Modelamiento hidrobiológico en el río Chili utilizando parámetros de calidad de agua y contenido de metales pesados en sedimentos

Abstract

La presente investigación evaluó la calidad del agua y la diversidad hidrobiológica del río Chili (tramos: salida Arequipa, distrito Tiabaya y pueblo Huayco) a partir de resultados de parámetros fisicoquímicos, microbiológicos y contenido de metales pesados en sedimentos y también con el cálculo del índice de diversidad Shannon-Wiener (H’) y equidad de Pielou (J’) para comunidades de perifiton y macrobentos. Se consideró datos de cuatro estaciones de monitoreo (CHILI-1, CHILI-2, CHILI-3 y CHILI-4) diferenciando las temporadas húmeda y seca, con esta información se elaboró diagramas hidroquímicos de Piper, Gibbs y Wilcox, análisis de componentes principales y modelo de regresión lineal múltiple para la interpretación de estos datos. Los resultados revelaron que las aguas del río están dominadas por procesos de interacción roca-agua y aportes antropogénicos puntuales. El pH fue ligeramente alcalino (7.4-8.7) y el oxígeno disuelto tuvo valores por encima de 5.7 mg/L con mayores valores en temporada seca. Los indicadores microbiológicos excedieron ampliamente los límites establecidos en el ECA-agua, categoría 3. En cuanto a las concentraciones de metales pesados en sedimentos, no superaron los límites ISQG/PEL, aunque se tuvo algunas excedencias para As, Cu y Zn. La diversidad hidrobiológica resultó baja a moderada, con dominancia de Bacillariophyta en perifiton y Arthropoda en macrobentos. El modelo predictivo mostró su mejor desempeño en el escenario combinado de parámetros fisicoquímicos y metales pesados en sedimentos, teniendo como métricas del modelo para perifiton el índice de Shannon-Wiener H’ (R2= 0.715, RMSE=0.531) y Pielou J’ (R2=0.814, RMSE= 0.186); mientras que, los macrobentos tuvieron Shannon-Wiener H’ (R2= 0.933, RMSE=0.230) y Pielou J’ (R2=0.915, RMSE= 0.093).

The present investigation evaluated the water quality and hydrobiological diversity of the Chili River (sections: Arequipa outlet, Tiabaya district, and Huayco town) based on physicochemical and microbiological parameters, as well as the concentration of heavy metals in sediments. The Shannon-Wiener diversity index (H’) and Pielou evenness index (J’) were calculated for periphyton and macrobentic communities. Data from four monitoring stations (CHILI-1, CHILI-2, CHILI-3 and CHILI-4) were analyzed, distinguishing between wet and dry seasons. Using this information, Piper, Gibbs, and Wilcox hydrochemical diagrams were constructed, together with principal component analysis (PCA) and multiple linear regression models for data interpretation. The results revealed that the river water is mainly influenced by rock–water interaction processes and localized anthropogenic inputs. The pH was slightly alkaline (7.4–8.7), and dissolved oxygen concentrations remained above 5.7 mg/L, with higher values recorded during the dry season. Microbiological indicators greatly exceeded the limits established by the Environmental Quality Standards for Water (ECA-Agua, category 3). Heavy metal concentrations in sediments did not exceed ISQG/PEL limits, although some exceedances were found for As, Cu, and Zn. Hydrobiological diversity was low to moderate, with Bacillariophyta dominating the periphyton and Arthropoda prevailing among macrobenthos. The predictive model showed its best performance under the combined scenario of physicochemical parameters and heavy metals in sediments, with model metrics for periphyton: Shannon–Wiener H′ (R² = 0.715, RMSE = 0.531) and Pielou J′ (R² = 0.814, RMSE = 0.186); and for macrobenthos: Shannon–Wiener H′ (R² = 0.933, RMSE = 0.230) and Pielou J′ (R² = 0.915, RMSE = 0.093).