Proyecto Piloto PNUD 05-B-05 ‘Observatorio permanente del Lago Titicaca’
‘Cooperación UMSA - IRD-Francia’

‘Mi Boya’ - Qamaskiya ch’uwa quta mama

Bolivia desplegó la primera boya
de monitoreo hidro-meteorológico automático
en el Lago Menor del Titicaca el 28 de Junio de 2019


El jueves 27 de junio de 2019, un camión descargo en una playa de Huatajata dos enormes cajas conteniendo más de una tonelada de equipos electrónicos de última generación. Un grupo de especialistas universitarios, Dr. Xavier Lazzaro, investigador del IRD-Francia, MSc. Viviana E. Cruz Hernández, William G. Lanza Aguilar y Javier A. Maldonado Alfaro, jóvenes investigadores asociados del Instituto de Ecología (IE) y del Instituto de Investigaciones Geográficas (IIGEO) de la UMSA, con el apoyo técnico del ing. Pierre Sterling, director de ventas del fabricante XYLEM Analytics Inc./USA para América Central y del Sur, montarán y desplegarán la primera boya-plataforma autónoma de monitoreo automático con alta frecuencia de la calidad de agua y condiciones meteorológicas del Lago Titicaca!


Porque una boya autónoma automática?

El Lago Menor del Titicaca, sobre todo sus áreas litorales poco profundas , está fuertemente impactado por los efectos del cambio climático y las actividades humanas, en especial las contaminaciones domesticas e industriales provenientes de la ciudad de El Alto, a través de la cuenca del río Katari y bahía Cohana.

El calentamiento global, los aportes en nitrógeno, fósforo y materia orgánica alteran el funcionamiento biogoequímico y ecológico y la biodiversidad acuática, poniendo en peligro de extinción a las especies en su mayoría endémicas (nativas o propias del lugar) del Altiplano.Por consecuencia, el aporte constante de nutrientes y materia orgánica incrementa el nivel de productividad de las algas del lago. De hecho, con una radiación solar tan intensa a casi 4.000 m de altura, las microalgas del fitoplancton, durante el día mediante la fotosíntesis, son las primeras en beneficiarse del aporte de nutrientes, aumentando su biomasa y oxigenando la columna de agua. Estos productores primarios son la base de la cadena alimentaria acuática. Las bacterias mineralizan la materia orgánica y, al contrario, consumen el oxígeno disuelto. Algunas pueden producir gases tóxicos, como es el caso de la bacterias sulfato reductoras que producen un gas neuro tóxico potente, el sulfuro de hidrogeno (H2S), con olor a huevos podridos.

Zarpe de la boya hidro-meteorológica en la orilla de Huatajata.

De noche, la respiración de los consumidores (zooplancton, macro-invertebrados, peces, entre otros) también agotan el oxígeno, el cual se puede volver limitante en la madrugada. En condiciones extremas, ciertas microalgas verdes y las cianobacterias pueden proliferar. Forman una capa en superficie (‘bloom’) que no deja pasar la radiación solar en profundidad e inhibe los intercambios de oxigeno con el atmósfera. La falta de luz al fondo perjudica la supervivencia de las plantas (macrofitas) sumergidas, como las charas, las cuales también consumen los nutrientes y oxigenan el agua. En torno, la reducción del oxígeno disuelto, ya reducido en 30% por la altura en relación al nivel del mar, es mortal para estos consumidores.

Esquema de las condiciones del Lago Menor del Titicaca: A) Condiciones no perturbadas: Fitoplancton poco abundante en superficie, Charas sumergidas en buen estado, buena oxigenación (O2 ). B) Durante el evento de eutrofización aguda del 2015: aportes masivos de nutrientes (NO3, PO4 ), proliferación del fitoplancton (capa superficial verde), desoxigenación, aumento del dióxido de carbono (CO2 ), liberación de sulfuro de hidrogeno (H2S) tóxico para la vida acuática , colapso de las Charas

La evolución de este sutil equilibrio de procesos merece ser estudiado para anticipar las respuestas futuras del lago, y desarrollar medidas para controlar los fenómenos indeseables. Para esto, se necesita monitorear/vigilar el comportamiento de parámetros clave en el agua. Los más importantes son: la concentración en oxígeno disuelto (-), el gradiente de temperatura (+) (el aumento de temperatura reduce la solubilidad del oxígeno), la concentración en materia orgánica disuelta (+), la transparencia (-) o turbidez (+), el pH (+), la concentración en clorofila-a el mayor pigmento fotosintético de las algas (+), la proporción y concentración en cyanobacterias en el fitoplancton (+), la conductividad (+). El aumento (+) o la reducción (-) de estos parámetros revela un deterioro de la calidad del agua, llamado ‘eutrofización’. Esto no toma en cuenta los contaminantes en sí. Estos parámetros son influenciados por las condiciones atmosféricas, como: la fuerza del viento capaz de mezclar y enfriar la columna de agua, la intensidad de la radiación solar (alterada por la nubosidad) que calienta la superficie, la presión atmosférica que regula la disolución del oxígeno, la pluviometría (lluvia, nieve, granizos) que aporta nutrientes, entre otros. Las respuestas de los microorganismos (micro-algas, bacterias) a las variaciones de condiciones ambientales son extremadamente rápidas. Son capaces de duplicar sus densidades en horas o días. Las campañas de mediciones y colectas de muestras consumen mucho tiempo, necesitan logística (vehículo, barco, equipos) y son costosas. Solo se pueden realizarse 1-2 veces por mes, y en parte del año. Es insuficiente para anticipar la dinámica de estos organismos y los fenómenos de eutrofización. Por esto, es necesario de completar las campañas regulares en algunas estaciones representativas con muestreos automáticos de alta frecuencia en toda la columna de agua en una estación central que integra la variabilidad de condiciones de la zona de interés. Los progresos de la tecnología, mejoramiento de la sensibilidad y miniaturización de los captores, confiabilidad de las sondas, robótica, programación informática, Internet, velocidad y cobertura de la red celular, mayor eficiencia de los paneles solares, ahora permiten el diseño de plataformas perfectamente autónomas y automáticas. La boya desplegada en el Lago Menor es el ejemplo. La transmisión de datos vía la red celular de ENTEL hasta nuestros servidores en la UMSA en La Paz, nos permite tener una visión del lago en tiempo casi real, pudiendo entrar en acción si fuese necesario. Con esta tecnología, el Lago Titicaca está ahora instrumentado (equipado) como la mayoría de los otros Grandes Lagos del Mundo.


¿Donde esta Ubicada 'Mi Boya'?

La región Noreste es la menos profunda, más poblada del Lago Menor, donde ocurrió la proliferación de micro-algas del fitoplancton en Abril-Mayo 2015. En esta región, el calentamiento diario de la masa de agua poco profunda provoca invariablemente al principio de la tarde unos vientos térmicos que aumentan su intensidad. Pueden alcanzar velocidades de hasta 10 m/s, suficientes para mezclar la columna de agua hasta 5 m de profundidad. Esta mezcla provoca la resuspensión de los nutrientes y materia orgánica depositados en el fondo. Este fenómeno hace que esta región sea la más propicia en generar proliferaciones (‘blooms’) de micro-algas del fitoplancton. Por esta razón, fue escogida para desplegar la boya. Se encuentra anclada a 13 m de profundidad, posiblemente en el ex- lecho del brazo Norte del río Katari, en una zona de profundidad 8 m en promedio. Esta ubicación permite estudiar la dinámica de los gradientes verticales diarios en oxígeno disuelto, temperatura, materia orgánica y clorofila-a, generados por las condiciones meteorológicas.


‘Ubicación de la boya en la región noreste del Lago Menor del Titicaca, sector boliviano, a 4 km al Sur de Huatajata y 10 km al Oeste de Puerto Pérez’




La Ceremonia Lacustre inaugural de 'Mi Boya'.

Para presentar 'Mi Boya' y su funcionamiento a las instituciones del Estado, las autoridades locales y las poblaciones ribereñas, fue organizado una Ceremonia lacustre inaugural el viernes 28 de junio 2019. Como esta Boya mide a la vez parametros hidrobiológicos y meteorológicos fue llamada ‘Boya HidroMet’ en lenguaje técnico. Para el público general es ‘Mi Boya’ porque es un patrimonio de los habitantes del Lago que les informa de su estado de salud. También tiene su nombre en Aymara ‘Qamaskiua ch’uwa quta mama’, escogido por los propios ribereños.
Las palabras de bienvenida fueron a cargo del Ing. Isaac Callizaya Limachi, Secretario de Medio Ambiente y Culturas de Puerto Pérez. Participaron representantes de los Institutos de Ecología (IE), Hidráulica e Hidrología (IHH), Investigaciones Químicas (IIQ) e Investigaciones Geográficas (IIGEO) de la UMSA, la Unidad Operacional de Bolivia (UOB), la Unidad de Gestión de la Cuenca Katarí (UGCK) y la Dirección General de Planificación (DGP/UEE) del MMAyA, el Ing. Grover Huallpa Aruquipa, coordinador del proyecto GIRH en la Cancillería Boliviana (MRE), el Ing. Rolando Urahola, Director del Instituto Público Desconcentrado de Pesca y Acuícultura (IPD-PACU) para el Altiplano, los técnicos del Servicio Nacional de Meteorológia e Hidrología (SENAMHI), la comunicadora del proyecto La Vida, el Ing. Valentin Fernández, Director del Plan Director de la ALT y técnicos, la Prof. Eliana Ballivian Ríos, comunicadora del proyecto GIRH, la Prof. Analía Guachalla Terrazas, coordinadora del enlace técnico para Bolivia, el Ing. Gonzalo Lora Viezaga, ex- coordinador científico binacional del proyecto GIRH, el Sr. Denis Gaillard, Embajador de Francia en Bolivia y el Sr. Patrick Riba, Jefe de la Cooperación Francesa, el Ing. Cenaida Ramos Poma, en representación de la Agencia Nacional de Agua en Puno Perú, el Arq. Hugo Zea Giraldo, coordinador de la plataforma QOTATITI de la sociedad peruana, las autoridades locales de Puerto Pérez, el Sr. Felix Mendoza Secretario General de la Isla Quehuaya, la Sra. Virginia Mamani de la Central Agraria Isla Suriqui Bartolina Sisa, de Huatajata y Tiquina, con periodistas de la prensa: Canal 13 TV Universitaria, RTP Bolivia, la Fundación para la investigación estratégica en Bolivia (PIEB), la Asociación de Periodistas de La Paz, y France 24. En Google, visualizar notas y reportajes video, con las palabras ‘boya Titicaca’.
Al lado de la boya, la Comadre Adela, Guía Espiritual de Copacabana, realizó una ceremonia ancestral lacustre de buenos augurios para el equipo, participantes, instituciones, proyectos de investigación, monitoreo y restauración del Lago. El Sr. Lorenzo Inda, representante Uru en Desaguadero, dio la bienvenida en la isla flotante en totora de Quehuaya, comunicando la preocupación de los pueblos ribereños con relación a la creciente contaminación. En total fueron 60 participantes, a bordo de 3 lanchas pilotadas por los señores Natalio y Ariel Esteban, de Suriqui, y Máximo Catari Cahuaya de Huatajata.

‘Ceremonia lacustre inuagural de demostración de Mi boya,…’

La Armada Bolivia apoyó con una embarcación de la Naval de la Capitania de Huatajata. A bordo de la boya, el Ing. Sterling y Dr. Lazzaro, describieron las características técnicas de la boya, los parámetros que se van a medir, la frecuencia de adquisición de datos, para que sirve, los beneficios para los habitantes, científicos y tomadores de decisión, y porque fue desplegada en esta zona? Debido al fuerte oleaje y viento, no fue posible mostrar el funcionamiento de los diferentes elementos internos de la boya, como el perfilador vertical y la sonda multiparamétrica. A pesar del uso de megáfonos, fue difícil comunicar con la audiencia en las lanchas. Por esto, luego de un periodo de prueba de unos dos meses, será organizado otro taller técnico en el Campus de la UMSA de Cota Cota, para capacitar equipos de la UMSA, MMAyA, SENAMHI y ALT, entre otros.

Diseño y Características de 'Mi Boya'


Llegar al diseño final de 'Mi Boya' tomo tres años. Primero, se tuvo que levantar la disponibilidad de equipos en el mercado, características, rendimiento, durabilidad, costos y las experiencias en otros ecosistemas instrumentados. Se seleccionó al gran fabricante global XYLEM Analytics Inc., el único capaz de combinar los equipos de punta más novedosos de las marcas líderes del mercado para crear sistemas innovadores personalizados conformes con los requerimientos de los usuarios. La intensa colaboración entre Sterling (XYLEM) y Lazzaro (IRD) resultó en el diseño siguiente, combinando lo mejor de las marcas líderes:

- Una plataforma-pontón de 3,6 x 2,0 m, más confortable para el mantenimiento que una boya esférica.

- Una estación meteorológica completa ultrasónica, sin piezas móviles.

- Una sonda multiparamétrica subacuática equipada de los captores clave para evaluar el nivel de eutrofización, montada en un perfilador vertical programable para caracterizar toda la columna de agua.

Nuestro análisis técnico y de costo/performance nos llevó a seleccionar la boya XYLEM HydroMet Profiler Pontoon/Raft de Polimater/BASEFLOW/XYLEM, con una estación meteo Vaisala 202133 digital sónica y una sonda multiparamétrica YSI EXO2 sumergible. Polimater/BASEFLOW es el proveedor oficial para América Latina de fabricantes renombrados, como YSI, Campbell, Vaisala, SonTek, WaterLOG, Aanderaa, entre otros. XYLEM Analytics es un importante ensamblador y fabricante mundial de marcas líderes del mercado, cuyo éxito se basa en la innovación y la aplicación dentro de los sectores del agua y las aguas residuales.


Tipos de boyas y equipos disponibles en el mercado internacional

Para seleccionar los modelos y marcas de la boya y de los sensores tanto meteorológicos como de calidad de agua se realizó una licitación de los equipos disponibles en el mercado internacional, comparando sus características técnicas y costos. Comparamos los equipos de las marcas líderes:

OTT HydroMet, GmbH / Hach Company, Kempten, Alemania

Producto: Boya de medición OTT especialmente diseñada para operar en combinación con sondas multiparamétricas HYDROLAB HL7 o HL4.
Equipada con una unidad remota de adquisición de datos y transmisión de datos, así como con una fuente de energía solar. En comparación con las boyas convencionales, la sonda multiparamétrica se monta en una tubería en la boya de medición OTT. La sonda HYDROLAB HL7 está equipada con un cepillo de limpieza central y un dispositivo de medición de cobre.

Aspectos destacados: solución de boya de medición de la calidad del agua independiente.

Parámetros medidos: temperatura, conductividad, profundidad, pH, oxígeno disuelto(LDO), turbidez, ORP, cianobacterias, clorofila-a Comunicación: por celular.

Sitio web: https://www.ott.com/products/system


DMO – Del Mar Oceanografic, LLC, San Diego, CA, USA

THE WIREWALKER™

Perfilador vertical: Alimentado por la energía de las olas oceánicas.
Así es como funciona: una longitud de cable está suspendida de una pequeña superficie flotante. En el extremo profundo del cable, un peso alienta a toda la longitud del cable a moverse verticalmente, siguiendo el movimiento oscilatorio del flotador de superficie. El perfilador Wirewalker™ se desplaza a lo largo del cable, con una leva interna que agarra el cable cuando desciende y se suelta cuando el cable asciende. En la parte inferior del rango de perfilado deseado, el perfilador colisiona con un "tope" mecánico que libera la leva, lo que permite que el Wirewalker™ ascienda libremente hasta la parte superior del cable bajo su propia flotabilidad.
Aquí, la cámara se reinicia y el ciclo se repite.

El Wirewalker™ está diseñado para ser simple en operación, robusto a condiciones difíciles y altamente configurable por el uso. Al transformar la energía del campo de onda de superficie al movimiento de perfilado del vehículo, las baterías a bordo se utilizan exclusivamente para alimentar la instrumentación. Desde las mediciones de conductividad, temperatura y presión, hasta las mediciones ópticas, de la corriente oceánica y de la turbulencia, el suave ascenso del Wirewalker ™ permite la recopilación de datos de alta calidad de cualquier sensor oceanográfico de muestreo rápido.

Características del Sistema de perfilado Wirewalker impulsado por ondas:
- Wirewalker profiler con flotación testada para 300 m de profundidad.
- Sistema de boya con luces estroboscópicas, sistema de amarre.
- Sistema de telemetría en tiempo real.
- Kit TURNER de fluorescencia para Clorofila-a.
- Kit TURNER de fluorescencia CDOM.
- Cepillo para limpieza de bio-fouling.
- Quantametro Licor 192SA.
- Datalogger RBR Cervello con GSM, batería pack.

Sitio web: http://www.delmarocean.com/


EIVA Marine Survey Solutions, Skanderborg, Dinamarca

Menor costo total de propiedad posible en el mercado, mediante un precio de compra competitivo junto con bajos costos de servicio y comunicaciones. Avanzado ADCP integrado y sensor de onda avanzado, probado exhaustivamente, proporcionan datos actuales y de onda de alta precisión; configuración y transmisión se ajustan de acuerdo con sus necesidades, manteniendo los gastos de comunicaciones al mínimo también.

Desde monitoreo de puertos, prospecciones de ingeniería submarina hasta estudios de energía de las olas y cualquier tipo de estudios de medición de olas y corrientes, ToughBoy Panchax es la opción óptima. Se pueden instalar sensores adicionales como extras opcionales, creando una boya de olas que se adapta perfectamente a la configuración que está buscando.

Sitio web: https://www.eiva.com/products/eiva-equipment/toughboy-panchax?gclid=EAIaIQobChMI19KBxYD


NKE Instrumentation, Hennebont, Francia

- Sistema autónomo de bajo consumo: batería y panel solar.
- Transmisión de datos por enlace de radio o red de telefonía celular mediante protocolo TCP-IP, transmisión segura.
- Gran capacidad de almacenamiento de datos en la boya (más de 1 año).
- Recuperación y archivo de datos en el terreno en la computadora, enlace a la red del cliente.
- Posibilidad de instrumentación para la medición de parámetros de agua: Temperatura (cadena multisensor o punto fijo), Corrientometría (integración de un medidor de corriente de perfil acústico Doppler), Nivel de agua (con compensación de la presión atmosférica), Conductividad, Oxigeno Disuelto, Turbidez, pH, Clorofila.
- Meteorológicos: velocidad y dirección del viento, temperatura del aire.

En 2005, para EDF, NKE implemento 2 boyas instrumentadas en el estuario de la Gironde para monitorear la temperatura del agua de descarga de la central nuclear de Blayais.


NKE Boya perfiladora mejorada del modelo inicial PROLIPHYC

Mide continuamente los parámetros físico-químicos del agua y los parámetros meteorológicos involucrados en la proliferación de fitoplancton. Diseñado para anclar en cuerpos de aguas continentales.

Está equipada con un pórtico aéreo, hecho de aluminio, que integra:
- Un automata: automatiza el control de la boya, la gestión de los sensores, la comunicación GSM / GPRS; integra, en una caja marinizada IP66, la tarjeta controladora y su software integrado, la tarjeta de control del motor, el GSM / GPRS (la tarjeta SIM), conectores de tipo "Socapex" para conectar equipos.
- Un panel solar de 68W, regulador de panel solar y 2 baterías de 33Ah.
- Un cabrestante (guincho) de bajo consumo, con cable de acero inoxidable de 20 m, garantiza el movimiento de la cesta de instrumentos: sonda multiparametrica (temperatura, presión, conductividad, OD) y sonda FluoroProbe BBE 5 longitudes de onda (450, 525, 570, 590 et 610 nm) y el funcionamiento del sistema de cloración.
- Un sensor de fin de recorrido de la "cesta" para calcular la longitud del cable girado por el cabrestante.
- Un sensor de final de recorrido "inferior" (cable completamente desenrollado).
- Un sensor de irradiancia de la luz solar (tipo Kip y Zonen).
- Una estación meteorológica Vaisala que mide velocidad (sensor ultrasonico) y dirección del viento, temperatura y presión atmosférica, pluviometria.
- Un compas NKE, para determinar la dirección del viento.
- Un sistema de cloración.


YSI EMM68 - Harbour

Plataforma de monitoreo de la calidad del agua de despliegue rápido con telemetría remota. El sistema que solo comprende la boya y los paneles solares puede ser levantado por dos personas. Es completamente operable desde un pequeño bote.

Características:
- Desplegable desde la orilla.
- Telemetria remota.
- Usos: monitoreo de construcción y dragado.
- Respuesta rápida en emergencias.
- Utilizable sin buceador

Especificaciones:
- Peso: 48 kg en el aire.
- Carga útil: Cualquier sonda multiparametrica de calidad de agua YSI.
- Paneles solares: Power 2, batería de 12 v / 24 amp-hr.

Sitios web: http://www.ysiisa.com/


XYLEM HydroMet Profiler Pontoon/Raft

Mejoramiento a partir del proyecto PLL.

En una plataforma (pontón 3 x 2 m) montada en dos flotadores. Combina una estación meteo completa (VAISALA WXT536 multiparametrica sónica: velocidad y dirección del viento, pluviometría, radiación solar, humedad, presión atmosférica), con una sonda YSI EXO2 multiparametrica sumergible (profundidad, conductividad, temperatura, pH/ORP, DO óptico, turbidez, fDOM, fluorescencia Clorofila-a y Phycocyanina (cyanobacterisas), con limpiador). La sonda EXO2 esta montada en un perfilador vertical (guincho) programable. La boya esta equipada de un GPS, una ecosonda (detección del fondo), de luces de navegación, dataloggers y de transmisión por GSM, alimentada por paneles solares. La frecuencia (minutos, horas) de toma de datos asi como de los perfiles verticales de calidad de agua es totalmente programable.

Sitio web: http://www.baseflow.net/


¿Que Parámetros mide 'Mi Boya'?

La estación meteo Vaisala 202133 está equipada con una suite de sensores sónicos todos digitales sin partes móviles. Mide 5 de los mas esenciales parámetros meteorológicos y la radiación solar:

- Velocidad (rango 0-60 m/s, tiempo de respuesta 0,25 s, variables disponibles: promedio, máximo y mínimo, precisión ± 3% a 10 m/s, resolución 0,1 m/s) y dirección del viento (azimut 0-360º, tiempo de respuesta 0,25 s, variables disponibles: promedio, máximo y mínimo, precisión ± 3,0º a 10 m/s);

- Duración (contando cada incremento de 10 segundos cada vez que se detecta una gota, resolución 10 s; granizo: cantidad acumulada de golpes contra la superficie de recolección, duración: contando cada incremento de 10 segundos cuando se detecta granizo, resolución 0,1 hits/cm2, 1 golpe) e intensidad de precipitación (acumulación acumulativa después del último reinicio automático o manual, ejecutando promedio de 1 min en pasos de 10 segundos, rango de observación 0-200 mm/h, resolución 0,1 mm/h, área de recolección 60 cm2, resolución de salida 0,01 mm, precisión mejor que 5% según el clima; intensidad: promedio de ejecución de 1 min en pasos de 10 s, resolución de granizo 0,1 hits/cm2h, 1 hit/h);

- Presión barométrica (rango 600 a 1100 hPa, precisión ± 0,6 hPa de 0 a +30ºC): La presión barométrica es el valor de presión atmosférica que se mide en un punto cualquiera por encima del nivel del mar.

- Humedad relativa (0 a 100% HR, precisión ± 3% de HR a 0-90% de HR, +5% de HR a 90-100% de HR): La humedad relativa (RH) es la relación entre la presión parcial del vapor de agua y la presión de vapor de equilibrio del agua a una temperatura dada.

- Temperatura del aire (-52º a +60ºC, precisión a +20 ºC ± 0,3ºC): La temperatura es un índice indicativo del calentamiento o enfriamiento del aire que resulta del intercambio de calor entre la atmósfera y la tierra.

- Radiación solar incidente mediante un sensor piranómetro Li-200 R (precisión 5%, típicamente < 3%, sensibilidad ± 1% de linealidad). : La radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas son absorbidas por los gases de la atmósfera.

La sonda multiparamétrica YSI EXO2 es la plataforma la mas avanzada para el monitoreo de la calidad de agua. Tiene un rango de profundidad de 0-250 m, una autonomía de 90 días con una frecuencia de adquisición de 15 min y una frecuencia de hasta 4 Hz. Alberga 7 puertos, 1 para el limpiador antifouling y 6 para sensores de:

- temperatura (precisión 0,001 mS/cm y resolución 0,0001 a 0,01 mS/cm): La conductividad eléctrica del agua también depende de la temperatura del agua: mientras más alta la temperatura, más alta sería la conductividad eléctrica. La Conductividad eléctrica del agua aumenta en un 2-3% para un aumento de 1 grado Celsius de la temperatura del agua

- >pH/ORP (rango -999 a 999 mV, precisión ± 20 mV, resolución 0,1 mV): El pH es una medida de acidez o alcalinidad que indica la cantidad de iones de hidrógeno presentes en una solución o sustancia. ORP es una medida para saber la capacidad de reducción y oxidación del material.

- clorofila-a y ficocianina (cianobacterias) combinadas en un solo sensor (rango 0 a 100 µg/L, resolución 0,01 µg/L): Las cianobacterias, antiguamente llamadas algas verdeazuladas, son un filo del dominio Bacteria que comprende las bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica. Son los únicos procariontes que llevan a cabo ese tipo de fotosíntesis, por ello también se les llamó oxifotobacterias.​

- fDOM (fluorescencia de la materia orgánica disuelta; proxy mas preciso que la CDOM, materia orgánica disuelta colorida) (rango 0 a 300 ppb QSU – Quinine Sulfate Equivalents, límite de detección 0,07 ppb QSU, resolución 0,01 ppb QSU): La Materia orgánica disuelta/Molécula orgánica disuelta proviene bien de la degradación de organismos muertos, o bien de la excreción de organismos vivos (plancton).

- DO óptico, oxígeno disuelto (rango 0 a 50 mg/L, precisión 0 a 20 mg/L ± 0,1 mg/L i.e. 0,1 % de lectura, y 20 a 50 mg/L ± 5% de lectura, resolución 0,01 mg/L): El oxigeno disuelto (OD) es la cantidad de oxigeno gaseoso que esta disuelto en el agua. El oxigeno libre es fundamental para la vida de los peces, plantas, algas, y otros organismos; por eso, desde siempre, se ha considerado como un indicador de la capacidad de un río para mantener la vida acuática.

- Turbidez (rango 0 a 4000 FNU, precisión 0-99 FNU con 0,3 FNU o ± 2% de lectura, 1000 a 4000 NFU con ± 5% de lectura, resolución 0-999 FNU = 0,01 NFU, 1000-4000 FNU = 0,1 FNU):La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión; La turbidez puede impactar los ecosistemas acuáticos al afectar la fotosíntesis (limita el paso de la luz solar), respiración y la reproducción de la vida acuática.


¿Cómo Funciona 'Mi Boya'?

El pontón catamaran (tiene dos cascos) XYLEM es mucho mas estable de que una boya clásica en condiciones de ventarrones y holeadas, bastante frecuentes en el Lago Titicaca. Mismo en estas condiciones permite de trabajar a bordo, programar, calibrar y reparar equipos. Alberga 4 paneles solares orientados en distintas posiciones capaces de generar toda la energía eléctrica necesaria al funcionamiento permanente de los equipos, así como la estación meteo Vaisala sónica (sin piezas móviles) en la parte superior, y en el compartimento central el perfilador vertical (cable que se envuelve alrededor de un cabrestante) al cual esta suspensa la sonda multiparamétrica sumergible YSI EXO2.
Los datos generados por ambos sístemas de captores son almacenados en dos dataloggers Campbell CR1000(uno para la sonda multiparamétrica y el otro para la estación meteo), y transmitidos de manera inalámbrica via Internet mediante un modem Sierra Airlink. La frecuencia de adquisición de los datos así como la frecuencia del perfilado vertical son completamente programables, con mínimos de 5 min y 1 hora, respectivamente. El pontón esta equipado de un GPS Garmin 16X-HVS (alta sensibilidad, 12 canales, salida NMEA 0183) para detectar una eventual deriva vinculada, por ejemplo, a la ruptura de uno de sus dos amarres, así como de una pantalla de radar y baliza Carmanah M650 de luces LED de alta potencia de 4 millas de alcance para evitar las colisiones nocturnas. Varios software permiten de sincronizar los sensores entre ellos y programar la emisión de sus datos (LoggerNet), programar y analizar los datos perfilados (YSI Profile Wizard y firmware escrito personalizado CR1000 Turn Key System) y generar alertas automáticas en caso de superar unos valores de umbral.

'Mi Boya' es un Pontón perfilador XYLEM

Evolución temporal de la calidad del agua a 1 m de profundidad
[archivo = SondeHourly_270619-060720.csv , n = 12.366 observaciones]


Los datos presentados son datos brutos, con una frecuencia de adquisición de 30 min.

Tabla 1 – Variabilidad de los datos a lo largo del año de observación (27/06/2019 a 06/07/2020). Variables: Temp. = Temperatura; Conductivity = Conductividad; ORP = potencial de oxidación-reducción; DO = Oxígeno Disuelto; Turbidity = Turbidez; RFU = Unidad Relativa de Fluorescencia; Chl-a = Clorofila-a, 1 RFU = 4 µg/L; BGA PC = Ficocianina de cianobacterias, 1 RFU = 1 µg/L; fDOM = materia orgánica disuelta fluorescente; Depth = profundidad de la sonda YSI EXO2, Estadística: Mean = Promedio; Max = Máximo; Min = Mínimo; Median = Mediana; Stdev = Desviación estándar; SE = Error estándar (= Stdev/raíz(número de observaciones)). *Sensor de pH descalibrado durante los primeros meses. Reemplazado el 02/12/2019 a partir de la cual los valores son confiables. **Valor atípico de ORP. Valores de DO confiables a partir de Octubre. ***Debido a que la sonda se quedó la sonda YSI EXO2 más de 2 meses en el fondo (~10 m), la profundidad promedia es de 4,15 m, sin embargo la media es 0,97 m, o sea corresponde al 1,0 m programado.




Figura 1 - Evolución temporal de la profundidad de inmersión de la sonda YSI EXO2 (programada a 1 m de profundidad para realizar mediciones a cada 30 min) durante el periodo de monitoreo. En varias oportunidades la sonda se quedó cerca del fondo (presa por redes de pesca a la deriva; o por causas desconocidas; precisa ser atento para enviar la sonda a la superficie y programarla para iniciar los perfiles de nuevo). Desde Junio 2020, no ocurrió más. Se tiene que tomar cuidado para interpretar los datos.




Figura 2 - Evolución temporal de la temperatura del agua a 1 m de profundidad (salvo los periodos durante los cuales estaba en el fondo; ver figura anterior). La temperatura sigue una curva perfectamente parabólica, con un máximo de 17 ºC en el final de Enero, y un mínimo de 11ºC en Julio. Nota: las fechas siguen el formato mes/día/año.




Figura 3 - Evolución temporal de la conductividad (en µS/cm). En promedio se mantiene en 1,455 µS/cm, excepto entre Octubre y Noviembre cuando la sonda YSI EXO2 quedo presa en el fondo, llegando a 1,176-1,258 µS/cm (no visible en el gráfico). Esto sugiere la presencia de agua más dulce en el fondo.




Figura 4 - Evolución temporal del pH. De Junio a Noviembre, disponíamos de un captor descalibrado (se observa su deriva) que fue remplazado por uno nuevo el 0/12/2019, a partir de cuándo las mediciones fueron confiables. El pH fluctúo entre 8,75 y 9,21, con un promedio de 9,00.




Figura 5 - Evolución temporal del potencial de oxidación-reducción (ORP) en mili-voltios. El captor fue recalibrado en Octubre. Sin embargo, los datos son confiables a partir de Diciembre cuando fluctuaran entre 190 y 270 mV, siendo 241 mV en promedio.




Figura 6 - Evolución temporal del porcentaje de saturación del oxígeno disuelto. El captor fue recalibrado en Octubre. A partir de Enero, fluctúo entre 67 y 114%, con un promedio de 98%. Este comportamiento representa un muy buen nivel de oxigenación, en equilibrio con la atmosfera. Se observan ciclos (oscilaciones) de 2-4 semanas.




Figura 7 - Evolución temporal de la concentración en oxígeno disuelto. Por la misma razón, los datos son confiables a partir de Octubre. De Octubre a Diciembre fluctúa entre 8,5 y 11,0 mg/L. A partir de Enero oscila entre 7,5 y 11,0 mg/L, con periodos de 2-4 semanas. A partir de Marzo, aumento paulatinamente hasta 12,0 mg/L en Junio. Corresponde a un buen nivel de oxigenación, dada la altitud del lago.




Figura 8 - Evolución temporal de la turbidez. En el período seco (hasta Noviembre) se queda entre 0,1-0,4 NTU. Aumenta en el período lluvioso (Diciembre-Febrero). A partir de Enero, llego a 1,1 NTU, luego bajo paulinamente con oscilaciones hasta llegar a 0,1-0,2 NTU a fin de Marzo. A partir de Junio aumento ligeramente. El promedio es de 0,28 NTU, con fluctuaciones entre 0,08 y 4,02 NTU. O sea que el agua es muy transparente. Se puede notar que el padrón de evolución de la turbidez sigue el padrón de la concentración en clorofila-a (Fig, 9). O sea que la turbidez resulta principalmente de la biomasa del fitoplancton (no de partículas minerales en suspensión).




Figura 9 - Evolución temporal de la concentración en clorofila-a total (en RFU). En el período seco se mantiene entre 0,2-1,0 RFU (según la calibración con la sonda FluoroProbe bbe presentada en el Anexo 5 del 5º Reporte trimestral, se tiene que multiplicar los NTU x 8 para obtener los µg/L), o sea equivalente a 1,6-8,0 µg/L (oligo- a mesotrófico). En el período lluvioso en Enero-Febrero (debido a los aportes de nutrientes por las aguas residuales de los ríos, además de los aportes atmosféricos por aerosoles) aumenta entre 0,5-2,8 RFU, o sea equivalente a 4,0-22,4 µg/L (predominante mesotrófico-eutrófico). Durante el ciclo anual, la clorofila-a fluctuó entre 0,10 y 2,78 NTU (o sea 0,80 y 22,24 µg/L), con un promedio de 0,69 NTU (o sea 5,52 µg/L). En comparación, durante 1979-1980, para todo el Lago Menor, las concentraciones en clorofila-a no pasaban de 0,5 µg/L en el período seco y 2,0 µg/L en el periodo lluvioso, con un máximo de 5,0 µg/L (Lazzaro, 1981).




Figura 10 - Evolución temporal de la concentración de ficocianina (pigmento fotosintético de las cianobacterias). En este período queda inferior a 0,35 RFU, con un máximo de 1,72 RFU. Según la calibración del fabricante YSI, 1 RFU = 1 µg/L de ficocianina. El promedio es 0,14 RFU (=0,14 µg/L) lo que es una concentración muy baja. La concentración fue mayor en Enero, y creció paulatinamente a partir de Abril.




Figura 11 - Evolución temporal de la concentración en materia orgánica disuelta fluorescente (fDOM, por su sigla en inglés). Durante el período seco varío entre 0,8-1,4 RFU. Aumento ligeramente durante el período lluvioso a partir de Enero 2020, hasta 1,8 RFU. Este aumento en Enero y Febrero resulto de los aportes en materia orgánica por los ríos, en particular proveniente de la cuenca Katari, vía los ríos Cohana y Sehuenca juntándose en la laguna Cumana, la cual desemboca por la bahía Cumana. A partir de Marzo, se estabilizo en torno de 1,3 RFU.

Evolución temporal de la calidad de agua a lo largo de perfiles verticales entre 1 y 10 m de profundidad cada 2 horas
[archivo = PFL_Step_270619-060720.csv , n = 22,241 observaciones]


La escala temporal (eje horizontal) de los gráficos está indicada con divisiones mensuales.

Tabla 2 – Variabilidad de los datos a lo largo del año de observación (27/06/2019 a 06/07/2020). Par las abreviaciones de la variables y la estadística ver la Tabla 1.




Figura 12 - Perfiles verticales a cada metro entre 1 y 10 m de profundidad realizados a cada dos horas (2:00, 4:00, 6:00, …, 22:00, 24:00; o sea 12 perfiles diarios). En varias ocasiones la sonda quedo presa cerca o en el fondo arrastrada por redes de pesca a la deriva, o causas desconocidas como la última vez entre los 27/05 y 05/06/2020. Como las misiones son prohibidas desde Marzo no se pudo determinar las causas.




Figura 13 - Evolución temporal de los perfiles verticales de temperatura entre 0 y 10 m de profundidad. Los datos siguen una curva en parábola (en relación con la variación estacional de la altura del sol en el horizonte). A partir de Septiembre 2019, la temperatura aumento de 11,0 ºC hasta un máximo de 17,5 ºC en Enero-Febrero, luego disminuyo hasta 11,0 ºC en Junio 2020. A partir de Diciembre, se mantiene entre 15,0 y 17,5 ºC. La variabilidad vertical diaria es baja en torno de 1,0-1,5 ºC.




Figura 14 - Evolución de la conductividad, la cual varia ligeramente entre un mínimo de 1.480 en Febrero y un máximo de 1.540 µS/cm el 02 de Enero 2020. La conductividad baja hacia ≤ 1500 µS/cm durante la época de lluvias (Enero-Febrero).




Figura 15 - Evolución del pH. Solo instalamos un sensor calibrado el 27 de Noviembre. O sea que los datos solo son validos a partir de Diciembre. El pH promedio fue 9,0 y vario muy poco entre 8,7 y 9,2 , con muy poca variabilidad vertical (≤ 0,1 unidad de pH).




Figura 16 - Evolución temporal del potencial de oxidación-reducción. Su promedio fue 242 mV con un bajo rango de fluctuación entre 189 y 273 mV, con una disminución en Marzo, un plato a partir de Abril 2020, y poca variabilidad vertical (≤ 10 mV).




Figura 17 - Evolución temporal del nivel de saturación en oxigeno disuelto. En promedio, la columna de agua esta muy bien oxigenada (98%), con una amplitud entre 67 y 119 %. En general, la variabilidad vertical es reducida (≤ 10%). El valor mínimo (65%) ocurrió el 15 de Enero en el fondo.




Figura 18 - Evolución temporal de la concentración de oxigeno disuelto en la columna de agua, idéntica a OD%. Fluctúo entre 6,6 y 12,7 mg/L con un promedio de 10,0 mg/L; o sea una muy buen oxigenación en toda la columna, tomando en cuanta la altitud. Los valores más bajos surgen en Enero-Febrero, estación de lluvias. La variabilidad vertical es ≤ 1 mg/L.




Figura 19 - Evolución temporal de la turbidez. Fluctúo entre 0,03 y 2,2 NTU. Durante la época seca la turbidez se quedó ≤ 0,3 NTU. Aumento durante la época de lluvias (Enero-Febrero) hasta 1,2 NTU el 15 de Enero. En Marzo-Abril quedó ≤ 0,3 NTU. Luego en Mayo hubo episodios de alta turbidez (1,49 NTU el 14/5, 1,88 NTU el 15/5, y 1,07 NTU el 23/5). En promedio, la variabilidad vertical fue baja ≤ 0,4 NTU.




Figura 20 - Evolución de la concentración de clorofila-a del fitoplancton (en RFU = Relative Fluorescence Unit). La clorofila-a quedo baja durante la época seca siendo ≤ 0,7 RFU o sea ≤ 5,6 µg/L. Aumento durante la época de lluvias (Enero-Febrero) hasta 2,8 RFU o 22,4 µg/L (correspondiente a un estado mesotrófico, según la clasificación trófica abierta del OECD, 1982) el 15 de Enero 2020, luego bajo nuevamente. La variabilidad vertical fue ≤ 0,5 RFU o sea ≤ 4 µg/L.




Figura 21 - Evolución de la concentración de ficocianina, pigmento fotosintético accesorio de las cianobacterias. Vario entre 0,01 y 0,51 RFU, siendo≤ 0,2 RFU en época seca, y hasta 0,38 RFU (15/01) en época lluviosa (Enero-Febrero), con una variabilidad vertical ≤ 0,1 RFU.




Figura 22 - Evolución de la concentración en materia orgánica disuelta fluorescente fDOM. Vario entre 0,8 y 2,7 RFU (mínimo-máximo). No paso de 1,3 RFU en época seca, mientras llego a 1,8 RFU en época de lluvias (Enero-Febrero). La variabilidad vertical es ≤ 0,2 RFU.

  • Series temporales

Evolución temporal de las condiciones meteorológicas
[archivo = Met_IntervalData_270619-060720.csv , n = 106.266 observaciones]


Tabla 3 – Variabilidad de los datos a lo largo del año de observación (27/06/2019 a 06/07/2020). Par las abreviaciones de la variables y la estadística ver la Tabla 1.




Figura 23 - Evolución temporal de la temperatura del aire (ºC). Sigo una curva parabólica (en relación con el ciclo de la altura del sol en el horizonte) con máximos en periodo lluvioso (Noviembre – Febrero) y mínimos en período seco (Junio – Agosto). Fluctuó entre 0,1 ºC y 17,1 ºC, con un promedio de 9,6 ºC. Se pude notar que en la superficie del lago la temperatura del aire no congela (no pasa negativo). Durante la época seca la amplitud térmica diaria es mayor (rango de hasta 16 ºC) que en la época lluviosa (rango de hasta 9 ºC).




Figura 24 - Evolución temporal de la presión atmosférica (barométrica; en mm Hg). Durante las épocas seca y húmeda, oscilo entre 482 y 489 mm Hg, con un período de 2-3 días y un promedio de 485 mm Hg. La amplitud diaria es +/- 3mm Hg, con presiones ligeramente más bajas en la época de transición (Diciembre).




Figura 25 - Evolución temporal de la velocidad promedio (en intervalos de 5 min) del viento (m/s). Los vientos térmicos aumentan diariamente por las tardes, generados por diferencias de unos 5 ºC entre el aire y el agua (más caliente). Los vientos alcanzan en promedio 4,6 m/s (17 km/h), raramente pasan de 10 m/s (36 km/h), excepcionalmente llegan a 17 m/s (61 km/h). La velocidad del viento puede cambiar en pocas horas y de un día al otro, a lo largo de ciclos de varios días. Los vientos más fuertes ocurrieron en Julio 2019, y sobre todo en Febrero-Marzo 2020. Fueron más flacos en Julio-Agosto 2019. Se observo algunos períodos de ausencia de datos.




Figura 26 - Evolución temporal de la dirección promedio (en intervalos de 5 min) del viento (º). El viento que generalmente comienza a soplar en las tardes cambia de dirección diariamente a 360 º.




Figura 27 - Evolución temporal de la humedad relativa del aire (%). Durante la época seca la amplitud fue mayor (11 - 95 %), que durante el período húmedo (Enero, 30 - 90 %). Durante el año fluctuó entre 11 y 95%, con un promedio de 63,5 %.




Figura 28 - Evolución temporal de las precipitaciones (lluvia). Las lluvias (tormentas) ocurrieron sobre todo entre Noviembre y Marzo, y fueron más intensas (hasta 10 mm / 5 min) y frecuentes en Enero-Febrero.




Figura 29 - Evolución temporal de la granizada. Ocurrió sobre todo durante Enero-Marzo, con un máximo de 0,7 golpeos/cm2 el 29/01/2020 a las 13:16.




Figura 30 - Evolución temporal de la radiación solar visible incidente (400-1100 nm, en W/m2). Este quantámetro fue instalado en la boya el 29/08/2020. La radiación oscilo con períodos de 2-3 semanas, con una grande homogeneidad entre época seca y de lluvias (máximum 511 W/m2).A partir del mediado de Mayo se redujo a 250 W/m2.