HidroRed 

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VULNERABILIDAD DE ACUÍFEROS
CONCEPTOS Y MÉTODOS

Miguel Auge

Profesor Titular de Hidrogeología
Universidad de Buenos Aires
auge@way.com.ar
 
 

INTRODUCCIÓN

 Desde que en Margat (1968) introdujera el término “vulnerabilidad del agua subterránea a la contaminación”, se han sucedido numerosas definiciones, calificaciones y metodologías sobre el mismo, en muchos casos orientadas a su representación cartográfica.
 Hasta la fecha, sin embargo, no se ha logrado consenso sobre el alcance del término y en este sentido, existen dos grandes corrientes.
 Una está representada por aquellos investigadores que consideran a la vulnerabilidad como una propiedad referida exclusivamente al medio (tipo de acuífero y cobertura, permeabilidad, profundidad, recarga, etc), sin tener en cuenta la incidencia de las sustancias contaminantes (vulnerabilidad intrínseca) y en la otra orientación, se agrupan los que sí le otorgan, además del comportamiento del medio, trascendencia al tipo y carga del contaminante (vulnerabilidad específica).
También existen divergencias respecto a la utilidad de las representaciones cartográficas y a si la vulnerabilidad debe mantenerse en un marco cualitativo o pasar a otro cuantitativo. En este sentido en el Congreso XXIX del IAH, realizado en Bratislava en 1999, se produjo una fuerte controversia entre las escuelas alemana y checa, al sostener la primera la necesidad de adecuar nuevas metodologías para transformar a la vulnerabilidad en una variable cuantitativa, mientras que los checos propiciaron el mantenimiento del alcance cualitativo del término, debido al inconveniente que implica la asignación de magnitudes representativas a los componentes y procesos que inciden en la vulnerabilidad.
En este trabajo se hace una breve referencia a las definiciones, a los componentes y a los métodos más difundidos para caracterizar a la vulnerabilidad del agua subterránea respecto a la contaminación y se proponen dos nuevos; uno para acuíferos libres y otro para semiconfinados.
 

    Vrba et al (1994) definen a la vulnerabilidad como “una propiedad intrínseca del sistema de agua subterránea que depende de la sensibilidad del mismo a los impactos humanos y/o naturales”. De la definición se desprende que los autores incluyen en la misma tanto al sistema subterráneo como a los contaminantes y dentro de estos a los artificiales y a los naturales.
    Foster et al (1991) dicen que la “vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, representa su sensibilidad para ser adversamente afectado por una carga contaminante impuesta”. En este caso al citar a una carga contaminante impuesta, los autores parecen referirse solamente a una contaminación de origen artificial.
    Custodio (1995) señala “la vulnerabilidad a la polución expresa la incapacidad del sistema para absorber las alteraciones, tanto naturales como artificiales”. Vuelven a aparecer aquí procesos naturales y/o artificiales, como potenciales generadores de la alteración.
    Carbonell (1993) define la vulnerabilidad a la contaminación, como la tendencia de los contaminantes a localizarse en el sistema de agua subterránea, luego de ser introducidos por encima del acuífero más somero. En este caso el autor considera solamente la acción de los contaminantes.
    EPA (1991) hace referencia a la vulnerabilidad subterránea respecto a un plaguicida, como la facilidad con que un contaminante aplicado en la superficie, puede alcanzar al acuífero en función de las prácticas agrícolas empleadas, las características del plaguicida y la susceptibilidad hidrogeológica. Esta definición incorpora, además de las condiciones del medio, las propiedades del contaminante y las prácticas de cultivo (vulnerabilidad específica).
    Otro concepto íntimamente asociado a la vulnerabilidad  es el de riesgo a la contaminación, aunque este también genera diferencias en su definición, utilidad y técnicas para el mapeo.
    Algunos autores (Foster, 1987) definen al riesgo como el peligro de deterioro en la calidad de un acuífero, por la existencia real o potencial de sustancias contaminantes en su entorno. Otros (Vrba et al, 1994) lo asimilan a la vulnerabilidad específica, que se refiere al peligro de contaminación del agua subterránea respecto a un contaminante o familia de contaminantes de características y comportamientos similares (hidrocarburos livianos o pesados, plaguicidas organoclorados y organofosforados, metales pesados, etc.).
    En el entendimiento del suscrito la vulnerabilidad intrínseca tiene mayor utilidad en los trabajos de planificación de uso del territorio y del agua, particularmente en los que respecta a la preservación de la calidad del recurso en los sitios donde no está afectado, ni se realizan prácticas como fertilización, aplicación de plaguicidas, riego, cría concentrada de ganado, ni actividades domésticas, urbanas o industriales, que por su intensidad pudieren afectarlo.
    La vulnerabilidad específica incluye parcialmente el concepto de riesgo, toda vez que se refiere al peligro de deterioro en relación a sustancias contaminantes específicas.
Con el objeto de clarificar, se cita un ejemplo sencillo:
a) un depósito con puertas sin llave ni candado, ubicado en la zona rural, es muy vulnerable debido al fácil acceso; sin embargo el riesgo de hurto o robo es bajo, porque en la región no hay vándalos.
b) otro depósito, ubicado en la zona urbana y provisto de fuertes cerraduras, candados y ventanas enrejadas, es poco vulnerable pero de alto riesgo, debido a que existen delincuentes en la región.

 Se citan las metodologías más empleadas para la cualificación y el mapeo de la vulnerabilidad.

DRASTIC. Fue desarrollado por Aller et al (1987) para EPA, con el objeto de evaluar la vulnerabilidad intrínseca de los acuíferos. Es un método de uso muy difundido, tanto para la cualificación como para el mapeo y se basa en la asignación de índices que van de 1 a 10, de acuerdo a las características y el comportamiento de las variables consideradas en el acrónimo DRASTIC: D (depth - profundidad del agua) R (recharge - recarga neta) A (aquifer – litología del acuífero) S (soil – tipo de suelo) T (topography - topografía) I (impact - litología de la sección subsaturada) C (hydraulic conductivity – conductividad hidráulica del acuífero). El índice 1 indica la mínima vulnerabilidad y el 10 la máxima.
 Además de lo expresado, a cada variable se le asigna un peso o ponderación, de acuerdo a la influencia respecto a la vulnerabilidad. Para el peso ponderado se emplean índices entre 1 y 5, adoptando los autores el mayor (5) para la profundidad del agua (D) y la litología de la sección subsaturada (I) y el menor (1) para la topografía (T).
 Ambos índices se multiplican y luego se suman los 7 resultados, para obtener un valor final o índice de vulnerabilidad, cuyos extremos son 23 (mínima) y 230 (máxima), aunque en la práctica el índice dominante varía entre 50 y 200.
 DRASTIC también considera la incidencia de la actividades agrícolas, en particular de los pesticidas.
 Tanto este como el resto de los métodos que aquí se mencionan, califican a la vulnerabilidad en forma cualitativa y su mayor utilidad es que permiten realizar comparaciones relativas dentro de una misma región, o entre regiones distintas. Además su aplicación está restringida a acuífero libres.
 Al DRASTIC se le critica la cantidad de variables que emplea, la reiteración en el alcance de algunas de ellas (A y C), ambas vinculadas a la renovación de agua en el acuífero, y la poca incidencia de otras respecto a la vulnerabilidad.

SINTACS. Es una derivación del DRASTIC, desarrollado por Civita et al (1990) para adecuarlo a las diversificadas características hidrogeológicas de Italia y al requerimiento de un mapeo de mayor detalle. El acrónimo SINTACS comprende: S (Soggiacenza – profundidad del agua) I (infiltrazione - infiltración) N (non saturo - influencia de la sección subsaturada) T (copertura – tipo de suelo) A (acquifero – características hidrogeológicas del acuífero) C (conducibilità – conductividad hidráulica) S (topografia – pendiente topográfica).
 Este método presenta una estructura compleja, tanto para la entrada de datos como para la salida, por lo que su operación se realiza mediante un programa cibernético preparado especialmente para el mismo. A las variables mencionadas, que influyen en la vulnerabilidad intrínseca, se les puede añadir la incidencia del agua superficial y el uso de la tierra.
 En la figura 1 tomada de Vrba et al (1994), se indican los pesos relativos en % de las variables intrínsecas adoptadas para la región de La Loggia – Carignano y, como puede observarse, la de mayor incidencia respecto a la vulnerabilidad es S la profundidad de la superficie freática (22) y la menor I la recarga neta (8).
 Al SINTACS se le hacen las mismas críticas que al DRASTIC del que deriva, con el agravante de que para su operación, resulta imprescindible disponer del correspondiente programa de computación.

GOD. Este método propuesto por Foster (1987), se basa en la asignación de índices entre 0 y 1 a 3 variables que son las que nominan el acrónimo: G (ground water occurrence – tipo de acuífero) O (overall aquifer class – litología de la cobertura) D (depth – profundidad del agua o del acuífero).
 En la figura 2 (Foster et al, 1991) se reproduce el diagrama para cualificar la vulnerabilidad de un acuífero a la contaminación. Los 3 índices que se multiplican entre sí resultan en uno final (diagrama de salida - output) que puede variar entre 1 (vulnerabilidad máxima) y 0 (mínima).
Esta clasificación incorpora al tipo de acuífero (libre a surgente) que las anteriores no consideran y si bien es sencilla y de fácil aplicación, también posee falencias como considerar que no hay acuífero (ninguno).
Otros métodos similares a los descriptos, pero  menos conocidos y utilizados, son los desarrollados por Fenge (1976), Zaporozec (1985), Marcolongo et al (1987), Sotorníková et al (1987), Schmidt (1987), Villumsen et al (1983).

EKv. Auge (1995), considera que la vulnerabilidad “es un concepto cualitativo, que en la generalidad se refiere al grado de protección natural de un acuífero frente a la contaminación. Por ello también se la conoce como protección o defensa natural”. En relación a los acuíferos libres desarrolla una clasificación basada en la profundidad de la superficie freática (E) y en la permeabilidad vertical de la zona subsaturada (Kv). A ambas les asigna índices que van de 1 (menos vulnerable) a 5 (más vulnerable), finalizando en el diagrama de la figura 3 donde Kv es la permeabilidad vertical y E el espesor de la sección subsaturada. Ambos valores se suman brindando un índice final, con extremos de 2 y 10. Para índices de E + Kv entre 2 y 4 la vulnerabilidad es baja, entre 5 y 7 media y de 8 a 10 alta.
El método es sencillo y de fácil aplicación, pero sólo considera 2 variables.

5: con permeabilidades verticales (Kv) de 50 a 500 m/día, está representado por arena mediana y gruesa, grava arenosa y grava.
4: Kv de 1 a 50 m/d, por arena muy fina a limosa, arena fina y arena mediana a gruesa.
3: Kv de 0,01 a 1 m/d, por limo y limo arenoso.
2: Kv de 0,001 a 0,01 m/d, por limo y limo arcilloso.
    1: Kv < de 0,001 m/d, por arcilla y arcilla limosa.

 Es muy poco lo que se ha hecho respecto a la vulnerabilidad de acuíferos parcialmente confinados o semiconfinados.
 Seguidamente se transcribe un ensayo  preliminar realizado para la Red CYTED de Vulnerabilidad de Acuíferos (Auge, 2001).

Acuífero semiconfinado
 La vulnerabilidad de este tipo de acuífero, está controlada por las propiedades físicas y geométricas de los acuitardos (permeabilidad vertical, porosidad y espesor) y también por la diferencia de potencial hidráulico que guarda con el libre sobrepuesto. Esta diferencia, que bajo condiciones de no alteración generalmente es pequeña (algunos dm a pocos m), se magnifica en los ámbitos bajo explotación, donde puede alcanzar decenas y aún centenas de metros.
 En la figura 4 se señala una relación hidráulica natural con un Dh1 favorable al acuífero libre, que define el sector de recarga del semiconfinado y un Dh2, favorable a este último que tipifica al ámbito de descarga.
 El acuífero semiconfinado sólo puede contaminarse a partir del libre en el ámbito de recarga, pero no en el de descarga.

 En la figura 5 la extracción generó una nueva relación hidráulica entre los dos acuíferos, cuya consecuencia más trascendente respecto a la vulnerabilidad del semiconfinado, es el descenso de su superficie piezométrica con la consecuente sobrecarga hidráulica del libre en el techo del acuitardo, lo que facilita la filtración vertical descendente y el acceso de contaminantes al semiconfinado.

Figura 5

 

 La permeabilidad vertical del acuitardo (K') y su transmisividad vertical (T'= K'/e') no son de fácil determinación. Una forma es mediante ensayos hidráulicos, pero estos en  general brindan valores bastante más altos que los reales. Más preciso es comparar la freatimetría con la piezometría de la misma zona y obtener un mapa residual, con las diferencias de potencial hidráulico entre el freático y el acuífero semiconfinado y a partir de este último, conociendo el flujo por el acuífero parcialmente confinado, estimar el valor de T'. Magnitudes de T' entre 10-3  y 10-6 día-1 son típicas de acuíferos semiconfinados, mientras que las menores de 10-6  día-1 indican un alto grado de confinamiento y las mayores de 10-3  día-1 apuntan hacia acuíferos libres o semilibres. Un valor de T' = 5.10-4  día-1 significa que por cada metro de diferencia de potencial hidráulico entre el acuífero parcialmente confinado y el freático, pasarán por una superficie de 1 m2 del sellante, 5.10-4 m3 (0,5 litros) al cabo de 1 día.
 Los potenciales hidráulicos relativos de las unidades hidrogeológicas involucradas, resultan fundamentales, pues condicionan el flujo vertical.
Si los niveles son parecidos el flujo vertical a través del acuitardo estará muy limitado (figura 6), pero la dinámica vertical se acentúa notoriamente en condiciones de alteración artificial (figura 7).

Figura 6

 

Figura 7

 

De los esquemas se desprende que la situación menos favorable para la protección del acuífero parcialmente confinado, se da cuando su potencial hidráulico es menor que el del freático; o sea existe un gradiente hidráulico vertical negativo en profundidad (figura 8).
 Otro factor que incide en la comunicación hidráulica es la continuidad areal y litológica del sellante, dado que los cambios faciales suelen modificar notablemente su capacidad respecto a la transmisión de agua (figura 8).

Figura 8

 

Considerando ambas variables (potenciales hidráulicos y transmisividades verticales) se pueden establecer 3 grados de vulnerabilidad (alta, media y baja), determinados primariamente por el gradiente vertical de potenciales hidráulicos y secundariamente por la T'. Resulta importante señalar que los potenciales hidráulicos pueden variar, tanto por causas naturales (períodos de exceso o déficit) como artificiales (extracción) y que ello puede modificar el sentido del flujo vertical. Por lo tanto debe seguirse periódicamente (monitoreo) la evolución espacial y temporal de los mismos.
 Si se denomina H1 al potencial hidráulico del acuífero libre y H2 al del parcialmente confinado, se tiene:

            H2 > H1      vulnerabilidad baja
            H2 ~ H1      vulnerabilidad media
            H2 < H1      vulnerabilidad alta

 A esto se le puede adicionar la resistencia hidráulica que ofrece el sellante al pasaje vertical.

            T' < 10-5                             1/día   vulnerabilidad baja
            10-5  <  T' < 10-3                "                  "            media
            T' > 10-3                             "                  "            alta
 
 

    · A más de 30 años de la introducción del término vulnerabilidad de acuíferos a la contaminación, aún se discute la definición y el alcance del mismo. En este sentido, la  mayoría de los autores considera a la vulnerabilidad una propiedad cualitativa, que indica el grado de protección natural de un acuífero respecto a la contaminación y en general, termina calificándola como baja, media, o alta, a veces con el agregado de muy para alta y baja.
    · La definición anterior hace referencia a lo que también se conoce como vulnerabilidad intrínseca, que es aquella derivada de las características propias del acuífero y su entorno, sin considerar la incidencia de los contaminantes. Cuando además de las características físicas e hidrológicas del medio, se toma en cuenta la incidencia de sustancias contaminantes, la vulnerabilidad se denomina específica.
    · Las variables más empleadas para la cualificación de la vulnerabilidad o vulnerabilidad intrínseca son: profundidad de la superficie freática, características litológicas e hidráulicas de la zona subsaturada, espesor y tipo de suelo, magnitud de la recarga, litología y tipo de acuífero. Dado que algunos de estos componentes son dinámicos (posición de la superficie freática, recarga, renovación) la vulnerabilidad de un sitio puede variar en el tiempo.
    · Existen numerosas metodologías para cualificar la vulnerabilidad y permitir su mapeo a diferentes escalas, la gran mayoría desarrolladas para acuíferos libres. Respecto a los acuíferos bajo confinamiento parcial (semiconfinados), pues el confinamiento absoluto no existe en la naturaleza, el desarrollo metodológico es incipiente y por este motivo, uno de los objetivos del proyecto Vulnerabilidad a la Contaminación con Nitratos del Acuífero Puelche en La Plata – Argentina, que realizan conjuntamente las universidades de Madrid, Buenos Aires y Sao Paulo, es precisamente desarrollar una metodología de vulnerabilidad para acuíferos semiconfinados, tomando como base el estudio del Puelche. Este proyecto se ejecuta en el marco de la Red de Vulnerabilidad de Acuíferos patrocinada por CYTED.
    · El avance en el desarrollo de modelos numéricos y las ventajas que ofrecen sistemas como el GIS, permiten prever una progresiva tendencia hacia la formulación de metodologías cuantitativas en el futuro.
 

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La Plata, abril del 2002