Estimación de la calidad del agua superficial mediante el análisis multitemporal de la reflectancia en la Subcuenca del Río Negro

Abstract

El retroceso glaciar está generando una serie de impactos en los Andes peruanos, entre ellos el deterioro de la calidad del agua debido a la ocurrencia del drenaje ácido de roca (DAR). Tradicionalmente, la caracterización de la calidad del agua se basa en muestreos in situ con equipos multiparámetro y análisis en laboratorio; sin embargo, estos métodos presentan limitaciones espaciotemporales que dificultan el análisis y una mejor comprensión de los efectos del DAR a nivel de cuenca y a largo plazo. Este estudio evalúa la variabilidad multitemporal de la reflectancia de cuerpos de agua como indicador de los cambios en la calidad del agua en la subcuenca Río Negro – Cordillera Blanca. A partir de la clasificación de los cuerpos de agua, se identificó que aquellos impactados por DAR presentan valores de reflectancia mayores en comparación con aquellos no impactados (p < 0.001; prueba t de Student y Mann-Whitney U). Con base en ello, se desarrollaron índices físicos para estimar los parámetros pH y conductividad eléctrica mediante combinaciones de bandas de la región visible, empleando imágenes de tres sensores satelitales. Las regresión con Planet PSB.SD obtuvo los errores más bajos en general, seguida de Sentinel-2 MSI y Landsat 8 OLI. Las estimaciones para el periodo 2013–2025 evidenciaron variaciones espaciales y temporales en la calidad del agua asociadas a procesos como el retroceso glaciar, particularmente en la laguna Tararhua, donde se observó una tendencia decreciente del pH (prueba de Mann–Kendall, p < 0.05). En contraste, lagunas ubicadas en zonas sin influencia glaciar, tales como Capac Cocha y Orococha, mantuvieron condiciones relativamente estables (pH > 5.5 y conductividad eléctrica < 150 μS/cm). La aplicación de los modelos propuestos en la laguna B de la subcuenca Llaca confirma su potencial de transferencia a entornos geográficos de condiciones similares. Este estudio apoyará en la comprensión de los procesos espaciotemporales de la ocurrencia de DAR y destaca a la teledetección como una herramienta eficaz complementaria para mejorar el monitoreo de la calidad del agua en cuencas crecientemente afectadas por el cambio climático y otros impactos humanos.

Glacier retreat in the Peruvian Andes has led to multiple environmental impacts, including the deterioration of water quality due to the occurrence of acid rock drainage (ARD). Traditionally, water quality characterization has relied on in situ sampling using multiparameter instruments and laboratory analyses; however, such methods are spatially and temporally limited, constraining the evaluation and improved understanding of long-term ARD-related processes at catchment level. This study assesses multitemporal variations in the reflectance of surface water bodies as a proxy for changes in water quality in the Negro River subcatchment - Cordillera Blanca. Based on the classification of water bodies, it was identified that those impacted by ARD exhibit higher reflectance values compared to non-impacted ones (p < 0.001; Student’s t test and Mann–Whitney U test). Accordingly, physical indices were developed to estimate pH and electrical conductivity using combinations of visible spectral bands, employing imagery from three satellite sensors. Regression with Planet PSB.SD obtained the lowest errors overall, followed by Sentinel-2 MSI and Landsat 8 OLI. Estimates conducted for the 2013–2025 period revealed spatial and temporal variations in water quality associated with processes such as glacier retreat, particularly in lake Tararhua, where a significant decreasing trend in pH were detected (Mann–Kendall test, p < 0.05). Contrariwise, lakes located in areas without glacial influence, such as Capac Cocha and Orococha, exhibit relatively stable conditions (pH > 5.5 and electrical conductivity < 150 μS/cm). Application of the proposed models in lake B of the Llaca subcatchment confirms their transferability to geographically similar conditions. Overall, this study enhances the understanding of the spatiotemporal occurrence of ARD and highlights remote sensing as an efficient and complementary tool for improving water quality monitoring in catchments increasingly affected by climate change and other human impacts.