetro (McBean y Rovers, 1998).

Posteriormente se inició el estudio de la tendencia espacial y temporal con el

análisis exploratorio de los datos de cada variable. Para estudiar la tendencia

espacial se realizaron diversos gráficos de caja de los parámetros de calidad del

agua por lagunas. Estos gráficos permitieron la visualización de diferentes

estadísticos cómo la mediana (P50), los percentiles 25 y 75, el rango

intercuartílico, estadísticos descriptivos robustos que se ven poco afectados por

los valores atípicos y aconsejables cuando los datos no se ajustan a una

distribución normal. Los gráficos de caja también se utilizaron para estudiar la

tendencia mensual y anual de los diversos parámetros (Pérez, 2004).

Para detectar o probar la tendencia temporal en los parámetros estudiados, se

aplicó la prueba estacional de Kendall, una generalización de la prueba de Mann

Kendall (Gilbert, 1987). La principal ventaja de esta prueba es que las series

temporales no requieren conformarse a ninguna distribución estadística como es

el caso de la mayoría de técnicas y pruebas estadísticas paramétricas que por lo

general basan sus conclusiones en una distribución normal de los datos de partida

o sus residuos. Esta prueba además presenta como ventajas adicionales el que

permite trabajar con datos faltantes, en una proporción razonable con respecto al

12

número total de pasos temporales de la serie, debido a que utiliza magnitudes

relativas y no los valores medidos; se puede aplicar aun con valores medidos por

debajo del límite de detección (siempre dentro de unos márgenes razonables con

respecto al número total de datos de la serie); y admite observaciones múltiples

para un mismo intervalo de tiempo.

Si xil en el valor de la variable para el mes i del año l, el valor del estadístico S i se

calculó para cada uno de los meses, mediante la ecuación [1],

[1] Para i = 1, … , 12

donde nl es el número de datos para el mes I y la función sgn ( xi,l – xi,k), es la

definida mediante la ecuación [2].

[2]

Si Si es positivo indica que las medidas tomadas posteriormente en el tiempo son

mayores que las tomadas en tiempos anteriores y viceversa. La varianza de Si

(VAR(Si)) se calculó mediante una expresión matemática (Ecuación [3]) que

considera valores múltiples en un mismo intervalo de tiempo.

[3]

13

donde gi es el número de valores repetidos y tpi denota las veces que se repite

cada valor para la estación i.

El estadístico S’ se calculó sumando los valores de Si para cada uno de los 12

meses del año (Ecuación [4]) y la varianza de S’ (VAR(S)) como la suma de los

valores de VAR(Si) para los 12 meses del año (Ecuación [5])

[4]

[5]

El estadístico anual Z y los estadísticos Zi para cada uno de los meses i, se

calculan entonces utilizando la ecuación [6] con el correspondiente valor de S i

para Zi y el valor de S para Z.

[6]

La hipótesis nula que se comprobó fue que “no existe tendencia en los parámetros

de calidad del agua en las lagunas urbanas de Villahermosa”, en contraposición

con la hipótesis alternativa, “si existe tendencia”. En los casos dónde el estadístico

Si Zi >1.96 la hipótesis nula se rechazó en favor de la alternativa.

Para modelar la tendencia temporal se aplicaron los métodos estadísticos de

suavización exponencial, cómo los de suavización exponencial simple que

funciona bastante bien para series temporales que no presentan variación

estacional; en los caso en los que se detectaron variación estacional se aplicó el

14

métodos multiplicativo de Holt-Winters, adecuado para series temporales que

exhiben variación estacional constante o decreciente.

Para el método de Holt-Winter se utilizan la ecuación [7, 8 y 9] para la estimación

lT de la media, la estimación bT de la tasa de crecimiento, y la estimación snT del

factor estacional de la serie temporal en el periodo T.

[7]

[8]

[9]

donde , y son constantes de suavización entre 0 y 1, lT-1 son estimaciones en

el periodo T-1 de la media y la tasa de crecimiento, y snT-L es la estimación en el

periodo T-L del factor estacional.

Para realizar un pronóstico puntual en el periodo T para yT+ se utilizó la ecuación

[10]. (Bowerman et al., 2007).

[10]

Dichos modelos permitieron estimar el valor esperado del siguiente bimestre, en el

caso de suavización exponencial, y de los dos bimestres siguientes con el método

de Holt-Winters.

15

Figura 2. Método

Base de datos

Análisis Exploratorio de datos y selección de

parámetros a estudiar

Aplicación de gráficas de caja agrupando los

datos por lagunas (análisis espacial) y

después por meses y por años (análisis

temporal)

Detección de tendencia temporal mediante la

prueba estacional Kendall

Modelación de la tendencia temporal

mediante los métodos de suavización

exponencial o el método multiplicativo de

Holt-Winters

16

6. RESULTADOS

Tendencia espacial

El primer parámetro analizado fue la temperatura (Figura 3a), la cual varió entre

los 33.5 y 21°C en todas las lagunas; La temperatura mediana más baja fue la de

la laguna El Camarón y la más alta fue la del punto de muestreo de la laguna La

Pólvora.

Los valores de pH registrados (Figura 3b) variaron entre 6.3 y 10.5, se

encontraron pocos valores extremos alcalinos en algunas lagunas. La mediana de

las lagunas oscilaron entre 6.93 y 8.42, donde la laguna El Espejo, con una media

de 6.97, presentó la menor dispersión en los datos.

La conductividad (Figura 3c) osciló entre 90 y 1700 µS/cm. La conductividad

mediana más alta fue la de la laguna El Espejo, con un valor de 1000 µS/cm,

incluso su rango intercuartílico fue mayor a todos los demás.

La concentración de OD (Figura 3d) osciló entre 0.025 y 17.01 mg/L; la mediana

más baja fue de 0.03mg/L en la laguna El Espejo y la más alta fue de 8.65mg/L en

la laguna de las Ilusiones.

17

VC I VB ES CA AD EN P LC

Lagunas

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36T

em

ep

era

tura

(°C

)


Lagunas

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

pH


Lagunas

0

200

400

600

800

1200

1400

1600

1800

1000

Co

nd

uctivid

ad

(µ

S/c

m)


Lagunas

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

OD

(m

g/L

)

Figura 3. Tendencia espacial de la temperatura, el pH, la conductividad y el OD

La DBO5 (Figura 4a), osciló entre 36 mg/L, en la laguna El Espejo, a 1.9 mg/L, en

la laguna Encantada. El Vaso Cencali, el Vaso Bonanza y la Laguna El Espejo

registraron valores superiores al límite máximo, de 30 mg/L establecido por la

CONAGUA (2010), el resto observo valores por debajo de dicho límite

La DQO (Figura 4b), se observó entre 8.19 y 169 mg/L, con medianas en todas

las lagunas por debajo de los 100mg/L y valores extremos de hasta 225.35 mg/L.

Sólo las medianas de la laguna Encantada, La Pólvora y Loma de Caballo se

encuentran dentro del rango establecido por la CONAGUA (2010) para ser

consideradas como de calidad aceptable La mediana más alta de la DQO se

registró en la laguna el Espejo (99.8 mg/L).

Los SST (Figura 4c), fueron tan altos como 286 mg/L salvo en algunas ocasiones,

los niveles observados de SST en las diferentes lagunas no rebasaron el valor

a) b)

c) d)

18

límite de 150 mg/L. Sin embargo es claro como estos niveles si difieren entre

lagunas; por ejemplo la laguna La Aduana tiene la mediana más alta y las lagunas

Encantada y Loma de Caballo las más bajas. Así la calidad del agua oscila entre

buena y aceptable. De acuerdo a los Criterios Ecológicos de Calidad del Agua CE-

CCA-001/89, los Fosfatos Totales (Figura 4d), en todas las lagunas estudiadas se

encuentran por encima del límite establecido de 0.025 mg/L para la conservación

de la vida acuática, para prevenir el desarrollo de especies biológicas indeseables

y para controlar la eutroficación acelerada. También se encontró que la variación

de este parámetro es semejante en las lagunas Loma de Caballo, El Espejo, y

Encantada.


Lagunas

0

10

20

40

50

60

70

80

30

DB

O5 (

mg

/L)


Lagunas

0

50

100

150

200

250

300

DQ

O (

mg

/L)


Lagunas

0

50

100

200

250

300

150

SS

T


Lagunas

0

1

2

3

4

5

Fo

so

for

To

tal (m

g/L

)

Figura 4. Tendencia espacial de la DBO5, la DQO, los SST y el fósforo total

a) b)

c) d)

19

Las SAAM (Sustancias Activas al Azul de Metileno), indicadoras de la presencia

de detergentes (Figura 5) oscilaron entre 0.32 y 4.63 y fueron notablemente

mayores en la Laguna El Espejo, con una mediana de 1.83.


Lagunas

0

1

2

3

4

5

SA

AM

Figura 5. Tendencia espacial de las SAAM

Tendencia mensual

La Figura 6a muestra la tendencia mensual de la temperatura del agua en las

lagunas de Villahermosa. Usando como base la mediana, el mes de enero registró

la temperatura más baja (22°C), mientras que los meses de marzo y junio

tendieron a registrar las temperaturas más altas (31°C). Esta variable guarda

cierta relación con el comportamiento de las medias de temperatura ambiental de

la ciudad de Villahermosa.

Los valores medianos del pH (Figura 6b) oscilaron en rangos de alcalinidad y no

presentaron correlación estadísticamente significativa con las medianas de la

temperatura del agua, como se esperaba. El mes de julio mostró la menor

variación en las mediciones, oscilando entre los 7.2 y 7.7 en contraste con el mes

de junio en que el rango fue de 6.7 a 10.

Las medianas mensuales de la conductividad (Figura 6c) mostraron correlación

positiva con la temperatura ambiente media mensual de la ciudad de Villahermosa

(r= 0.76). En el mes de enero se presentó la conductividad más baja en las

20

lagunas, mientras que en mayo, el mes más cálido, se tuvieron las medianas más

altas de conductividad (Margalef, 1983).

La mediana del OD (Figura 6d) más alta se alcanzó en el mes de marzo, mientras

que en el mes de julio las concentraciones de OD registradas no fueron aptas para

la conservación de la vida acuática de acuerdo a la .

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

Te

me

pe

ratu

ra (

°C)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

6

8

9

10

11

7

pH

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Co

nd

uctivid

ad

(µ

S/c

m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

OD

(m

g/L

)

Figura 6.Tendencia temporal de la temperatura, el pH, la conductividad y el OD.

De acuerdo a los resultados de la tendencia espacial (Figura 7), es el mes de julio

dónde la DBO5, la DQO, los SST y el fosforo total tienden a ser más altos y el mes

de diciembre dónde tienden a ser más bajos. Evidentemente se han dado

situaciones donde la DBO5, la DQO y los SST toman valores que clasifican a las

lagunas como contaminadas.

a) b)

c) d)

21

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

10

20

40

50

60

70

80

30

DB

O5 (

mg

/L)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

50

150

200

250

300

100

DQ

O (

mg

/L)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

50

100

200

250

300

150

SS

T

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

1

2

3

4

5

Fo

sfo

ro T

ota

l

Figura 7.Tendencia temporal de la DBO5, DQO, los SST y el fósforo total

El parámetro de Sustancias Activas al Azul de Metileno (Figura 8), no mostró un

patrón mensual definido.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

0

1

2

3

4

5

SA

AM

Figura 8. Tendencia temporal de las SAAM

a) b)

c) d)

22

Tendencia anual

En esta sección se describe el comportamiento anual de todas las lagunas usando

de nuevo la mediana como estadístico representativo.

La Figura 9 muestra la tendencia y variabilidad anual de la temperatura del agua,

el pH, la conductividad y el oxígeno disuelto. A excepción de la conductividad que

tendió a ser mínima en el 2005 y más variable, los otros tres parámetros tendieron

a ser mínimos en el año 2008 y concretamente el pH también observó menos

variabilidad en este año. Aparentemente el pH está tendiendo a la disminución; su

valor mediano en el 2005 fue de 7.95, mientras que al final del periodo de estudio,

en el 2010, fue de 7.66. También la conductividad parece tener una tendencia a

aumentar, por lo menos hasta el 2009, ya que en el 2010 su valor bajó con

relación al anterior.

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

Te

me

pe

ratu

ra (

°C)

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

pH

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Co

nd

uctivid

ad

(µ

S/c

m)

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

10

15

20

25

30

35

5

OD

(m

g/L

)

Figura 9. Tendencia temporal de la temperatura, el pH, la conductividad y el OD.

a) b)

c) d)

23

La DBO5 (Figura 10a) un indicador de presencia de materia orgánica, se mantuvo

frecuentemente por debajo del LMP y muy particularmente en el 2008 y 2010 sus

niveles fueron los más bajos. El comportamiento temporal de la DQO muestra una

tendencia común a mantener el 50% o más de sus niveles por arriba del LMP, con

excepción del 2008, dónde el nivel mediano y alrededor del 25% de los valores

registrados quedaron por debajo de dicho límite. El valor mediano más alto fue de

38.8 y se alcanzo durante el 2008.

Definitivamente los valores de SST no representan un problema. Lo único que se

puede observar de la tendencia temporal es que durante el 2009 los niveles de

SST fueron más variables y la mediana fue la más alta.

Las medianas del Fosforo Total (Figura 10d) no presentaron un patrón claro en su

comportamiento. Es evidente su alta variablidad durante el 2009, medido por su

rango intercuartílico. Las SAAM analizadas (Figura 11) por año tampoco

presentaron un comportamiento con un patrón definido.

Por lo menos visualmente es difícil decidir si los parámetros anteriores han estado

tendiendo a disminuir o aumentar. De ahí la importancia de aplicar la prueba

estadística de Mann-Kendall. Dicha prueba se aplico al comportamiento bimestral

de la concentración, para tomar en cuenta el patrón estacional de los datos.

24

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

10

20

40

50

60

70

80

30

DB

O5 (

mg

L)

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

50

100

150

200

250

300

DQ

O (

mg

/L)

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

50

100

150

200

250

300

SS

T

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

1

2

3

4

5

Fo

sfo

ro T

ota

l

Figura 10.Tendencia temporal de la DBO5, DQO, los SST y el fósforo total

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

0

1

2

3

4

5

SA

AM

Figura 11. Tendencia temporal de las SAAM

a) b)

c) d)

25

De acuerdo a los resultados de la prueba estacional de Kendall la DBO5 mostró

una tendencia a la disminución durante estos seis años de estudio en cuatro de

las cinco puntos de muestreo que pudieron ser analizadas pertenecientes a la

laguna de las Ilusiones, lo cual podrían indicar la reducción de los aportes

nutrientes y de aguas negras a esta laguna. La evidencia estadística indica que la

DQO se ha mantenido estable durante el periodo de estudio, lo mismo que los

SST (Tabla 2).

Tabla 2. Detección de tendencias

Estación Parámetro Z H0

1-VC

Temperatura -0.36 No rechazada

pH -0.64 No rechazada

Conductividad -0.75 No rechazada

Oxigeno disuelto 0.09 No rechazada

Demanda Bioquímica de Oxígeno -2.40 Rechazada

Demanda Química de Oxígeno -0.09 No rechazada

Nitrógeno Amoniacal -0.89 No rechazada

Sustancias Activas al Azul de Metileno

-1.07

No rechazada

3-I

Temperatura 1.69 No rechazada

pH -2.44 Rechazada

Conductividad 0.09 No rechazada

Oxigeno disuelto -0.38 No rechazada

Sólidos Suspendidos Totales -0.85 No rechazada



4-I



Oxigeno disuelto -0.19 No rechazada




Nitrógeno de amoniaco -1.13 No rechazada

Fósforo Total 0.09 No rechazada Sustancias Activas al Azul de Metileno

-1.41

No rechazada

26

Continuación Tabla 3


5-I



Conductividad -0.19 No rechazada

Oxigeno disuelto 2.82 Rechazada


Demanda Bioquímica de Oxígeno -1.32 No rechazada


Fósforo Total -0.19 No rechazada

Sustancias Activas al Azul de Metileno -2.16 Rechazada

6-I




Oxigeno disuelto 0.75 No rechazada

Sólidos Suspendidos Totales 0.38 No rechazada


Demanda Química de Oxígeno 0.00 No rechazada

Nitrógeno Amoniacal 0.00 No rechazada

Fosforo Total 1.32 No rechazada


-2.82

Rechazada

7-I


pH -2.82 Rechazada

Oxigeno Disuelto -1.50 No rechazada




Nitrógeno Amoniacal -2.07 Rechazada

Fósforo Total 0.56 No rechazada Sustancias Activas al Azul de Metileno

-3.382

Rechazada

9-VB


pH 1.43 No rechazada


Oxigeno disuelto 2.09 Rechazada





27

Continuación Tabla 3.


9-VB Fósforo Total -2.09 Rechazada


-3.080

Rechazada

10-ES


pH -2.97 Rechazada


Oxigeno Disuelto -2.64 Rechazada





Nitrógeno Amoniacal 4.07 Rechazada

Fosforo Total -0.99 No rechazada Sustancias Activas al Azul de Metileno

1.87

No rechazada

11-ES


pH -3.52 Rechazada



Sólidos Suspendidos Totales -2.09 Rechazada



Nitrógeno Amoniacal 4.07 Rechazada Fosforo Total

-0.99

No rechazada

15-EN

Temperatura -2.43 Rechazada




Sólidos Suspendidos Totales 1.21 No rechazada

Demanda Bioquímica de Oxígeno 0.77 No rechazada

Demanda Química de Oxígeno 0.44 No rechazada


Fósforo Total -0.99 No rechazada

Sustancias Activas al Azul de Metileno -1.43 No rechazada

28

Modelos de pronóstico

Utilizando los resultados de la prueba estacional de Kendall se determinó utilizar el

método de Holt-Winters para pronosticar el valor bimestral de la DBO5 en la

estación 7-I perteneciente a la laguna de las Ilusiones, dado que este parámetro

mostró tendencia estadística a la disminución (Figura 12). Las constantes de

suavización ( , , y ) obtenidas para tal modelo fueron las siguientes: = 0.486 y

cero para y . Los valores de los factores estacionales optimizados se describen

en el anexo B. Los valores de DBO5 pronosticados para el sexto bimestre de 2010

(diciembre) y el primero del 2011 (febrero) fueron 12.80 y de 9.50 mg/L

respectivamente.

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

DB

O5

(mg

/L)

Observados

Pronostico

Figura 12. Modelo de Holt-Winters de la DBO5 para la estación 3-I

Para la estación 5-I, se utilizo el método de suavización exponencial simple

(Figura 13) para pronosticar los valores bimestrales de SST. El valor pronosticado

para diciembre de 2010 fue de 11.64 mg/L. En este tipo de modelos, no es muy

conveniente realizar pronósticos más allá de un solo bimestre, ya que tienden a

mantener el pronóstico para tiempos mayores. Las constantes de suavización ( )

obtenidas para tal modelo fue igual a 0.4806.

Bimestre

29

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

SS

T

Observados

Pronostico

Figura 13. Modelo de suavización exponencial de los SST para la estación 5-I

En la estación 6-I también se aplicó el método de suavización exponencial simple

(Figura 14) para pronosticar los valores de la DQO para diciembre de 2010,

resultado de 37.30 mg/L. La constante de suavización ( ) obtenida para tal modelo

fue de 0.6938.

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

DQ

O (m

g/L

)

Observados

Pronostico

Figura 14. Modelo de suavización exponencial de la DQO para la estación 6-I

Por último, en la estación 7-I, se modelaron los SST con el método de Holt-Winters

(Figura 15), para pronosticar el último bimestre de 2010 y el primer bimestre de

2011, resultando de 3.97 y 7.59 mg/L respectivamente. El valor de fue 0.489 y

los valores de y fueron cero. Cabe mencionar que aunque el modelo contempla

los valores de y como cero, no implica que se esté modelando como

Bimestre

Bimestre

30

suavización dado que se utilizan factores estacionales que contemplan el factor

estacional de la serie de datos. Estos factores se describen en el anexo C.

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

SS

T (

mg

/L)

Observados

Pronostico

Figura 15. Modelo de Holt-Winters de los SST para la estación 7-I

Bimestre

31

7. DISCUSIÓN

Aunque la DBO5 y la DQO son parámetros indicadores de materia orgánica e

inorgánica presente en los cuerpos de agua, la DBO5 en todas las lagunas se

considera de calidad aceptable, en cambio la DQO en la Laguna de las Ilusiones,

El Espejo, El Camarón y La Aduana, se encontró por encima del límite máximo de

40mg/L establecido por la CONAGUA para que las lagunas sean consideradas

como de calidad aceptable debido probablemente a la presencia de cantidades

significativas de materia orgánica resistente (Roldan y Ramírez, 2008).

Tanto en este estudio, como el realizado por Rodríguez et al. (1995), se encontró

la mediana más altas de fósforo total en la laguna El Espejo, Rodríguez reportó

una concentración media de 3.83 mg/L en el periodo 1992-1994, y en el periodo

2005-2010 se encontró una concentración mediana de 3.027mg/L. Las

concentraciones más bajas encontradas de este parámetro en ambos estudios,

también coinciden, siendo éstas las lagunas La Encantada, La Pólvora, ambas con

medianas de 0.117 mg/L que guardan relación con asentamiento de tipo

residencial.

Dado que en la laguna El Espejo se presentan concentraciones de OD casi nulas

(con una mediana de 0.03mg/L) , se puede considerar como un medio anaerobio,

en el que la descomposición de la materia tiene como productos: metano,

amoníaco, sulfuro de hidrógeno (Pesson, 1979) por lo cual, podría presentar

condiciones tóxicas.

Puede concluirse que no necesariamente la calidad de las lagunas urbanas de

Villahermosa depende de lo cerca que estén de la zona urbana dado que la

laguna La Encantada y la Pólvora están completamente rodeadas por área urbana

y en general no presentan problemas de contaminación como se presentan en las

lagunas El Camarón y El Espejo. La calidad de éstos cuerpos lacustres pudiera

depender más bien de la forma en que son manejadas las aguas residuales y los

residuos sólidos generados alrededor de estos. Cabe mencionar que la calidad del

agua no solo difiere entre lagunas, como lo incicó Padrón (2004), que menciona

32

que la calidad del agua en la laguna de las Ilusiones presentó tendencia espacial,

siendo la zona hotelera la que presentó la peor calidad.

En cuanto a la tendencia temporal, Salcedo-Meza et al. (2011), reportó que el

efecto negativo de la SOD y los PO4 se incrementaron en la máxima inundación

en Pantanos de Centla, pero en las lagunas urbanas estudiadas, los efectos

negativos en los parámetros OD, fósforo total no se presentaron en los meses de

máxima precipitación promedio, si no en el mes de julio, en el cual se inicia la

temporada de lluvias. En cuanto al mes menos lluvioso, precedió al mes en el

cual se alcanzaron los niveles más altos (mediana de 500μS/cm) en la

conductividad (mayo).

La mayoría de los parámetros mostraron relación con las medianas de

temperatura y precipitación de la ciudad debido probablemente a los aportes

causados por los escurrimientos hacia las lagunas.

Con respecto a la variación anual, en general no se encontraron patrones

definidos en los parámetros. Tampoco se observó un comportamiento atípico en el

año 2007, donde hubo inundación, pero si en el año 2008 en parámetros como la

conductividad y la DBO5, posiblemente debido a que estos podrían haberse vistos

afectados por el fenómenos ocurrido en el mes de octubre del 2008.

En cuanto a los modelos de pronósticos, sólo cuatro series de datos se ajustaron a

los modelos propuestos, debido a que los datos se encontraban muy dispersos.

La prueba estacional de Kendall aplicada a las 2 estaciones de la laguna El Espejo

mostró que las condiciones del cuerpo lagunar continúa en condiciones

desfavorables como lo señalan García (2004) y Rodríguez (1997) al encontrarse

tendencia en la disminución del pH y aumento en el nitrógeno amoniacal.

33

8. CONCLUSIÓN

La laguna El Espejo presentó las condiciones más desfavorables al presentar las

medianas más altas de conductividad, DBO5, DQO, fosforo total, SAAM

(1000μS/cm, 19 mg/L, 99 mg/L, 3.03 mg/L y 1.83mg/L respectivamente) y la

menor concentración de oxígeno disuelto. En contraste, la laguna la Encantada

mostró las medianas más bajoa de DBO5, DQO y SST (2.56 mg/L, 17.1 mg/L y 12

mg/L respectivamente).

Con el análisis temporal se encontró que en el mes de julio se presentaron las

condiciones más críticas, encontrándose las medianas más bajas de OD

(2.64 mg/L) y las medianas más altas de DBO5, DQO, SST, fosforo total y SAAM

(21.08 mg/L, 89.19 mg/L, 0.96 mg/L y 0.69 mg/L respectivamente), mientras que

en el mes de diciembre se hallaron las medianas más bajas en la DBO5, DQO,

SST y fosforo total (5.07 mg/L, 16.9 mg/L, 12 mg/L y 0.12 mg/L respectivamente).

En el análisis de la variación anual se encontró que en el año 2008 las medianas

de temperatura del agua, pH, OD, DBO5, y DQO (29°C, 7.09, 4.38 mg/L,

5.42 mg/L y 38.1 mg/L respetivamente) fueron las más bajas mientras que en el

2009 las medianas de temperatura del agua, conductividad, DQO, SST y fosforo

total (30°C, 367.5 mg/L, 62.90 mg/L, 29 mg/L y 0.34 mg/L respectivamente) fueron

las más altas.

La prueba estacional de Kendall mostró una tendencia a la disminución de la

DBO5 en cuatro de las cinco estaciones de la laguna de las Ilusiones, indicando

reducción de los aportes nutrientes y de aguas negras a esta laguna; sin embargo

la DQO sigue en niveles altos. Los SST no son un problema representativo para la

calidad del agua en las lagunas. Los pronósticos de DBO5 y SST realizados

simulan bastante bien el patrón que presentan las series de datos.

34

9. LITERATURA CITADA

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de diciembre de 2011.

http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/encuen/cireli.pdf

37

10. ANEXOS

Tabla A. Parámetros analizados y métodos de determinación

Parámetro Norma Nombre

Temperatura del agua

NMX-AA-007-SCFI-2000

Análisis de agua - Determinación de la temperatura en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (Cancela a la NMX-AA-007-1980)

pH NMX-AA-008-SCFI-2000 NMX-AA-036-SCFI-2001

Análisis de agua - Determinación del pH - método de prueba (cancela a la nmx-aa-008-1980) Análisis de agua - determinación de acidez y alcalinidad en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (Cancela a la NMX-AA-036-1980)

Conductividad NMX-AA-093-SCFI-2000

Análisis de agua - Determinación de la conductividad electrolítica – Método de prueba

O.D. NMX-AA-012-SCFI-2001

Análisis de agua - determinación de Oxígeno Disuelto en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (cancela a la NMX-AA-012-1980)

S.S.T NMX-AA-034-SCFI-2001

Análisis de agua - determinación de sólidos sedimentables en aguas naturales, residuales y residuales tratadas – método de prueba (cancela a la NMX-AA-004-1977)

DBO5 NMX-AA-028-SCFI-2001

Análisis de agua - determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno en aguas naturales, residuales (DBO5) y residuales tratadas - método de prueba (Cancela a la NMX-AA-028-1981)

DQO NMX-AA-030-SCFI-2001

Análisis de agua - determinación de la Demanda Química de Oxígeno en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (cancela A la NMX-AA-030-1981)

Nitrógeno amoniacal

NMX-AA-026-SCFI-2001

Análisis de agua - determinación de nitrógeno total kjeldahl en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (cancela a La NMX-AA-026-1980)

38

Continuación Tabla A. Parámetros analizados y métodos de determinación.

Parámetro Norma Nombre

Fosforo total NMX-AA-029-SCFI-2001

Análisis de aguas - determinación de fósforo total en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba (cancela a la NMX-AA-029-1981)

S.A.A.M. NMX-AA-039-SCFI-2001

Análisis de aguas - determinación de sustancias activas al azul de metileno (SAAM) en aguas naturales, potables, residuales y residuales tratadas - método de prueba (cancela a la NMX-AA-039-1980)

Tabla B. Datos del método de Wolt-Winters de la DBO5 en la estación 3-I

Variable Factor

0.615

0.0

0.0

SSE 296.325

Factores estacionales

febrero 0.70

abril 0.85

junio 0.71

agosto 1.00

octubre 0.73

diciembre 0.70

nivel, l 16.77

tasa de crecimiento, b

-0.543

39

Tabla C. Datos del método de Holt-Winters de los SST en la estación 7-I.

Variable Factor

0.489

0

0

SSE 1895.0227

Factores estacionales

febrero 0.50

abril 0.67

junio 1.00

agosto 0.51

octubre 0.51

diciembre 0.48

nivel, l 30.00 tasa de crecimiento, b

-0.8664

40

Tabla D. Escalas de clasificación de la calidad del agua (CONAGUA,

2010)

universidad juÁrez autÓnoma de tabasco virginia.pdf · en el estado de tabasco se han reportado...

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