UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS

PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS DEL AGUA EN LA

SUBREGIÓN GRIJALVA-USUMACINTA

VILLAHERMOSA, TABASCO NOVIEMBRE 2011

TESIS DE GRADO

MAESTRÍA EN INGENIERÍA Y PROTECCIÓN AMBIENTAL

PRESENTA

LUIS FERNANDO BROCA MARTÍNEZ

Realidad actual del agua

Escases por

sobrepoblación

Descarga de

aguas residuales crudas sin tratamiento

Uso del suelo

erosión

Consumo excesivo por actividades humanas: industriales, agrícolas,

urbanas

INTRODUCCIÓN

Descargas sin control ni tratamiento, problemas de salud:

Obligan a:

Implementación de redes de monitoreo

Análisis de parámetros fisicoquímicos

Que identifique cuerpos de agua contaminados

Para diseñar planes de prevención y control

Empleando modelos de predicción

Las tendencias espaciales y temporales mostrarán cambios en la calidad

Que servirán como fuente de información y comparación con normas nacionales o internacionales o referencias como rangos y promedios naturales

JUSTIFICACIÓN

MARCO TEÓRICO

PARAMETROS FISICOQUÍMICOS DEL AGUA

La CONAGUA evalúa la calidad del agua midiendo tres indicadores

en mg/L, clasificándola de acuerdo a la tabla siguiente:

La DBO5 mide la cantidad de materia orgánica

biodegradable y la DQO la cantidad total de

materia orgánica, provenientes de aguas

municipales y no municipales. DQO elevada

indica descargas no municipales

Valores elevados de DBO y DQO reducen la

cantidad de oxígeno en el ecosistema,

provocando mortandad y riesgo en la vida

acuática.

PARAMETRO CARACTERÍSTICA

Sólidos

Suspendidos

Materia orgánica e inorgánica. Originadas por aguas

residuales y erosión del suelo. Incrementan la

turbiedad y afectan la vida acuática.

Oxígeno

Disuelto (OD)

Proviene de la atmósfera y fotosíntesis de plantas

acuáticas y algas. Niveles debajo de 5 mg/L

provocan riesgo para la vida acuática.

pH Medida de concentración de iones hidrógenos. Un

intervalo de 6 a 9 brinda protección a la vida

acuática.

Fosfatos Indican presencia de fertilizantes en zonas agrícolas

y detergentes en áreas urbanas. El LMP de 0.1 mg/L

para el control de eutrofización en ríos y arroyos.

MARCO TEÓRICO

PARAMETRO CARACTERÍSTICA

Nitratos Presente en fertilizantes y restos orgánicos. Contribuye a

la eutrofización. El LMP es de 0.2 mg/L para prevenir la

metahemoglobinemia en niños.

Temperatura Valores cercanos a los 40ºC favorecen el desarrollo de

microorganismos y los problemas de sabor, olor,

corrosión y solubilidad

pH Medida de concentración de iones hidrógenos. Un

intervalo de 6 a 9 brinda protección a la vida acuática

Dureza Total Indican las sales disueltas de Ca++ y mg++ que producen

incrustaciones. Se clasifican en blandas,

moderadamente blandas y a partir de 200 ppm muy

duras

MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES

Borbolla-Sala y otros (2003), midieron:

parámetros del agua potable como: color, turbidez, pH, sulfatos, nitratos

, cloruros.

calcularon media estadística, comparando con NOM-127-SSA-1994. Los

resultados indicaron que los parámetros estaban muy por debajo de la

media nacional sugeridos por la Norma.

• En el 2003 buscaron presencia de coliformes fecales, coliformes

totales, salmonella y Vibrio cholerae del agua de lagunas, ríos, pozos,

agua potable y agua purificada en el Estado de Tabasco.

Los resultados, indicaron niveles de coliformes totales y fecales en

algunas muestras de agua de rio y de pozos fuera de norma, y presencia

de Vibrio cholerae, significando un riesgo para la salud de las personas

(Borbolla-Sala et al, 2005).

Muestreo

trimestral

• Nov 87- Dic 90

8 Estaciones

• En 500 km de rio

60 parámet

ros

• Físicos, químicos y biológicos

Resultados:

Cuerpo principal limpio

Parámetros con valores

fuera de la norma

Problemas de

contaminación con efectos

locales

Red de

monitoreo

ANTECEDENTES

Cantidad de agua en una

cuenca

Uso del suelo

Dilución Depuración

Estación del año

Variación del caudal

Estudio de la producción hídrica del río Damas, Xª región en Chile

Conclusión:

Se pudo deducir el

cambio en la

capacidad de

dilución y depuración

de contaminantes

que sufriría el río

durante el ciclo

hidrológico anual

(Debels, 1998).

ANTECEDENTES

En México se emplea el llamado Índice de Calidad del Agua (ICA) que

agrupa de manera ponderada 18 parámetros del agua (León, 1991), y en

el que están la DBO5, DQO, OD, SST, Fosfatos, Nitratos, dureza y pH

entre otros.

Para evaluar la calidad del agua se debe considerar el uso que tendrá

así como los estándares específicos de calidad a emplear:

ANTECEDENTES

Como agua potable

De recreación

Para uso agrícola

Industrial

Vida acuática

DESCRIPCIÓN DEL ÁREA

DE ESTUDIO

Situado en el sureste de la República Mexicana, el estado de Tabasco

se halla entre los 17°15' y 18°39' de latitud norte, y los 91°00' y 94°17'

de longitud oeste. Se divide en 2 grandes regiones, la Región

Coatzacoalcos y la Región del Grijalva-Usumacinta. Ésta última está a

su vez dividida en la cuenca del Río Usumacinta y la cuenca del Rio

Grijalva –Villahermosa

OBJETIVOS

Objetivo general

Determinar y describir la tendencia espacial y temporal de los

parámetros fisicoquímicos del agua medidos en diferentes estaciones

puntuales de las corrientes que integran la subcuenca del Grijalva-

Usumacinta y estudiar su interrelación.

Objetivos particulares

1. Determinar la tendencia espacial.

2. Determinar la tendencia temporal.

3. Describir las tendencias espacial y temporal mediante la aplicación

de modelos estadísticos.

4. Medir el grado de relación entre las variables fisicoquímicas.

Para estudiar la tendencia de los parámetros de calidad del agua

en la región del Grijalva-Usumacinta se obtuvieron los datos

mensuales históricos registrados por la Red Estatal de Monitoreo de

Calidad del Agua en 21 estaciones, para el periodo 1978-2009.

Mediante análisis exploratorio de datos y métodos estadísticos

descriptivos se obtuvieron valores representativos de la región y

medianas anuales para cada parámetro y estación de monitoreo.

Se aplicó la prueba estadística de Mann-Kendall para detección de

tendencia temporal (Gilbert, 1987).

Se aplicaron métodos de suavización exponencial para pronosticar

la serie temporal de las medianas anuales de DQO, OD, SST y pH

(Bowerman, et al., 2007).

METODO

Distribución espacial de las 21 estaciones de monitoreo

Fuente: Galindo et al., 2010

E1E3E4

E7

E8E9

E16

E17

E18

E19

E22

E42

E45

E46

E48

E49

E50

E53

E57

E66

E68

RESULTADOS

Estación Río Estación Río Estación Río

E1 Mezcalapa E17 Usumacinta E48 San Felipe

E3 Grijalva E18 Carrizal E49 Naranjeño

E4 Grijalva E19 Samaria E50 Santana

E7 Teapa E22 Cuxcuchapa E53 Tacotalpa

E8 Puxcatán E42 Usumacinta E57 Chicozapote

E9 Puxtatán E45 Pichucalco E66 Puyacatengo

E16 Usumacinta E46 González E68 Blasillo

RESULTADOS

RESULTADOS

Parámetro N Promedio Mediana Desv. Est. Máximo

DBO5 (mg/L) 3226 5.2 2.5 10.1 244

DQO (mg/L) 3527 41.9 20 91.8 1812

OD (mg/L) 3752 5.679 6.39 2.765 15

SST(mg/L) 3775 81 38 310.1 13332

Fosfatos (mg/L) 2032 0.29 0.11 0.84 25

NitenNit (mg/L) 2603 1.97 0.1 63.14 2880

DurezaTotal

(mg/L) CaCO3 3680 329.06 185 619.25 15250

pH 3781 7.7 7.8 0.57 9.7

Estos valores no reflejan la variabilidad espacial y temporal de los

parámetros.

Valores estadísticos típicos de los diversos parámetros fisicoquímicos

Tendencia espacial observada

Cuenca Región ID de Estaciones

Grijalva

Sierra E53, E45, E66, E7

Centro E18, E1, E4, E3, E17, E19, E22,

E46

Chontalpa E68, E48, E49, E50, E57

Usumacinta

Ríos

E42, E16

Pantanos E8,E9

RESULTADOS

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

0

100

200

300

400

500

600

700

DQ

O (

mg

/L)

TENDENCIA ESPACIAL

POR REGION

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

0

3

6

9

12

15

OD

(m

g/L

)

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

0

500

1,000

1,500

2,000

SS

T (

mg

/L)

TENDENCIA ESPACIAL

POR REGION

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

FOSF

ATO

S (m

g/L)

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Nite

nNit

(mg/

L)

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

0

400

800

1,200

1,600

2,000

2,400

2,800

3,200

3,600

4,000

Dure

zaTo

tal (

mg/

L)

Sierra Centro Chontalpa Rios Pantanos

5

6

7

8

9

10

pH

TENDENCIA ESPACIAL

POR REGION

E53E45

E66E7 E18

E1 E4 E3 E17E19

E22E46

E68E48

E49E50

E57E42

E8 E9 E16

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

DQO

(mg/L

)

TENDENCIA ESPACIAL

POR ESTACIONES

E1 Río Mezcalapa, por

Ria. Ixtacomitán

E22 Río Cuxcuchapa,

sobre Jalpa de

Méndez

E68 Río Blasillo, ejido La

Ceiba

E48 Rio San Felipe, pob.

Gutiérrez Gómez

E49 Rio Naranjeño, pob.

Naranjeño

E50 Río Santana, poblado

El Golpe

E57 Río Chicozapote,

poblado “El Bari”

E53E45

E66E7 E18

E1 E4 E3 E17E19

E22E46

E68E48

E49E50

E57E42

E8 E9 E16

0

3

6

9

12

15

OD (m

g/L)

E53E45

E66E7 E18

E1 E4 E3 E17E19

E22E46

E68E48

E49E50

E57E42

E8 E9 E16

0

150

300

450

600

750

900

1,050

1,200

1,350

1,500

1,650

1,800

1,950

2,100

SST (

mg/L)

TENDENCIA ESPACIAL

POR ESTACIONES

TENDENCIA ESPACIAL

POR ESTACIONES

TENDENCIA TEMPORAL

ANUAL

Años:

1985

1986

1987

1994

1995

Años:

1983

1986

1994

1995

2003

TENDENCIA TEMPORAL

ANUAL

19811986

19871988

19891990

19911992

19931994

19951997

19981999

20002001

20022003

20042005

20062009

AÑO

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

Nite

nNit

mg/

L

TENDENCIA TEMPORAL

ANUAL

TENDENCIA TEMPORAL

POR DECADA

80´s 90´s 00´s

DECADA

0

10

20

30

40

50

60

DB

O5

(mg/

L)

80´s 90´s 00´s

DECADA

0

100

200

300

400

500

600

DQ

O (m

g/L)

80´s 90´s 00´s

DECADA

0

3

6

9

12

15

OD

(mg/

L)

80´s 90´s 00´s

DECADA

0

100

200

300

400

SST

(mg/

L)

TENDENCIA TEMPORAL

POR DECADA

80´s 90´s 00´s

DECADA

0

1

2

3

4

5

FOSF

ATO

S (m

g/L)

80´s 90´s 00´s

DECADA

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Nite

nNit

(mg/

L)

80´s 90´s 00´s

DECADA

0

100

200

300

400

500

600

700

Dur

ezaT

otal

(mg/

L)

80´s 90´s 00´s

DECADA

5

6

7

8

9

10

pH

MODELOS DE PRONOSTICOS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% de e

sta

cio

nes

decreciente

estable

creciente

Los resultados de la prueba de tendencias indicaron que la DQO, el OD y los

fosfatos, no han presentado cambios, estadísticamente significativos, con el

transcurso de los años. El 80% de las estaciones presentó una tendencia

decreciente en los niveles de SST y lo mismo se observa para los nitratos pero

solamente en 60% de éstas. Los parámetros que reflejan una tendencia

creciente son la DBO5 con 40%, pH con 30% y la dureza con 90%.

SUAVIZACION

EXPONENCIAL

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

DQ

O(m

g/L

)

Observados

Pronostico

3

4

5

6

7

8

9

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

OD

(mg

/L)

Observados

Pronostico

Pronóstico para el 2010

16.1 mg/L

Pronóstico para el 2010

6.5 mg/L

MODELOS DE HOLT

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

SS

T (

mg

/L)

Observados

Pronostico

20

70

120

170

220

270

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Dure

za

(mg

/L)

Observados

Pronostico

Pronóstico para el 2010

27 mg/L

Pronóstico para el 2010

175.3 mg/L

CORRELACIÓN ENTRE

VARIABLES

Al llevar a cabo el análisis de correlación bivariado se encontraron algunas

relaciones entre parámetros con un valor de r2 significativo y se obtuvo la ecuación

para cada uno de ellos con un análisis de regresión lineal.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5000 10000 15000 20000 25000

DQ

O m

g/

L

Sólidos Tot. mg/L

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 1000 2000 3000 4000 5000

Co

nd

uctiv

ida

d µ

mh

os/

cm

Dureza total mg/L

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 5000 10000 15000 20000 25000

Co

nd

uct

ivid

ad

µm

hos/c

m

Sólidos Tot. Mg/L

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Co

nd

uct

ivid

ad

µm

ho

s/cm

Cloruros mg/L

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Fo

sfa

tos

mg

/L

Ortofosfatos mg/L

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30

pH

Acidez

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 5000 10000 15000 20000 25000

Du

reza

To

t m

g/

L C

aC

O3

Sólidos tot mg/L

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

S.

T.

mg

/L

Cloruros mg/L

Ecuación

R2

DBO5 = 0.0191ST + 14.705 0.7104 Cond = 5.6104DurezaTot – 500.32 0.7314 Cond = 0.9803SolTot -131.45 0.8267 Cond = 2.751STV + 233.55 0.6256 Cond = 2.1126Cloruros + 467.73 0.897 Fosfatos = 1.0674Ofosfatos + 0.0351 0.888 DurezaTot = 0.1381ST + 142.99 0.8431 DurezaTot = 0.4417STV + 142.93 0.6824 pH = 0.0027(Acidez)2 – 0.1074Acidez + 8.2736 0.6439 ST = 2.8806STV + 89.522 0.7958 ST = 2.0389Cloruros + 444.28 0.801

CORRELACIÓN ENTRE

VARIABLES

CONCLUSIONES

La región de la Chontalpa tiende a registrar los niveles más altos de DBO5, DQO,

fosfatos y dureza total y los valores más bajos de OD, SST y pH.

La DQO frecuentemente rebasa el valor de referencia y califica la calidad del agua

como contaminada; de hecho la mediana se sitúa en 63 mg/L.

Las estaciones E22 y E68, o los ríos cuxcuchapa y blasillo, muestran más

parámetros fuera de los niveles permisibles tanto en DQO como en OD, fosfatos y

dureza, aunque las E50 y E57 o los ríos santana y chicozapote rebasan el límite de

DQO;

Para los fosfatos la E1, E48, E49 y E50 y en cuanto a la dureza, las estaciones E66,

E50 y E57.

Son los años 83,85, 86 y 87; y 94 y 95 los que manifiestan variaciones más altas en

parámetros tales como DBO5, DQO, OD, Fosfatos. El año de 1995 es el que tiene

más valores elevados.

CONCLUSIONES

La DBO5, DQO, OD y pH muestran comportamientos a la alza de la década del 80

al 90 y los demás parámetros a la baja. De la década del 90 al 2000 la mayoría de

los parámetros muestran una reducción en el valor de su mediana.

La prueba de tendencias indicó que la DQO, el OD y los fosfatos se han mantenido

estables, sin cambios estadísticamente significativos.

Los SST y nitratos han tendido a la disminución en la mayoría de las estaciones.

La DBO5 y el pH tendieron al aumento y la dureza en mayor medida. El valor

pronosticado de DQO y SST para el 2010 fue de 16 mg/L y 27 mg/l

respectivamente.

De manera general, se puede considerar que el agua de los ríos del área de

estudio se encuentra en niveles aceptables y sin efectos graves por descargas

residuales tanto urbanas como industriales.

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