Trabajos Finales de Graduación

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Desarrollo de índices para evaluar la calidad del agua de ríos de la vertiente del Pacífico de Guatemala
(Universidad Nacional (Costa Rica), 2024) Gil Rodas de Castillo, Norma Edith; Calvo Brenes, Guillermo
Resumen. Guatemala, posee una población de 17.6 millones de habitantes, de los cuales el 46.2 % residen en la costa sur, denominada como la vertiente del Pacífico. Esta región alberga 18 de los 35 ríos principales. El 68 % de la actividad agrícola en esta zona se basa en monocultivos, como la caña de azúcar y la palma africana. Estos procesos consumen el 77 % de los recursos hídricos disponibles para riego y otras actividades. Siendo devueltos frecuentemente con altos niveles de contaminación, incluyendo fertilizantes e insecticidas. Lo anterior provoca escasez de agua de calidad para las comunidades que habitan en estas áreas. Desafortunadamente, en Guatemala no existe un reglamento específico para evaluar las propiedades físicas, químicas y biológicas de los ríos. Para abordar esta carencia, se llevó a cabo una búsqueda de regulaciones utilizadas en otros países y estas sirvieron de base para escribir una “Normativa propuesta para evaluar la Calidad del Agua de los ríos de Guatemala”. En los años 2018 y 2019, se realizaron muestreos de indicadores de calidad fisicoquímica, microbiológica y biológica del agua en diversos ecosistemas lóticos de la vertiente del Pacífico de Guatemala. También se utilizó el Protocolo de Bioevaluación Rápida (RBP) como índice de control debido a la confiabilidad que presenta el mismo. Durante el 2018, se llevaron a cabo muestreos en seis ríos de la vertiente del Pacífico, siendo estos: Acomé, María Linda, Los Esclavos, Madre Vieja, Sis Ican y Ocosito. Los resultados fueron evaluados con el Índice de Calidad del Agua propuesto por Calvo-Brenes (2019), conocido como ICA-Calvo-TEC. Este índice que utiliza la normativa costarricense, se empleó con el fin de hacer un análisis preliminar de la calidad del agua. Se encontró que la mayoría mostraban niveles de calidad desde la clase 3, 4 y 5, indicando contaminación “moderada”, “severa” y “muy severa” respectivamente. Estos resultados preliminares del año 2018 mostraron poca variabilidad en los niveles de calidad entre los diferentes puntos de muestreo. Para desarrollar un índice, resulto conveniente tener más variables de calidad, partiendo de aguas no contaminadas hasta altamente contaminadas. Es así que para el año 2019 se definieron 10 localidades solamente en tres ríos, siendo estos: Acomé, Los Esclavos y María Linda. En cada uno se eligieron tres lugares, excepto en el Río María Linda, donde se seleccionaron cuatro, debido a las diferencias ambientales y geomorfológicas que afectaban la calidad del agua de los ríos. El análisis de los indicadores de calidad en función del tiempo, sugiere una correlación entre estos y la cantidad de lluvias en cada mes. La excepción a esta relación se dio con la salinidad, conductividad, sólidos disueltos totales, coliformes totales, fecales, y el Protocolo de Bioevaluación Rápida (RBP). En cuanto a los macroinvertebrados acuáticos el 90 % de los sitios de muestreo presentaron una alta diversidad de especies, principalmente en las partes altas de los ríos. En las áreas bajas, se encontró menor diversidad y alta dominancia. De todos los taxones identificados el orden Decapoda presentó el 74.74 %, la clase Insecta el 15.95 % y Gastropoda el 9.09 %. En la clase Insecta los órdenes que presentaron mayor abundancia fueron Hemiptera con un 34.54 % y Ephemeroptera con un 25.02 %. Por la diversidad de especies se considera que el agua de los ríos de la vertiente del Pacífico no está totalmente deteriorada. Con los resultados anteriores y con la Normativa propuesta para evaluar la calidad del agua de los ríos de Guatemala se desarrollaron dos índices: uno fisicoquímico de calidad del agua nombrado como ICA-GT y otro biológico nombrado Biological Monitoring Working Partiy BMWP-GT (por sus siglas en inglés), para uso en toda la república. La evaluación de la calidad del agua utilizando el ICA-GT mostró lo siguiente: el 1.7 % sin contaminación, el 23.3% incipiente, el 43.3 % moderada, el 30 % severa y el 1.7 % contaminación muy severa. Para el BMWP-GT, se propusieron dos índices: BMWP-GT1 y BMWP-GT2, los cuales clasificaron de manera similar los resultados de los muestreos del año 2019 en los tres ríos: 0 % excelente, 3.3 % buena, 13.3 % regular, 46.7 % mala y 36.7 % pésima. Aunque el ICA-GT y el BMWP-GT representaron una correlación elevada, no siempre clasificaron la calidad del agua de la misma manera en términos de color y niveles de clasificación. Esto es debido a las diferencias en las metodologías empleadas y las escalas de clasificación, así como la discrepancia en indicadores de calidad empleados para cada uno de ellos. Es necesario continuar realizando estudios de calidad física, química y biológica, abarcando más ríos y áreas que no estén alteradas por la actividad humana, para seguir avanzando en este tema.
Generación de un modelo de monitoreo de la contaminación atmosférica por metales pesados en zonas de flujo vehicular, basado en las propiedades magnéticas de biomonitores y polvo urbano
(Tecnológico de Costa Rica, 2023) Salazar Rojas, Teresa; Calvo Brenes, Guillermo; Cejudo Ruiz, Fredy Rubén; Gutiérrez Soto, Marco Vinicio
La contaminación atmosférica urbana es uno de los problemas medioambientales más serios a los que se enfrenta la humanidad ante el rápido crecimiento económico y demográfico. Los efectos en la salud asociados a la contaminación atmosférica están relacionados con problemas respiratorios, principalmente correlacionados con la exposición temporal a material particulado (PM, siglas en inglés), especialmente las más finas (PM con diámetro ≤ 2.5 µm), que provocan lesiones cardiopulmonares y difusión sistémica. Entre los diferentes componentes del PM se encuentran los metales pesados (MPs), los cuales son especialmente peligrosos para los seres vivos ya que se bioacumulan, causando importantes efectos negativos sobre el bienestar humano y el medio ambiente. Esta tesis tuvo como objetivo establecer un modelo para predecir las concentraciones de MPs en hojas y polvo de carretera, a través de las mediciones de sus propiedades magnéticas. Para ello, se usó algoritmos de aprendizaje automático, la regresión lineal automática (MLR, siglas en inglés) y de soporte de vectorial automático (SVM, siglas en inglés) para establecer modelos de predicción de MPs basados en las propiedades magnéticas del PM depositado en hojas y polvo de la carretera. Se hizo un muestreo de polvo de carreteras y hojas de dos especies comunes de tipo perenne (Cupressus lusitánica y Casuarina equisetifolia) durante dos años en la Gran Área Metropolitana (GAM) de Costa Rica. Los resultados mostraron tanto en la etapa de entrenamiento como en la de prueba, que las concentraciones de Fe, Cu, Cr, V y Zn fueron bien estimadas por los modelos de predicción SVM, con valores R2 ajustados > 0.7 y las concentraciones de Pb y Ni fueron estimados con menor precisión, con valores R2 ajustados < 0.7. El modelo de SVM que estimó mejor la concentración de MPs a partir de propiedades magnéticas fue el que se obtuvo de las hojas de C. equisetifolia, en comparación con C. lusitanica y el polvo de la carretera, mostrando valores R2 ajustados más altos y error medio absoluto (MAE) y el error medio cuadrático (RMSE), más bajos. Es posible establecer un modelo de SVM en la GAM de Costa Rica para determinar indirectamente la concentración de elementos en material particulado depositado en hojas mediante el uso de propiedades magnéticas, permitiendo disminuir los costos, tiempos y generación de desechos para el monitoreo de MPs en las áreas urbanas.

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