Estudios Hidrogeológicos: tránsito de contaminantes, vulnerabilidad de acuíferos, trazado de zonas de captura en pozos y nacientes
Definición
La utilización de los recursos hídricos subterráneos para uso doméstico ha aumentado sustancialmente en las últimas décadas. Son varios los países que actualmente dependen de ellos para cubrir gran parte de la demanda de agua potable.
En este sentido, siempre se ha creído que el perfil natural del suelo se comporta como un purificador natural de los vertidos del sistema sanitario. Dicho proceso incluye la eliminación de microorganismos fecales y la atenuación de diversos compuestos químicos. Sin embargo, cabe señalar que no todos los perfiles del suelo tienen igual capacidad de procesamiento. El término “suelo” se utiliza (como ocurre en la ingeniería) para designar a los estratos no consolidados.
El uso continuo, puede ocasionar la pérdida de la capacidad de infiltración del suelo, con el consiguiente rebosamiento de los efluentes. Esto puede ocurrir bajo ciertas condiciones hidrogeológicas, y puede conllevar a una grave contaminación del nivel freático, afectando negativamente las fuentes locales de agua.
En ese sentido, el problema fundamental es la contaminación de los acuíferos libres y, en menor grado, la de los acuíferos semiconfinados y confinados; siendo estos últimos los menos vulnerables, no constituyendo ello en sí un problema, siempre y cuando los pozos de captación hayan sido construidos para impedir el ingreso de aguas de cualquier acuífero ubicado a poca profundidad.
La zona no saturada está constituida por una compleja disposición de partículas sólidas y poros con cantidades siempre variables de aire y agua. El agua se desplaza desde puntos de mayor energía hacia los de menor energía potencial, denominados también potencial de humedad. En la zona no saturada existen el potencial gravitacional y el potencial matriz.
Así, a fin de determinar el tiempo de tránsito entre el nivel del suelo y la zona no saturada hasta alcanzar el nivel freático, se hace necesario estimar la velocidad que alcanza la carga contaminante mediante la siguiente relación:
Muchos estudios de tránsito de contaminantes presentan errores sistemáticos al momento de estimar la velocidad lineal promedio, muy diferente a la velocidad de Darcy, la cual no toma en cuenta la tortuosidad del medio. Por ello, es importante considerar el Rendimiento Específico o Coeficiente de Almacenamiento según sea el caso, el acuífero analizado.
Al respecto, la velocidad lineal promedio del acuífero dependerá de su constitución litológica y régimen de flujo, y de ninguna manera, de la porosidad efectiva, que muchos estudios consideran en forma deliberada. Dicha propiedad solo es aplicable cuando el acuífero se comporta como no confinado, sin embargo, dicha propiedad hidrogeológica, no es muy fácil de obtener.
De otro lado, el concepto de zonas de protección, ya sea de un pozo o manantial, puede ser definida como el área de captura de la recarga (familia de líneas de corriente o líneas de flujo), es decir; el perímetro en el que la recarga al acuífero será captada por el manantial de abastecimiento de agua en consideración.
Estos elementos deben ser integrados efectivamente al ordenamiento ambiental del territorio, entendido como: “el inventario, diagnóstico y definición de las condiciones naturales del ambiente de un espacio geográfico dado, con el fin de establecer las limitantes de uso y sus condiciones de aptitud para el desarrollo de determinadas actividades humanas” (La Gaceta, 2006), su objetivo es lograr la armonía entre el mayor bienestar de la población, el aprovechamiento de los recursos naturales y la conservación del ambiente. Para ello, se necesita planificar el desarrollo de actividades antrópicas; considerando las características intrínsecas de las cuencas y acuíferos existentes, de esta manera; la caracterización del sistema acuífero, la evaluación de la vulnerabilidad hidrogeológica y la definición de las zonas de protección ambiental son herramientas fundamentales para el establecimiento de dicho ordenamiento en Grecia.
En el caso de los manantiales, la determinación de las zonas de captura se puede realizar a partir de diferentes métodos:
a. Método analítico:
Ejemplificado por Vargas (2002). Esta metodología se aplica dependiendo del tipo de acuífero (libre o confinado) y se calcula el ancho máximo de la zona de captura (familia de líneas de corriente) en el sentido perpendicular a la dirección de flujo, así como el punto de no retorno de aguas abajo del manantial en sentido de la dirección de flujo. Los modelos analíticos están esencialmente limitados por varias hipótesis que restringen su uso en condiciones hidrogeológicamente complejas, sin embargo; constituyen una buena opción en aquellos sectores donde se tienen suficientes datos.
Punto de no retorno, extensión y ancho de la zona de captura en un pozo y/o manantial sobre un acuífero confinado:
b. Método de las isócronas:
Este método evalúa el tiempo que un contaminante tarda en llegar al manantial que se desea proteger. Considera el criterio de advección y pretende definir zonas alrededor de las captaciones para que el resultado de una actividad potencialmente contaminante tarde en llegar a la misma un tiempo que permita su degradación o proporcione una capacidad de reacción que haga posible un cambio temporal en la fuente de suministro a la población, hasta que la degradación de la calidad de las aguas extraídas disminuya a límites aceptables. Este lapso de tiempo, debe corresponder al tiempo de persistencia de organismos patógenos en la zona no saturada de tipo granular (70 días) o de tipo fracturado (100 días) según lo propuesto por Losilla & Rodríguez (1994).
Investigación
Estudio hidrogeológico y análisis de vulnerabilidad del predio H-23999999 en Heredia
Ubicación: San Rafael (Heredia – Costa Rica)
Responsable: Ing. Edwin Rafael Espinoza
Duración: 2 meses
El lote se halla sobre un campo de cultivos de café, y será destinado al desarrollo de un proyecto de viviendas, razón por la cual, SENARA solicitó realizar un estudio hidrogeológico para determinar la vulnerabilidad del sitio a la contaminación de los acuíferos que se encuentran bajo la propiedad en estudio y determinar si el proyecto de fraccionamiento propuesto en ese sitio es concordante con las regulaciones que se indican en la matriz de vulnerabilidad de dicha institución.
Recomendación
Se determinó la geomorfología, geología y litología del área en estudio.
Se compilaron los pozos tubulares más cercanos al área de estudio, a partir de la base de datos del SENARA.
Se determinó la profundidad del nivel freático, a partir de un análisis geoestadístico del nivel estático de los pozos anteriormente indicados.
Así mismo, se analizaron las cargas hidráulicas del nivel estático de los pozos a fin de consistenciar y eliminar la deriva presentada por esta variable; desarrollándose para ello variogramas de mejor ajuste. Con ello se determinó el sentido del flujo subterráneo así como el gradiente hidráulico.
Este valor final nos indica que los contaminantes tardarían 3067.03 días en alcanzar el nivel de aguas subterráneas del acuífero Colima Superior ubicado bajo el lote analizado.
De acuerdo a la normativa costarricense, el tiempo de tránsito para un acuífero fracturado entre un drenaje séptico y una fuente de abastecimiento de agua potable será de 100 días. Por lo que si a los 100 días le restamos el tiempo de tránsito en la zona no saturada obtendríamos un valor negativo de días para determinar la distancia mínima de recorrido del contaminante mediante la fórmula de Darcy, por lo que se puede concluir que la distancia horizontal sobre las líneas de flujo para determinar la distancia mínima de contaminación es nula, es decir, no existe peligro de contaminación bacteriológica por parte del desarrollo del lote sobre el acuífero en estudio.
Tomando en cuenta los parámetros mencionados, es posible establecer un criterio de vulnerabilidad para el caso en estudio; basado en la metodología GOD para la evaluación del índice de vulnerabilidad de un acuífero (Foster, 1988). La escala de vulnerabilidad indica las siguientes posibilidades: ninguna, baja, moderada, alta y extrema.
De otro lado, aplicando las condiciones mencionadas a la escala de clasificación del sistema GOD se tiene para este caso:
- Grado de confinamiento: acuífero semiconfinado = 0.4
- Ocurrencia del estrato sobreyacente: tobas confinantes = 0.6
- Distancia al nivel del agua subterránea: mayor a 50 m = 0.6
La multiplicación de estos factores genera un valor de 0.144 lo que implica que el acuífero tendría una vulnerabilidad baja (entre 0.1 – 0.3) a la contaminación.
De los resultados alcanzados, se puede visualizar que estos se coligen directamente con el “Mapa de vulnerabilidad de los acuíferos Barva, Colima Superior e Inferior y el Río Virilla” desarrollado por el Dpto. de Aguas Subterráneas del SENARA, dado que la vulnerabilidad baja hallada en el lote estudiado, se correlaciona con la vulnerabilidad baja de dicho mapa
