Aplicación tecnológica para la evaluación de la calidad de aguas
Technological application for water quality assessmen
Gámez Pitre Rodrigo, Jiménez Pitre Iris A. y Molina Bolívar Geomar
Resumen
Con el fin de determinar el Índice de Calidad de Aguas Marinas y Estuarinas
para la preservación se Flora y fauna (ICAM
PPFF
) en delta del río Ranchería se realiza
valoración de la naturaleza química, física y biológica y se relaciona con su calidad
en estado natural, los efectos relacionados con las actividades antrópicas tal como lo
dispone la legislación colombiana. Mediante el uso de herramientas informáticas es
frecuente la interpretación de datos de monitoreo de un ecosistema acuático y deter-
minar la calidad del agua. Los índices reducen una gran cantidad de parámetros mo-
nitoreados a una expresión sencilla, el cual es representado por un número, un rango,
una descripción verbal, un símbolo o incluso, un color. El Software ICAME v 1.0
calcula el Índice de calidad de Aguas Marinas y Estuarinas y procesa información
obteniendo resultados de las actividades de monitoreo en campo. Además, genera re-
portes e historiales. El ICAME v 1.0 es diseñado para procesar la información obte-
nida en el proyecto de investigación “Evaluación de moluscos y crustáceos asociados
a raíces sumergidas de Rhizophora mangle Linnaeus, 1753 (Rizophoracea), las va-
riables fisicoquímicas como indicadores de la calidad del agua y los impactos causa-
dos por las actividades antrópicas en el estuario del río Ranchería, La Guajira (Co-
lombia). Además del análisis de datos obtenidos en investigaciones desarrolladas en
la línea de investigación Biodiversidad de ecosistemas estuarinos en La Guajira co-
lombiana.
Palabras clave: Aplicaciones tecnológicas, índice de calidad de agua, aguas marinas
y estuarinas, preservación de fauna y flora.
Abstract
To determine the index of quality of estuarine and marine waters for the preservation
is Flora and fauna (ICAM
PPFF
) in delta of the Rancher river is performed valuation of
the chemical nature, physical and biological and relates to its quality in natural state,
the effects related to the anthropic activities as provided for in the Colombian legisla-
tion. Using computer tools is frequent the interpretation of data for monitoring an
aquatic ecosystem and determine the quality of the water. The indexes reduce a large
number of parameters monitored to a simple expression, which is represented by a
number, a range, a verbal description, a symbol or even a colour. The Software
ECAME v.01 calculates the quality index of estuarine and marine waters and pro-
cesses information getting the results of the monitoring activities in the field. In addi-
tion, generates reports and histories. The ICAME v 1.0 is designed to process the in-
formation obtained in the research project "Evaluation of molluscs and crustaceans
associated with roots submerged Rhizophora mangle Linnaeus, 1753 (Rizophoracea),
physicochemical variables as indicators of the quality of the water and the impacts
caused by anthropic activities in the estuary of the Rancher river, La Guajira (Colom-
bia). In addition to the analysis of data obtained in research developed in the research
line Biodiversity of estuarine ecosystems in the Guajira, Colombia.
Keywords: Technological application, index of water quality, estuarine and marine
waters, preservation of fauna and flora.
Recibido: 31 julio 2019
Aceptado: 15 agosto 2019
Dirección autores:
Universidad de La Guajira, Co-
lombia
Grupo de investigación BIE-
MARC
E-mail / ORCID
rgamez@uniguajira.edu.co
iajimenez@uniguajira.edu.co
https://orcid.org/0000-0002-
8109-7013
gmolina@uniguajira.edu.co
https://orcid.org/0000-0002-
3119-9265
1. INTRODUCCIÓN
Debido al rápido crecimiento de las poblaciones en la actualidad que ha generado impactos
ambientales y que ponen en peligro los recursos naturales; los cuales son necesarios para la
subsistencia de las comunidades costeras, son las afectaciones notorias que se ha venido dando
en los cuerpos de aguas marinas y estuarinas del rio Ranchería en Riohacha (La Guajira), de-
bido a los vertimientos que genera la acción antrópica. No obstante, existe una normatividad
que busca regular y disminuir la contaminación que amenaza los ecosistemas.
Es importante tener en cuenta que una de las actividades más importantes para la gestión del
recurso hídrico marino y estuarinos es el monitoreo periódico de los cuerpos de agua. Esta
actividad permite la detección temprana de cambios en la calidad del recurso. El monitoreo no
es sólo hacer mediciones: se reconoce cada vez más que los datos deben estar disponibles. La
comunicación de los resultados implica una retroalimentación que permite que la información
recopilada sea utilizada en las decisiones de gestión (Burt, Howden y Worrall, 2014).
La Organización de Cooperación de Desarrollo Económico (OECD, por sus siglas en inglés)
ha trabajado en la elaboración y utilización de la información ambiental reunida en indicadores
ambientales y articulada a aspectos económicos y sociales (Polanco, 2006). De acuerdo con la
OECD (2003), los indicadores ambientales tienen dos funciones principales: Reducen el nú-
mero de mediciones y los parámetros que normalmente se requieran para hacer una represen-
tación exacta de una situación y Simplifican el proceso de comunicación de los resultados de
la medición.
Igualmente, la OCDE (2003) define indicador, índice y parámetro de la siguiente manera: In-
dicador: parámetro o valor derivado de parámetros que proporciona información sobre la des-
cripción del estado de un fenómeno/ambiente/área, con un significado que se extiende más allá
de un valor directamente relacionado con un parámetro. Índice: un conjunto de parámetros o
indicadores agregados o ponderados. Y parámetro: una propiedad que se mide o se observa.
Como parte del desarrollo del proyecto “Evaluación de moluscos y crustáceos asociados a
raíces sumergidas de Rhizophora mangle Linnaeus, 1753 (Rhizophoracea), las variables fisi-
coquímicas como indicadores de la calidad del agua y los impactos causados por las activida-
des antrópicas en el estuario del río Ranchería, La Guajira (Colombia), se diseñó del software
ICAME v 1.0 para consolidar protocolos de monitoreo utilizados, los cuales tienen como ob-
jeto la determinación de la calidad de agua para la preservación de flora y fauna.
Con la implementación del software ECAME v 1.0 como herramienta informática para la eva-
luación de la calidad del agua de ecosistemas marinos y estuarinos delta del río Ranchería. El
presente artículo expone un método para determinar y analizar índices de calidad del agua ma-
rinas y estuarinas mediante el uso del ICAME v 1.0 con información obtenida de los parámetros
establecidos por la legislación colombiana en el decreto 1594 de 1984.
2. METODOLOGÍA
Indicador de calidad de Aguas Marinas y Estuarinas.
Este indicador facilita la interpretación de la calidad ecológica de los ecosistemas marinos y
estuarinos, la evaluación del impacto de las actividades antropogénicas y la toma de medidas
de prevención y recuperación para valorar la calidad de las aguas marinas, es decir, su capaci-
dad de soportar la vida marina y los procesos biológicos (Invemar. 2003; Vivas-Aguas, Nar-
váez-Flórez y Espinosa 2010.).
El indicador es un número adimensional que se representa en forma de porcentaje. Así mismo,
se calcula el subíndice para transformar los valores de cada variable a una escala adimensional
de acuerdo a la escala de valoración definida, aplicando la fórmula de la curva de funciona-
miento (índice calculado). Cuando existan valores extremos se recomienda ajustar el subíndice
por exceso o por defecto entre uno y 100, siendo 1 para los valores negativos y 100 para los
valores superiores a 100 (Vivas-Aguas, Obando y Carrillo.2014). Los parámetros fisicoquími-
cos y microbiológicos que intervienen en el cálculo son: Oxígeno Disuelto, Sólidos Suspendi-
dos Totales, Nitratos, Fosfatos, Coliformes Termotolerantes, Hidrocarburos del petróleo, pH y
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO
5
). La ecuación de agregación contempla el producto
ponderado de las variables que componen el ICAM, definida como sigue:
Dónde:
ICAM=[(xOD)
0,16
(xpH)
0,12
(xSST)
0,13
(xDBO)
0,13
(xCTE)
0,14
(xHAT)
0,12
(XNO
3
)
0,09
(XPO
4
)
0,13
]1/wi
𝑥𝑖=Subíndice de calidad de la variable i
𝑤𝑖=Factor de ponderación peso para el subíndice i, según su importancia dentro del ICAM, el cual es ponderado
entre cero y uno
Tabla 1. Variables que conforman el ICAM, unidad de medida, métodos, referencias y
factores de ponderación
Tipo de variable Variable
Unidad de me-
dida
Método Referencia
Factor de ponde-
ración
Fisicoquímicas
pH Unidad Potenciómetro
APHA et al., 2012
(N° 4500 HB)
0,12
Oxígeno disuelto mg/L Membrana permeable
APHA et al., 2012
(N° 4500 OG)
0,16
Solidos suspendidos
totales
mg/L Gravimetría
APHA et al., 2012
(N° 2530 D)
0,13
Fosfatos µg/L Colorimetría
Strickland y Par-
sons, 1972
0,13
Nitratos µg/L Colorimetría
Strickland y Par-
sons, 1972
0,09
DBO
5
mg/L
Incubación directa a 20
°C por 5 días
APHA et al., 2012
(N° 5210 B)
0,13
Microbiológicos
Coliformes Termoto-
lerantes
NMP/100 ml
Fermentación en tubos
múltiples
APHA et al., 2012
(N° 9221)
0,14
Hidrocarburos
Hidrocarburos aromá-
ticos
µg/L
Extracción líquido-lí-
quido con diclorometano
y determinación fluoro-
métrica
Unesco/COI, 1982;
Garay et al., 2003
0,12
Fuente: Vivas-Aguas, y Navarrete-Ramírez, 2014.
La tabla 2 describe la escala de valoración del índice de calidad de agua marinas y
costeras cuyo resultado de la ecuación es un número adimensional que va de cero a 100 y que
representa las distintas categorías de cualidad del agua (óptima, adecuada, aceptable, inade-
cuada y pésima). Además, señala la descripción de las distintas categorías establecidas para tal
fin.
Tabla 2. Escala de valoración del índice de calidad de aguas marinas y costeras
(ICAM
PFF
); escala de calidad, color, categoría y descripción de la categoría
Escala de calidad Color Categoría Descripción de la categoría
Optima 100-90 Calidad excelente del agua
Adecuada 89 – 70 Agua con buenas condiciones para la vida acuática
Aceptable 69 – 50
Agua que conserva buenas condiciones y pocas restricciones
en su uso
Inadecuada 49-25 Agua que presenta muchas restricciones en su uso
Pésima 24-0
Agua con muchas restricciones que no permiten un uso ade-
cuado
Fuente: Vivas-Aguas, 2011
Área de estudio, medición de variables y obtención de datos.
El área de estudio se localiza entre 11°33´y 72°54' (Norte) y 11°33 y 72°53' (Oeste), e incluye
la zona deltaica-estuarina del río Ranchería, al norte limita con el Mar Caribe y el brazo del
Valle de Los cangrejos, por el sur con el resguardo indígena de la media Guajira, con la ciudad
de Riohacha al este y con el oeste la laguna Buenavista. Esta tiene un área de ~332,84 Ha. Se
realizaron diez muestreos entre setiembre (2014) y marzo (2015). En el área se seleccionaron
cinco estaciones: Desembocadura (DB), El Mirador (EM), Villa Fátima (VF), El Pasito (EP) y
Valle de Los Cangrejos (VC).
In situ se midió el pH con un conductimetro (315i WTW 1210 00 11) y oxígeno disuelto (mg/L)
con un oxímetro (315i WTW 2B70 0011). Durante las mediciones in situ, se tomaron muestras
de agua en botellas de vidrio de 1 L de color ámbar previamente esterilizadas, rotuladas y
forradas con papel aluminio y luego se refrigero en una nevera de icopor (~6°C). En los labo-
ratorios del Instituto de Estudios y Aprovechamiento del Agua (INESAG) de la Universidad
de La Guajira se determinó la concentración de nutrientes: amonio (µmgL
-1
), nitrato (µmgL
-1
),
fósforo total (µmgL
-1
), Solidos suspendidos (mg/L), coliformes Termotolerantes (NMP/100) y
DBO
5
(mg/L) siguiendo la metodología establecida por el Ministerio de Salud (1984) y APHA
(1999).
Elaboración del software ECAME v 1.0. Para la elaboración del software ECAME v 1.0,
los resultados obtenidos, son los datos requeridos para el cálculo del ICAM
PFF
, a los cuales se
les verificó que las unidades de medida coincidan con las curvas de función del subíndice.
Luego para el manejo de los datos se se procedió con los pasos que se describen a continua-
ción:
1. Se calculó el subíndice transformando los valores de cada variable a una escala adimen-
sional de acuerdo a la escala de valoración definida, aplicando la fórmula de la curva
de funcionamiento (índice calculado).
2. Se tuvo en cuenta que cuando existan valores extremos (outlier) se ajustó el subíndice
por exceso o por defecto entre uno y 100 (1-100), siendo uno para los valores negativos
y 100 para los valores iguales o superiores a cien.
3. Se aplicó el factor de ponderación de cada subíndice de acuerdo al valor de importancia
de cada variable dentro del ICAM
PFF
.
4. Las ecuaciones de agregación fueron aplicadas y posteriormente, se realizó un prome-
dio geométrico ponderado de las variables que componen el ICAM
PFF
. Y,
5. Se comparó y asignó a cada estación el resultado del ICAM
PFF
obtenido según la escala
descriptiva para determinar el rango de calidad.
Por último, el ICAME V.01, es un software que se diseñó y elaboro para que asista a los
expertos, académicos, servidores públicos y en general a los estudiosos de la calidad de aguas
marinas y estuarinas. Esta herramienta de valoración del recurso hídrico presenta la informa-
ción de manera sencilla, amable y fácilmente entendible. Esta herramienta informática que
facilita el cálculo del índice de calidad de las aguas marinas y estuarinas. Para calcular el
ICAME v 1.0, no debe existir ausencia de datos. Sin embargo, si por alguna razón falta una de
las variables requeridas, la ecuación de agregación permite soportar el cálculo del ICAMME v
1.0 con un mínimo de variables, pero debe tenerse en cuenta que el margen de confianza del
resultado disminuye, así como su representatividad objetiva.
Para utilizar el software ECAME v 1.0 se recomienda utilizar la versión portable A continua-
ción se presentan los pasos para acceder:
1. Ingrese al software portable del ECAME v 1.0. (Figura 1)
Figura 1. Pantalla de inicio del software ECAME V 1.0
1. Seleccione la pestaña ingreso de datos, diligencie los campos disponibles (Aguas Ma-
rinas o Aguas Estuarinas)
2. A continuación, en la siguiente página indica el número de la muestra, el nombre del
lugar y la latitud y longitud.
3. Posteriormente se ingresan los datos a analizar y se presiona el link calcular.
4. Al seleccionar la pestaña “calcular”, automáticamente el software realiza el cálculo del
ICAM
PFF
. Se presenta la escala de calificación, el número de variables ingresadas y el
porcentaje de confiabilidad del cálculo. (figura 2)
Figura 2. Resultado del cálculo del ICAM, a través del software ECAME v 1.0
Como alternativas de manejo del estado de contaminación identificado por el ICAMPFF, se
propone adoptar algunas medidas de seguimiento e investigación descritas en la Tabla 2, para
identificar la causa y la fuente o fuentes del deterioro del agua, de manera que sirva para diseñar
las medidas de reducción o mitigación del impacto sobre el ecosistema que esté siendo afec-
tado.
Análisis estadístico. Una vez obtenidos los datos del ICAM
PFF
con el software ECAME v 1.0,
con el software STATGRAPHIC para Windows 5.1, se realzaron los análisis estadísticos des-
criptivos. Además, se realizó el Análisis de Varianza (ANOVA) previa prueba de bondad de
ajuste de Kolgomorov – Smirnov y posterior a la comprobación de la homogeneidad de va-
rianza a través del test de Levene.
3. RESULTADOS
En la tabla 1 se muestra los valores calculados con el ICAM
PFF
en cada una de las estaciones
de muestreo. De igual manera describe mediante colores la calidad del agua en cada muestreo
en cada sitio. Los indicadores de calidad oscilaron entre aguas con muchas restricciones (0-25)
– Pésimas y las que no permiten un uso adecuado hasta aguas que presentan muchas restriccio-
nes en su uso (25-50) o inadecuadas. Los valores oscilaron desde 11,19 en DB en el mes de
abril de 2015 hasta 45.11 en el mes octubre de 2014 en EM. Los resultados son diferentes a los
obtenidos por Severiche, Barreto y Acevedo (2013) en la Ciénaga Grande de Santa Marta;
cuyos valores oscilaron entre 51-75 y 76 y 100. Los resultados obtenidos son similares a los de
Miravet et al (2009) calculados para la bahía de consta norte de la ciudad La Habana y al sur
de la provincia de La Habana.
La evaluación de la calidad del agua se fundamentó con base en el Decreto 1594 de 1984, en
la cual se establece el uso del agua, criterios de calidad para la destinación del recurso y
reglamentos de los vertidos líquidos. De igual manera, la mencionada norma establece el rango
de las distintas variables para los distintos usos del agua: consumo humano, fines recreativos,
uso agrícola y preservación de flora y fauna. Las concentraciones de las variables fisicoquími-
cas del agua se determinaron siguiendo la metodología por APHA (1992).
Tabla 1. Valores obtenidos con el software ECAME v 1.0 durante el periodo de estudio.
Muestreo DB EM VF CG VC
sep-14
23.06
18.40
25.01
29.38
31.54
oct-14
28.00
33.66
34.26
29.65
27.16
nov-14
16.89
45.11
34.41
18.26
35.85
dic-14
24.54
30.46
27.38
19.28
36.50
ene-15
29.00
28.60
33.35
15.55
22.84
feb-15
36
.53
31.39
32.81
20.46
19.27
mar-15
22.33
29.12
20.40
28.90
26.66
abr-15
11.19
26.10
33.31
23.46
28.12
may-15
26.10
26.07
26.82
26.19
32.67
jun-15
28.54
29.77
30.86
21.78
26.96
jul-15
25.69
25.34
30.09
14.61
15.28
ago-15
18.73
17.96
33.55
14.09
17.31
En Análisis de Varianza (ANOVA) entre las estaciones presenta un valor del F-ratio, que es
igual a 3,46 es el cociente de la estimación entre grupos y la estimación dentro de los grupos.
Puesto que el p-valor del test F (p=0,01) es inferior a 0.05, por lo tanto, hay diferencia estadís-
ticamente significativa entre las medias de las cinco estaciones variables a un nivel de con-
fianza del 95.0% (figura 3). El contraste de la varianza de Levene presenta un valor de 0,35 y
un valor p=0,83 Dado que el menor de los p-valores es superior o igual a 0.05, no hay diferencia
estadísticamente significativa entre las desviaciones típicas para un nivel de confianza del
95.0%. entre las estaciones.
Figura 3. Medias obtenidas representadas en graficas de cajas y bigotes entre las estaciones y el valor del ICAM
PFF
obtenidos en el área de estudio.
La estadística descriptiva entre los muestreos señala que la media es 26,27 y los valores de esta
oscilan entre 20,30 y 30, 54. La desviación típico presente un valor medio de 6,72 con valores
que oscilaron 2,86 y 12,16 (Figura 4).
DB
EM
VF
CG
VC
0 10 20 30 40 50
ICAMPFF
Figura 4. Medias obtenidas representadas en graficas de cajas y bigotes entre los muestreos y el valor del ICAM
PFF
obtenidos en el área de estudio.
4. RECONOCIMIENTO
Reconocimiento a la Universidad de La Guajira.
5. REFERENCIAS
Apha. (1992). Standard methods for examination of water
and wastewater. Gerrnberg.
Burt,T, Howden N. y Worrall. F. (2014). “On the importance
of very long-term water quality records”, Wiley In-
terdisciplinary Reviews: Water, vol. 1, n.º 1, pp.
41-48.
Invemar. 2003. Hoja metodológica: indicador de la calidad
ambiental de las aguas marinas y costeras. Pro-
yecto específico: Formulación y diseño del Sis-
tema de Gestión de Indicadores Ambientales Ma-
rinos y Costeros de Colombia (Sigen). Primera
fase. Instituto de Investigaciones Marinas y Coste-
ras (Invemar), Santa Marta. 64 p.
Ministerio de Salud. (26 de junio de 1984). Decreto 1594 de
1984. Bogotá, Colombia.
Miravet, M. E., Ramírez, O., Montalvo, J., Delgado, Y. y
Perigó, E. (2009). Índice numérico cualitativo
para medir la calidad de las aguas costeras cuba-
nas de uso recreativo. Serie Oceanológica. No.5.
45-56
Organisation for Economic Co-operation and Development,
OECD. 2003. OECD Environmental Indicators:
Development, Measurement and Use, 2003. [En
línea]. Disponible en: http://www.oecd.org/envi-
ronment/indicators-modelling-out-
looks/24993546.pdf.
Polanco, C. (2006). Indicadores ambientales y modelos interna-
cionales para toma de decisiones, Gestion y Ambiente,
vol. 9, n.º 2, pp. 27-41.
Severiche, C., Barreto, J., y Acevedo, R. Efecto de las Lluvias
sobre la Calidad del Agua en La Ciénaga Grande de
Santa Marta, Colombia. Avances Investigación en In-
geniería Vol. 10 - No. 1. 58-67.
Vivas-Aguas, L. J. (2011). Formulación del índice de calidad de
aguas costeras para los países del Proyecto Spincam:
Documento Metodológico. Red de información y datos
del Pacífico Sur para el apoyo a la gestión integrada
del área costera (SPINCAM). Invemar-Programa Ca-
lidad Ambiental Marina, Santa Marta. 42 p.
Vivas-Aguas, L. J., Obando, P.S. y Carrillo, L. (2014). Hoja me-
todológica del indicador. Índice de calidad de aguas
marinas y costeras (ICAM). Versión 1.0. Instituto de
Investigaciones Marinas y Costeras (Invemar) y De-
partamento Administrativo Nacional de Estadística
(DANE), Bogotá. 16 p.
Vivas-Aguas, L. J., Narváez-Flórez, S. y Espinosa, L. (2010).
Calidad de las aguas marinas y costeras del Caribe y
Pacífico colombiano. 55-71. En: Invemar (Ed.). In-
forme del Estado de los Ambientes y Recursos Mari-
nos y Costeros en Colombia: Año 2009. Serie de Pu-
blicaciones Periódicas del Invemar No. 8, Santa Marta.
319 p.
ICAMPFF
Muestreos
0
10
20
30
40
50
0 3 6 9 12 15
