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138 II CURSO INTERNACIONAL DE ASPECTOS GEOLÓGICOS DE PROTECCIÓN AMBIENTAL

RECURSOS HIDRICOS

Sueli Yoshinaga PereiraGeóloga de la UNICAMP

Geroncio Albuquerque RochaGeólogo, Dpto. de Aguas y Energía Eléctrica - DAEE de São Paulo,

Asistente del Comité de la Cuenca Hidrográfica do Alto Tietê

1. INTRODUCCION

El agua es uno de los recursos funda-mentales para la vida en la tierra, siendo el com-ponente básico de los ciclos ecológicos.

La cuestión de la disponibilidad de aguapara el consumo humano en el mundo, es untema que hoy provoca discusión, aunque exis-te unanimidad en cuanto a la necesidad de sugestión y racionalización.

El vertiginoso crecimiento de las activi-dades humanas, acompañado por el crecimientopoblacional, por el consumo para la producciónde bienes y por la contaminación generada, hancomprometido la disponibilidad de ese recurso.

El agua dulce es considerada un recursorenovable, su formación y renovación está regida

por el ciclo hidrológico y las condicionesfisiográficas, que a su vez distribuye el agua deforma irregular en toda la superficie terrestre.

La escasez de agua dulce es un factorlimitante para el desarrollo regional, pudiendoser de origen natural, donde las condicionesfisiográficas limitan la disponibilidad del recur-so, o ser provocada por el hombre, por sus ac-tividades y por la densidad poblacional. La es-casez de agua dulce por actividades humanases provocada por los índices de consumo (can-tidad), fundamentalmente por la degradación dela calidad del agua dulce debido a la contami-nación.

Las principales causas de esta escasezson: el problema de la contaminación de ríos ymanantiales de aguas superficiales y subterrá-

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CAPITULO 9

http://www.unesco.org.uy/geo/campinaspdf/campinasprimeras.pdf

http://www.unesco.org.uy/geo/campinaspdf/9procesos.pdf

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neas, la contaminación del agua, por activida-des agropecuarias en zonas rurales, y princi-palmente en grandes centros urbanos, con ladisposición in natura de los desechos domésti-cos, la ocupación desordenada por la disposi-ción de efluentes de la industria, basuras, etc.así como por el consumo indiscriminado.

Esta escasez nos ha llevado a la discu-sión, a la reelaboración y acción de planes degestión de los recursos hídricos, englobando nosólo a los órganos públicos (alcaldía/estado/gobierno federal), sino también a la comunidadrepresentada por los usuarios del agua: las in-dustrias, las actividades agropecuarias y los ciu-dadanos.

En la conferencia de Mar del Plata (1977,en Heathcote 1998) fueron elaboradas grandeslíneas para la gestión del agua, que en síntesisserían: 1) la necesidad de que cada país tuvie-se un estatuto nacional sobre el uso, la gestióny conservación del agua para la implementaciónde una política y un plan de uso del agua; 2)una institución responsable de la investigación,desarrollo y gestión de los recursos hídricos; 3)la elaboración y mantenimiento de una baselegal de estructuras administrativas para la ges-tión y planificación; 4) esfuerzos para que hayauna participación efectiva de usuarios y autori-dades en la toma de decisiones.

Los resultados de la Conferencia de Río(Eco-92), claramente apuntan a la necesidadde gestión de sistemas, no solamente de algu-nos de sus componentes (Heathcote 1998). Envistas de esa tendencia, los recursos hídricostienen como unidad de gestión la cuenca

hidrográfica (watershed management), entendi-do como un sistema integrado, hoy de consen-so mundial (Heathcote, 1998).

La gestión de cuencas también debe sermultiparticipativa, donde en las decisiones deacción deben estar incluidos todos los intere-sados, la comunidad (ciudadanos, empresas,organizaciones no gubernamentales, etc.) y lostomadores de decisiones (órganos públicosmunicipales, estatales, federales).

2. EL RECURSO AGUA

El agua es distribuida irregularmente entoda la Tierra, debido a los diversos factores fí-sicos que influyen en esa distribución. El pa-trón de precipitaciones en todo el mundo escausado por la circulación de la atmósfera quedistribuye la humedad y la energía (UNESCO,1997).

La mayor abundancia de lluvias se pre-senta en las regiones intertropicales y templa-das de la Tierra.

En la tabla 1, Rebouças, Braga y Tundisi(1999) presentan los flujos de agua por regio-nes climáticas (Km2/año) a nivel global, demos-trando la irregularidad de la distribución naturalde las precipitaciones y consecuentemente enla disponibilidad del agua en las diversas regio-nes de la Tierra.

Tabla 1. Flujos de agua por regiones climáticas (Km2/año)

Zonas Climáticas Precipitación Evapotranspiración Escorrentía total Escorrentía

de los ríos de Base

Zonas templadas (N y S) 49.000 27.800 21.200 (48%) 6.500Zonas áridas y semi-áridas 7.000 6.200 800 (2%) 200

Zonas intertropicales 60.000 38.000 22.000 (50%) 6.300

Total (mundo) 116.000 72.000 44.000 (100%) 13.000

Fuente: Rebouças, Braga y Tundisi (1999)


En general los mayores valores dedisponibilidad de agua se encuentran en la fajaentre el Trópico de Cáncer y de Capricornio; sinembargo, la situación climática y,consecuentemente, la disponibilidad de agua deuna región está relacionada con las condicionesfisiográficas.

Las aguas subterráneas poseen susmayores reservas en regiones húmedas, sinembargo, su mayor disponibilidad es tambiénfunción de la capacidad de almacenamiento ytransmisión de agua de las rocas reservorios(Rebouças, Braga y Tundisi 1998)

Las reservas de agua en el mundo poseenla siguiente distribución: 97,2 % del total de aguapertenecen a los océanos, seguidos por losglaciares (2,14 %). El agua subterráneacorresponde a 0,61 % de ese total, las aguassuperficiales 0,009%; la humedad del suelo(0,005%) y el agua de la atmósfera 0,001 %. Elagua subterránea corresponde a 98% del aguapotable disponible en la tierra (Fetter, 1994).

El ciclo hidrológico es el responsable dela distribución del agua y de su renovabilidad.En síntesis, el ciclo comienza por el movimiento

del agua en sus diversos estados físicos: ellaes evaporada por los océanos y se mueve através de la atmósfera. El agua después secondensa y cae en forma líquida en el océano,en el continente o revaporiza sin llegar a la tierrao el mar. La precipitación que llega al continentehace varias trayectorias del ciclo hidrológico.Una parte se condensa en estado sólido y formalos glaciares, o precipita en forma de nieve, o lalluvia y/o deshielo se escurre y forma un canalde drenaje. El canal de drenaje formará ríos,lagos, etc... y esos cursos de agua podrán llegarhasta el mar reiniciando el ciclo, o evaporarse,volviendo el agua a la atmósfera.

Si la superficie del suelo es porosa, elagua penetra en el suelo a través de la infiltración(Fetter, 1994). El agua infiltrada podrá volver ala atmósfera por la transpiración de las plantas,penetrar en el suelo y salir para un curso deagua (tales como manantiales, lagos, porejemplo), como también infiltrarse hasta llegaral agua subterránea. En esa zona saturada, elagua podrá moverse hasta llegar al área dedescarga, que podrá ser el océano nuevamente,reiniciando el ciclo. La figura 1 presenta el ciclohidrológico clásico.

Figura 1. El Ciclo Hidrológico


En las áreas urbanas el ciclo hidrológicosufre muchas interferencias antrópicas, comola impermeabilización de los suelos, pérdida delas conductoras de agua y alcantarillado,evaporación de las aguas por las industrias, etc.

Los procesos principales del ciclohidrológico son la evaporación/condensación,evapotranspiración, precipitación y escorrentíasuperficial.

La Evaporación, el proceso físico del pa-saje del agua del estado líquido al gaseoso,ocurre continuamente, absorbiendo 590 caloríasde la superficie sujeta a la evaporación por gra-mo de agua por metro cúbico del aire. La eva-poración continúa hasta que el aire se saturade humedad medida en humedad absoluta(masa de aire en número de gramos de aguapor metro cúbico del aire). El valor máximo dehumedad del aire, a una cierta temperatura, al-canza la humedad de saturación que es direc-tamente proporcional a la temperatura del aire.La humedad relativa para una masa de aire sedefine como la razón percentual de la humedadabsoluta por la humedad de saturación, por latemperatura de la masa de aire (Fetter, 1994)

La Condensación ocurre cuando la masade aire no consigue soportar más su humedad,la masa se enfría y la humedad de saturacióncae. Si el valor de la humedad absoluta perma-nece constante, la humedad relativa crece.Cuando ese valor alcanza 100 %, algúnreenfriamiento podrá traer como resultado lacondensación. El punto de rocío para una masade aire es la temperatura en la cual comienzala condensación (Fetter, 1994).

La Transpiración es el proceso por el cuallas plantas continuamente captan agua del sue-lo y la lanzan hacia la atmósfera. Ese procesoes función de la densidad y del tamaño de lavegetación.

La Evapotranspiración es un término in-troducido que trata los procesos de evaporacióny transpiración conjuntamente, una vez que bajocondiciones de campo no es posible separartotalmente la evaporación de la transpiración.Thornthwaite define un valor máximo para laspérdidas de agua en un ecosistema porevapotranspiración, denominadoEvapotranspiración Potencial. Las pérdidas ensu mayoría ocurren en los meses de verano conmenor o ninguna pérdida en el invierno. El tér-mino Evapotranspiración Real es utilizado paradescribir la cantidad de evapotranspiración queocurre bajo condiciones de campo (Fetter, 1994).

Según Manoel Filho (CPRM, 1997), laEvapotranspiración Real puede ser estimada porla diferencia entre la precipitación y laevapotranspiración potencial. Si el resultado dela diferencia entre la precipitación yevapotranspiración potencial fuera mayor quecero, la evapotranspiración real es igual a lapotencial, en el caso que el valor de esa dife-rencia fuera negativa, la evapotranspiración reales igual a la precipitación.

La Escorrentía Superficial se defineconceptualmente cuando el valor de la precipi-tación sobrepasa la capacidad de infiltración deun determinado suelo, y parte del agua o sutotalidad permanece en la superficie del suelo.La precipitación, al alcanzar el suelo, puede in-filtrase en suelos permeables que poseen unacapacidad finita de absorber agua (Fetter, 1994).Cuando el suelo está seco, la capacidad de in-filtración es alta, y a medida que el suelo sehumedece, esa capacidad decrece hasta alcan-zar un valor más o menos constante, o de equi-librio (Fetter, 1994). Si el índice de precipitaciónen esas condiciones, es mayor que ese equili-brio, el agua permanece en la superficie del sueloiniciando el proceso de escorrentía, que fluyepor la acción de la gravedad de las partes másaltas hacia las más bajas (Manoel Filho, enCPRM 1997).

El agua que se infiltra y que alcanza elnivel freático será almacenado en el reservoriode agua subterránea, que posee un movimientoconstante (Fetter, 1994).

Para los estudios del ciclo hidrológico enel continente, la cuenca hidrográfica es la uni-dad de estudio de la ciencia hidrológica. Sedefine como la ecuación hidrológica que siguea la ley de conservación de las masas, demos-trada simplificadamente por la ecuación 1(Fetter, 1994).

Entrada = salida ± Cambios en el Almacena-miento (Ecuación 1)

Las entradas de agua pueden ser: preci-pitación, escorrentía superficial, flujo de aguasubterránea que entra en la cuenca, importa-ción superficial de agua. Las salidas son:evapotranspiración, evaporación de los cuerposde agua, escorrentía de aguas superficiales,salida de aguas subterráneas y exportación ar-tificial del agua. Los cambios pueden ser: aguade drenaje, ríos, lagos y represas, humedad delsuelo en la zona vadosa, almacenamientotemporario, irrigación, entre otras.


Las aguas también pueden provenir demagmas situados a grandes profundidades dela corteza terrestre. Esas aguas magmáticaspueden alcanzar la superficie de la tierra y serincluidas en el ciclo hidrológico.

La Cuenca Hidrográfica está limitada porlos divisores topográficos, y es el área dondelos canales de escorrentía de las aguas se diri-gen hacia un punto particular de descarga.

En el caso del agua subterránea, se uti-liza el concepto de cuencas de aguas subterrá-neas, definida como un área bajo la superficiedonde el agua se mueve a un punto de descar-ga particular y está limitada por divisores de aguasubterránea.

Los hidrogramas de un curso principal deagua son gráficos que muestran la descarga deun río a un punto del área en función del tiempo.En ese punto, representan el resultado delcomportamiento hidrológico de una cuencahidrográfica (Magalhães 1989).

La separación de los componentes delhidrograma tiene como objetivo, definir losparámetros de escorrentía básica, bajo superfi-cial y superficial.

La gestión de los recursos hídricos esun campo de la hidrología resultante de los pro-blemas que vienen creciendo a lo largo de losaños, relacionado a las causas del deterioro delos cuerpos de agua, que afectan el abasteci-miento humano.

Según Ramos (1989) la gestión de losrecursos hídricos posee tres aspectos básicos:la legislación, las informaciones y los métodoso modelos de evaluación y decisión.

De acuerdo con Gleick (1993) el recursohídrico para el consumo humano proveniente delos ríos y lagos se estima en 90.000 Km3, o0,26 % de la reserva total de agua dulce delmundo.

La renovabilidad del agua puede darse en16 días (media de los ríos) y en el orden 8 días,para el agua en la atmósfera. Sin embargo, elperíodo puede ser largo en los glaciales, aguassubterráneas, océanos y en los grandes lagos.

En números estimados, un volumen equi-valente a 505.000 Km3 se evapora anualmentede la superficie del océano, donde el 90%(458.000 Km3) retorna a los océanos en formade precipitación y el 10% (50.500 Km3) cae enlos continentes (Gleick, 1993).

En los continentes, 119.000 Km3 (o 1000mm/año) por año de agua precipita de la atmós-

fera (contabilizadas 68.500 Km3 provenientes deprecipitación local), donde 47.000 Km3 (35%)retorna a los océanos en forma de ríos, suelosy escorrentía glacial. Hay un total de 1.130 mmde precipitación media que cae en la superficiede la tierra, o el volumen de 577.000 Km3.

Los ríos son la mayor fuente de aguadulce, utilizado extensivamente por la poblaciónhumana.

Los estudios de los recursos hídricos in-cluyen no solamente su evaluación en estadonatural, sino también las interferencias que ac-túan en los procesos causados por las activida-des humanas.

A pesar de su característica derenovabilidad, los impactos causados por lasactividades humanas afectan los regímenes delos ríos, su caudal medio anual y su calidad.

Según Shiklomanov (en Gleivk, 1993), sedefinen factores que pueden ser combinados deacuerdo con la naturaleza y su efecto en losprocesos hidrológicos en cuatro grupos:

1. Factores que principalmente afectan elflujo por los desvíos directos de agua defuentes (red de drenaje, lagos, acuíferos,etc.), el uso de esos estoques y cursosy la descarga de agua en el sistema delrío (aguas retiradas para irrigación, parausos industriales y municipales,abastecimiento de agua para laagricultura y desvío de cursos de ríos).

2. Factores que afectan el ciclo hidrológicoy el recurso hídrico como resultado di-recto de la transformación de la red dedrenaje (construcción de reservorios ypresas, represamiento y estrechamientode canales, excavaciones en las márge-nes de los ríos, etc.).

3. Factores que alteran las condiciones deformación del flujo y otros componentesdel balance hídrico afectando las cuencasde drenajes superficiales (medidasagrotécnicas, drenaje de pantanos yciénagas, deforestación o reforestación,urbanización, etc.)

4. Factores de actividades económicas queafectan el curso, balance hídrico y el ci-clo hidrológico a través de las alteracio-nes generales de característicasclimáticas a escala global o regional,como resultado de las modificacionesantropogénicas de la composición de la


atmósfera y de la contaminación del aire,así como de los cambios de las caracte-rísticas del ciclo hidrológico debido al in-cremento de la evaporación resultante deldesarrollo en larga escala de medidas degestión del agua.

El uso del agua es función de los siguien-tes factores: el nivel de desarrollo económico,población y las peculiaridades fisiográficas (cli-ma principalmente) del territorio en cuestión(Shiklomanov, en Gleick 1993).

La tabla 2 representa una evolución delconsumo mundial de recurso hídrico en esce-narios de uso de 1900 al año 2000. En valorestotales, la tendencia es de crecimiento de lademanda de agua para el año 2000, de sus va-lores totales e irrecuperables, en 3320 a 5190Km3/año y en 1950 a 2900 Km3/año, respecti-vamente, a pesar que en algunas regiones delmundo, es visible la tendencia de estabilizaciónde los valores de la demanda. El mayor consu-midor del recurso continúa siendo la agricultu-ra, con grandes valores de uso irrecuperables,seguido por las industrias con uso irrecupera-ble relativamente menor que la primera activi-

dad. La agricultura es responsable por el con-sumo de 69% del recurso total y 89% del usoirrecuperable (1730 Km3/año)

La tabla 3 muestra informaciones sobrela escorrentía media de los ríos por regionesdel mundo, sus índices de aridez y consumode agua (total e irrecuperable) en los años de1980, 1990 y 2000.

A nivel mundial, existe la tendencia deaumento de la demanda del uso del agua,característica de todas las regiones, conexpectativas de mayores porcentajes deconsumo en Africa y América del Sur ydecrecimiento de los valores en los paísesdesarrollados (Shiklomanov, en Gleick 1993).

El clima también tiene influencia directaen el uso del agua. En climas áridos, en que elrecurso hídrico es mínimo, el déficit es alto puesse verifica el crecimiento del consumo en esasregiones, causado por el desarrollo económicode las actividades humanas en esas condiciones(Shiklomanov, en Gleick 1993).

Tabla 2 - Uso del agua por actividades humanas en el mundo(Shiklomanov, en Gleick 1993)

Usuário 1900 1940 1950 1960 1970 1975 1980 1990 2000del agua (Km3/año) (Km3/año) (Km3/año) (Km3/año) (Km3/año) (Km3/año) (Km3/año) % (Km3/año) % (Km3/año) %

AgriculturaConsumo 525 893 1130 1550 1850 2050 2290 69,0 2680 64,9 3250 62,6Irrecuperable 409 679 859 1180 1400 1570 1730 88,7 2050 86,9 2500 86,2

IndustriaConsumo 37,2 124 178 330 540 612 710 21,4 973 23,6 1280 24,7Irrecuperable 3,5 9,7 14,5 24,9 38,0 47,2 61,9 3,2 88,5 3,8 117 4,0

MunicipalConsumo 16,1 36,3 52,0 82,0 130 161 200 6,0 300 7,3 441 8,5Irrecuperable 4,0 9,0 14 20,3 29,2 34,3 41,1 2,1 52,4 2,2 64,5 2,2

ReservoriosConsumo 0,3 3,7 6,5 23,0 66,0 103 120 3,6 170 4,1 220 4,2Irrecuperable 0,3 3,7 6,5 23,0 66,0 103 120 6,2 170 7,2 220 7,6

TotalConsumo 579 1060 1360 1990 2590 2930 3320 100 4130 100 5190 100Irrecuperable 417 701 894 1250 1760 1760 1950 100 2360 100 2900 100


La tabla 4 presenta la disponibilidadcalculada para las diversas regiones del mundo.Esa disponibilidad depende de los factores natu-rales (clima, régimen de los ríos, etc.) comotambién del uso de las actividades humanas quemodifican esos factores naturales.

Los más bajos valores de disponibilidadse encuentran en Africa del Norte, Asia Cen-tral, seguidos por las regiones del Norte de Chinay Mongolia, Sur y Oeste Asiáticos, Europa Cen-tral y Sur de la Unión Soviética (Europa), Sur,

Oeste y Este de Africa y Sudeste y AsiaTranscaucasiana.

Los valores más altos se concentranprincipalmente en las regiones de Canadá yAlaska, Norte de Europa, América del Sur, Aus-tralia y Oceanía, Siberia y Extremo Este de Asia.

Shiklomanov (en Gleick, 1993) apunta queesa distribución no uniforme de la oferta derecursos hídricos y la disminución de ladisponibilidad frente al crecimiento del consumode las actividades humanas, es nítidAa.

Tabla 3. Escorrentía anual y consumo de agua por continentes y por regiones fisiográficas yeconómicas del mundo (Gleick, 1993).

Continente y Región Escorrentía Media Índice Consumo de Agua (Km3/año)Anual de

(Km / año) Aridez 1980 1990 2000(R/LP) Total Irrecup. Total Irrecup. Total Irrecup.

Europa 310 3210 435 127 555 178 673 222· Norte 480 737 0.6 9,9 1,6 12 2,0 13 2,3· Central 380 705 0,7 141 22 176 28 205 33· Sur 320 564 1,4 132 51 184 64 226 73· Europa URSS (Norte) 330 601 0,7 18 2,1 24 3,4 29 5,2· Europa URSS (Sur) 150 525 1,5 13 50 159 81 200 108

América del Norte 340 8200 663 224 724 255 796 302· Canadá y Alaska 390 5300 0,8 41 8 57 11 97 15· Estados Unidos 220 1700 1,5 527 155 546 171 531 194· América Central 450 1200 1,2 95 61 120 73 168 93

África 150 4570 168 129 232 165 3117 211· Norte 17 154 8,1 100 79 125 97 150 112· Sur 68 349 2,5 23 16 36 20 63 34· Este 160 809 2,2 23 18 32 23 45 28· Oeste 190 1350 2,5 19 14 33 23 51 34· Central 470 1909 0,8 2,8 1,3 4,8 2,1 8,4 3,4

Asia 330 14410 1910 1380 2440 1660 3140 2020· China del Norte

y Mongolia 160 1470 2,2 395 270 527 314 677 360· Sur 490 2200 1,3 668 518 857 638 1200 865· Oeste 72 490 2,7 192 147 220 165 262 190· Sudeste 1090 6650 0,7 461 337 609 399 741 435· Asia Central 70 170 3,1 135 87 157 109 174 128· Siberia y

Extremo Este 230 3350 0,9 34 11 40 17 49 25· Trans- Cáucaso 410 77 1,2 24 14 26 18 33 21

América del Sur 660 11760 111 71 150 86 216 116· Área Norte 1230 3126 0,6 15 11 23 16 33 20· Brasil 720 6148 0,7 23 10 33 14 48 21· Oeste 740 1714 1,3 40 30 45 32 64 44· Central 170 812 2,0 33 20 48 24 70 31

Australia y Oceanía 270 2390 29 15 38 17 47 22· Australia 39 301 ,0 27 13 34 16 42 20· Oceanía 1560 2090 0,6 2,4 1,5 3,3 1,8 4,5 2,3

Total 44500 3320 1450 4130 2360 5190 2900

R/LP = relación entre R (balance de la radiación de la superficie húmeda), L (calor específico deevaporación) y P (precipitación)


En América Latina la situación de lautilización de los recursos hídricos se representaen la tabla 5 donde se contabiliza la situaciónde extracción anual de agua per capita, por paíslatinoamericano. En la tabla, la disponibilidadde los recursos del continente per capita esdemostrada para los países de América Latina.

Los países de mayor consumo de aguaen América Latina, Argentina y Chile, no poseenun valor de disponibilidad per capitacorrespondiente. La situación más crítica es lade México, el tercer país de mayor consumo,siendo también uno de los países de menordisponibilidad per cápita.

Brasil se encuentra con bajo índice percapita de consumo y buena disponibilidad derecursos hídricos. No obstante, esos valores

poseen gran variación dentro del país, dada porla extensión territorial, diversidad de climas ydistribución poblacional y socioeconómicadiferentes.

Además de las áreas de clima semiárido,así como, en otro extremo, regiones de altapluviosidad, que influencian la escasez oabundancia del recurso, las actividadeseconómicas, principalmente en grandes centrosurbanos intervienen, sobremanera, ladisponibilidad del área.

El caso del Estado de São Paulo es unode los ejemplos en que la alta tasa de poblaciónacoplada al desarrollo industrial y agropecuarioreduce la disponibilidad del recurso hídrico enlas regiones metropolitanas.

Tabla 4. Disponibilidad de agua en las diferentes regiones del Mundo (Gleick, 1993).

Continente y Región Área (10-6 Km2) Disponibilidad de agua (103 m3 por año per capita)

1950 1960 1970 1980 2000Europa 10,28 5,9 5,4 4,9 4,6 4,1· Norte 1,32 39,2 36,5 33,9 32,7 30,9· Central 1,86 3,0 2,8 2,6 2,4 2,3· Sur 1,76 3,8 3,5 3,1 2,8 2,5· Europa URSS (Norte) 1,82 33,8 29,2 26,3 24,1 20,9· Europa URSS (Sur) 3,52 4,4 4 3,6 3,2 2,4

América del Norte 24,16 37,2 30,2 25,2 21,3 17,5· Canadá y Alaska 13,67 384 294 246 219 189· Estados Unidos 7,83 10,6 8,8 7,6 6,8 5,6· América Central 2,67 22,7 17,2 12,5 9,4 7,1

África 30,10 20,6 16,5 12,7 9,4 5,1· Norte 8,78 2,3 1,6 1,1 0,69 0,21· Sur 5,11 12,2 10,3 7,6 5,7 3,0· Este 5,17 15,0 12 9,2 6,9 3,7· Oeste 6,96 20,5 16,2 12,4 9,2 4,9· Central 4,08 92,7 79,5 59,1 46,0 25,4

Asia 44,56 9,6 7,9 6,1 5,1 3,3· China del Norte y Mongolia 9,14 3,8 3,0 2,3 1,9 1,2· Sur 4,49 4,1 3,4 2,5 2,1 1,1· Oeste 6,82 6,3 4,2 3,3 2,3 1,3· Sudeste 7,17 13,2 11,1 8,6 7,1 4,9· Asia Central 2,43 7,5 5,5 3,3 2,0 0,7· Siberia y Extremo Este 14,32 124 112 102 96,2 95,3· Trans-Cáucaso 0,19 8,8 6,9 5,4 4,5 3,0

América del Sur 17,85 105 80,2 61,7 48,8 28,3· Area Norte 2,55 179 128 94,8 72,9 37,4· Brasil 8,51 115 86 64,5 50,3 32,2· Oeste 2,33 97,9 77,1 58,6 45,8 25,7· Central 4,46 34 27 23,9 20,5 10,4

Australia y Oceanía 8,59 112 91,3 74,6 64,0 50,0· Australia 7,62 35,7 28,4 23 19,8 15,0· Oceanía 1,34 161 132 108 92,4 73,5


En esas regiones ya se observansituaciones críticas, aun cuando las condicionesfisiográficas son favorables, donde haynecesidad de una gestión del recurso hídricoefectivo intentándose racionalizar el uso,evitando desperdicios y mejorando la calidad desus aguas, con la implementación de políticasde uso y decisión multiparticipativa.

3. EL RECURSO AGUASUBTERRANEA

a) Introducción

El estudio del agua subterránea, que eneste trabajo lo mostramos con mayor detalle,tiene por objetivo presentar los principios básicosque rigen esa área del conocimiento científico,suministrando las bases para la planificación yla gestión de este recurso hídrico.

Según Domenico y Schwartz (1998), laHidrogeología puede ser definida como “elestudio de las leyes que gobiernan elmovimiento de las aguas subterráneas, lasinteracciones mecánicas, físicas y termales deesa agua con el sólido poroso y el transportede la energía, constituyentes químicos y mate-ria particulada por el flujo”.

Actualmente la hidrogeología es unaciencia amplia que comprende varios enfoques.Fetter (1994), divide el trabajo del hidrogeólogoen tres campos: investigación, resolviendoproblemas referentes al abastecimiento y con-trol del agua para consumo y resolviendoproblemas de contaminación del aguasubterránea.

Este capítulo puede ser dividido en dospartes, el primero aborda los conceptosfundamentales de la hidrogeología, suparticipación en el ciclo hidrológico, la dinámicafísica y química y sus principios y técnicas de

Tabla 5. Extracción Anual per capita y Disponibilidad per capita de los Recursos Hídricos en AméricaLatina (UNESCO, 2000).

País Extracción anual País Disponibilidadper capita (m3) per capita (m3)

Belice 104 Perú 1,8

Paraguay 110 El Salvador 3,5

Guatemala 139 México 4,1

Colombia 172 Honduras 11,6

El Salvador 184 Guatemala 11,9

Bolivia 245 Uruguay 18,9

Uruguay 245 Paraguay 20,8

Brasil 245 Argentina 21

Perú 301 Ecuador 28,4

Nicaragua 320 Costa Rica 29,8

Venezuela 382 Colombia 32

Honduras 510 Brasil 33,7

Ecuador 567 Chile 34,4

Panamá 744 Bolivia 39,9

Costa Rica 780 Venezuela 42,4

México 875 Nicaragua 44,3

Argentina 1042 Panamá 57,3

Chile 1523 Belice 80,8


aná l isis. En la segunda parte, el aguasubterránea es evaluada como recurso hídrico,donde son presentados los estudios dirigidoshacia la gestión del recurso, tales como elanálisis de su potencialidad, disponibilidad ycalidad, así como los métodos de abordar losmismos.

b) El agua subterránea en el ciclohidrológico

En este capítulo se describen losprocesos principales del ciclo hidrológico, latrayectoria del agua bajo la superficie, por elproceso de infiltración, básicos para lacomprensión de la formación del recurso hídricosubterráneo.

El perfil de infiltración del agua esmostrado en la Figura 2. El agua del ciclohidrológico que se infiltra en el suelo atravesandodos grandes zonas del perfil de infiltración: laZona de Aireación (denominada Zona NoSaturada o Vadosa) y la Zona Saturada o deSaturación.

El agua subterránea, como parteintegrante del ciclo hidrológico sufre la influenciade los procesos de superficie, que interferirá enel comportamiento de la recarga de los acuíferosy las características del agua subterránea.

La Zona No Saturada es la región situadaentre la superficie del terreno y la zona desaturación del agua. Se caracteriza por lapresencia de poros rellenos por aire y agua. Ellapuede ser dividida en:

1) Zona de agua del suelo o zona deevapotranspiración, limitada por la super-ficie del terreno y los extremos radicalesde la vegetación (CPRM 1997), cuyo es-pesor puede variar de pocos centímetroshasta varios metros. Se caracteriza porla presencia del fenómeno deevapotranspiración causada por las plan-tas.

2) Zona Intermedia, caracterizada por la pre-sencia de capilaridad del agua, que nose mueve debido a las fuerzashigroscópicas y capilares. Ella se extien-de de la base de la zona de agua delsuelo hasta la parte de la Zona Capilar

3) Zona Capilar, es la última subdivisión dela zona de aireación, y se caracteriza porla presión existente ser menor que la at-mosférica y su límite superior poseer for-ma irregular. La variación de la espesorde esa zona es función de las propieda-des y de la homogeneidad del suelo. Enmateriales gruesos, el tamaño de la zonaes prácticamente cero mientras que pue-de variar para más de 3 metros en mate-riales finos.

La Zona Saturada se sitúa debajo de lasuperficie freática y se caracteriza por el rellenode todos los poros vacíos por agua y es área deestudio de la hidrogeología.

La figura 3 presenta los tipos de acuíferos ycapas confinantes.

Figura 2. Perfil de Infiltración del Agua (CPRM 1997, modificado de Bear y Verruijit 1987)


En esta zona se definen los siguientestipos de rocas relativos a la capacidad dealmacenamiento y transmisión de agua.

ACUÍFERO es el término usado para laformación geológica o grupo de formaciones, quealmacenan agua y permiten el movimiento dedeterminado volumen bajo condiciones natura-les suministrando agua en cantidades signifi-cativas.

El Acuífero es LIBRE cuando su límitesuperior es la superficie freática, y su movimientoes controlado por la inclinación de la superficiefreática, bajo condiciones de presión atmosféri-ca. Un tipo especial de acuífero libre es elAcuífero SUSPENDIDO, definido como un áreade acumulación de agua por encima de unacapa impermeable de corta extensión, en lazona no saturada.

El Acuífero es CONFINADO cuando laroca acuífera es limitada por las capasconfinantes (impermeables) y esta bajo una pre-sión interna mayor que la atmosférica.

La SUPERFICIE POTENCIOMÉTRICAes definida como una superficie imaginaria quese encontrará a una altura correspondiente a lapresión hidrostática causada por elconfinamiento del acuífero.

La condición de ARTESIANISMO ocurrecuando la superficie potenciométrica se encuen-tra encima de la elevación del terreno.

Los ACUÍFEROS COSTEROS se sitúanen la región litoral y son casos especiales deestudio debido a su comunicación con el aguade mar. El agua dulce flota por encima del aguasalada, por diferencia de densidad y estánseparadas por una zona difusa (denominada deinterfase salina o cuña salina).

La relación Ghiben – Heizberg:

Hsalada

= r dulce

. H dulce

/( r salada

– r dulce

) = 40 H dulce

Ejemplifica la problemática de explota-ción de este tipo de acuífero, pues cada metrode columna de agua dulce equivale a 40 me-tros de agua salada.

En la zona saturada existen formacio-

Figura 3. Tipos de acuíferos


nes geológicas que no se identifican comoacuíferos, o sea, no almacenan ni trasmitenagua:

Estos reciben las siguientes denomina-ciones:

ACUICLUDO – se caracteriza por su in-capacidad de poder trasmitir grandes cantida-des de agua, pero es capaz de almacenarlas;serían las camadas confinantes de un acuíferoconfinado.

ACUITARDO – es una clasificaciónintermediaria entre el término acuífero yacuicludo, definida como una capa semi-per-meable, que almacena y transmite lentamenteagua en una cantidad menor que el acuífero.

ACUÍFUGO – es una capa impermea-ble, que ni contiene ni trasmite agua.

c) Propiedades de los Acuíferos yFlujo de agua subterránea

Los principios fundamentales delmovimiento del agua subterránea son descritosen este ítem y comprenden la definición de lascaracterísticas del acuífero, que controlan elalmacenaje y la transmisión del agua y las leyesque rigen el flujo de las aguas subterráneas.

El acuífero puede estar caracterizado porlas siguientes propiedades:

La porosidad de la roca acuífera, lapropiedad que caracteriza a los espacios vacíospor donde pasa el agua, puede ser clasificadaen cuanto a su origen en primaria y secundaria.La porosidad primaria de un acuífero es aquellaque se formó al mismo tiempo que la rocaacuífera. Consisten en poros de las rocassedimentarias. La porosidad secundaria esaquella que se forma después que se formó laroca acuífera, y en general son fisuras, fracturas,juntas y canales de disolución, entre otros.

La porosidad es un parámetrocuantificable y los siguientes parámetros seexpresan así:

1. Porosidad (h): es el vacío de las rocaso del suelo, expresado en porcentaje. Esdenominado también Porosidad Total.

h = 100 Vv/V, donde h es la porosidad(en porcentaje), (ecuación 1)

Vv: es el volumen de espacio vacío enunidad de volumen de material (L3)

V: es la unidad de volumen del material,

incluyendo vacíos y sólidos (L3 )

2. Porosidad Efectiva (he): es la porosi-

dad por donde el fluido pasa, y se expre-sa por la ecuación:

he = V

D/V, donde h

e es la porosidad efec-

tiva,VD : es el volumen de agua drenada porgravedad y V, el volumen total del cuer-po rocoso

La porosidad total y efectiva son grande-zas adimensionales y pueden ser expresadasen porcentaje.

La porosidad total puede ser expresadapor:

h = S

y + S

r

Donde:

Sy = Caudal específico

Sr = Retención específica

El Caudal Específico, también denomi-nado porosidad efectiva, se define como el vo-lumen efectivo de agua que puede ser suminis-trada por un determinado material rocoso.

3. Retención Específica (Re): es el por-centaje de volumen de agua que quedaretenida.

La Porosidad Total es, por tanto, la sumade la Porosidad Efectiva y la Retención Espe-cífica.

La tabla 6 presenta algunos valores dealmacenamiento específico encontrados en laliteratura científica (Fetter,1994).

4. Movimiento de las aguassubterráneas: es explicado por la Leyde Darcy (1856), que afirma que lacantidad de flujo en un medio poroso esproporcional a la pérdida de carga einversamente proporcional al largo de latrayectoria del flujo.

Henry Darcy, ingeniero hidráulico fran-cés, dedujo su ecuación a través de estudiosexperimentales en columna de arena.

En la columna de arena de la seccióntransversal A y con una distancia L entre dospiezómetros, se escurrió un volumen Q deagua.


En la ecuación de Bernoulli, serepresentan, entonces, las cargas totales dela relación en un plano referencial (Todd 1959).

p1/g + v12/2g + z1 = p2/g + v2

2/2g + z2 + h1

Donde:p = presión

g = peso específico del agua

v = velocidad del agua

g = aceleración de la gravedad

z = elevación con relación al plano dereferencia (Datum)

h1 = pérdida de carga

Las velocidades v1 y v

2 son desprecia-

das pues tienen valores muy bajos. La ecua-ción queda:

h1 = (p

1/g + z

1) – (p

2/g + z

2)

La pérdida de carga se define como lapérdida de potencial dentro del cilindro de are-na. Esta pérdida de potencial es causada por lapérdida de energía a través de la resistencia almovimiento.

Darcy, entonces, muestra que el flujo Qes proporcional a la pérdida de carga (h

1) e

inversamente proporcional a L.

Q ~h1 e Q ~1/L

De esta manera, con la constante K, laecuación se expresa como:

Q = K.A.h1/L (L3/T), o

Q = K.A.dh/dl, y

v = Q/A = K.dh/dl,

Donde:dh/dl es el GRADIENTE HIDRÁULICOv= velocidad del flujo o velocidad aparen-

te o velocidad de Darcy (L/T)K = Conductividad Hidráulica (L/T)

La velocidad de Darcy es en realidad unatasa volumétrica de flujo por unidad total de área(L3/T/L2) (Cleary en Ramos et al., 1989). El áreatotal de la sección transversal de la columnade arena calculada por Darcy contabiliza el vo-lumen ocupado también por los granos.

Por tanto, la velocidad real del flujo varíade acuerdo con el medio y se expresa así:

vreal = v/he,

Donde he = porosidad efectiva del me-dio poroso

La ley de Darcy es válida para la mayo-ría de las velocidades y litologías diferentes(Cleary en Ramos et al., 1989). Pues v aumen-ta gradualmente con el gradiente. Esta ley noes válida tanto en velocidades muy bajas (sedesvía del comportamiento de la recta),en arci-llas muy compactas o en velocidades muy al-tas, como en ciertos casos de acuíferos fractu-rados (Cleary en Ramos et al., 1989).

5. Conductividad Hidráulica (K): expresala facilidad con la cual el fluido estransportado a través del medio poroso

Tabla 6. Valores de Almacenamientos Específicos para algunos tipos de materiales (Fetter, 1994).

Material Almacenaje EspecíficoMáximo Mínimo Media

Arcilla 5 0 2

Arcilla arenosa 12 3 7

Limo 19 3 18Arena fina 28 10 21Arena media 32 15 26Arena gruesa 35 20 27Arena muy gruesa 35 20 25Gravas finas 35 21 25Gravas medias 26 13 23Gravas gruesas 26 12 22


(Bear, 1979). Posee dimensión escalar(L/T) y es dependiente de la matriz y dela propiedad del fluido. Puede ser definidatambién como la tasa volumétrica deflujo por unidad de área por unidad degradiente (Cleary en Ramos et al., 1989).El valor de este parámetro está enfunción del material geológico, cuantomayor es la permeabilidad del material,mayor es su conductividad hidráulica.

K = kg/m (L/T)

Donde:

k = es la permeabilidad intrínseca

m = viscosidad dinámica del fluido

g = peso específico; g = rg, en que r

es la densidad y g, la aceleración de la grave-dad.

La permeabilidad intrínseca (k) es depen-diente de la roca matriz y posee unidad (L2). Elcálculo de k puede ser dado a través de variasexpresiones, empíricas, por derivaciones teóri-cas de la Ley de Darcy o por consideracionesdimensionales con verificaciones experimenta-les (Bear,1979). En la industria del petróleo,la unidad de medida de la permeabilidad in-trínseca es el darcy, que es equivalente a9,87 x 10-9 cm2.

La tabla 7 presenta variaciones de laspermeabilidades intrínsecas y conductividadeshidráulicas para sedimentos no consolidados.

6. Transmisividad (T): es el flujo de aguaque se escurre a través de una faja lat-eral vertical de ancho unitario y espesorde camada saturada, cuando el gradientehidráulico es igual a 1. La unidad demedida es (L3/T.L).

Su valor varía de valores menores que 0,50 amayores que 500 m3/h.m. En el primer caso, elacuífero con aquel valor de transmisividadatendería apenas las necesidades domésticas,en el otro extremo, podrían atender a lasindustrias, irrigación o al abastecimientopúblico.(CETESB, 1974).

La Transmisividad puede ser calculada por lasiguiente ecuación:

T = K.b (L3/T.L)

Donde:

K = conductividad hidráulica (L/T)

b= espesor saturada del acuífero

La transmisividad indica, así, cuál esel volumen de agua que se moverá en el acuífero.

7. Coeficiente de almacenamiento (S):se define como el volumen de agua quesale o que entra en el acuífero por uni-dad de área horizontal o por unidad devariación de rebajamiento (CETESB,1974). Es el volumen de agua que una

Tabla 7- Variación de la permeabilidad intrínseca y conductividad hidráulica para sedimentos noconsolidados (Fetter,1994)

Material Permeabilidad Intrínseca Conductividad Hidráulica

(darcys) (cm/s)

Arcilla 10-6 a 10-3 10-9 a 10-6

Limo, limos arenosos,areno arcillosos, arenas y till 10-3 a 10-1 10-6 a 10-4

Arenas limosas, arenas finas 10-2 a 1 10-5 a 10-3

Arenas bien seleccionadas,sedimentos glaciales 1 a 10-2 10-3 a 10-1

Gravas bien seleccionadas 10 a 10-3 10-2 a 1


unidad permeable absorbe o trasmite delreservorio por unidad de área por unidadde cambio en la carga hidráulica, siendoadimensional (Fetter, 1994).

En la zona saturada, la carga hidráulicacrea presión, afectando el acomodo de los gra-nos minerales y la densidad del agua en susvacíos; con el aumento de la presión, el esque-leto de la roca se expande, o se retrae con elcese de la presión. Por otro lado, el agua secontraerá con el aumento de la presión y/o seexpandirá cuando ésta cese.

De este modo, cuando la carga hidráuli-ca se reduce, el esqueleto de la roca se com-prime, reduciendo la porosidad efectiva y exha-lando agua. El agua adicional es liberada cuan-do el agua de poros se expande, debido a labaja de presión (Fetter. 1994).

El Almacenamiento Específico (Ss) es portanto el volumen de agua por unidad de volu-men de una formación saturada que es almace-nada o exhalada por compresión del esqueletorocoso y del agua por unidad de variación de lacarga hidráulica.

El Almacenamiento Específico (Ss) seexpresa por la ecuación:

Ss = rg(a + hb),

Donde:

r = densidad del agua (M/L3)

g = aceleración de la gravedad (L/T2)

a = compresibilidad del esqueleto del acuífero(1/(M/LT2))

h = porosidad

b = compresibilidad del agua (1/(M/LT2)

El Almacenamiento Específico posee di-mensiones 1/L y valores muy pequeños.

En acuíferos confinados, cuando la car-ga hidráulica se reduce, la superficiepotenciométrica todavía permanece encima deese acuífero, manteniendo el acuífero saturado,a pesar del agua liberada (Fetter, 1994).

En este caso, el Coeficiente de Almace-namiento de un acuífero confinado se expresa:

S = Ss.b, adimensional

Donde:

Ss = almacenamiento específico (1/L)

b = espesor del acuífero (L)

El valor del coeficiente dealmacenamiento encontrado en acuíferosconfinados es del orden de 0,005 o menor (Fet-ter, 1994).

Para los acuíferos no confinados, elespesor saturada varía con las variaciones delvolumen de agua almacenada, o, el agua esdrenada de los espacios de los poros, funcióndel Caudal Específico del acuífero.

S = Sy + bSs (adimensional)

Donde:

b = espesor saturada

Sy = caudal específico

Ss = almacenamiento específico

El valor de caudal específico, en general,es mucho mayor en varios grados de magnituddel producto bSs. El almacenamiento, portanto, en esos casos es igual al caudalespecífico.

8. Conceptos de Homogeneidad eIsotropía: son propiedades del mate-rial rocoso, que indica que el acuíferoposee las mismas propiedades en todasu extensión, o no.

El acuífero es homogéneo si presentalas mismas características en toda suextensión. Es heterogéneo, cuando laspropiedades hidráulicas varían espacialmente.

En términos de conductividad hidráulica,el acuífero es homogéneo si K posee el mismovalor en cualquier dirección en que es medido.Es isotrópico si K en la dirección x es igualque en la dirección y. La figura 4 presenta lascombinaciones posibles entre homogeneidady anisotropía.

9. Representación del Flujo de lasAguas Subterráneas: el flujo de lasaguas subterráneas es representadográficamente por las líneas de flujo.

La Línea de Flujo es una línea imaginariaque representa el flujo del agua subterránea ysu movimiento.

La Línea Equipotencial es la línea quedefine puntos de igual carga hidráulica. La línea


de flujo indica la dirección del agua subterránea.En acuíferos isotrópicos las líneas de flujocruzan las líneas equipotenciales en ángulosrectos; en los anisotrópicos, las líneas de flujocruzan las equipotenciales en un ánguloindicado por el grado de anisotropía y laorientación del tensor elipsoidal del gradientede carga hidráulica (Fetter, 1994).

Las líneas de flujo y las líneasequipotenciales forman mapaspotenciométricos.

Los mapas potenciométricos pueden serusados para estimar las direcciones del flujo,las velocidades y áreas de recarga, descarga ybombeo de un acuífero, y si el río es influente oefluente. Pueden demostrar los cambios en lascondiciones geológicas y calcular lastransmisividades utilizando los espacios entrelas líneas equipotenciales (Cleary en Ramos etal., 1989).

El flujo de agua subterránea, en contactocon medios de conductividad hidráulica

diferentes cambian la dirección, obedeciendo ala Ley de Refracción, expresada como:

K1/K

2 = tg O

1/tg O

2

Los cambios de K pueden ser observa-dos a través de los espacios entre las líneasequipotenciales. Otro factor que influye en es-tos espacios es la reducción de la espesor delacuífero (Bear, 1979).

La figura 5 presenta las diversas formasde líneas de flujo y equipotenciales que puedenser encontradas.

El ejemplo de las aguas superficiales, sedefine también como el divisor de las aguassubterráneas, que es una línea que separa flujosque se dirigen a las zonas de descargasdiferentes.

Los ríos influentes son definidos comolos ríos que aportan agua al acuífero. Los ríosefluentes son abastecidos por el acuífero. Hay

Figura 4. Combinaciones posibles entre homogeneidad y anisotropía (Freeze y Cherry, 1979)


Figura 5. Situaciones típicas de las líneas de flujo y equipotenciales (Bear,1979).


casos en los cuales el río aporta agua al acuífero,pero no está en contacto con él, así comotampoco existe relación entre el río y el acuífero(confinado por camada impermeable).

Una estimativa para la determinación dela recarga de agua subterránea en una cuencahidrográfica está basada en el uso dehidrogramas de 2 o más años consecutivos, pormedio de la recesión de la escorrentía básica,explicado en Fetter (1994).

Los valores de descarga de un puestofluviométrico son colocados en gráficosbilogarítmicos de caudal por tiempo. Lasescorrentías básicas están definidas en elgráfico, considerando su partida cuando se iniciala caída del nivel en el verano (que se encuentrapor encima del nivel freático) y termina cuandoocurre la primera descarga de la primavera. Ladescarga potencial total de agua subterráneaes el volumen de agua subterránea que seríadescargado en una recesión completa (Fetter,1994).

Ese volumen puede ser expresado por:

Vtp = Q0.t1/2,3

Donde:

Vtp = volumen de descarga potencial total de

agua subterránea (L3)

Q0 = escorrentía básica al inicio de la recesión

(L3/T)

T1 = tiempo que se necesita para que la

escorrentía vaya de Q0 a 0,1 Q

0 (T)

La recarga de agua subterránea es ladiferencia entre la descarga potencial de aguasubterránea que permanece en el fin de la rece-sión de un período con la descarga potencialtotal del agua subterránea al inicio de la próxi-ma recesión.

La escorrentía básica potencial, V1 (L3),

que permanece en un tiempo t (T) después delinicio de un período de recesión está dado por:

Vt = V

tp/10(t/t

1)

El cálculo asume que: no existe un usoirrecuperable de agua subterránea en la cuenca,de modo tal que, todo el caudal de aguasubterránea está dado por la escorrentía de losríos (Fetter, 1994).

10. Ecuación Fundamental del Flujo deagua subterránea: en teoría, ella espropuesta para acuíferos confinados ylibres; asume las tres componentesdiagonales de un tensor de nuevecomponentes (Cleary en Ramos et al.,1989).

d[Kxx.dH/dX]/dX + d[Kyy.dH/dY] + d[Kzz.dH/dZ] +W(X, Y, Z, t) = Ss.dH/dt

Donde:

H = carga total

Kxx, Kyy, Kzz = componentes principales deltensor de conductividad hidráulica

Ss = coeficiente de almacenamientoespecífico

W = fuentes o sumideros de agua delacuífero

t = tiempo

d = representación de la derivada parcial

d) Potencialidad y disponibilidad delrecurso hídrico subterráneo

La evaluación de la potencialidad y de ladisponibilidad de los recursos hídricossubterráneos es un capítulo importante dentrode la hidrogeología, pues aporta bases para elestablecimiento de la gestión de los recursoshídricos.

La evaluación de la potencialidad englobalos estudios básicos de hidrogeología, caracte-rizando la dinámica de los sistemas acuíferos,y su productividad en vista de buscar principal-mente abastecimientos humanos, industrialesy agropecuarios.

La caracterización del potencial y el perfilsocio-económico de la región son parámetrosde análisis, pues establecen un escenario delconsumidor, así como establecen números paralos cálculos de la disponibilidad de los recursoshídricos subterráneos.

La potencialidad puede ser definida enbase a los cálculos de reservas. Según Costa(en Feitosa y Manoel Filho, 1997), la escuelafrancesa clasifica las reservas en cuatro tipos:

· Reservas reguladoras – es el volumen deagua libre almacenada por el acuífero por la


recarga importante, siendo sometidas alefecto de la variabilidad del ciclo hidrológico.

Esta reserva puede ser calculada por laexpresión:

Reserva Reguladora =T.i.L,

Donde:T = transmisividad hidráulica del acuífero (L/T)i = gradiente hidráulico del flujo de agua subte-rráneaL = largo de la frente de escurrentía

Un segundo cálculo es dado por Costa (op.cit,)

Reserva Reguladora = A.Dh.he

Donde:

A = área de ocurrencia del acuífero (L2)

Dh = variación del nivel de agua (L)

he = porosidad efectiva

Por fin, la reserva puede ser calculada con laecuación:

Reserva Reguladora = Dh.A.S,

Donde,

Dh = variación de nivel

A = área de ocurrencia del acuífero

S = coeficiente de almacenamiento

· Reservas permanentes – denominadasseculares y profundas, son la cantidad deagua almacenada en el acuífero que no va-rían con las estaciones del año, y sí porperíodos de varios años.

Las reservas permanentes son estimadas porlas ecuaciones:En el caso de acuíferos no confinados, el esti-mado es dado por la ecuación:

Reserva Permanente = A.b.?he

Donde:

A = área de ocurrencia del acuífero (L2)

b = espesor media del acuífero (L)

he = porosidad efectiva

En acuíferos confinados:

Reserva Permanente del acuífero confinado =A

c.h.S (L3) + A.b.?h

e

Donde,

S = coeficiente de almacenamiento

Ac = área de ocurrencia del acuífero confinado(L2)

h = carga hidráulica media encima de la basede la camada confinante (L)

· Reservas totales o naturales – es lasumatoria de las dos reservas descritasarriba y es el volumen total de aguaalmacenada en un acuífero.

· Reserva de explotación o recursos – sondefinidos como la cantidad máxima de aguaque podría ser explotada de un acuífero, sinriesgos o perjuicios al manantial. Estasreservas son las reservas reguladoras yparte de las reservas permanentes ycorresponden al concepto americano desafe yield.

La disponibilidad del recurso hídrico puede serestimada realizando estudios de consumo deagua subterránea por los cálculos de númerosde pozos activos por actividades humanas,estimando el volumen explotado (por un tiempodefinido – m3/s, m3/año, etc.) substrayendo losvalores de reservas estimadas.

Esos cálculos son estimados en locales dondeno existen bases de datos suficientes paraprecisar esos valores. Sin embargo, aportanbuenos indicadores para la planificación ygestión de los recursos hídricos de una región.

La figura 6 muestra la importancia de las aguassubterráneas en América Latina.

La calidad de las aguas subterráneas es hoy elmayor motivo de preocupación para losorganismos de gestión, ya que la contaminaciónse hace presente ante innumerables elementoscontaminantes ya detectados, provenientes defuentes diversas.

En la planificación y gestión de los recursoshídricos se utilizan como estrategias deprotección de acuíferos las cartas devulnerabilidad de acuíferos y riesgo potencial decontaminación.

La metodología GOD (Foster y Hirata, 1991) espresentada para los estudios de vulnerabilidadde acuíferos y riesgos a la contaminación.

La vulnerabilidad de un acuífero se define comola mayor o menor capacidad del mismo de sufrircontaminación. Ella representa lascaracterísticas intrínsecas del acuífero quedeterminan una mayor o menor susceptibilidada la contaminación.


Figura 6 – Importancia del agua subterránea para el abastecimiento de agua potableen la Región Latinoamericana y Caribeña (Foster, Ventura y Hirata, 1987)


De este modo, la vulnerabilidad es función de:

· Inaccesibilidad de la zona saturada - quepor su vez es función del grado deconfinamiento del acuífero, la profundidaddel nivel freático o del acuífero, contenidode humedad de la zona no saturada yconductividad vertical hidráulica delacuiperm o acuitardo.

· La capacidad de atenuación de loscontaminantes en la zona no saturada – serelaciona con la distribución del tamaño delgrano y las fisuras del acuiperm o acuitardoy con la mineralogía del acuiperm o de lamatriz del acuitardo.

Foster y Hirata (1991) recomiendan la evaluaciónde la vulnerabilidad para cada contaminante oclase contaminante (nutrientes, patógenos,microorganismos, metales pesados, etc.), paracada grupo de actividades contaminantes

(saneamiento in situ, cultivos agrícolas,disposición de efluentes industriales, etc.).

La tabla 8 presenta una síntesis de lasprincipales actividades potencialmentegeneradoras de carga contaminante en el suelo.

Las limitaciones de la metodología son: laausencia de informaciones suficientes y dedatos confiables. La interpretación de los mapasde vulnerabilidad debe ser hecha con muchaprecaución, ya que, el concepto no poseevalidez científica.

La clasificación de vulnerabilidad de losacuíferos se muestra en la Figura 7.

Foster (1987 en Foster y Hirata, 1991) definió elriesgo a la contaminación de las aguassubterráneas como la interacción entre la cargacontaminante, que es o será aplicada al suelopor las actividades humanas, y la vulnerabilidaddel acuífero a la contaminación, de acuerdo consus características intrínsecas.

Figura 7. Sistema GOD para la evaluación del índice de vulnerabilidad del acuífero(compilado por Foster, 1987)


Tabela 8. Resumen de actividades potencialmente generadoras de carga contaminante alsubsuelo (Foster y Hirata, 1991). Las actividades en letra mayúscula son de ocurrencia más

frecuente en América Latina.

Actividad Características de la carga contaminanteCategoría de Principales Relativa DesvíoDistribución tipos de carga de

contaminantes hidráulica suelo

UrbanizaciónSANEAMIENTO SIN ALCANTARILLADO u/f P – D n f o + *- Fugas o desagües (a) u P – L n f o + *LAGUNAS DE OXIDACIÓNDE DESAGUES (a) u/r P o f n ++ *- Aplicación desagües al suelo u/r P – D n s o f +DESCARGA DESAGUES AL RIO u/r P – L n o f ++ *- Lixiviación de rellenos/ botadores (a) u/r P o s h *- Almacenamiento de combustibles u/r P – D o *- Drenaje por sumideros u/r P – D s o + *

IndustrialFugas de tanques/ tuberías (b) u P – D o h *Derrames accidentales u P – D o h +LAGUNAS DE EFLUENTESAL SUELO u P o h s ++ *APLICACIÓN DE EFLUENTES AL RIO u P – D o h s +DESCARGA EFLUENTES AL RIO u P – L o h s ++ *Lixiviación de botadores u/r P o h s *Drenaje por sumideros u/r P o h ++ *Precipitaciones aéreas u/r D s o

Agrícola

a. CULTIVO DEL SUELO- CON QUIMICOS AGRICOLAS r D n o- E IRRIGACION r D n o s +- con todos r D n o s- IRRIGACION DE AGUAS r D n o s f + RESIDUALESb. Cría de ganado/procesos r P f o n ++ * de cosechas- lagunas de efluentes r P - D n s o f- descarga efluentes al suelo r P - L o n f ++ *- descarga efluentes al río

Extracción de MineralesModificación régimen hidráulico r/u P - D s h *Descarga de agua del drenaje r/u P - D h s ++ *LAGUNAS DE RELAVES r/u P h s + *LIXIVIACION DE BOTADEROS r/u P s h *

(a) puede incluir componentes industriales n compuestos de nutrientes(b) puede ocurrir también en áreas no industriales f patógenos fecales(c) intensificación presenta el principal riesgo de contaminación o compuestos microorgánicos y/o

cargaP/L/D puntual/ lineal/ difusa orgánicau/r urbano/ rural s salinidad

h metales pesados


Los autores presentan la localización de losestudios de vulnerabilidad y riesgo a lacontaminación dentro de un esquema generalde evaluación y administración del recursohídrico. La determinación de riesgo tendría elobjetivo de identificar los acuíferos másvulnerables y las actividades potenciales alriesgo máximo de contaminación, con el fin deestablecer estrategias para la protección de losacuíferos para las próximas etapas(investigación y monitoreo de campo).

e) Modelos de simulación de flujo deagua subterránea

Los modelos de simulación matemática soninstrumentos de análisis para la mejor

comprensión de las condicioneshidrogeológicas de una cierta área de estudio,y prever situaciones futuras o pasadas, partiendode una situación real presente.

Actualmente los modelos matemáticos sonempleados comúnmente para estudioshidrogeológicos, principalmente en estudios dedefinición de perímetros de protección de pozosy contaminación de aguas subterráneas.

En gestión de acuíferos, los modelosmatemáticos son útiles para componer diversosescenarios futura de explotación, de acuerdocon el crecimiento de la demanda, definida porel crecimiento socioeconómico de la región.

La aplicación de modelos de simulación se basaen la ejecución de varias básicas, que se iniciacon la elaboración del Modelo Conceptual delárea de estudios.

Figura 8. Esquema conceptual del riesgo de contaminación de aguas subterráneas (modificada deFoster 1987, en Foster y Hirata 1991).


Modelo Conceptual – es el producto de laevaluación de los datos hidrogeológicos convistas a caracterizar una situaciónhidrogeológica en alguna región de interés.

Los elementos del modelo conceptual son(Domenico y Schwartz, 1997):

1. Esbozo hidrogeológico – contiene losprincipales rasgos hidrogeológicos definidospor investigaciones geológicas y ensayoshidráulicos. Es la síntesis acerca de lasinformaciones de forma, espesor,propiedades hidráulicas de las unidadesgeológicas regionales, la distribución decarga hidráulica y tasas de recarga de lasaguas subterráneas;

2. Condiciones de contorno – son definidas alo largo de los límites del dominio de la

simulación (tope y base), con la finalidadde delimitar la región que será modelada.Esas condiciones son requeridas para lasolución de cualquier ecuación de flujo deagua subterránea. Las condiciones decontorno más utilizadas son: contornosespecíficos de carga hidráulica y contornosespecíficos del flujo. La condición de noflujo es un caso especial de contorno deflujo, y de un contorno de flujo a cargaconstante, un caso especial de contornode carga específica. Cada condición decontorno puede proporcionar una zona derecarga o descarga. Las condiciones decontorno pueden ser caracterizadas por losrasgos hidrogeológicos como divisor deaguas subterráneas, una unidad acuíferade espesor fino y conductividad hidráulica

Figura 9. Posición de la determinación del riesgo de contaminación de aguas subterráneas en elesquema global de evaluación y administración del recurso hídrico sanitario.


baja. En modelos transientes, donde lacarga hidráulica varía en función del tiempo,es necesaria la definición de condicióninicial para la simulación en tiempo cero.

La simulación del flujo de agua subterránea secalcula por la solución numérica de unaecuación de flujo de agua subterránea.

Los métodos numéricos son utilizados pararesolver ecuaciones diferenciales parciales dela ecuación de flujo, en las cuales la cargahidráulica es desconocida.

Los principales enfoques numéricos utilizadospara la ecuación de flujo de agua subterráneason:

1. Método de las diferencias finitas – seutiliza la discretización (el área de estudio essubdividida en mallas o redes)regulares, enbloques rectangulares, en los que para cadacélula es definida un espesor m y un volumenmx y en el modelo bidimensional. En el modelotridimensional, con acuíferos y acuitardos, lasunidades individuales son caracterizadasverticalmente en cé lulas de espesoresespecíficos. Los espacios de las líneas ycolumnas pueden variar, pero es común unespaciamiento constante. Los nódulosrepresentan puntos de la malla donde la cargahidráulica es desconocida.

2. Método de elementos finitos – ladiscretización es hecha con elementos triangu-lares, permitiendo así una mejor distribución delos puntos de los nódulos. Es indicado paradefinir los contornos de acuíferos de formasirregulares, de manera que los nódulos puedancoincidir con los pozos de monitoreo o con losrasgos geográficos.

La figura 10 presenta dos enfoques numéricos.

El modelo conceptual es la fuente de informaciónpara el modelaje matemático, pues los datosson originados de este primer modelo.

La aplicación del modelo matemático implica lacreación de un banco de datos que crearía losrasgos considerados más importantes delmodelo natural.

Básicamente el modelo debe contener, en losnódulos o en las células, informaciones sobrela conductividad hidráulica, transmisividad,almacenamiento y flujos por fuentes osumideros (recarga, bombeo y evaporación), asícomo las condiciones iniciales y de contorno(Domenico y Schwartz 1997).

El modelo pasa entonces por unaCALIBRACIÓN, o sea, por un proceso de ajuste

entre parámetros seleccionados, entre cargashidráulicas medidas y previstas, o de datoshidrogeológicos relevantes, como cambios deflujo de drenajes entre puntos de monitoreo. Estaetapa tiene como objetivo evaluar los resultadosdel modelo.

El ajuste por tentativa y error es el procedimien-to más comúnmente usado, haciendo ensayoshasta que el error sea eliminado. Este ajustese realiza por la variación sistemática deparámetros del modelo (conductividad hidráuli-ca, almacenamiento, flujos o condiciones de con-torno), pudiendo o no existir procedimientosautomatizados en software.

Este proceso de calibración es una etapa im-portante para el uso de modelos matemáticos,ya que los sistemas hidrogeológicos son pococonocidos, y por eso, esos modelos necesitande varios ajustes para eliminar los errores oca-sionados por las diferencias entre los parámetrosmedidos y los previstos.

Los procedimientos para una mejor calibracióndependen de cada caso, y deben ser dirigidospara que los errores sean pequeños en relacióna la carga hidráulica total.

Estos procedimientos pueden estar basados en:

1. Error Medio = 1/n Sni=1

(hm – h

s)

i

2. Error Medio Absoluto = 1/n Sni=1

|(hm – h

s)

i|

3. Error de la Raíz Cuadrada de la Media =[1/n Sn

i=1|(h

m – h

s)2

i|]0,5

n es el número de puntos donde las compara-ciones son hechas, h

m es la carga hidráulica

medida en un punto i y hs la carga hidráulica

simulada en el mismo punto.El último error es indicado como la mejor medi-da cuantitativa, si los errores fueran distribui-dos normalmente; sin embargo otros procedi-mientos son necesarios para la calibración delmodelo, en adición a las estimativas del error,como chequear las direcciones y gradientes deflujo (Domenico y Schwartz 1997).

Después de la fase de calibración del modelo,se ejecuta un ensayo de verificación del mis-mo, con vistas a evaluar si el modelo muestrauna representatividad válida del sistemahidrogeológico estudiado. Usualmente ese en-sayo es hecho simulando una condición parti-cular donde se tenga una respuesta medidaconocida.

Después de esa etapa de verificación el modelopuede ser utilizado para la simulación de esce-narios diversos de acuerdo con los objetivos delproyecto.


Figura 10. Comparación de los métodos de diferencias finitas y elementos finitos. (a)Acuífero Hipotético; (b) enfoque posible de diferencias finitas; (c) enfoque posible de elementos

finitos (Mercer y Faust, en Stone 1999).


Los modelos tienen como objetivo presentar unavisión más amplia de determinada situaciónhidrogeológica, pero no producen númerosincuestionables, sus resultados representan unasimplificación de una realidad más compleja,por lo tanto, con posibles correcciones (Clearyen Ramos et al., 1979). Los modelos son ins-trumentos de análisis del profesional para to-mar decisiones técnicas de la mejor maneraposible (Cleary en Ramos et al., 1979).

Los modelos aplicados son determinísticos ensu estructura, o sea, engloban característicasfísicas de los acuíferos sin el elemento de faltade certeza en sus previsiones. Los modelosestocásticos vienen siendo desarrollados paraestudio de transporte de contaminantes, en loscasos en los cuales las heterogeneidadesgeológicas naturales, (que son responsables porlos efectos de la dispersión) son preponderantes(Cleary en Ramos et al., 1979).

f) La calidad de las aguas

Este ítem tiene como objetivo abordar losaspectos físico-químicos del agua subterráneay su calidad para el consumo humano. En lacontaminación de las aguas subterráneas, serápresentada los principales fundamentos teóricos.

ASPECTOS DE HIDROQUÍMICA Y CALIDAD- La composición físico-química de las aguassubterráneas es el producto de las diversasreacciones químicas que tienen lugar durantela infiltración de las aguas para la zona saturaday durante el tiempo que permanecen y semueven en el acuífero.

Los procesos de concentración del agua seinician con el enriquecimiento de gases e ionesen la atmósfera en el ciclo hidrológico. La mayorparte del agua de precipitación que se infiltra enel suelo, volverá rápidamente al ciclo. Sin em-bargo, un pequeño porcentaje alcanza grandesprofundidades por un largo tiempo de residencia,formando el agua subterránea.

Durante el proceso de infiltración, la velocidaddel flujo es muy lenta, pudiendo así reaccionarcon el medio y dar inicio a las reacciones quemodifican su composición química original.

En el acuífero, estos procesos actúan conmayor intensidad en el agua y pueden presentargrandes variaciones debido a la heterogeneidaddel medio rocoso.

Existen casos excepcionales en los cuales elagua subterránea no proviene directamente delagua meteórica; son las aguas juveniles (ogeotérmicas) y las conatas.

Las aguas juveniles son provenientes de lasaguas de precipitación que se infiltran enregiones activas, por ejemplo volcanes o fallasde grandes profundidades. En estos lugares,ellas adquieren mayor temperatura, presión yse enriquecen de gases y sales minerales.

Las aguas conatas tienen origen singenético conla roca almacenadora. Generalmente son aguasmarinas que fueron aprisionadas durante laformación del acuífero.

La composición química de las aguassubterráneas es producto de una serie deprocesos de mineralización, siendo aquídiscriminados los más importantes.

La concentración en iones o en elementos sehace por la disolución y por los ataques desubstancias contenidas en las rocas por dondeel agua atraviesa (Schoeller, 1962).

Así, los fenómenos de enriquecimiento de lacomposición química del agua son:

1) Disolución:1.1) De los gases: los principales gases

encontrados en el agua son N2, Ar, O

2. H

2 ,

He, CO3, NH

3 y CH

4. En la infiltración, el

equilibrio entre el agua y los gases serealiza rápidamente sobre presiónatmosférica. Ya en la región arriba de unacuífero existe una cierta inestabilidadpudiendo, sin embargo, entrar en equilibriodinámico en caso de existir un régimen demovimiento permanente entre el gas y elagua.

1.2) De las sales: la disolución de substanciascontenidas en las rocas es función de dosfenómenos: la disociación y la ionizaciónde un elemento.

2) Ataque Químico: de complejacomprensión, engloba muchas reacciones,que resultan en el enriquecimiento deelementos químicos en el agua. Losprincipales agentes del ataque químico son:

2.3) Hidratación: es el proceso de alteraciónmás común de muchos minerales,representando el proceso inicial de ataquequímico. Es definido como la penetraciónde la molécula de agua en el sistemareticular de los cristales de un mineral.

2.4) Hidrólisis: es uno de los agentes de ataquede ciertas substancias, tales comosilicatos. Sin embargo, no posee lapropiedad de reaccionar y descomponer


totalmente los minerales, pues ella tiendea entrar en equilibrio rápidamente con lareacción inversa. Para que la hidrólisis seprocese, es necesaria la eliminación deciertos elementos del medio, o el aporte deciertos iones, de modo que se “rompa” elequilibrio establecido. La eliminación deiones se dará por disociación de algúnelemento (ácido carbónico, por ejemplo).Los elementos hidrolisables generalmenteson sales de bases fuertes.

2.5) Oxidación y reducción: el proceso deoxidación frecuentemente ocurre enacuíferos que almacenan aguas de origensuperficial (Schoeller, 1962). Estosfenómenos se procesan con mayorintensidad en la zona de infiltración, másespecíficamente entre el nivel del suelo y lasuperficie del nivel freático (donde el aire, oel oxígeno y el agua coexisten). En elacuífero, la oxidación se procesa con menorintensidad, siendo que, a grandesprofundidades, la reacción casi no ocurre.Cuando el oxígeno es insuficiente, se da laretirada de estos dos óxidos, sulfatos,nitratos y nitritos. Los productos de lareacción son generalmente H2, H2S, CH4 yen menor frecuencia, S-, NO2

-, NH4+, Fe++ y

Mn. El Potencial de Oxi-Reducción(potencial redox) es la variación de la energíadebido a la adición o substracción deelectrones, con vistas a posibilitar laestabilidad de un elemento en un estadodado de oxidación.

El potencial redox se representa con el símboloeH y por la ecuación:

eH = eHo + (RT/nF). ln (<Ox>/<Red>)

<Ox> = concentración molar (actividad) delcuerpo oxidado

<Red> = concentración molar del cuerporeducido

eH = potencial medido en Volts

eHo = potencial del electrodo, cuando Ox =

Red

R = constante del gas

T = temperatura absoluta

N = número de electrones, o diferencia deelectrones entre los cuerpos oxidados y los

reducidos

F = Faraday = 96.540 Coulombs

El eH tiene la propiedad de caracterizar el medioen función de la oxidación y la reducción. Élmide la capacidad del ambiente de aportarelectrones a un agente oxidante, o de retirarelectrones de un agente reductor. En el aguadel suelo, la solución es compleja, pues existeninnumerables reacciones que ocurren en elmedio, siendo difícil su identificación y por tanto,la determinación de eH de cada reacción. Parala interpretación de ambientes hidrogeológicosse utilizan los diagramas de eH-pH. Estosgráficos indican los campos de oxi-reducción xpH que pueden ocurrir en la naturaleza para cadaelemento.

2.6) Ataque de los Ácidos: el ataque de losácidos en las rocas proviene del gascarbónico, del ácido nítrico, del ácidonitroso, del ácido sulfúrico y de los ácidosorgánicos. El Gas Carbónico es originariode la respiración de los organismos,microorganismos y de la descomposiciónde la materia orgánica existente en el suelo(principal fuente), del ataque químico delcarbonato existente por los ácidosorgánicos y de su disolución en laatmósfera. El ácido sulfúrico es el productode la oxidación de los sulfuros, atacandosobre todo a los carbonatos. El ácido nítricoy nitroso provienen de los fenómenos denitrificación y de los ácidos orgánicos delsuelo, son resultantes de la descomposiciónde vegetales por las bacterias; a pesar deser inestables, poseen suficiente tiempo devida para atacar a los carbonatos. Losácidos orgánicos son: butírico, fórmico,acético, propiónico, oxálico, fumárico,cítrico, tánico, láctico, valeriánico yproxínico.

3) Fenómenos Modificadores: Losfenómenos modificadores son procesossecundarios que cambian la composiciónquímica del agua. Los más importantes sonidentificados a continuación:

3.1) Reducción de los Sulfatos: ocurre enel agua subterránea y está relacionadacon la presencia de materia orgánica. Enaguas con contenido anómalo muyreducido de sulfato, están presenteselementos como H

2S, sulfuros e

hiposulfitos. Generalmente estareducción de sulfatos está relacionadacon regiones de turfa, lignitos, carbón ypetróleo. La reducción se atribuye a losmicroorganismos (bacterias) existentesen la materia orgánica.

3.2) Intercambio de Bases: es la propiedadde intercambiar iones de la roca con el


agua que está en contacto a través de laabsorción. Este intercambio de bases serealiza a través de tres tipos de absorción,siendo una de ellas intermediaria entrelas otras dos. La absorción física o deVan Der Waals posee una unión débilentre el absorbente y el absorbido; laabsorción química, se caracteriza por lasuniones fuertes de valencias y laintermediaria, es donde ocurren los dosfenómenos simultáneamente.

En general, el intercambio de bases atacaprincipalmente los cationes fijándose en lasuperficie o aun en el interior de las substancias,siendo que, los iones bivalentes se fijan mejorque los monovalentes.

Estas sustancias poseen la capacidad de ab-sorber e intercambiar bases y estánrepresentadas por los minerales arcillosos,minerales del Grupo de las Zeolitas, hidróxidode hierro y substancias orgánicas.

De una manera general, la fijación se dará en lasiguiente secuencia: H – Rb – Ba – Sr – Ca –Mg – K – Na – Li, en orden decreciente, enfunción del tipo de material arcilloso.

3.3) Concentración: el aumento delcontenido de sales disueltas en el aguase realiza de dos maneras: por disoluciónde nuevas cantidades de sales, que esfunción directa de la litología, y porevaporación, de influencia esencialmenteclimática. Los factores principales queinfluyen en la concentración por disoluciónson la temperatura, la presión, el área dela superficie de contacto, volumen deagua de contacto y solubilidad de loselementos constituyentes del contacto.La concentración de los elementosalcanzará un cierto límite, pues el aguatenderá a entrar en equilibrio con la rocade contacto. Este equilibrio es funcióndel tiempo, de la naturaleza del terreno yde la diferencia de concentración de lassales del agua y del terreno.

La solubilidad de las sales es el resultado de lacombinación de diversos iones que se formanen el agua. Las sales más comunes y que sedisuelven en gran cantidad son carbonato decalcio, carbonato de magnesio, cloruro de sodioy sulfato de calcio. La concentración será mayorcuanto mayor sea el período de tiempo detrayecto y menor la velocidad de circulación.

La concentración por evaporación posee lamisma regla que la disolución; sin embargo, laevaporación ocurre en regiones de clima pre-

desértico. La primera precipitación que ocurrees la del carbonato de calcio, después la delyeso, el carbonato o el sulfato de sodio. En estasregiones las aguas serán salobres, con elevadocontenido de residuo seco debido a la intensaevaporación.

La composición química resultante de las aguaspodrá o no ser utilizada para diversas actividadeshumanas (como p. ej: actividades industriales,agropecuarias y de abastecimiento humano),siendo que cada actividad tendrá exigencias demayor o menor restricción. Los patrones depotencialidad de las aguas para el consumohumano es el más exigente y restrictivo.

La Organización Mundial de la Salud presentapatrones de potencialidad para agua de consumohumano, cuya síntesis se encuentra en la tabla9.

CONTAMINACION DE LAS AGUASSUBTERRANEAS – la hidrogeología de loscontaminantes es una ciencia relativamentenueva, que se inició ante los varios casos decontaminación de acuíferos, por la existenciade muchos tipos de fuentes de contaminantesy por consistir en un problema a largo plazo, envistas de que la remediación para el problemaes muy complicada y costosa, y no siempreproduce resultados satisfactorios.

Fetter (1999) presenta una vasta gama de tiposde contaminantes encontrados en el aguasubterránea, y consisten en general encompuestos orgánicos sintéticos,hidrocarbonatos, cationes y anionesinorgánicos, patógenos y radionuclídeos.

Los estudios de contaminación del aguasubterránea son muy complejos, pues elcomportamiento de los contaminantes escomplejo. Algunos pueden sufrir procesos debiodegradación transformándose en otroscompuestos no contaminantes, o mucho másnocivos para la salud, otros pueden estarpresentes en el agua subterránea en formadisuelta y en la fase insoluble, o aún, presentarfases más y menos densas que el agua.

Los contaminantes sufren varios procesos deatenuación en el suelo hasta llegar al acuífero.Los procesos que ocurren en la zona nosaturada son la dilución hidrodinámica, sorcióniónica, intercambio iónico, hidró l isis,complexación, transformación bioquímicavolatilización. Los acuíferos más vulnerables ala contaminación son los no confinados,especialmente si el nivel freático es pocoprofundo (Foster y Hirata 1991).


Los patrones de potabilidad definen laconcentración permitida en el agua paraconsumo humano y los principalescontaminantes del agua subterránea.

Los patrones de potabilidad, como los expuestosen la tabla 9, definen la concentración permitidaen el agua para el consumo humano.

Las fuentes de contaminación son tambiéninnumerables y de diversas formas. Fetter (1999)presenta la clasificación de la Office of Tech-nology and Assessment (OTA) del Congresode los Estados Unidos, que lista más de 30fuentes potenciales de contaminación de aguasubterránea, dividiéndolas en 6 categorías:

1) Fuentes proyectadas para ellanzamiento de sustancias: 1.1) fosassépticas y sumideros para uso doméstico– que poseen como contaminantespotenciales una variedad decomponentes orgánicos e inorgánicos(indicadores: DBO, DCO, ColiformesFecales, Streptococos, nitrógeno total,amonia, nitrato, fósforo total eortofosfato); 1.2) pozos de inyección –usados para lanzar efluentes y otroslíquidos en zonas de subsuperficie pordebajo del nivel del agua, teniendo comocontaminantes efluentes peligrosos,agua salobre de pozos de petróleo,escurrentía urbana y rural, alcantarilladomunicipal, agua de retorno de refrigeracióny de calefacción, líquidos para aumentarla recuperación del aceite en campos depetróleo, agua tratada para recarga artifi-cial y fluidos usados en la minería. 1.3)Contaminantes aplicados en terrenos porsistemas de irrigación – efluentesmunicipales e industriales tratados o notratados, como la borra de tratamientode efluentes como fertilizantes del suelo,conteniendo nitrógeno, fósforo, metalespesados y componentes orgánicos, soncontaminantes potenciales.

2) Fuentes proyectadas para almacenar,tratar y/o disponer sustancias derelleno sanitarios: 2.1) a pesar de queestas construcciones sean hechas paraevitar la contaminación, los rellenossanitarios generan el lixiviado, quecontamina las aguas subterráneas. Losbasureros, o sea, áreas que recibendesechos domésticos (a veces de otrasactividades humanas) sin ningún criteriode disposición, a pesar de ser prohibidosen muchos países, visto su impactoambiental, todavía existen y son fuentes

potenciales de contaminación. Tambiénes común la disposición doméstica deresiduos, los cuales pueden contenercontaminantes como aceites y grasas,productos de jardín (pesticidas, sobrasde pintura, thinner, etc.). 2.2) Lagunas,tanques usados por las industrias, haci-endas y ciudades para almacenamientoy/o tratamiento de efluentes peligrosos yno –peligrosos, 2.3) Desperdicios de laminería, como suelos, sedimentos yrocas provenientes de las actividades deminería, residuos del beneficiamiento delas minas pueden generar contaminantes,como ácido sulfúrico, provenientes de lalixiviación de minerales sulfatados. 2.4)Cementerios – la descomposición liberamaterial orgánico y puede contaminar elagua subterránea con nivel de agua rasoy geología muy susceptible a lacontaminación. 2.5) Tanques dealmacenamiento superficial – roturas ovaciamientos pueden liberar productosdel petróleo, agroquímicos y productosquímicos, contaminando el suelo y lasaguas subterráneas. 2.6) Tanquesenterrados – para almacenar combusti-ble en puestos de gasolina, haciendas eindustrias, de productos químicos enindustrias, pueden poseer vaciamientospor corrosión de tanques de acero ofisuras en tanques de fibra de vidrio. 2.7)Locales de incineración y detonación –los químicos liberados de estos localespueden alcanzar el suelo por laprecipitación.

3) Fuentes proyectadas para retenersustancias durante el transporte: 3.1)en conductos de transporte de gas natu-ral, de productos del petróleo (aceitecrudo, gasolina diesel, combustible deaviación, kerosene, y amonia anhidro) yred de alcantarillado (bacterias, nitrógenoy cloretos) y otros líquidos, pueden ocurrirpérdidas por fisuras y roturas. 3.2)Transporte y transferencia de material –por camión y tren que pueden causarfiltraciones por accidentes en carreteras.

4) Fuentes que lanzan sustancias comoconsecuencia de otras actividades:4.1) el exceso de irrigación percolaatravés de la zona no saturada hacia elagua subterránea, cargando productosquímicos como fertilizantes y pesticidas.La mayor salinidad del suelo tambiénpuede ocurrir por la evapotranspiración delagua que es irrigada. Los pesticidas


Tabla 9. Síntesis de los Patrones de Potabilidad de la Organización Mundial de la Salud

Parámetro Unidad Patrón Parámetro Unidad Patrón

Color Pt/l 15 Aldrin y Dieldrin µg/l 0.03Olor - Inofensivo Benzeno µg/l 10

I Sabor - Inofensivo Benzo a pireno µg/l 0.01Turbidez UNT 5 Clordano µg/l 0.3Temperatura ºC - Clorobenzenos µg/l 0.1-10pH - 6.5-8.5 Clorofenoles µg/l 0.1-10Arsenio mg/l As 0.05 DDT µg/l 1.0Bario mg/l Ba - Eldrin µg/l -Cádmio mg/l Cd 0.005 Fenol µg/l -Plomo mg/l Pb 0.05 Heptacloro µg/l 0.1Cianetos mg/l CN 0.1 Hexaclorobenzeno µg/l 0.01Cromo mg/l Cr 0.05 Lindano µg/l 3.0

II Fluoretos mg/l F 1.5 III Metoxicloro µg/l 30Mercurio mg/l Hg 0.001 Pentaclorofenol µg/l 10Nitratos mg/l NO3 10 Tetracloreto de C µg/l 3.0*Nitritos mg/l NO2 - Tetracloretano µg/l 10*Plata mg/l Ag - Toxafenos µg/l -Selenio mg/l Se 0.01 Tricloroetenos µg/l 30*Aluminio mg/l Al 0.2 Trihalometanos µg/l -Surfactantes mg/l LAS - 1,1 Dicloroetano µg/l 0.3Cloretos mg/l Cl 250 1,2 Dicloroeteno µg/l 10Cobre mg/l Cu 1.0 2,4 D µg/l 100Dureza Total mg/l 500 2,4,6 Triclorofenol µg/l 10Hierro Total mg/l Fe 0.3 Alfa Total Bq/l 0.1

IV Manganeso mg/l Mn 0.1 Beta Total Bq/l 11.0Sodio mg/l Na 200 V Césio 137 Bq/l -STD mg/l 1000 Radio 226 Bq/l -ST mg/l - Estroncio 90 Bq/l -Sulfatos mg/l SO4 400 Tritio 3 Bq/l -Sulfeto de H mg/l S N.D. Coliformes Fecales Nº/100ml 0Zinc mg/l Zn 5.0 VI Coliformes Totales Nº/100ml 0

I – Parámetros físico-organolépticos,II – Parámetros químicos inorgánicos,III – Parámetros químicos orgánicos,IV – Parámetros químicos que afectan la calidad organoléptica,V – Parámetros radioactivos,VI – Parámetros biológicos;UNT – Unidad nefelométrica de turbidez,N.O. – No Objetable,N.D. – No Detectable,Bq/l – Becquerel/litro,* – Valor experimental.

Fuente: CETESB 1990.


pueden contaminar el agua subterráneacuando su uso es muy intenso.Generalmente los pesticidas sonbiodegradados, sin embargo losproductos resultantes de esabiodegradación (metabolitos) pueden serencontrados en el agua subterránea. LaAtrazina es uno de los pesticidas másusados en la agricultura. La aplicaciónde fertilizantes puede liberar nitrógeno,fósforo y potasio. 4.2) Residuos deanimales pueden contaminar el agua conbacterias, virus, nitrógeno y cloretos. 4.3)La aplicación de sal para deshielo denieve en avenidas libera ferrocianatoférrico y ferrocianato de sodio. Cromatoy fósforo pueden ser adicionados parareducir el potencial corrosivo de las sales.4.4) La escorrentía urbana contiene altasconcentraciones de sólidos disueltos yen suspensión de emisiones deautomóviles, aceites y grasas devehículos, aguas servidas, y filtracionesde la red de alcantarillado. 4.5) Loscontaminantes atmosféricos sondepositados en el suelo por laprecipitación o como polvo; loscontaminantes pueden ser provenientesde la emisión de vehículos, industrias,incinerados, y otros procesos industri-ales, generando hidrocarbonatos,productos químicos sintéticos y natu-rales, metales pesados, azufre,compuestos de nitrógeno. 4.6) El drenajeácido- ocurre con la lixiviación de lasrocas que contienen pirita, produciendoaguas ácidas que son drenadas de lasminas, resultando en la contaminaciónde las aguas superficiales ysubterráneas.

5) Fuentes que son conductos de pasajedel agua contaminada para losacuíferos: 5.1) los pozos de producciónde aceite, gas, energía geotérmica yagua, pueden servir de conductos decontaminantes durante la perforación delos pozos, ya sea pozos mal construidos,con revestimientos corroídos yabandonados, o pozos rasos puedenservir como receptores de basura. 5.2)los pozos de monitoreo y sondeo deexploración. 5.3) Excavaciones para laconstrucción, pueden remover laprotección natural de los acuíferos.

6) Fuentes naturales con interferenciasde actividades humanas: 6.1)interacción agua superficial – agua

subterránea, o sea, contaminación delagua subterránea por la infiltración decuerpos de agua superficial contaminada;6.2) Lixiviación natural de las rocas ysuelos aumentada con la lluvia ácidaprovocada por las actividades humanasque incrementan la concentración desales disueltas, que se infiltran ycontaminan el agua subterránea. 6.3)avance de la intrusión salina, con lasuperexplotación de pozos.

Según la National Water Quality Inventory (enFetter, 1999), las principales fuentes decontaminación son los tanques enterrados,seguidos por las fosas sépticas, actividades dela agricultura, rellenos sanitarios, lagunas otanques superficiales, locales de deposición deresiduos peligrosos abandonados.

Conceptos Básicos de Transporte de Masaen Medio Saturado – existen tres procesosbásicos de transporte de solutos.

La Difusión es el proceso a través del cual lasespecies iónicas y moleculares disueltas en elagua se mueven de áreas de mayorconcentración para áreas de menoresconcentraciones (Fetter, 1994). La Advecciónes el proceso por el cual el agua subterránease mueve cargando solutos disueltos. En esteproceso ocurre la dispersión, que diluye el solutoy disminuye su concentración. La Retardaciónde un soluto en movimiento es ocasionado porprocesos físicos y químicos que hacen que se“retarde” el movimiento del soluto.

La Difusión se rige por la ley de Fick, que de-scribe la siguiente ecuación en condiciones desteady state.

F = - D dc/dx,

Donde:

F = flujo de masa del soluto por unidad de áreapor unidad de tiempo

D = coeficiente de difusión (área/tiempo)

C = concentración del soluto (masa/ volumen)

dC/dx = gradiente de concentración (masa/volumen/ distancia)

En sistemas en los cuales laconcentración varía con el tiempo, la segundaLey de Fick, en una dimensión se expresa porla ecuación:

cC/ct = D c2C/cx2

Donde:

c2C/cx2 = cambio de la concentración con eltiempo.


El Coeficiente de Difusión Efectiva D*es utilizado y se expresa por la ecuaciónempírica:

D* = wD,

Donde,

w es un valor empírico determinado por ensayosde laboratorio.

Ese coeficiente representaría la posibilidad deque la solución se moviera y se difunda por lasaberturas existentes entre los granos mineralesy por eso poseen varios caminos en un bloqueporoso (Fetter, 1994).

Advección – es una tasa de agua subterráneaque se mueve y que puede ser determinada porla Ley de Darcy, y por la velocidad real del flujo(Vreal = q/ne). Los contaminantes que sufrenadvenimiento viajan en la misma razón que lavelocidad media lineal del agua subterránea.

Dispersión - la solución que se mueve en elmedio poroso, se mezcla con el agua nocontaminada, trayendo como resultado ladilución de la solución.

La mezcla que ocurre a lo largo de la línea deflujo se denomina Dispersión Longitudinal;aquella que ocurre normal a la trayectoria delflujo se llama dispersión lateral (Fetter, 1994).

La Dispersión Mecánica puede ser expresadapor: Dispersión Mecánica = a

Lv

x, donde a

L se

denomina dispersividad dinámica.

La Dispersión Hidrodinámica y los procesoscitados anteriormente ocurren en función delmovimiento de las aguas subterráneas; elparámetro Coeficiente de DispersiónHidrodinámica es definido y es función de lamezcla mecánica y la difusión.

La ecuación unidimensional está dada por laecuación:

DL = a

Lv

x + D*

Donde:

DL = coeficiente de dispersión hidrodinámica

longitudinal

aL = dispersividad dinámica

vx = velocidad media lineal del agua subterránea

D* = difusión molecular

Fetter (1994) presenta la ecuaciónunidimensional de la dispersión hidrodinámicadada por la ecuación:

DL c2C/cx2 – v

xcC/cx = cC/ct

Donde:

DL = coeficiente de dispersión hidrodinámicalongitudinal

C = es la concentración del soluto

vx = velocidad media del agua subterránea en ladirección x

t = tiempo entre el inicio de la contaminaciónhasta el momento requerido de la invasión delsoluto

La concentración C, a una cierta distancia, L,de la fuente de concentración C0 a un tiempo tse expresa por la siguiente ecuación:

C = C0/2 [erfc{(L – vxt)/(2ÖDLt)} + exp(vxL/DL).erfc{(L+vxt)/2ÖDLt)}]

Donde:

C = concentración del soluto (M/L3)

C0 = concentración inicial del soluto (M/L3)

L = largo de la trayectoria del flujo (L)

vx = velocidad media lineal del agua subterránea(L/T)

t = tiempo desde la liberación del soluto (T)

DL = coeficiente de dispersión longitudinal (L)

La dispersión mecánica es influenciada por lasheterogeneidades de la roca almacenadora.

La concentración de un soluto decaerá debidoa la dispersión hidrodinámica, pues el soluto seesparcirá en dirección del movimiento del aguasubterránea, así como, con menor efecto, en ladirección perpendicular del flujo (Fetter, 1994).

Retardación – el principal proceso de retardoes la adsorción, proceso físico causado por lasfuerzas de Van der Waals. Las superficies demateriales, principalmente arcilla, poseencargas eléctricas por su isomorfismo, unionesquebradas y defectos estructurales. La cargaeléctrica está desbalanceada y por eso atraeiones.

El factor de retardo puede expresarse por:

Factor de retardo = 1 + (rb/q).(K

d)

Donde:

rb = densidad de la masa seca del suelo (M/L3)

q = contenido volumétrico de humedad del suelo(adimensional)

Kd = coeficiente de distribución para el soluto

con el suelo (L3/M)


En casos de solutos reactivos, el movimientodel soluto puede determinarse por la ecuaciónde retardo dada por la expresión:

vc = vx/[1 + (rb/q).(Kd)]

Donde:

vx = velocidad media lineal (L/T)

vc = velocidad de la frente del soluto, donde laconcentración es la mitad del valor original (C/C0 = 0,5) (L/T)

En la degradación de componentes orgánicos(principalmente halogenados) se observan lossiguientes procesos: disolución,biodegradación, sustitución (interacción delagua y el componente halogenado sustituyendoOH- por X-, creando un tipo de alcohol),deshidrohalogenación, oxidación y reducción ehidrogenólisis (Fetter, 1994).

g) Evaluación Hidrogeológica yCartografía Hidrogeológica

Los estudios de evaluación hidrogeológica y lacartografía son temas íntimamente relacionados,ya que esta última es la representación espa-cial de la síntesis de los conocimientos. Losaspectos relacionados con estudioshidrogeológicos y cartografía son analizados enla literatura científica, por los siguientes pris-mas: a través del proceso evolutivo del conoci-miento, y de la función de los diversos tipos deestudios de hidrogeología.

Los estudios hidrogeológicos se vienen modifi-cando conjuntamente con la propia visión de lafunción del hidrogeólogo y del avance de losmétodos y técnicas de estudios.

En términos de cartografía hidrogeológica, unaidea de su evolución y de su papel es evaluadapor Collin (1991), quién identificó tres momen-tos (o estados) del desarrollo de la cartografíahidrogeológica, que a su vez retratan el estadoevolutivo de los estudios de hidrogeología.

En el primer estado, la cartografía representaun documento elaborado como un informe, lasinformaciones hidrogeológicas eran sobretodopuntuales y las espacializaciones se restringíana la carta geológica, frecuentemente traducidosen términos de litología.

En el segundo momento, la cartografía es ela-borada por hidrogeólogos especializados y exis-te una cierta padronización en los mapas; sinembargo, esa cartografía es analítica y poco“dinámica”. La caracterización de las condicio-

nes de recarga y las transmisividades introdu-ce un inicio en la idea de modelaje en los estu-dios hidrogeológicos.

El tercer momento identificado es la transmi-sión del conocimiento al público, hecha pormedio de cartas temáticas, que son ejecuta-das de dos formas; por superposición gráfica(adición o sustracción de una imagen a otra,produciendo una tercera familia de contornos),o por asociación preliminar de parámetros nu-méricos diversos y constitución de índex, queson objeto de procedimientos de interpolación.El contorno geológico permite definir las “regio-nes presumiblemente homogéneas”.

Otro enfoque del análisis de estos datos se basaen la existencia de varios tipos de estudioshidrogeológicos, influenciado por diversos fac-tores técnicos y operacionales, tales como:estado del arte del conocimiento, objetivos delproyecto, volumen y calidad de información delos datos disponibles, escala de estudio, manode obra, experiencia del profesionalhidrogeólogo, costo y tiempo. De acuerdo conesto los mapas hidrogeológicos son bastantediversos.

De esta forma, se pueden identificar dos ramasen los estudios hidrogeológicos. La primeraconsiste en estudios de evaluacioneshidrogeológicas y de relevamientos de carácterregional y sistemático ejecutados por los órga-nos de gobiernos estatales o federales (comodepartamentos o servicios geológicos), con elinterés de ofrecer en particular informacionessobre el comportamiento hidrodinámico y es-tructural de los sistemas acuíferos, y la poten-cialidad y calidad del recurso hídrico subterrá-neo.

En términos de cartografía, Struckmeier yKrampe (1992) clasifican los mapas resultan-tes de este tipo de estudio como los mapasgenerales y sistemáticos, que son la represen-tación gráfica de un inventario sistematizado ycentralizado de datos geológicos ehidrogeológicos, que tiene como objetivo cubriráreas extensas usando formas homogéneas deinterpretación, representación y escala.

La otra tendencia de desarrollo de los estudioshidrogeológicos está dirigida a temas específi-cos, sobre demandas especiales y se caracte-rizan por su gran variabilidad en cuanto a tipos,pudiendo o no pertenecer a los levantamientosregionales.


Los mapas derivados (Struckmeier y Krampe1992) resultantes de estos estudios específi-cos, pueden ser ramificaciones y salidas gráfi-cas de los mapas y bases de levantamientoshidrogeológicos sistemáticos, cuyos temas re-presentados están direccionados a problemasespecíficos, sirviendo a un grupo bien definidode usuarios.

Estos tipos de mapas (“problem-orientedhydrogeological maps”) son elaborados paramejorar el uso del conocimiento hidrogeológicoen planificación, desarrollo y protección de re-cursos naturales, por medio de técnicas mo-dernas de almacenamiento y gestión de datosen sistemas de información.

Los autores consideran también que algunasde estas cartas derivadas pueden ser simplis-tas para el profesional hidrogeólogo, sin embar-go pueden justamente atender las necesidadesde legos como, políticos, algunos planificado-res y hombres de decisión.

La tabla 10 de autoría de Struckmeier y Krampe(1992), esquematiza la clasificación de variostipos de mapas que pueden ser producidos enfunción del nivel de información disponible, deluso de los mapas y de los parámetros de repre-sentación.

Dentro de esta clasificación de Struckmeier yKrampe (1992) y del abordaje histórico de lostrabajos de hidrogeología, algunos ejemplos in-ternacionales y nacionales son presentados yanalizados.

Los estudios de evaluaciones regionales se rea-lizan normalmente con el objetivo de alcanzarmetas como el conocimiento del potencial deese recurso hídrico en una región y/o la aten-ción para la planificación regional, abastecimien-to rural, uso del suelo y asentamientos huma-nos.

Los trabajos de la Geological Survey of Canada–GSC (1967), de la Carta Hidrogeológica deMozambique (Ferro y Bouman 1992) y los es-tudios de la Cuenca del Río de La Plata (Orga-nización de Estados Americanos – OEA 1971)son evaluaciones hidrogeológicas regionalesbasadas en la síntesis de informaciones exis-tentes acerca del conocimiento hidrogeológicodel momento. En general, los estudios abarcanextensas regiones, como por ej. todo Canadá,Mozambique y la Cuenca del Río de La Plata, yson considerados aquí como estudios de reco-nocimiento de evaluación del recurso. Los ni-

veles de información son heterogéneos, con pro-blemas de falta y baja confiabilidad de datospara algunas regiones de la cuenca del río LaPlata y Mozambique. En base a los objetivosde estos levantamientos, la base de informa-ción es el área de investigación, las escalas detrabajo son bien pequeñas, 1:7.603.200 (GSC,1967) y 1:3.000.000 (Ferro y Bouman, 1992 yOEA, 1971).

Los levantamientos ejecutados en Canadá(GSC, 1967) y la cuenca del Río de La Plata(OEA, 1971) representan las primeras etapasdel proceso histórico de los estudioshidrogeológicos, donde la representaciónhidroquímica se restringía a las formacionesgeológicas y, efectivamente, sin una especiali-zación de los parámetros hidrogeológicos eva-luados; sin embargo, con el análisis de las con-diciones de alimentación (pluviometría ehidrología) se tiene una idea acerca de la diná-mica del medio estudiado. Ya los estudios deMozambique (Ferro y Bouman, 1992), a pesarde ser recientes, presentan las mismas carac-terísticas de estos dos estudios más antiguos,donde se han visto las limitaciones de nivel deinformación con respecto al agua subterráneaen la región.

Un segundo momento, con la evolución del pro-pio conocimiento hidrogeológico, las evaluacio-nes y la cartografía, propone transmitir una vi-sión más dinámica de la circulación de las aguassubterráneas y de sus condiciones de ocurren-cia, sin restringirse apenas a las condicionesestáticas (por ej: litología), y sí intentando pro-fundizar en la comprensión de otras áreas comoclimatología e hidrología (condiciones de recar-ga de acuíferos), histórico de la exploración ymodelaje matemático, que influyen temporal-mente en el comportamiento de las aguas sub-terráneas.

Margat (1981) propone para la CartaHidrogeológica de Francia (escala 1: 500 000)una evolución del modo de representación, pormedio de modelización de cierto número de sis-temas acuíferos regionales, clasificados por elmodo de alimentación, régimen de escorrentíade acuíferos libres o confinados y conexión conlos cursos de agua. Esto se sobrepone a lanaturaleza litológica de sus embalses, así comotambién a las condiciones límites combinadascon los factores estructurales e hidrodinámicos.Para la confección de la cartografía, el autor ela-boró una síntesis de los conocimientoshidrogeológicos actualizados.


Tabla 10. Representación gráfica en hidrogeología con relación al nivel de informacióny uso posible (Struckmeier y Krampe, 1992).

bajo avanzado alto

nivel de información (datos escasos y (más programas de (más análisisheterogéneos de investigación sistemática, hidrológicos devarias fuentes) datos más confiables) sistemas y

modelos de aguasubterránea)

uso posible MAPA MAPAS DE MAPASreconocimiento HIDROGEOLÓGICO PARÁMETROS REGIONALES DEy explotación GENERAL HIDROGEOLÓGICOS SISTEMAS DE

(mapa del acuífero) (serie de mapas, atlas) AGUASUBTERRÁNEA(modelosconceptuales derepresentación)

planificación y MAPA POTENCIAL REPRESENTACIÓNdesarrollo DE RECURSOS MAPAS GRÁFICA

HÍDRICOS HIDROGEOLÓGICOS DERIVADASUBTERRÁNEOS ESPECÍFICOS DE SISTEMAS

(mapas de planificación) DE INFORMACIONESgestión MAPA DE GEOGRÁFICASy protección VULNERABILIDAD DEL

AGUA SUBTERRÁNEA (mapas, secciones,bloques-diagramasy escenarios)

uso posible estático ____________dependencia del tiempo_____________dinámicobajo____________________confiabilidad__________________alto

parámetros de bajo______________costo por unidad de área _______________alto representación extensa _____________área representada_________________pequeña

pequeña____________________escala_____________________grande


Otro ejemplo de evaluación hidrogeológica re-gional está representado en el trabajo de laUnited States Geological Survey (U.S.G.S.,1992), cuya área evaluada fue el SistemaAcuífero Cambro-Ordovícico situado en la regiónoeste de los Estados Unidos. Se trata de unestudio completo, con caracterización hidrodi-námica y condiciones de ocurrencia,hidroquímica e isótopos, caracterización de lageometría de los embalses de agua subterrá-nea, la exploración y sus efectos. La dinámicase representa por medio de modelos matemáti-cos.

Algunos trabajos inician una cartografía de re-presentación de clases por aptitudes, como eltrabajo de Meister y Becher (1971) donde sedestaca la evaluación del potencial y la ade-cuación a los diversos tipos de uso del aguasubterránea. En lo que se refiere a las aptitu-des, esas formaciones se clasificaron en fun-ción de la potencialidad al uso (abastecimientopúblico e industrial), en excelente, muy bueno,bueno, regular y pobre.

Los relevantamientos hidrogeológicos sistemá-ticos son, en muchos países, atribuciones deresponsabilidad de órganos gubernamentales,y tienen por objeto aportar informaciones bási-cas acerca del conocimiento de las aguas sub-terráneas en los estados o países, por mediode trabajos sistemáticos en escalas que varíande regionales (generalmente 1:100.000 o 1:50.000) a locales (de 1: 25.000 a 1:10.000),dependiendo del país, de su historia de desa-rrollo cultural y económico.

En escalas mayores, los estudios sistemáticoselaborados poseen un abordaje más específi-co, cuyos temas desarrollados fueron determi-nados en función de características particula-res de los acuíferos y/o de las actividades so-cio-económicas locales. Los trabajos de laU.S.G.S., en los Condados de Pike y Fayette(respectivamente Davis (1989) y McElroy (1988),Pennsilvania (Estados Unidos de América), con-sisten en levantamientos de los recursoshídricos subterráneos a escala 1:50. 000, sinembargo, destacando los estudios relativos ala precipitación, factor de gran influencia en larecarga de agua subterránea de la región, en elCondado Pike, y los estudios sobre la cantidady calidad del agua subterránea y los impactoscausados en la minería de carbón, en el Con-dado de Fayette.El tercer momento del proceso histórico de losestudios hidrogeológicos, destaca la utilizaciónde cartas temáticas (escala 1:100.000), que

presentan la susceptivilidad del agua subterrá-nea para uso doméstico en las principales uni-dades hidrogeológicas (unidades litológicas),siendo clasificadas en: de uso generalmente norestringido, usualmente restringido y restringi-do, así como la susceptibilidad a la contamina-ción del agua subterránea proveniente de dese-chos domésticos, industriales y de la agricultu-ra, donde están representadas las unidadeshidrogeológicas y la susceptibilidad a la irriga-ción. Existen cuatro grupos de esta susceptibi-lidad: generalmente no restringidos, restringidospara ciertos usos por el alto contenido de sulfatode calcio o al riesgo de salinización del suelo,y restringido. Las extensiones y la productivi-dad de los principales acuíferos están descri-tas conjuntamente con las clasificaciones delas susceptibilidades.

Actualmente, el conocimiento hidrogeológico nose restringe apenas a los profesionales del área,sino también pretende atender la demanda depersonas legales. Esta necesidad, que ya exis-tía hace algún tiempo, creció sustancialmenteen consecuencia del aumento de trabajos inte-grados de planificación y análisis ambiental,donde los hidrogeólogos trabajan con profesio-nales de otras áreas y deben dar respuestassimples y directas a un público más exigente.Por otro lado, el agua subterránea en muchospaíses es el recurso hídrico más importante parael abastecimiento público, y los casos de con-taminación en acuíferos ocasionados por lasactividades industriales, urbanas yagropecuarias, impulsaron el desarrollo de in-vestigaciones sobre contaminación, así comotambién concientizaron a las poblaciones y alas personas tomadoras de decisiones de laimportancia del agua subterránea.

La cartografía es el recurso más utilizado paraesa transmisión de conocimientos, pues “tra-duce” y sintetiza el conocimiento hidrogeológico,así como también especializa los resultados,facilitando la comprensión del usuario.

Esta preocupación con el público lego es pre-sentada por Struckmeier y Margat (1989), don-de discuten los temas presentados en el Colo-quio Internacional sobre “CartografíasHidrogeológicas al Servicio del Desarrollo Eco-nómico y Social”, donde, dos temas desarrolla-dos estaban relacionados con los usuarios (“De-manda de los usuarios de cartashidrogeológicas: críticas a las cartas existen-tes y demandas futuras”, y “ Significado de lascartas hidrogeológicas para la planificación,desarrollo y gestión de los recursos en aguassubterráneas: estudios de caso donde las car-


tas hidrogeológicas o la ausencia de éstas puedeinfluir en los proyectos, en la planificación, o enel desarrollo y gestión del agua subterránea yla utilización de los suelos”).

Entre los varios resultados de este coloquio, sedestaca el diálogo entre los productores y usua-rios de la cartografía hidrogeológica, donde ideasy sugerencias fueron hechas a los hidrogeólogospor parte de planificadores, ingenieros,ecologistas y el público. También fue mostradaa usuarios inexperientes la necesidad de ins-trucción para hacer mejor uso de una carta.

La existencia de cartas hidrogeológicas para laplanificación, desarrollo, gestión y protección delmedio ambiente son presentados, así como tam-bién las pérdidas económicas causadas por laausencia de documentos de planificación y degestión adecuados. Estos ejemplos deben serllevados por los hidrogeólogos a los tomadoresde decisiones (políticos, economistas y ejecu-tivos).

En mesa redonda también fue evidenciada laimportancia de las cartas hidrogeológicas en laplanificación y explotación de los recursoshídricos y en la gestión y protección del medioambiente en países en desarrollo. Los funda-mentos, sin embargo, deben ser adaptados alas condiciones de estos países.

La técnica más avanzadas de cartografíahidrogeológica y estudios hidrogeológicos es eluso cada vez más constante del Sistema deInformación Geográfica (GIS o SIG), facilitandoprincipalmente el desarrollo de cartas temáti-cas.

El SIG tiene la función de ser un sistema cen-tral de gestión de bancos de datos geográficosy alfanuméricos que están en interfase con pro-gramas aplicados. En los estudioshidrogeológicos puede ser utilizado el modelomatemático de los acuíferos, modelos de simu-lación hidrogeológica, modelos digitales, repre-sentación gráfica de los resultados, gestión debases de datos y gestión del agua subterráneaen modos vectoriales y raster. El banco de da-tos puede contener aun informacionespluviométricas y climatológicas, recursoshídricos y demanda, datos de censo poblacional,etc.

En cartografía en SIG, los mapas para la ges-tión de recursos hídricos pueden ser editadoscomo cartas temáticas de potencialidad de re-cursos hídricos subterráneos, vulnerabilidad de

acuíferos, obtenidos por superposición numéri-ca y superposición visual de diversas cartastemáticas.

En Brasil, los estudios de evaluaciónhidrogeológica sistemática se restringen a al-gunas regiones del país y no poseen caráctercontinuo. Infelizmente se trata de “momentospolíticos” de períodos favorables al desarrollo deeste trabajo básico y de iniciativas de algunosprofesionales.

La inexistencia de relevamientoshidrogeológicos sistemáticos interfiere en eldesarrollo y ejecución de la cartografíahidrogeológica nacional. Algunos trabajoscartográficos son expuestos, sin embargo, setrata de resultados de estudios de iniciativa dealgunos órganos de investigación o de proyec-tos académicos, que abarcan regiones o áreasy/o temas específicos.

Como ejemplos de estudios hidrogeológicos ycartográficos en Brasil pueden citarse:

En São Paulo, entre 1970 y 1981, se elaboróuna estrategia de gestión de los recursoshídricos subterráneos en São Paulo, iniciado conestudios de relevamiento hidrogeológico queabarcó todo el estado (DAEE 1974, 1975,1976,1977, 1979a, 1979b, 1981a y 1981b). Estostrabajos consistieron, por Región Administrati-va, en la evaluación hidrogeológica, el balancehídrico y la caracterización de los recursoshídricos subterráneos por Sistemas Acuíferos,con el aná l isis de la hidrodinámica, lahidrogeoquímica y la calidad de las aguas, as-pectos constructivos de los pozos tabularesprofundos, perfil del usuario y del consumidorde las aguas subterráneas. Estos productosresultantes estaban basados en las informacio-nes de un amplio registro de pozos tabularesprofundos realizado en el período. Como con-secuencia de este trabajo de evaluación siste-mática, Campos (1993) presenta una caracteri-zación hidrogeoquímica de las provinciashidrogeológicas, con la propuesta de una carto-grafía a nivel de Estado de São Paulo, en esca-la 1:1.000.000, y la elaboración de la cartahidrogeológica del estado en fase final de eje-cución, de escala 1:500.000 (DAEE, en pren-sa). La falta de recursos humanos, estructura-les y financieros, y de apoyo político, atrasaronalgunos proyectos que serían resultantes deestos levantamientos, como esa cartahidrogeológica.


La Ley Estadual no. 6.134 (02/06/88) y su regla-mentación, el Decreto-Ley no. 32.955 (07/02/91),constituyen los aspectos legales y la continui-dad del proceso desencadenado por elrelevamiento sistemático. Sin embargo, la faltade una estructura de los órganos responsablespor la gestión, fiscalización y control de lasaguas subterráneas trajo como resultado la quie-bra de estas acciones programadas y la conse-cuente desactualización de los registros y elno cumplimiento de la ley.

La Companhia de Pesquisa de RecursosMinerais (CPRM) y el Servicio Geológico Na-cional desarrollan en Piauí el Programa de Apo-yo a la Gestión de Aguas Subterráneas (PA-GAS), donde ya inventariaron cerca de cuaren-ta municipios de ese Estado. El trabajo deBranco, Vinha y Soares Filho (1995) muestraresultados de estudios utilizando este inventa-rio en los municipios Oeiras y Picos (sur deTeresina) y el Sistema de Informaciones Geo-gráficas (SIG). Los mapas producidos fuerontratados geoestadísticamente y son los siguien-tes: mapas de isocaudales de prueba y deisocaudales específicos (productividad), super-ficie de tendencia de la salinidad, superficie detendencia de la cota del nivel estático, para to-dos los acuíferos existentes en Oeiras y Picosy específicamente para los acuíferos Cabeçasy Serra Grande. Los mapas de zonas favora-bles de exploración de aguas subterráneas sonresultados y síntesis de las áreas de mayorpotencial de disponibilidad y productividad.

En Rio Grande do Sul, la CPRM desarrolló enel Programa Relevamientos Geológicos Bási-cos, el proyecto Mapas de Previsión de Recur-sos Hídricos Subterráneos. El mapahidrogeológico de Santa María, escala1:100.000 es un resultado de este proyecto ycontiene informaciones hidrogeológicas de laregión, donde están dispuestosestratigráficamente los acuíferos locales y des-critas sus importancias hidrogeológicas relati-vas, así como también la zonificaciónhidroquímica y el balance hídrico, como infor-maciones auxiliares, y las condiciones proba-bles de aprovechamiento de las aguas subte-rráneas (CPRM, 1994).

El mapeo de la vulnerabilidad y riesgo de conta-minación de las aguas subterráneas en el Es-tado de São Paulo (IG/CETESB/DAEE, 1993),es uno de los primeros estudios que elaboraroncartas temáticas, que son: Carga Contaminan-te Potencial – fuentes puntuales, Carga Conta-minante Potencial – fuente saneamiento in situ

y cantidad de residuos sólidos generados, y elMapa de Vulnerabilidad de la Contaminación deAcuíferos).

La caracterización de la vulnerabilidad naturalde un acuífero se determina a través de combi-naciones de factores o parámetros disponiblescomo: tipo de ocurrencia del agua subterránea(o condición del acuífero), las características delos estratos que están encima de la zona nosaturada, de acuerdo con el método propuestopor Foster y Hirata (1991). La caracterizaciónde la carga contaminante en el subsuelo fuedividida en contaminación por fuentes difusas ypuntuales. Las cargas contaminantes potencia-les de fuentes puntuales fueron separadas enactividad industrial, disposición de residuos só-lidos, laguna de efluentes y actividad minera.Las fuentes dispersas evaluadas fueron las áreasurbanas sin red de alcantarillado.

El cruzamiento de la vulnerabilidad natural y lacarga potencial de contaminantes genera losgrados de riesgo de contaminación de las aguassubterráneas.

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

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INDICE

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CAPITULO 11

http://www.unesco.org.uy/geo/campinaspdf/campinasprimeras.pdf

http://www.unesco.org.uy/geo/campinaspdf/11gestion.pdf

recursos hidricos - ingenieroambiental.comingenieroambiental.com/4014/recur-hidri.pdf · los...

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