Supervision and assessment of Zirahuén Lake areas through a computational system implementation
DOI:
https://doi.org/10.24850/j-tyca-14-03-04Keywords:
computational system, limnology, water quality, Zirahuén, automation, lakeAbstract
Mexico has numerous lakes with different characteristics and great importance for both biological and social aspects. This work shows the development of a computational system for water quality analysis in lake bodies by measuring relevant physicochemical parameters such as temperature, turbidity, and dissolved oxygen levels. Through the design and construction of a submersible measurement system, the water quality analysis process is automated. The development of specialized software for data management and measurement allows to speed up the process of water quality evaluations. Likewise, mathematical models are defined for the estimation of water quality parameters at different depths. The experimental measurements were carried out in Zirahuén Lake, located in Michoacán de Ocampo state, Mexico, due to the importance of the locality's ecosystem and the diversity of endemic species that reside there. As a result, a tool is obtained to facilitate decision-making to conserve water bodies, generating more advanced assessments.
References
Abarca, F. J. (2007). Técnicas para evaluación y monitoreo del estado de los humedales y otros ecosistemas acuáticos. En: Sanchez, O., Herzig, M., Peters, E., Márquez-Huitzil, R., & Zambrano, L. (eds.). Perspectivas sobre conservación de ecosistemas acuáticos en México (pp. 113-135). México, DF, México: Instituto Nacional de Ecología (INE), Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat).
Alippi, C., Camplani, R., Galperti, C., & Roveri, M. (2011). A robust, adaptive, solar-powered WSN framework for aquatic environmental monitoring. IEEE Sensors Journal, 11(1), 45-55.
Arduino (2020). Arduino-Begin. Recuperado de https://www.arduino.cc/en/Serial.Begin
Armendáriz, C., & Martínez, A. Y. (2016). Water pollution in Zirahuen Lake (Michoacan, Mexico) (Teaching notes). Teaching-learning experience in a social and environmental chemistry approach. Ciudad de México, México: Universidad Nacional Autónoma de México.
Atlas Scientific. (2020). EZO-DO Embedded Dissolved Oxygen Circuit. EZO-DO. Hoja de especificaciones. Recuperado de https://atlas-scientific.com/files/DO_EZO_Datasheet.pdf
Ayala, L. (24 de agosto, 2019). Falta dinero para salvar al lago de Zirahuén, el espejo de los dioses. La Voz de Michoacán. Recuperado de https://www.lavozdemichoacan.com.mx/regional/falta-dinero-para-salvar-al-lago-de-zirahuen-el-espejo-de-los-dioses/
Bain, M. B., & Stevenson, N. J. (1999). Aquatic habitat assessment: Common methods. Maryland, USA: American Fisheries Society.
Banderas, A. G., & González, R. (1996). La limnología, una revisión del concepto. Ingeniería Hidráulica en México, 11(1), 77-84. Recuperado de http://repositorio.imta.mx/bitstream/handle/20.500.12013/1253/RIH_041.pdf
Barajas J. (2017). Diagnóstico nacional de los principales lagos y embalses mexicanos en los que se realiza la pesca y la acuacultura (investigación interna). Ciudad de México, México: Centro de Estudios para el Desarrollo Rural Sustentable y la Soberanía Alimentaria-Cámara de Diputados, LXIII Legislatura.
BASIN, Boulder Area Sustainability Information Network. (2005). The National Sanitation Foundation Water Quality Index. Recuperado de http://bcn.boulder.co.us/basin/watershed/wqi_nsf.html
Bernal-Brooks, F. W., & MacCrimmon, H. R. (2000). Lake Zirahuén (Mexico): An assessment of the morphometry change based on evidence of water level fluctuations and sediment inputs. In: Munawar, M., Lawrence, S. G., Munawar, I. R., & Malley, D. (eds.). Aquatic Ecosystems of Mexico (pp. 61-70). Ecovision World Monograph Series. Leiden, The Netherlands: Backhuys.
Bernal-Brooks, F. W., Dávalos-Lind, L., & Lind, O. T. (2002). Assessing trophic state of an endorheic tropical lake: The algal growth potential and limiting nutrients. Archiv für Hydrobiologie, 153(2), 323-338. DOI: 10.1127/archiv-hydrobiol/153/2002/323
Bhardwaj, J., Gupta, K. K., & Khatri, P. (marzo, 2018). Real time assessment of potable water quality in distribution network based on low cost multi-sensor array. In: IOP Conference Series. Materials Science and Engineering, 331(1), 012027. IOP Publishing. DOI: 10.1088/1757-899X/331/1/012027
Boehrer, B., & Schultze, M. (2008). Stratification of lakes. Reviews of Geophysics, 46(2), 1-27. DOI: 10.1029/2006RG000210
Brown, R. M., McClelland, N. I., Deininger, R. A., & O’Connor, M. F. (1972). A water quality index—crashing the psychological barrier. Indicators of Environmental Quality, 1, 173-182. DOI: 10.1007/978-1-4684-2856-8_15
Brown, R. M., McClelland, N. I., Deininger, R. A., & Tozer, R. G. (1970). A water quality index—do we dare? Water Sewage Works, 117(10), 339-343.
Carbajal-Hernández, J. J., Sánchez-Fernández, L. P., Villa-Vargas, L. A., Carrasco-Ochoa, J. A., & Martínez-Trinidad, J. F. (2013). Water quality assessment in shrimp culture using an analytical hierarchical process. Ecological Indicators, 29, 148-158.
Chacón, A., Rosas, C., Rendón, M., & Cruz, O. (2010). Balance hidrológico del lago de Zirahuén. En: Ortiz, C., & Rendón, M. (coord.). Espejo de los dioses: estudios sobre ambiente y desarrollo en la cuenca del lago de Zirahuén (pp. 35-56). Morevallado, México: Instituto de Investigaciones Económicas y Empresariales (ININEE)-Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Chapman, D. (1996). Water quality assessments: A guide to the use of biota, sediments and water in environmental monitoring (2nd ed.). London, UK: CRC Press. DOI: 10.4324/9780203476710
CIMA, I. (2015). Acero inoxidable tipo 304. Recuperado de http://www.aceroinoxidablee.com/acero-inoxidable-tipo-304-serie-300
Conabio, Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. (2005). La biodiversidad en Michoacán: estudio de estado. Ciudad de México, México: Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad.
Conabio, Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. (2012a). Sistema de información sobre especies invasoras en México. Fichas de especie Menidia estor. Ciudad de México, México: Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad.
Conabio, Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. (2012b). Sistema de información sobre especies invasoras en México. Fichas de especie Algansea lacustris. Ciudad de México, México: Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad.
Conabio, Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. (2013a). Sistema de información sobre especies invasoras en México. Fichas de especie Allotoca meeki. Ciudad de México, México: Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad.
Conabio, Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. (2013b). Sistema de información sobre especies invasoras en México. Fichas de especie Micropterus salmoides. Ciudad de México, México: Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad.
Davis, J. (2016). A novel aquatic sensor and network (tesis de maestría). Rensselaer Polytechnic Institute, New York, USA.
De-la-Lanza-Espino, G. (2000). Criterios generales para la elección de bioindicadores. En: De-la-Lanza, G., Hernandéz, S., & Carbajal, J. (comp.). Organismos indicadores de la calidad del agua y de la contaminación (bioindicadores) (pp. 17-42). México, DF, México: Plaza y Valdés, S. A. de C.V.
DFRobot. (2008). Turbidity sensor: SEN0189. SEN0189 Hoja de Especificaciones. Recuperado de https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/DFRobot%20PDFs/SEN0189_Web.pdf
Díaz-Pardo, E., López-López, E., & Soto-Galera, E. (1996). Monitoreo ambiental en ecosistemas acuáticos de México. USA: United States Department of Agriculture Forest, Service General Technical Report RM.
Forstner, H., & Gnaiger, E. (1983). Calculation of equilibrium oxygen concentration. Polarographic Oxygen Sensors, 321-333. DOI: 10.1007/978-3-642-81863-9_28
Gómez-Tagle, A. F., & Gómez-Tagle, A. (2009). Hidrología y suelos de la cuenca de Zirahuén, Michoacán. En: Ortiz, C., & Rendón, M. (coord.). Espejo de los dioses: estudios sobre ambiente y desarrollo en la cuenca del lago de Zirahuén (pp. 19-32). Morevallado, México: Instituto de Investigaciones Económicas y Empresariales (ININEE)-Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Gómez-Tagle, A., Morales-Chávez, R., García-González, Y., & Gómez-Tagle, A. F. (2019). Partición de la precipitación en cultivo de aguacate y bosque de pino-encino en Michoacán, México. Biológicas, 21(1), 1-18. DOI: 10.13140/RG.2.2.24281.06247
Hanna Instruments. (2020). Multiparamétrico portátil con GPS, medida de turbiedad, ISE y sonda registradora HI 9829 – HANNA Instruments, Fabricante de instrumentos de medida y análisis. Recuperado de http://www.hannainst.es/catalogo-productos/medidores-combinados/portatil/multiparametrico-portatil-con-gps-medida-de-turbidez--ise-y-sonda-registradora-hi-9829
Hongpin, L., Guanglin, L., Weifeng, P., Jie, S., & Qiuwei, B. (2015). Real-time remote monitoring system for aquaculture water quality. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 8(6), 136-143.
Ichwana, I., Syahrul, S., & Nelly, W. (2016). Water quality index by using national sanitation foundation-Water quality index (NSF-WQI) method at krueng tamiang aceh. In: International Conference on Technology, Innovation and Society, 110-117. ITP Press. DOI: 10.21063/ICTIS.2016.1019
Inapesca, Instituto Nacional de Pesca. (2013). Desarrolla INAPESCA programa de evaluación de embalses, han realizado investigaciones biológico pesqueras en cuerpos de agua del País. Prensa. Recuperado de https://www.gob.mx/inapesca/prensa/desarrolla-inapesca-programa-de-evaluacion-de-embalses-se-han-realizado-investigaciones-biologico-pesqueras-en-los-cuerpos-de-agua-mas-importantes-del-pais
INEGI, Instituto Nacional de Estadística y Geografía. (2018). Hidrografía. Recuperado de https://www.inegi.org.mx/temas/hidrografia/
ISO, International Organization for Standardization. (2012). Standard No. 5814, Water Quality. Determination Of Dissolved Oxygen-Electrochemical Probe Method. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization.
ISO, International Organization for Standardization. (2016). Standard No. 7027, Water quality. Determination of turbidity. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization.
ISO, International Organization for Standardization. (2018). Standard No. 5667, Water quality. Sampling - Part 3: Preservation and handling of water samples. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization.
José, M., Mendoza, R., Silva, R., Simuta, R., Reyes, D., & Pascual, F. (2018). Elementos para gestión del agua en la cuenca del lago de Zirahuén. Terra Latinoamericana, 36(4), 431-439.
López, G. (1981). Dinámica hidrológica del lago de Zirahuén (tesis profesional). Universidad Autónoma Metropolitana, México.
López-Hernández, M., & Guzmán-Arroyo, M. (1996). Monitoreo en Reservorios de México. USA: United States Department of Agriculture Forest Service General Technical Report RM.
López-Macías, J. N., & Salas-Benavides, J. (2019). Comparación fisicoquímica y biológica entre efluentes de la producción de trucha arcoíris y la condición limnológica del Lago Guamuez, departamento de Nariño. Orinoquía, 23(2), 87-96.
Lozano-García, M. S., Vázquez-Castro, G., & Israde-Alcántara, I. (2010). Registro palinológico de la perturbación humana y natural de los últimos 3,200 años en el Lago de Zirahuén, centro-occidente de México. En: Ortiz, C., & Rendón, M. (coord.). Espejo de los dioses: estudios sobre ambiente y desarrollo en la cuenca del lago de Zirahuén (pp. 87-102). Morevallado, México: Instituto de Investigaciones Económicas y Empresariales (ININEE)-Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Madrigal, X., Novelo, A., & Chacón, A. (2004). Flora y vegetación acuáticas del lago de Zirahuén, Michoacán, México. Acta Botánica Mexicana, 68, 1-38.
Madrigal, X., & Chacón, A. (2010). Vegetación acuática estricta del lago de Zirahuén. En: Ortiz, C., & Rendón, M. (coord.). Espejo de los dioses: estudios sobre ambiente y desarrollo en la cuenca del lago de Zirahuén (pp. 153). Morevallado, México: Instituto de Investigaciones Económicas y Empresariales (ININEE)-Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Maldonado-López, S. (2019). Cambio de uso del suelo, calidad de agua y salud pública: implicaciones para el desarrollo regional. Estudio de caso de la cuenca del lago de Zirahuén (tesis doctoral). Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo. Repositorio académico de la Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo, México. Recuperado de http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/bitstream/handle/DGB_UMICH/1507/ININEE-D-2019-1179.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Marcelli, M., Piermattei, V., Madonia, A., & Mainardi, U. (2014). Design and application of new low-cost instruments for marine environmental research. Sensors, 14(12), 23348-23364.
Margalef, R. (1983). Limnología. Barcelona, España: Omega.
Martínez, E. (2019). El lago Zirahuén, en riesgo por químicos usados en la agricultura. La Jornada. Recuperado de https://www.jornada.com.mx/2019/03/10/estados/023n1est
Martínez-Almeida, V., & Tavera, R. (2005). A hydrobiological study to interpret the presence of desmids in Lake Zirahuén, México. Limnológica, 35(1-2), 61-69.
Maxim Integrated. (2019). Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer. DS18B20 Datasheet. Recuperado de https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf
Mendoza, R., Silva, R., Jiménez, A., Rodríguez, K., & Sol, A. (2015). Lake Zirahuen, Michoacan, Mexico: An approach to sustainable water resource management based on the chemical and bacterial assessment of its water body. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 2, 1-11.
Mitchell, M. K., Stapp, W. B., & Beebe, A. (1996). Field Manual for Water Quality Monitoring an Environmental Education Program for Schools. Dexter, USA: Thomson-Shore Inc.
Mudroch, A., & MacKnight, S. D. (1994). Handbook of techniques for aquatic sediments sampling (2nd ed). Boca Ratón, USA: CRC Press.
National Instruments. (2020). Labview Download. Ni.com. Recuperado de https://www.ni.com/es-mx/support/downloads/software-products/download.labview.html#306311
Newmark, an avnet company. (2020). A000066 Arduino Uno, Atmega328. Recuperado de https://mexico.newark.com/arduino/a000066/dev-board-atmega328-arduino-uno/dp/78T1601
Ortiz, C. F., & Rendón, M. B. (2010). Espejo de los dioses: estudios sobre ambiente y desarrollo en la cuenca del lago de Zirahuén. Morevallado, México: Instituto de Investigaciones Económicas y Empresariales (ININEE)-Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Ortiz, R., & Lassman, M. (18 de agosto, 2019). Dust instead of water: Degradation and desiccation of Lake Cuitzeo, Michoacan, Mexico. Environmental Justice Atlas. Recuperado de https://ejatlas.org/print/no-solo-es-agua-tambien-es-polvo-la-degradacion-del-lago-de-cuitzeo-y-la-lucha-por-la-salud
Palani, S. R., Balasubramaniyan, K., & Durairaj, D. (2020). Fuzzy classifier model to know the sustainability of aquatic organisms and to forecast the aqua farmers. Environmental Science and Pollution Research, 1-10. DOI: 10.1007/s11356-020-08489-7
Rahmat, R. F., Syahputra, M. F., & Lydia, M. S. (2016). Real time monitoring system for water pollution in Lake Toba. In: 2016 International Conference on Informatics and Computing (ICIC) (pp. 383-388). Piscataway, USA: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
Rawson, D. S. (1939). Some physical and chemical factors in the metabolism of lakes. In: Moulton, E. R. (ed.). Problems of lake biology (10, pp. 9-26). Washington, DC, USA: American Association for the Advancement of Science.
Rendón, M., Chacón, A., Vergara, Y., & Rosas, C. (2009). El uso de los índices tróficos en un lago de altitud mexicano. En: Ortiz, C., & Rendón, M. (coord.). Espejo de los dioses: estudios sobre ambiente y desarrollo en la cuenca del lago de Zirahuén (pp. 71-87). Morevallado, México: Instituto de Investigaciones Económicas y Empresariales (ININEE)-Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Salud, Secretaría de Salud. (2000). Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, Salud ambiental, agua para uso y consumo humano - Limites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. México, DF, México: Secretaría de Salud.
SDR, SanDoRobotics. (2019). Sensor de Nivel de Agua HR0043. HR0043 Hoja de Especificaciones. Recuperado de https://sandorobotics.com/producto/hr0043/
SE, Secretaría de Economía. (2001). Norma Mexicana NMX-AA-038-SCFI-2001, Análisis de agua. Determinación de turbiedad en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - Método de prueba (cancela a la NMX-AA-038-1981). México, DF, México: Secretaría de Economía.
SE, Secretaría de Economía. (2009). Proyecto de Norma Mexicana PROY- PROY-NMX-AA-121/1-SCFI-2008, Análisis de agua – Aguas naturales epicontinentales, costeras y marinas – Muestreo – (Todas las partes cancelan al PROY NMX-AA-121-SCFI-2006). México, DF, México: Secretaría de Economía.
SE, Secretaría de Economía. (2010). Proyecto de Norma Mexicana PROY-NMX-AA-012/2-SCFI-2009, Análisis de agua. Determinación del oxígeno disuelto, En aguas naturales, residuales y residuales tratadas - método de prueba - Parte 2 - Método Electroquímico - (Cancelan a la NMXAA-012-SCFI-2001). México, DF, México: Secretaría de Economía.
SE, Secretaría de Economía. (2014). Norma Mexicana NMX-AA-007-SCFI-2013, Análisis de agua. Medición de la temperatura en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - Método de prueba. México, DF, México: Secretaría de Economía.
Secofi, Secretaría de Comercio y Fomento Industrial. (1980). Norma Mexicana NMX-AA-003-1980, Aguas residuales. Muestreo. México, DF, México: Secretaría de Comercio y Fomento Industrial.
Secretaría de la Convención de Ramsar. (2013). Manual de la Convención de Ramsar: Guía a la Convención sobre los Humedales (6a ed.). Gland, Suiza: Secretaría de la Convención de Ramsar.
Secretaría de la Convención de Ramsar. (2016). Manual de la Convención de Ramsar: Introducción a la Convención sobre los humedales (5a ed.). Gland, Suiza: Secretaría de la Convención de Ramsar.
Semar, Secretaría de Marina. (2018). Acuerdo Secretarial número 464 mediante el cual se establece la jurisdicción territorial y marítima de las Capitanías de Puerto. Diario Oficial de la Federación§ 1-3-8-d (29/11/2018).
Shear, H. (1996). Ecological assessment in Canada. General Technical Report RM. USA: United States Department of Agriculture Forest Service.
SIDMAR. (2020). Sondas multiparamétricas. Recuperado de https://www.sidmar.es/sondas-multiparametricas.html
Sigala, I., Caballero, M., Correa-Metrio, A., Lozano-García, S., Vázquez, G., Pérez, L., & Zawisza, E. (2017). Basic limnology of 30 continental waterbodies of the Transmexican Volcanic Belt across climatic and environmental gradients. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 69(2), 313-370.
Spellerberg, I. F. (2005). Monitoring ecological change (2nd ed.). Lincoln University, New Zealand: Cambridge University Press. DOI: 10.1017/CBO9780511614699.
UNECE, United Nations Economic Commission for Europe. (1996). Task Force on Monitoring and Assessment. Guidelines on water-quality monitoring and assessment of transboundary rivers. (RIZA report no. 96.034). Geneva, Switzerland: United Nations Economic Commission for Europe. Recuperado de https://unece.org/info/Environment-Policy/Water/pub/21683
Universidad de Pamplona. (s.f). Capítulo III: Índices de Calidad (ICAs) y de Contaminación (ICOs) del agua de importancia mundial. Recuperado de http://www.unipamplona.edu.co/unipamplona/portalIG/home_10/recursos/general/pag_contenido/libros/06082010/icatest_capitulo3.pdf
Van Walt ES. (2020). Calidad del agua. Recuperado de https://www.vanwalt.com/es/calidad-del-agua/
Vergara, Y., Rendón, M. B., Chacón, A., Bernal, F. W., & Rosas, C. (s.f.). Dinámica de nutrientes del lago de Zirahuén, Michoacán, México. Tesis de Maestría en Ciencias. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. México.
Wade, C. C., & Ericksen, T. M. (2019). Low-cost remote algae detection utilizing embedded hardware, custom sensors, and additive manufacturing. Asheville, USA: National Conference on Undergraduate Research (NCUR).
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