Modelaje de la concentración del ion nitrato en las aguas superficiales de Costa Rica

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Ambiental) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Química, 2022.

Esta tesis cumple con el Objetivo ODS 6: Garantizar la disponibilidad y la gestión sostenible del agua y el saneamiento para todas las personas Meta 6: Proteger y restablecer los ecosistemas relacionados con el agua, incluidos los bosques, las montañas, los humedales, los ríos, los acuíferos y los lagos

El uso inapropiado o excesivo de fertilizantes puede movilizar un exceso del ion nitrato hacia las aguas superficiales por procesos de escorrentía y percolación, deteriorar su calidad y los ecosistemas asociados. En este trabajo, se construyó un modelo de la concentración del ion nitrato presente en las aguas superficiales de Costa Rica. Se utilizó un algoritmo de aprendizaje denominado, Random Forest (bosques aleatorios), y se visualizaron los resultados en un Sistema de Información Geográfico (SIG). Se elaboraron capas vectoriales para determinar la influencia de variables climáticas, suelo y topografía del terreno. Se identificaron zonas con cuatro diferentes ámbitos de concentración del ion nitrato, con atención al Caribe Norte y Pacífico Sur que presentan un riesgo para la calidad del agua y los ecosistemas. La validación de los resultados del modelo geoespacial tuvo una exactitud de 88,2%. Los resultados de calidad coinciden con la clasificación determinada por el índice holandés. Se estableció una estrecha relación de la distancia de los cultivos a las aguas superficiales la concentración excesiva del ion nitrato.

The inappropriate or excessive use of fertilizers can mobilize an excess of nitrate ion into surface waters through runoff and percolation processes, deteriorating their quality and associated ecosystems. In this work, a model of nitrate ion concentration in surface waters of Costa Rica was constructed. A Random Forest learning algorithm was used and the results were visualized in a Geographic Information System (GIS). Vector layers were developed to determine the influence of climatic variables, soil and terrain topography. Zones with four different nitrate ion concentration ranges were identified, focusing on the North Caribbean and South Pacific, which present a risk to water quality and ecosystems. The validation of the geospatial model results had an accuracy of 88.2%. The quality results coincide with the classification determined by the Dutch index. A close relationship was established between the distance of the crops to surface waters and the excessive concentration of nitrate ion.