IV
SEMINARIO-TALLER. PROTECCIÓN DE ACUÍFEROS FRENTE A LA
CONTAMINACIÓN: PROTECCIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA
Lima,
Perú, Abril 2004
VULNERABILIDAD A LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
SUBTERRÁNEAS EN LOS ACUÍFEROS CUBANOS.
 Por: |
|
Rosa
María Valcarce Ortega1
Willy
Rodriguez Miranda1 |
Calle 114
entre 119 y 127, Marianao
Tf. 260
2980 e-mail:rosy@tesla.cujae.edu.cu
Tf: 2600151 e-mail:willy@civil.cujae.edu.cu
(Cuba)
RESUMEN
La cartografía de vulnerabilidad de
acuíferos, es una de las vías más adecuadas para preservar
la calidad de las aguas subterráneas. Ella posibilita
diferenciar las características naturales del terreno para
proteger al acuífero de la acción de múltiples
contaminantes que pueden infiltrarse desde la superficie,
asociados a fenómenos naturales o a la actividad del hombre.
En regiones tropicales, las aguas
subterráneas ocupan un papel fundamental en el abasto a la
población, a la agricultura y la industria. Particularmente
en Cuba estos recursos presentan singular importancia y se
encuentran desarrollados en acuíferos carbonatados cársicos
de extremadamente alta vulnerabilidad a impactos naturales y
antropogénicos.
El trabajo que se presenta evalúa la
vulnerabilidad natural de los acuíferos cubanos a través de
una nueva metodología que calcula un índice de
vulnerabilidad que ha sido denominado PATHS. Este índice es
obtenido a partir del análisis de: Precipitaciones, Medio
Acuífero (Profundidad del Nivel Freático, Litología del
acuífero), Topografía (Pendiente del terreno), Resistividad
Hidráulica del Suelo. Toda la información fue procesada
empleando un Sistema de Información Geográfico y como
resultado final se ha obtenido un Mapa de Vulnerabilidad para
los acuíferos de Cuba a escala 1:250 000, que constituye
punto de partida para:
Decidir sobre
investigaciones y redes de monitoreo a escalas más
detalladas.
Dictar políticas de control
a las actividades agrícolas, industriales y urbanas.
Evaluar el peligro de
contaminación de las aguas subterráneas.
INTRODUCIÓN
Sólo
aproximadamente el 3% del agua disponible en la Tierra es
agua dulce. Del agua dulce el 79% está en los casquetes
polares y sólo el 21% representa los recursos hídricos
aprovechables, de los cuales el 20% es agua subterránea y el
1% es agua superficial (www.infoagua.org).
En el
mundo existen al menos 1 500 millones de personas para
quienes las aguas subterráneas constituyen la fuente
principal de agua dulce. Sin embargo, en muchas regiones la
sobreexplotación y la contaminación están amenazando estas
fuentes de abasto.
En
Cuba, las aguas subterráneas ocupan el 31% del volumen total
del agua que se consume anualmente para satisfacer
necesidades de la actividad económica y social (CITMA,
2001). Estas estadísticas reflejan la importancia de
proteger este recurso vital.
En
los últimos años ha sido creciente la preocupación de la
sociedad ante la degradación de la calidad de los recursos
hídricos subterráneos. Cada vez existe mayor conciencia
sobre la necesidad de desarrollar una gestión ambientalmente
segura de las aguas subterráneas. Como resultado de esta
situación, actualmente se generaliza el uso de técnicas
para cartografiar la vulnerabilidad de acuíferos a la
contaminación, como una herramienta de gran utilidad para
compatibilizar la carga contaminante generada por actividades
antrópicas y la capacidad del medio acuífero para soportar
la misma sin prejuicio de la calidad del agua subterránea.
VULNERABILIDAD
DE ACUÍFEROS
El término vulnerabilidad del agua
subterránea a la contaminación, fue introducido por el
hidrogeólogo francés J. Margat a finales de la década del
60 (Margat, 1968), basado en el hecho real de que, en cierta
medida, el medio físico protege al acuífero de
contaminantes que pueden infiltrarse desde la superficie.
El objetivo principal de un mapa de
vulnerabilidad, es la subdivisión del área en diferentes
unidades homogéneas, a veces llamadas celdas o polígonos,
que tienen diferentes niveles de vulnerabilidad. Sin embargo,
esta diferenciación entre las celdas, solo muestra la
vulnerabilidad relativa de unas áreas con respecto a otras,
no representan valores absolutos.
Antes de intentar construir un mapa de
vulnerabilidad, debe ser cuidadosamente definido y analizado
el término vulnerabilidad del agua subterránea. En este
trabajo se considera que vulnerabilidad es una propiedad
intrínseca de un sistema acuífero que depende de su
sensibilidad a impactos naturales y/o antropogénicos (Vrba y
Zaporozec, 1994).
No obstante, debe destacarse que se distingue
más de un tipo de vulnerabilidad del agua subterránea. El
concepto anterior se refiere a la vulnerabilidad intrínsica
o natural, la cual es una función de las características
hidrogeológicas del acuífero, de los suelos y materiales
geológicos que lo cubren. Además de estas propiedades
intrínsecas, pueden ser considerados los efectos potenciales
de determinados contaminantes, en detrimento (en espacio y
tiempo), del uso presente y futuro de las aguas
subterráneas.
O sea, científicamente es más coherente
evaluar la vulnerabilidad a cada clase de contaminantes,
(nutrientes, patógenos, metales pesados, etc) o a cada grupo
de actividades contaminantes (agrícolas, industriales, etc),
pero en general, no existe información suficiente para
alcanzar este ideal. Por otra parte, ello obligaría a
consultar un atlas de vulnerabilidad para cada zona, lo cual
podría no tener mucho uso práctico. Es por ello que a nivel
mundial han tenido gran desarrollo los sistemas de
clasificación de vulnerabilidad de acuíferos, que evalúan
la llamada vulnerabilidad intrínseca, natural o integrada.
Se han desarrollado diferentes técnicas para
evaluar la vulnerabilidad natural de acuíferos. Las más
conocidas son: DRASTIC (Aller et al 1987), GOD (Foster &
Hirata 1988), SINTACS (Civita, 1990), AVI (Van Stempvoort,
1994).
DRASTIC, SINTACS y GOD, evalúan la
vulnerabilidad del acuífero dividiendo el mismo en celdas o
polígonos, para los cuales calculan un índice de
vulnerabilidad a partir de un sistema por rangos ponderados.
O sea, estos métodos definen rangos para cada uno de los
parámetros que emplean y además asignan un peso en función
de la importancia relativa de dicho parámetro. La suma de
estos rangos ponderados permite obtener un índice que
refleja la vulnerabilidad de cada celda o polígono del
acuífero. A mayor valor de este índice, mayor es la
sensibilidad del acuífero a la contaminación.
El método AVI calcula la resistencia
hidráulica vertical total de las capas que sobreyacen al
acuífero, dividiendo el espesor de cada capa entre su
conductividad hidráulica vertical. La suma de estos
cocientes es precisamente el índice AVI, el cual expresa la
resistencia hidráulica que ofrece el medio que protege al
acuífero y es inversamente proporcional a la vulnerabilidad
del mismo.
En general puede destacarse que:
Al DRASTIC se le
critica la cantidad de variables que emplea, la
dependencia entre algunas de ellas y que las
ponderaciones que realiza a las mismas pueden ser
cuestionables.
SINTACS es una derivación
del DRASTIC, y por tanto se le hacen las mismas
críticas.
GOD es un método muy
sencillo, fácil de aplicar en condiciones de escasa
información.
AVI es una metodología
sencilla pero que requiere conocer el espesor y la
conductividad hidráulica vertical de las capas que
sobreyacen al acuífero.
Los Sistemas de Información
Geográfica constituyen herramientas muy útiles y
efectivas para la aplicación de estas metodologías y se
reportan no pocos trabajos en la literatura internacional
en este sentido (Taco y Galarrazaga, 2002)
TAREA
TÉCNICA PLANTEADA
La tarea técnica planteada a esta
investigación fue:
Obtener un mapa de
vulnerabilidad de las principales cuencas subterráneas
de Cuba, a escala 1:250 000, que constituya punto de
partida para:
Decidir sobre
investigaciones y redes de monitoreo a escalas más
detalladas.
Dictar políticas
de control a las actividades agrícolas, industriales y
urbanas.
Evaluar el peligro
de contaminación de las aguas subterráneas.
Esta tarea forma
parte del Proyecto “Atlas de Peligros Múltiples de
la República de Cuba, a Escala 1:250000 que desarrolla
el Departamento de Geociencias de la CUJAE.
METODOLOGÍA
DESARROLLADA
A
partir de la revisión bibliográfica realizada y de la
información geológica, edafológica, geomorfológica e
hidrogeológica disponible, fue desarrollada una metodología
que aplica un sistema por rangos ponderados para calcular un
índice, que ha sido denominado PATHS, y que resulta
directamente proporcional a la vulnerabilidad del acuífero.
A continuación se explica detalladamente esta metodología
destacándose la información disponible, el criterio de
selección de las variables empleadas así como los pesos y
rangos definidos para cada una de ellas.
a) Información
disponible.
Para
el desarrollo de la investigación se contó con la siguiente
información digitalizada para todo el territorio nacional:
Mapa del relieve
topográfico Escala 1:250 000 (GEOCUBA, 2000)
Mapa Hidrogeológico Escala
1:250 000 (Flores, et. al., 2000)
Mapa de Suelos Escala 1:500
000 (Griset, 2000)
Precipitación media anual
(período 1995-2000). (Instituto de Meteorología, 2000)
b) Variables empleadas.
La
figura 1 refleja las variables empleadas en el cálculo del
índice PATHS.
Figura 1: Variables empleadas en el
cálculo del índice PATHS
Donde
P:
Profundidad del agua, Precipitaciones
A: Litología del Acuífero
T: Tectónica, Pendiente
Topográfica.
H y S: Resistencia Hidráulica del
Suelo
c) Asignación de pesos
y rangos a cada una de las variables.
Profundidad del agua (P) - Criterio de
selección: Mientras más profundo se encuentre el nivel
estático, mayor es el espesor de la zona no saturada y
su capacidad de atenuar la carga contaminante.
Peso asignado: 5
Profundidad
del agua (en metros)
|
Rango
|
0
– 20
|
10
|
20-30
|
6
|
>30
|
1
|
Tabla 1: División por rangos
para la profundidad del agua subterránea.
Debido a la escala de los mapas disponibles, no fue
posible detallar más la variabilidad de la profundidad
del agua subterránea sin incurrir en errores. En
trabajos futuros este es un aspecto que debe ser
considerado al ser un parámetro de gran importancia para
evaluar la vulnerabilidad a la contaminación.
Precipitaciones
(Pp) - Criterio de selección: Altos niveles de
precipitación pueden aminorar el impacto del agente
contaminante, ya sea diluyéndolo o transportándolo en
forma de flujo superficial, disminuyendo la
vulnerabilidad del acuífero.
Peso asignado: 4
Precipitaciones
(mm)
|
Rango
|
<
1000
|
10
|
1000 - 1200
|
9
|
1200 - 1400
|
8
|
1400 - 1600
|
7
|
1600 - 1800
|
5
|
>
1800
|
4
|
Tabla 2: División
por rangos para las precipitaciones
Litología
del acuífero (Lit) - Criterio de selección:
Los fenómenos de difusión y de dispersión de los
agentes contaminantes dependen de la granulometría,
textura, fraccionamiento, porosidad, permeabilidad, etc,
de las rocas. Ello también influye en el desarrollo de
reacciones químicas entre el agua contaminada y la
matriz del acuífero. Las rocas que poseen mayor
transmisividad hidráulica hacen más vulnerable al
acuífero.
Peso asignado: 3
Litologías
|
Rango
|
carbonatadas,
carbonatadas metamórficas, carbonatadas
clásticas, clásticas, humedales.
|
10
|
carbonatadas
terrígenas
|
8
|
terrígenas,
terrígenas carbonatadas
|
6
|
ultra
básicas
|
3
|
evaporitas,
metamórficas, vulcanógenas
|
1
|
Tabla 3: División por rangos
para las litologías.
Tectónica
(T) - Criterio de selección: La presencia de
fallas en el medio geológico, favorece el desarrollo de
fracturas y ello puede provocar el incremento de la
porosidad secundaria y de la permeabilidad de las rocas,
disminuyendo la capacidad de atenuación de la zona no
saturada.
Peso asignado: 1
Presencia
de Fallas
|
Rango
|
Zonas
con presencia de fallas
|
5
|
Zonas
sin presencia de fallas
|
0
|
Tabla 4: División por rangos
para la tectónica.
Pendiente
Topográfica (PendTop) - Criterio de selección:
Pendientes elevadas de la superficie del terreno
favorecen la escorrentía superficial y hacen que
disminuya la infiltración de los contaminantes.
Peso asignado: 1
Pendiente
Topográfica (%)
|
Rango
|
<
1
|
10
|
1 - 3
|
9
|
3
- 7
|
5
|
7 - 10
|
3
|
>
10
|
1
|
Tabla 5: División
por rangos para la pendiente topográfica.
Resistencia
Hidráulica del Suelo (RH) - Criterio de
selección: Este parámetro cuantifica la resistencia que
hace el suelo a la infiltración de un contaminante
expresando la inaccesibilidad hidráulica al acuífero.
En el mapa de suelos disponible se presenta el espesor de
suelos en rangos del 1 al 6 donde:
1: suelos con
espesores mayores de 100 cm.
2: suelos con
espesores entre 61 y 100 cm.
3: suelos con
espesores entre 41 y 60 cm.
4: suelos con
espesores entre 21 y 40 cm.
5: suelos con
espesores entre 11 y 20 cm.
6: suelos con
espesores menores de 10 cm.
Y
el drenaje se presenta en rangos del 1 al 5 definiendo:
1: suelos
excesivamente drenados.
2: suelos bien
drenados.
3: suelos
drenados.
4: suelos mal
drenados.
5: suelos muy
mal drenados.
La resistencia hidráulica del suelo fue evaluada
dividiendo el espesor de suelo entre el drenaje, de forma
similar a como establece la metodología AVI. De esta
manera fue posible caracterizar al menos cualitativamente
la resistencia hidráulica de los suelos a la
infiltración de contaminantes. A continuación se
especifica el peso asignado a este parámetro y su
división por rangos.
Peso asignado: 5
Resistencia
Hidráulica del Suelo
|
Rango
|
2 - 6
|
10
|
1 - 2
|
6
|
0.6 - 1
|
3
|
0.2 - 0.6
|
1
|
Tabla 6: División
por rangos para la resistencia hidráulica del suelo.
Finalmente, el
índice PATHS fue calculado como:
| |
|
|
| |
PATHS = 5P + 4Pp +
3Lit + T + PendTop + 5RH |
|
| |
|
|
Analizando
la variabilidad del índice PATHS, la vulnerabilidad en
cada celda fue clasificada como:
PATHS
|
Vulnerabilidad
|
< 100
|
Baja
|
100 - 120
|
Moderada
|
120 - 140
|
Alta
|
> 140
|
Extrema
|
Tabla 7: Evaluación
de la vulnerabilidad según el índice PATHS.
d) Empleo del Sistema
de Información Geográfica
Toda
la información fue representada en un sistema de
información geográfico y el procesamiento de la misma fue
realizado haciendo uso de las ventajas de este sistema.
Fueron creados los mapas temáticos en formato raster, de:
profundidad del nivel freático, precipitación media anual
para el período 1995 – 2000, litología del acuífero,
zonas con presencia de fallas, pendiente topográfica y
resistencia hidráulica de los suelos. Cada uno de estos
mapas fue reclasificado según los rangos ya explicados y
fueron además ponderados con sus pesos correspondientes.
Finalmente se procedió a sumar estos mapas temáticos para
calcular el índice PATHS.
RESULTADOS
OBTENIDOS
La
figura 2 presenta el Mapa de Vulnerabilidad de Acuíferos
obtenido para el territorio nacional a través del cálculo e
interpretación del índice PATHS.
Figura 2: Mapa de Vulnerabilidad de
Acuíferos
Se
destaca que las zonas más vulnerables se localizan
fundamentalmente en las llanuras cársticas donde el
desarrollo de los suelos es escaso, la profundidad del nivel
freático es pequeña, la litología del acuífero está
representada fundamentalmente por calizas miocénicas
carsificadas que favorecen la infiltración y migración de
los contaminantes, y donde el relieve topográfico no
favorece el predominio de la escorrentía superficial.
En
general se destaca también que las áreas menos vulnerables
se localizan fundamentalmente en los principales macizos
montañosos del país, lo que obedece principalmente a la
composición litológica en estas zonas y a las elevadas
pendientes topográficas que favorecen la escorrentía
superficial.
CONCLUSIONES
Se ha
presentado una aplicación SIG para evaluar la vulnerabilidad
de acuíferos en todo el territorio nacional a escala
1:250000, que tiene gran valor desde el punto de vista
metodológico y práctico.
Metodológicamente esta aplicación demuestra la posibilidad
de confeccionar mapas como éste a escalas mas detalladas
siempre y cuando se cuente con la información necesaria. Al
mismo tiempo se demuestra las facilidades que brinda un
sistema de información geográfica para resolver esta tarea.
Desde
el punto de vista práctico, el resultado obtenido constituye
punto de partida para:
Evaluar el peligro
de contaminación de las aguas subterráneas.
Dictar políticas de control
a las actividades agrícolas e industriales.
Decidir sobre investigaciones
y redes de monitoreo a escalas más detalladas.
RECOMENDACIONES
Desarrollar estudios de vulnerabilidad de acuíferos a
escalas mas detalladas (1:100000 a 1:25000 y mayores), con el
objetivo de brindar una poderosa herramienta para la adecuada
toma de decisiones sobre uso del suelo y para el diseño de
programas de protección de las aguas subterráneas.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
Aller, L., T. Bennet, J. Lehr,
Petty, R., y G. Hackett, 1987: DRASTIC: A Standardizet System
for Evaluating Groundwater Pollution Potential Using
Hydrogeologic Setting. National Water Well Association.
Dublin Ohio. EPA, Oklahoma. USA, EPA-600/2-87-035.
CITMA, 2001: Situación
ambiental cubana 2001. ISBN 959 246 039 6. Ciudad de La
Habana, Cuba.
Civita, M., 1990: Assesment of
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Gestione delle Acque Sotteranee Mettodologie, Technologie e
Obbietivi”. Marano sul Panaro, v-3, p. 39-86
Foster, S y R. Hirata, (1988):
Determinación de riesgos de contaminación de aguas
subterráneas. CEPIS, Lima, Perú.
GEOCUBA, 2000: Mapa del
relieve topográfico de Cuba a escala 1:250000
Griset, J., J. A, A.
Hernández, J. Rosario, N. Ferrer, et. Al. 2000: Suelos
500000. Una aplicación SIG para los servicios técnicos, la
investigación y la docencia especializada. Memorias de
Geomática 2002. Ciudad de La Habana, Cuba.
Intituto de Meteorología,
2000: Datos de Precipitaciones en cuba período 1995 2000, www.met.in.cu
Margat, J., 1968: Groundwater
vulnerability to tamination. BRGM, 68 sgl 198, HYD, Orleans,
France.
Taco, G. Y R. Galarrazaga
(2002): Aportación de los sistemas de información
geográficos a la protección de acuíferos. Uso de un
sistema de información geográfico para determinar la
vulnerabilidad de un acuífero andino de origen volcánico.
Escuela Politécnica Nacional, Dpto de Cicias del Agua,
Quito, Ecuador.
Van Stempvoort, D. Ewert, L.
Wassenaarl, 1994: AVI: A method for groundwater protection
maping in the Prairie, Provinces of Canada. Saskatchewan.
Vrba y Zaparozec, 1994:
Guidbook on Mapping Groundwater Vulnerability International
Association of Hydrogeologists. Vol. 16. ISBN 3-922705-97-9
www.infoagua.org
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