VULNERABILIDAD DE ACUFEROS

Existen diferentes metodologas utilizadas en la valoracin de la vulnerabilidad de un acufero a la contaminacin. En esencia, la mayora coinciden en determinar la vulnerabilidad en funcin de las caractersticas intrnsecas del medio. Se habla entonces de vulnerabilidad intrnseca, que Foster & Hirita (1991) definen como la sensibilidad del acufero para ser adversamente afectado por una carga contaminante impuesta. Se describen a continuacin los modelos ms usados:1. DRASTIC2. SINTACS3. GOD4. EPIK5. EKv6. hT'7. AVI8. BGR9. Lixiviacin de pesticidas1. DRASTICEl DRASTIC es un modelo emprico desarrollado por Aller et al (1987) para la Environmental Protection Agency, EPA (Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos). Es un mtodo usado tanto para la cualificacin como para la cartografa y se basa en la asignacin de ndices que van de 1 (mnima vulnerabilidad) a 10 (mxima vulnerabilidad), de acuerdo a las caractersticas y el comportamiento de las variables consideradas en el acrnimo DRASTIC: D: depth. Profundidad del agua subterrnea. R: recharge. Recarga neta. A: aquifer. Litologa del acufero. S: soil. Tipo de suelo. T: topography. Topografa. I: impact. Naturaleza de la zona no saturada. C: hydraulic conductivity. Conductividad hidrulica del acufero.Adems de la valoracin de 1 a 10 que se da a cada parmetro se pondera su influencia dentro de la evaluacin de la vulnerabilidad mediante la asignacin de unos pesos de 1 a 5, que variarn si el contaminante en cuestin es unpesticida, al ser ste menos voltil y ms persistente. Ambos ndices se multiplican y se suman los siete resultados para obtener una valoracin final, segn se indica en la siguiente expresin:DRASTIC = (Dr Dw) + (Rr Rw) + (Ar Aw) + (Sr Sw) + (Tr Tw) + (Ir Iw) + (Cr Cw)

En donde: r: indica factor de clasificacin o valoracin. w: indica factor de ponderacin.Los valores que adoptan los factores de clasificacin y de ponderacin para cada parmetro se resumen en las siguientes tablas:CLASIFICACIN VARIABLE "D"

Profundidad (m)Valoracin Dr

0-1,510

1,5-4,69

4,6-9,17

9,1-15,25

15,2-22,93

22,9-30,52

> 30,51

CLASIFICACIN VARIABLE "R"

Recarga (mm)Valoracin Rr

0-501

50-1033

103-1786

178-2548

> 2549

CLASIFICACIN VARIABLE "A"

Litologa del acuferoValoracin ArValor tpico Ar

Lutita masiva1-32

Metamrfica/gnea2-53

Metamrfica/gnea meteorizada3-54

Till glacial4-65

Secuencias de arenisca, caliza y lutitas5-96

Arenisca masiva4-96

Caliza masiva4-96

Arena o grava4-98

Basaltos2-109

Caliza krstica9-1010

CLASIFICACIN VARIABLE "S"

Tipo de sueloValoracin Sr

Delgado o ausente10

Grava10

Arena9

Agregado arcilloso o compactado7

Arenisca margosa6

Marga5

Limo margoso4

Arcilla margosa3

Estircol-cieno2

Arcilla no compactada y no agregada1

CLASIFICACIN VARIABLE "T"

Pendiente (%)Valoracin Tr

0-210

2-69

6-125

12-183

> 181

CLASIFICACIN VARIABLE "I"

Naturaleza de la zona no saturadaValoracin IrValor tpico Ir

Capa confinante11

Cieno-arcilla2-63

Lutita2-53

Caliza2-76

Arenisca4-86

Secuencias de arenisca, caliza y lutita4-86

Arena o grava con contenido de cieno y arcilla significativo4-86

Metamrfica/gnea2-84

Grava y arena6-98

Basalto2-109

Caliza krstica8-1010

CLASIFICACIN VARIABLE "C"

Conductividad hidrulicaValoracin Cr

m/dacm/s

0,04-4,084,6 10-5-4,7 10-31

4,08-12,224,7 10-3-1,4 10-22

12,22-28,551,4 10-2-3,4 10-23

28,55-40,753,4 10-5-4,7 10-26

40,75-81,494,7 10-2-9,5 10-28

> 81,49> 9,5 10-210

FACTOR DE PONDERACIN DEL MTODO DRASTIC

Tipo contaminanteVariable

DwRwAwSwTwIwCw

Pesticida5435342

No pesticida5432153

Finalmente se obtiene una valoracin final de la vulnerabilidad del acufero, que oscilar entre 23 (mnima) y 230 (mxima), aunque en la prctica el ndice vara entre 50 y 200. Si se considera contaminacin porpesticidaspodr tomar valores comprendidos entre 26 y 260. En la siguiente tabla se indica el grado de vulnerabilidad en funcin del valor obtenido por el mtodo DRASTIC:VULNERABILIDAD GENERALVULNERABILIDAD A PESTICIDAS

Grado vulnerabilidadValor DRASTICGrado vulnerabilidadValor DRASTIC

Muy bajo23-64Muy bajo26-73

Bajo65-105Bajo74-120

Moderado106-146Moderado121-167

Alto147-187Alto168-214

Muy alto188-230Muy alto215-260

El mtodo DRASTIC es el ms utilizado y suele ser muy til utilizar un sistema de informacin geogrfica (SIG) comoArc Viewpara combinar las distintas variables.Volver al principio2. SINTACSEl mtodo SINTACS es en realidad una derivacin delDRASTIC(utiliza los mismos parmetros), desarrollada por Civita et al (1990) como adaptacin a las caractersticas hidrogeolgicas de Italia y a una escala de trabajo de mayor detalle; por lo general el rea de estudio se divide en celdas cuadradas de 0,5 km de lado. El acrnimo SINTACS engloba: S: soggioacenza. Profundidad del agua subterrnea. Equivale aDenDRASTIC. I: infiltrazione. Infiltracin eficaz. Equivale aRenDRASTIC. N: effecto depurante del non saturo. Efecto de autodepuracin de la zona no saturada. Equivale aIenDRASTIC. T: tipologia della copertura. Tipo de suelo. Equivale aSenDRASTIC. A: acquifero. Litologa del acufero. Equivale aAenDRASTIC. C: conducibilit idraulica. Conductividad hidrulica. Equivale aCenDRASTIC. S: acclivit della superficie topografica. Pendiente de la superficie topogrfica. Equivale aTenDRASTIC.Al igual que en el caso delDRASTIC, se asigna una puntuacin (indicada con el subndice "r") de 1 (mnima vulnerabilidad) a 10 (mxima vulnerabilidad) a cada parmetro y se pondera cada uno con un peso (indicado con el subndice "w") de 1 a 5, para obtener una valoracin final segn la siguiente expresin:SINTACS = (Sr Sw) + (Ir Iw) + (Nr Nw) + (Tr Tw) + (Ar Aw) + (Cr Cw) + (Sr Sw)

La clasificacin de las distintas variables es ligeramente diferente a la del mtodoDRASTIC. A continuacin se describe la forma de asignacin de puntuacin a cada variable: Clasificacin variable S (soggioacenza).La puntuacin de la profundidad del acufero se obtiene mediante la siguiente grfica:

Clasificacin de la variable I (infiltrazione).Una vez realizado el correspondiente balance hidrolgico para calcular la recarga neta del acufero, la puntuacin asignada a esta variable se extrae de la siguiente grfica:

Clasificacin de la variable N (effecto depurante del non saturo).La puntuacin asignada a este parmetro depende de la naturaleza de la zona no saturada y se obtiene con el siguiente grfico:

Clasificacin de la variable T (tipologia della copertura).La valoracin de este parmetro es funcin del tipo de textura que presenta el suelo y se puede calcular con el siguiente grfico:

Clasificacin de la variable A (acquifero).Depende de las caractersticas hidrogeolgicas de la zona saturada, correspondiente al acufero, y la puntuacin se extrae el siguiente grfico:

Clasificacin de la variable C (conducibilit idraulica).La valoracin de la conductividad hidrulica del acufero se extrae del siguiente grfico, en donde en abscisas viene representada dicha conductividad en valores exponenciales de m/s:

Clasificacin de la variable S (acclivit della superficie topografica).Este parmetro es funcin de la pendiente topogrfica y su valoracin se obtiene de la siguiente grfica:

El mtodo de obtencin de las ponderaciones de cada variable tambin es diferente al utilizado en el sistemaDRASTIC. En este caso se tendr en cuenta a la hora de asignar los pesos la situacin real de la zona que ms se aproxime a una de las siguientes: Ordinaria: reas estriles sin cultivar o con cultivos que no utilizanpesticidas. Fuentes difusas de contaminacin potencial: reas sujetas a un uso abundante depesticidas, efluentes orgnicos, depsitos de sedimentacin y dispersin de aguas residuales, oleoductos, vertederos incontrolados, descargas de alcantarillas, reas industriales activas o abandonadas... Drenaje de cuerpos hdricos superficiales: reas que dependen del retculo hidrogrfico natural y/o artificial, incluidas las reas de regado con grandes volmenes de agua. Karstificacin profunda: reas fuertemente karstificadas tanto en la superficie como en el subsuelo, que presenta rpidas conexiones entre la superficie y el acufero.De esta manera, los pesos asignados a cada variable se pueden extraer de la siguiente tabla:FACTOR DE PONDERACIN DEL MTODO SINTACS

SituacinVariable

SwIwNwTwAwCwSw

Ordinaria5452331

Fuentes difusas5545322

Drenaje4442552

Karstificacin2513555

La evaluacin final de la vulnerabilidad del acufero tras el clculo del ndice SINTACS viene representada en la siguiente tabla:VULNERABILIDAD DEL ACUFERO SEGN EL MTODO SINTACS

Grado de vulnerabilidadValor SINTACS

Muy bajo23-80

Bajo81-105

Medio106-140

Alto141-186

Elevado187-210

Muy elevado211-260

El mtodo SINTACS presenta una estructura compleja, tanto para la entrada como para la salida de datos, por lo que se utiliza un programa informtico preparado especialmente para el mismo.Volver al principio3. GODLa metodologa GOD fue desarrollado por Foster (1987) y es un mtodo sencillo y sistemtico, por lo que se usa cuando se cuenta con escasos datos, stos no son fiables o no cubren la totalidad del territorio que se estudia. Por su estructura simple y pragmtica, es el mtodo utilizado en primer lugar para estimar el riesgo de contaminacin de un acufero, lo que sirve para establecer prioridades de actuacin a la vista de los resultados.Por contra, toma simplificaciones muy grandes como no tener en cuenta el tipo de suelo, la infiltracin efectiva ni la dispersin/dilucin de contaminantes dentro del acufero, por lo que se pierde definicin y no es posible diferenciar un tipo de contaminante de otro. As, el valor numrico obtenido significa una u otra cosa en funcin del contaminante que se considere y su interpretacin queda, en cierto grado, al criterio personal de quien la realiza.El mtodo GOD se basa en la asignacin de ndices entre 0 y 1 a tres variables, que son las que nominan el acrnimo: G: ground water ocurrence. Tipo de acufero o modo de confinamiento u ocurrencia del agua subterrnea. O: overall aquifer class. Litologa de la zona no saturada. Se evala teniendo en cuenta el grado de consolidacin y las caractersticas litolgicas y como consecuencia, de forma indirecta y relativa, la porosidad, permeabilidad y contenido o retencin especfica de humedad de la zona no saturada. D: depth to groundwater. Profundidad del agua subterrnea o del acufero.Estos tres parmetros se multiplican para obtener una valoracin de la vulnerabilidad de 0 (despreciable) a 1 (extrema):GOD = G O D0-1

Se puede corregir el hecho de no considerar directamente el suelo, que en general es un parmetro esencial, aadiendo sufijos al ndice de vulnerabilidad, que consideran la capacidad de atenuacin y el grado de fracturacin del suelo.El mtodo de asignacin de puntuaciones a cada variable y los grados de valoracin final se resumen en el siguiente esquema:

Volver al principio4. EPIKEl EPIK es un mtodo desarrollado por Doerfliger y Zwahlen (1997) para estimar la vulnerabilidad de acuferos krsticos. Se basa en la asignacin de unas puntuaciones a cuatro parmetros: E: epikarst. Zona de intensa karstificacin. P: protective cover. Cobertura de proteccin. I: infiltration conditions. Condiciones de infiltracin. K: karst network development. Red krstica.A diferencia de la mayora de mtodos, el EPIK asigna vulnerabilidades crecientes a medida que disminuyen los valores relativos de los parmetros considerados, ya que apunta a definir factor de proteccin del acufero en lugar de vulnerabilidad. Los parmetros son ponderados con cuatro factores de ponderacin y sumados entre si para obtener finalmente lo que se conoce como ndice de vulnerabilidad intrnseca o factor de proteccin. La expresin correspondiente se muestra a continuacin:V = (a E) + (b P) + (g I) + (d K)

En donde: V: factor de proteccin o ndice de vulnerabilidad. E, P, I, K: puntuaciones de los parmetros. a, b, g, d: factores de ponderacin.La descripcin de cada parmetro, as como la puntuacin que se les asigna y el valor de los factores de ponderacin se presentan a continuacin: Clasificacin de la variable E (epikarst). Representa la zona de intensa karstificacin y elevada permeabilidad cercana a la superficie. Se le pueden asignar tres valores diferentes, que se muestran en la siguiente tabla:CLASIFICACIN VARIABLE "E"

NotacinDescripcinValoracin

E1Red krstica tpica (dolinas, depresiones, cavidades, grutas...)1

E2Existen superficies de debilidad en la zona matricial que generan alineamientos (valles secos, alineacin de dolinas...)2

E3Ausencia de morfologa epikrstica3

Clasificacin de la variable P (protective cover). Formado por el suelo y otros materiales de cobertura como depsitos glaciales, loess, limos aluviales, derrubios de falda... Se le asignan cuatro valores en funcin del espesor de la cobertura:CLASIFICACIN VARIABLE "P"

NotacinDescripcinValoracin

P1Ausencia de capa protectora1

P2Cubierta protectora de poco espesor2

P3Capa protectora de espesor medio3

P4Cubierta protectora de baja permeabilidad4

Clasificacin de la variable I (infiltration conditions). El parmetro correspondiente a la infiltracin o recarga neta es el ms difcil de estimar. Contrariamente a otros mtodos, en ste la vulnerabilidad aumenta con el incremento de la pendiente, que favorece la concentracin de la escorrenta en los sitios ms karstificados. Pude tomar tres valores:CLASIFICACIN VARIABLE "I"

NotacinDescripcinValoracin

I1Regiones con vas accesibles para la infiltracin discreta1

I2Zonas con pendientes moderadas2

I3Zonas con elevadas pendientes3

Clasificacin de la variable K (karst network development). A la red krstica se le asignan tres valores posibles:CLASIFICACIN VARIABLE "K"

NotacinDescripcinValoracin

K1Red krstica bien desarrollada1

K2Zonas pobremente karstificadas2

K3Acuferos krsticos con descarga en medios porosos, o que presentan fisuracin, pero subordinada3

FACTORES DE PONDERACIN DEL MTODO EPIK

Valoracin propuesta por Doerfliger y Zwahlen (1997)

abgd

3132

Al realizar los clculos correspondientes con los valores relativos y los factores de ponderacin, se tiene que el ndice de vulnerabilidad o factor de proteccin de un acufero en medio krstico puede variar entre 9 (mxima vulnerabilidad) y 34 (mnima vulnerabilidad). Se obtienen as los siguientes grados de vulnerabilidad:VULNERABILIDAD DEL ACUFERO KRSTICO SEGN EL MTODO EPIK

Grado de vulnerabilidadValor EPIK (ndice de proteccin)

Alto9-19

Medio20-25

Bajo26-34

Los autores aaden una cuarta categora correspondiente a una vulnerabilidad muy baja cuando existe una cobertura de suelo detrtico de, por los menos, 8 metros de espesor, con baja conductividad hidrulica.Volver al principio5. EKvEl mtodo EKv, desarrollado por Auge (1995), considera que la vulnerabilidad es cualitativa y que representa el grado de proteccin natural de un acufero frente a la contaminacin. Se aplica en acuferos libres y se basa en la asignacin de puntuaciones que van de 1 (mnima vulnerabilidad) a 5 (mxima vulnerabilidad) a dos variables, que son: E: profundidad de la zona saturada. Kv: permeabilidad vertical de la zona saturada.Tras la valoracin de ambos parmetros, stos se suman y se obtiene una evaluacin final de la vulnerabilidad del acufero:EKv = E + Kv

Las puntuaciones que pueden tomar las dos variables consideradas se exponen en las siguientes tablas:CLASIFICACIN VARIABLE "E"

Espesor de la zona saturada (m)Valoracin

> 301

10-302

5-103

2-54

< 25

CLASIFICACIN VARIABLE "I"

Permeabilidad de la zona saturada (m/da)Composicin tpicaValoracin

< 0,001Arcilla, arcilla limosa1

0,001-0,01Limo arcilloso, limo2

0,01-1Limo, limo arenoso3

1-50Arena muy fina a limosa, arena fina, arena mediana a gruesa4

50-500Arena mediana y gruesa, grava arenosa, grava5

Al sumar ambas variables se obtiene un ndice final que puede variar entre 2 y 10 y queda representado en el diagrama de vulnerabilidad de acuferos libres:Kv165432

276543

387654

498765

5109876

54321

E

VULNERABILIDAD DEL ACUFERO LIBRE SEGN EL MTODO EKv

Grado de vulnerabilidadValor EKv

Muy bajo2

Bajo3-4

Medio5-7

Alto8-9

Muy alto10

Volver al principio6. hT'- Relacin de potenciales hidrulicosEste mtodo es aplicable a acuferos confinados o semiconfinados y en l se van a considerar las caractersticas fsicas y geomtricas del acuitardo, tales como permeabilidad vertical, espesor, porosidad, continuidad; y la diferencia de potenciales hidrulicos entre el acufero confinado por debajo del acuitardo y el acufero libre que queda por encima. Estas dos variables (diferencia de potenciales hidrulicos "h" y transmisividad del acuitardo "T'") son las que van a condicionar la vulnerabilidad del acufero profundo, siendo ste ms vulnerable cuanto mayor sea el flujo de agua que reciba. El acufero confinado slo puede ser contaminado por el libre en la zona de recarga, en la que la diferencia de potencial (h) favorece al libre, representada por h1 en la siguiente figura:

Los potenciales hidrulicos relativos de las unidades hidrogeolgicas involucradas resultan fundamentales, pues condicionan el flujo vertical. Si los niveles son parecidos, el flujo vertical a travs del acuitardo estar muy limitado, pero la dinmica vertical se acenta notablemente en condiciones de alteracin artificial. Una situacin tpica de alteracin artificial es la sobreexplotacin del acufero confinado o semiconfinado, lo que supone el descenso de su superficie piezomtrica, con la consecuente sobrecarga hidrulica del acufero libre en el techo del acuitardo, lo que facilita la filtracin vertical descendente y el acceso de contaminantes al confinado.Otras situaciones modificadoras de la comunicacin hidrulica tienen que ver con la continuidad y la litologa del acuitardo, ya que los cambios faciales influyen en su capacidad de transmisin de agua.Considerando las dos variables mencionadas (h y T') se establecen tres grados de vulnerabilidad, determinados en primer lugar por el gradiente vertical de potenciales hidrulicos y secundariamente por la transmisividad del acuitardo: h: si se denomina h1 al potencial hidrulico del acufero libre y h2 al del confinado, la vulnerabilidad de este ltimo se clasifica en:VULNERABILIDAD DEL ACUFERO CONFINADO SEGNh

Grado de vulnerabilidadRelacin h1-h2

Bajoh2 > h1

Medioh2~ h1

Altoh2 < h1

T': la tabla anterior se puede complementar teniendo en cuenta la clasificacin de la vulnerabilidad en funcin de la transmisividad vertical del acuitardo:VULNERABILIDAD DEL ACUFERO CONFINADO SEGNT'

Grado de vulnerabilidadTransmisividad (da-1)

Bajo< 10-5

Medio10-5-10-3

Alto> 10-3

Volver al principio7. AVIEl AVI (Aquifer Vulnerability Index) es un mtodo sencillo que cuantifica la vulnerabilidad en funcin del espesor de las capas homogneas por encima del acufero y de la permeabilidad de cada capa. Estas dos variables se relacionan para dar lugar al parmetro denominado "resistencia hidrulica",que indica el tiempo aproximado de flujo vertical de agua por unidad de gradiente de carga que atraviesa la zona no saturada, y se calcula por la expresin:C = bi / Ki

En donde: C: resistencia hidrulica (aos). bi: espesor de la capa homognea "i" que queda por encima de la zona saturada (cm), siendo i = 1,2,3....n Ki: conductividad hidrulica vertical de la capa homognea "i" que queda por encima de la zona saturada (cm/ao), siendo i = 1,2,3....nA partir de los valores que tome el parmetro C, la vulnerabilidad del acufero se clasificar segn indica la siguiente tabla, con vulnerabilidades crecientes cuanto menor tiempo necesite el contaminante para llegar al acufero:VULNERABILIDAD DEL ACUFERO SEGN EL MTODO AVI

Grado de vulnerabilidadResistencia hidrulica (aos)

Muy bajo> 10000

Bajo1000-10000

Medio100-1000

Alto10-100

Muy alto< 10

Volver al principio8. BGRLa metodologa BGR fue desarrollada en Alemania en 1993 porThe Federal Institute for Geosciences and Natural Resources(BGR) y se basa en la evaluacin de una serie de factores que determinan el tiempo de residencia del agua que se est infiltrando a travs de la capa no saturadas suprayacente al acufero. Lo que se est evaluando en realidad mediante este ndice es el efector protector de la superficie.Los tres factores que fundamentales que tiene en cuenta el mtodo son: Espesor de la zona no saturada. Conductividad hidrulica del suelo agrcola y de la zona no saturada. Tasa de percolacin, para tener en cuenta la recarga neta.Estos factores son evaluados individualmente de tal manera que se les asigna una puntuacin que depende de su valor y que ser funcin del grado de proteccin que pueden ofrecer al suelo. En este mtodo se supone que los elementos que influyen en la vulnerabilidad de los acuferos son el suelo vegetal y la zona no saturada. Asimismo, se consideran adicionalmente aspectos como las condiciones de presin en el acufero y si existen acuferos colgados.La puntuacin final se extrae de la siguiente expresin:PT = W S + [W (R E)] + Q + HP

En donde: PT: puntuacin total. Es una medida del tiempo de residencia aproximado del agua percolada en la cubierta de suelo y roca sobre el acufero. W S: aporta la contribucin de la capa vegetal del terreno. W (R E): evala el efecto de rocas y sedimentos ubicados bajo el terreno vegetal y sobre el sistema acufero analizado. Q: tiene en cuenta la presencia de acuferos colgados. HP: permite incorporar la condicin de confinamiento del acufero.Una vez evaluados todos los parmetros se obtiene un puntuacin final que determina el grado de proteccin del acufero, que se muestra en la siguiente tabla:VULNERABILIDAD DEL ACUFERO SEGN EL MTODO BGR

Grado de proteccinPuntuacin BGRTiempo de residencia del agua percolada (aos)

Muy alto> 4000> 25

Alto2000-400010-25

Medio1000-20003-10

Bajo500-1000Varios meses a 3 aos

Muy bajo< 500Das