“Distribución Estratificada de la Demanda Bioquímica de Oxígeno en la Laguna Alalay

62 Pages·2015·5.26 MB·Spanish

045
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN

VICERECTORADO

Centro de Levantamientos Aeroespaciales

y Aplicaciones SIG para el Desarrollo Sostenible

de los Recursos Naturales

“Distribución Estratificada de la Demanda
Bioquímica de Oxígeno en la Laguna Alalay.
Cochabamba, Bolivia”.

Geóg. Christtofer Johann Nieto Zúñiga
Diciembre, 2014.
““DDiissttrriibbuucciióónn EEssttrraattiiffiiccaaddaa ddee llaa DDeemmaannddaa BBiiooqquuíímmiiccaa
de OOxxííggeennoo eenn llaa LLaagguunnaa AAllaallaayy..
CCoocchhaabbaammbbaa,, BBoolliivviiaa..

Por

Geóg. CChhrriissttttooffeerr JJoohhaannnn NNiieettoo ZZúúññiiggaa..

Asignación Final Individuaall ((TTrraabbaajjoo ddee GGrraaddoo)) pprreesseennttaaddoo aall CCeennttrroo ddee LLeevvaannttaammiieennttooss
AAAeeerrroooeeessspppaaaccciiiaaallleeesss yyy AAApppllliiicccaaaccciiiooonnneeesss SSSIIIGGG pppaaarrraaa eeelll DDDeeesssaaarrrrrrooollllllooo SSSooosssttteeennniiibbbllleee dddeee lllooosss RRReeecccuuurrrsssooosss NNNaaatttuuurrraaallleeesss eeennn
ccuummpplliimmiieennttoo ppaarrcciiaall ddee llooss rreeqquuiissiittooss ppaarraa llaa oobbtteenncciióónn ddeell ggrraaddoo académico ddee Máster en
Ciencias de la Geo - IInnffoorrmmaacciióónn yy OObbsseerrvvaacciión de la Tierra, en la mención en: EEvvaalluuaacciióónn ddee
Recursos Hídricos.

Comité de evaluación del AFI.

Presidente: IInngg.. MMaarrííaa RRené. Sandoval G. M.Sc.
Asesor principal CLAS: LLiicc.. J. Stephan Dalence M, M.Sc.
Asesor secundario o externo: IInngg.. CCaarrllooss EE.. RRoommáánn CC,, MM..SScc..
Examinador 1: IInngg.. MMauricio Auza A., M.Sc.
Examinador 2: IInngg.. NNeellssoonn SSaannaabbrriiaa SS..,, MM..SScc.

CCCeeennntttrrrooo dddeee LLLeeevvvaaannntttaaammmiiieeennntttooosss AAAeeerrroooeeessspppaaaccciiiaaallleeesss yyy AAApppllliiicccaaaccciiiooonnneeesss SSSIIIGGG pppaaarrraaa eeelll DDDeeesssaaarrrrrrooollllllooo SSSooosssttteeennniiibbbllleee
de llooss RReeccuurrssooss NNaattuurraalleess CCoocchhaabbaammbbaa,, BBoolliivviiaa
Aclaración

Este documento describe el trabajo realizado como parte del programa de estudios de Maestría
en el Centro de Levantamientos Aeroespaciales y Aplicaciones SIG para el Desarrollo Sostenible
de los Recursos Naturales. Todos los puntos de vista y opiniones expresadas en el mismo son
responsabilidad exclusiva del autor y no representan necesariamente las del Centro.

Resumen
Se ha constatado que los proceso de descomposición de los altos niveles de materia orgánica
provenientes del río Rocha, La Angostura y el sistema de drenaje pluvial de la zona residencial
circundante generaron un marcado estado de eutrofización de las aguas en la Laguna Alalay;
situación que ha sido favorecida además por una carente política de gestión de desechos vinculada a
las actividades agrícolas, industriales y residenciales de la zona.
Se escoge la Demanda Bioquímica de Oxígeno a los cinco días reacción (DBO ), por ser un
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indicador altamente reconocido, económica y técnicamente viable por el número de muestras
necesarias para determinar la salud del ecosistema. Asimismo, se toma en cuenta la información
recabada por el Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental (CASA), la Unidad de Limnología y
Recursos Acuáticos (ULRA), ejemplos similares desarrollados con anterioridad por el CLAS y la
disponibilidad de modelos matemáticos ajustables al presenta caso de estudio (sistema léntico,
somero y con vegetación interna).
Una vez calculados los procesos que intervienen en el aumento o disminución de los niveles de agua
y aplicado un factor de corrección por día, se determina que los valores de profundidad obtenidos en
la batimetría realizada entre los días 29 de octubre -11 de noviembre del año 2012 van desde los 0
cm a -248.21 cm para la columna de agua (primera profundidad), de 0 a -334.21 cm para la segunda
profundidad (columna de agua más bentos), y espesores de los lodos de entre 0 y 114 cm.
Los valores de DBO resultantes del muestreo (15-11-2012), van desde menores a 2 mgO /L (límite
5 2
inferior detectado por el método de laboratorio), pasando por los 3 mgO /L hasta 1,569 como es el
2
caso de los lodos (debido a su alto contenido de materia orgánica, de aquí en adelante MO).
A nivel vertical, no existe una diferencia mayor a 1 mgO /L entre el estrato superior, ubicado en los
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primeros 30 cm de profundidad, y el segundo (a 150 cm). Caso contrario, las muestras recabadas en
los espacios cercanos al borde presentan un valor menor con respecto a las tomadas en el centro y
cercanías de la cobertura de plantas de totora.
El modelo, compuesto por la ecuación lineal seleccionada, la grilla desarrollada en el programa
Excel para la solución espacial y temporal, y las variables calculadas que alimentan el modelo
numérico, logra simular el comportamiento de la DBO con un error inferior al 17%, una correlación
5
del 84% y una diferencia entre los promedios medidos y calculados de 14%.
Palabras clave: Laguna Alalay, Batimetría, DBO , Modelos Matemáticos, Materia
5
Orgánica, Oxígeno Disuelto, Contaminación, Cochabamba.

i
Al hombre que me mostró el camino hacia el amor a las ciencias,
el valor de la familia,
la importancia del apoyo emocional y espiritual,
y lo valiente que puede llegar a ser un ser humano ante las adversidades,
¡gracias papá!.
ii
Agradecimientos
Gracias infinitas a mi madre y hermano por el apoyo y esfuerzo durante mi ausencia.
A mi hermana, tías, primos y demás familiares por los buenos deseos de superación y crecimiento
personal a la distancia.
A todos mis compañeros de maestría, y muy especialmente a Lizardo Reyna, Miguel A. Cordero,
Alejandra Sosa, Daniela Delgado, Willy Nogales, Andrea Prichard, Raúl Gutiérrez y Nicko
Medinaceli por mostrarme la calidez de sus corazones; y a Carolyn Ordoñez ser mi amiga,
confidente, casera y guía turístico.
A las licenciadas Rosario Montaño M.Sc. y Ana María Romero M.Sc. por su amplio consejo; y al
Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental (CASA), por el apoyo logístico y colaboración para con
el muestreo realizado.
A la Unidad de Prevención y Preservación Ambiental de la Laguna Alalay (Dirección Especial de
Protección de la Madre Tierra de la Honorable Alcaldía Municipal de Cochabamba), por facilitar el
equipo de seguridad, el trasporte dentro de la Laguna y en especial, el recurso humano.
A todo el personal del CLAS por el conocimiento, experiencia y paciencia brindado; y muy
especialmente a la Ing. María Renee Sandoval M.Sc., al Ing. Nelson Sanabria M.Sc. y al Lic.
Stephan Dalence M.Sc. por su don de gentes.
Al Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), y en particular al Ing. Erick V.
Sossa Sánchez por la información meteorológica brindada.
Al Consejo Nacional para Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT), por la ayuda
económica brindada.
Al Ing. Georges Govaere Vicarioli Ph.D. de la Unidad e Ingeniería Marítima, Ríos y Estuarios
(IMARES), del Instituto de Investigaciones en Ingeniería de la Universidad de Costa Rica (INII-
UCR), por todo el tiempo y conocimiento básico en cuanto a modelos hidrodinámicos.
De manera muy especial, a la Ing. Anel Rojas Gonzales por su increíble apoyo y amistad; a Roxana,
Marco y Rully Illanes, así como a Ana Martínez quienes me trataron como parte de su familia.
Finalmente, al Ph. D. Carlos Morera Beita y la Mpr. Teresita Granados Villalobos... sin su
motivación no hubiera dado este gran paso.
iii
Tabla de contenidos

1. Introducción ..................................................................................................................................1
1.1. Justificación ...........................................................................................................................1
1.2. Antecedentes .........................................................................................................................2
2. Objetivos. .......................................................................................................................................4
2.1. Objetivo general. ...................................................................................................................4
2.2. Objetivos específicos. ............................................................................................................4
3. Marco Teórico................................................................................................................................5
3.1. Definición y Clasificación de Ecosistemas Lacustres. ............................................................5
3.2. Batimetría. .............................................................................................................................7
3.2.1. Variaciones y corrección de mediciones. ....................................................................10
3.3. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO ). ..........................................................................12
5
3.3.1. Muestreo de calidad de aguas. ....................................................................................12
3.3.2. Modelamiento matemático. ........................................................................................13
4. Marco Metodológico ...................................................................................................................15
4.1. Caracterización del área de estudio. ...................................................................................15
4.1.1. Caracterización de la dinámica de las aguas. ..............................................................15
4.2. Construcción del Modelo Matemático. ...............................................................................16
4.2.1. Grilla.............................................................................................................................16
4.2.2. Modelo numérico. .......................................................................................................17
4.3. Medición de las profundidades del sistema. .......................................................................17
4.3.1. Corrección de mediciones. ..........................................................................................18
4.3.2. Validación de los resultados. .......................................................................................20
4.3.3. Interpolación de resultados. ........................................................................................20
4.4. Selección lugares de muestre DBO . ...................................................................................20
5
4.5. Resumen del planteamiento metodológico. .......................................................................21
5. Resultados y Discusión ................................................................................................................22
5.1. Condiciones generales del sistema. .....................................................................................22
5.2. Batimetría. ...........................................................................................................................22
5.2.1. Cálculo de ingresos y salidas del sistema. ...................................................................24
5.2.2. Factor de corrección y validación de resultados. ........................................................26
5.2.3. Análisis estadístico y selección método de interpolación. ..........................................28
iv
5.2.4. Discusión resultados de batimetría. ............................................................................ 29
5.3. Modelamiento de la DBO . .................................................................................................. 33
5
5.3.1. Selección lugares de muestreo. ................................................................................... 33
5.3.2. Grilla. ........................................................................................................................... 34
5.3.3. Calibración del modelo. ............................................................................................... 34
5.3.4. Discusión resultados de modelamiento. ..................................................................... 39
6. Conclusiones ................................................................................................................................ 42
7. Referencias Bibliográficas............................................................................................................ 43
Anexos ................................................................................................................................................. 46

v
Lista de figuras
Figura 1: Estructura general por gradiente, de los sistemas lénticos. ................................................... 5
Figura 2: Niveles de O , según estado trófico y profundidad............................................................... 6
2
Figura 3: Relación temperatura – profundidad, según estado trófico. ................................................. 7
Figura 4: Estratificación de la densidad del agua por efecto la temperatura. ....................................... 7
Figura 5: Sensor activo (A), traductor y receptor GPS (B). ................................................................. 8
Figura 6: Ejemplo de ecos falsos.......................................................................................................... 8
Figura 7: Ejemplo de ecos múltiples. ................................................................................................... 9
Figura 8: Ejemplo de errores por sedimentos no consolidados. ........................................................... 9
Figura 9: Ejemplo ruta de navegación para levantamientos batimétricos. ......................................... 10
Figura 10: Variación parámetros bioquímicos con la distancia. ........................................................ 12
Figura 11: Ejemplo de grillas triangulares (A), cuadradas (B) y telescópicas (C). ............................ 14
Figura 12: Discretización en diferencias finitas, malla bidimensional (a) y malla tridimensional (b).
............................................................................................................................................................. 14
Figura 13: Ubicación y distribución componentes del área de estudio. ............................................. 16
Figura 14: Volumen principales ingresos y egresos hídricos laguna Alalay, 1994-1999. ................. 16
Figura 15: Valores N previos y corregidos según tipo de condición. ................................................ 19
Figura 16: Flujograma planteamiento metodológico. ........................................................................ 21
Figura 17: Mapa ubicación y distribución puntos de medición de profundidad. ............................... 23
Figura 18: Mapa área de aporte o espacios tributarios. ...................................................................... 24
Figura 19: Gráfica de ingresos, pérdidas y factor de corrección por día, según Ec. 1. ...................... 26
Figura 20: Profundidad registrados para los días 06 (A), 07 (B), 08 (C) y 09 (D) de noviembre de
2012. .................................................................................................................................................... 27
Figura 21: Correlación variación niveles de profundidad estimada vrs observada. ........................... 28
Figura 22: Gráficas Q-Q plot (A) y p-p plot (B), valores de profundidad corregida. ........................ 29
Figura 23: Mapa valores de profundidad para columna de agua........................................................ 30
Figura 24: Mapa valores de profundidad columna de agua más bentos. ............................................ 31
Figura 25: Mapa valores espesor de lodos o bentos ........................................................................... 32
Figura 26: Puntos seleccionados para muestreo estratificado DBO ................................................. 33
5
Figura 27: Grilla elaborada mediante ArcGIS versus solución numérica en Excel. .......................... 34
Figura 28: Velocidad estimados (A), interpolados (B) y distancia concéntrica. ................................ 35
Figura 29: Valores tiempo de tránsito estimados ............................................................................... 35
Figura 30: Correlación valores DBO medidos vrs modelados. ......................................................... 37
5
Figura 31: Mapa valores de DBO modelada e interpolada. .............................................................. 38
5
Figura 32: Gráfico niveles de DBO históricos, por punto de ingreso y fecha. ................................. 40
5
Figura 33: Niveles históricos de OD a 30 cm de superficie, por punto de muestre y fecha. .............. 41
ANEXO 1, Figura 34: Valores tabulados de radiación solar extraterrestre (MJulio/m2/día), por
hemisferio, latitud y mes del año. ........................................................................................................ 48
ANEXO 2, Figura 35: Grupos hidrológicos del suelo. ...................................................................... 49
ANEXO 3, Figura 36: Números de curva de escorrentía para usos selectos de tierra agrícola,
suburbana y urbana (condiciones antecedentes de humedad II, Ia=0.2*S). ........................................ 49
ANEXO 4, Figura 37: Resultados de Laboratorio muestreo DBO en sistema de sedimentación. ... 50
5

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