EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LAS AGUAS DEL RÍO KATARI, LA PAZ, BOLIVIA, MEDIANTE UN MODELO MATEMÁTICO

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES
FACULTAD DE INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERIA AMBIENTAL
IIDEPROQ
INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE
PROCESOS QUIMICOS
PROYECTO DE GRADO
“EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LAS AGUAS DEL RÍO KATARI, LA PAZ,
BOLIVIA, MEDIANTE UN MODELO MATEMÁTICO”
POSTULANTE:
Michael Russel Osina Torrez
ASESOR:
Ing. Waldo P. Vargas Ballester
La Paz – Bolivia
2011

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LAS AGUAS DEL RÍO KATARI, LA PAZ, BOLIVIA, MEDIANTE UN MODELO MATEMÁTICO
DEDICATORIA
A mis mamás Marlene y Carmen……..
……….Por todo el apoyo y amor que me dieron durante
todo este tiempo, por enseñarme a valorar la vida y a
levantarme tras cada caída en el transcurso de la vida.

“Es increíble que la matemática, habiendo sido creada por la mente
humana, logre describir la naturaleza con tanta precisión".
Albert Einstein

AGRADECIMIENTOS
El presente proyecto fue realizado con mucho esfuerzo, dedicación y amor gracias a todas las
personas e instituciones que directa e indirectamente hicieron posible su culminación e
indudablemente gracias a Dios.
Quisiera expresar mis más sinceros y profundos agradecimientos a mi asesor M.sc Waldo P.
Vargas Ballester por el asesoramiento del presente proyecto de grado, sus consejos técnicos,
constante apoyo, enseñanzas y su amistad.
A toda mi familia, que confiaron en mí en todo momento, especialmente a mi madre y
abuelita por su paciencia, comprensión y apoyo en todo momento a lo largo de mi vida.
A Paola por estar siempre a mi lado en los buenos y malos momentos, por su apoyo y
comprensión.
A mi primo Emir, por proveer tan generosamente de su tiempo, para las actividades de
trabajo de campo.
Al Instituto de Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear (IBTEN) por su apoyo en los
análisis e información proporcionada.
Al Ing. M. Sc. Luis Romero Bolaños, por su apoyo desinteresado para el trabajo de campo y
por su amistad, palabras de ánimo y sabios consejos.
Al Ing. Jorge Chungara del Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear (IBTEN),
por el apoyo para el trabajo de campo, información y por su amistad.
Al Téc. Sup. Wilfredo Tarquino, Téc. Rocio Choque, Lic. Samuel Fernández, Téc. Alex
Chiara y Sr. Eliseo Rojas P. (IBTEN), por el apoyo para el trabajo de campo y por su
amistad.
Al Ing. Luis Noriega y Téc. Franklin Mamani del Servicio Nacional de Meteorología e
Hidrología (SENAMHI), por el apoyo decidido de su institución para el trabajo de campo y
por la información proporcionada.
Al Instituto de Investigación y Desarrollo de Procesos Químicos (IIDEPROQ), por el apoyo
en el análisis de muestras.
A todos los miembros investigadores del IIDEPROQ, por su amistad y su cariño
desinteresado.
Al Ing. Edwin Astorga del Instituto de Ingeniería Sanitaria (IIS), por el apoyo en el análisis
de muestras.
A Lic. Joaquín Gutiérrez Díaz del Centro de Información, Gestión y Educación Ambiental
(CIGEA) de Cuba, por sus consejos técnicos, enseñanzas y amistad.

Al Dr. Ing. Wolfgang Wagner, por la enseñanza, sabios consejos y amistad.
A la dirección de carrera por el apoyo institucional para realizar el proyecto de grado.
Al plantel administrativo de la carrera de Ingeniería Química, Ambiental y Alimentos: Sr.
Marmy Zelda Cordero, Sr. Salomon y Sr. Jesus, por la eficiencia de las labores que
desempeñan, amistad y apoyo.
A los docentes que tuve durante toda la carrera por la calidad de enseñanza y dedicación a su
trabajo.
Finalmente a todos mis amigos y amigas, quienes me apoyaron y me dijeron palabras
valiosas de aliento durante todo este tiempo.

RESUMEN
Actualmente la contaminación hídrica es uno de los problemas ambientales más grandes a
nivel mundial, ya que la escasez del agua dulce y la creciente contaminación de ésta, están
haciendo que su uso sea cada vez más dificultoso. Bolivia no es ajena a esta problemática y
los casos de contaminación en los cuerpos naturales de agua en su territorio, son cada vez
más significativos y frecuentes.
El establecimiento de objetivos de calidad ha de realizarse teniendo en cuenta tanto la
cantidad de contaminante vertido como su comportamiento posterior en el medio en función
del tiempo y cómo puede interferir con el resto de sustancias presentes en el medio. En este
sentido, se hace necesario utilizar modelos matemáticos de simulación conocidos como
"modelos de calidad" o "modelos de transporte de contaminantes” que permitan predecir la
evolución a largo plazo del sistema en su conjunto ante una acción determinada. La validez
de la predicción vendrá determinada por la capacidad del modelo propuesto de reflejar el
comportamiento del sistema. Por ello, es necesario, por una parte, conocer todos los
fenómenos que afectan al comportamiento de las distintas sustancias presentes en el sistema y
por otra conocer muy bien las características del sistema, de tal forma desde el punto de vista
del enfoque sistémico realizar un seccionamiento ambiental representativo.
En este trabajo se presenta el estudio de la calidad del agua del Río Katari el cual comprende
la confluencia del Río Pallina y Río Colorado hasta la descarga a la Bahía de Cohana
utilizando modelos matemáticos. En la segmentación ambiental se considero cuatro tramos
divididos por cinco puntos de muestreo a lo largo de la corriente. Se utilizaron como datos de
entrada a los modelos: demanda biológica de oxigeno (DBO5), oxigeno disuelto (OD),
temperatura (T), altitud sobre nivel del mar, velocidad del río (V), caudal (Q), profundidad
(H), ancho del río (W), área transversal (A), constante de desoxigenación (K1), constante de
reaireación (K2), longitud de cada tramo (L). También se considero en el análisis de calidad
de agua parámetros como el pH, conductividad eléctrica (CE), Concentración de saturación
de oxigeno disuelto (Cs). Previamente se realizo varias precampañas para conocer las
características del lugar de estudio, para posteriormente realizar la segmentación ambiental
requerida por los modelos y georeferenciar los puntos de muestreo para luego poder
utilizarlos como referencia en futuras campañas de muestreo. Se realizaron tres campañas de
muestreo en época seca el 2010 y una en época de lluvia el 2011, también se utilizo datos de

cinco campañas anteriores realizadas por el Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología
Nuclear (IBTEN) y Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).
Se utilizaron tres modelos computacionales RIOSep, WASP 7.4 y SIMOD. Se preparo la
información obtenida en las campañas de muestreo para introducir a los modelos y proceder a
la calibración. Se calibraron con 5 campañas y se validaron con 4 campañas. El modelo
RIOSep y WASP 7.4 no tienen la opción de calcular la K1, por lo cual se determino a partir
de la ecuación de Chapra y la correlación a partir de los datos obtenidos por el modelo
SIMOD entre la K2 y K1. Una vez ya calibrado y validado los modelos, se realizo la
evaluación estadística de los modelos y se verifico que el WASP 7.4 no calibro, debido a que
requiere excesiva cantidad y calidad de información de entrada, eso lo convierte en un
modelo poco aplicable en nuestro medio, debido a la carencia de información existente para
nuestros ríos. Sin embargo el modelo RIOSep y SIMOD calibraron muy bien. Se concluyo
que el modelo SIMOD es el más óptimo para realizar el estudio de la calidad del agua debido
a que tuvo menor porcentaje de error, coeficiente de correlación más cercano a 1 y una
diferencia promedio cercana a cero mostrando mejor correlación de los valores analizados
que le modelo RIOSep, además su fácil manejo, poca información de entrada y el cálculo de
la K1, el cual ahorra tiempo y dinero. Finalmente se realizo los escenarios de predicción con
el modelo que mejores resultados presento en términos de calibración, validación y análisis
de sensibilidad siendo este el modelo SIMOD. Como resultados de los escenarios de
predicción se tiene:
- Todas las ampliaciones y mejoras que vayan efectuarse en la PTAR Puchukollo no
alcanzarán a ser suficientes para resolver la contaminación de la Bahía de Cohana, si
no se hace paralelamente la debida recolección de las aguas residuales restantes de El
Alto, Viacha y Laja en sus correspondientes tratamientos.
- La mejor solución en cuanto a tratamiento de descargas es la implementación de un
tratamiento secundario para Viacha, Laja y El Alto ya que cumpliría con lo estipulado
por el Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica y además no son muy
costosos.
- Si existiese mayor descarga de contaminantes de la ciudad de El Alto, Laja, Viacha,
causaría mayor contaminación al Río Katari ya que el río no podría depurarlo de
forma natural.

ABSTRACT
Nowadays, water pollution is one of the largest environmental problems worldwide, the
scarcity of fresh water and increased pollution of it are making its use more difficult than
used to be. Bolivia is not apart to this problem and, cases of contamination of natural water
bodies in its territory are becoming more significant and frequent.
The establishment of quality objectives must be carried out taking into account both the
amount of pollutants and their subsequent behavior in the environment in terms of time, and
how it can interfere with other substances in the environment. In this sense, it is necessary to
use mathematical simulation models known as "quality models" or "contaminant transport
models" that predict the long-term system as a whole to a particular action. The validity of
the prediction will be determined by the ability of the proposed model to reflect the system
behavior. It is necessary; know all the phenomena that affect the behavior of the substances
presented in the system and other well known system features, so from the systemic approach
point of view we carry out a representative environmental segmentation.
This thesis presents a study of water quality in the Katari River which includes the
confluence of the Colorado River and Pallina River until discharge to the Cohana Bay using
mathematical models. For the environmental segmentation was considered four sections
divided by five sampling points along the stream. Were used as input data to models:
biological oxygen demand (BOD5), dissolved oxygen (DO), temperature (T), altitude above
sea level, river velocity (V), flow (Q), depth (H ), river width (W), cross-sectional area (A),
deoxygenation constant (K1), reaeration constant (K2), length of each section (L). Also was
considered in the water quality analysis parameters such as pH, electrical conductivity (EC),
dissolved oxygen concentration saturation (Cs). Previously we visited the place to determine
the characteristics of the study area to later perform the required environmental segmentation
required by the models and georeferenced sampling points to be can use them as reference for
future sampling collections. We carried out three sample collections in dry season in the 2010
and one in rainy season in 2011, also; we use data from previous sample collections carried
out by the National Institute of Nuclear Science and Technology (IBTEN) and National
Service of Meteorology and Hydrology (SENAMHI).
We used three computational models which are RIOSep, SIMOD and WASP 7.4. The
information obtained was prepared to introduce to the models and then proceed to the

calibration. The models were calibrated with 5 sample collections and validated with 4
sample collections. RIOSep and WASP 7.4 model does not have the option of calculating the
constant of deoxygenation, which was determined from the equation of Chapra (1997) and
we get a correlation from the data obtained by the model SIMOD between the constant of
reaeration (K2) and deoxygenation (K1). Once the models were calibrated and validated, the
evaluation of the models was done and we verifies that the WASP 7.4 does not calibrated
because it requires a lot of input information which is not available. However, the model
SIMOD and RIOSep were well calibrated. It was concluded that the model SIMOD is the
most optimal for the study of water quality because it had the lowest percentage of error,
correlation coefficient close to 1 and a mean difference close to zero showing better
correlation of the analyzed values than RIOSep model, plus its easy handling, low input data
and calculation of the constant deoxygenation (K1), which saves time and money. Finally,
scenario analysis performed with the model that presented better results in terms of
calibration, validation and sensitivity analysis being the model SIMOD. As a result of
prediction scenarios we have:
- All additions and improvements to be made in the WWTP Puchukollo is not enough
to solve the pollution in Cohana Bay; unless all the wastewater generated in El Alto,
Viacha and Laja is collected and treated.
- The best solution in terms of treatment of wastewater discharges is the
implementation of secondary treatment in Viacha, Laja and El Alto this would
accomplish with the requirements of the Regulation on Water Pollution and also are
not very expensive.
- If there is un increased discharge of pollutants from the city of El Alto, Laja, Viacha,
this would cause more pollution to the Katari River because the river could not debug
it naturally.

Michael Russel Osina Torrez Página | I
TABLA DE CONTENIDO
TABLAS........................................................................................................................ VII
GRÁFICO S....................................................................................................................IX
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN..................................................................................1
1.1.JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................2
1.2.DEFINICIÓN DE OBJETIVOS..................................................................................5
1.2.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................5
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .....................................................................................................5
1.3.ALCANCES DEL ESTUDIO ......................................................................................6
CAPÍTULO 2 CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES DE LA CUENCA DEL
RÍO KATARI ...................................................................................................................7
2.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO..............................................................7
2.2. ESTADO GENERAL DEL MEDIO AMBIENTE......................................................8
2.3. CLIMA ........................................................................................................................8
2.4. TEMPERATURA.......................................................................................................8
2.5. HUMEDAD RELATIVA............................................................................................9
2.6. PRECIPITACIONES..................................................................................................9
2.7. SUELOS......................................................................................................................9
2.8. HIDROGRAFÍA E HIDROGEOLOGÍA................................................................. 10
2.9. MEDIO BIÓTICO................................................................................................... 10
2.10. FLORA Y VEGETACIÓN ................................................................................... 11
2.11. FAUNA ................................................................................................................ 11

Michael Russel Osina Torrez Página | II
2.12. USO ACTUAL DEL SUELO ............................................................................... 12
2.13. POBLACIÓN....................................................................................................... 12
2.14. SEGMENTACIÓN AMBIENTAL....................................................................... 14
CAPÍTULO 3 FUNDAMENTO TEÓRICO................................................. 16
3.1. CLASIFICACIÓN DE LOS CUERPOS DE AGUA..................................... 16
3.2. CALIDAD DE AGUA EN CUERPOS RECEPTORES......................................17
3.2.1. PRINCIPALES PROBLEMAS EN AGUAS SUPERFICIALES...........................................18
3.3. DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS ESTUDIADOS (DBO, OD, T)........20
3.3.1. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (DBO)........................................................20
3.3.2. OXIGENO DISUELTO (OD) .....................................................................................24
3.3.3. TEMPERATURA (T) ................................................................................................26
3.4. MODELACIÓN MATEMÁTICA DE LA CALIDAD DE LAS AGUAS ....... 28
3.4.1. DEFINICIÓN....................................................................................................28
3.4.2. FINALIDAD DE LOS MODELOS DE CALIDAD DE AGUAS ..................................28
3.4.3. ESTRUCTURA GENERAL DE LOS MODELOS.....................................................29
3.4.3.1. Procesos actuantes ..............................................................................29
3.4.3.1.1. Procesos de transporte........................................................30
3.4.3.1.1.1. Dispersión ..................................................................30
3.4.3.1.1.2. Advección...................................................................32
3.4.3.1.2. Procesos de transformación ................................................34
3.4.3.1.2.1. Pasos de transporte....................................................34
3.4.3.1.2.2. Ecuaciones de transferencia de gas.............................36
3.4.3.1.2.3. Modelos de transferencia de materia .........................39
3.4.3.1.2.4. Reaireación natural ....................................................41
3.4.3.1.2.5. Cinética del crecimiento bacteriano............................43
3.4.3.1.2.6. Consumo de la materia orgánica biodegradable en
corrientes de agua contaminadas ...............................47
3.4.3.2. Ecuación de conservación de la masa...................................................48
3.4.3.2.1. Modelo matemático simple.................................................49
3.4.3.2.2. Exactitud y precisión............................................................51
3.4.4. DEFINICIÓN DE TRANSMISIÓN LONGITUDINAL DE CONTAMINACIÓN...........51

Michael Russel Osina Torrez Página | III
3.4.5. SISTEMAS ACOPLADOS..................................................................................54
3.4.6. MODELACIÓN DE LOS COMPONENTES CONSERVATIVOS ..............................55
3.4.7. MODELACIÓN DE LOS COMPUESTOS NO CONSERVATIVOS...........................56
3.4.7.1. Modelación del OD ..............................................................................56
3.4.7.2. Modelación de la DBO..........................................................................60
3.4.8. COEFICIENTES (TASAS) DE REACCIÓN ............................................................63
3.4.8.1. Tasa de desoxigenación carbonácea (k1, kd, kr) ....................................63
3.4.8.2. Tasa de reaireación(k2) ........................................................................63
3.4.9. CALIBRACIÓN.................................................................................................67
3.4.10. VALIDACIÓN ..................................................................................................68
3.4.11. SIMULACIÓN O ESCENARIOS DE PREDICCIÓN................................................68
3.4.12. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD............................................................................69
3.5. TIPOS DE MODELOS.................................................................................. 69
CAPÍTULO 4 DESCRIPCIÓN DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS
APLICADOS EN EL RÍO KATARI ........................................................... 71
4.1. DESCRIPCIÓN DEL MODELO......................................................................... 71
4.1.1. SIMOD 1.01 ...................................................................................................71
4.1.2. RIOSep...........................................................................................................71
4.1.3. WASP 7.4.......................................................................................................72
4.2. ALCANCE DEL MODELO.................................................................................. 73
4.2.1. SIMOD 1.01 ...................................................................................................73
4.2.2. RIOSep...........................................................................................................73
4.2.3. WASP 7.4.......................................................................................................73
4.3. LIMITACIONES.................................................................................................. 74
4.3.1. SIMOD 1.01 ...................................................................................................74
4.3.2. RIOSep...........................................................................................................74
4.3.3. WASP 7.4.......................................................................................................74
4.4. FORMULACIÓN DEL MODELO ...................................................................... 75
4.4.1. REPRESENTACIÓN CONCEPTUAL.......................................................75
4.4.1.1. SIMOD 1.01........................................................................75
4.4.1.2. RIOSep ...............................................................................75
4.4.1.3. WASP 7.4............................................................................75

Michael Russel Osina Torrez Página | IV
4.4.2. REPRESENTACIÓN FUNCIONAL..........................................................76
4.4.2.1. SIMOD 1.01........................................................................76
4.4.2.2. RIOSep ...............................................................................77
4.4.2.3. WASP 7.4............................................................................79
4.5. CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS .............................................................. 80
4.5.1. SIMOD 1.01 ...................................................................................................80
4.5.2. RIOSep...........................................................................................................81
4.5.3. WASP 7.4.......................................................................................................81
4.6. CONSTANTES O TASAS................................................................................... 83
4.6.1. TASA DE REAIREACIÓN......................................................................83
4.6.1.1. SIMOD 1.01........................................................................83
4.6.1.2. RIOSep ...............................................................................83
4.6.1.3. WASP 7.4............................................................................84
4.6.2. TASA DE DESOXIGENACIÓN ..............................................................86
4.6.2.1. SIMOD 1.01........................................................................86
4.6.2.2. RIOSep ...............................................................................86
4.6.2.3. WASP 7.4 ...........................................................................86
4.7. DEPENDENCIAS CON LA TEMPERATURA.................................................. 86
4.7.1. SIMOD 1.01 ..........................................................................86
4.7.2. RIOSep..................................................................................87
4.7.3. WASP 7.4..............................................................................87
4.8. REACCIONES O INTERRELACIONES ............................................................ 88
4.8.1. SIMOD 1.01 ..........................................................................88
4.8.2. RIOSep..................................................................................90
4.8.3. WASP 7.4..............................................................................91
4.9. OTRAS CONSIDERACIONES........................................................................... 91
4.9.1. SIMOD 1.01 ..........................................................................91
4.9.2. RIOSep..................................................................................93
4.9.3. WASP 7.4..............................................................................96
CAPÍTULO 5 DATOS NECESARIOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS
MODELOS EN EL RÍO KATARI .............................................................. 98

Michael Russel Osina Torrez Página | V
CAPÍTULO 6 ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO LONGITUDINAL DE
LOS PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA ......................................103
CAPÍTULO 7 APLICACIÓN DE LOS MODELOS DE CALIDAD DE AGUA EN
EL RÍO KATARI ..................................................................................111
7.1. CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DE LOS MODELOS..........................111
7.1.1. CALIBRACIÓN..................................................................................................114
7.1.1.1. Modelo SIMOD..................................................................................114
7.1.1.1.1. Segmentación ambiental del río ........................................115
7.1.1.2. Modelos RIOSep................................................................................121
7.1.1.2.2. Calculo de la constante de reaireación...............................123
7.1.1.2.3. Calculo de la constante de desoxigenación ........................123
7.1.1.3. Modelo WASP ...................................................................................129
7.1.1.3.2. Calculo de la constante de reaireación...............................131
7.1.1.3.3. Calculo de la constante de desoxigenación ........................131
7.1.2. VALIDACIÓN ...................................................................................................133
7.1.2.1. Modelo SIMOD..................................................................................133
7.1.2.2. Modelo RIOSep .................................................................................137
7.2. ANÁLISIS DE LAS CORRIDAS...............................................................141
7.2.1. COEFICIENTE DE CORRELACIÓN ......................................................................141
7.2.2. ERRORES E INCERTIDUMBRE ..........................................................................142
7.2.3. DIFERENCIA PROMEDIO..................................................................................146
7.3. ESCENARIOS DE PREDICCIÓN ............................................................148
7.3.1. EFECTOS DE LAS DESCARGAS..........................................................................148
7.3.2. ANÁLISIS DE LOS ESCENARIOS DE PREDICCIÓN...............................................155
7.3.3. MODELADO DE LOS ESCENARIOS DE PREDICCIÓN..........................................157

Michael Russel Osina Torrez Página | VI
CAPÍTULO 8 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ....................163
CAPÍTULO 9 APLICACIÓN DE LOS MODELOS DE CALIDAD DE AGUA EN
EL RÍO KATARI ..................................................................................166
9.1. CONCLUSIONES GENERALES.......................................................................166
9.2. CONCLUSIONES ESPECIFICAS.....................................................................167
9.3. RECOMENDACIONES.....................................................................................169
CAPÍTULO 10 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS .................................171
CAPÍTULO 11 ANEXOS........................................................................175

Michael Russel Osina Torrez Página | VII
TABLAS
Tabla 1.1. Valores máximos admisibles de parámetros en cuerpos receptores....................... 4
Tabla 2.1. Calendario Agrícola, Cuenca del Rio Katari, La Paz, Bolivia............................. 14
Tabla 3.1. Clasificación de los cuerpos de agua según su aptitud de uso............................. 17
Tabla 3.2. Formulas para el cálculo de la constante de reaireación...................................... 67
Tabla 4.1. Coeficientes de reacciones corregidas por la temperatura................................... 87
Tabla 5.1. Estaciones de monitoreo: ubicación y tipo de muestra tomada (W = Agua, IS = in
situ = Laboratorio, S = Simple) .......................................................................................... 99
Tabla 5.2. Parámetros físicos y químicos medidos en laboratorio, equipos utilizados,
periodicidad de la medición y protocolo de medida seguido ................................................ 99
Tabla 5.3. Detalle de los parámetros medidos in situ y en laboratorio en las campañas
realizadas.......................................................................................................................... 101
Tabla 6.1. Variación de la concentración de saturación en función de la CE ..................... 106
Tabla 7.1. Combinación de corridas con el modelo SIMOD v1.01.................................... 117
Tabla 7.2. Rango de valores para las constantes de reaireación y desoxigenación ............. 117
Tabla 7.3. Rango de valores para las constantes de reaireación y desoxigenación ............. 118
Tabla 7.4. Resultados Calibrado con el modelo SIMOD v1.01 (3ra campaña) .................. 119
Tabla 7.5. Resultados Calibrado con el modelo SIMOD v1.01 (5ta campaña) .................. 120
Tabla 7.6. Combinación de corridas con el modelo RIOSep ............................................. 122
Tabla 7.7. Constantes de reaireación para cada tramo de cada campaña por cinco diferentes
métodos ............................................................................................................................ 123
Tabla 7.8. Constantes de desoxigenación para cada tramo de cada campaña, a partir de la
ecuación ajustada.............................................................................................................. 124
ecuación Chapra................................................................................................................ 124
Tabla 7.10. Resultados Calibrado con el modelo RIOSep (3ra campaña).......................... 125
Tabla 7.11. Resultados Calibrado con el modelo RIOSep (5ta campaña) .......................... 127
Tabla 7.12. Combinación de corridas con el modelo WASP 7.4 ....................................... 130
Tabla 7.13. Constantes de reaireación para cada tramo de cada campaña por cinco diferentes
métodos ............................................................................................................................ 131
ecuación ajustada ............................................................................................................. 132
ecuación Chapra ............................................................................................................... 132
Tabla 7.16. Resultados Calibrado con el modelo WASP 7.4 (1ra campaña)...................... 133
Tabla 7.17. Resultados Validación del modelo SIMOD (1ra campaña)............................ 135
Tabla 7.18. Resultados Validación del modelo SIMOD (8va campaña) ........................... 136
Tabla 7.19. Resultados Validación del modelo RIOSep (1ra campaña)............................ 137
Tabla 7.20. Resultados Validación del modelo RIOSep (8va campaña) ........................... 139
Tabla 7.21. Coeficientes de correlación para las corridas mejor calibradas de DBO5 ........ 141
Tabla 7.22. Coeficientes de correlación para las corridas mejor calibradas de OD ............ 142
Tabla 7.23. Errores e incertidumbre para las corridas mejor calibradas de DBO5, Modelo
SIMOD............................................................................................................................. 143
Tabla 7.24. Errores e incertidumbre para las corridas mejor calibradas de DBO5, Modelo
RIOSep............................................................................................................................. 144
Tabla 7.25. Errores e incertidumbre para las corridas mejor calibradas de OD, Modelo
SIMOD............................................................................................................................. 144

Michael Russel Osina Torrez Página | VIII
Tabla 7.26. Errores e incertidumbre para las corridas mejor calibradas de OD, Modelo
RIOSep ............................................................................................................................ 145
Tabla 7.27. Diferencia promedio para las corridas mejor calibradas de DBO5 .................. 146
Tabla 7.28. Diferencia promedio para las corridas mejor calibradas de OD ..................... 147
Tabla 7.29. Caudales máximos estimados de las descargas de la ciudad de El Alto, Viacha y
Laja a partir de datos tomados por el IBTEN..................................................................... 149
Tabla 7.30. Datos de proyección de la carga que llegara a la PTAR Puchukollo hasta el 2035
......................................................................................................................................... 153
Tabla 7.31. Datos Promedios de las cargas que llegaran a la PTAR Puchukollo................ 153
Tabla 7.32. Ampliación de la PTAR Puchukollo .............................................................. 155
Tabla 7.33. Potencial de la eliminación de la DBO........................................................... 156
Tabla 7.34. Eficiencia de tratamientos.............................................................................. 156
Tabla 7.35. Caudales estimados, concentraciones de OD y DBO5 de descarga de las
principales fuentes de contaminación de la cuenca del Río Katari ..................................... 157
Tabla 7.36. Datos de ingreso al modelo para predicción del primer escenario (descarga del
Río Pallina)....................................................................................................................... 158
Tabla 7.37. Resultados Escenario de Predicción 1 con el modelo SIMOD v1.01 .............. 158
Tabla 7.38. Datos de entrada al modelo según la aplicación de la eficiencia de los distintos
tratamientos ..................................................................................................................... 159
Tabla 7.39. Resultados Escenario de Predicción 2 (Aplicando Tratamiento Primario) con el
modelo SIMOD v1.01....................................................................................................... 159
Tabla 7.40. Resultados Escenario de Predicción 2 (Aplicando Tratamiento Secundario) con
el modelo SIMOD v1.01................................................................................................... 160
Tabla 7.41. Resultados Escenario de Predicción 2 (Aplicando Tratamiento Terciario) con el
modelo SIMOD v1.01....................................................................................................... 161
Tabla 7.42. Datos de entrada al modelo sin la aplicación de tratamientos a los principales
efluentes de la cuenca del Río Katari................................................................................. 162
Tabla 7.43. Resultados Escenario de Predicción 3 con el modelo SIMOD v1.01 .............. 162
Tabla 9.1. Rangos de las constantes de reaireación y desoxigenación ............................... 168

Michael Russel Osina Torrez Página | IX
GRÁFICOS
Gráfico 1.1. Resultados de índices de calidad de agua (ICA) de la cuenca del Río Katari ... 3
Gráfico 2.1. Precipitaciones en la Estación Tambillo, Rio Katari........................................ 9
Gráfico 2.2. Puntos de muestreo en el Rio Katari.............................................................. 15
Gráfico 3.1. Variación en el tiempo de la DBO: a) Remanente, b) Satisfecha ................... 21
Gráfico 3.2. Relación de la DBO Carbonácea (DBOC) y la DBO Nitrogenácea (DBON) . 22
Gráfico 3.3. Concepto de los modelos de calidad de agua................................................. 29
Gráfico 3.4. Concepto de transporte advectivo.................................................................. 32
Gráfico 3.5. Masa de un constituyente que entra y sale de un volumen de control debido a
la advección en dirección x ................................................................................................. 33
Gráfico 3.6. Representación esquemática de la transferencia de O2 en cuatro pasos desde la
fase vapor a la fase solución................................................................................................ 35
Gráfico 3.7. Relaciones entre la presión parcial del O2 en la fase gaseosa y la concentración
en la fase disolución............................................................................................................ 37
Gráfico 3.8. Esquema del modelo de la película ............................................................... 40
Gráfico 3.9. Esquema del modelo de la penetración.......................................................... 40
Gráfico 3.10. Fases de Crecimiento de una Población Bacteriana .................................... 43
Gráfico 3.11. Tasa de Crecimiento Específico versus Concentración de Sustrato.............. 45
Gráfico 3.12. Capacidad de Crecimiento para una serie de Cuatro Experiencias ............... 46
Gráfico 3.13. Transmisión longitudinal de contaminación ................................................ 51
Gráfico 3.14. Elemento del cuerpo de agua....................................................................... 52
Gráfico 3.15. Esquema de un sistema ............................................................................... 55
Gráfico 3.16. Esquema de un río con compuestos conservativos....................................... 56
Gráfico 3.17. Volumen de control de un río...................................................................... 57
Gráfico 3.18. Curva característica del agotamiento de OD obtenida mediante la aplicación
de Streeter and Phelps......................................................................................................... 59
Gráfico 3.19. Comparación del comportamiento de la DBO en el rio y laboratorio a)
decaimiento típico de DBO en el rio y b) determinación de la DBO en el laboratorio ......... 60
Gráfico 3.20. Materia orgánica vs. Tiempo....................................................................... 61
Gráfico 3.21. Relación entre la DBO y la materia orgánica............................................... 62
Gráfico 3.22. Esquema de la configuración de un modelo, como sistema simplificado ..... 69
Gráfico 4.1. Esquema del Seccionamiento Ambiental para el modelo SIMOD ................. 71
Gráfico 4.2. Esquema del Seccionamiento Ambiental para el modelo RIOSep ................. 72
Gráfico 4.3. Esquema del Seccionamiento Ambiental para el modelo WASP 7.4 ............. 72
Gráfico 4.4. Sistema de coordenadas para la ecuación de balance de masa ....................... 79
Gráfico 5.1. Maniobra típica de toma de muestra en dos estaciones (PC1 y PC5) situada en
el medio del río y sobre un puente del Río Colorado y Río Katari .................................... 102
Gráfico 6.1. Grafico del Oxigeno Disuelto (OD) de los diferentes puntos en las distintas
campañas realizadas.......................................................................................................... 103
Gráfico 6.2. Grafico de la Salinidad (S) de los diferentes puntos en las distintas campañas
realizadas.......................................................................................................................... 104
Gráfico 6.3. Grafico de la Concentración de Saturación del OD (Cs) de los diferentes
puntos en las distintas campañas realizadas (Ec. 3-12 y 3-14)............................................ 105
Gráfico 6.4. Grafico de la Concentración de Saturación del OD (Cs) de los diferentes
puntos en las distintas campañas realizadas (Ec. 4-56 y 4-57)............................................ 105
Gráfico 6.5. Grafico de la Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO) de los diferentes
puntos en las distintas campañas realizadas....................................................................... 107

Michael Russel Osina Torrez Página | X
Gráfico 6.6. Grafico de la temperatura del río en grados centígrados de los diferentes
puntos en las distintas campañas realizadas....................................................................... 108
Gráfico 6.7. Grafico de la Conductividad eléctrica de los diferentes puntos en las distintas
campañas realizadas.......................................................................................................... 109
Gráfico 6.8. Grafico del Potencial de hidrogeno (pH) de los diferentes puntos en las
distintas campañas realizadas............................................................................................ 110
Gráfico 7.1. Seccionamiento Ambiental del Río Katari (Tramo 1).................................. 111
Gráfico 7.5. Perfil longitudinal de los puntos de muestreo en el Río Katari..................... 113
Gráfico 7.6. Algoritmo de decisión para calibrar los modelos......................................... 114
Gráfico 7.7. Seccionamiento Ambiental del Rio Katari (Datos 1ᵒ campaña) para el modelo
SIMOD............................................................................................................................. 116
Gráfico 7.8. Calibrado OD con el modelo SIMOD v1.01 (3ra campaña)......................... 119
Gráfico 7.9. Calibrado DBO5 con el modelo SIMOD v1.01 (3ra campaña) .................... 119
Gráfico 7.10. Calibrado OD con el modelo SIMOD v1.01 (5ta campaña)....................... 120
Gráfico 7.11. Calibrado DBO5 con el modelo SIMOD v1.01 (5ta campaña)................... 120
Gráfico 7.12. Seccionamiento Ambiental del Rio Katari para el modelo RIOSep ........... 121
Gráfico 7.13. Ajuste de la relación entre K1 vs. K2 (datos SIMOD)............................... 123
Gráfico 7.14. Calibrado OD con el modelo RIOSep (3ra campaña) ................................ 125
Gráfico 7.15. Calibrado DBO5 con el modelo RIOSep (3ra campaña) ............................ 125
Gráfico 7.16. Calibrado OD con el modelo RIOSep (5ta campaña)................................. 127
Gráfico 7.17. Calibrado DBO5 con el modelo RIOSep (5ta campaña) ............................ 127
Gráfico 7.18. Seccionamiento Ambiental del Rio Katari para el modelo WASP ............. 129
Gráfico 7.19. Calibrado OD con el modelo WASP 7.4 (1ra campaña) ............................ 133
Gráfico 7.20. Calibrado DBO5 con el modelo WASP 7.4 (1ra campaña) ....................... 134
Gráfico 7.21. Validación OD del modelo SIMOD (1ra campaña) ................................... 135
Gráfico 7.22. Validación DBO5 del modelo SIMOD (1ra campaña)............................... 135
Gráfico 7.23. Validación OD del modelo SIMOD (8va campaña)................................... 136
Gráfico 7.24. Validación DBO5 del modelo SIMOD (8va campaña) .............................. 136
Gráfico 7.25. Validación OD del modelo RIOSep (1ra campaña) ................................... 137
Gráfico 7.26. Validación DBO5 del modelo RIOSep (1ra campaña)............................... 137
Gráfico 7.27. Validación OD del modelo RIOSep (8va campaña)................................... 139
Gráfico 7.28. Validación DBO5 del modelo RIOSep (8va campaña) .............................. 139
Gráfico 7.29. Punto de mezcla........................................................................................ 148
Gráfico 7.30. Relación de la DBO5 vs. Q del Río Seco con datos tomados por el IBTEN149
Gráfico 7.31. Relación de la DBO5 vs. OD del Río Seco con datos tomados por el IBTEN
......................................................................................................................................... 150
Gráfico 7.32. Relación de la DBO5 vs. Q del Río Pallina a partir de datos tomados por el
IBTEN, para caudales menor a 0.1 (m^3/s) ....................................................................... 151
Gráfico 7.33. Relación de la DBO5 vs. Q del Río Pallina a partir de datos tomados por el
IBTEN, para caudales mayor a 0.1 y menor a 1(m^3/s)..................................................... 151
Gráfico 7.34. Relación de la DBO5 vs. OD del Río Pallina a partir de datos tomados por el
IBTEN, para caudales menor a 0.1, entre 0.1–1 y mayor a 1 (m^3/s)................................. 152
Gráfico 7.35. Relación de la Profundidad vs. Caudal del Río Pallina a partir de datos
tomados por el IBTEN ...................................................................................................... 154
Gráfico 7.36. Relación de la Velocidad vs. Caudal del Río Pallina a partir de datos tomados
por el IBTEN .................................................................................................................... 154
Gráfico 7.37. Ampliación de la PTAR Puchukollo hasta el año 2035.............................. 155

Michael Russel Osina Torrez Página | XI
Gráfico 7.38. Escenario de predicción 1 del OD ............................................................. 158
Gráfico 7.39. Escenario de predicción 1 de la DBO5 ...................................................... 158
Gráfico 7.40. Escenario de predicción 2 de OD (Aplicando Tratamiento Primario)......... 159
Gráfico 7.41. Escenario de predicción 2 de la DBO5 (Aplicando Tratamiento Primario). 159
Gráfico 7.42. Escenario de predicción 2 de OD (Aplicando Tratamiento Secundario).... 160
Gráfico 7.43. Escenario de predicción2 de la DBO5 (Aplicando Tratamiento Secundario)
......................................................................................................................................... 160
Gráfico 7.44. Escenario de predicción 2 de OD (Aplicando Tratamiento Terciario)........ 161
Gráfico 7.45. Escenario de predicción2 de la DBO5 (Aplicando Tratamiento Terciario). 161
Gráfico 7.46. Escenario de predicción 3 de OD .............................................................. 162
Gráfico 7.47. Escenario de predicción 3 de la DBO5 ...................................................... 162

Michael Russel Osina Torrez Página | 1
1. INTRODUCCIÓN
Actualmente la contaminación hídrica es uno de los problemas ambientales más grandes a
nivel mundial, ya que la escasez del agua dulce y la creciente contaminación de ésta, están
haciendo que su uso sea cada vez más dificultoso. Bolivia no es ajena a esta problemática y
los casos de contaminación en los cuerpos naturales de agua en su territorio, son cada vez
más significativos y frecuentes.
En la actualidad está rebrotando en el país, una importante corriente de conservación
ambiental que promueve en el caso específico del Departamento de La Paz, la necesidad de
implantar medidas de mitigación que puedan frenar y hasta revertir los niveles de
contaminación que afectan las aguas de distintos cuerpos naturales, como por ejemplo el Lago
Titicaca, entre las cuales se destaca la necesidad perentoria de tratar las aguas residuales que
se descargan a dicho cuerpo de agua, ya que el Lago Titicaca es uno de los lagos navegables
de altura con mayor extensión en el mundo y también es un importante destino turístico, que
en la última década se ha visto significativamente afectado por la creciente contaminación
hídrica, la degradación del paisaje, pérdida del hábitat, y la aparición de procesos eutróficos,
localizados en numerosos sitios.
La Bahía de Cohana es considerada como el sitio más contaminado de la parte boliviana del
lago Titicaca, y el segundo más contaminado de todo el lago después de la Bahía de Puno en
Perú. Las problemáticas ambientales, y en especial las que se refieren a la contaminación
hídrica, están relacionadas con variables causales internas y externas. La carencia de una
gestión integral de residuos sólidos y la práctica de la ganadería intensiva en las poblaciones
cercanas a los ríos que desembocan en el Lago Titicaca, críticamente sustentada por las
macrófitas acuáticas (especialmente Myriophyllum quítense conocida comúnmente como
Llacho, Chchinqui y Schoenoplectus californicus ssp. conocida comúnmente como totora),
representan las variables internas, mientras que la variedad de contaminantes y materiales
residuales arrastrados por los ríos que desembocan en la Bahía, desde la ciudad de El Alto y
diversas poblaciones, constituyen las variables externas.
Esta situación afecta significativamente el nivel de la calidad ambiental de los cuerpos de
agua de todo el sistema Titicaca–Desaguadero–Salar de Poopó–Salar de Coipasa (TDPS), el
uso y consumo de los mismos, y también en todo lo concerniente a la salud pública y la
epidemiología. Las actividades productivas del lugar y, principalmente, el cómo se llevan a

cabo, es un factor de influencia clave en la degradación acelerada del ecosistema, de la
aparición de procesos eutróficos y de la pérdida gradual, y muchas veces irreversible, de la
biodiversidad, entre la que se afecta a diversas especies endémicas, como por ejemplo:
Telmatobius culeus comúnmente conocida como rana gigante.
El principal instrumento de las causas es el sistema de transporte de contaminantes, o sea el
Río Seco, Río Seque, Río Pallina, Río Colorado, Río Jalakeri y destaca entre ellos el afluente
final o principal llamado Río Katari donde confluyen todas las “causas” y empiezan a
manifestarse los “efectos” que luego son más drásticos al llegar a la Bahía de Cohana.
Con el fin de diseñar, dimensionar, aplicar y cumplir planes alternativos de ingeniería,
debidamente monitoreados en todas sus etapas, para el control y manejo de la calidad del
agua, suelen emplearse modelos matemáticos que relacionan las entradas de aguas residuales
con la calidad del agua del cuerpo receptor. Los diversos grados de tratamiento, los sistemas
de tratamiento regional versus plantas múltiples, constituyen algunas de las alternativas
específicas cuya influencia sobre la calidad del agua receptora pueden evaluarse mediante la
aplicación de los modelos de calidad del agua. Los modelos pueden ayudar también a evaluar
el beneficio relativo que se obtiene para la calidad del agua mediante la eliminación de
diferentes componentes de los contaminantes. Sin olvidar que cuando se estudia la calidad
ambiental de un río, debe conocerse a cabalidad su comportamiento, desde que nace hasta el
lugar de su desfogue final, a que es más sensible y en que tramo es más afectado, etc. Sólo
después se podría pensar en aplicar modelos de comportamiento de calidad, para lograr un fin
específico. Dentro este cometido se inscribe el presente proyecto.
1.1. JUSTIFICACIÓN
La Bahía de Cohana, ubicada al Sur del Lago Menor del Titicaca, es el área receptora más
importante de todas las aguas residuales y descargas industriales que se generan en las
ciudades de El Alto, Viacha y comunidades que viven cerca de los ríos que llegan al lago del
departamento de La Paz.
El problema que esta contaminación va generando es la acumulación progresiva de materia
orgánica, que causa el excesivo enriquecimiento del agua en nutrientes y termina en un
proceso de eutrofización del ecosistema acuático del área de la Bahía. La poca profundidad
que caracteriza al lago pequeño del Titicaca o Huiñaymarca (profundidad promedio 10
metros), hace que las aguas de este lago estén en constante movimiento y circulación diaria,

por lo que los nutrientes no se mantienen en el fondo, sino que están disponibles para el
aprovechamiento de los productores primarios (algas y macrófitas). Su presencia causa un
desarrollo masivo de éstas, especialmente la Lemna (o lenteja de agua) y otras plantas no
enraizadas que viven en la superficie del agua.
Debido al exceso de nutrientes, las plantas crecen en abundancia y colonizados por otros
organismos, propios de aguas contaminadas. Más tarde, cuando mueren, se pudren y llenan el
agua de malos olores y le dan un aspecto nauseabundo, disminuyendo drásticamente su
calidad. El proceso de degradación de la materia orgánica consume una gran cantidad del
oxígeno disuelto y las aguas dejan de ser aptas para la mayor parte de los seres vivos.
Grafico1-1. Resultados de Índices de calidad de Agua (ICA) de la cuenca del Río Katari.
Fuente: Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear (IBTEN) 2006

PARAMETRO UNIDAD CLASE “A” CLASE “B” CLASE “C” CLASE “D”
pH 6.0 a 8.5 6.0 a 9.0 6.0 a 9.0 6.0 a 9.0
Temperatura °C
± 3 °C de c.
receptor
± 3 °C de c. receptor ± 3 °C de c. receptor ± 3 °C de c. receptor
Sólidos disueltos
totales
mg/l 1000 1000 1500 1500
Aceites y Grasas mg/l Ausentes Ausentes 0.3 1
DBO5 mg/l < 2 <5 <20 <30
DQO mg/l <5 <10 <40 <60
NMP Colifecales N/100ml
<50 y <5 en 80%
de muestras
<1000 y <200 en
80% de muestras
<5000 y <1000 en
80% de muestras
<50000 y <5000 en
80% de muestras
Parásitos N/l <1 <1 <1 <1
Color mg Pt/l mg/l <10 <50 <100 <200
Oxigeno disuelto mg/l > 80% sat. >70% sat. >60% sat. 50% sat.
Turbidez UNT <10 <50 <100 - <2000*** <200 – 10000***
Sólidos
Sedimentables
mg/l -
ml/l
<10 mg/l 30 mg/l – 0.1 ml/l <50 mg/l - <1 ml/l 100 - <1 ml/l
Aluminio mg/l 0.2 c. Al 0.5 c. Al 1.0 c. Al 1.0 c. Al
Amoniaco mg/l 0.05 c. NH 1.0 c. NH 2 c. NH 4 c. NH
Antimonio mg/l 0.01 c. Sb 0.01 c. Sb 0.01 c. Sb 0.01 c. Sb
Arsénico total mg/l 0.05 As 0.05 c. As 0.05 c. As 0.1 c. As
Benceno µg/l 2.0 c. Be 6.0 c: Be 10.0 c. Be 10.0
Bario mg/l 1.0 0.05 c. Ba 1.0 c. Ba 2.0 c. Ba 5.0 c. Ba
Berilio mg/l 0.001 c. Be 0.001 c. Be 0.001 c. Be 0.001 c. Be
Boro mg/l 1.0 c. B 1.0 c. B 1.0 c. B 1.0 c. B
Calcio mg/l 200 300 300 400
Cadmio mg/l 0.005 0.005 0.005 0.005
Cianuros mg/l 0.002 0.1 0.2 0.2
Cloruros mg/l 250 c. Cl 300 c. Cl 400 c. Cl 500 c. Cl
Cobre mg/l 0.05 c. Cu 1.0 c. Cu 1.0 c. Cu 1.0 c. Cu
Cobalto mg/l 0.1 c. Co 0.2 c. Co 0.2 c. Co 0.2 c. Co
Cromo Hexavalente mg/l 0.05 c. Cr total 0.05 c. Cr+6
0.05 c. Cr+6
0.05 c. Cr+6
Cromo Trivalente mg/l 0.6c. Cr+3
0.6c. Cr+3
1.1 c. Cr+3
Hierro soluble mg/l 0.3 c. Fe 0.3 c. Fe 0.1 c. Fe 1.0 c. Fe
Manganeso mg/l 0.5 c. Mn 1.0 c. Mn 1.0 c. Mn 1.0 c. Mn
Mercurio mg/l 0.001 Hg 0.001 Hg 0.001 Hg 0.001 Hg
Níquel mg/l 0.05 c. Ni 0.05 c. Ni 0.5 c. Ni 0.5 c. Ni
Nitrato mg/l 20.0 c. NO3 50.0 c. NO3 50.0 c. NO3 50.0 c. NO3
Nitrito mg/l <1.0 c. N <1.0 c. N <1.0 c. N <1.0 c. N
Nitrógeno Total mg/l 5 c. N 12 c. N 12 c. N 12 c. N
Plomo mg/l 0.05 c. Pb 0.05 c. Pb 0.05 c. Pb 0.1 c. Pb
Tabla1-1. Valores máximos admisibles de parámetros en cuerpos receptores.
Fuente: Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica. Anexo A.

Desde hace algún tiempo, las comunidades pesqueras de esta región han venido denunciando
la muerte masiva de los peces del sector de la Bahía de Cohana. Por otra parte, la pérdida de
la calidad del pescado ha generado un rechazo del consumidor a este producto, especialmente
a las especies piscícolas nativas. Estas dos situaciones han creado un problema social entre las
comunidades pesqueras, que ya no pueden contar con el ingreso de la pesca.
En este sentido, es importante conocer y evaluar el estado del recurso hídrico del Río Katari
ya que este río desfoga sus aguas al lago Titicaca en la Bahía de Cohana, para poder proponer
medidas de mitigación y control de la contaminación. El uso de un modelo matemático para
simular el Oxigeno Disuelto y la Demanda Bioquímica de Oxigeno nos permitirá alcanzar lo
anteriormente mencionado de una forma económica. (Ver Anexo E)
1.2. DEFINICIÓN DE OBJETIVOS
Los objetivos para el presente trabajo de investigación son:
1.2.1. OBJETIVO GENERAL
o Aplicar el modelo SIMOD para estudiar la calidad del agua del Río Katari en el tramo
conformado por la confluencia del Río Pallina y Colorado, hasta la descarga a la
Bahía de Cohana, Lago Titicaca.
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
o Definir la segmentación ambiental de la cuenca del Río Katari.
o Identificar el Área de Influencia vinculado con la Calidad del Agua del Río Katari.
o Determinar la calidad de agua del Río Katari en el tramo final.
o Estudiar la capacidad de Autopurificación del Río Katari en el tramo final.
o Desarrollar las líneas maestras de un Plan de Acción Ambiental de control de la
contaminación de las aguas del Río Katari en términos del tratamiento de las
descargas.
o Uso de los Modelos WASP 7.4 y RIOSep como comparación con el Modelo SIMOD.

1.3. ALCANCES DEL ESTUDIO
o Aplicar la Metodología de Muestreo Intensivo (MI) del Modelo SIMOD.
o Diseñar el Plan de Muestreo Intensivo.
o Toma y análisis de muestras con el Muestreo Intensivo.
o Aplicación del modelo SIMOD: Calibración, Validación, y Escenarios de predicción.
o Evaluar mediante una matriz de impacto ambiental la actual situación del Río Katari.
o Desarrollar los escenarios de predicción con el fin de evaluar tratamientos para las
descargas.

2. CARACTERISTICAS AMBIENTALES DE LA CUENCA DEL RÍO KATARI
2.1. DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO
La Bahía de Cohana es considerada como el punto principal de contaminación en el sector
boliviano del Lago Titicaca, los elementos naturales que actúan como transportadores de
contaminación son el Río Katari y su afluentes, además de las actividades antrópicas que
actúan como generadores de contaminación y que son fundamentalmente las poblaciones de
El Alto, Viacha y Pucarani, en razón de su densidad poblacional, y su relación con la cuenca
del Río Katari.
El área que comprende la cuenca del Río Katari es de 2.899 km2
, cuya longitud es
aproximadamente 86 kilómetros; el Río Pallina se constituye en su principal afluente con un
curso de 36 Kilómetros aproximadamente.
La cuenca del Río Katari está delimitada de la siguiente manera:
o Al norte con el municipio de Batallas (Provincia Los Andes).
o Al sur con los municipios de Coro Coro, Waldo Ballivián (Provincia Pacajes) y Ayo
Ayo (Provincia Aroma).
o Al este con los municipios de la ciudad de La Paz y Mecapaca (Prov. Murillo).
o Al oeste con los municipios de Tiahuanacu (Prov. Ingavi) y Caquiaviri (Provincia
Pacajes)
En lo que respecta a la cobertura política administrativa, el Área de Intervención abarca las
siguientes Provincias, Municipios y Cantones:
o Provincia Los Andes
• Municipio Puerto Pérez:
 Cantón Cascachi.
 Cantón Augachi.
• Municipio Pucarani:
 Cantón Pucarani.
 Cantón Lacaya.
 Cantón Catavi.

• Municipio Laja:
 Cantón Laja.
 Cantón San Juan del Rosario.
 Cantón Tambillo.
o Provincia Ingavi
• Municipio Viacha
 Cantón Viacha (Sector Noroeste)
o Provincia Murillo
• Municipio El Alto (Ciudad y Sector Oeste).
2.2. ESTADO GENERAL DEL MEDIO AMBIENTE
La descripción del medio abiótico, considera como elementos principales, a aquellos que
influyen de alguna manera, sobre la contaminación ambiental puntual en la Bahía Cohana.
2.3. CLIMA
El área de estudio se encuentra dentro de la Cuenca del Altiplano del Departamento de La
Paz, tiene un clima templado – frío.
El área de estudio, en el extremo oeste, comprende dos tipos de Climas:
• Clima Frío-húmedo, que se distribuye en el Lago Titicaca y sus alrededores; se
caracteriza por su precipitación variable (de 800 a 600 mm año) y bajas
temperaturas.
• Clima Frío, Sub–húmedo, el cual se presenta en las partes este y sur del área. Su
particularidad principal es la fluctuación de la precipitación pluvial (entre 300 a
600 mm al año) acompañada de bajas temperaturas.
2.4. TEMPERATURA
Las temperaturas medias anuales determinadas en las estaciones cercanas al área de estudio
son de 11°C en la estación de El Alto y 7.7°C en la estación Tiwanaku (ubicada al Sur), se
debe al efecto térmico que ocasiona la presencia del Lago Titicaca.

2.5. HUMEDAD RELATIVA
La humedad relativa en el contorno del lago varía de 50 a 65%, para temperaturas de 8 a
10°C. Los valores más bajos, de 50 a 45%, se han encontrado en el sur de la cuenca, lo que
indica la fuerte influencia del Lago Titicaca.
La evapotranspiración potencial (ETP), tiene extremos muy marcados, la máxima se presenta
en verano (noviembre a marzo) con valores promedio de 300 mm y la mínima en invierno
(mayo-agosto) con 114 mm. La variación estacional es reducida, ya que existe un equilibrio
entre el período cálido (mayor duración de insolación, pero a la vez época lluviosa y por lo
tanto nubosa) y el período frío (menor duración de insolación pero cielos descubiertos).
2.6. PRECIPITACIONES
El período lluvioso es de noviembre a marzo, y el seco de mayo a agosto, considerándose los
meses restantes como de transición entre ambos.
Grafico2-1. Precipitaciones en la Estación Tambillo, Río Katari
Fuente: Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), Bolivia.. 2003
2.7. SUELOS
Las características de los suelos son muy variables, dependiendo de la zona fisiográfica en
que se encuentran, aunque, en términos generales predominan suelos de transición no bien
desarrollados.
En las llanuras fluvio-lacustres los suelos son de origen volcánico de textura
predominantemente franco-arenosa, con abundantes sedimentos, razón por la que la zona es

prácticamente de baja fertilidad, por lo que no se encuentra mucha diversidad tanto en flora
como en fauna y mucho menos en especies forestales. La erosión en este tipo de suelos es de
tipo laminar y progresiva.
En las cimas de las colinas y serranías, los suelos presentan abundante pedregosidad y soltura
superficial, en cambio en las montañas, los suelos son superficiales de textura franco –
arenosa, estos mismos evitan el proceso erosivo acelerado en las pendientes.
2.8. HIDROGRAFÍA E HIDROGEOLOGÍA
2.8.1. HIDROGRAFÍA
El Río Katari es el principal cuerpo de agua de la cuenca, y discurre en dirección Sureste-
Noroeste; el Río Seco confluye en el Río Pallina, hasta la confluencia con el Río Colorado,
donde cambia de nombre a Río Katari. Tiene una longitud de 86 km, desde su naciente hasta
su desembocadura en el Lago Menor. Sus principales afluentes son: Río Seco (que atraviesa la
ciudad de El Alto) y el Río Pallina (que bordea la ciudad de Viacha y la población de Laja).
2.8.2. RÍO SECO – RÍO PALLINA
El Alto pertenece al área de influencia del sistema hidrográfico del Altiplano Norte;
conformado por los siguientes ríos: Seco, Seque, Kantutani, San Roque y Hernani, que nacen
en la Cordillera de La Paz y/o en sus estribaciones.
2.9. MEDIO BIÓTICO
La zona de estudio, pertenece a la ecoregión del Altiplano denominada “puna semihúmeda”,
con una vegetación caracterizada por una cubierta de gramíneas duras dispuestas en macollos
y arbustos resinosos bajos.
El Altiplano norte puede dividirse en cuatro unidades fitofisiográficas:
o Zona montañosa
o Zona Colinosa
o Zona de pie de monte
o Zona de llanura aluvial

2.10. FLORA Y VEGETACIÓN
Se destacan los totorales, bofedales y pastizales. Las formaciones vegetales de la región se
encuentran degradadas por el uso intensivo que le dieron las comunidades campesinas durante
años, por lo tanto el estado de conservación es limitado.
Los sitios que necesitan manejo inmediato son las áreas de cultivo y pastoreo, además de,
bofedales y totorales alrededor de los cuerpos de agua, debido a que estas comunidades se
encuentran en proceso de desecación por el pastoreo intensivo de ganado vacuno.
2.11. FAUNA
2.11.1. FAUNA TERRESTRE
De forma general, en las zonas alejadas a los centros comunales se puede encontrar algunos
individuos de zorro andino. Entre otros mamíferos de observación frecuente, están los
camélidos, y de forma general, las especies pecuarias.
Una especie que merece ser mencionada por los efectos que tiene, es la liebre considerado
como una plaga para los cultivos de la zona.
Entre las aves que comúnmente están presentes en la zona, están dos especies de tinamúes,
pueden observar rapaces, además del halcón.
2.11.2. FAUNA ACUÁTICA
Entre la fauna acuática presente en la zona, se pueden diferenciar diferentes especies de aves,
siendo la principal la “choka” que se caracteriza por presentar importantes poblaciones en
cercanía a los totorales.
La pesca es una actividad practicada; siendo la fauna ictica más común, las diferentes
especies del género Orestia, especies típicas del lago que conviven junto a otras dos especies
introducidas: la trucha y el pejerrey.

2.12. USO ACTUAL DEL SUELO
La calidad de los suelos responde a diversos factores como composición, textura,
profundidad, pedregosidad y otros que combinados con las condiciones ambientales,
culturales y técnicas determinan su capacidad de uso.
En las llanuras fluvio lacustres de la zona, es decir, las zonas aledañas a la Bahía de Cohana,
Tambillo, Lacaya, se caracterizan por una utilización pastoril sobre la base de ganado
introducido (bovino y ovino) en áreas de vegetación nativa.
La complementariedad de la agricultura y la ganadería encontramos ovinos y bovinos que
pastorean áreas de vegetación nativa.
2.13.POBLACIÓN
La población total aproximada, que habita dentro del área de estudio, es de 677.736 personas,
según los datos del Censo 2001.
El municipio de El Alto, participa con un total de 649.767 habitantes, de los cuales el 99.6%
pertenece al área urbana.
El municipio de Viacha, participa con un total de 31.476 habitantes, de los cuales el 92.4% se
encuentra en el área urbana, es decir, en la ciudad de Viacha, el resto son comunidades
ubicadas al norte, noroeste y oeste.
El municipio de Puerto Pérez, es completamente rural y la población que está incluida dentro
del área de estudio, alcanza las 1.895 personas, distribuidas en 6 comunidades.
El municipio de Laja, es eminentemente rural, y el área de estudio, abarca más del 60% de la
superficie del mismo. La población involucrada alcanza los 13.110 habitantes.
El último municipio es Pucarani, participa con 10.596 personas en el área de estudio, este
valor incluye a la localidad de Pucarani, que es la más importante del municipio.
En términos generales, la población urbana representa el 95.7% de la población total, y esto
determina la alta influencia que puede tener sobre la contaminación generada.

2.13.1. INSUMOS Y FACTORES DE PRODUCCIÓN
o ACCESO Y USO DE SUELOS
La principal actividad de la zona de estudio es la agropecuaria, lo que significa que son suelos
con características de textura y estructura franca, son destinados a actividades agrícolas, y
suelos pesados, son usados para la parte pecuaria. Según el Plan Desarrollo Departamental de
La Paz, el 39.3% son tierras cultivables, el 45% son tierras usadas para la actividad ganadera,
el 4% son superficies forestales y un 11% aproximadamente son suelos inaccesibles y
deteriorados.
o TAMAÑO DE TIERRA
La división actual de la tierra establecida por la Reforma Agraria de 1953, ha reducido
enormemente la propiedad individual en algunos casos a pequeñas parcelas de cultivo y de
pastoreo. Según información secundaria, existe un promedio de 20 a 25 has por familia en la
partes altas de la cuenca lacustre y un promedio de 2 a 10 has por familia en las zonas bajas y
circunlacustre de la zona de estudio.
o PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
La agricultura se realiza a secano en la mayoría de las comunidades estudiadas, y se producen
cultivos de verano con una sola cosecha al año, como la papa, oca, haba, maíz, cebolla, avena,
tarwi, cebada en berza y para grano, aplicando tecnología tradicional, sin utilizar fitosanitarios
ni semillas mejoradas, y la producción es esencialmente para autoconsumo.
La agricultura bajo riego, se realiza principalmente en zonas aledañas a los ríos existentes en
la Cuenca, ya sea a través de canales revestidos con cemento, de tierra por gravedad y
utilizando bombas de agua en pequeñas superficies, produciendo principalmente papa, haba,
arveja y algunas especies forrajeras como la alfalfa.
o PRINCIPALES CULTIVOS Y VARIEDADES
Los principales cultivos se circunscriben a todas las zonas altas y medias de la cuenca, las de
secano son papa (variedades: Luqui, Yari) y en las zonas bajas aledañas al lago (variedades:
huaycha, imilla negra, sani imilla, etc.) quinua (variedad: Pandela), cebada (variedad: kára
cebada, chápi cebada) oca (variedad: sucreño, kéllu apilla, keni, chimsi, etc.). Los cultivos

bajo riego, son la haba, arveja y otras semillas de hortalizas, de diversas variedades adquiridas
en el mercado local; y en áreas muy pequeñas, se está introduciendo alfalfa (variedades:
Ranger, Pampeana y Bolivia 2000). Entre otros cultivos podemos mencionar al tarwi,
papaliza, isaño, y otros.
o CALENDARIO AGRÍCOLA
Las principales actividades dentro el calendario agrícola por tipo de cultivo se detalla en el
siguiente cuadro: (35)
Cultivo Actividades
Meses
J J A S O N D E F M A M
Papa, cebolla y
oca
Preparación del
terreno
Abonado
Siembra
Deshierbe
Aporque
Tratamiento
sanitario
Cosecha
Haba y arveja
Siembra
Deshierbe
Riego
Cosecha
Cebada en grano
Siembra
Cosecha
Cebada y avena
para forraje
Siembra
Cosecha
Tabla2-1. Calendario Agrícola, Cuenca del Río Katari, La Paz, Bolivia.
Fuente: Prefectura del Departamento de La Paz Dirección de Recursos Naturales y Medio Ambiente. Primer Informe del Estudio Ambiental de la
Contaminación Bahía Cohana Lago Titicaca, PSID S.R.L. Noviembre de 2004.
2.14. SEGMENTACIÓN AMBIENTAL
Para realizar el análisis de calidad ambiental de Río Katari es necesario segmentarlo
ambientalmente, para esto se divide al río en porciones que tengan más o menos
características hidráulicas, biológicas y fisicoquímicas similares. Esta segmentación ambiental
se debe realizar para cada modelo de acuerdo a los requeridos de este, y dependerá de su
buena realización la obtención de información de entrada y los futuros resultados.
En el Capitulo V se presentara la segmentación para cada modelo, en el grafico 2-2 se muestra
los puntos de muestreo que se tomaran en cuenta para el análisis.

Grafico2-2. Puntos de muestreo en el Río Katari.
Fuente: Google Earth 2011.
o Punto de muestreo Nᵒ1: Río Colorado, puente Katari. Km 0+00. En este punto se
encuentra el Río colorado a 5 .33 kilómetros de la descarga de Río Pallina para lo que
es la formación del Río Katari.
o Punto de muestreo Nᵒ2: Río Pallina, puente Laja. Km 5+33. Este punto es la
descarga del Río Pallina el cual recoge las aguas de La Ciudad del Alto, Viacha, y
Laja como principales fuentes de contaminación.
o Punto de muestreo Nᵒ3: Confluencia Pallina Colorado. Km 5+61. Este punto se
encuentra a 290 metros más arriba de la confluencia del Río Colorado y el Río Pallina,
los cuales dan a la formación del Río Katari.
o Punto de muestreo Nᵒ4: Río Katari, puente Katari. Km 28+66. En este punto no se
encuentra el puente Katari, aguas debajo de la confluencia del Río Colorado y Río
Pallina.
o Punto de muestreo Nᵒ5: Descarga Río Katari, Bahía de Cohana. Km 34+43. En este
punto se encuentra la descarga a lo que ya son las aguas de la Bahía de Cohana.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO
3.1. CLASIFICACIÓN DE LOS CUERPOS DE AGUA
Según el reglamento en contaminación hídrica que entro en vigencia el año 1996, articulo 4
las aguas se clasifican en cuatros diferentes clases.
Esta clasificación general de cuerpos de agua; en relación con su aptitud de uso, obedece a los
siguientes lineamientos:
CLASE “A” Aguas naturales de máxima calidad, que las habilita como agua potable para
consumo humano sin ningún tratamiento previo, o con simple desinfección
bacteriológica en los casos necesarios verificados por laboratorio.
CLASE “B” Aguas de utilidad general, que para consumo humano requieren tratamiento
físico y desinfección bacteriológica.
CLASE “C” Aguas de utilidad general, que para ser habilitadas para consumo humano
requieren tratamiento físico-químico completo y desinfección bacteriológica.
CLASE “D” Aguas de calidad mínima, que para consumo humano, en los casos extremos de
necesidad pública, requieren un proceso inicial de presedimentación, pues
pueden tener una elevada turbiedad por elevado contenido de sólidos en
suspensión, y luego tratamiento físico-químico completo y desinfección
bacteriológica especial contra huevos y parásitos intestinales. (25)
ORDEN USOS
CLASE
“A”
CLASE
“B”
CLASE
“C”
CLASE
“D”
1
Para abastecimiento doméstico de
aguas potable después de:
a) Sólo una desinfección y ningún
tratamiento
SI NO NO NO
b) Tratamiento solamente físico y
desinfección
No
necesario
SI NO NO
c) Tratamiento físico-químico
completo; coagulación, floculación,
filtración y desinfección
No
necesario
No
necesario
SI NO
d) Almacenamiento prolongado o
pre-sedimentación; seguidos de
tratamiento, al igual que c)
No
necesario
No
necesario
No
necesario
SI

2
Para recreación de contacto
primario; natación, esquí, inmersión
SI SI SI NO
3
Para protección de los recursos
hidrobiológicos
SI SI SI NO
4
Para riego de hortalizas consumidas
crudas y fruta de cáscara delgada,
que sean ingeridas crudas sin
remoción de ella
SI SI NO NO
5 Para abastecimiento industrial SI SI SI SI
6
Para la cría natural y/o intensiva
(acuicultura) de especies destinadas
a la alimentación humana
SI SI SI NO
7 Para abrevadero de animales NO (*) SI SI NO
8 Para la navegación (***) NO (**) SI SI SI
(SI) Es aplicable, puede tener todos los usos indicados en las clases correspondientes
(*) No en represas usadas para abastecimiento de agua potable
(**) No a navegación a motor
(***) No aplicable a acuíferos
Tabla3-1. Clasificación de los cuerpos de agua según su aptitud de uso.
Fuente: Cuadro Nº 1 - Anexo A del Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica.
3.2. CALIDAD DE AGUA EN CUERPOS RECEPTORES
La contaminación del agua debe entenderse como un concepto relativo, asociado a las
características físicas, químicas y biológicas que impiden o dificultan su uso según las
aplicaciones a las que vaya destinada. En la naturaleza, el agua en estado líquido no se
encuentra pura, sino que va incorporando diversas sustancias desde su caída a la superficie de
la tierra como agua de lluvia hasta que llega al mar, a lo largo del ciclo del agua. Durante este
recorrido, el agua va disolviendo gases y compuestos minerales, y va incorporando partículas
en suspensión de naturaleza inorgánica y orgánica, etc. Finalmente, el agua es utilizada por el
hombre para el suministro municipal y para usos agrícolas, industriales y recreativos,
impurificándose de forma considerable. Por ello, en sentido estricto, el agua que se encuentra
a disposición del ser humano está contaminada, y será su aptitud o ineptitud para un uso
determinado lo que determinará su calificación de contaminada para ese uso.
No obstante, no debe entenderse el término "uso" en su sentido estrictamente utilitarista para
el ser humano (bebida, baño, riego, aplicación industrial, etc.), sino que el concepto debe ser
más amplio haciendo referencia, por ejemplo, al mantenimiento de las condiciones naturales
de forma que no se perturbe el funcionamiento de los ecosistemas.

El origen de la contaminación de las aguas hay que buscarlo en procesos naturales pero, sobre
todo, en la actividad humana. La contaminación inducida por el hombre es un fenómeno
antiguo si bien, la industrialización y el crecimiento demográfico y urbanístico han agravado
considerablemente el problema en muchas regiones. A pesar de su origen común, se puede
establecer una distinción entre los principales problemas de contaminación en aguas
superficiales y en aguas subterráneas. (27)
3.2.1. PRINCIPALES PROBLEMAS EN AGUAS SUPERFICIALES
o Salinización. Se produce cuando la tasa de deposición de las sales que transportan las
aguas de riego supera la velocidad de arrastre de la sal por el curso del agua. Es un problema
que se puede plantear debido a la reutilización de aguas residuales parcialmente tratadas,
puesto que estas aguas han sufrido un pequeño incremento de sales disueltas durante su uso
doméstico o industrial. Es más habitual que se produzca debido al riego con aguas de
acuíferos sobreexplotados, con altas concentraciones de sales disueltas.
o Acidificación de lagos. En lagos de baja alcalinidad, la lluvia ácida originada por la
reacción del vapor de agua con óxidos de nitrógeno y azufre provoca la acidificación de los
lagos. También puede tener lugar por deposición seca en las proximidades de los focos de
emisión de los contaminantes atmosféricos citados. El fenómeno se da en países
industrializados y su corrección requiere el control y supresión de las emisiones a la atmósfera
de óxidos de nitrógeno y azufre.
o Reducción de los niveles de oxígeno disuelto en el agua. Diversos factores afectan de
forma negativa a los niveles de oxígeno disuelto de un sistema natural: la temperatura, la
turbidez, la materia orgánica en descomposición, la proliferación de algas, etc.
o Eutrofización. La ruptura del equilibrio de un ecosistema de base planctónica por la
variación de las condiciones naturales de temperatura, luminosidad o disponibilidad de
nutrientes puede ocasionar una proliferación exagerada de algas. Dicha proliferación puede
dar lugar a problemas puntuales como la disminución del oxígeno disuelto durante la noche, o
más generales si la descomposición de las algas muertas agota el oxígeno. El aumento de la
turbidez, el incremento del pH, la generación de sustancias tóxicas por parte de algunos
microorganismos, entre otras, son consecuencias importantes de los procesos de eutrofización.
o Disminución de la biodiversidad. Relacionado con el problema de la eutrofización,
aunque no de forma exclusiva, cuando un sistema llega a un estado de hipereutrofización tan
solo unas pocas especies pueden vivir, y las que lo hacen proliferan de una forma notable.

o Degradación y sustitución de especies. La contaminación de las aguas puede provocar
la desaparición de especies y la aparición de aquellas que se adaptan mejor a las nuevas
condiciones.
o Adaptación de las especies. La adaptación de las especies a la nueva situación puede
también provocar efectos altamente indeseables. Por ejemplo, la pérdida de transparencia del
agua del mar en zonas costeras hace desplazarse a cierto tipo de algas desde su profundidad
normal a otras inferiores. De este modo quedan más expuestas a la acción del oleaje y pueden
ser arrancadas de forma masiva, acumulándose en las playas. Su descomposición puede
generar problemas de anoxia en las aguas costeras.
o Contaminación de sedimentos. Los sedimentos de ríos, lagos y estuarios de zonas
industrializadas y/o densamente pobladas suelen presentar altas concentraciones de metales
pesados, compuestos orgánicos tóxicos, nutrientes y materia orgánica. En estos casos hay que
tener especial cuidado puesto que cualquier acción no controlada podría movilizar los
compuestos tóxicos retenidos en los sedimentos.
o Bioacumulación de compuestos tóxicos. Numerosos compuestos orgánicos tóxicos y
metales pesados son ingeridos por seres vivos a través de la cadena alimenticia, acumulándose
en los tejidos grasos y musculares. Estos compuestos debilitan las defensas de los organismos
y provocan numerosas enfermedades, como último eslabón, pueden alcanzar al ser humano
produciendo lesiones y hasta la muerte.
o Transmisión de enfermedades. Las aguas contaminadas por residuos de origen animal
son vehículo de agentes infecciosos (protozoos, bacterias y virus) que pueden provocar un
gran número de enfermedades en los seres vivos (conjuntivitis, poliomielitis, hepatitis, tifus,
salmonelosis, cólera, etc.). Este tipo de enfermedades de transmisión hídrica son todavía muy
frecuentes en los países del Tercer Mundo debido a la falta de condiciones de salubridad del
agua. La reutilización de aguas residuales tratadas para riego debe tener en cuenta la posible
presencia de estos agentes infecciosos. El vertido de aguas residuales a través de emisarios
submarinos también puede ser otro foco potencial de enfermedades.
o Impactos puntuales. El vertido de un contaminante tóxico provocado de forma
accidental o intencionada puede provocar la degradación de amplias zonas. Ejemplos clásicos
son los vertidos de hidrocarburos debido a accidentes de petroleros o los producidos por la
limpieza inadecuada de los buques. Las consecuencias de un vertido a un río pueden ser no
solamente directas, relacionadas con los efectos inmediatos de las sustancias vertidas sobre el
medio, sino indirectas, relacionadas con las actividades de descontaminación que no se
pueden llevar a cabo. (27)

3.3. DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS ESTUDIADOS (DBO, OD, T)
3.3.1. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (DBO)
La DBO es uno de los parámetros más utilizados en la caracterización de los contaminantes
orgánicos. Esta determinación brinda un estimado del oxígeno disuelto requerido por los
microorganismos en la degradación de los compuestos biodegradables.
El mecanismo presente durante la prueba de laboratorio de la DBO es esencialmente
biológico y no depende solo del oxígeno presente y utilizado en un momento dado, sino
también de la velocidad a la que este se consume, y por tanto, del tiempo. Así, es necesario
fijar un tiempo y temperatura de incubación estándar, que normalmente es de cinco días, y 20
ᵒC como temperatura de referencia.
En muchos casos se necesita conocer la demanda bioquímica de oxígeno total de un agua
residual (DBO última). En tal sentido se requiere determinar previamente la velocidad a la
cual ocurre la reacción en toda su extensión.
La variación en el tiempo de la demanda bioquímica de oxígeno de un agua residual sigue una
cinética de primer orden, según se observa en el Grafico 3-1.
La determinación de la DBO implica conocer el oxígeno consumido por las bacterias en un
intervalo de tiempo, ya que existe una relación cuantitativa entre el oxígeno consumido y la
concentración del material orgánico que se transforma en dióxido de carbono y amoníaco.
Esta relación puede ser representada por la siguiente ecuación generalizada:
𝐶 𝑛 𝐻 𝑎 𝑂 𝑏 𝑁𝑐 + �𝑛 +
𝑎
4
−
𝑏
2
−
3
4
𝑐� 𝑂2 → 𝑛𝐶𝑂2 + �
𝑎
2
−
3
2
𝑐� 𝐻2 𝑂 + 𝑐𝑁𝐻3 𝐸𝑐. (3 − 1)
La diferencia en el contenido de oxígeno al inicio y al final del análisis, por litro de muestra
utilizada constituye la DBO de la muestra expresada en mg de O2 L-1
.
Lógicamente la velocidad y extensión a la cual ocurre esta degradación depende de la
temperatura y del tiempo, de ahí que se ha aceptado para estos dos parámetros 20 ᵒC y cinco
días respectivamente, tal como ya fue expresado.

Grafico3-1. Variación en el tiempo de la DBO: a) Remanente, b) Satisfecha.
Fuente: Menéndez Gutiérrez, C. y J. Pérez Olmo, Procesos para el tratamiento de aguas residuales, 2007
En primer lugar se oxida la DBO carbonácea (DBOC), proceso al que sigue entre 8 y 12 días
después, la oxidación de la DBO nitrogenada (DBON).
Tanto la oxidación de la DBO carbonácea, como de la nitrogenácea, son procesos de primer
orden, siendo la velocidad de oxidación (equivalente a la velocidad de remoción de la DBO),
proporcional a la DBO presente: (23)
𝑟𝐶 = −𝐾𝐶 𝐿 𝐶 y 𝑟 𝑁 = −𝐾 𝑁 𝐿 𝑁
Donde:
rC = Velocidad de remoción de la DBOC por unidad de tiempo y de volumen de agua
(MT-1
L-3
)
rN = Velocidad de remoción de la DBON por unidad de tiempo y de volumen de agua
(MT-1
L-3
)
LC = LO = Concentración de la DBOC (ML-3
)
LN = Concentración de la DBON (ML-3
)
KC = K1 = constante de reacción de la oxidación de la DBOC (T-1
)
KN = Constante de reacción de la oxidación de la DBON (T-1
)
T = Tiempo (T)
Las constantes se expresan en unidades de 1/día. Para la predicción de la calidad en el agua,
las unidades de tiempo a emplear tanto para estas constantes como para otros parámetros,

como las velocidades, deben ser homogéneas, lo cual puede hacer necesaria la conversión de
unidades de algunos parámetros.
En los análisis de OD, la oxidación de la DBO representa una pérdida del OD que se produce
a la misma velocidad que la remoción de la DBO. La suma de las componentes asociadas a la
DBO carbonácea y nitrogenácea, da lugar a:
𝑟𝑂 = 𝑟𝐶 + 𝑟 𝑁 𝐸𝑐. (3 − 2)
Donde;
rO = Perdida de oxigeno por unidad de tiempo y de volumen debida a la oxidación de la DBO
(MT-1
L-3
).
Existen otras fuentes y sumideros de OD que se necesario tener en cuenta. Entre ellos, se
incluyen la reaireación superficial, la demanda de oxigeno de los sedimentos, la fotosíntesis y
la respiración.
Las concentraciones ejercidas de la DBOC y DBON se presentan gráficamente en la
Grafico3-2:
Grafico3-2. Relación de la DBO Carbonácea (DBOC) y la DBO Nitrogenácea (DBON).
Fuente: Carlos Menendez Gutierrez y Jesús M. Pérez Olmo: Procesos para el tratamiento de aguas residuales, 2007, 3-13
La variación temporal de la DBOC ejercida, se representa matemáticamente como: (23)
𝑑𝐿
𝑑𝑡
= −𝐾1 𝐿 𝐸𝑐. (3 − 3)
L = materia orgánica carbonácea remanente en la corriente de agua

𝑦 = 𝐿 𝑂 − 𝐿 𝐸𝑐. (3 − 4)
y = Oxigeno consumido o requerido para biodegradar la materia orgánica.
La concentración de la DBOC ejercida en cinco días, se representa mediante la siguiente
expresión matemática:
𝑦5 = 𝐷𝐵𝑂5 = 𝐿 𝑂[1 − 𝑒𝑥𝑝(−𝐾1 𝑡)] 𝐸𝑐. (3 − 5)
La DBON, se representa mediante las siguientes reacciones químicas de oxidación:
Mi𝑁𝐻4
+
+ 1.5𝑂2 → 2𝐻+
+ 𝐻2 𝑂 + 𝑁𝑂2
−
𝐸𝑐. (3 − 6)
(14 g) (48 g)
Estequiometricamente 48/14 = 3.43 g de O2 para oxidar 1 g de nitrógeno amoniacal a nitrito.
𝑁𝑂2
−
+ 0.5𝑂2 → 𝑁𝑂3
−
𝐸𝑐. (3 − 7)
14 g) (16 g)
Estequiometricamente 16/14 = 1.14 g de O2 para oxidar 1 g de nitrito a nitrato.
Si las dos reacciones son combinadas, la oxidación completa del amonio puede ser
representada de la siguiente manera:
𝑁𝐻4
+
+ 2𝑂2 → 2𝐻+
+ 𝐻2 𝑂 + 𝑁𝑂3
−
𝐸𝑐. (3 − 8)
14 g) (64 g)
Se requiere en total: 64/14 = 4.57 g de O2 para oxidar NH4
+
→NO3
-
𝑦 𝑁 = 𝐿 𝑂
𝑁[1 − exp(−𝐾 𝑁 𝑡)] 𝐸𝑐. (3 − 9)
Entonces, la concentración de la DBON, se representa mediante la siguiente expresión
matemática: (5)
𝐿 𝑂
𝑁
≅ 4.57( 𝑁 𝑂 + 𝑁1) + 𝑁2 𝐸𝑐. (3 − 10)
Donde:
NO = Concentración de nitrógeno orgánico total (ML-3
)
N1 = Concentración de nitrógeno amoniacal (ML-3
)
N2 = Concentración de nitrógeno nitrito (ML-3
)

3.3.2. OXIGENO DISUELTO (OD)
La concentración de saturación, que se representará como Cs o como [O2]sat se puede calcular
por medio de la ley de Henry, la cual establece la relación que existe entre la concentración de
un gas disuelto en un líquido y la presión parcial de dicho gas en la atmósfera en contacto con
el líquido cuando se alcanza el equilibrio. Ambas magnitudes, concentración y presión
parcial, son directamente proporcionales a través de una constante: la constante de Henry, He.
𝐻 𝑒 𝑐 = 𝑝 𝐸𝑐 (3 − 11)
Donde:
He = Constante de Henry (atm m3/mol).
c = Concentración de gas en el agua (mol/m3).
p = Presión parcial del gas en la atmósfera (atm).
Los factores que influyen en el valor de la concentración de saturación de oxígeno en agua
son, por orden de importancia, temperatura del agua, sólidos disueltos (salinidad), presión
atmosférica y presión parcial del vapor de agua.
Existen en la bibliografía diversas expresiones empíricas que relacionan la temperatura y la
salinidad del agua con la concentración de saturación de oxígeno disuelto. Una de las más
aceptadas es la siguiente (APHA, 1992): (5)
𝐿𝑛[𝑂2] 𝑠𝑎𝑡 = −139.34411 +
1.575701 × 105
𝑇𝑎
−
6.642308 × 107
𝑇𝑎
2 +
1.243800 × 1010
𝑇𝑎
3 −
8.621949 × 1011
𝑇𝑎
4
− 𝑆 �1.7674 × 10−2
−
10.754
𝑇𝑎
+
2.1407 × 103
𝑇𝑎
2 � 𝐸𝑐. (3 − 12)
𝑆 = 1.80655 [ 𝐶𝑙] 𝐸𝑐. (3 − 13)
𝑆 = 5.572 × 10−4
× [ 𝑆𝐶] + 2.02 × 10−9
× [ 𝑆𝐶]2
𝐸𝑐. (3 − 14)
Donde:
[O2]sat = Concentración de saturación de oxigeno disuelto (mg/l)
Ta= Temperatura absoluta (K)
S = Salinidad (g/Kg)

Cl = Cloruros (mg/m3
)
SC = Conductividad eléctrica (μS/cm) = CE
La disminución de la concentración de saturación con la altitud es debida a la disminución de
la presión atmosférica y, por lo tanto, de la presión parcial de oxígeno en el aire. El cálculo de
la concentración se puede efectuar considerando que la presión atmosférica desciende un 1%
por cada 82 metros que se asciende. Esta aproximación da lugar a la siguiente expresión:
[𝑂2] 𝑠𝑎𝑡,𝑧 = [𝑂2] 𝑠𝑎𝑡,0 × 𝑒−
𝑧
8200 𝐸𝑐. (3 − 15)
en donde la altitud, z, viene expresada en metros.
Por otro lado, Zison (1978) ha desarrollado una expresión lineal:
[𝑂2] 𝑠𝑎𝑡,𝑧 = [𝑂2] 𝑠𝑎𝑡,0 × [1 − 0.1148 × 𝑧] 𝐸𝑐. (3 − 16)
en donde z viene expresada en kilómetros.
Por último, la humedad relativa también, aunque en pequeña medida, puede modificar la
concentración de saturación, dado que modifica las presiones parciales de los gases en la
atmósfera. (5)
Las principales fuentes de oxígeno en un sistema natural son las siguientes:
o Aportes desde afluentes. Se trata del oxígeno disuelto que entra en el sistema a través
de diversos aportes. Se obtiene a partir de mediciones in situ de oxígeno disuelto y del
caudal.
o Reaireación superficial. Cuando la concentración de oxígeno disuelto en el agua es
inferior a la de saturación, se produce una transferencia de oxígeno desde la atmósfera
hacia el seno del agua. En el caso, poco habitual pero posible, de que la concentración
de oxígeno disuelto en el agua sea superior a la de saturación, el flujo de oxígeno es
desde el agua hacia la atmósfera.
o Fotosíntesis. La síntesis de materia orgánica a partir de sales minerales y absorción de
energía por parte de algas y plantas verdes genera oxígeno en el sistema. (27)
Como principales consumos de oxígeno en un sistema natural se pueden considerar los
siguientes:

o Degradación de la materia orgánica carbonosa. Los microorganismos aerobios
heterótrofos que metabolizan la materia orgánica presente en el medio consumen
oxígeno.
o Nitrificación. La transformación biológica por medio de bacterias autótrofas del
nitrógeno amoniacal en nitratos da lugar a un consumo importante de oxígeno
disuelto.
o Respiración de algas, plantas y animales.
o Oxidaciones químicas naturales.
o Demanda desde los sedimentos. La degradación de la materia orgánica presente en los
sedimentos (en ocasiones mucho mayor que la existente en la columna de agua) hace
disminuir la concentración de oxígeno en el agua intersticial de los mismos,
promoviendo la transferencia de oxígeno desde la columna de agua hacia los mismos.
A esta transferencia es a lo que se denomina demanda de oxígeno de los sedimentos
(DOS). (27)
3.3.3. TEMPERATURA (T)
Se define como la propiedad de los sistemas que determina si esta en equilibrio térmico. El
concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la
observación de que en el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su
temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición.
La temperatura del agua es un parámetro muy importante debido a la influencia que ejerce
sobre el desarrollo de la vida acuática, las reacciones químicas y la aptitud del agua para
ciertos usos útiles. (12)
Dado el calor específico del agua es mucho mayor que el aire, las temperaturas registradas de
las aguas residuales son más altas que la temperatura del aire durante la mayor parte del año y
solo son menores que ella durante los meses más calurosos del verano.
Debido a la incorporación de agua caliente procedente de las casas y los diferentes usos
industriales, la temperatura del agua residual suele ser siempre más elevada que la del agua de
suministro.
Por otro lado, la temperatura ejerce importancia en al solubilidad del oxigeno, este es menos
soluble en agua caliente que en agua fría, el aumento de la velocidad de las reacciones
químicas supone un aumento de la temperatura, combinado con la reducción del oxigeno

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