Comparación De Metodologías Estadísticas Para El Análisis De
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COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS ESTADÍSTICAS PARA EL ANÁLISIS DE LAS VARIABLES REGISTRADAS POR LA RED DE CALIDAD HÍDRICA DE BOGOTÁ EN LOS RÍOS TORCA Y SALITRE DE LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C OPCIÓN DE GRADO MODALIDAD SOLUCIÓN DE UN PROBLEMA DE INGENIERÍA. ELABORADO POR: PAULA ANDREA BALAGUERA VEGA JULIETH NATHALIA HERNÁNDEZ CHAVARRO DIRECTOR DE TESIS: CARLOS ANDRES PEÑA INGENIERO AMBIENTAL CO-DIRECTOR TESIS RONAL JACKSON SIERRA PARADA INGENIERO TOPOGRAFICO UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ D.C JULIO DE 2017 RESUMEN..........................................................................................................................................5 ABSTRACT ........................................................................................................................................6 INTRODUCCION ..............................................................................................................................7 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................................8 2. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... 10 3. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 12 3.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................... 12 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 12 4. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 13 4.1 CALIDAD DE AGUA ...................................................................................................... 13 4.2 OPTIMIZACIÓN DE UNA RED DE CALIDAD HÍDRICA ......................................... 14 4.3 RED DE CALIDAD HÍDRICA........................................................................................ 16 4.4 RÍO SALITRE .................................................................................................................. 20 4.5 RÍO TORCA .................................................................................................................... 22 4.6 MÉTODOS ESTADÍSTICOS ........................................................................................ 24 4.6.1 ANÁLISIS JERÁRQUICO ..................................................................................... 24 4.6.2 GEOESTADÍSTICA IDW Y KRIGING) ................................................................ 25 4.6.3 ANÁLISIS DISCRIMINANTE ................................................................................ 27 4.6.4 RED NEURONAL ARTIFICIAL ............................................................................ 28 4.5.4.1 Casos de estudio: uso de redes neuronales artificiales en modelamiento de calidad de agua .................................................................................................................. 30 5. METODOLOGIA ..................................................................................................................... 36 5.1 ESTADO ACTUAL DE LA RED Y SUS CARACTERISTICAS HISTÓRICAS. ..... 36 5.1.1 TRATAMIENTO ESTADISTICO DE LOS DATOS ............................................ 36 5.2 APLICACIÓN DE LAS METODOS UTILIZADOS EN PREVIO ESTUDIO DE LA RED DE CALIDAD HÍDRICA DE BOGOTÁ ........................................................................... 37 5.2.1 ANÁLISIS PRELIMINAR ....................................................................................... 38 5.2.2 APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS ESTADÍSTICOS ....................................... 39 6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. ............................................................. 41 6.1 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE VARIANZA (KRUSKAL – WALLIS) .............. 41 6.2 RESULTADOS DE LA PRUEBA PAIRWISE WILCOX. ........................................... 43 2 6.3 DIAGRAMA MATEMÁTICO CON COORDENADAS CARTESIANAS (SCATTERPLOT) ....................................................................................................................... 46 6.4 ANÁLISIS JERÁRQUICO - DENDOGRAMA .................................................................. 48 6.5 ANÁLISIS LINEAL DE DISCRIMINANTES ..................................................................... 52 6.6 ANÁLISIS GEOESTADÍSTICO ........................................................................................ 55 6.7 RED NEURONAL ARTIFICIAL ........................................................................................ 62 7. PROPUESTA DE MEJORA .................................................................................................. 68 8. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 71 9. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 72 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 75 3 TABLA DE GRÁFICAS Gráfica 1: Mapa de la ubicación del río Salitre en la ciudad de Bogotá. ............... 20 Gráfica 2: Mapa de la ubicación del río Torca en la ciudad de Bogotá. ................ 22 Gráfica 3: Esquema del principio de funcionamiento de la red neuronal artificial. 28 Gráfica 4: Red Neuronal Artificial propuesta la predicción de chl-a y SM en la reserva Beaver. ...................................................................................................... 32 Gráfica 5: Red Neuronal Artificial llevada a cabo con el método backpropagation algorithm para el río Tou-Chen. ............................................................................. 33 Gráfica 6: Boxplot del parámetro “oxígeno disuelto” vs año de medición para el río Torca. ..................................................................................................................... 44 Gráfica 7: Boxplot del parámetro “DQO” vs observaciones para el río Salitre. ..... 45 Gráfica 8: Scatterplot matrix de pH y oxígeno disuelto vs estación para el río Torca ............................................................................................................................... 46 Gráfica 9: Scatterplot matrix de Fósforo total, Coliformes fecales y Nitrógeno total vs estación para el río Salitre. ................................................................................ 47 Gráfica 10: Dendograma de los parámetros fisicoquímicos para el río Torca. ...... 49 Gráfica 11: Dendograma de los parámetros fisicoquímicos sin coliformes fecales para el río Torca. .................................................................................................... 50 Gráfica 12: Dendograma de los parámetros fisicoquímicos para el río Salitre. ..... 49 Gráfica 13: Dendograma de los parámetros fisicoquímicos sin coliformes fecales para el río Salitre. ................................................................................................... 50 Gráfica 14: Diagramas de los respectivos grupos del análisis discriminante para el río torca con respecto a las estaciones. ................................................................. 52 Grafica 15: Diagramas de los respectivos grupos del análisis discriminante para el río salitre con respecto a las estaciones. .............................................................. 53 Gráfica 16: Plot de mosaico para el parámetro sustancias activas al azul de metileno versus estación para el rio Torca ............................................................ 53 Gráfica 17: Plot de mosaico para el parámetro sustancias activas al azul de metileno versus estación para el río Salitre ........................................................... 55 Gráfica 18: Mapa de las concentraciones de oxígeno disuelto para el mes de febrero. .................................................................................................................. 56 Gráfica 19: Mapa de las concentraciones de pH para el mes de marzo. ............. 57 Gráfica 20: Red neuronal artificial de los parámetros fisicoquímico y biológicos versus la estación para el río Torca. ...................................................................... 63 Gráfica 21: Red neuronal artificial de los parámetros fisicoquímico y biológicos versus la estación para el río Salitre. ..................................................................... 65 4 RESUMEN En la actualidad, la ciencia y la tecnología han avanzado de manera significativa, ofreciendo diversas herramientas por las cuales se pueden realizar análisis más profundos y más precisos para estudiar a detalle el recurso hídrico. En Bogotá, como en otras muchas ciudades con numerosos habitantes, hay una problemática que ha venido creciendo en los últimos años, la contaminación persistente de los cuerpos de agua que se encuentran bajo su jurisdicción. Sin embargo, como se ha dicho anteriormente, hay herramientas que permiten que el monitoreo constante de estos cuerpos hídricos faciliten el análisis del estado actual de los mismos, como lo es la red de calidad hídrica de Bogotá (RCHB), la cual es un sistema de puntos de muestreo a lo largo de los cuerpos hídricos de interés que recolecta información continuamente. Es así como el siguiente proyecto representa una propuesta de mejoramiento de la red de calidad hídrica de Bogotá para