Evaluación del Índice de Calidad de Agua ICA-NSF en las microcuencas del Parque Nacional Río Dulce como herramienta en la gestión integral del manejo sustentable, Livingston, Izabal, Guatemala, Centroamérica

Evaluation of the ICA-NSF Water Quality Index in the micro-basins of the Río Dulce National Park as a tool in the comprehensive management of sustainable management, Livingston, Izabal, Guatemala, Central America

José Adiel Robledo-Hernández1

Fecha de recepción: 6 de junio, 2022
Fecha de aprobación: 23 de setiembre, 2022

Robledo-Hernández, J.A. Evaluación del índice de calidad de agua ICA-NSF en las microcuencas del Parque Nacional Río Dulce como herramienta en la gestión integral del manejo sustentable, Livingston, Izabal, Guatemala, Centroamérica. Tecnología en Marcha. Vol. 36, No 1. Enero-Marzo, 2023. Pág. 106-116.

https://doi.org/10.18845/tm.v36i1.6241

Palabras clave

Calidad del agua; recursos hídricos; química del agua; conservación del agua; muestreo del agua; monitoreo del agua.

Resumen

El área protegida denominada Parque Nacional Río Dulce se encuentra ubicada en el nororiente del caribe de Guatemala. Es administrada por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas (CONAP) y regido por un plan maestro. Sin embargo, afronta cada día retos, tales como a) el incremento de desarrollo inmobiliario debido a su belleza escénica, b) el incremento poblacional de las comunidades reconocidas dentro de las diversas zonas del parque y c) vertidos no regularizados de aguas residuales tipos ordinarias y especiales. Ante esta incipiente situación, se hace necesaria la evaluación de la calidad del agua de Río Dulce a través de métodos reconocidos internacionalmente; tal el caso del Índice de Calidad del Agua ICA-NSF, con la finalidad de interpretar los resultados de una manera holística y poder discutirlos en ámbitos académicos, no solo a nivel local, sino internacional. Para ello se georreferenciaron doce estaciones de muestreo en las desembocaduras de los principales tributarios a lo largo del Parque Nacional Río Dulce. Posterior a las colectas de muestras de agua y análisis en laboratorio de los parámetros: coliformes fecales, potencial de hidrógeno, demanda bioquímica de oxígeno, nitratos, fósforo total, temperatura, turbidez, sólidos totales disueltos y oxígeno disuelto, se estimó el ICA-NSF mediante la calculadora en línea del Centro de Investigación del Agua de los Estados Unidos de América. De manera general, considerando la calidad del agua de los afluentes, el ICA-NSF varió entre 71 y 90, lo que se cualifica como una calidad buena. Los parámetros críticos en la disminución del ICA-NSF en las diversas estaciones evaluadas fueron la presencia de coliformes fecales y los sólidos totales disueltos, lo que permite generar lineamientos para el manejo sustentable del Parque Nacional Río Dulce. Se concluye que el agua del Río Dulce no es apta para el consumo humano de forma directa, necesitando de un proceso de potabilización.

Keywords

Water quality; water resources; water chemistry; water conservation; water sampling; water monitoring.

Abstract

The protected area called Río Dulce National Park is located in the northeastern Caribbean region of Guatemala. It is administered by the National Council of Protected Areas (CONAP) and governed by a master plan. However, it faces challenges every day, such as a) the increase in real estate development due to its scenic beauty, b) the population increase of the recognized communities within the various areas of the park, c) non-regularized discharges of ordinary and special wastewater. Given this incipient situation, it is necessary to evaluate the quality of the water in Río Dulce through internationally recognized methods; such is the case of the ICA-NSF Water Quality Index, with the aim of interpreting the results in a holistic manner and being able to discuss them in academic settings, not only locally, but also internationally. For this, twelve sampling stations were georeferenced at the source of the main tributaries along the Río Dulce National Park. After the collection of water samples and laboratory analysis of the parameters: fecal coliforms, hydrogen potential, biochemical oxygen demand, nitrates, total phosphorus, temperature, turbidity, total dissolved solids and dissolved oxygen, the ICA-NSF was estimated using the online calculator from the Water Research Center of the United States of America. In general, considering the quality of the water of the tributaries, the ICA-NSF varied between 71 and 90, which qualifies as good quality. The critical parameters in the decrease of the ICA-NSF in the various stations evaluated were the presence of fecal coliforms and total dissolved solids, which allows the generation of guidelines for the sustainable management of the Río Dulce National Park. It is concluded that the water of the Río Dulce is not suitable for human consumption directly, requiring a purification process.

Introducción

El estado de la calidad del agua superficial para usos múltiples requiere, sin precedentes, la atención de pobladores, académicos, autoridades locales y regionales. Existen reportes desde las últimas dos décadas, acerca de que el 60% de los sistemas ecológicos del mundo se están degradando y son utilizados en forma no sustentable [1]. La International Lake Environment Committee Foundation indica que el 2% del agua dulce sobre la superficie de la tierra es utilizable y 90% de esa agua se encuentra en lagos y presas [2]. Esto enmarca la situación actual de la disposición de agua a nivel mundial en estados de alarma, en cuanto a su uso racional a corto y mediano plazo. El manejo sustentable de las cuencas hidrológicas y de los microclimas que estas albergan es, sin duda alguna, un baluarte en la preservación del medio ambiente en los países subtropicales de América [3].

Respecto al caribe guatemalteco, debido a su ubicación geográfica en la región tropical del hemisferio norte y fisiografía, es una región rica en recursos hídricos, tanto superficiales como subterráneos, sin una época seca definida. Sin embargo, estas oportunidades también generan amenazas, como la baja organización social y estatal, el uso y reúso inadecuado de las fuentes de agua, contaminación incipiente por E. coli y ausencia casi total de plantas de tratamiento de aguas de tipo ordinario y especial, entre otras [4].

Varios actores locales y regionales, entre ellos los académicos, unen esfuerzos en pro de un mejor futuro para las próximas generaciones, siendo los académicos a quienes corresponde forjar información confiable, de carácter científico basada en estándares internacionales, para fortalecer la toma de decisiones tendientes al uso sustentable de los recursos hídricos a nivel nacional. Río Dulce, es sin duda, uno de los patrimonios naturales que debe ser monitoreado y evaluado en lo que a su salud respecta.

Actualmente, la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca Hidrográfica del Lago de Izabal y Río Dulce AMASURLI, no cuenta con estaciones de muestreo a lo largo y ancho del Río Dulce [5] [6]. Por esta razón, la presente investigación se focaliza en un vacío estructural del programa de monitoreo de la Subcuenca del Lago de Izabal y Río Dulce, pues durante más de 20 años únicamente se ha monitoreado el lago, sin considerar la importancia de las funciones socio-ambientales del Río Dulce, tales como el equilibrio ecosistémico que genera el mangle y la preservación de la flora y fauna endémica del caribe guatemalteco [7].

Los índices de la calidad del agua son herramientas que permiten la toma de decisiones para reducir el deterioro de la calidad del agua al evaluar de forma directa las variaciones de sus parámetros de calidad [3]. Actualmente existen diferentes metodologías para determinar la calidad del agua, y estas poseen divergencias entre sí al determinar la calidad del agua, por lo que consideraciones profesionales son importantes al momento de interpretar la calidad del agua [8]. La metodología del ICA-NSF es utilizada para determinar la calidad del agua de ríos para consumo humano, usando pesos ponderados en sus parámetros, lo que ha permitido que sea popularizado en muchos países [9].

Con base en lo anterior, el objetivo de esta investigación es la evaluación de la calidad del agua del Parque Nacional Río Dulce de forma anual marzo-2021 a enero-2022, utilizando los parámetros de respuesta integrados a través del método ICA-NSF: coliformes fecales, potencial de hidrógeno, demanda bioquímica de oxígeno, nitratos, fósforo total, temperatura, turbidez, sólidos totales disueltos y oxígeno disuelto. De esta manera, los resultados de esta investigación permitirán formar equipos de trabajo en el marco de la gestión integral del manejo sustentable del Río Dulce, cuya interpretación se realizará con base a criterios internacionales.

Metodología

Establecimiento de las estaciones de muestreo:

Se constituyeron doce (12) estaciones de muestreo en los principales tributarios a lo largo del Parque Nacional Río Dulce, los que fueron georreferenciados para fines de colecta de muestras de agua y representación gráfica. Asimismo, cada estación indica una desembocadura estratégica de las microcuencas que representan diversos usos de la tierra [10], resaltando que las estaciones de muestreo de Río Frio, Río Bonito y Río Tameja presentan en sus microcuencas más del 50% de cobertura boscosa respectivamente, según puede observarse en la Figura 1.

Figura 1. Estaciones de muestreo para evaluar la calidad de agua del Parque Nacional Río Dulce.

La colecta de las muestras de agua:

Se realizó de forma sistemática en cada uno de los puntos georeferenciados para el efecto de forma bimensual de marzo 2021 a enero 2022, las muestras se colectaron a treinta (30) cm de profundidad al centro de los cauces de interés en recipientes esterilizados de un litro de capacidad. Los mismos fueron conducidos en custodia de cadena fría a menos 10°C al laboratorio de análisis de suelos, plantas y aguas de ANACAFE-ANALAB.

Análisis fisicoquímico y microbiológico de la calidad del agua:

Durante las expediciones, también se realizan mediciones in situ, de parámetros físicos de la calidad del agua, las cuales se sintetizan en el cuadro 1.

Cuadro 1. Parámetros estimados in situ.

Parámetros

Procedimiento

Físicos

Turbidez (-tu)

Con un beaker de 25ml se colectó una muestra de agua que se vertió en un tubo de ensayo que posteriormente se lee en un Turbidímetro Marca Hach, Modelo 2100Q.

Temperatura (°C)

Para evaluar temperatura, sólidos totales disueltos, oxígeno disuelto y PH, se utilizó una sonda multiparamétrica Marca YSI, Modelo Professional Plus.

Sólidos totales disueltos (mg/l)

Oxígeno disuelto (mg/l)

Químicos

Potencial de hidrógeno (pH) 

Las muestras trasladadas al laboratorio de análisis de suelos, plantas y aguas de ANACAFE-ANALAB, fueron procesadas para su análisis estimando los parámetros químicos y microbiológicos, resumiendo el proceso según se muestra en el cuadro 2.

Cuadro 2. Metodologías para análisis de parámetros químicos y microbiológicos de muestras de agua en laboratorio de ANALAB.

Parámetros

Metodología

Químicos

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, APHA, AWWA, WEF. 22nd.ed.2012, Part 5220, 5-16. Determinación por fotometría.

Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5) mg/l

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, APHA, AWWA, WEF. 22nd.ed.2012, Part 5210, 5-04

Amonio (NH4+) mg/l

Spectroquant análogo a EPA 350.1, APHA 4500-NH3 F, ISO 7150-1 y DIN 38406-5

Nitratos (NO3) mg/l

Spectroquant análogo a DIN 38405-9

Nitritos (NO2) mg/l

Spectroquant análogo ISO 8466-1 y DIN 38402 A51

Fósforo total (mg/l)

Spectroquant análogo a EPA 365.2+3, APHA 4500-P E y DIN EN ISO 6878

Microbiológicos

Coliformes fecales
NMP UNFC

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, APHA, AWWA, WEF. 22nd.ed.2012, Part 9221, 9-74/75

E. coli NMP UNFC

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, APHA, AWWA, WEF. 22nd.ed.2012, Part 9221, 9-74/75

Fuente: [11].

Evaluación del índice de calidad del agua ICA-NSF:

Se estimó el índice de calidad del agua correspondiente a cada una de las doce (12) estaciones de muestreo en forma bimensual durante el período de estudio, según la metodología del National Sanitation Foundation -NSF- de Los Estados Unidos de América, a través del sistema en línea desarrollado por Oram [12] denominado “Calculadora del Water Reserch Center”, el ICA-NSF utiliza un sistema de ponderación sobre los parámetros de estudio, cuadro 3.

Cuadro 3. Factor de ponderación de parámetros en el ICA – NSF

Parámetros

Factor de ponderación

Coliformes fecales (CF)

0.16

Potencial de hidrógeno (pH)

0.11

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)

0.11

Nitratos (NO3-1)

0.10

Fosfatos (PO43-)

0.10

Temperatura

0.10

Turbidez

0.08

Sólidos totales disueltos (STD)

0.07

Oxígeno disuelto (OD)

0.17

Fuente: [12]

Para la realización de los cálculos se utiliza un algoritmo de una suma lineal ponderada del efecto de las variables de respuesta y los resultados son expresados en forma numérica entera, en una escala de 0 a 100, según Cuadro 4. Los resultados de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos obtenidos de cada una de las estaciones de muestreo se ingresaron a dicho sistema, generando un índice de calidad del agua parcial para cada parámetro y posteriormente el índice general de calidad del agua de la estación de interés, con base en el valor numérico del ICA-NSF se procedió a realizar la cualificación correspondiente.

Cuadro 4. Escala cualitativa de clasificación del ICA-NSF

Calidad del agua

Valor del ICA

Excelente

91 – 100

Buena

71 – 90

Media

51 – 70

Mala

26 – 50

Muy mala

0 – 25

Fuente: [13]

Resultados y discusión

Con base en los resultados de los análisis de laboratorio y posterior cálculo de los índices de calidad del agua, tanto parciales como totales, E. coli y sólidos totales disueltos (TDS) son los parámetros críticos de los incrementos decrecientes (Cuadro 5), mismos que no alteran significativamente el índice, el cual aún presentó valores entre 68 y 83, calificando de forma general el agua como de calidad buena (Cuadro 6).

Como puede observarse, el 81% de las estaciones de muestreo indicaron una calidad de agua “buena” destacándose los puntos Río Bonito y Desembocadura, los cuales mantuvieron esa categoría durante todo el período de evaluación, mientras que el 18% indicaron una calidad “media” principalmente Ríos Sejá, Río Chocón Machaca y Río Tameja que presentaron esta categoría en dos ocasiones y el 1% indicó una calidad de agua “excelente” en el punto Castillo San Felipe.

En el mes de julio del año 2021 se presentó el menor valor del ICA-NSF (68) que corresponde a una categoría de calidad media, manifiesta en las estaciones de muestreo Río Rosul, Río Sejá, Brisas, Río Frío, Río Chocón Machaca, Río Tatín y Río Lámpara. Esto se atribuyó a que la mayor cantidad de precipitación en Río Dulce ocurre durante los meses de junio y julio [14], donde los índices parciales de sólidos totales disueltos y turbidez fueron críticos. Esta presencia de sólidos totales disueltos coincide con reportes realizados en el caribe guatemalteco [15], debido a la ausencia de una época seca, bien definida, lluvias constantes y acarreo de sedimentos al Río Dulce. Cabe mencionar que los muestreos realizados en marzo-2021, mayo-2021, noviembre-2021 y enero-2022 mantuvieron una calidad constante en la mayoría de las estaciones de muestreo clasificada como “buena”.

Los resultados de esta investigación permiten generar lineamientos de manejo sustentable en el Parque Nacional Río Dulce considerando que la calidad del agua sufre impactos negativos en demerito por contaminantes fecales (E. coli) y solidos totales disueltos (TDS). Esto es consecuencia de la falta de tratamiento de aguas residuales previo a su disposición final en el cuerpo de agua, irrespetando el Acuerdo Gubernativo 236-2006, sobre uso y reúso de aguas residuales [16]. Por lo tanto, el agua que fluye por el Lago de Izabal y luego al Río Dulce, no se considera apta para consumo humano, riego de productos de consumo en fresco y agua entubada [6] ya que, para estos fines debe pasar por un proceso de potabilización.

El estado actual de la salud del agua del Parque Nacional Río Dulce se califica como “buena”, lo que indica la bondad del índice respecto a los parámetros evaluados y la dinámica de estos en el ecosistema acuático [17]; al mismo tiempo, ya hay evidencias de la aceptación del ICA-NSF en la evaluación de la calidad del agua en ríos tropicales, en relación con sus normativas [18]. En el caso específico de Parque Nacional Río Dulce, puede tener explicación en dos líneas de pensamiento: la geología e hidrología del Río Dulce y las interacciones socioeconómicas y ambientales de la región del caribe guatemalteco.

Respecto a la primera línea de pensamiento, el Río Cahabón es el principal tributario del Río Polochic, el cual, a su vez, es el principal afluente del lago de Izabal, que drena por completo al Río Dulce y conecta directamente con el Golfo de Honduras en el Mar Caribe, (Figura 1). El tiempo durante el cual el agua fluye a lo largo de la subcuenca del lago de Izabal y Río Dulce es relativamente corto, sugiriendo un tiempo de residencia del agua en el lago de seis (06) meses [19], por lo que existe una alta dinámica del ecosistema acuático del Lago de Izabal y Río Dulce, a través de un flujo renovador de parámetros fisicoquímicos y biológicos, materia orgánica, oxígeno disuelto, etc., en función de covariables ecosistémicas propias del caribe guatemalteco [20].

Respecto a la segunda línea de pensamiento, el Río Dulce está ubicado dentro del área protegida Parque Nacional Río Dulce con una extensión total de 16,590 ha, de las cuales 7,198 ha las ocupa el cuerpo de agua [7]. Para el efecto existe un marco legal metodológico que especifica su conservación y uso sustentable; entre otros, está el Reglamento de zonificación, uso y manejo del área protegida Río Dulce [21] y el Plan Maestro del Parque Nacional Río Dulce [7].

A la fecha se regula el otorgamiento de concesiones y arrendamientos, se trabaja con las comunidades establecidas antes de su declaratoria como área protegida y se forman equilibrios ambientales para preservar la salud del ecosistema Parque Nacional Río Dulce, a través de la educación (eco pedagogía) para niños y adultos, la organización social en comités, y la interacción comunitaria con diferentes instituciones, gubernamentales, no gubernamentales e inversores de buena voluntad. Por último, es importante reconocer el seguimiento a las variaciones temporales y espaciales de la salud del Lago de Izabal, a través de los trabajos realizados por la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca del Lago de Izabal y Río Dulce [22] [23].

Cuadro 5. Índice parcial promedio anual de los diferentes parámetros que constituyen el ICA-NSF

Parámetro

Estaciones de muestreo

Castillo San Felipe

Río Rosul

Río Sejá

Brisas

Río Frío

Río Bonito

Río Chocón Machaca

Río Tatín

Río Tameja

Río Lámpara

Buena Vista

Desembo-cadura

OD%

91

79

82

89

78

92

67

83

89

70

90

94

E. coli

71

23

43

57

29

39

48

46

33

41

60

59

pH

80

89

85

81

90

82

86

83

88

88

80

85

DBO

96

87

71

93

85

85

78

89

62

83

89

82

89

89

89

89

89

89

89

89

89

89

89

89

Fósforo total

80

80

78

79

80

80

77

80

79

79

79

76

Nitrato

88

86

84

91

89

88

93

94

94

88

95

95

Turbidez

92

85

68

82

81

79

70

86

67

85

89

84

TDS

81

81

81

81

76

78

72

53

79

51

48

30

ICA-NSF Promedio anual

85

74

74

82

75

78

74

77

74

73

80

79

Fuente: Elaboración propia. Clasificación: Excelente (91-100), Buena (71-90), Media (51-70), Mala (26-50), Muy mala (0-25).

Cuadro 6. Índice de Calidad del agua ICA-NSF de las microcuencas que drenan al Río Dulce

No.

Estaciones de muestreo

23/03/2021

13/05/2021

20/07/2021

08/09/2021

03/11/2021

12/01/2022

ICA-NSF Promedio anual

No.

Estaciones de muestreo

23/03/2021

13/05/2021

20/07/2021

08/09/2021

03/11/2021

12/01/2022

ICA-NSF Promedio anual

1

Castillo San Felipe

81

85

81

93

83

86

85

2

Río Rosul

71

83

63

75

80

74

74

3

Río Sejá

81

83

51

80

86

63

74

4

Brisas

87

84

68

85

87

78

82

5

Río Frío

74

73

70

78

80

73

75

6

Río Bonito

78

77

71

77

86

77

78

7

Río Chocón Machaca

78

76

56

90

82

59

74

8

Río Tatín

71

80

68

82

84

78

77

9

Río Tameja

76

83

71

84

70

60

74

10

Río Lámpara

71

75

62

83

78

70

73

11

Buena Vista

70

81

80

85

83

81

80

12

Desembocadura

79

79

75

82

78

78

79

ICA-NSF promedio por muestreo

76

80

68

83

81

73

77

Fuente: Elaboración propia. Clasificación: Excelente (91-100), Buena (71-90), Media (51-70), Mala (26-50), Muy mala (0-25).

Conclusiones

La calidad del agua es función de los índices totales y parciales; en este último caso, los valores críticos son aportados por E. coli y sólidos totales disueltos.

La cualificación del agua según el índice de calidad del agua ICA-NSF de marzo 2021 a enero 2022 indica que el 81% de las estaciones de muestreo presenta calidad buena, el 18% media y el 1% excelente.

La calidad del agua no es apta para el consumo humano de forma directa, haciéndose necesario un proceso de potabilización.

El Parque Nacional Río Dulce es un área protegida importante para Guatemala, cuyo estado de salud no percibe mejoras, a no ser que se implementen leyes ambientales para su manejo sustentable, tal el caso del Acuerdo Gubernativo 236-2006 sobre el vertido de aguas residuales y manejo de lodos.

Recomendaciones

La implementación de un sistema de monitoreo en los afluentes de descargas de aguas residuales, para evaluar la contaminación y estado de resiliencia del río en función de los usos actuales y potenciales de la tierra.

El establecimiento de plantas de tratamiento de aguas residuales y la recuperación de áreas con vocación forestal, para la mejora de la calidad del agua del río.

El fomento de programas de educación ambiental dirigidos a las poblaciones con influencia directa en el Parque Nacional Río Dulce, con el fin de promover su conservación.

Agradecimiento

Sincero agradecimiento a la Universidad de San Carlos de Guatemala y a los estudiantes de la Maestría en Desarrollo Rural y Cambio Climático del Centro Universitario de Izabal, por ser parte del equipo de investigación y desarrollo de trabajos de campo.

Referencias

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1 Estudiante de Programa de Postdoctorado en Ciencias Agrícolas y Ambientales. Facultad de Agronomía. Universidad de San Carlos de Guatemala.
Guatemala. Correo electrónico: jarobledoh@profesor.usac.edu.gt
https://orcid.org/0000-0002-5529-9826