Fate and transport of enterococci bacteria at Rincón Public Beach

Abstract

Bacteria contamination is a frequent problem in Puerto Rico's beaches. In-situ surveys are currently the only way to determine episodes of fecal pollution. These tests require 24 hours of incubation and cannot provide insight on the transport and decay of bacteria. The goal of this thesis is to have a better understanding of the fate and transport of fecal bacteria at Rincón Public Beach (RPB) by combining a comprehensive field campaign with a numerical modeling effort aimed at predicting concentrations of Enterococcus spp. in a marine environment. Overall, a good validation was achieved, especially closer to the main discharge. In the model, bacteria were transported from the stream to RPB in a southeastward direction, concurring with the observations measured at the site. Three cases with hypothetical conditions were also simulated: (i) an increased stream flowrate, (ii) a more energetic swell and (iii) a less energetic wave conditions. The first case caused higher bacteria concentrations; the second case showed similar concentrations; and the third case had the highest magnitudes which persisted longer due to reduced water mixing. Based on these results, it can be concluded that a significant source of fecal contamination at the beach may originate from streams and is intensified by rainfall events that increase stream flowrates, and lower wave energy conditions that decrease water mixing.

La contaminación por bacterias en las playas es un problema frecuente en Puerto Rico. Los estudios in-situ son actualmente la única forma de determinar episodios de contaminación fecal. Estas pruebas requieren 24 horas de incubación y no pueden proporcionar información sobre el transporte y mortandad de las bacterias. El objetivo de esta tesis es tener una mejor comprensión del destino y el transporte de bacterias fecales en el Balneario de Rincón combinando una campaña de campo exhaustiva con un esfuerzo de modelado numérico destinado a predecir la concentración de Enterococcus spp. en un entorno marino. En general, se obtuvo una validación precisa, especialmente en las zonas más cercanas a una quebrada. El modelo sugiere que las bacterias se transportan desde la quebrada hasta el Balneario de Rincón en dirección sureste, coincidiendo con las observaciones medidas en el experimento de campo. Además, se simularon tres casos con condiciones hipotéticas: (i) un mayor caudal de la corriente, (ii) un oleaje más energético y (iii) un oleaje menos energético. El primer caso provocó una mayor concentración de bacterias; el segundo caso tuvo concentraciones similares; y el tercer caso mostró las concentraciones más altas de bacterias que perduraron por más tiempo debido a menor mezcla de agua. Basado en estos resultados, se puede concluir que la contaminación fecal en la playa proviene principalmente de quebradas y se intensifica por eventos de lluvia que aumentan sus caudales o por condiciones de bajo oleaje que disminuyen la mezcla del agua.