1 Ciencia y Tecnología al servicio del pueblo
Análisis Multitemporal Índice Calidad Del Agua (ICA)
Cuenca Río Portoviejo
Sadoth Bravo-Rodriguez
Ponticia Universidad Católica del Ecuador Sede Manabí, Portoviejo, Ecuador
Resumen
En el Índice de Calidad de Agua (ICA) logra integrar parámetros tanto físicos, químicos y
bacteriológicos del agua en un mismo modelo de ecuación que logra de esta forma establecer
la calidad de agua en determinado tiempo de un espacio en específico, el propósito de analizar
el espacio temporal del ICA en la cuenca del rio Portoviejo por medio de la metodología del
ICA-NSF permitió visualizar los índice de calidad en el espacio y tiempo entre los periodos de
años 2017 al 2019 de los nueve puntos de monitoreo facilitados por el departamento de ges-
tión de calidad del agua, seccionados en las partes de la cuenca que son: cuenca alta , cuenca
media y cuenca baja del rio Portoviejo en parámetros físicos, químicos y bacteriológicos, los
resultados producto de las ecuaciones aplicadas en cada uno de los parámetros establecidos
por el ICA-NFS y representados a través de los programas RStudio y ARCGIS . Los valores
de índice de calidad obtenidos en esta investigación están influenciados según la manera en la
que se ordenaron los datos bases, ya los modelos más generales con datos según el lugar de la
cuenca se obtienen valores normales y muy similares, mientras que en los modelos más espe-
cíficos como punto de monitoreo existe una mayor variación, en lugares como Correagua hay
una ICA baja, mientras que en lugares como Poza Honda el ICA es normal. Los parámetros
que resaltan en la cuenca estudiada son los sólidos totales disueltos, los coliformes fecales y
la turbidez.
Palabras claves: calidad del agua, cuenca hidrográfica, índice ICA –NSF, variabilidad
Abstract
In the Water Quality Index (ICA) it manages to integrate both physical, chemical and
bacteriological parameters in the same equation model that thus manages to establish the
water quality in a specific time and space, the purpose of analyzing the temporal space of
the ICA in the Portoviejo river basin by means of the ICA-NSF methodology allowed to
visualize the ICA between the periods of years 2017 to 2019 of the nine monitoring points
provided by the water quality management department, sectioned in the parts of the basin,
upper basin, middle basin and lower basin of the Portoviejo river in physical, chemical and
Recibido: 21 de abril 2020 – revision aceptada: 21 de marzo de 2022
Correspondiente a la autora: ing.sadoth@gmail.com
9(1): 1-9. enero-abril 2022
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bacteriological parameters, the results of the equations applied in each of the parameters
established by the ICA-NFS and represented through the RStudio programs and ARCGIS.
e quality index values obtained in this research are influenced according to the way in
which the data were ordered, the more general models with data according to the place of the
basin obtain normal and similar values, while in the more specific models such as Monitoring
point there is a greater variation, in places like Correagua there is a low ICA, while in places
like Poza Honda the ICA is medium. e parameters that stand out in the ICAs and violation
of the norm in the basin are total dissolved solids, fecal coliforms and turbidity.
Keywords: water quality, Watershed, , ICA –NSF Index, variability
Introducción
Los países en desarrollo cuentan con que el
90% de sus aguas residuales se desvían sin
tratamiento a cuerpos de agua donde sus
fuentes de suministro están contaminadas.
(Langergraber y Muellegger, 2005). La
Cuenca MA-02 tiene una superficie total
de 2149 km2 se compone del río Portoviejo
y varios ríos más independientes que
desembocan al mar y sus afluentes mismo que
está separado del río Daule por una elevación
de 480 m en el origen y su origen se encuentra
al oeste de los Andes en San Sebastián. La
escorrentía promedio anual producida en la
cuenca del río Portoviejo es de 777hm y está
estructurada por los cantones: 24 de Mayo,
Montecristi, Rocafuerte, Santa Ana, Jipijapa,
Sucre, Pichincha y Portoviejo (SENAGUA,
PGIRH Portoviejo, 2016).
Se planteó la hipótesis: ¿Es posible evaluar la
calidad del agua del río Portoviejo mediante
el uso del ICA-NSF?, ¿El método ICA-NSF
permite identificar los factores contaminantes
de cada punto de monitoreo?
La presente investigación utilizará el método
de ICA-NSF, método que brinda una
clasificación específica del índice y se puede
obtener mediante dos diferentes métodos:
método aritmético ponderado y método
multiplicativo ponderado. (Poonam et. al.,
2013)
El objetivo del presente estudio es evaluar
temporal y espacialmente la calidad del agua
en el río Portoviejo mediante índice de calidad
del agua ICA-NSF, a través de sistematizar,
homogenizar la información existente de
análisis de calidad del agua para aplicar el
cálculo y metodología índice calidad del
agua ICA ponderando los resultados con la
normativa ambiental vigente.
Metodología
Los materiales están enmarcados en dos
tiempos, primero los materiales de campo
utilizados y posteriormente los de gabinete
o sistematización de información; Debido
como base para la determinar el ICA-NSF
de la cuenca del rio Portoviejo se tomará
el registro histórico del 2017-2019 de los
análisis del agua proporcionado por la
“Demarcación Hidrográfica de Manabí” por
el departamento de Gestión de Calidad del
Agua, además se efectuó a la fecha de octubre
del 2021 acorde a la red de monitoreo
establecida a nueve análisis puntuales
realizados por el laboratorio de calidad de agua
de la Dirección Zonal Manabí del Ministerio
Ambiente y Agua, con efecto comparativo
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requiriendo equipos y materiales tanto de
campo como de laboratorio.
La presente investigación contempla tres fases
que corresponde: a) Homogenización de los
datos, b) Cálculo del ICA c) presentación
estadístico y ponderado de resultados. El
método propuesto por Brown es una versión
que tiene una variación con respecto del
"WQI" conocido en español cómo índice
de calidad de agua “ICA” desarrollado por
los Institutos Nacionales de Salud de EE.
UU desarrollado para comparar ríos en todo
el país. Este método es muy utilizado en la
actualidad (NSF, 2006)
De manera general el ICA-NSF se puede
clasificar en los parámetros a calcular, mismos
que son: pH, variación de temperatura,
oxígeno disuelto (OD), turbidez, sólidos
disueltos totales (SDT), turbidez; parámetros
químicos en laboratorio de DBO, fosfatos,
nitratos y los coliformes fecales. (Calvo-
Brenes G., 2013; Coelho, 2010; Flores J.,
2013; Dukhovny, 2005; Pedraza, 2016).
El ICA propuesto por la NSF se puede
determinar por medio de 2 métodos que se
basan en técnica similar donde se ponderan los
pesos específicos de 9 parámetros específicos
y se procede a calcular el índice mediante
las fórmulas aplicadas. El primer método se
puede determinar mediante la suma lineal
ponderada, misma que se representa con la
fórmula (1), el segundo método se basa en
una función ponderada multiplicativa y está
representada por la fórmula (2).
En base a la escala de 0 a 100 se determina
índice y la calidad del agua debido que
los cuerpos de agua con un índice que es
superior a 90 es apta para cualquier contacto
directo con ella, los cuerpos de agua con
una categoría ICA "media" generalmente
tienen menos diversidad de vida acuática y,
a menudo, tienen un crecimiento de algas,
mientras que los cuerpos de agua clasificadas
con un índice "malo" pueden absorber
niveles bajos de biodiversidad acuática y
es probable que encuentren problemas de
contaminación , Por último los cuerpos
de agua que se clasifican con un ICA
como "Muy Mala" solo pueden soportar
un número limitado de vida acuática y no
se consideran aceptables para actividades
relacionadas con el agua ; los pesos asignados
ICA-NSF corresponde, STD 0.08, NO3
0.10, DBO 0.10, PH 0.12, PO4 0.17, OD
0.10,Turbiedad 0.08, FC 0.15, ∆T 0.10
Los pesos específicos asignados corresponden
a la aplicación del ICA-NSF el cual según
Cuaspud Patiño & Paredes Sánchez
(2017) afirman que los sub-indicadores qⅈ
que muestran ciertos valores pueden ser
considerados como referenciales.
Resultados
La red de monitoreo o puntos de muestras
para los análisis de calidad del agua se acogió
los proporcionados por la Ex Secretaria
del agua, autoridad única del agua que
corresponden a las unidades hídricas de
mineral, pata de pájaro, embalse poza honda,
Honorato Vásquez, Ayacucho, Lodana,
Picoza, Rio Chico y Correagua, debido a
que corresponden a la ubicación espacial
estratégica inmerso en la cuenca alta, media
y baja del rio Portoviejo obteniendo una
integralidad de los resultados.
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Para la aplicación del ICA – NSF se
determinaron varios factores de fracción de
los datos históricos, por lo que se realizó la
determinación del ICA aritmético e ICA
multiplicado según: Años, partes de la
cuenca, estación o época del año, puntos de
monitoreo y parámetros fisicoquímicos.
Se fraccionó la información según los años
2017, 2018, 2019 y 2021 obteniendo como
resultados ICA_ a índices de 68 periodo
2017, 69 periodo 2017, 68 periodo 2019, 70
periodo 2021; ICA_m 52 periodo 2017, 61
periodo 2018, 52 periodo 2019 y 62 periodo
2021; se fraccionó por cuenca hidrográfica
cuenca alta, media y baja resultando ICA_a
73 cuenca alta , 66 cuenca media , 61 cuenca
baja ; ICA_m 63 cuenca alta , 51 cuenca
media y 49 cuenca baja.
Los resultados obtenidos para época invernal
y verano corresponde ICA_ a 69 época
lluviosa, 59 época seca , ICA_m 59 época
lluviosa , 53 época seca; Los datos según los
9 puntos de monitoreo de donde se recolectó
información con base a la red indicada
corresponde índice ICA_a mineral 72,
pata pájaro 71, poza honda 76, Honorato
Vásquez 72, Ayacucho 72, Lodana 67 , Rio
Chico 66, Picoazá 61, correagua 63, para
método multiplicado los índices ICA_m
los resultados mineral 60, pata pájaro 56,
poza. Por parámetros fisicoquímico en esta
sección se ajustaron los datos de los valores
asignados con base a la escala 0 a 100 para
poder obtener los valores de ICA de cada
parámetro unitario, en cada punto de
monitoreo resultando la siguiente tabla.
Figura 1. Mapa de resultados ICA_a ,
ICA_m de la cuenca del río Portoviejo
Tabla 1. Resultados ICAs por parámetro analizado
Lugar
Poza
Honda
Mineral
P.Pajaro
Vásquez
Ayacucho
Lodana
R.Chico
Picoazá
Corre Agua
OD 98 98 98 98 98 98 98 98 98
TURBIDEZ 77 26 528 35 62 526 21
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STD 84 83 24 84 84 20 57 35 20
pH 91 92 91 92 93 90 92 93 92
T. ºC 91 90 90 90 90 90 90 90 90
N03 83 86 84 83 79 85 83 63 74
PO4 77 71 64 68 73 62 52 54 63
C.F 17 13 24 23 16 17 17 12 12
DBO 78 87 87 78 76 69 79 58 71
A partir de modelos estadísticos se determinó
la correlación de Pearson en conjunto con
la correlación de Spearman definida en la
fórmula. (Butler C, 1958). Los resultados
de correlación por cada punto de monitoreo
estimando la concordancia entre la cuenca
alta media y baja excepto la correlación de
los resultados de poza honda y pata de pájaro
debido a la diferencia de resultados en el
parámetro de coliformes fecales obteniendo
un coeficiente de correlación por debajo
de 0,6 debido que la micro cuenca pata
de pájaro el resultado del índice ICA están
debajo de la media, siendo la unidad hídrica
menos contaminada con respecto a las
concentraciones que se deben al parámetro
de los coliformes fecales en la unidad
hidrográfica del rio Portoviejo.
La evaluación de los principales componentes
determinó que la variación que se acumula es
de 93,4%, este modelo permite representar
los eventos, representando de forma
estadística. La figura 2 indica el nivel de
correlación existente de las variables en los
distintos puntos monitoreados, Las variables
de DBO, Nitrato, temperatura, potencial de
hidrogeno y oxigeno disuelto son las variables
que demuestran correlaciones más elevadas,
estas se encuentran en el cuarto cuadrante de
la ilustración.
Los parámetros se correlacionan en cierta
medida con las precipitaciones registradas
durante la etapa que se realizó el estudio
como se determina en el primer cuadrante,
el parámetro de fosfatos se encuentra en
el cuadrante dos relacionando con valor
negativo aportado por la presencia de
actividades agrícolas de compuesto fosforados
en la cuenca del rio Portoviejo.
Además se visualiza con valor negativo
sólidos totales disueltos en concordancia
de correlación con de la alta incidencia de
carga orgánica presente, la correlación del
cuadrante tres referente a los parámetros
de turbiedad y coliformes fecales tienen
una fuerte incidencia negativa en la cuenca
debido a los valores elevados de carga orgánica
vertida en rio tributario incluso zonas altas
como la microcuenca de Mineral y embalse
de Poza Honda respectivamente.
Consecuentemente el factor vector de la grafica
determina que los resultados de Picoazá,
Mineral, Correagua y Lodana presentan una
fuerte correlación o similitud y en menor
escala relacionado pero en el mismo sentido
por los parámetros de turbiedad, c. fecales y
sólidos totales disueltos el aportante de Río
Chico. Los resultados de Poza Honda, Pata
de Pájaro, Ayacucho y Honorato Vázquez
muestran una alta correlación.
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Sadoth Bravo-Rodriguez
Figura 2. Análisis de componentes principales espacio temporales de la cuenca del río
Portoviejo
Se comparó los resultados de las muestras
según los puntos de monitoreo con la
normativa que se indica en el “Texto
Unificado de Legislación Secundaria del
Medio Ambiente” (TULSMA) se obtienen
los valores de la tabla uno y dos, donde
se indican los límites que debe tener un
cuerpo de agua en cada parámetro, la tabla
dos describe sobre las aguas que necesitan
solamente un tratamiento usual y parámetros
en aguas que necesitan una desinfección.
Tabla 2. Pruebas de hipótesis de los parámetros evaluados con la tabla del TULSMA
P. Honda
Mineral
P. Pájaro
Ayacucho
Vásquez
Lodana
Picoazá
R.Chico
Correagua
0,7678 0,6109 0,4150 0,3484 0,6156 0,7385 0,8731 0,7385 0,1533
0.006745* 0.0001* 0.007873* 0.015* 0.04418* 0,0999 1.05E-5* 0,0999 0.011*
4.8E-6* 0,6416 0,0890 0,5932 0,2147 0,3818 0.02685* 0,3818 0,6424
0.0068* 0,1080 0,1100 0,9060 0,3204 0,4818 0,2719 0,4818 0.03252*
0,2828 0,0512 0,2136 0,0596 0,2503 0,1184 0,2528 0,1184 0,1189
0,0950 0,4311 0,1928 2.25E-5* 0,3078 0,0608 0,2646 0,0608 0,1347
0.03926* 0,3729 0,8863 0,3220 0,5502 0,2520 0,6366 0,2520 0.01829*
0.0459* 0,0501 0.01* 0,1631 0,8945 0.0031* 0,928 0.0031* 0,1094
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Discusión
Aplicando el ICA por el método propor-
cionado por la NSF, podemos obtener re-
sultados concretos tanto de cada punto de
monitoreo, donde se tiene que en zonas
como Ayacucho, Honorato Vásquez, Poza
Honda, Río Mineral y el Río pata de pája-
ro existe una mejor calidad da agua dando
como resultados mediante el ICA_a una ca-
lidad de agua buena y en Correagua, Picoa-
zá, Río Chico y Río Lodana una calidad de
agua normal. Mientras que por el método de
ICA_m que es más sensible se obtiene una
calidad de agua media en Ayacucho, Hono-
rato Vásquez, Poza Honda, Río Lodana, Río
Mineral, Río Pata de Pájaro, y en Correagua,
Picoazá y Río Chico una calidad de agua
baja, donde se puede observar que lo que
más afecta a la calidad de agua son factores
como la turbidez, c. fecales y TDS.
La investigación realizada por García et. al
(2021) en Santo Domingo de los Tsáchilas
se logra determinar que el ICA - adaptado
NSF es prácticamente el mejor modelo a
utilizar para determinar el índice de calidad
y cuenta con una mayor eficiencia, pero ade-
más define que el método del ICA-NSF al
desentenderse con el uso que se le vaya a dar
al agua es necesario que se realicen otros mé-
todos que cuenten con más parámetros sobre
todo si es para el consumo humano, es capaz
de brindar un buen resultado a pesar de los
pocos parámetros que utiliza en relación a
los demás métodos, en el trabajo realizado
por Coello J. et. al., (2013) es similar en el
método de cálculo de ICA, determinando la
calidad de agua en ríos andinos que son par-
te del Parque Nacional Sangay.
Conclusiones
La cuenca que engloba la unidad hidrográfi-
ca del Río Portoviejo cuenta con un patrón,
mismo que es capaz de indicar que en la ubi-
cación de la cuenca alta existe una mejor ca-
lidad de agua que en las zona media y baja,
reflejado en la época seca que en la lluviosa ya
que disminuye aún más la calidad del agua en
la época seca. El método del ICA-NSF con
la fórmula multiplicativa (ICA_m) es más
sensible con respecto a la fórmula aritmética
(ICA_a), donde existe una mayor frecuencia
de índices entre el rango de 51 a 56.5 con el
ICA_m, mientras que en el ICA_a el rango
con mayor frecuencia es el del índice que va
desde 70 a 72.5; Se evidenció que los resul-
tados de los ICAs la variabilidad en época
lluviosa aumentaron esto debido a mejorar
la capacidad de autodepuración del rio, en
la época seca el índice disminuye a efecto de
factor inverso que en la época invernal.
Mediante los resultados de los puntos de mo-
nitoreo ajustados a cada parámetro se puede
observar que los factores que transgreden los
límites estipulados por el TULSMA como
se evidencia en las tabla 2 son la turbidez,
sólidos totales disueltos y en los coliformes
fecales, puesto que se encuentra presente una
alta concentración de estos en prácticamente
todos los puntos de monitoreo. Por efecto
de correlación se determina que en la ubica-
ción de la parte alta de la cuenca, se tienen
los valores de ICA_a _m existe paridad en
los resultados diferenciando la micro cuen-
ca a portante de pata de pájaro que está por
debajo de la media siendo en la parte alta la
menos contaminada en relación al paráme-
tro de c.fecales.
8 Ciencia y Tecnología al servicio del pueblo Ciencia y Tecnología al servicio del pueblo9(1): -9. enero-abril 20228
Sadoth Bravo-Rodriguez
El registro de datos proporcionados por la
ex SENAGUA, de donde pertenecía la “De-
marcación Hidrográfica de Manabí” per-
mitió analizar los componentes principales
encontrando una variabilidad acumulada
de 93,4% de los factores, lo que es estadís-
ticamente es representativo para explicar los
eventos de los componentes de resultados.
Como resultado de la aplicación de la for-
mula ICA –NSF método aritmético y mul-
tiplicado se determina que la cuenca del rio
Portoviejo en el análisis espacio temporal del
periodo analizado, se especifica que todos los
resultados de la cuenca alta, media y baja el
valor de ICA referente a los coliformes fe-
cales, la calidad obtenida en este cuerpo de
agua es muy mala por efecto de vertidos de
aguas residuales domesticas y en menor ocu-
rrencia por presencia de ganadería.
Los valores de turbiedad en los aportantes
de Mineral, H.Vasquez, Ayacucho, Picoazá
y Correagua el valor de ICAs fluctúan en-
tre 26-35 determinado un índice de calidad
mala deficiente, con respecto a los aportantes
de Pata de Pájaro y Río Chico el índice de ca-
lidad resultante es muy mala deteriorada. El
parámetro de sólidos totales disueltos STD
los a portantes de Pata de Pájaro, Lodana,
Picoaza, Correagua ICAs resultante es mala
y en menor escala Río Chico con una esca-
la 57 media; los parámetros físicos descritos
aumenta su incidencia en la época invernal.
El parámetro de fosfato en la cuenca de los
aportantes de Pata de Pájaro, Vásquez, Loda-
na, Río Chico, Picoazá y Correagua los ICAS
resultantes fluctúan 52-58 determinando ín-
dice de calidad media a razón de las diversas
actividades agrícolas en la zona. Con respec-
to al valor de DBO en los valores a portantes
de Lodana y Picoazá el índice fluctúa entre
58-69 determinado una calidad media para
la cuenca media baja del rio Portoviejo.
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