Modelos ecológicos para estudiar la calidad hidrobiológica del agua en el río Bitaco empleando macroinvertebrados acuáticos como bioindicadores de calidad del agua

En esta investigación se implementaron modelos ecológicos para evaluar la calidad hidrobiológica en el rio Bitaco ubicado en el corregimiento de Bitaco en el Municipio de La Cumbre, Valle del Cauca. Para el desarrollo de los modelos ecológicos se utilizaron como base los resultados de monitoreos fisicoquímicos, hidromorfológicos e hidrobiológicos realizados por la CVC y la Universidad Autónoma de Occidente en el marco del proyecto PORH Bitaco en el año 2017. Esta información se integró para el desarrollo de dos modelos ecológicos; el primero enfocado en predecir la calidad hidrobiológica del agua con base a la clasificación de un índice ecológico empleando macroinvertebrados y el segundo (modelo de idoneidad de hábitat) enfocado en predecir la ausencia o presencia de los macroinvertebrados según las condiciones del rio. Para el desarrollo del modelo predictivo que permite conocer la calidad hidrobiológica del agua en el rio Bitaco empleando índices bióticos se implementó la técnica de Árboles de Clasificación que predijo los datos del tipo de clase de calidad del agua reportado por un índice biótico y la técnica de Arboles Tipo Modelo que predijo los datos con el valor numérico del índice biótico, teniendo como variables respuesta la clasificación y valor de los índices Biological Monitoring Working Party (BMWP – Univalle) y el Índice de calidad Ecológica (ICE). A los resultados obtenidos se les evaluaron los criterios de ajuste estadístico, con el fin de conocer cuál de las dos técnicas eran la más adecuadas para representar el fenómeno, siendo esta los árboles tipo modelo empleando el índice BMWP – UNIVALLE, con un coeficiente de correlación (S) de 0.7529, adicional a esto, se obtuvo que las mejores variables que representan el fenómeno son dureza total, solidos suspendidos y nitratos. En cuanto al desarrollo del modelo de idoneidad de hábitat para identificar la ocurrencia de macroinvertebrados acuáticos, se desarrolló teniendo en cuenta que los modelos ecológicos a implementar en esta investigación hacen parte de las técnicas de modelación con estadísticas multivariadas basadas en Modelos Lineales Generalizados (MLG) y en las técnicas de minería de datos y de aprendizaje automático. Por tal razón se implementaron modelos de Regresión Logística y Arboles de Decisión (Arboles de Clasificación) para simular la ocurrencia, para ambas técnicas se evaluaron criterios de ajuste que indicaron cuál de las dos técnicas desarrolladas representaba mejor el modelo, siendo esta los Árboles de Clasificación empleando las familias de macroinvertebrados Trichoptera – Helicopsychidae como indicador de baja tolerancia y Diptera - Chironomidae (Morfo 1) como indicador de alta tolerancia, igualmente se obtuvo un CCI de 96.875%, AUC de 0,958 % y Kappa de 0.913 para la familia Trichoptera – Helicopsychidae, y un CCI de 96.875%, Kappa de 0.9322 y AUC de 0,992 para la familia Diptera - Chironomidae (Morfo 1), adicional a esto se obtuvo que las variables ecológicas que representan el fenómeno de Trichoptera –Helicopsychidae fue color verdadero, y para la ocurrencia de Diptera – Chironomidae fueron color verdadero, dureza total y sólidos suspendidos totales

In this research, ecological models were implemented to assess the hydrobiological quality in the Bitaco River located in the Bitaco township in the Municipality of La Cumbre, Valle del Cauca. For the development of ecological models, the results of physicochemical, hydromorphological and hydrobiological monitoring carried out by CVC and the Autonomous University of the West in the framework of the PORH Bitaco project in 2017 will be used. This information was integrated for the development of two ecological models; The first focused on predicting the hydrobiological quality of water based on the classification of an ecological index using macroinvertebrates and the second (habitat suitability model) focused on predicting the absence or presence of macroinvertebrates according to river conditions. For the development of the predictive model that allows knowing the hydrobiological quality of the water in the Bitaco river using biotic indices, the Classification Trees technique was implemented, which predicted the data of the type of water quality class reported by a biotic index and the Trees Type Model that predicted the data with the numerical value of the biotic index, having as response variables the classification and value of the Biological Monitoring Working Party indices (BMWP - Univalle) and the Ecological Quality Index (ICE). The statistical adjustment criteria were evaluated to the results obtained, in order to know which of the two techniques were the most appropriate to represent the phenomenon, being this the model type trees using the BMWP - UNIVALLE index, with a correlation coefficient (S) of 0.7529, in addition to this, it was obtained that the best variables that represent the phenomenon are total hardness, suspended solids and nitrates. Regarding the development of the habitat suitability model to identify the occurrence of aquatic macroinvertebrates, it was developed taking into account that the ecological models to be implemented in this research are part of the modeling techniques with multivariate statistics based on Generalized Linear Models (MLG) and in data mining and machine learning techniques. For this reason, Logistic Regression models and Decision Trees (Classification Trees) were implemented to simulate the occurrence. For both techniques, adjustment criteria were evaluated that indicated which of the two techniques developed best represented the model, this being the Classification Trees. using the macroinvertebrate families Trichoptera - Helicopsychidae as an indicator of low tolerance and Diptera - Chironomidae (Morfo 1) as an indicator of high tolerance, an ICC of 96.875%, AUC of 0.958% and Kappa of 0.913 were also obtained for the family Trichoptera - Helicopsychidae , and an ICC of 96.875%, Kappa of 0.9322 and AUC of 0.992 for the Diptera - Chironomidae family (Morph 1), additional to this it was obtained that the ecological variables that represent the Trichoptera - Helicopsychidae phenomenon were true color, and for the Diptera - Chironomidae occurrences were true color, total hardness and total suspended solids

Pasantía de investigación (Ingeniero Ambiental)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2020

Pregrado

Ingeniero(a) Ambiental