Water Quality Assessments in Streams of Varied Pollution Impacts and - - PowerPoint PPT Presentation

B Y : J A D E W O L L & D R . S H A H A D Y

Water Quality Assessments in Streams of Varied Pollution Impacts and the Comparison of BMWP-CR to BEI

AQUATIC BIOMONITORING

• Aquatic biomonitoring is the science of

inferring the ecological condition of rivers, lakes, streams, and wetlands by examining the organisms that live there.

AQUATIC BIOMONITORING THROUGHOUT THE WORLD

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/archive/b/b0/20140313181338!World_map_indicating_tropics_and_subtropics.png

WATER QUALITY INDEX

• Aquatic

biomonitoring use standardized indices

• f macroinvertebrate

biodiversity to assess levels of pollution.

• The legal water

quality indices in Costa Rica are BMWP-CR and WQI.

https://www.google.com/search?q=map+of+cosy+rica&espv=2&biw=1280&bih=601&site=webhp&

BMWP-CR

Biological Monitoring Working Party modified to Costa Rica

• Index that is calculated by adding the scores assigned to

different taxa found in samples of macroinvertebrates

• The score is assigned based on the degree of sensitivity to

contamination.

Water ¡Quality ¡ ¡ BMWP ¡ Excellent ¡ >120 ¡ No ¡contamina2on ¡ 101-­‑120 ¡ Medium ¡Contamina2on ¡ 61-­‑100 ¡ Contaminated ¡ 36-­‑60 ¡ Very ¡Contaminated ¡ 16-­‑35 ¡ Extremely ¡Contaminated ¡ <15 ¡

WQI

• The water quality index (WQI) is based upon the

parameters set forth in MINEA

• Score specific parameters such as BOD, Ammonia,

and DO%. Water ¡Quality ¡ ¡ WQI ¡ No ¡contamina2on ¡ 3 ¡ Medium ¡Contamina2on ¡ 4-­‑6 ¡ Contaminated ¡ 7-­‑9 ¡ Very ¡Contaminated ¡ 10-­‑12 ¡ Extremely ¡Contaminated ¡ 13-­‑15 ¡

PURPOSE OF THIS STUDY IS TWO–FOLD

• First: to produce a

water quality study

• f streams in the

Monteverde-Santa Elena region of Costa Rica

• Second: compare

the BMWP-CR to the BEI index we created.

SAMPLING REGION

http://friendsoftherainforest.org/wp-content/uploads/Mapa-Max-Villalobos-20001.jpg

SAMPLING SITES

REFERENCE SITE

• Monteverde Reserve

(RG-RMV):

• Origins of the Guacimal

River

• 1450 meters elevation
• North of the town of

Monteverde.

• Drains primary

Premontane cloud forest

• Minimal of impacts or

disturbance.

SLIGHTLY DEVELOPED

• Rio Shanti (RG-RS):
• Continuation of

Guacimal River

• Elevation 1372 meters
• Below the RMV

reserve into the town

• f Monteverde.
• Area is unique with

up to 250,000 tourists visiting each year and a local cheese factory.

URBAN IMPACT

• Los Llanos (RL-LL):
• Tributary of upper

Lagartos River

• 1230 meters elevation
• Below the town of Santa

Elena (6700 residents).

• The town contains

considerable impervious surface from buildings and paved roads along with grey-water and straight pipe discharge into local streams.

https://www.google.com/search?q=water+quality+index&espv=2&biw=1280&bih=603&source=lnms&tbm=isch&

HIGHLY CONTAMINATED

• Quebrada Cambronero

(RG-QC):

• A tributary of Guacimal

River

• 1180 meters elevation
• Draining below pig farm
• perated by Cheese

Factory to treat whey byproduct.

• Headwaters of stream

contain two animal waste discharge ponds draining directly into stream.

SAMPLE SIZE

Sampling Month

Index Sample Size Chemistries Sample size

March- dry season

1 1

May/June- beginning of wet

3 3

September –dry period in

between wet seasons

3 2

November- end to second

wettest season

2 2 Total 9 8

• Samples were collected from each site during four distinct time

periods throughout the year

• In an effort to encompass all possible changes due to seasonal

effects

SAMPLING & METHODOLOGY

SAMPLING & METHODOLOGY

BEI (BOSQUETERNO INDEX) CREATION

Criterion ¡ Description ¡ Score ¡

• 1. ¡Degree ¡of ¡

Dominance ¡

Percentage ¡that ¡one ¡ particular ¡family ¡is ¡ predominate ¡ throughout ¡the ¡sample. ¡

<25% ¡= ¡5 ¡ 26-­‑49% ¡= ¡3 ¡ >50% ¡= ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Totals ¡

¡ Scoring ¡by ¡adding ¡all ¡ columns ¡and ¡ determining ¡water ¡ quality ¡condition ¡of ¡ tested ¡stream. ¡

<51= ¡None ¡ 45-­‑50= ¡Slight ¡ 39-­‑44= ¡Moderate ¡ 33-­‑38= ¡ Contaminated ¡ >33= ¡Severe ¡

Criterion ¡ Description ¡ Score ¡

• 1. ¡Degree ¡of ¡

Dominance ¡

Percentage ¡that ¡one ¡ particular ¡family ¡is ¡ predominate ¡ throughout ¡the ¡sample. ¡

<25% ¡= ¡5 ¡ 26-­‑49% ¡= ¡3 ¡ >50% ¡= ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Totals ¡

¡ Scoring ¡by ¡adding ¡all ¡ columns ¡and ¡ determining ¡water ¡ quality ¡condition ¡of ¡ tested ¡stream. ¡

<51= ¡None ¡ 45-­‑50= ¡Slight ¡ 39-­‑44= ¡Moderate ¡ 33-­‑38= ¡ Contaminated ¡ >33= ¡Severe ¡

Criterion ¡ Description ¡ Score ¡

• 1. ¡Degree ¡of ¡

Dominance ¡

Percentage ¡that ¡one ¡ particular ¡family ¡is ¡ predominate ¡ throughout ¡the ¡sample. ¡

<25% ¡= ¡5 ¡ 26-­‑49% ¡= ¡3 ¡ >50% ¡= ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Totals ¡

¡ Scoring ¡by ¡adding ¡all ¡ columns ¡and ¡ determining ¡water ¡ quality ¡condition ¡of ¡ tested ¡stream. ¡

<51= ¡None ¡ 45-­‑50= ¡Slight ¡ 39-­‑44= ¡Moderate ¡ 33-­‑38= ¡ Contaminated ¡ >33= ¡Severe ¡

Criterion ¡ Description ¡ Score ¡

• 1. ¡Degree ¡of ¡

Dominance ¡

Percentage ¡that ¡one ¡ particular ¡family ¡is ¡ predominate ¡ throughout ¡the ¡sample. ¡

<25% ¡= ¡5 ¡ 26-­‑49% ¡= ¡3 ¡ >50% ¡= ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Totals ¡

¡ Scoring ¡by ¡adding ¡all ¡ columns ¡and ¡ determining ¡water ¡ quality ¡condition ¡of ¡ tested ¡stream. ¡

<51= ¡None ¡ 45-­‑50= ¡Slight ¡ 39-­‑44= ¡Moderate ¡ 33-­‑38= ¡ Contaminated ¡ >33= ¡Severe ¡

Criterion ¡ Description ¡ Score ¡

• 1. ¡Degree ¡of ¡

Dominance ¡

Percentage ¡that ¡one ¡ particular ¡family ¡is ¡ predominate ¡ throughout ¡the ¡sample. ¡

<25% ¡= ¡5 ¡ 26-­‑49% ¡= ¡3 ¡ >50% ¡= ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Totals ¡

¡ Scoring ¡by ¡adding ¡all ¡ columns ¡and ¡ determining ¡water ¡ quality ¡condition ¡of ¡ tested ¡stream. ¡

<51= ¡None ¡ 45-­‑50= ¡Slight ¡ 39-­‑44= ¡Moderate ¡ 33-­‑38= ¡ Contaminated ¡ >33= ¡Severe ¡

SEASONAL VARIATION

RG-RMV- Season df t Stat P(T<=t) one- tail DO 4 0.31185 0.38537 TP 4 0.04907 0.48161 DO% 4 0.54402 0.30767 pH

4 0.73297 0.25211

Water ¡Temp 4 2.53628 0.03212 Conduc2vity 4 0.55199 0.30527 RG-QC- Season df t Stat P(T<=t) one- tail DO 4 1.03885 0.17877 TP 4 3.52126 0.01221 DO% 4 0.80666 0.23254 pH 4 0.02708 0.48985 temp 4 2.28255 0.04227 cond 4

0.19987 0.42567

• In order to separate natural variation, such as seasonal change from

wet dry, t-Test were run for each chemical parameter tested at every site.

• The only parameters that showed a significant difference was water

temperature at both RG-RMV and RG-QC, and TP at RG-QC.

INDEX COMPARISON

20 40 60 80 100 120 RG-RMV (Reference) RG-RS (Slightly Cont.) RG-LL (Urban Impact) RG-QC (Highly Cont.) Index Score Sample Site

Comparison of Index Scores

WQI BEI BMWP-CR

REFERENCE VS. SLIGHT IMPACT

RMV-­‑RS ¡ df ¡ t ¡Stat ¡ P(T<=t) ¡one-­‑tail ¡ Water ¡Temp ¡ 11 ¡ 3.17499 ¡ 0.00442 ¡ DO ¡(mg/L) ¡ 11 ¡ 0.52478 ¡ 0.30508 ¡ DO% ¡ 11 ¡ 0.15132 ¡ 0.44123 ¡ Conduc2vity ¡(μs/cm) ¡ 11 ¡ 3.47805 ¡ 0.00258 ¡ pH ¡ 11 ¡ 0.02902 ¡ 0.48868 ¡ TP ¡(mg/L) ¡ 8 ¡ 0.34102 ¡ 0.37093 ¡ Total ¡Families ¡ 14 ¡ 0.13756 ¡ 0.44627 ¡ WQI ¡ 40 ¡ 1.09863 ¡ 0.13925 ¡ BMWP-­‑CR ¡ 14 ¡ 0.61107 ¡ 0.27547 ¡ BEI ¡ 14 ¡ 2.69374 ¡ 0.00873 ¡ RMV-­‑RS ¡ df ¡ t ¡Stat ¡ P(T<=t) ¡one-­‑tail ¡ Water ¡Temp ¡ 11 ¡ 3.17499 ¡ 0.00442 ¡ DO ¡(mg/L) ¡ 11 ¡ 0.52478 ¡ 0.30508 ¡ DO% ¡ 11 ¡ 0.15132 ¡ 0.44123 ¡ Conduc2vity ¡(μs/cm) ¡ 11 ¡ 3.47805 ¡ 0.00258 ¡ pH ¡ 11 ¡ 0.02902 ¡ 0.48868 ¡ TP ¡(mg/L) ¡ 8 ¡ 0.34102 ¡ 0.37093 ¡ Total ¡Families ¡ 14 ¡ 0.13756 ¡ 0.44627 ¡ WQI ¡ 40 ¡ 1.09863 ¡ 0.13925 ¡ BMWP-­‑CR ¡ 14 ¡ 0.61107 ¡ 0.27547 ¡ BEI ¡ 14 ¡ 2.69374 ¡ 0.00873 ¡

REFERENCE VS. URBAN IMPACT

RMV-­‑LL ¡ df ¡ t ¡Stat ¡ P(T<=t) ¡one-­‑tail ¡ Water ¡Temp ¡ 12 ¡ 7.104 ¡ 0.00001 ¡ DO ¡(mg/L) ¡ 12 ¡ 0.20991 ¡ 0.41863 ¡ DO% ¡ 12 ¡ 0.66469 ¡ 0.25941 ¡ Conduc2vity ¡(μs/cm) ¡ 12 ¡ 7.47406 ¡

3.74E-06

pH ¡ 12 ¡ 2.14491 ¡ 0.02656 ¡ TP ¡(mg/L) ¡ 12 ¡ 2.43003 ¡ 0.01587 ¡ Total ¡Families ¡ 14 ¡ 0.78073 ¡ 0.22398 ¡ WQI ¡ 44 ¡ 3.6619 ¡ 0.00033 ¡ BMWP-­‑CR ¡ 14 ¡ 2.17004 ¡ 0.02385 ¡ BEI ¡ 14 ¡ 3.46667 ¡ 0.00189 ¡ RMV-­‑LL ¡ df ¡ t ¡Stat ¡ P(T<=t) ¡one-­‑tail ¡ Water ¡Temp ¡ 12 ¡ 7.104 ¡ 0.00001 ¡ DO ¡(mg/L) ¡ 12 ¡ 0.20991 ¡ 0.41863 ¡ DO% ¡ 12 ¡ 0.66469 ¡ 0.25941 ¡ Conduc2vity ¡(μs/cm) ¡ 12 ¡ 7.47406 ¡

3.74E-06

pH ¡ 12 ¡ 2.14491 ¡ 0.02656 ¡ TP ¡(mg/L) ¡ 12 ¡ 2.43003 ¡ 0.01587 ¡ Total ¡Families ¡ 14 ¡ 0.78073 ¡ 0.22398 ¡ WQI ¡ 44 ¡ 3.6619 ¡ 0.00033 ¡ BMWP-­‑CR ¡ 14 ¡ 2.17004 ¡ 0.02385 ¡ BEI ¡ 14 ¡ 3.46667 ¡ 0.00189 ¡

REFERENCE VS. CONTAMINATED

RMV-­‑QC df t ¡Stat P(T<=t) ¡one-­‑tail Water ¡Temp 12 14.97462 1.98E-­‑09 DO ¡(mg/L) 12 0.92133 0.18751 DO% 12 1.39011 0.09487 Conduc2vity ¡(μs/cm)

12 11.11333 5.66E-08

pH 12 3.42746 0.0025 TP ¡(mg/L) 12 12.42638 1.64E-­‑08 Total ¡Families

14 0.18078 0.42956

WQI

44 5.34494 1.53E-06

BMWP-­‑CR 14 0.05309 0.4792 BEI 14 8.36127 4.08E-­‑07 RMV-­‑QC df t ¡Stat P(T<=t) ¡one-­‑tail Water ¡Temp 12 14.97462 1.98E-­‑09 DO ¡(mg/L) 12 0.92133 0.18751 DO% 12 1.39011 0.09487 Conduc2vity ¡(μs/cm)

12 11.11333 5.66E-08

pH 12 3.42746 0.0025 TP ¡(mg/L) 12 12.42638 1.64E-­‑08 Total ¡Families

14 0.18078 0.42956

WQI

44 5.34494 1.53E-06

BMWP-­‑CR 14 0.05309 0.4792 BEI 14 8.36127 4.08E-­‑07

SCORE DEPENDENCY UPON INSECTS COLLECTED

R² = 0.4361

• 200

200 400 600 800 1000 1200 20 40 60 80 100 120 Total # of insects Score

BMWP

R² = 0.0023

• 200

200 400 600 800 1000 1200 25 35 45 55 65 Total # of insects Score

BEI

R² = 0.4361

• 200

200 400 600 800 1000 1200 20 40 60 80 100 120 Total # of insects Score

BMWP

R² = 0.0023

• 200

200 400 600 800 1000 1200 25 35 45 55 65 Total # of insects Score

BEI

SEASONAL VARIATION

20 40 60 80 100 March May/June Sept Nov Average Scores Sampling Month

RG-RMV

20 40 60 80 100 March May/June Sept Nov Average Scores Sampling Month

RG-RS

20 40 60 80 100 March May/June Sept Nov AVerage Scores Sampling Month

RG-RMV

20 40 60 80 100 March May/June Sept Nov Average Scores Sampling Month

RG-RS

BEI Results BWMP-CR Results

DISCUSSION

Site ¡

WQI ¡ BMWP-­‑CR ¡ BEI ¡

RG-­‑RMV ¡(Reference) ¡ Slight ¡ Contaminated ¡ Slight ¡ RG-­‑RS ¡(Slight ¡Impact) ¡ Moderate ¡ Contaminated ¡ Moderate ¡ RL-­‑LL ¡(Urban ¡Impact) ¡ Moderate ¡ Contaminated ¡ Moderate ¡ RG-­‑QC ¡(Highly ¡Impacted) ¡ Contaminated ¡ Moderate ¡ Contaminated ¡

• The purpose of this study was to assess streams
• f varied pollution in the Monteverde-Santa

Elena region of Costa Rica, and compare the current BMWP-CR index to a developed index from our study (BEI)

DIFFERENCE BETWEEN BMWP-CR AND BEI

20 40 60 80 100 120 RG-RMV (Reference) RG-RS (Slightly Cont.) RG-LL (Urban Impact) RG-QC (Highly Cont.) Index Score Sample Site

Comparison of Index Scores

WQI BEI BMWP-CR

PACIFIC & CARIBBEAN SLOPE

POTENTIAL ISSUES

• Difficulties arise in the

evaluation of macroinvertebrate indices as there are no standard protocols, data standards

• r threshold values to apply
• A major limitation to our

study lies in the distribution

• f families in other stream

systems that do not replicate those used to create the BEI.

FUTURE RESEARCH FOR WATER QUALITY IN COSTA RICA

• We believe that the

BEI has potentially broader application down the Pacific Slope, as well as throughout Costa Rica if the insect assemblage continues to resemble that of the Monteverde region

https://www.google.com/search?q=map+of+costa+rica&espv=2&biw=1280&bih=

REFERENCES

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