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Nemerow Pollution Index and Inter-Variable Relationships in Esuk Oro River, Southern Nigeria

Este estudio recalculó el Índice de Contaminación de Nemerow para el río Esuk Oro en el sur de Nigeria utilizando medias de estación y correlaciones de Pearson, revelando que el enriquecimiento de nutrientes impulsado por el fosfato es el principal factor de contaminación, al tiempo que enfatiza la función del índice como una herramienta de detección en lugar de una declaración de seguridad definitiva debido a la limitación de datos y de los parámetros operativos.

Autores originales: Imekan I. Akpan¹, Iboroakam E. Udosen

Publicado 2026-08-18

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CC BY 4.0

Autores originales: Imekan I. Akpan¹, Iboroakam E. Udosen

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Los ríos son sistemas vivos que transportan una historia compleja en cada gota de agua, una historia escrita en el lenguaje de la química. Para entender si un río está sano o luchando por sobrevivir, los científicos suelen observar ingredientes específicos disueltos o suspendidos en él, tales como nutrientes, sales y oxígeno. Sin embargo, un río contiene tantas mediciones diferentes que resulta difícil ver el panorama general de un vistazo. Para resolver esto, los investigadores utilizan una herramienta llamada índice de contaminación, que actúa como un traductor. Esta toma todos esos números diferentes y los condensa en una sola puntuación que indica si el agua es segura o si ha sido contaminada. El desafío radica en realizar las matemáticas correctamente; si las reglas para comparar las mediciones con los límites de seguridad se aplican de la manera equivocada, la puntuación final puede contar una historia completamente falsa, haciendo que el agua limpia parezca sucia o el agua sucia parezca limpia.

En el río Esuk Oro, en el sur de Nigeria, un equipo de investigadores de la Universidad del Estado de Akwa Ibom recientemente analizó más de cerca la calidad del agua para asegurar que la historia que se contaba fuera precisa. Se centraron en tres puntos específicos a lo largo del río: la sección aguas arriba cerca de la fuente, la sección media y la sección aguas abajo, más cerca de donde el río desemboca. Durante un período de cinco meses, desde finales de 2022 hasta principios de 2023, recolectaron muestras de agua y midieron nueve indicadores diferentes, que iban desde la salinidad del agua hasta la cantidad de oxígeno que contenía. Su objetivo era recalcular las puntuaciones de contaminación para estas ubicaciones porque sospechaban que una evaluación previa había cometido un error fundamental en la forma en que manejaba los datos.

Los investigadores descubrieron que la evaluación anterior había tratado un ingrediente vital, el oxígeno disuelto, de forma incorrecta. En un río sano, el oxígeno es algo que el agua necesita tener en cantidades elevadas para sustentar la vida. Si el nivel de oxígeno cae demasiado bajo, es una señal de contaminación. Sin embargo, el cálculo anterior había tratado los altos niveles de oxígeno como un problema, como si tener demasiado de algo bueno fuera malo. Al corregir esta lógica, el nuevo estudio reveló un panorama muy diferente. El agua del río Esuk Oro no sufría por la falta de oxígeno; de hecho, los niveles de oxígeno eran sorprendentemente altos, oscilando entre 20.50 y 29.91 miligramos por litro, aunque los investigadores señalaron que estos números eran inusualmente altos para agua de río cálida y que tendrían que ser verificados nuevamente contra las notas de campo originales.

Una vez corregido el cálculo del oxígeno, la verdadera fuente de la contaminación del río quedó clara. El estudio identificó al fosfato, un nutriente que se encuentra a menudo en fertilizantes y detergentes, como el principal culpable. En cada estación a lo largo del río, la cantidad de fosfato en el agua era mucho mayor que el límite de seguridad. Los investigadores calcularon una puntuación de contaminación para cada ubicación comparando la cantidad medida de fosfato con el referente de seguridad. Las puntuaciones para el fosfato estuvieron entre 4.172 y 4.438, lo que significa que el río contenía más de cuatro veces la cantidad aceptable de este nutriente. Este alto nivel de fosfato fue el principal motor de la puntuación de contaminación general de todo el río.

Cuando los investigadores combinaron las puntuaciones de los nueve indicadores en un único número compuesto, los resultados mostraron un río bajo estrés debido al enriquecimiento de nutrientes. La puntuación de contaminación general comenzó en 3.015 en la estación de aguas arriba y aumentó ligeramente a 3.200 en la estación de aguas abajo. Aunque el fosfato era el problema abrumador, el estudio también encontró que la alcalinidad, una medida de la capacidad del agua para neutralizar el ácido, estaba ligeramente por encima de su límite en las tres ubicaciones. Además, la sección de aguas arriba tenía una pequeña cantidad de sólidos suspendidos, o diminutas partículas flotando en el agua, que apenas excedían el umbral de seguridad. En contraste, otros contaminantes comunes como los nitratos y las sales estaban dentro de los límites seguros, y el agua no estaba tan contaminada como sugería el informe anterior, que era erróneo.

Más allá de solo medir la contaminación, el equipo observó cómo estos diferentes ingredientes químicos se movían juntos durante los cinco meses de observación. Descubrieron conexiones fuertes entre ciertas variables. Por ejemplo, cuando los niveles de alcalinidad subían, los niveles de nitrato y cloruro también tendían a subir. Por el contrario, cuando la cantidad total de sólidos disueltos en el agua aumentaba, los niveles de nitrato y cloruro tendían a bajar. Estos patrones sugieren que los diferentes productos químicos en el río están respondiendo a los mismos cambios estacionales o aportes, como la lluvia o la escorrentía de las tierras cercanas. Sin embargo, debido a que el estudio solo observó cinco meses de datos, los investigadores son cuidadosos al decir que estos son indicios en lugar de pruebas de una causa específica. Aún no pueden decir exactamente de dónde proviene el fosfato, ya sea de aguas residuales, escorrentía agrícola o detergentes domésticos.

El estudio concluye que el río Esuk Oro enfrenta actualmente un desafío significativo debido a la contaminación por fosfato, que es el problema más urgente que los gestores del agua deben abordar. Los investigadores enfatizan que su trabajo sirve como una herramienta de detección para señalar problemas, no como un veredicto final sobre si el agua es segura para beber. Recomiendan que las autoridades locales verifiquen los datos brutos de fosfato y oxígeno para asegurar la exactitud. Además, sugieren mapear el área local para encontrar las fuentes de fosfato, como salidas de alcantarillado o campos agrícolas, y establecer un monitoreo de un año completo para ver cómo cambia el río con las estaciones. Al corregir los errores matemáticos del pasado, este estudio proporciona una base más clara y honesta para proteger la salud del río Esuk Oro.

Resumen Técnico: Índice de Contaminación de Nemerow y Relaciones Intervariables en el Río Esuk Oro, Sur de Nigeria

Planteamiento del Problema
El estudio aborda un fallo metodológico crítico en una evaluación previa del río Esuk Oro, donde los valores reportados del "índice de contaminación de Nemerow" no eran razones adimensionales de concentración-límite. Los valores tabulados originales clasificaban erróneamente casi todas las variables de calidad del agua como contaminadas. Además, el análisis previo no logró distinguir entre variables con límites de detección superiores (p. ej., nutrientes) y aquellas con objetivos mínimos (p. ej., oxígeno disuelto), lo que condujo a conclusiones erróneas sobre los factores impulsores de la contaminación. Los autores señalan que la normalización incorrecta en los índices de calidad del agua puede producir clasificaciones engañosas, lo que hace necesaria la recalculación de los índices de factor único y del índice compuesto de Nemerow utilizando las medias de las estaciones y los parámetros de referencia adecuados.

Metodología
La investigación utilizó datos de calidad del agua recolectados en tres estaciones (aguas arriba, aguas media y aguas abajo) en el río Esuk Oro entre octubre de 2022 y febrero de 20 de 2023. El estudio empleó el siguiente enfoque analítico:

Procesamiento de Datos: Se calcularon las medias de las estaciones para nueve indicadores: Conductividad Eléctrica (CE), Sólidos Disueltos Totales (SDT), Sólidos Suspendidos Totales (SST), Oxígeno Disuelto (OD), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Alcalinidad, Cloruro, Nitrato y Fosfato.
Cálculo del Índice:
- Índices de Factor Único ( $P_i$ ): Para los indicadores con límites superiores, $P_i$ se calculó como la razón entre la media de la estación medida ( $C_i$ ) y el valor de detección ( $S_i$ ). Para el Oxígeno Disuelto, que tiene un objetivo mínimo, se utilizó una razón inversa ( $5/C_i$ ) para asegurar que los valores por debajo de 5 mg L⁻¹ den como resultado un $P_i > 1$ .
- Índice Compuesto de Nemerow ( $P_N$ ): Calculado mediante la fórmula $P_N = \sqrt{(P_{max}^2 + P_{mean}^2)/2}$ , donde $P_{max}$ es el índice de factor único máximo y $P_{mean}$ es la media aritmética de los nueve índices.
Análisis de Correlación: Los coeficientes de correlación de producto de momento de Pearson ( $r$ ) se recalculó directamente a partir de las cinco medias mensuales para todos los pares de variables. La significancia se evaluó en $\alpha = 0.05$ (dos colas).
Parámetros de Referencia: Se aplicaron valores de detección operativos y directrices de la OMS (p. ej., Fosfato en 5 mg L⁻¹, Nitrato en 50 mg L⁻¹). La temperatura, el pH y la acidez se excluyeron del cálculo del índice, ya que las razones simples son inapropiadas para variables basadas en rangos.

Contribuciones Clave
La contribución principal de este trabajo es la corrección de la metodología de cálculo del índice de contaminación. Los autores lograron con éxito:

Recalcular los Índices: Proporcionaron índices de factor único y de Nemerow compuestos corregidos que reflejan con precisión la razón entre los valores medidos y los parámetros de referencia operativos.
Identificar el Impulsor Dominante: Aislaron el Fosfato como el principal contribuyente al índice de contaminación compuesto, un hallazgo que estaba oscurecido en el análisis original.
Clarificar la Lógica del Oxígeno Disuelto: Corrigieron la interpretación del OD, demostrando que las concentraciones altas (observadas como 20.50–29.91 mg L⁻¹) no constituyen un exceso de contaminación bajo el método de la razón inversa, contrario a la implicación del estudio original.
Reevaluar las Correlaciones: Proporcionaron un nuevo conjunto de correlaciones exploratorias derivadas directamente de las medias mensuales en lugar de copiar datos de origen potencialmente erróneos.

Resultados

Estado de Contaminación: Los índices compuestos de Nemerow ( $P_N$ ) fueron 3.015 (aguas arriba), 3.118 (aguas media) y 3.200 (aguas abajo). Todos los valores exceden 1.0, lo que indica contaminación, pero la magnitud es impulsada por variables específicas.
Variable Dominante: El Fosfato fue el factor dominante en todas las estaciones, con índices de factor único que oscilaron entre 4.172 y 4.438. La estación de aguas abajo exhibió la mayor razón de fosfato (4.438).
Excesos Secundarios: La Alcalinidad excedió marginalmente su parámetro de referencia operativo (1.110–1.162) en todas las estaciones. Los Sólidos Suspendidos Totales (SST) de aguas arriba excedieron ligeramente su parámetro (1.054).
No Excesos: Las razones de CE, SDT, DBO, Cloruro y Nitrato se mantuvieron por debajo de 1.0.
Correlaciones: Se encontraron correlaciones positivas significativas entre Alcalinidad–Nitrato ( $r=0.987$ ), Alcalinidad–Cloruro ( $r=0.967$ ) y Cloruro–Nitrato ( $r=0.939$ ). Por el contrario, se observaron fuertes correlaciones negativas entre SDT y Nitrato ( $r=-0.936$ ), SDT y Cloruro ( $r=-0.923$ ) y SDT y Alcalinidad ( $r=-0.919$ ).

Significancia y Reivindicaciones
El artículo enmarca modestamente sus hallazgos como una evaluación de cribado en lugar de una declaración definitiva de seguridad para el consumo de agua potable o riesgo clínico para la salud. Los autores enfatizan que el índice sirve para identificar el enriquecimiento de nutrientes como el principal impulsor de la señal de contaminación en el río Esuk Oro.

El estudio establece explícitamente que el pequeño tamaño de la muestra ( $n=5$ observaciones mensuales) limita la capacidad de establecer relaciones causales o atribución de fuentes. Las correlaciones se presentan como hipótesis exploratorias para el monitoreo futuro en lugar de pruebas de fuentes comunes. Los autores concluyen que el análisis corregido resalta la necesidad de:

Mantener las unidades durante la preparación de datos.
Utilizar razones normalizadas adimensionales.
Distinguir entre límites superiores y objetivos mínimos.

Finalmente, el documento hace un llamado a la verificación de los datos de campo brutos con respecto a los niveles atípicamente altos de oxígeno disuelto y fosfato, el mapeo de las entradas locales de aguas residuales y agrícolas, y el establecimiento de un programa de monitoreo de 12 meses totalmente replicado para validar estos resultados de cribado.

Resumen Técnico: Índice de Contaminación de Nemerow y Relaciones Intervariables en el Río Esuk Oro, Sur de Nigeria

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