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ESTRATEGIAS PARA PROTEGER LAS AGUASSUBTERRÁNEAS DE LA CONTAMINACIONFernando LÓPEZ-VERA 1RESUMENLa inclusión en las agendas y el ciclo político de estrategias de gestión de calidadde las aguas, es un proceso que suele ser largo y que se produce como resultadode presiones sociales y mediaticas. Hasta la fecha las estrategias deconservación de la calidad, cuando se han formulado se han centrado en laprotección de la captación de agua, mediante perímetros de protección que sedeterminan mediante el área de captura, el tiempo de transito, comportamientohidráulico del acuífero o la distancia de la fuente de contaminación. Otras líneasde actuación mas amplias se dirigen al acuífero, estableciendo una cartografía devulnerabilidad a la contaminación y de redes de control, mediante pozos ypiezómetros de observación y muestreo, en correspondencia a la importanciasocial y económica del recurso.Estas estrategias han resultado insuficientes, siendo necesaria la integraciónde estas medidas en programas más amplios que contemplen el manejo decontaminantes control de vertidos en origen y la ordenación del territorioPalabras Clave: Perímetros de protección de pozos, vulnerabilidad de acuíferos,aguas subterráneas, programas de gestión de calidad del agua.ABSTRACTThe inclusion of strategies for the management of water quality in the politicalagendas is a long process which is achieved by means of social and mediaticpressures. To date, these strategies have been focussed on the protection of watercaptation, using perimeters of protection which are determined by the captationarea, the transit time, the hydraulic behavior of the aquifer, or the distance from thepollution source. Other working lines are centered in the aquifer, establishing amapping of its pollution vulnerability and control networks, using test pits andpiezometers of observation and sampling, considering the social importance of theresource. These strategies are insufficient and it is necessary an integration oftheses measures in broader plans which take into account the handling ofcontaminants, the control of wastes in their origin and the ordenation of theterritory.Key Words: Perimeters of protection, aquifer vulnerability, ground waters,programs of management of water quality.IntroducciónDe acuerdo con el Diccionario de laLengua Española, estrategia es, “en un procesoregulable, el conjunto de las reglas que aseguranuna decisión óptima en cada momento”; en lapractica la toma de decisión suele estar retroalimentadacon interacciones complejas lo queprovoca que se vayan adoptando decisionessucesivas, vinculando y limitando las anteriores alas subsiguientes. De esta forma las decisionesprimeramente adoptadas son más estratégicasque las adoptadas con posterioridad. Por tanto,las alternativas consideradas en fases inicialesson más estratégicas que las contempladas conposterioridad. En los tres niveles de actuación:toma de decisión, análisis de alternativas yevaluación, los niveles estratégicos suelen tenerun mayor grado de abstracción que los nivelesposteriores que suelen tener un nivel mayor deconcreción.Suele considerarse que el nivel másabstracto corresponde a la “política”,considerada como la idea y guía de una acción.Los niveles progresivamente más bajos de1España. Universidad Autónoma de Madrid. E-mail: fernando.lopez-vera@uam.esRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 9-16, 2002. 9

LÓPEZ-VERA, F. Estrategias para proteger las aguas...actuación: planes, programas, proyectos, vanpresentando también una mayor concreción. Un“plan” es el conjunto de objetivos coordinados yordenados temporalmente para aplicar la políticay un“programa” la articulación de una serie de“proyectos” de actividades discretas, con unalocalización especifica por lo general y con unpresupuesto económico.En la practica la distinción entre políticas,planes y programas no es clara, pues esfrecuente que una política se formule a través deun plan o programa, sin que exista unaformulación expresa de la misma. A ellodebemos añadir la complejidad del ciclo políticoy de la toma de decisión así como la diversidadde contextos institucionales en que se gestan.En todos los foros internacionales sobremedio ambiente o recursos hídricos se alertasobre los peligros de contaminación de las aguassubterráneas y la necesidad de que losgobiernos adopten medidas para proteger losacuíferos como fuentes de suministro de aguapotable y aunque los gobiernos suelenadherirse firmando estos principios, la inclusiónen las políticas nacionales es muy irregular enfunción de que existan o no grupos de presiónque hagan incluir medidas concretas en laagendas políticas, López-Vera,F (2002 a). Enlos casos de mayor peligro o donde surgenproblemas graves de contaminación sueleponerse en marcha proyectos de establecimientode perímetros de protección alrededor de lascaptaciones y en el caso de áreas extensas sesuele realizar una cartografía de vulnerabilidadde acuíferos, para orientar la ordenación deactividades potencialmente contaminantes en elterritorio. Esta estrategia que se viene aplicandodesde hace unos cuarenta años se ha mostradoinsuficiente para una efectiva protección de lasaguas subterráneas.LA COMPLEJIDAD DEL PROCESO DE DECISIÓN Y LOSCONTEXTOS INSTITUCIONALESLa toma de decisión sobre la necesidad deproteger un acuífero o actuar sobre él, dependede cómo sea percibido el problemamediaticamente, por la opinión pública, por losintereses económicos puestos en juego y por lainfluencia de los grupos de presión, López-Vera,F (2002 b)Normalmente esta influido por el papelideológico y orientador de las políticas, frente almás pragmático de los planes y programas,pero el proceso de decisión política suelepresentarse por simplicidad de forma lineal,como ilustra la figura 1. La inclusión en lasagendas políticas depende de la construcciónsocial de la realidad en la que la percepcióncuenta más que la misma realidad. Desde estepunto de partida, las decisiones suelenadoptarse en contextos de urgencia, bajo lapresión de diversos intereses, presiones políticasy económica e imperativos burocráticos.10FIGURA 1.- EL CICLO POLÍTICO SEGÚN OÑATE EL AL (2002)En la fase de formulación, adquiere maspeso la intervención técnica, entra el análisis decoste-beneficio, complementados con técnicasmulticriterio, utilización de indicadores, análisisde riesgos y comparación de escenarios. En laejecución, interviene una dimensión operativa,que incluye la definición de objetivos, eldiagnostico, la elección de opciones, ladelimitación más precisa de los ámbitos deaplicación, la asignación presupuestaria, y unlargo etc.La última fase que racionalmente deberíacerrar el ciclo político de la toma de decisión, laevaluación, es desafortunadamente la que suelerecibir menos atención, pues los políticos suelenser remisos a que se evalúen sus actuaciones,que puedan poner en peligro su reelección omantenimiento del estatus, lo que muestra laescasa racionalidad en la que se desenvuelve elRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 9-16, 2002.

LÓPEZ-VERA, F. Estrategias para proteger las aguas...ciclo político. Pues la evaluación deberíarealimentar el ciclo.La toma de decisiones se inscribe a su vezen un marco temporal, que suele corresponder ala legislatura o mandato político, y se da en unmarco institucional variado así como muydiversos niveles administrativos.Figura 2 - Relación entre figuras de planificación cuando se consideran diferentesniveles administrativos, según Oñate, et al (2002)Hay que considerar la existencia dediversos niveles de administración desde lasupranacional a la local, en los cuales se repiteel ciclo de planificación de forma encadenadacomo muestra la figura 2. La revisión de unapolítica al máximo nivel, a través de laproducción de, por ejemplo, una directiva, unreglamento, un libro blanco o un programamarco, desencadena no solo la actualización deotras políticas al mismo nivel, sino también larevisión de políticas, planes y programasrelacionados con los niveles inferiores, tanto deplanificación como administrativos.Los diagramas anteriores permitenexplicar el proceso global de una política y lasucesión de decisiones, que van tomándosehasta su ejecución completa y operativa. Sinembargo, dos factores alejan en cierta medida larealidad de la planificación del marco teóricodescrito. En primer lugar, el proceso secuencialde la planificación no siempre se sigue de formaestricta, ni se desarrolla con la coherencia quelos conceptos teóricos parecen imponer. Ensegundo lugar, y como ya se ha comentado,existen dificultades objetivas para distinguir entrelo que es una política, un plan y un programa,pues esta relación no siempre es lineal como seha apuntado con anterioridad. Con lo cual nosiempre se sabe en que fase o en qué nivel seencuentra cada figura de planificación.sin embargo pocos países han puesto en marchaacciones sistemáticas para proteger losacuíferos tanto en cantidad como en calidad. Lapractica normal es adoptar medidas una vez quehan surgido los problemas por sobreexplotacióno contaminación, medidas que con frecuencia sehan mostrado insuficientes.Frente a la contaminación las estrategiasmás usuales han sido establecer perímetros deprotección alrededor de las captaciones y elestablecimiento de una cartografía de lavulnerabilidad de los acuíferos y ordenar deacuerdo con ella las actividades que puedan serpotencialmente contaminantes, Henderson, T.Ret al (1984); Foster, S, et al (1992) e Hirata et al(1999). Con menos frecuencia se combinanambos métodos de protección y aun es menosfrecuente que se apliquen de forma sistemática.Perímetros de protección de captacionesLa forma más antigua de proteger unacaptación (pozo o manantial) de unacontaminación es restringir el uso del terreno quela circunda, Canter el al (1987). Esteprocedimiento ya se utilizaba en Europa desde elsiglo XIX, pero es a partir de la década de 1930cuando se aplica con criterios científicos, alestablecerse que los pozos debían estaralejados de las fuentes potenciales decontaminación al menos una distancia tal quepermita que el tiempo de transito del aguasubterránea sea al menos de 50 días, que seconsideraba suficiente para eliminar losmicroorganismos patógenos. Esta idea esEstrategias convencionales en la protección dela calidad de las aguas subterráneasLa importancia de las aguas subterráneaspara el abastecimiento es un hecho reconocido, recogida en la normativa sanitaria de numerososRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 9-16, 2002. 11

LÓPEZ-VERA, F. Estrategias para proteger las aguas...países. En Estados Unidos de América serecoge también en la Safe Drinking Water Act,promulgada en 1986.Según ha ido progresando elconocimiento del flujo del agua subterránea y eltransporte de contaminantes se ha definido laZona de Captura, como el área que contribuyedirectamente a la captación y que es función delas condiciones hidrogeológicas y de loscaudales de bombeo de los pozos y de descargade los manantiales. El concepto de Perímetro deProtección ha quedado como una figuranormativa en la legislación, que en ocasiones selimita a establecer radios fijos arbitrarios. Uno delos problemas radica en aproximar el conceptode Area de Captura al de Perímetro deprotección, esto es la transposición sencilla delos datos hidrogeológicos a la normativa legal.Otro radica en la sensibilidad del métodoutilizado para el establecimiento del área decaptura, en el sentido de las dificultades quepueden causar las heterogeneidades delacuífero, junto a la falta de informaciónnecesaria. Hirata, et al (1999) revisan nueve delos métodos utilizados en el establecimiento delos Perímetros de Protección que dan comoresultados diferentes trazados. Concluyendo queel método más preciso en el numérico, basadoen la modelización matemática del flujo ytransporte del contaminante, si bien su principaldesventaja es la gran cantidad de datos y portanto su alto costo.Otro método igualmente fiable es laaproximación de los tiempos de transito, basadoen datos hidroquímicos e isotópicos para definirdirecciones y flujo, (López-Vera, F, (1980) yLópez-Vera, F et al 1980 y1995), si bien enocasiones la interpretación de resultados resultaambigua y requiere análisis especiales lo quedispara su costo.Por otra parte Foster, S et al (1988)plantea el problema de la alta concentración delos perímetros de protección, en áreasintensamente urbanizadas. Además de losconflictos que suele producir las restricciones deuso del suelo en las propiedades privadas.Cartografía de vulnerabilidad de los acuíferosLa vulnerabilidad de acuíferos es unconcepto introducido a finales de los años 60,(Albinet, M et al 1970) que presenta la ventajade ser de fácil comprensión, pues implica elestablecer una actividad antrópica en función dela capacidad del medio para soportarla (López-Vera,F 2000). Sin embargo algunos autoresvinculan el concepto de vulnerabilidad a laintensidad de uso como fuente de agua potabledel acuífero y la disponibilidad de fuentesalternativa. Otros, establecen la vulnerabilidad deun acuífero en función de sus características12hidrogeológicas y geoquímicas (López-Vera, F1990, López-Vera, F. et al 1995) . Aunque latendencia es integrar ambos conceptos.La cartografía de la vulnerabilidad deacuíferos debe analizar las características de lazona no saturada que reduzcan el tiempo dellegada de contaminantes y reduzca laconcentración de los contaminantes. Estosmétodos cartográficos resultan muy eficacescuando es necesario cubrir una gran área,resulta necesario analizar un gran numero deactividades potencialmente contaminantes y sedispone de información reducida. Así como enáreas donde la complejidad geológica es grande.Como problemas principales, lacartografía de vulnerabilidad de acuíferos nopresenta la exactitud necesaria para estableceruna protección efectiva de las captaciones. Porotra parte, la proliferación de métodos ya nosinforma de las incertidumbres que arrojan. Hirataet al (1999) analizaron diecinueve métodos enuso para la determinación de la vulnerabilidad yel riesgo de contaminación de acuíferos. Muchosde estos métodos incluyen varios parámetrosreunidos, con frecuencia, bajo la forma demultiplicación o de adición, lo que les haceperder su significado físico, al tiempo queincrementan la incertidumbre en la informacióncon lo que la posibilidad de error es elevada. Enotras ocasiones, se requiere una informacióndetallada de pocos puntos, obviando la variableespacial. Por otra parte la multiplicidad demétodos no permiten comparar unas regionescon otras.La cartografía de vulnerabilidad se hamostrado una herramienta potente en laordenación del territorio pero por si sola semuestra insuficiente para proteger de formaefectiva las aguas subterráneas. Aunque unavariante es la cartografía detallada con ensayosin situ de emplazamientos localizados devertederos o actividades potencialmentecontaminantes.Nueva estrategia integral de protección de lasaguas subterráneasTanto la técnica de los Perímetros deProtección, como la de Vulnerabilidad deacuíferos presentan serias limitaciones para laprotección efectiva de las aguas subterráneas.Una posible estrategia debe integrar ambastécnicas que se muestran complementarias eincluir actuaciones de “comienzo de tubería”,esto es el control directo de los vertidoscontaminantes al terreno, integrados en un nivelmás elevado de actuación, programas quearticulen actividades discretas con unalocalización especifica y con un presupuestoeconómico. Estos programas deben partir delreconocimiento de los acuíferos, el inventario deRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 9-16, 2002.

LÓPEZ-VERA, F. Estrategias para proteger las aguas...pozos y terminar con un monitoreo cualitativo ycuantitativo que permita comprobar la efectividadde la estrategia adoptada y realimentar elproceso de toma de decisión.Estrategia de gestión de la calidad de las aguassubterráneas en la Unión EuropeaLa decisión estratégica de gestionar lasaguas subterráneas ha adquirido en la UniónEuropea una complejidad extraordinaria teniendoen cuenta que se ha tomado al máximo nivel yque se trata de un conglomerado de estados contradiciones y leyes propias. El problema estabapresente en los foros cívicos, técnicos ymediaticos desde hace cuatro décadas hastacristalizar en la directiva 2000/60/CE. Laprotección de las aguas subterráneas constituyeun objetivo básico de la Directiva del ParlamentoEuropeo y del Consejo, por la que se estableceun marco comunitario de actuación en el ámbitode la política de aguas. Era de esperar, teniendoen cuenta que en el proceso de su gestacióntienen un papel muy destacado las conclusionesdel Seminario Ministerial sobre aguassubterráneas celebrado en La Haya en 1991,desarrolladas después por sendas Resolucionesdel Consejo de 1992 y de 1995 exigiendo unprograma de actuación sobre aguassubterráneas con medidas para evitar sudeterioro a largo plazo, tanto en los aspectoscuantitativos como cualitativos.Por ello, aunque la Directiva declarecomo finalidad primordial mantener y mejorar elmedio acuático de la Comunidad, y este objetivose refiera fundamentalmente a aguas desuperficie, tiene en cuenta también que el estadode una masa de agua subterránea repercute enlos ecosistemas acuáticos y terrestres a ellaasociados y, desde esa perspectiva, se exige unbuen estado cualitativo y cuantitativo de lasaguas subterráneas.Por otra parte es objetivo de la Directivalograr la sostenibilidad de los usos de agua en laComunidad, por lo que también desde esteenfoque contempla una protección cuantitativa ycualitativa de las masas de agua subterráneautilizadas - o potencialmente utilizables- para elsuministro de agua destinada al consumohumanoDentro de esta decisión estrategia, laDirectiva desarrolla unos programas y unanormativa y previo a ello establece unasdefiniciones de los conceptos que maneja queincluimos como anexoProgramas de actuación en aguassubterráneasLa Directiva impone a los paísesmiembros establecer como mínimo lossiguientes programa, con un plazo de tiempoestablecido:1.-Análisis de las características de cadademarcación hidrográfica a realizar dentro delplazo de 4 años, que en relación con las aguassubterráneas debe incluir:a) Una caracterización inicial de todas lasmasas de agua subterránea, para la que sepodrán agrupar distintas masas de agua yutilizar los datos existentes. Incluye ubicacióny límites de cada masa de agua, presiones(fuentes de contaminación difusa y puntual,extracciones, recarga artificial),características de estratos suprayacentes enla zona de alimentación de la masa,identificación de masas de las que dependandirectamente ecosistemas de aguassuperficiales o terrestres.b) Una caracterización adicional de las masas ogrupos de masas de agua subterránea quepresenten un riesgo, para determinar laimportancia del mismo y las medidas quedeban adoptarse. Incluye información sobrela incidencia de la actividad humana ycaracterísticas geológicas e hidrogeológicasdel acuífero (permeabilidad, porosidad,confinamiento), de los depósitos superficialesen la zona de alimentación (espesor,porosidad, permeabilidad, propiedadesabsorbentes), estratificación del agua dentrodel acuífero, inventario de masas de aguasuperficial y ecosistemas terrestres con losque está conectada la masa de aguasubterránea (con direcciones y tasas deintercambio de flujos), tasa media anual derecarga a largo plazo, composición químicade las aguas subterráneas (especificandoaportaciones de la actividad humana).2.- Estudio de las repercusiones de la actividadhumana en el estado de las aguassubterráneas a realizar dentro del plazo de 4años, que para las masas que se considerepueden no ajustarse a los objetivosmedioambientales del artículo 4 de ladirectiva, debe recoger:a) Puntos de extracción de más de 10 m 3 /día oque se destinen a consumo humano de másde 50 personas ( con su ubicación, tasamedia de extracción, composición química delagua extraída). Puntos donde se realiza unarecarga artificial directa (con ubicación, tasade recarga, composición química del aguaintroducida). Usos del suelo en la zona dealimentación de la masa de agua (conexpresión de entradas contaminantes yalteraciones antropogénicas de la recarganatural).b) Incidencia del nivel de las aguassubterráneas en aguas superficiales yecosistemas asociados, en la regulaciónhidrológica, protección contra inundaciones,drenaje de tierras o en el desarrollo humano;Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 9-16, 2002. 13

LÓPEZ-VERA, F. Estrategias para proteger las aguas...AnexoDefiniciones sobre aguas subterráneas utilizadas en la Directiva 2000/60/CE− Aguas subterráneas: todas las aguas que se encuentran bajo la superficie del suelo en la zona desaturación y en contacto directo con el suelo o el subsuelo.− Aguas continentales: todas las aguas quietas o corrientes en la superficie del suelo y todas lasaguas subterráneas situadas hacia tierra desde la línea que sirve de base para medir la anchurade las aguas territoriales.− Acuífero: una o más capas subterráneas de roca o de otros estratos geológicos que tienen lasuficiente porosidad y permeabilidad para permitir ya sea un flujo significativo de aguassubterráneas o la extracción de cantidades significativas de aguas subterráneas.− Masa de agua subterránea: un volumen claramente diferenciado de aguas subterráneas en unacuífero o acuíferos.− Demarcación hidrográfica: la zona marina y terrestre compuesta por una o varias cuencashidrográficas vecinas y las aguas subterráneas y costeras asociadas, designada como principalunidad a efectos de la gestión de las cuencas hidrográficas.− Estado de las aguas subterráneas: la expresión general del estado de una masa de aguasubterránea, determinado por el peor valor de su estado cuantitativo y de su estado químico.− Buen estado de las aguas subterráneas: estado alcanzado por una masa de agua subterráneacuando tanto su estado cuantitativo como su estado químico son, al menos, buenos− Buen estado Químico de las aguas subterráneas: estado químico alcanzado por una masa deagua subterránea que cumple todas las condiciones establecidas en el cuadro 2.3.2 del anexo Vde la directiva (referentes a la concentración de contaminantes, a su incidencia en la calidadecológica o química de las masas de agua superficial asociadas, y a posibles intrusiones - salinaso de otro tipo- en la masa de agua subterránea).− Estado cuantitativo de una masa de aguas subterránea: la expresión del grado en que afectan auna masa de agua subterránea las extracciones directas e indirectas.− Buen estado cuantitativo: el estado definido en el cuadro 2.1.2 del anexo V de la directiva,(referido al nivel piezométrico de la masa de agua subterránea ya sus posibles alteraciones).− Recursos disponibles de aguas subterráneas: valor medio inter-anual de la tasa de recarga totalde la masa de agua subterránea menos el flujo inter-anual medio requerido para conseguir losobjetivos de calidad ecológica en el agua superficial asociada, evitar disminuciones en el estadoecológico de tales aguas y daños a los ecosistemas terrestres asociados.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 9-16, 2002. 16

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...USO DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA(SIG) PARA LA DETERMINACIÓN DE PARÁMETROSUTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE MAPAS DEVULNERABILIDAD DE ACUÍFEROSEsteller,M.V 1Quentin,EDíaz-Delgado,C.RESUMENLa validez y fiabilidad de los mapas de vulnerabilidad de acuíferos a lacontaminación depende en gran medida de la disponibilidad de unacantidad importante de datos de gran calidad y de su posterior tratamiento.Integrar esta información en un Sistema de Información Geográfica (SIG)sirve para asegurar su representatividad, disponibilidad oportuna y manejode la misma. Ante esta situación se ha diseñado un SIG para el estudio delacuífero del Valle de Toluca (Altiplano mexicano) que ha permitidoconcentrar la información existente en diversos organismos públicos yprivados así como homogeneizar y tratar dicha información con objeto deabordar diversos tipos de estudios de carácter hidrogeológico. Uno de estosestudios es la elaboración del mapa de vulnerabilidad del acuífero mediantela aplicación de la metodología DRASTIC. Un primer paso fue establecer elmapa de profundidad del nivel piezométrico con base en diversos métodosde interpolación, de esta forma se pudo comprobar que el método Kriginglineal es el que ofrecía mejores y más consistentes resultados, además deser el más sencillo de aplicar. Igualmente, se comprobó la ventaja del usode SIG ya que facilitó el almacenamiento y tratamiento de la información, asícomo la elaboración de los diversos tipos de mapas y su superposición.ABSTRACTReliability and validity of the maps of groundwater vulnerability stronglydepend on the availability of an important amount of data of great quality andits later treatment. Putting this information into a geographic InformationSystem (GIS) serves to assure its representativeness, opportune availabilityand manipulation of the same one. A hydrogeologic GIS for the study of theaquifer of the Valley of Toluca has been designed (Mexican Highlands). ThisSIG has allowed to concentrate the existing information in diverse public andprivate organisms as well as to provide the optimal data representation andto manipulate this information with object to approach diverse types ofhydrogeological studies. One of these studies is the elaboration ofgroundwater vulnerability map by means of DRASTIC methodology. A firststep was to establish the map of depth to water using diverse methods ofinterpolation,. It was possible to be verified that the linear kriging method isthe one that offered better and consistent results, besides to be simplest toapply. Others advantages of the SIG use are the ease for the storage anddata processing, as well as for the elaboration of the diverse types of mapsand its superposition.Palabras clave: vulnerabilidad de acuíferos, DRASTIC, SIG, métodos de1 Centro Interamericano de Recursos del Agua – Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma del Estado de México.Cerro Coatepec S/N; C.U. 50130 Toluca (Edo. de México) Mexico. Phone: (52) 722 2965550 Fax: (52) 722 2965551.Email: esteller@uaemex.mxRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30 17

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...interpolación.INTRODUCCIÓNEn la actualidad, existen diversas herramientascomputacionales que contribuyen en larealización de estudios sobre el manejointegrado de los recursos naturales; entre estasherramientas destacan los Sistemas deInformación Geográfica (SIG), los cualespermiten analizar la variabilidad espacial ytemporal de los diferentes datos que conformanla información necesaria para llevar a caboestudios de esta naturaleza.En el caso concreto de los estudioshidrogeológicos, el uso del SIG es bastantereciente, y su empleo se ha impuesto a medidaque se han conocido sus ventajas. Un SIGpermite el almacenamiento, manejo,procesamiento y análisis de los diferentes tiposde datos que se utilizan en estos estudioshidrogeológicos, además facilita la elaboraciónde mapas temáticos para cada uno de losatributos que se definan en la base de datos; asícomo el análisis y procesamiento de los datos deentrada y salida de modelos matemáticos desimulación (GOGU et al., 2001; BARAZZUOLI etal., 1999).Una de las aplicaciones más extendidas es suutilización como herramienta para la elaboraciónde mapas de vulnerabilidad de acuíferosutilizando para ello, sobre todo, el métodoDRASTIC (ALLER et al, 1987; FRITCH et al.,2000 a,b; FRANCO, 2002). La metodologíaDRASTIC es un sistema paramétrico deevaluación que incluye siete parámetrosfundamentales:D - Profundidad al acuífero (Depth to water),R - Recarga neta (Net Recharge),A - Litología del acuífero (Aquifer media),S - Tipo de suelo (Soil media),T - Topografía, Pendiente (Topography),I - Litología de la zona no saturada (Impact of theVadose Zone Media)C - Conductividad hidráulica (Conductivity of theaquifer).Generalmente, de estos parámetros sólo sedisponen de valores puntuales por lo que para laobtención de valores en toda la región de interéses necesario el uso de los métodos deinterpolación. Un SIG dispone de varios métodosde interpolación que pueden ser utilizados parala elaboración de mapas temáticos, evitando asíproblemas de importación / exportación de datosentre sistemas o paquetes informáticos(software) diferentes.Por otra parte, la estructura de los datosespaciales en capas, correspondiendo a variostemas, y la sobreposición y manipulación deestas coberturas con operadores lógicos yalgebraicos facilitan la generación de mapas quecombinan varios de estos temas, lo cual agiliza laelaboración de mapas de vulnerabilidad deacuíferos; así como la formulación y combinaciónde posibles escenarios de vulnerabilidad.El objetivo del presente trabajo es llevar a caboun análisis de los diferentes métodos deinterpolación existentes en un SIG para conocercuales son sus ventajas e inconvenientes, asícomo su facilidad de manejo y grado deprecisión, para de esta forma elegir el másconveniente en función del objetivo a cumplir.Para realizar dicho análisis se ha tomado comoun parámetro de referencia representaivo, laprofundidad del nivel piezométrico.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL ÁREA DEESTUDIOEl área de estudio, el Valle de Toluca, seencuentra en la porción central de la RepúblicaMexicana y más concretamente en zona centraldel Estado de México, siendo uno de los vallesde mayor elevación del altiplano mexicano(Figura 1). El Valle de Toluca queda enmarcadodentro del Curso Alto del Río Lerma quecomprende la vertiente norte de la SierraNahuatlaca-Matlazinca, así como la vertientenororiental del Nevado de Toluca (4 690 msnm),siendo su elevación media de 2 570 msnm hastala presa José Antonio Alzate. Aproximadamente,a 9 km aguas debajo de la presa, y a una altitudde 2 570 msnm, termina el Curso Alto del RíoLerma, al descender el escalonamiento tectónicodel Valle de Atlacomulco-Ixtlahuaca formado porel bloque y sistemas de fallas de Perales(CCRECRL, 1993).El Valle de Toluca tiene una extensión cercana alos 700 km 2 , con un eje mayor orientado de nortea sur con una longitud de casi 35 km y un ejemenor orientado de este a oeste, con 20 km delongitud, aproximadamente. Sus limites son alnorte, el volcán La Guadalupana, el Cerro ElAguila y la Sierra Monte Alto, al sur el volcánTenango y el volcán Zempoala, al este la Sierrade Las Cruces y Las Iglesias y al oeste el volcánNevado de Toluca y la Sierra Morelos.La secuencia litológica está constituida por variostipos de rocas volcánicas del Terciario,fundamentalmente basaltos y andesitas, asícomo materiales piroclásticos y brechas, loscuales afloran en las sierras que circundan elvalle (Figura 2). En el valle, se identificansedimentos lacustres y aluviales que seencuentran intercalados con materiales clásticosde origen volcánico. A estos depósitos se lesasigna una edad correspondiente al PliocenoTardío – Cuaternario (HONORIO; HERNÁNDEZ,18Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...1982, HERRERA; SÁNCHEZ, 1994).Figura 1. Localización geográfica de la región Curso Alto del río Lerma en el marco de laRepública MexicanaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30 19

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...Figura 2. Mapa geológico del Valle de Toluca y áreas adyacentes.Sobre la base de estas características se puedeseñalar que este sistema está formado por variosniveles acuíferos superpuestos que constituyenun acuífero multicapa, pero la existencia decierta continuidad hidráulica permitenconsiderarle como un sistema de flujo único(UNITECNICA, 1996).Los parámetros hidráulicos del acuífero del Vallede Toluca abarcan un amplio rango debido a lavariabilidad litológica y geométrica de losdepósitos existentes. De todos modos sepueden diferenciar zonas en función de latransmisividad: la zona correspondiente al pie demonte de la Sierra de Las Cruces (NE), convalores que alcanzan hasta los 13000 m 2 /día, elsector de Lerma con una transmisividad mediade 950m 2 /día, el área de Almoloya del Río (SE)con valores en torno a 22000m 2 /día y la partecentral con una transmisividad que varía entre 90y 400m 2 /día. El coeficiente de almacenamientovaría entre 0.3 y 0.9% (CCRECRL, 1993).En el informe elaborado para la ComisiónCoordinadora para la Recuperación Ecológica dela Cuenca del Río Lerma (CCRECRL, 1993) serealizó un balance hidráulico. Las entradastotales se cuantificaron en 380 Hm 3 /año, de loscuales 101 Hm 3 /año proviene de la alimentaciónlateral desde el Nevado de Toluca, 198 Hm 3 /añopor alimentación lateral desde la Sierra de LasCruces y 81 por infiltración directa del agua delluvia. Las salidas se valoraron en 385 Hm 3 /año,estas salidas se producen por descargassubterráneas hacia el valle deIxtlahuaca-Atlacomulco con un valor de 2Hm 3 /año y por bombeo, el cual se cuantificó en383 Hm 3 /año. De este volumen total extraído,163 Hm 3 /año se utilizan en el mismo Valle deToluca, los cuales se reparten en un 79% paraabastecimiento urbano, 12.9% para uso industrialy 8.1% dedicado a las actividades agropecuarias.Por otra parte, la ciudad de México recibe deeste acuífero 220 Hm 3 /año para cubrir susnecesidades de agua potable.El balance global del acuífero indica undesequilibrio entre entradas y salidas, ya que lassalidas son superiores a las entradas en 5Hm 3 /año, este desequilibrio mantenido duranteaños ha provocado efectos negativos de diversaíndole como son subsidencia, desecación dehumedales y manantiales y disminución decaudales en ríos (ESTELLER, DÍAZ-DELGADO,2002). En la actualidad el acuífero del Valle deToluca está sometido a veda, lo que implica queno se pueden construir nuevas captaciones.En este valle existe una alta densidad depoblación propiciada por el asentamiento degrandes zonas industriales, lo cual a su vez haprovocado la generación de grandes volúmenesde residuos. Además, se trata de un áreaagrícola, lo cual implica el uso de fertilizantes yplaguicidas. Ante esta problemática cabesuponer que el acuífero está sometido aimportantes procesos de contaminación. Se hapodido detectar la presencia de sulfatos ynitratos, en los niveles más superficiales delacuífero, en concentraciones que superan los200 mgL -1 y 45 mgL -1 , respectivamente. Lapresencia de estos contaminantes está ligada aluso de fertilizantes de sulfato de amonio que seaplican en la región (ESTELLER et al., 1998).Por otro lado, en las zonas próximas al río Lermay la presa Alzate, se ha identificado la presenciade metales pesados como Pb, Cu, Zn y Cr, enconcentraciones que superan, como es el casoconcreto del Pb, el limite permisible para aguapotable que señala la normativa mexicanavigente (NOM-127 SSA1-1994), que es de 0.025mgL -1 . La existencia de estos metales pareceestar relacionada con los vertidos al río de aguasresiduales procedentes de diversos tipos deindustrias que se asientan en la zona(ESTELLER et al., 1998).Por lo anteriormente mencionado, de manerasuscita, es evidente que el acuífero del Valle deToluca presenta síntomas de vulnerabilidadimportantes, lo que hace necesario un estudioestructurado sobre la cualificación potencial desu contaminación.METODOLOGÍAEn la zona de estudio considerada, se disponede las lecturas de profundidad de nivelpiezométrico correspondientes al año de 1996(último año con información disponible) para 40piezómetros (Figura 3), los cuales estánlocalizados a una profundidad comprendida entre75 y 200 metros (Tabla 1), profundidad a la quese encuentran la mayor parte de los pozos deexplotación que existen en el acuífero del Vallede Toluca.20Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30

Figura 3. Localización de los piezómetros del acuífero del Valle de Toluca.Tabla 1. Piezómetros considerados en el estudio de interpolación y datos de profundidad delnivel piezométrico para el año 1996N oLocalizaciónAltitud(msnm)Profundidadpiezómetro(m)Lectura1996(m)Abatimiento1968 / 1996(m)1Panteón San PedroTlaltizapan2574.88 107.0 25.40 -6.842 Hacienda Buenavista 2583.18 135.0 43.95 -33.033 San Mateo Mexicaltzingo 2604.15 135.0 8.26 -8.584 San Pedro Cholula 2573.24 151.0 39.16 -22.435 Techuchulco 2573.33 188.0 29.90 -9.566 Ejido Capultitlán 2705.95 150.0 89.98 -38.627 San Pablo Autopan 2608.78 148.0 33.24 -15.408 Ex-hacienda del Río 2563.52 88.0 26.26 -13.879 Jardín Reforma 2642.93 79.7 64.40 -43.9610Km. 98+ 400 CarreteraToluca - Morelia2589.06 150.0 28.6 -1.3811 Ejido del Hospital 2575.60 181.0 8.60 -6.9612 Rancho El Pastor 2572.27 100.0 22.88 -8.6213 Santa María Tlalmilolpan 2579.82 139.0 37.38 -29.14Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30 21

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...N oLocalizaciónAltitud(msnm)Profundidadpiezómetro(m)Lectura1996(m)Abatimiento1968 / 1996(m)14Km.30+ 300 CarreteraToluca - Ixtlahuaca2564.52 150.0 46.28 -30.4915 Oeste de Hacienda Atenco 2573.58 97.0 6.70 -4.7716 Rancho Tabachín 2571.57 148.0 38.38 -21.3317 Metepec 2628.09 158.0 35.05 -21.4918 Santa María Nativitas 2694.01 152.0 81.60 -16.1919 Calimaya de González 2669.18 162.0 63.14 -5.2720 San Antonio La Isla 2586.56 160.0 3.82 -4.1521 Tenango 2599.87 128.0 38.11 -28.6622 San Lucas Tunco 2573.87 150.0 10.60 -11.2823 Almoloya de Juárez 2690.72 193.0 95.82 -5.5724 San Diego Linares 2585.82 151.0 25.85 -9.4225 San Agustin Mimbres 2617.03 162.0 66.96 -22.7226 Ejido La Puerta 2626.39 149.0 41.32 -4.7027 Rancho La Manga 2572.33 143.0 31.59 -26.4228Km. 58+ 500 Toluca SanBartolo2600.97 150.0 35.68 -25.0929 Margen Izquierda Río Lerma 2569.87 131.0 16.18 -14.2630 San Nicolás Peralta 2575.10 122.0 35.30 -18.1831 Temoaya 2660.37 120.0 105.86 -27.3932 Rancho Rosalinda ll 2573.56 156.0 42.66 -24.6433 San José de la Loma 2571.57 147.0 39.91 -29.4034Km. 27+ 540 CarreteraToluca-Queretaro2571.19 159.0 45.72 -24.8535 San Agustín Citlalli 2555.02 150.0 25.40 -13.5336Km. 96+ 000 Carr. Toluca -Morelia2588.21 142.0 11.06 -1.3937 Almoloya de Juárez 2595.50 160.0 36.65 -1.7638Km.15+ 300 CarreteraToluca - Queretaro2600.55 150.0 37.52 -12.6939 Almoloya de Juárez 2603.13 126.0 17.50 -1.6940 Almoloya de Juárez 2639.97 150.0 24.86 18.38En la Tabla 2 se presenta una breve descripción de los diferentes métodos de interpolación quese pueden emplear, así como de los datos de entrada necesarios para llevar a cabo laaplicación de estos métodos.Tabla 2. Métodos de interpolación existentesMÉTODO DESCRIPCIÓN DATOS DE ENTRADAINTERPOLInterpola una superficie de datos puntuales. Lainterpolación se realiza mediante el promedio delas Distancias Ponderadas o por un Modelo- Datos puntualesPotencialGenera un Modelo Digital del Terreno rasterINTERCON(DEM), mediante la interpolación de curvas de- Isolíneasnivel digitalizadas. Utiliza una interpolación lineal- Curvas de nivelentre curvas de nivel que produce un modeloanguloso.TINGenera una red irregular triangular (TIN) a partirINTERPOLATION de modelos de contornos o puntos.- Datos puntuales o linealesTINSURF Genera una imagen raster a partir de un TIN - A partir de un TIN existente22Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...MÉTODO DESCRIPCIÓN DATOS DE ENTRADAexistente.*LINTOPNTExtrae los vértices de una isolínea y crea unarchivo de puntos (de líneas a puntos).- Isolíneas*PNTGENGeneraliza los puntos dentro de una distancia detolerancia.- Datos puntuales*TINPREPPrepara el vector de isolíneas para la generacióndel TIN.-IsolíneasKRIGING (SPATIAL)Primer paso de la geoestadística, para lamodelación de la variabilidad o continuidad- Datos puntualesespacial.MODEL FITTING Ajuste del modelo - Archivo resultante de SpatialKRIGING AND- Archivo resultante del ModelInterpolación de los datos del modeloSIMULATIONFittingConstruye polígonos Thiessen a partir de unaserie de puntos. Tales polígonos dividen elTHIESSENespacio de forma que cada punto se asigna elpunto de control más próximo, lo cual definen las- Datos puntualesTRENDzonas de influencia de cada punto de control.Calcula las ecuaciones polinómicas desuperficies de tendencia lineal, cuadrática ycúbica para datos espaciales, e interpolasuperficies a partir de estas ecuaciones.- Isolíneas- Datos puntualesAlgunos de estos métodos están incluidos en paquetes computacionales (Tabla 3) utilizadospara la elaboración de mapas, como es el caso del SURFER (GOLDEN SOFTWARE, 2002),pero en los SIG, la mayoría de estos métodos ya están integrados, tal es el caso de lospaquetes IDRISI (EASTMAN, 2001) y ARCVIEW (ESRI, 1991). En la Tabla 3 se especifican lasventajas e inconvenientes de cada uno de estos métodos.Tabla 3. Métodos de interpolación incluidos en diferentes paquetes computacionalesMÉTODOSCOMPARACIÓNSURFER IDRISI ARCVIEW VENTAJAS DESVENTAJASInverse distance INTERPOL MakeIDW Para cualquier vectorde puntos.Triangulationwith linearinterpolationINTERCONUnicamente paravectores lineales. Seaplica para larealización del DEM.TIN 3D Analyst Realiza el procesorápidamente, yconserva líneas concambios significativos.TINSURF Convert to Grid Estructuras de datossimples y sencillez deNo se aplica a lasaltitudes, por que elmétodo no permitetratar lasdiscontinuidadestopográficas.No es recomendablepara líneas de fallas,mejor emplear elmétodo TIN.Ocupan mucho espacioen memoriamanejo.Kriging KRIGING MakeKriging Es muy flexible No es apropiadocuando existenmáximos o mínimosmuy marcados. Lentopara grandes conjuntosde datos.THIESSEN Áreas de influencia Cuando no hayRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30 23

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...PolygonalregresionMÉTODOSmás adecuadascuando se tiene unnúmero mayor depuntos.TREND MakeTrend Se obtienen tres tiposde tendencias (lineal,cuadrática y cúbica), apartir de los valoresconocidos.COMPARACIÓNsuficientes puntos, lasáreas de influencia sonmayores, lo que generauna interpolaciónadicional fuera de lospuntos.No se aplicacorrectamente cuandohay pocos puntos.En el presente caso de análisis se ha empleado el paquete IDRISI, aplicando los siguientesmétodos de interpolación: INTERPOL, TIN, KRIGING y TREND. En el caso del Kriging el ajusteutilizado fue el denominado lineal, pero se podría mejorar utilizando modelos esféricos ogausianos, entre otros. La ecuación utilizada en este caso según la sintaxis del paqueteempleado es la siguiente: variogram (var1): 0 Nug(0) + 0.04 Lin(0).Para llevar a cabo el estudio de interpolación se eligieron 30 puntos de la red piezométrica paraelaborar los mapas de profundidad del nivel piezométrico excluyéndose 10 de ellos (25%) demanera aleatoria (puntos piezométricos del No.1 al No.10, Tabla 1). Una vez elaborado elmapa resultante de cada uno de los métodos de interpolación seleccionados se determinó elvalor de la profundidad del nivel piezométrico en los puntos correspondiente a los 10piezómetros excluidos, para de este modo comparar la lectura real (medida en el campo), conel valor obtenido con el mapa, con objeto de determinar, para cada método, cual era ladiferencia y precisión entre estos dos valores para cada uno de los piezómetros seleccionados.RESULTADOS Y DISCUSIÓNLa figura 4 presenta los diferentes mapas de profundidad del nivel piezométrico definidos conbase en los diferentes métodos de interpolación escogidos.A partir de estos mapas se pudo calcular la profundidad del nivel piezométrico en aquellospiezómetros excluidos. En la tabla 5 se presentan la profundidad del nivel piezométricoobservada en cada uno de los diez piezómetros elegidos y la profundidad respectiva calculadacon cada uno de los diferentes métodos de interpolación. Con objeto de evaluar los diversosmétodos de interpolación, se utilizó el concepto de la raíz cuadrada del error cuadrado medio,que corresponde al error medio cuadrático (RMS, Root Mean Square Error), el cual es unamedida de la variabilidad de las mediciones con relación a sus valores reales (u observados).24Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...Figura 4. Mapas de profundidad del nivel piezométrico para el acuífero del Valle de Toluca,obtenidos bajo el empleo de diversos métodos de interpolaciónRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30 25

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...26Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30

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ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...El error RMS se estima a partir de una muestra de mediciones, que se compara con los valoresreales correspondientes. Las diferencias entre ambos datos se elevan al cuadrado y seadicionan; a continuación, la suma se divide por el número de mediciones para obtener un errorcuadrado medio. La raíz cuadrada del error cuadrado medio permite calcular la medida delerror medio cuadrático en las mismas unidades que las observaciones originales. El error RMSes directamente comparable con el concepto de desviación estándar. Los valores obtenidos delRMS absoluto se presentan en la Tabla 5.No.Tabla 5. Valores de profundidad del nivel piezométrico observados y calculados, con lacuantificación del error obtenidoPROFUNDIDAD DEL NIVEL PIEZOMÉTRICO (m)MedidoCalculadoKRIGING INTERPOL TINTRENDLINEALTRENDCUADRÁTICATRENDCÚBICA1 25.40 23.68 20.65 0.00 36.08 5.18 11.952 43.95 57.95 56.39 60.64 43.72 53.14 47.993 8.26 33.48 36.68 39.68 33.18 36.53 39.434 39.16 33.83 33.06 37.34 39.77 10.93 17.495 29.90 23.03 26.48 0.00 31.27 19.02 7.126 89.98 72.34 52.97 78.19 32.96 48.22 57.077 33.24 41.41 39.14 49.19 37.73 43.11 35.578 26.26 38.24 40.38 37.54 39.58 37.38 30.709 64.40 52.11 46.66 50.22 35.37 42.35 42.2110 28.60 13.53 15.11 13.66 34.34 15.17 8.24RMS 13.45 17.70 19.37 22.50 22.00 20.43Valor1.00 1.32 1.44 1.67 1.64 1.52moduladoComo se puede apreciar en la tabla anterior los valores obtenidos de RMS son muyparecidos para todos los métodos utilizados, aparetentemnbte, sin embargo modulandocon respecto al valor más bajo, es decir con el obtenido por el método Kriging, espoisble observar quye los demás métodos presentan un esrror de estimación mayor, quevaría eentre 32 y 67%. El máximo error se obtuvo en el caso del uso del método TRENDde tipo lineal.CONCLUSIONESLa comparación de los métodos de interpolación lleva a la conclusión, en el casoestudiado, de que el método de Kriging lineal genera los mejores resultados, es decir losmás próximos a las observaciones reales medidas en campo. Este método tiene tambiénla ventaja de presentar un mapa de la varianza de la estimazión dando así unaestimación espacial del error.Finalmente, este estudio permitió poner en evidencia varias ventajas del uso de los SIG entrabajos sobre hidrología subterránea, mismas que a continuación se enumeran:‣ La integración de datos en un SIG facilita el procesamiento de la información, puestodas las operaciones necesarisa para un análisis de vulnerabilidad se pueden realizarRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30 29

ESTELLER, M.V. et al. Uso de Sistemas de Informacion...dentro del SIG sin importar o exportar.‣ Tradicionalmente se suele representar estos tipos de datos espaciales de formavectorial con isolíneas, pero los formatos matriciales de los SIG dan una representaciónde superficies continuas más completa y más congruente con la física y elcomportamiento del fenómeno.‣ La automatización dentro de los SIG, por medio de macro-comandos o programación,facilita la repetición de una misma secuencia de operaciones para, por ejemplo, datosde otra región, para varios niveles acuíferos, o para fechas diferentes (temporalidades).‣ La comparación de diferentes métodos permite sellecionar, dentro de los que generanresultados más reales, el más sencillo.‣ Hay posibilidad de superponer otras capas a una capa inicial para mejorar lainterpolación (por ejemplo, la conductividad hidráulica está influenciada por la geología)y también existe la posibilidad de sobreponer varios datos (o capas) lo cual facilita elanálisis de los resultados.REFERENCIASALLER, L. T.; LERH, J.H.; PETTY, R.J.; HACKETT, G. (1987). DRASTIC: A StandardizedSystem for Evaluating ground Water Pollution Potential Using HydrogeologicSettings. Report 600/2-87/035. U.S. Environmental Protection Agency.CCRECRL (Comisión Coordinadora para la Recuperación Ecológica de la Cuenca del RíoLerma). Atlas Ecológico de la Cuenca Hidrográfica del río Lerma. México. Gobierno delEstado de México. México. 1993BARAZZUOLI, P.; BOUZELBOUDJEN, M.; CUCINI, S.; KIRALY, L.; MENICORI, P.;SALLEOLINI, M. Olocenic alluvial aquifer of the River Cornia coastal plain (SouthernTuscany, Italy) : database design for groundwater management. Environmental Geologyv. 39, n. 2, p. 123-143, 1999EASTMAN, J. R. Idrisi32, Release 2. Guide to GIS and Image Processing Clark University.MA, USA, Clark Lab, 2001.ESTELLER, M. V.; DÍAZ DELGADO, C. Environmental Effects of Aquifer Overexploitation : ACase Study in the Highlands of Mexico. Environmental Management, v. 29, n. 2, p.266-278, 2002.ESTELLER, M.V.; ROMERO GUZMÁN, E.; ORDOÑEZ, E.; BÂ, K.M. Hidrogeoquímica de lasaguas subterráneas del acuífero del Valle de Toluca. Calidad y contaminación.Informe académico final. Universidad Autónoma del Estado de México. Reporte No CIRA/ 010, 70 pp. 1998.ESRI (Environmental Systems Research Institute) Understanting GIS. The ARC/INFOmethod. California ESRI 1991FRANCO, R. (2002). Adecuación del método de evaluación de vulnerabilidad de acuíferos(DRASTIC) mediante el uso del trazado de partículas en el acuífero del Curso Alto delRío Lerma, Estado de México. Toluca (México) 2002 Tesis de Maestría, UniversidadAutónoma del Estado de México.FRITCH, T.G.; MCKNIGHT, C.L.; YELDERMAN, J.C.; ARNOLD, J.G. An aquifer vulnerabilityassessment of the Paluxy Aquifer, Central Texas, using GIS and a Modified DRASTICapproach. Environmental Management v. 25, p. 337-345, 2000a.FRITCH, T.G.; MCKNIGHT, C.L.; YELDERMAN, J.C.; ARNOLD, J.G. A predictive modelingapproach to assessing the groundwater pollution susceptibility of the Paluxy Aquifer, CentralTexas, using Geographic Information System. Environmental Geology v. 39, n. 2, p.1063-1069, 2000b.GOGU, R. C.; CARABIN, G.; HALLET, V.; PETERS, V.; DASSARGUES, A. GIS-basedhydrogeological databases and groundwater modelling. Hydrogeology Journal v. 9, p.555-569, 2001.GOLDEN SOFTWARE. Surfer 8. Contouring and 3D surface mapping for scientists andenginners. Golden Co. USA. Golden Software Inc. 2002HERRERA, M.E.; SÁNCHEZ ZAVALA, J.L. Estratificación y Recursos Minerales del Estadode México. Memoria y mapas. Gobierno del Estado de México. Secretaria de DesarrolloEconómico. 1994HONORIO, R.J.; HERNÁNDEZ, H.F. (1982). Origen, estratigrafía y petrología de la Cuencade México y sierras circunvecinas. México D.F. (México), 1982, Tesis profesional. IPN-ESIA-México.30Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, v.2, n.1, p. 17-30

VULNERABILIDAD A LA INTRUSIÓN MARINA DE ACUÍFEROSCOSTEROS EN EL PACIFICO NORTE MEXICANO; UN CASO, ELACUÍFERO COSTA DE HERMOSILLO, SONORA, MÉXICOMiguel Rangel MEDINA 1Rogelio Monreal SAAVEDRA 1Mariano Morales MONTAÑO 1Jose Castillo GURROLA 2RESUMENEn la evaluación de la vulnerabilidad acuífera, los problemas de contaminación delagua subterránea, ya sea por fuentes puntuales o dispersas, tienen un comúndenominador; los contaminantes son adicionados sobre o cerca de la superficiedel terreno. Bajo este criterio, se ha evaluado la vulnerabilidad de acuíferos conmétodos como DRASTIC, AVI, ERI, GOD y otros. La intrusión salina, ocontaminación del agua dulce por agua de mar en acuíferos costeros, involucracaracterísticas distintas del contaminante y del medio hidrogeológico, que exigenpara su evaluación, una metodología diferente y necesariamente más costosa,tardada y a veces con alto grado de complejidad para la obtención de parámetroshidrogeológicos. El acuífero Costa de Hermosillo en el noroeste mexicano, ha sidofuertemente afectado en los últimos 37 años, intrusionado en más de 30 km fueestudiado a detalle, obteniendose el modelo hidrogeológico conceptual basado encontrol tectónico-estructural, métodos hidráulicos, hidrogeofísicos ehidrogeoquímicos con apoyo isotópico, que permitieron definir la geometría delbasamento, la hidroestratigrafía y propiedades del acuífero, la distribución espacialde la posición del agua salina y finalmente las zonas más vulnerables por dondeha penetrado el agua de mar preferencialmente. Se identificó la existencia depaleoagua entrampada en sedimentos detríticos marinos y rocas volcánicas. Laedad del agua del acuífero varía entre 2,751 y 4,630 años ± 50 años. Mientras quela paleoagua tiene una edad de entre 26, 800 y 30,000 ± 150 años por lo que seconsidera un recurso finito del cual no existen estudios de evaluación.Palabras clave: Costa de Hermosillo, intrusión salina, vulnerabilidad, acuíferoscosteros, hidrogeoquímica.ABSTRACTIn the assessment of ground water vulnerability, from punctual or dispersedsources, there is in many cases a common denominator; the pollutants are addedon or near the surface of the ground. Under this criteria, the vulnerability has beenevaluated with methods like DRASTIC, AVI, ERI, GOD and others. Nevertheless,the saline intrusion, or pollution of ground water by sea water in coastal aquifers,involves another characteristics because of the kind of pollutant and thehidrogeologic frame that demand a different methodology necessarily expensive,sometimes with high degree of complexity, for obtaining hidrogeologic parameters.The aquifer of the coast of Hermosillo, in northwest México (west-central state ofSonora), has been one of the most affected, since has been intruded more than 30km landwards. A detailed study of the aquifer, supported by tectonic and structuralcontrol, through hydraulic, hidrogeophysic and hidrogeochemistry methods withisotopic characterization allowed to obtain the following: 1) the geometry of thebasement, 2) the hidroestratigraphy with the aquifer properties, 3) the spatialdistribution of the saline water intrusion and 4) the most vulnerable zones, fromwhere the marine water penetrates preferentially since 37 years ago. The paleo-1Dpto. de Geología; mrangelm@geologia.uson.mx2Dpto. de Agricultura; jcg@rtn.uson.mxUniversidad de Sonora, Hermosillo, Sonora, 83000, MéxicoRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 31

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...water was identified traped in marine detrític sediments and volcanic rocks. Theage of the water in the aquifer varies from 2,751 and 4,630 years ± 50 years;whereas the paleo-water has an age between 26, 800 and 30,000 ± 150 years,that´s why this water is considered as a finite resource, however there are notadditional evaluation estudies.Key words: Coast of Hermosillo, saltwater intrusión, vulnerability, coastal aquifers,hydrogeochemistry.INTRODUCCIONEl acuífero de la Costa de Hermosillo seubica al suroeste de la ciudad de Hermosilloentre las coordenadas 28° 14’ y 28° 57’ de latitudNorte y 111° 15’ y 111° 45’ de longitud Oeste,dentro de la Región Hidrológica 9 Sonora Sur ycomprende una superficie aproximada de 3200Km 2 , es una cuenca exorreica ubicada sobre lavertiente occidental de México y sus aguassuperficiales drenan hacia el Golfo de California(Figura 1).El área de estudio queda comprendidadentro de la superficie mencionada, formandouna franja de aproximadamente 35 x 55 Km(1925 km 2 ) paralela a la línea de costa, franjacomúnmente denominada zona de interfasesalina. La región cuenta con un clima seco,predominando el subtipo seco semicálido, conlluvias en verano. Las temperaturas mediasanuales varían de los 22° a los 24 °C. Las lluviasse presentan durante los meses de Junio aSeptiembre, con mayor precipitación en Julio yAgosto que varía de 75 a 200 mm. La isoyeta200 cruza por la zona, en un patrón paralelo a lalínea de costa (Rangel, 1997). La pendiente de lacuenca calculada con el Criterio de Horton es de0.18 % (INEGI, 1993).Figura 1. Localización del área de estudio0.0 40 kmANTECEDENTESEl acuífero Costa de Hermosillo inició suexplotación en 1945 con 17 pozos, en el año1965 alcanzó su máximo volumen de extracción,con alrededor de 1100 Hm 3 por año (Arregín,2000). Desde entonces se ha ido reduciendo laextracción de agua subterránea, hastadescender en la actualidad a un valor estimadoen 550 Hm 3 por año (Colegio, 1999) (Figura 2).La pérdida de carga hidráulica delacuífero originó un cono de abatimiento e invirtióel flujo del litoral hacia el centro de la planiciedesde 1949 (Figura 3 y 4). Como consecuencia,se decretaron vedas para la explotación deaguas subterráneas. La primera en 1951,subsecuentes ampliaciones en 1954 y en el cicloagrícola 1963-1964 se impuso el Reglamentopara la Explotación de las Aguas Subterráneasen la zona vedada y posteriores ampliaciones sedieron debido a los fuertes abatimientos en1967.32Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 2. Evolución de la extracción de agua en el acuífero Costa de Hermosillo, Son.Modificado de: ComisiónNacional del Agua,Gerencia RegionalNoroeste, 2000(CNA/GRN)Diversos estudios aislados analizaron las condiciones del acuífero, (Matlock, Fogel y Bush,1966), aportando evidencias para que se reglamentara su uso y manejo.Figura 3. Potenciometría 1945 Figura 4. Potenciometría 1949HermosilloHermosilloFuente: Oroz, 20010.0 20 kmFuente: Oroz, 2001o.o20 kmArreguín et al. (1968) elaboraron elestudio de mayor trascendencia para laadministración del recurso en los siguientes 35años. En este, se definió un modelohidrogeológico y se calculó la recarga delacuífero en 350 Hm 3 /año, de los cuales 280 Hm 3correspondían a infiltración vertical ascendente,proveniente de un acuífero inferior y 70 Hm 3 /añoa infiltración vertical. Con base en este esquema,se reubicaron 105 pozos afectados por salinidad.Lo anterior implicaba también, reducirpaulatinamente la extracción de aguasubterránea, hasta un volumen cercano a larecarga estimada por el estudio.Este modelo hidrogeológico de dosacuíferos; inferior y superior permaneció durante37 años y el nivel dinámico continuóprofundizándose hasta alcanzar 135 m en el año2000 (65 m bajo el nivel del mar) (Figura 5). Porello, autoridades y usuarios han dudado en losúltimos años, de la posición de la interfasesalina, de su migración continente adentro, asícomo del alcance que esta ha logrado en ladegradación del agua subterránea, sobretodoporque aducen que sus acciones, con lamodernización del riego, debían haber sidosuficientes para detener la penetración del aguade mar y el descenso de los niveles dinámicosdel acuífero.OBJETIVOEl objetivo de este estudio fuecaracterizar la geoquímica del agua salina asícomo el alcance que esta ha logrado en el aguasubterránea, obtener la posición de la interfasesalina y explicar su proceso de migracióncontinente adentro definiendo las zonas másvulnerables por donde penetra preferencialmenteel agua de mar.METODOLOGIASe realizó análisis de imágenes desatélite, cortes litológicos, se correlacionó lainformación geológico-geofísica e hidráulicaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 33

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...existente. La geoquímica del agua se realizó conbase en la recolección de 107 muestras de aguasubterránea mixta (boca de pozo); muestreodiscreto en pozos de producción abandonados,pozos de observación y piezómetros; mediciónde conductividad eléctrica vertical y temperaturaen 32 pozos abandonados; toma de muestras deagua para análisis isotópicos y caracterizacióngeoquímica e isotópica de las aguas. Con lainformación obtenida se elaboró el modelohidrogeológico y se caracterizó la franja deintrusión marina.Figura 5. Evolución del Nivel estáticoFuente: ComisiónNacional delAgua, GerenciaRegional NO,2000 (CNA/GRN)El muestreo de agua siguió el modelohidrogeológico y la posible definición de cincofamilias isotópicas, sugeridas preliminarmentecomo facies hidrogeoquímicas por trabajosprevios de diversos autores (Arreguín, 1968;Marín, 1996; Steinich, 1997; Castro, 1998):a) Acuífero Superior (somero)b) Acuífero Profundoc) Interfase Salina (agua dulce con presencia deagua marina)d) Agua de Mare) Agua Salina (salmueras)Con este criterio, se pretendió quetambién la toma de muestras de agua paraisótopos estables, Carbono-14 y Tritio, llenara lossiguientes requisitos:a) Representar a todas las profundidadesb) Representar a todas las regiones geográficasdel acuíferoc) Que fueran representativas de las diferentessalinidadesHIDROMORFOTECTÓNICALa morfología de la zona litoral esproducto de la tectónica distensiva de laProvincia del “Basin and Range Sonorense” (DeZcerna, 1988) y a la apertura del Golfo deCalifornia. Como resultado existen una serie defosas tectónicas sedimentarias formadas porbloques caídos, cuyo basamento cristalinoregional está constituido por intrusivos decomposición granítica, que forman parte delllamado Batolito Larámide de Sonora, presentannumerosos “roof pendants” de rocas antiguas,cubiertos en discordancia, por rocas postbatolíticasy depósitos recientes (SARH, 1978;1982; Morales, et al., 2000). Desde el punto devista hidrogeológico estas fosas representancanales de alta permeabilidad que facilitan elproceso de intrusión marina hacia el continente(Flores et al. 1998; Morales, et al., 2000). Conbase en datos gravimétricos (Exploraciones delSubsuelo, S.A., 1971), Morales, et al., (2000)obtuvieron un plano de profundidad albasamento cristalino que muestra el desarrollode una alternancia de estas fosas tectónicas(grabens) y bloques levantados (horsts)sensiblemente orientadas NW–SE que alcanzanprofundidades superiores a los 1500 metros(Figura 6 y 7)(Morales, et al., 2000).El escenario de mayor importanciahidrogeológica es la Cuenca Baja del Río Sonoraque tiene como máxima elevación topográfica1,080 msnm, en un lugar próximo al nacimientodel Río Bacoachi y el más bajo es el nivel delmar.34Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 6. Vista Tridimensional del basamentoNFigura 7. Lineamientos estructuralesCuenca Baja del RíoSonoraHermosilloBahíaKino(PlayaSieteCerrosHermosillBahíaKinoSieteCerrosTastiotaTastiotaModificados de Morales, et al., 2000Del análisis de la imagen LANDSAT y el mapade anomalías de gravedad de Schelhorn (1991),se ubicaron las diversas estructuras que limitanla cuenca baja del Río Sonora y sus relacionesobteniéndose los resultados siguientes (Rangel2001)(Figura 7):1.- En la región de estudio sobresalen doselementos hidromorfotectónicos: 1) la extensiónsubmarina de la cuenca baja del Río Sonora,hacia donde descargaba flujo subterráneo deagua dulce del acuífero somero y; 2) ladelimitación de la Caldera de Guaymas.2.- Un patrón complejo de alineamientoscon orientaciones NE, N y NW. que marcan ellímite Norte de la cuenca baja del Río Sonora,casi paralelos a la línea de costa y que estánasociados a la Falla Libertad descrita por Gastil& Krummenacher (1977).3.- Este patrón estructural resultante de laneotectónica del Basin and Range Sonorense esde suma importancia en la distribución,almacenamiento y movimiento del flujosubterráneo, ya que limitó y restringió a losdepósitos miocénicos de relleno sedimentario y alas rocas volcánicas contemporáneas. Constituyócon ellos almacenamientos de agua subterráneaaislados entre cuencas, en algunas de ellas lossedimentos tienen fuerte presencia deinterestratos semiconfinantes que restringen sumovimiento lateral y vertical. Estos depósitospueden descansar ya sea sobre las rocasvolcánicas miocénicas, mesozoicas o sobre elbasamento cristalino.HIDROESTRATIGRAFIALos afloramientos de la Cuenca Baja estáncortados y sepultados por el relleno sedimentariode la planicie aluvial del Río Sonora, sinembargo, tanto al norte como al sur de ésta, seobserva la continuidad del sistema estructuralNW-SE descrita por Couch y otros (1991).Monreal, (2000) reconstruyó la geología de losalrededores del área de estudio, a partir de lostrabajos de Gastil y Krummenacher (1977), enella afloran rocas de varias edades que varíandesde el Paleozoico hasta el Cuaternario queestán constituidas por rocas sedimentarias,ígneas intrusivas y volcánicas (Figura 8).En el subsuelo, a pesar de la abundanciade pozos en el área de estudio, pocos puedenconsiderarse para la reconstrucción de unmodelo hidroestratigráfico. La informacióncontinúa siendo insuficiente para conocer laestratigrafía del subsuelo con precisión.Monreal et al. (2000); Montijo (2001)basándose en la información geofísica y litologíade pozos someros y profundos proponen lapresencia de tres unidades principales y unbasamento (Figura 9): 1) Unidad Superior(aluviones del cuaternario); 2) Unidad Media(sedimentos marinos de edad miocénica); 3)Unidad Inferior (gravas y arenas miocénicas),Basamento cristalino (granitos y rocasvolcánicas).Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 35

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 8. Columna estratigráfica regional simplificadaFigura 9. HidroestratigrafíaFuente: Monreal et al. 2000HIDROGEOLOGIADado que la geometría del basamento esirregular, el relleno en el sistema de cuencastambién lo es, existen áreas donde el rellenotiene un espesor de 150 m y en otras de hasta800 metros (Figuras 10 y 11).Figura 10. Correlación hidroestratigráfica, sección paralela a la costa, Vista al NoresteNEswModificado de Morales et al. (2000)Figura 11. Correlación hidroestratigráfica, Vista al NoroesteAcuíferoModificado de Morales, et al. 200036Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Los materiales de relleno constituyen unacuífero multicapa, en el que existensemiconfinamientos, pero en su conjunto trabajacomo acuífero libre. Tales semiconfinamientoshicieron pensar a otros autores, sobre laexistencia de dos diferentes acuíferos.Castillo, et al. (2000; 2001) realizaronanálisis de la hidráulica del sistema y definenque es de tipo libre, que el área suroeste es lazona de menor permeabilidad y que el radio deinfluencia del bombeo es de 115 metros. Alnoreste se encuentra una franja de mayorpermeabilidad siendo el radio de influencia delbombeo de 435 metros. La distribución de latransmisividad es mayor en el centro del acuíferoy la parte noreste, en la zona del paleocauce delRío Sonora con valores de 10 -1 y disminuyehacia la línea de costa, al noroeste y en lasladeras de montañas con valores de 10 -4 .Concluyen que en la actualidad la recarga deagua dulce es de 175 Hm 3 / año, a diferencia delos 350 Hm 3 /año calculada para el año 1967.Mientras que la recarga proveniente del mar esde 98 Hm 3 /año, lo que mantiene prácticamenteequilibrada la posición del cono de abatimientoprincipal a una distancia de 32 km de la línea decosta (Figuras 12 y 13).Figura 12. Piezometría año 2000Figura 13. Área del cálculo de la recarga de agua marina-65Golfo de California0.0 20 kmFuente: CNA, 20000.0 40 kmFuente: Castillo, et al (2000)HIDROGEOQUÍMICAb) La simplicidad del método analítico promueveLa salinidad del acuífero tuvo una fuerte una menor incertidumbre en las mediciones.difusión en los primeros 30 años de operación, lo c) Su determinación se realiza directamente yque motivó que en determinadas zonas, su no se le infiere de otros parámetrosincremento fuera muy notorio pero en otras, a hidrogeoquímicos, como es el caso de losveces próximas a ellas, apenas fue perceptible. sólidos disueltos totales.Esta condición se mantuvo durante muchos años d) Responde sensiblemente a los cambios desin llegar a entenderse bien las condiciones concentración de los electrolitos fuerteshidrogeológicas que diferenciaban ese (Maron y Prutton, 1965), que son los decomportamiento.mayor interés hidrogeológico.Para determinar y caracterizar el avance Diversas interpretaciones se basaron ende la salinidad, se utilizó ampliamente la la aplicación directa de la CE o bien de suconductividad eléctrica (CE) expresada en µS/cm correlación con la geofísica para obtener la(1 µS/cm = 10 -6 S/cm = 10 -6 mhos/cm), como uno extensión de la intrusión salina, examinar lade los parámetros más importantes ya que se migración del agua salobre y su distribución aconsidera representativo de la salinidad en diferentes profundidades. De igual manera seconsecuencia de las siguientes consideraciones utilizó para identificar la posible estratificación de(Gaona, 1976):la calidad del agua, seleccionar profundidades aa) Dado que la CE es una función de la las cuales tomar muestreo discreto de agua paratemperatura, del tipo de iones presentes y de realizar análisis físico-químicos en laboratorio.su concentración; la determinación de esta Con base en este criterio, la calidad delpropiedad a temperatura constante, es un agua por su salinidad se clasificó de acuerdo conmétodo sencillo para estimar la calidad las jerarquías de la APHA (1995):química del agua (Davies, 1971).Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 37

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...a) 100 a 2000 µS/cm a 18° C Agua dulceb) 2000 a 5000 µS/cm “ Agua Salobrec) 5000 a45,000µS/cm “ Agua de mard) 45,000 a100,0000µS/cm “ SalmueraEn primer término se registróconductividad eléctrica vertical (CEV) en una redde monitoreo de 30 pozos, aproximadamenteparalela a la línea de costa (Figura 14). Con estainformación se configuró la distribución de laCEV a 40, 70 y 100 m de profundidad, la cualmostró la migración de la intrusión salina(Figuras 15, 16, 17).Figura 14. Red de monitoreo de CEVTipos de PozosPozos de bombeoPozos de estudioFuente: Rangel, et al., 2000Figura 15. CE a 40 m de profundidadFigura 16. CE a 70 m de profundidadHermosilloHermosilloRangel, et al., 20000.0 20 kmRangel, et al.20000.0 20 km38Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 17. CE a 100 m de profundidadA Hermosillo0.0 20 kmFuente: Rangel, et al., 2000La distribución espacial de parámetrosfisicos y químicos se obtuvo con una red demonitoreo de 107 pozos y se utilizaron las callesagrícolas del Distrito de Riego (36, 28, 20 y 12)como rutas de rastreabilidad (Figura 18). Losresultados de análisis se presentan en la tabla 3.En cada pozo se midió la C.E; pH y T ºC de lamuestra, así como las Coordenadas UTM con unequipo de posicionamiento Garmin GPS 100SRVY II (Tabla 1). Con la CE mixta (medida aboca de pozo) se obtuvo la distribución de lasalinidad del agua de mezcla, representativa dela columna en las tres zonas de; a) intrusión, b)interfase y c) agua dulce del acuífero (Figura 19).Figura 18. Red de monitoreo de aguaAHermosilloFigura 19. CE Mixta (µS/cm)BahíaKinoCalles 36 28 20 12Golfo de CaliforniaFuente: Rangel, et al., 20010.0 10 km0.0 20 km Fuente: Rangel, et al., 2001La configuración de la CE mixta muestrauna distribución espacial que coincide muycercanamente con la hidrodinámica del sistema,ya que responde al cono de abatimiento que hamodificado e inducido al flujo subterráneo haciala zona de mayor concentración del bombeo,esto confirma los patrones advectivos citados porFlores et al. (1998). La mayor concentración dela salinidad utilizando los diagramas de Stiff(familia sódico clorurada), se observa entre lascalles 28 y 36 sur (Figura 19), entre 10 y 20 kmde la línea de costa, si bien la mezcla de aguasse aprecia hasta la calle 20 (30 km de la costa) ypredomina agua dulce (cálcica bicarbonatada)entre la calle 12 y 20 (a 35 y 45 km de la costa)(Figura 20).Esta distribución de la salinidad, entérminos de la CE, es igualmente consistente conla obtenida para sólidos totales disueltos (STD) yconfirma las tres zonas de salinidad, según laclasificación simple de Custodio (1976): 1) zonade intrusión de agua marina, más de 10,000Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 39

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...mg/lt; 2) zona de interfase de agua salina, entre1000 y 10,000 mg/lt; y 3) zona de agua dulce conmenos de 1000 mg/lt (Figura 21). La calidad delagua dulce representativa del acuífero, entérminos de STD tiene 350 mg/lt.Figura 19. Diagramas de Stiff, Calle 36 y 28 Figura 20. Diagramas de Stiff, entre Calles 20 y 28Diagramas en la Calle 12NaCaMgClHCO3SO4Fuente: Rangel, et al. 2000Si se compara la salinidad de los años1975 y 2000 se observa la evolución de lasalinidad en el tiempo en la faja costera (Figura21 y 22). Para el primer caso, la calidad del aguano rebasaba 1500 mg/lt en las zonas con mayorsalinidad, mientras que para el año 2000 lainvasión salina ocupa ese espacio con más de10,000 mg/lt.Al correlacionar la geoquímica del aguacon resultados de resistividad profunda, sondeoselectromagnéticos (método TEM), la gravimetríaFigura 21. STD Año 2000 (mg/lt)y mediciones directas de la resistividad del fluido,obtenidas en los 30 pozos de monitoreo porMorales, et al. (2000) (Figura 23 y 24), sepueden trazar las rutas preferenciales de entradade agua marina hacia el continente, que fueron asu vez correlacionadas, para obtener un primermodelo de migración de la salinidad del agua delacuífero para las profundidades de 60 y 100metros respectivamente, lo que resultóigualmente consistente con las configuracionesobtenidas con la CEV.Bahía KinoFigura 22. STD Año 1975 (mg/lt)A HermosilloLímite deZona de Intrusiónmarina > 10,000 mg/ltInterfase salina10,000 a 1000 mg/ltFuente: Rangel, et al., 20000.0 20 kmFuente: Oroz, 200140Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 23. Resistividad del fluido a 60 mFigura 24. Resistividad del fluido a 100 mHermosilloHermosillo0.0 30 km0.0 30 kmMorales, et al., 2000Para completar la distribucióntridimensional y confirmar los espesores de aguasalina en el acuífero, se utilizaron los resultadosde registros de Conductividad Eléctrica Vertical(CEV) de pozos, que se agruparon para suanálisis hidrogeológico en tres tipos de acuerdocon el comportamiento observado (Figura 25):1) Pozos con salinidad uniforme.2) Pozos con salinidad estratificada.3) Pozos con cuña de interfase salina.Pozos con salinidad uniforme. Los pozosidentificados con esta categoría, tienen salinidaduniforme y muestran homogeneidad de losvalores de CEV a todo lo largo de la columnaregistrada. Su ubicación está entre la calle 20 y12 (entre 35 y 45 km de la costa). Los casostípicos son los pozos PHB-15, PH-B-17, 20-17;MD-01; 35-04; PO-1; SPR México; PB-01; MD-06y 35-04 (Figura 28). Con excepción del pozoPHB-17 que muestra agua salobre (4,000µS/cm) en toda su columna, el resto tiene aguaque varía entre 450 (pozo 35-04) y 1050 µS/cm(PHB-15). La profundidad de los pozos esvariable, ya que van desde 70 m en el pozo 20-17, hasta 432 m en el PHB-15.Pozos con salinidad estratificada. Los pozosagrupados en este categoría, muestran salinidadmenor en los primeros metros de registro,incrementan fuertemente su salinidad, y aumentaluego de un intervalo de espesor variable (pozos56-01, 55-05, 49-11). Estos pozos en el nivelestático inician con agua de calidad salobre(>1500 µS/cm) que se incrementa gradualmente.Al término de este intervalo, su salinidad creceabruptamente, formando un “estrato” salino deentre 20 y 30 m de espesor, en el cual se registrala CE máxima de la columna. La CE en este“estrato” varía desde 10,000 µS/cm a 30,000µS/cm. Estos pozos se encuentran en la franjade intrusión marina, entre las calles 36 y 28 (10 a15 km de la costa).Pozos con interfase salina. La mayoría de lospozos registrados se agrupan en estaclasificación. Muestran salinidades bajas, o aguadulce desde el nivel estático y se incrementa conla profundidad, hasta alcanzar valores de altasalinidad (> 5,000 µS/cm). Este comportamientose considera como el típico del acuífero y es másmarcado en zonas donde el acuífero muestramayor permeabilidad, generalmente próximos ala influencia del paleocauce del río Sonora, frentea Punta Baja, al sur del área de estudio.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 41

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 25. Perfiles típicos de la CEV (µS/cm)Rangel et al., 2000La distribución de las familias de aguadefine claramente la penetración alcanzada porel agua salina (Figura 26). Utilizando laclasificación de Piper se reconocen seis familiasde agua, predominan los tipos bicarbonatadacálcica, representativa del agua dulce delFigura 26. Distribución de Familias de aguaacuífero y clorurada sódico-cálcica, reflejo de lazona de mezcla de aguas salina y dulce en lazona de interfase (Figura 27 y 28). Igualmente ladistribución coincide con las rutas de migraciónde la intrusión marina obtenidas con la CE y laresistividad del fluido.Figura 28. Familias de agua (Diagrama Piper)Aguas de mezclasAgua salinaAgua dulceFuente: Rangel, et al., 2000Fuente: Rangel, et al., 2000Figura 27. Familias de agua. Clasificación de Piper42Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...De igual manera los valores máximos detrazas como cloruros, bromuros, estroncio, litio yboro, elementos conservativos abundantes en elagua de mar, utilizados como trazadores(Custodio, 1976), permiten observar claramentelas zonas de mayor penetración de la intrusiónmarina. (Figura 29, 30 y 31). Al norte su mayorFigura 29. Litio (mg/lt)concentración se observa entre las calles 20 y 28como respuesta a la migración de la mezcla deagua salada que ha sido inducida desde elestero de Bahía Kino. Al sur las zonas de mayorconcentración son una respuesta a lapenetración del agua marina por la zona dePunta Baja.Figura 30 Cloruros (mg/lt)0 30 kmFuente: Rangel, et al., 2000 Fuente: Rangel,et al., 2000De igual el patrón de distribución es muysemejante al configurar la relación rCl/rHCO 3 yes aún mas notoria la forma en que elbasamento puede actuar como zona vulnerable obarrera al flujo de agua marina (Figura 32).Figura 31. Bromuros (mg/lt) Figura 32. Relación rCl/rHCO 3Límite de aguadulceSin BarreraGolfo deCaliforniaCon BarreraSin Barrera0.0 10 kmFuente: Rangel, et al., 2000Finalmente para confirmar las rutas depenetración del agua marina se seleccionaronpozos con diferente salinidad de acuerdo con lajerarquía de APHA (1995) y se ubicaron con suposicionamientogeoreferenciado,correlacionándolos con la geoquímica del agua,la geofísica y la hidrodinámica del acuífero.Siguiendo el posicionamiento de los pozos seobtuvo el trazo de las rutas de intrusión marina(figura 33 y 34).La configuración resultante muestra doszonas de penetración predominantes, Bahía deKino y Punta Baja, con un alcance de hasta 32 y28 km respectivamente. En ambos casos, sutrazo tiene tendencia hacia la ubicación del conode abatimiento, del cual se induce al flujo salinohacia el centro del cono.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 43

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 33. CE de pozos intrusionadosFigura 34. Rutas de intrusión marinaFuente: Rangel, et al., 20000.0 10 kmPunta BajaFuente: Rangel, et al., 2000Utilizando el esquema tridimensional delbasamento cristalino (Morales, et al. 2000), seobserva que las rutas coinciden con los bajosgravimétricos, lo que explica el porqué de lamayor facilidad de penetración del flujo marinopor estas zonas preferenciales (Figura 35).La integración de los perfiles deresistividad, los TEM, la hidroestratigrafía y laCEV, definen con claridad la pluma de intrusiónsalina, mostrada en la figura 36 en color másoscuro, la cual se ha formado en sentidotransversal a la línea de costa, así como elespesor alcanzado. De igual manera se apreciala topografía del basamento con vista al N-NW.La sección paralela a la línea de costa, muestralos bajos y altos topográficos, ubicados en lasáreas de Bahía Kino y Punta Baja.Figura 35. Rutas de Vulnerabilidad acuíferaModificado de Morales et al. (2000)44Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 36. Pluma de penetración del agua de marBahía KinoA HermosilloPluma de intrusión marinaBahía KinoPunta BajaFuente: Rangel, et al., 2000COMPOSICIÓN ISOTÓPICA DE LAS AGUASSe analizaron 22 muestras porconcentraciones isotópicas de hidrógeno yoxígeno, medidas por espectrometría de masascon el procedimiento descrito por Craig (1957), laincertidumbre de estos valores es de S = 0.3 o / oo .El análisis de cada muestra fue realizado dosveces y en cuatro muestras hasta tres,asegurando una incertidumbre de ± 1 o / oo .Además, se integraron a la base datos,resultados de referencias nacionales einternacionales publicados por IFUNAM (1976);Payne (1980) y Rangel (2000a). Lasconcentraciones isotópicas están expresadascomo la abundancia relativa en partes por mil) deacuerdo con la práctica aceptada. La referenciapara ambos isótopos, es la relación oxígeno-18/oxígeno-16 y deuterio/hidrógeno del VienaStandard Mean Ocean Water (V-SMOW).Las unidades para esta relación son los“δ”, definidos como:δx-r = [(Rx –Rr)/Rr]1000donde R es la relación atómica entre laconcentración de isótopos pesados o raros conrespecto a los ligeros o abundantes para lamuestra x y la referencia r.La información integró muestras quecaracterizan aguas próximas al Río Sonora,gradiente arriba de la Costa de Hermosillo.Incluyen agua superficial del Río Sonora y de losacuíferos que dependen de su cauce como Ures,Santa Rosalía, La Poza, El Sahuaral, San Miguelde Horcasitas, El Zanjón y Aconchi. Con el objetode observar diferencias y coincidencias entre lostipos de aguas. Los resultados se presentan enla Tabla 4.Los resultados muestran valoresnegativos comparados con el estándar del aguade los océanos, dado que el agua estáenriquecida en isótopos ligeros. La composiciónisotópica de las muestras de agua coincide muycercanamente con la relación dada por Craig(1961). Para explicarse la distinción isotópica delagua es necesario discutir la relación de δDcontra δ 18 O en el agua de la precipitaciónmeteórica (Figura 37). La composición isotópicade, virtualmente toda la precipitación moderna(Friedman, 1953; Craig, 1961b; Dansgaard,1964), cae a lo largo de una recta conocida comoLínea Meteórica mundial cuya ecuación es: δD =8δ 18 O + 10. El efecto es, en términos simples,una respuesta a la temperatura superficial queproduce evaporación la cual quedaráisotópicamente registrada como un dato a laderecha de la línea meteórica promedio en eldiagrama δ 18 O vs δD.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 45

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Tabla 4. Resultados de análisis isotópicos.No Orden Muestra dD d18-O FechaNoOrdenMuestra dD d18-O Fecha10 12/20-12 -46 -6.8 Jun-00 1502 Costa -47 -6.8 Jun-8013 12/20-15 -45 -6.6 Jun-00 3214 “ -48 -6.5 Jun-8031 20/28-01 -42 -5.9 Jun-00 409 “ -6.3 -42 Jun-8049 20/28-24 -50 -7 Jun-00 2003 “ -45 -6.4 Jun-8056 20/28-36 -47 -6.9 Jun-00 4408 “ -48 -6.9 Jun-8057 20/28-37 -48 -6.8 Jun-00 4909 “ -49 -6.9 Jun-8058 20/28-42 -46 -6.8 Jun-00 5012 PHB-15 -62 -8.4 Jun-8062 MD-04 -12 -2 Jun-00 Ac.Ures -36 -5.4 Jun-8063 MD-10 -6.2 -9.2 Jun-00 Ac Aconch -42 -6 Jun-8068 36/09 -46 -7 Jun-00 Río Sonora -36 -5 Jun-8071 36-14 -49 -6.6 Jun-00 kino mar 2 1 Jun-8072 36-15 -48 -6.7 Jun-00 pch-2 Costa -40 -6 Jun-8082 MD-02 -49 -6.9 Jun-00 pch-4 “ -54 -7 Jun-8083 MD-03 -44 -5.3 Jun-00 pch-5 “ -47 -6.5 Jun-8084 MD-05 -20 -3.1 Jun-00 pch-6 “ -13 -1.4 Jun-8085 MD-06 -46 -6.9 Jun-00 pch-7 “ -32 -4.3 Jun-8086 MD-07 -46 -6.7 Jun-00 pch-8 “ 15 -2 Jun-8087 MD-08 -46 -6.6 Jun-00 pch-9 “ -6.4 -45 Jun-8088 MD-09 -26 -3.1 Jun-00 G.Calif. mar 0.8 -0.37 Ene-7094 36-6 -48 -6.6 Jun-00 G.Calif. mar 1 0.02 Oct-6895 36-8 -47 -6.8 Jun-00 G.Calif. mar 1.7 -0.47 Oct-6898 36-18 -43 -6.3 Jun-00 1502 -47 -6.8 Jun-80Con la posición de los valores isotópicosde deuterio y oxígeno del agua subterránearespecto a la línea meteórica mundial, puedenhacerse las siguientes observaciones:a) Los valores que representan las aguassubterráneas de la Costa de Hermosillopueden describirse satisfactoriamente por unarecta cuya ecuación es δD = 6.3681 18 O-3.9779, valores acordes con una región decondiciones climáticas áridas (Figura 37).b) Las concentraciones isotópicas de lasmuestras de agua ubicadas en acuíferospróximos al Río Sonora presentan grados deevaporación que sugieren que son afectadaspor una evaporación rápida, típicamentedesértica, de los cuales de acuerdo con loesperado se desprende que tienen al RíoSonora por origen. Sus promedios típicos seagrupan en δD = -54.9 o / oo ; δ 18 O = - 4.9 o / oo .Estas aguas son de reciente infiltración yestán sujetas a variaciones estacionales.c) Las concentraciones isotópicas de las aguasde la Costa de Hermosillo, tomadas endistintos años y coincidentemente en el mesde junio, se agrupan en un intervalo estrecho.Consecuentemente se infiere una ciertaconstancia de los valores isotópicos duranteel lapso 1978-2000. Esto permite tipificar elagua del acuífero de la Costa de Hermosillopor sus promedios isotópicos: δD = -45.17o / oo ; δ 18 O = - 6.39 o / oo , lo que se percibe comoestabilidad isotópica.46Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 37. Composición de isótopos establesPaleoaguaFuente: Rangel, 2000bCONCLUSIONES Y DISCUSIONLa intrusión de agua salina ha penetradoEl sistema acuífero Costa de Hermosillo gran parte del acuífero, por el noroeste (Esteroobedece al patrón estructural derivado de la de Kino) en hasta 30 km y por el sur del área deneotectónica del Basin and Range Sonorense el estudio en más de 20 km (El Sahuaral). Estacual actúa en la distribución, almacenamiento y intrusión, no ha respondido a la reducción delmovimiento del flujo subterráneo ya que rellena bombeo y avanza por las rutas mencionadas,las fosas resultantes tanto al norte como al sur atraída por su inducción, hacia el centro delde la cuenca baja. El esquema tridimensional del acuífero. Ello sugiere que de continuar con lasbasamento muestra la alternancia de fosas y condiciones actuales, la intrusión marinapilares orientados NW-SE, la intrusión marina se continuará hasta mezclarse completamente conlleva a cabo a lo largo de tres de estas fosas, el agua de dulce del acuífero.que actúan como zonas de alta vulnerabilidad, Las muestras que representan el avancelocalizadas en el estero de Bahía Kino, estero El de la intrusión salina tienen valores isotópicosCardonal (Punta Baja) y estero de Tastiota.La promedio de δD = -18.25 o / oo ; δ 18 O = -2 o / oo . Seintrusión salina actúa como una recarga encuentran ubicadas al sur, frente a Punta Baja yproveniente del mar con 98 Hm 3 y está siendo al norte, frente a Bahía Kino, donde el aguainducida hacia el centro del acuífero, donde subterránea presenta un exceso de deuterio quehistóricamente se ha concentrado el bombeo. sugiere una zona de mezcla de aguas queEn el área de estudio, en la zonas de corresponde con la ruta de recarga de aguaentrada de recarga y en los acuíferos aledaños al marina. La relación del contenido de Clorurosde la Costa de Hermosillo, la familia dominante contra δ 18 O es consistente también con estade acuerdo con Piper y Stiff es de tipo Na-HCO 3 , afirmación, los grupos de agua están claramenteseguida de la familia Ca-HCO 3 típico de definidos por estos parámetros, como unaacuíferos en aluviones, con algunas variaciones función lineal que se ajusta a una recta cuyaa mixta. En una franja costera de entre 20 y 40 ecuación es δD =-6.3681 –18 O-3.9779 (Figurakm en Punta Baja y frente a Bahía Kino 38).prevalecen las aguas del tipo Clorurada Cálcica yClorurada Sódica. Típicas de la franja costerainfluenciada por la intrusión salina.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002. 47

MEDINA, M.R. et al. Vulnerabilidad a la intrusión marina...Figura 38. Composición isotópica del agua subterránea de la Costa de Hermosillo.dD 0/000 Agua de Mar-10 -8 -6 -4 -2-100 2Agua dulcedel acuíferodD = 6.3681O-18 - 3.9779Interfase SalinadO-18 0/0010-20-30-40-50-60-70Rangel, et al., 2000El pozo de observación PHB-15, con1000 m de profundidad, sellado desde lasuperficie hasta 380 m, presenta unaconcentración isotópica promedio de δD = -62o / oo ; δ 18 O = -8.8 o / oo . Estos valores del deltaestán muy abatidos en isótopos pesados y sondistintos de los obtenidos para el acuífero de laCosta de Hermosillo. La caracterización isotópicasugiere que se trata de aguas muy antiguas, ofósiles, entrampadas sin recarga, cuyo origen sedio bajo condiciones climáticas más frías y máshúmedas que las actuales. Ninguna otra agua depozo obtuvo concentración isotópica similar, elresto se agrupa en torno a una sola familiaisotópica, cuyo origen es meteórico, con laconcentración típica del acuífero de δD = -46 o / oo ;δ 18 O = -6.8 o / oo . Estos datos muestran unaevaporación más alta que la paleoagua, lo cualacentúa más su diferencia de origen y sugiereuna respuesta al promedio anual de latemperatura y a la escasa precipitación en laregión. Las determinaciones de Tritio confirmanlas edades y la interpretación isotópica de lasaguas subterráneas, los valores se encuentranen el rango de 0.1 a 2.1 U.T, lo que sugiere quelas aguas son de origen meteórico, pero tienenmás de 50 años de haberse infiltrado (Figura 37).La geoquímica apoya esta interpretación,dado que el agua antigua del PHB-15 está casilibre de calcio y magnesio (2.2 y 0.4 mg/lt), paracumplir con lo anterior, el agua tiene que serpobre en minerales de carbonato. Esto coincidecon la naturaleza del medio en rocas volcánicasen el cual se encuentra almacenada, lo quesugiere que esta agua tuvo su origen en losperiodos interglaciares de hace 50,000 a 10,000años, periodo durante el cual quedó entrampada.48Todo ello sugiere que no existen dosdiferentes acuíferos, sino semiconfinamientosdentro de un solo acuífero y por debajo de este,se encuentra el agua fósil almacenada en rocasvolcánicas.El agua de la intrusión de agua salinatienen valor isotópico promedio de δD = -18.25o / oo ; δ 18 O = -2 o / oo , ubicadas al sur del área deestudio, en la zona del Sahuaral, frente a PuntaBaja confirmando las rutas de penetración. Haciael norte del área de estudio, frente a Bahía Kino,el agua muestra un exceso de deuterio quesugiere una zona de mezcla de aguas quecorresponde con la otra ruta de recarga de aguamarina, lo cual es consistente con la geoquímicadel agua, con la relación del contenido decloruros contra δ 18 O y con los perfiles deconductividad.La determinación de edades relativas porel método del Carbono-14, confirman ladiferencia en orígenes para las aguassubterráneas. El agua del acuífero aluvial, varíaentre 2,751 a 4,630 ± 30 a 50 años. Lalocalización de la edad más antigua se encuentraentre la calle 20 y 28, ubicación que coincide conla fosa más profunda que conforma la topografíadel basamento. En cambio la paleoagua tieneuna edad que varía entre 25,820 y 30,000 ± 190años. Lo que sugiere que esta agua tuvo surecarga durante periodos interglaciares,actualmente no tiene recarga, se puedeconsiderar fósil y se encuentra entrampada, porlo que es un recurso finito que requiere serevaluado antes de pretender explotarla.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 31-51, 2002.

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EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD EN SISTEMAS FISURADOSJorge Montaño XAVIER 1Ernani Francisco da ROSA FILHO 2Eduardo Chemas HINDI 2RESUMENSe ha desarrollado un método de evaluación de la vulnerabilidad enacuíferos fisurados que consiste en la identificación en la zona no saturada de los“amortiguadores” químicos y físicos más importantes en el retardo del pasaje decontaminantes no conservativos.Los primeros están relacionados con los valores de intercambio catiónico,resultantes principalmente de la presencia de materia orgánica y arcilla,componentes de los horizontes A y B de los suelos. Estos intercambiadores soncapaces de retener e intercambiar elementos potencialmente contaminantes.Los físicos están condicionados a los valores bajos de K v (conductividadhidráulica vertical) que retardan el traslado vertical de sustancias, generando untiempo de transferencia alto.Palabras clave: vulnerabilidad, acuífero fisurado, amortiguación de contaminantesABSTRACTA new method to evaluate vulnerability of fractured aquifers has beendeveloped. It consists in the identification of the most important chemical andphysical buffers for retardation of the non-conservative contaminants pathway inthe unsaturated zone.The chemical buffers are related to ion exchange values resulting from thepresence of organic matter and clay, which are, both of them, components of the Aand B soil´s horizonts. These buffers are capable of maintaining and exchangingelements potentially contaminant.The physical buffers are conditioned by low values of Kv (vertical hydraulicconductivity) that retard the vertical movement of substances generating hightransference time and minimizing the effects of degradable contaminants.Keywords : Vulnerability, fractured aquifers, amortiguation of the contaminants1. INTRODUCCIÓNLa importancia de los acuíferos fisurados anivel mundial radica principalmente en su granextensión y la intensa actividad antrópica que sedesarrolla en su ámbito.En la mayor parte de la superficie terrestreafloran rocas ígneas y/o metamórficas, o seencuentran cerca de la superficie, bajo unadelgada capa de depósitos superficiales.Podemos identificar las siguientes zonas:Canadá, NE y NW de EUA, Altiplano de laGuayana, Noreste de Europa (Escandinavia yRusia), Asia (Siberia, Península Arábica, India,Sri Lanka), Sudeste de Asia (Korea y China),Región del Pacífico ( Australia) y zonas del E ,Wy centro de África.La protección natural de estos acuíferos noexiste o está constituida por una cobertura depoco espesor determinando zonas con altasusceptibilidad frente a la actividad de loscontaminantes. Si a este panorama le sumamosque en grandes extensiones de estas placasprecámbricas existe un importante desarrollopoblacional como por ej: 40 millones dehabitantes en Latinoamérica, 70 millones enÁfrica y cientos de millones en Asia, se generauna situación de gran peligro a la degradación delos recursos hídricos fisurados a nivel mundial.Además, parte de estos dominios geológicosse encuentran en regiones calificadas como lasmenos desarrolladas del mundo, con menoresniveles desarrollo tecnológico y precaria o nula1Universidad de la República – Facultad de Ciencias – INGEPA (Uruguay)2Universidad Federal do Paraná – Departamento de Geología (Brasil)Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002. 52

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...planificación y protección de los recursoshídricos subterráneos.En este marco una de las discusiones que sepresenta a menudo en la implementación de losestudios sobre vulnerabilidad de acuíferos es ladeterminación de los parámetros que influyen enlos procesos de contaminación y amortiguaciónnatural. Es reconocida la complejidad geológicae hidrogeológica que presentan los sistemasdiscontinuos, por ello es que abrimos unadiscusión a partir de esta propuestametodológica de estudio de vulnerabilidad desistemas fisurados.Los estudios sobre Vulnerabilidad desistemas fisurados pueden enfocarse sobre dosámbitos principales:A) Geometría del sistema fisuradoB) Zona no saturadaCada región geológica ha sufrido una serie deesfuerzos con generación de fracturas asociadasque componen la historia tectónica del lugar. Enhidrogeología los eventos tectónicos que tienenimportancia son los que generan fracturasabiertas, potenciales portadoras de aguasubterránea.A su vez en cada región se generará un tipode fracturación diferente en función del tipo deroca y del tipo de esfuerzo o esfuerzos tectónicosque la afecten, determinando así lasdimensiones e interconexión de fracturas, laporosidad de fractura, etc.En este marco vamos a definir como SistemaAcuífero Fisurado (SAF) a cada región geológicaafectada por una misma “historia tectónica”,generando un mismo padrón de fracturaciónabierta o portadora de agua.Denominamos Unidades de AcuíferosFisurados (UAF) a las áreas de fracturación quese pueden individualizar por presentancontinuidad hidráulica dentro del contexto delSAF. Estas unidades poseen un comportamientoasimilable al de “mallas” interconectadas(Larsson, 1985). En ellas los niveles hidráulicostienen vinculación y soportan el trazado de líneasequipotenciales. O sea que la sumatoria deUnidades de Acuíferos Fisurados formarán elSAF.2. GEOMETRÍA DEL SISTEMA FISURADO(SAF)Uno de los conceptos que mayor dificultadpresenta en los estudios de los Sistemas deAcuíferos Fisurados (SAF) es la definición de sugeometría. En este sentido en un ámbito defracturación es tremendamente difícil por mediosdirectos e indirectos poder establecer lasdimensiones de la fracturación intercomunicadaque constituye la geometría del SAF.Como parte de la metodología de estudio sepropone considerar dos situaciones: zonas sinantecedentes de pozos y zonas conantecedentes.Cuadro 1. Geometría del acuífero – Metodología de estudioGEOMETRÍA DEL ACUÍFEROAREAS SINANTECEDENTES DEPOZOSExtensión superficialprecisa y subsuperficialaproximadaEstudios DirectosEstudios IndirectosTectónicosGeofísicosExtensión superficial dela fracturaciónProfundidad deFracturaciónTectónicosExtensión superficial dela fracturaciónAREAS CONANTECEDENTES DEPOZOSExtensión superficial ysubsuperficial precisasEstudios DirectosHidrogeológicosProfundidad defracturaciónDelimitaciónHidráulica de Unidadesde FracturaciónEstudios IndirectosGeofísicosProfundidad deFracturación2.1. Zonas sin antecedentes de pozos:Geometría de la zona de FracturaciónPara los casos dónde no existen datosdirectos del SAF como antecedentes de pozos omanantiales, solamente se puede tener un53conocimiento aproximado del sistema, siendoposible identificar áreas con fracturas “abiertas”que potencialmente pueden ser portadoras deagua, mediante:Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-62, 2002.

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...a. Estudios directos: Tectónicos: a partir defotointerpretación es posible delimitar zonasde fracturación y analizar sus dimensiones ycarácter compresivo o distensivo.Posteriormente se comprueban en el campolos resultados de la fotointerpretación paralograr finalmente la delimitación superficial delárea de fracturación.Figura 1. Geometría del SAF – Estudios directos e indirectos.b. Estudios Indirectos: A partir de la aplicaciónde estudios geofísicos como ser VLF oestudios geoeléctricos, se logra informaciónsobre profundidad y forma de la fracturación.Los resultados de estos trabajosdeterminaran zonas de fracturaciónpotencialmente portadoras de aguassubterráneas, con dimensiones precisas en lahorizontal y aproximadas en la vertical, con locuál se podrá establecer a grandes rasgos lageometría del SAF.2.2. Zonas con antecedentes de pozosComo primer paso se desarrollan los estudiosdirectos e indirectos aplicados en el caso dezonas sin antecedentes.La presencia de pozos en acuíferos fisuradosproduce una perturbación en el sistema muchomás importante que en los sistemas porosos.Esto es debido principalmente a que los pozosen los SAF además de funcionar como unacaptación hidráulica conectan estructuras(fracturas, fallas), portadoras de agua conpotenciales hidráulicos diferentes, esta situaciónes frecuente en medios discontinuos y por elloaún sin bombeo, puede existir circulación verticaldentro del pozo (Figura 2).Figura 2. Conductor Hidráulico. Esquema.PozoFracturaPorosidad de fracturaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002 54

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...El sistema de pozo- bloque- fracturas sedenomina conductor hidráulico (Gustafson yKrasny, 1994). A medida que aumenta ladensidad de pozos aumenta el área deinterconexión del sistema, ampliando suextensión. O sea que las dimensiones delsistema pueden variar al integrarse nuevospozos que conecten diferentes fracturas tanto ensentido vertical como horizontal. En estos casosdonde existe información de pozos yafloramiento de agua, la geometría del acuíferose puede determinar o calcular a partir deldesarrollo de la siguiente metodología:3. GEOMETRÍA DE LAS UNIDADES DEL SAF3.1. Profundidad de fracturaciónEn general este dato se obtiene de ladescripción geológica del pozo, realizada duranteejecución de la perforación. Cuando no secuenta con dicha descripción, mediante lautilización de medidores de diámetro o “caliper”se puede identificar la posición de las zonasfracturadas.3.2. Capacidad de almacenamientoEste factor es importante dado que determinala mayor o menor posibilidad de dilución de uncontaminante en un SAF: a mayoralmacenamiento de agua mayor poder dedilución. Depende de los siguientes factores:a) Tipo y tamaño de la fracturab) Interconexión de fracturasc) Tipo de roca donde se produce lafracturaciónd) Porosidad de fracturae) Número de eventos tectónicos sufridos porla roca3.3. Determinación de los límites de lasunidades del SAFLos sistemas de acuíferos fisuradospresentan, como se ha visto, una gran variaciónen función principalmente del tipo de roca queconstituye el subsuelo y factores tectónicos queafectaron el área.Las zonas acuíferas estarían representadaspor las que constituyen las Unidades del SAF,áreas que efectivamente se debería conservar yproteger dentro de los ámbitos de rocas duras,dejando de considerar las áreas no fracturadas.Representan zonas con interconexión defracturas cuyos límites serían contornos delmapa potenciométrico (Figura 3).Figura 3. Unidad del SAF - Mapa potenciométrico Cuenca Aº Carrasco, UruguayUna vez que se identifiquen los límitessuperficiales a partir de los mapaspotenciométricos se le sumarán los datos deprofundidad de fracturación, para establecer unaprimera aproximación de la geometría de cadaunidad del SAF. La sumatoria de cada unidad55Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002.

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...(UAF) constituirá el SAF, y solamente sobreestas unidades se realizarán los estudios devulnerabilidad.4. ZONA NO SATURADALa zona no saturada comprende desde lasuperficie del suelo hasta el nivel saturado ocomienzo del acuífero. Por las diferencias en elcomportamiento físico y químico de las diferenteszonas y su papel de amortiguador frente alpasaje de los contaminantes se detalla suscaracterísticas principales y su incidencia en lavulnerabilidad del sistema.Cuadro 2. Zona no saturada – Parámetros necesariosZONA NOSATURADAAmortiguaciónQuímicaAmortiguación FísicaPARAMETROSNECESARIOSCICKvTiempo de tránsito4.1. SueloEs uno de los principales factores que regulanel grado de vulnerabilidad de los acuíferos,debido a la función que cumplen en laamortiguación física, química y biológica,principalmente frente a la contaminación difusadebida a prácticas agrícolas.El suelo o franja edáfica constituyegeneralmente la sección superior de la zonasubsaturada o no saturada. Sus característicasfísicas y químicas le imponen cierta actividadprotectora frente a la llegada de uncontaminante, la que denominamosamortiguación, que puede ser de tipo física oquímica.d) Horizontes de suelo con baja permeabilidadcomo por ejemplo los B2T, que limitan el flujodescendente.Los procesos citados dependen delcomportamiento estructural, geométrico, químicoy biológico de los suelos; por ello a continuaciónse describirán en forma detallada lascaracterísticas principales de los mismos.4.1.2. Los suelos y su potencial deamortiguación químicaComo parte del análisis de vulnerabilidad, sedebe analizar los suelos con el fin de establecerlas propiedades relacionadas con laamortiguación química y física al pasaje decontaminantes hacia los acuíferos.El suelo constituye un poderoso medio dedepuración natural y de reciclaje de las aguas delcual es necesario conocer su comportamiento ysus límites. Los procesos de depuración naturalmás activos se producen en las dos primerascapas, (horizontes A y B, principalmente en elprimero), constituyendo una alternativa valiosarespecto de las técnicas en depuración artificial.4.1.1. Zona EdáficaConstituye la capa órgano-mineralcomprendida desde la superficie hasta la rocamadre y merece especial atención porrepresentar la primera y más importante defensanatural contra la contaminación de las aguassubterráneas. El flujo de agua en el suelo esnormalmente lento, restringiéndose a los porosmás pequeños con mayor superficie específica.La condición química es normalmente aeróbica yfrecuentemente alcalina.4.2. Amortiguación químicaLas principales accionesGracias a las propiedades de adsorción e"amortiguadoras" a la acción de contaminantesintercambio debidas a la presencia de coloidesen la zona no saturada son:minerales y orgánicos, el suelo puede retener una) Intercepción, sorción y eliminación degran número de sustancias muy diversas enbacterias y virus.cuanto a su tamaño y propiedades. El origen deb) Atenuación de metales pesados y otroslas posiciones de intercambio se genera a partircomponentes químicos inorgánicos a travésde la superficie específica de la fracción arcilla,de precipitación como carbonatos, sulfuros oparticularmente de la materia orgánica, ademáshidróxidos, sorción o intercambio de cationes,de otros componentes que difieren químicamenteo fijación por la materia orgánica carbonosa.y por lo tanto en las propiedades de susc) Sorción y biodegradación de muchossuperficies.hidrocarburos y compuestos orgánicosEntre los constituyentes activos comosintéticos.intercambiadores de los suelos, se pueden citar:arcillas cristalizadas; óxidos e hidróxidosRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 53-62, 2002. 56

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...relativamente bien cristalizados y sus gelesgeneralmente amorfos; y materia orgánica.Todos tienen propiedades de adsorción más omenos importantes (0,05 a 1,5 mol/Kg para lasarcillas según su tipo, 2 a 3 mol/Kg para lamateria orgánica). En forma específica lasposiciones de intercambio de los coloidesminerales se originan a partir de un desequilibriode cargas en las estructuras de los mismos.Seguidamente se resume el trabajo de Black1967 donde se establecen las capacidades deintercambio catiónico (C.I.C) de los componentesmás comunes del suelo.Cuadro 3. CIC para los componentes más comunes del sueloELEMENTOSC.I.C. (meq/100g)Caolinita 3-15Arcillas 1:1Halloysita 5-10Illita 10-40Clorita 10-40Arcillas 2:1Montmorillonita 80-150Vermiculita 100-150Alofán 70-100Aluminosilicatos amorfos Materia orgánica 110-200Con los resultados obtenidos se puedeafirmar que los suelos con mayor capacidad pararetener iones son los que presentan mayorproporción en materia orgánica y arcillas 2:1.4.2.1. Amortiguación Química de los SuelosLa capacidad de intercambio de los suelosfunciona como un factor de retención química,constituyendo la Amortiguación Química de losSuelos; por lo tanto se la tomará como elementoesencial de retención de posibles poluentes.Este será uno de los factores utilizados paracalificar a la Vulnerabilidad.Como fue dicho anteriormente la C.I.C.aumenta en los horizontes con abundantemateria orgánica y arcillas, el espesor de estoshorizontes también incide en la CIC puescontrola la cantidad de intercambiadoresquímicos disponibles.A modo de ejemplo se presentan en elsiguiente cuadro las CIC de diferentes suelos dela cuenca del Arroyo Carrasco, en Uruguay:Cuadro 4. CIC en suelos (Cuenca del Arroyo Carrasco, Uruguay)SUELOHorizonteColor(1)Clase(2)C.I.C. a ph 7(meq/100g)Brunosol éutrico sobre A Negro F Ac 47.8basamento B2T Negro Ac 53.4Brunosol sobre limos oarcillasA1-A3Pardo osc. AnegroF Ac 21.3B21T Pardo gris osc Ac 36.4PlanosolA1-A2 Pardo Ar F 6.5B2T Gris Moteado Ac – Ar 22Arenosol A Pardo Ar 4(1) Color traducido de la tabla de Munsel(2) F = franco; Ac = arcilloso; Ar = arenoso; L = limosoEn el siguiente cuadro se presenta lacalificación a la amortiguación química de losdiferentes tipos de suelos de la cuencaanteriormente mencionada, en función de suscapacidades de intercambio catiónico.57Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002.

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...Cuadro 5. Amortiguación química de los suelos de la Cuenca del Arroyo CarrascoSUELOSC.I.C. (meq/100g)AMORTIGUACIÓNQUÍMICABrunosoles 20-50 ALTAPlanosoles 6-22 MEDIAArenosoles < 5 BAJADe la tabla anterior se desprende que laszonas con suelos brunosoles contribuirían a unamenor vulnerabilidad del sistema acuífero al serpotencialmente capaces de retener eintercambiar un mayor volumen de elementosquímicos potencialmente poluentes. Enconsecuencia, con los valores de C.I.C. sedeterminaron tres categorías de amortiguaciónquímica:Alta (C.I.C. entre 20 y 50 me/100g).Media (entre 6 y 22 me/100g).Baja (inferior a 5 me/ 100g).4.3. Amortiguación física de los suelosOtra propiedad importante que presentan lossuelos son los niveles (iluviales) de acumulaciónde arcillas generalmente expansivas en elhorizonte B, con su mayor expresión en losdenominados horizontes texturales o B 2T por losagrónomos. Estos niveles cuando se encuentranen condiciones de humedad alta, se expanden ygeneran "barreras" de muy baja permeabilidad,limitando y muchas veces impidiendo el pasajede agua y por lo tanto de contaminantes hacia elsubsuelo y convirtiéndose en amortiguadoresfísicos.Para medir el efecto de estos amortiguadoresse utiliza el tiempo de tránsito, que representa laduración del pasaje de un probable contaminanteconservativo por la capa menos permeable delsuelo. Este parámetro es importante por indicarla permanencia de un contaminante en un medioquímica y biológicamente muy activo, con unarelación directa entre la degradación del mismoy su estancia en el suelo.4.3.1. Tiempo de tránsitoComo parámetro cuantificable se elige eltiempo de tránsito cuyo valor se obtienemidiendo las velocidades de infiltración en losniveles de menor permeabilidad del suelo. Amodo de ejemplo se presentan en el cuadro 4 losgrados de vulnerabilidad en función del tiempode transferencia en los suelos correspondientesa suelos de la cuenca del Arroyo Carrasco,Uruguay.Cuadro 6. Grados de vulnerabilidad en función del tiempo de transferenciaSUELOTIEMPO DETRANSFERENCIA (meses)VULNERABILIDADBRUNOSOL 2.4 BAJAPLANOSOL 2.1 BAJAARENOSOL 3 x 10 -3 ALTAA partir de este método se concluye queexiste un importante efecto de amortiguaciónfísica, química y biológica en los Brunosoles yPlanosoles, lo que constituye zonas con mayorprotección de los acuíferos. En los arenosoles laamortiguación es muy baja, representando áreasmuy vulnerables frente a la contaminación.4.4. Zona geológica no saturadaEs muy importante en la protección delagua subterránea principalmente en regionesdonde no existen suelos y también en las que lossuelos están presentes porque refuerza la acciónde amortiguación de estos. Cuando estácompuesta por materiales de baja permeabilidad,se crea un cierto confinamiento protector de lasaguas subterráneas. Los parámetros másimportantes que caracterizan a esta zona son:espesor, litología y permeabilidad vertical (Kv).Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-62, 2002. 58

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...Figura 4. Importancia de la zona no saturada. Esquema4.4.1. Amortiguación GeológicaCuadro 7. Sumatoria de Amortiguación Edafológica y GeológicaAMORTIGUACIONEDAFOLOGICAAMORTIGUACIONQUIMICABRUNOSOL PLANOSOL ARENOSOL20 - 50C. I. C. (meq/g)6 - 22 < 4A L T A M E D I A B A J AAMORTIGUACIÓNEDAFOLÓGICAFISICATIEMPO DE TRANSFERENCIA (años)BRUNOSOL PLANOSOL ARENOSOL104 117 < 1AMORTIGUACION A L T A M E D I A B A J AC O E F I C I E N T E 1 1 < 1AMORTIGUACIÓNGEOLÓGICAFISICAarcillaslimos arcillososTIEMPO DE TRANSFERENCIA (años)limos arcillososarcillasBasamento Basamento Basamento56,06 54,79 1,26BasamentoafloranteAMORTIGUACION A L T A A L T A M E D I A N U L AC O E F I C I E N T E 110,50059Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002.

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...5. RESULTADOSLa vulnerabilidad en este método se basa enla protección que ofrece la cobertura primitivaamortiguando la llegada de probablescontaminantes al sistema hidrogeológicodiscontinuo.En relación al basamento, como ya se señaló,lo que se considera son los sistemasdiscontinuos comprobados, descartándose lossectores con baja o ausente densidad defracturas.De las cuantificaciones de amortiguacionesedafológicas y geológicas (química y física),representadas por los coeficientes deamortiguación, se determina la vulnerabilidad delsistema distinguiendo distintas zonas que sedetallan en el cuadro siguiente:Cuadro 8. Cálculo de la VulnerabilidadSueloBRUNOSOL PLANOSOL ARENOSOLCoef deamortiguación 1 1 1 1 1 1 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1edafológicaarcillas arcillas arcillaslimoslimoslimoslimosarcillaslimosarcillaslimosarcillasarcillososarcillososarcillososarcillososarcillososarcillososSubsuelo Bas Cris Bas CrisBas CrisBasamentoCristalinoBas Cris Bas Cris Bas Cris Bas Cris Bas Cris Bas Cris Bas Cris Bas CrisCoef. deamortiguacióngeológicaAmortiguaciónresultante1 1 0,5 0 1 1 0,5 0 1 1 0,5 01 1 0,5 0 1 1 0,5 0 1 1 0,5 0VULNERABILIDAD BAJA BAJA MEDIA ALTA BAJA BAJA MEDIA ALTA BAJA BAJA MEDIA ALTALos resultados del cuadro en relación a lavulnerabilidad son:1. Basamento cristalino sin cobertura de suelo- Si el basamento no tiene fracturación no esSAF y queda afuera del cuadro-. Si el basamento presenta fracturaciónconstituye un SAF; son las zonas másvulnerables por no tener techo protector.2. Basamento cristalino con cobertura de suelo.En estos casos las áreas más vulnerablesson las que están compuestas por suelos convalores altos de conductividad hidráulica(arenosol) y baja C.I.C. La presencia desuelos con horizontes B2T o B muy arcillosos(brunosoles, planosoles) con conductividadesbajas y alta CIC resultan en unavulnerabilidad media a baja.3. Basamento cristalino con cobertura geológicay de suelos. La existencia de las formacionesgeológicas y suelos asociados resultan envalores de vulnerabilidad media a bajadependiendo de los valores de conductividadhidráulica y espesores de cada formación.5. CONCLUSIONES1. Los sistemas acuíferos fisurados sonelementos altamente susceptibles a seradversamente afectados por la actividad delhombre.2. La metodología de estudio sobrevulnerabilidad de un acuífero fisurado sefundamenta en la determinación de sugeometría y de la amortiguación de la zonano saturada.3. En la geometría del acuífero se deben teneren cuenta aspectos geológicos como el tipode roca, tectónicos, tipo de fracturación yporosidad de fractura, además de aspectoshidráulicos como el desarrollo de mapaspotenciométricos, resultando en laidentificación de diferentes unidades fisuradas(UAF) que en su conjunto, para una mismaregión, constituyen los Sistemas AcuíferosFisurados (SAF).4. La zona no saturada (ZNS) funciona comoamortiguador químico y físico al pasaje decontaminantes. La importancia de laamortiguación dependerá de su estructura ycomposición.5. La amortiguación química se determina apartir de los valores de C.I.C. (capacidad deintercambio catiónico) como elemento deretardo de contaminantes no conservativos.6. En la estructura de los suelos existe unestrato que tiene menor conductividadhidráulica generalmente coincidente con elhorizonte B, el cual gobierna la velocidad deinfiltración de todo el perfil, generando unRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002. 60

XAVIER, J. M. et al. Evaluación de la vulnerabilidad...retardo en la llegada del contaminante. Elvalor elegido para establecer el grado deamortiguación física es el tiempo detransferencia.7. Las amortiguaciones químicas y físicas nosdan una estimación de los valores devulnerabilidad o sea del grado de protecciónnatural de la zona no saturada que constituyeel techo de la mayoría de los SAF.6. BIBLIOGRAFIAAUGE M. 1986: Hidrodynamic behavios of the Puelche acuifer in Matawza Riner Basin, Groundwaterv.25, 636-642 Dublin, Ohio.BITTENCOURT, A,: "Hidroquímica", pp 23-53, en Memória del 1° Curso Sul-Americano sobreAvaliacao e Vulnerabilidade de Aquíferos, (4 a 22 de julio de 1994). Curitiba-FR, EFPR,Departamento de Geología, 1994.BLACK, 1967.: Propiedades físico - químicas de los suelos. Elseiver.DOS SANTOS OLIVIERA ANTONIO M., CORREA FILHO DIOGO 1981: "Esaios de Permeabilidadeen Solos". Orientaçoes para sua execuçao no campo. I.P.T. do Estado de S. Paulo.FOSTER, S & HIRATA, R. 1998: Groudwater pollution risk evaluation: the metodology using availabledata. CEPIS. Tech. Report. (WHO-PAHO-CEPIS), Lima.GUSTAFSON Y KRÁSNÝ 1994: Crystalline rock aquifers: their occurrence, use and importance.Applied Hydrogeology 2 (2): 64-65.JUAREZ BADILLO E., A. RICO RODRIGUEZ 1990: "Mecánica de suelos" 3 a edición. EditorialLimusa, México. Tomo I- Fundamentos de la mecánica de suelos. Tomo III- Flujo de agua ensuelos.LARSSON, I. 1985: Aguas Subterráneas en rocas duras. UNESCO.MONTAÑO, J.: "Vulnerabilidad de los Recursos Hídricos Subterráneos", pp 95-166, en Memória del1° Curso Sul-Americano sobre Avaliacao e Vulnerabilidade de Aquíferos, (4 a 22 de julio de1994), Curitiba-PR, UFPR, Departamento de Geología,1994.MONTAÑO, J. 1999: “Caracterización y Vulnerabilidad de Sistemas Hidrogeológicos Discontinuos.Cuenca del Arroyo Carrasco, Montevideo, Uruguay”. Tesis Doctoral, ABAS, Argentina.OLIE F. J. y POS W. J. 1994: Ground Water Contamination Control from Land Fills usingMICROFEM; Case Studies in the Netherlands and Poland. Paper a ser presentado en Praha,Mayo del 1995.61Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 52-61, 2002.

ÁREAS DE VULNERABILIDADE À CONTAMINAÇÃO DEAQÜÍFERO CÁRSTICO CAUSADA PELA EXPLOTAÇÃO DEPOÇOS TUBULARES (ESTUDO DE CASO DE ALMIRANTETAMANDARÉ-PR, BRASIL)Ernani Francisco da ROSA FILHO 1Eduardo Chemas HINDI 1Jorge Montaño XAVIER 2Leandson Roberto F. da LUCENA 3Aurora del Rosario GUÉRÈQUIZ 3RESUMOAs águas que circulam através das estruturas carstificadas dos mármores dolomíticos doGrupo Açungui, os quais ocorrem na regiao ao norte da cidade de Curitiba, representam umaalternativa para abastecer uma parcela da populaç ã o da Região Metropolitana de Curitiba. Entretantoessa exploração tem provocado a diminuição da vazão de várias fontes utilizadas pelas comunidadesrurais da região, bem como acomodamentos do terreno causando rachaduras de várias residências,o que tem suscitado preocupações e conflitos entre os moradores e a Companhia de Abastecimentode Água do Paraná (SANEPAR). Assim foram realizados testes para evidenciar e quantificar orelacionamento entre bombeamento de poços e vazões de fontes naturais. Durante testes debombeamento de três poços localizados na área de Botiatuva, dos quais foram extraídas vazõesentre 110 m 3 /h e 169 m 3 /h, algumas fontes sofreram reduções de descarga. As fontes que forammonitoradas, apresentaram valores de condutividades elétricas entre 185 µS/cm e 242 µS/cm, sendoque as suas descargas, sem a influência do bombeamento dos poços, variaram entre 158 m 3 /h e 213m 3 /h. O bombeamento do poço denominado P-03 reduziu a descarga da fonte FSM-3, de 44,5 l/spara 17,5 l/s, sendo que a vazão de 169 m 3 /h extraída no poço P-04 não acarretou decréscimo nasdescargas das fontes FSM-3 e FSM-4. O bombeamento do poço P-05, a uma taxa de até 165 m3/h,afetou as fontes FSM-10 e FSM-3, sendo que esta última teve uma redução de descarga, de 133m 3 /h para 61 m 3 /h. As interconecções hidráulicas entre as fontes e os poços que as afetaram, sãoconseqüências dos processos de carstificação que se desenvolveram preferencialmente numa faixaparalela aos diques de diabásio. O bombeamento dos poços P-3 e P-5 deverá provocar no decorrerdo tempo uma inversão da dire ção do fluxo das águas subterrâneas, fazendo com que áreas quecircundam as fontes recarreguem o aqü ífero sem qualquer processo de depuração. A utilização dasfontes pode ser feita através da regularização das suas descargas e não por meio exclusivo daperfuração de poços tubulares.ABSTRACTThe karstic aquifer in the north of Curitiba (Paraná State, Brazil) is an important source ofwater and has being exploited since the last five years for water supplying of the city of Curitiba andthe surrounding municipalities. Nevertheless, the well pumping has affected the natural discharge ofsome springs settled in the vicinity of that wells. Pumping tests of wells in the Botiatuva area(Almirante Tamandaré, Paraná State, Brazil) at discharge rates from 110 to 169 m 3 /h, reduced thespring flow as follows: spring FSM-3 from 160 to 63 m 3 /h and from 133 to 61 m 3 /h during well P-03and P-04 pumping tests, respectively. The hydraulic connections between wells and springs are dueto karstification developed mainly along the diabase dikes. The continuous pumping of groundwaterin the Botiatuva area will probably dry the springs and cause an inversion on the groundwater flow,1Departamento de Geologia – Laboratório de Pesquisas Hidrogeológicas da UFPR (LPH-UFPR), Centro Politécncio - Jd dasAméricas – 81531-990 – Curitiba - PR. E-mail: ernani@ufpr.br; tel: (41) 361-31692Universidad Oriental Del Uruguai - UDELAR3 Pós-graduando do Curso de Geologia Ambiental da UFPRRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 62-68, 2002. 62

ROSA FILHO, E.F. et al. Áreas de vulnerabilidade à contaminação...recharging the aquifer through the springs without efficient depuration process. An alternative to thissituation is the use of natural springs for water supply, applying dam techniques to regulate their flows.1. INTRODUÇÃOO constante risco de faltar água paraabastecer parcelas da população da RegiãoMetropolitana de Curitiba, associado àdeterioração progressiva da qualidade dosmananciais armazenados nas atuais barragens,exige a busca de alternativas de captação emáreas cada vez mais distantes dos pontos deconsumo. As faixas de rochas carbonáticas queconstituem o sistema aqüífero cárstico, situadasa cerca de 10 km a norte de Curitiba, são degrande valor estratégico em razão do seupotencial hidrogeológico, bem como pelaqualidade de suas águas e pela ocorrência dasrochas armazenadoras em cotas altimétricasmais elevadas do que as da cidade.A captação deste recurso hídrico foiiniciada com a perfuração de poços tubulares,porém seria também viável seu aproveitamentodiretamente da superfície do terreno. Aexplotação das águas por meio debombeamento resulta como inconvenienteambiental, embora não de forma generalizada,no secamento ou redução de vazão de fontesnaturais que estão associadas às estruturasfraturadas e carstificadas. As fontes cadastradasneste trabalho, são utilizadas paraabastecimento doméstico, irrigação, lavadourode hortaliças, piscicultura e lazer, sendoimportante destacar que algumas delas podemser aproveitadas para fins de abastecimentopúblico em razão da sua elevada produtividade.2. OBJETIVOO objetivo do trabalho é mostrar asinterferências na descarga de fontes durante ostestes de produção de três poços bombeados naárea de Botiatuva, município de AlmiranteTamandaré. A localização dos poços e dasfontes referidas, pode ser visualizada na Figura1.3. PROCEDIMENTOS DE TRABALHO3.1 Considerações sobre a Hidrogeologialocal.O arcabouço do aqüífero é constituídopor mármores dolomíticos, geralmente maciços,de coloração branca a cinza, com texturasacaróide e relativamente puros. A porosidade ea permeabilidade primárias são praticamentedesprezíveis, sendo que o armazenamento e acirculação da água estão restritos aos vaziosoriginados pela dissolução das rochascarbonáticas.Os mármores dolomíticos queconstituem o aqüífero cárstico estão inseridos naFormação Capiru do Grupo Açungui, cujosestudos geológicos mais detalhados foramrealizados por FIORI (1990, 1992, 1994). Estasrochas e os filitos e quartzitos, dispostospreferencialmente na direção NE-SW,encontram-se cortadas por inúmeros diques dediabásio de direção geral NW-SE. A distribuiçãoespacial destes tipos litológicos deu origem aomodelo conceitual do aqüífero cárstico, propostopor LISBOA (1997).As águas do subsolo circulam através deestruturas fraturadas e carstificadas e afloram nasuperfície do terreno por ação da pressãohidráulica quando estes condutos estãointerceptados por barreiras hidrogeológicas, namaioria dos casos representadas por diques dediabásio. As fontes secam ou sofrem redução devazão porque encontram-se dentro do raio deinfluência gerado pelo bombeamento dos poçose por existir conexão hidráulica entre oscondutos através dos quais circulam as águas.A taxa de bombeamento imposta aospoços durante os testes de produção e asmedições das vazões das fontes, antes dosensaios, representam as informações básicassobre o potencial hidrogeológico da área. Afonte FSM-2 produz em torno de 213 m 3 /h e afonte FSM-3 158 m 3 /h. Durante os ensaios deprodução dos poços, com etapas de cerca de 6horas de duração com bombeamento constante,foi extraído do poço P-03 113 m 3 /h, do poço P-05foi mantida uma vazão de 110 m 3 /h e do poço P-04 a produção atingiu 155 m 3 /h.63Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 62-68, 2002.

ÁREAS DE VULNERABILIDADE À CONTAMINAÇÃO DEAQÜÍFERO CÁRSTICO CAUSADA PELA EXPLOTAÇÃO DEPOÇOS TUBULARES (ESTUDO DE CASO DE ALMIRANTETAMANDARÉ-PR, BRASIL)Ernani Francisco da ROSA FILHO 1Eduardo Chemas HINDI 1Jorge Montaño XAVIER 2Leandson Roberto F. da LUCENA 3Aurora del Rosario GUÉRÈQUIZ 3RESUMOAs águas que circulam através das estruturas carstificadas dos mármores dolomíticos doGrupo Açungui, os quais ocorrem na regiao ao norte da cidade de Curitiba, representam umaalternativa para abastecer uma parcela da população da Região Metropolitana de Curitiba. Entretantoessa exploração tem provocado a diminuição da vazão de várias fontes utilizadas pelas comunidadesrurais da região, bem como acomodamentos do terreno causando rachaduras de várias residências,o que tem suscitado preocupações e conflitos entre os moradores e a Companhia de Abastecimentode Água do Paraná (SANEPAR). Assim foram realizados testes para evidenciar e quantificar orelacionamento entre bombeamento de poços e vazões de fontes naturais. Durante testes debombeamento de três poços localizados na área de Botiatuva, dos quais foram extraídas vazõesentre 110 m 3 /h e 169 m 3 /h, algumas fontes sofreram reduções de descarga. As fontes que forammonitoradas, apresentaram valores de condutividades elétricas entre 185 µS/cm e 242 µS/cm, sendoque as suas descargas, sem a influê ncia do bombeamento dos poços, variaram entre 158 m 3 /h e 213m 3 /h. O bombeamento do poço denominado P-03 reduziu a descarga da fonte FSM-3, de 44,5 l/spara 17,5 l/s, sendo que a vazã o de 169 m 3 /h extraída no poç o P-04 não acarretou decréscimo nasdescargas das fontes FSM-3 e FSM-4. O bombeamento do poço P-05, a uma taxa de até 165 m3/h,afetou as fontes FSM-10 e FSM-3, sendo que esta última teve uma reduç ão de descarga, de 133m 3 /h para 61 m 3 /h. As interconecções hidráulicas entre as fontes e os poços que as afetaram, sãoconseqüências dos processos de carstificação que se desenvolveram preferencialmente numa faixaparalela aos diques de diabásio. O bombeamento dos poços P-3 e P-5 deverá provocar no decorrerdo tempo uma inversão da dire ção do fluxo das águas subterrâneas, fazendo com que áreas quecircundam as fontes recarreguem o aqü ífero sem qualquer processo de depuração. A utilização dasfontes pode ser feita através da regularização das suas descargas e não por meio exclusivo daperfuração de poços tubulares.ABSTRACTThe karstic aquifer in the north of Curitiba (Paraná State, Brazil) is an important source ofwater and has being exploited since the last five years for water supplying of the city of Curitiba andthe surrounding municipalities. Nevertheless, the well pumping has affected the natural discharge ofsome springs settled in the vicinity of that wells. Pumping tests of wells in the Botiatuva area(Almirante Tamandaré, Paraná State, Brazil) at discharge rates from 110 to 169 m 3 /h, reduced thespring flow as follows: spring FSM-3 from 160 to 63 m 3 /h and from 133 to 61 m 3 /h during well P-03and P-04 pumping tests, respectively. The hydraulic connections between wells and springs are dueto karstification developed mainly along the diabase dikes. The continuous pumping of groundwaterin the Botiatuva area will probably dry the springs and cause an inversion on the groundwater flow,1Departamento de Geologia – Laboratório de Pesquisas Hidrogeológicas da UFPR (LPH-UFPR), Centro Politécncio - Jd dasAméricas – 81531-990 – Curitiba - PR. E-mail: ernani@ufpr.br; tel: (41) 361-31692Universidad Oriental Del Uruguai - UDELAR3 Pós-graduando do Curso de Geologia Ambiental da UFPRRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 62-68, 2002. 64

ROSA FILHO, E.F. et al. Áreas de vulnerabilidade à contaminação...As fontes monitoradas e os poçosbombeados durante os ensaios de produção,são mostradas na Tabela 2.Tab. 2: Fontes monitoradas durante os testes de bombeamento dos poços localizados em Botiatuva(Almirante Tamandaré, PR).FSM-2 FSM-3 FSM-4 FSM-5 FSM-10P-03 X X XP-04 X X X XP-05 X X XO poço P-03 foi desenvolvido com umavazão de 113 m 3 /h. Durante o período dodesenvolvimento, com 6 horas de duração,foram feitas medições de descargas nas fontesFSM-2, FSM-3 e FSM-4. Os valores das vazõesdas fontes FSM-2 (59,2 l/s) e FSM-4 (6,8 l/s)mantiveram-se praticamente os mesmos queantecederam o bombeamento do poço, aocontrário da fonte FSM-3 que de 44,5 l/s passoua produzir apenas 17,4 l/s. O efeito dobombeamento do P-03 na descarga das fontesmonitoradas, pode ser visualizado na Figura 2.O bombeamento mostrou que existe umainterconexão hidráulica entre a estrutura aqüíferasecionada na perfuração e a fonte FSM-3. Asdemais fontes não sofreram influência dobombeamento porque estão em compartimentohidrogeológico distinto em relação ao poço P-03.Q (l/s)605040302010003.02.98 13.02.98 23.02.98 05.03.98 15.03.98 25.03.98P-03 FSM-4 FSM-2 FSM-3Fig. 2: Variação da descarga natural de fontes devido ao bombeamento do poço P-03(Botiatuva, Almirante Tamandaré, PR)O teste de produção do poço P-4 foirealizado em quatro etapas. Na primeira etapafoi extraída uma vazão de 41 m 3 /h, na segunda80 m 3 /h, na terceira 135 m 3 /h e na quarta etapa169 m 3 /h. A duração da terceira etapa de testefoi de 6 horas, sendo que nas demais, a duraçãofoi de 8 horas. Durante o teste de pré-avaliação,com duas horas de duração, foi extraída umavazão de 176 m 3 /h.Apenas as fontes FSM-3 e FSM-4 forammonitoradas durante o ensaio de produção dopoço P-4. Tal como é demonstrado na Figura 3,as vazões das fontes não decresceram durante oensaio de produção.605040Q (l/s)302010012.03.98 12.03.98 12.03.98 13.03.98 13.03.98 13.03.98 13.03.98 13.03.98 14.03.98P-04 FSM-2 FSM-3 FSM-4 FSM-5Fig. 3: Variação da descarga natural de fontes devido ao bombeamento do poço P-04Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.1, p. 62-68, 2002. 65

ROSA FILHO, E.F. et al. Áreas de vulnerabilidade à contaminação.(Botiatuva, Almirante Tamandaré, PR)O teste de produção do poço P-05 foirealizado em quatro etapas. A taxa debombeamento da primeira etapa, com duraçãode 16 horas, foi de 49,5 m 3 /h, na segunda etapafoi bombeado 100 m 3 /h, durante 6 horas, naterceira foi extraída uma vazão de 151 m 3 /hdurante 16 horas e na quarta etapa foibombeado 165 m 3 /h durante 3 horas.As descargas das fontes FSM-3 e FSM-4foram monitoradas durante todo o tempo deduração do ensaio de bombeamento. Omonitoramento da fonte FSM-10, por estarlocalizada dentro de um tanque de piscicultura(11 m de largura x 40 m de comprimento),restringiu-se apenas às medições das variaçõesdo nível da água do tanque; as medições foramfeitas numa régua instalada no esteio central daponte que se encontra sobre o tanque. Tal comoé mostrado na Figura 4, a descarga da fonteFSM-4 permaneceu inalterada durante todo oensaio de produção, ao contrário da fonte FSM-3que a partir da segunda etapa de bombeamentodo poço teve a sua descarga reduzida de 133m 3 /h para 61 m 3 /h.A variação do nível da água no tanque,em função do tempo, também pode servisualizada na Figura 4. O nível no tanque,referido ao eixo vertical direito do gráfico (Fig. 4),mostra um rebaixamento contínuo já a partir doinício do bombeamento, sendo que com oaumento da vazão do poço, na segunda etapa, orebaixamento torna-se mais acentuado. Estesefeitos mostram que existe uma interconexãohidráulica entre o poço P-05 e as fontes FSM-3 eFSM-10.Q (l/s)5045403530252015105006.08.98 07.08.98 07.08.98 08.08.98 08.08.98P-05FSM-4FSM-3Rebaixamento do nível do tanque da FSM-100-5-10-15-20-25-30-35d (cm)Figura 4 -Variação da descarga natural das fontes FSM-3 e FSM-4 e rebaixamento do níveldo tanque da fonte FSM-10, durante o bombeamento do poço P-05 (Botiatuva,Almirante Tamandaré, PR).Os dados relativos à vazão de cadafonte e os respectivos instantes de medições, diae hora, são mostrados na Tabela 3.TAB. 3: VAZÃO E REBAIXAMENTO DAS FONTES MONITORADAS.FSM-2 FSM-3 FSM-4 FSM-5 FSM-10Data : Hora Q (l/s) Q (l/s) Q (l/s) Q (l/s) d (cm)04/02/98; 13:45 7,104/02/98; 15:00 3,006/02/98; 11:15 2,806/02/98; 12:55 55,506/02/98; 13:25 45,206/02/98; 14:15 6,212/02/98; 13:10 44,2Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.1, p. 62-68, 2002. 66

ROSA FILHO, E.F. et al. Áreas de vulnerabilidade à contaminação...FSM-2 FSM-3 FSM-4 FSM-5 FSM-10Data : Hora Q (l/s) Q (l/s) Q (l/s) Q (l/s) d (cm)12/02/98; 13:20 6,612/02/98; 13:45 57,013/02/98; 17:10 55,013/02/98; 17:50 6,913/02/98; 18:30 44,004/03/98; 14:35 59,204/03/98; 16:00 17,404/03/98; 16:45 6,811/03/98; 11:10 7,312/03/98; 10:10 36,512/03/98; 11:45 7,712/03/98; 12:45 36,012/03/98; 13:00 54,512/03/98; 13:07 2,212/03/98; 13:55 35,612/03/98; 15:00 7,412/03/98; 18:50 33,513/03/98; 02:30 36,213/03/98; 10:05 32,813/03/98; 13:45 32,713/03/98; 14:10 7,815/03/98; 17:30 36,416/03/98; 12:10 33,716/03/98; 12:50 7,816/03/98; 13:10 55,516/03/98; 13:35 2,325/07/98; ---:--- 37,606/08/98; 09:25 36,406/08/98; 09:45 7,606/08/98; 15:35 38,706/08/98; 15:45 7,306/08/98; 16:30 0,006/08/98; 19:15 37,307/08/98; 07:45 42,307/08/98; 09:30 -1,507/08/98; 09:50 6,707/08/98; 14:15 33,907/08/98; 15:20 7,207/08/98; 17:40 -9,007/08/98; 19:20 22,408/08/98; 06:50 22,108/08/98; 10:00 17,108/08/98; 10:35 -33,008/08/98; 11:40 7,24. CONCLUSÃOA interferência do poço P-03 na fonteFSM-3 e do poço P-05 na fonte FSM-10, ocorreporque cada um dos dois grupos está situadodentro do mesmo compartimento hidrogeológicoe também em razão da pequena distânciaexistente entre os referidos pontos (600 m entreP-03 e FSM-3 e 350 m entre P-05 e FSM-10).Pressupõe-se que a principal razão da existênciade interconexões hidráulicas entre osmencionados poços e fontes seja porque ambosestão situados aproximadamente paralelos aosdiques de diabásio, onde o processo decarstificação das rochas carbonatadas é maisintenso. As fontes FSM-3 e FSM-4 não sofreramreduções de vazão durante o bombeamento dopoço P-4 devido à maior distância entre ospontos, em torno de 1000 m, e principalmenteporque o poço e as fontes estão localizadasperpendicularmente ao dique de diabásio.O bombeamento dos poços P-3 e P-5deverá provocar no decorrer do tempo umaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 62-68, 2002. 67

ROSA FILHO, E.F. et al. Áreas de vulnerabilidade à contaminação..inversão da direção do fluxo das águassubterrâneas. As áreas que circundam as fontesFSM-3 e FSM-10, sob esta condição, passarão arecarregar o aqüífero sem qualquer processo dedepuração. Destaque-se, como agravante, queexiste um lago a 350 m de distância da fonteFSM-3 e que nas suas margens encontra-seinstalada uma pocilga e um canil, cujos efluentessão lançados diretamente nestas águas. É paraeste lago que drenam, especialmente nosperíodos de chuvas, os agroquímicos utilizadosna área.A explotação dos poços P-3 e P-5, aqual deverá ser definida com dados debombeamentos simultâneos, somente deve serrecomendada sob a condição de que o nívelpotenciométrico da área de influência dobombeamento permita a descarga das fontes deforma ininterrupta. Tendo em conta que as áreasonde se localizam os poços é de interesse parafuturos bombeamentos, recomenda-se aexecução de levantamentos detalhados depontos de água existentes e o controlesistemático da sua qualidade, especialmentequanto a presença de coliformes, de nitratos ede agroquímicos.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASFIORI, A. P. Tectônica e Estratigrafia do Grupo Açungui a Norte de Curitiba. Instituto deGeociências - USP. Tese (Livre Docência), São Paulo : USP, 1990FIORI, A. P. Tectônica e estratigrafia do Grupo Açungui – PR. Boletim do Instituto deGeociências. São Paulo, Série Científica, v. 23, p. 55-74, 1992.FIORI, A. P. Evolução geológica da bacia do Açungui. Boletim Paranaense de Geociências.Curitiba, n. 42, p. 7-27, 1994GEA – Geologia Ambiental Ltda. Projeto PROSAM/PEB-07 – Relatório Final. Curitiba : 1998.(Companhia de Saneamento do Paraná. Projeto Concluído. Áreas: Fervida e Botiatuva).LISBOA, A. A. Proposta de metodologia para avaliação hidrogeológica do aqüífero cárstico,Compartimento São Miguel. Departamento de Geologia - UFPR. Dissertação (Mestrado),Curitiba: UFPR, 1997.ROSA FILHO, E. F. da; HINDI, E. C. & MANTOVANI, L.E. Efeitos do bombeamento de poçostubulares na descarga de fontes naturais – região de Almirante Tamandaré, PR. BoletimParanaense de Geociências, Curitiba. V. 47; p.45-50, 1999.Revista Latinoamericana de Hidrogeologia, n.1, p62-68,2002 68

PROCESOS GEOQUíMICOS NATURALES E INDUCIDOS POREL HOMBRE EN ACUíFEROS KÁRSTICOS COSTEROS. CASODE ESTUDIO: SECTOR HIDROGEOLOGICO GÜIRA QUIVICÁN(CUENCA SUR DE LA HABANA)J.R. FAGUNDO 1P. GONZÁLEZ 1S. JIMÉNEZ 2M. SUÁREZ 1 ,J. FAGUNDO-SIERRA 1A. GONZÁLEZ 3E. ROMERO 3D. ORIHUELA 3RESUMENMediante un sistemático programa de muestreo y análisis químico de campo y delaboratorio, se identificaron los principales procesos geoquímicos que controlan lacomposición química de las aguas en las diferentes zonas hidrogeológicas delacuífero kárstico costero Güira-Quivicán de la Cuenca Sur de la Habana. Entreestos procesos se destacan: oxidación de sulfuros y de la materia orgánica congeneración de CO 2 , fundamentalmente en la zona no saturada del acuífero;reducción anaeróbica de sulfatos, especialmente en las zonas media y profundade los pozos cercanos a la zona cenagosa; disolución y precipitación de calcita ydolomita en la zona de mezcla; intercambio iónico, tanto de carácter directo comoinverso, así como otros procesos inherentes a la mezcla. En la zona de difusiónestos procesos modifican significativamente la composición química, lo cual sepone de manifiesto al comparar con la composición que debía esperarse de lasimple mezcla conservativa. Además de los factores hidrogeológicos y climáticos,el fuerte impacto de la actividad humana (explotación, vertido de residuales,construcción de obras hidrotécnicas) influye de manera destacada en la calidaddel agua que se utiliza en la región con fines agrícolas y de abasto a la población.Palabras claves: procesos geoquímicos, acuíferos kársticos costeros,humedales, calidad de agua.ABSTRACTThe geochemical processes which determine the chemical composition of waterfrom different hydrogeological zones at the karstic aquifer of Güira-Quivicán(Havana Southern Basin) were identified by means of a systematic field andlaboratory sampling program. Among them the main processes were: sulfide andorganic matter oxidation at the unsaturated zone of the aquifer; sulfate anaerobicreduction, especially at the middle and deep level of the walls located near of theswamp; dissolution and precipitation of calcite and dolomite, direct and inverse ionexchange, as well as other processes connected with the fresh–sea water mixture,where significant modification processes of the chemical composition occurs,which are demonstrated comparing the data with the conservative mixture results.In addition to the hydrogeological and climatic factors, the human impact (aquiferoverexploitation, hydrotechnical constructions, wastewater input) play a significantroll over the water quality used for agricultural and population supply purpose.Keywords: goechemical processes, coastal karstic aquifers, swamp, water quality.1Centro Nacional de Termalismo Víctor Santamarina2GEOCUBA3Universidad de Huelva (España)Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002. 69

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...IntroducciónEl medio kárstico es el más vulnerable a lacontaminación debido a la estructura particulardel drenaje en el mismo. La rapidez del flujo enel interior del sistema favorece la trasmisión delos contaminantes y es escasa la capacidad deautodepuración debido al limitado intercambioiónico en comparación con los medios porosos.En las zonas costeras, donde existe un equilibriodinámico con la interfaz marina, se puedeproducir un incremento de los cloruros en elagua debido a una disminución de las lluvias ouna mayor explotación del acuífero. El aumentode los iones no comunes al equilibrio de loscarbonatos origina un aumento de lakarstificación por efecto salino o de fuerza iónica(Fagundo y González, 1999).En las zonas costeras kársticas, los procesosgeoquímicos que tienen lugar son muycomplejos debido a que se producen mezclasentre el agua dulce procedente del acuífero y elagua de mar, cuyas propiedades químicas yfísicas son muy diferentes y van acompañadasde procesos modificadores de la composiciónquímica que debía esperarse por la simplemezcla entre agua dulce y agua de mar (Wigleyy Plummer, 1976; Giménez, 1994; Fagundo,1996; Morell et al., 1997; Ferrera, 1999). Engeneral, mediante mezcla de aguas de diferentenaturaleza hidrogeológica, se producenreacciones químicas que pueden dar lugar a ladisolución o precipitación de minerales. Estosprocesos se producen porque dichas aguaspresentan diferencias en sus presiones de CO 2 ,los potenciales de oxidación-reducción, el pH,etc.En terrenos kársticos contiguos a un humedal, elsuministro de materia orgánica produceprocesos de tipo biogeoquímicos de reducciónde sulfato acompañados de producción dedióxido de carbono lo cual intensifica aún más ladisolución de las calizas (González y Fagundo,1998).En este trabajo se muestran los resultados de unestudio detallado de carácter geoquímico llevadoa cabo entre 1997 y 1998 en el sectorhidrogeológico Güira-Quivicán de la Cuenca Surde La Habana (Fig. 1). El área fue seleccionadapor ser representativa de un karst sometido auna intensa explotación debido a la demanda deagua para el consumo de la ciudad de la Habanay las necesidades agrícolas de la región.Figura 1. Mapa de localización de la zona de estudio y de ubicación de los puntos de muestreo.MARCO GEOGRAFICO, GEOLOGICO EHIDROGEOLOGICOJaruco, Husillo, Cojimar y Güines. Estas rocasson muy acuíferas, su trasmisividad varía entre5000 y 50000 m 2 /d, mientras el coeficiente dealmacenamiento alcanza valores desde 0.15 encondiciones de acuífero libre, hasta 0.005 encondiciones de semiconfinamiento (González,1997).El área seleccionada pertenece al sectorhidrogeológico Güira-Quivicán de la Cuenca Surde la Habana, ubicado entre las coordenadas N320-345 y E 340-370. Dicha área posee unasuperficie de unos 50 km 2 y sus cotas absolutasvarían entre 1.00 y 2.00 m sobre el nivel de mar.Las precipitaciones medias anuales en esta áreaLa región está constituida por rocasson de 1398 mm (Barros y León, 1997), algocarbonatadas muy karstificadas de edadmenores que la media nacional. A pesar delNeógeno, pertenecientes a las formacionesvolumen de lluvia, el buen drenaje de los suelos,70Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002.

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...el alto grado de karstificación de las rocas; asícomo la gran trasmisividad del acuífero, existeun déficit de recursos hídricos en este sector dela cuenca debido a varias razones. En la décadadel 70 se realizaron obras de canalización queincrementaron el drenaje de las aguassubterráneas de la zona cenagosa, lo cualprovocó un desplazamiento de la interfaz aguadulce-agua de mar tierra adentro. Otro factor queha contribuido a la salinización de las aguassubterráneas en la región es la intensaexplotación a que ha sido sometido el acuíferopara el abasto a la población habanera y para elriego de las plantaciones agrícolas. Losacueductos agrupados en un campo de pozoshan llegado a extraer un caudal del orden de 3.2m 3 /s y los sistemas de riego de 3.5 m 3 (López,1992, en: Jiménez et al., 1997.). Entre los años1984 y 1987 se alcanzaron los valores máximosde explotación en este territorio. Esta situación,unida a una disminución en el régimen de lluviapor debajo de la media anual, incrementó aúnmás la intrusión marina en el acuífero, por lo cualse tomaron medidas correctoras tales como laregulación del régimen de explotación, laconstrucción del Conjunto Hidráulico Pedroso-Mompostón-Güira consistente en un sistema depresa y derivadora que conduce el aguasuperficial a través de un canal para uso agrícolaen el área; así como la construcción del DiqueSur, consistente en una barrera impermeableque sobresale entre 1.0 y1.5 m sobre el nivel delmar. Todo ello, junto al restablecimiento delrégimen normal de precipitación, ha contribuido aaumentar el nivel del agua subterránea,desplazar la interfaz agua dulce-agua de marhacia la costaFecha:14-07-97y mejorar la calidadHora:11:40de las aguas(González Prof (m) y Feitó,1997). Cond. (25 0 C) Temp. ( 0 C)1.5 2000 26.12 2000 26.15 2450 25.48 2580 25.310 2740 25.312 2740 25.315 2740 25.417 2740 25.518 2750 25.520 2750 25.520.5 5490 25.621 8700 25.721.5 13170 25.722 17620 25.722.4 21500 25.723 27900 25.824 37400 25.825 42800 25.826 45800 25.930 51600 26.034 52900 26.035 53000 26.0MATERIALES Y METODOSEn el área de estudio se estableció una red deobservaciones sistemáticas para el monitoreo delos niveles piezométricos y la calidad de lasaguas. Fue seleccionado un perfil de pozosorientados en dirección N-S (Fig. 1). Lasmuestras fueron tomadas mensualmente a partirdel mes de enero de 1997 hasta junio de 1998,en tres niveles de profundidad, representativosde las zonas de agua dulce, de mezcla y decontacto entre el agua dulce y el agua de mar.Los pozos seleccionados fueron: Playa Cajío(0.20 km de la costa, cota topográfica 0.91 m,muestreo a los niveles de 2, 17-18 y 19-23 m);Alvaro Barba (2.5 km de la costa, cotatopográfica 1.87 m, muestreo a los niveles de 3,23-25 y 34 m); Cala 10 (4.5 km de la costa, cotatopográfica 1.97 m, muestreo a los niveles de 2-10, 20.5 y 25 m); Santa Ana (4.9 km de la costa,cota topográfica 4.73 m, muestreo a los nivelesde 5 y 20-30 y 38 m); Seguí (6.6 km de la costa,cota topográfica 7.49 m, muestreo a los nivelesde 10, 39.50 y 43 m); Liliana Dimitrova (8.6 kmde la costa, cota topográfica 8.96 m, muestreo alos niveles de 4-44.5 y 46-50 m); Sotolongo Díaz(9.0 km de la costa, cota topográfica 10.86 m,muestreo a los niveles de 10-11, 40-43 y 50 m).Para la determinación del nivel del aguasubterránea se utilizó un hidronivel H-70 de 100m de cable y los registros de conductividadeléctrica a diferentes profundidades se realizaroncon un equipo ORISON 524 con 100 m de cable(Fig. 2), tomándose las muestras mediantehidrocaptores modelo SEBA de nacionalidadalemana.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002. 71

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...Figura 2. Variación de la conductividad eléctrica y latemperatura con la profundidad en el PozoAlvaro Barba.Las mediciones de los parámetros físico -químicos se realizaron “in situ” mediantepHmetro y medidor de temperatura y potencialredox (Eh), modelo HI-8424 marca HANNA yoxímetro HANNA modelo HI 914. Los contenidosde CO 2 y H 2 S, así como la alcalinidad total(HCO 3 - y CO 3 2- ) fueron también determinados enel campo, mientras que los restantesmacroconstituyentes (Cl - , SO 4 2- , Ca 2+ y Mg 2+ ) ycomponentes trazas se analizaron en ellaboratorio antes de las 24 horas de tomada lamuestra. Las marchas analíticas se efectuaronmediante las técnicas analíticas estándar (APHA,AWWA, WPCF, 19789). Los iones Na + y K +fueron determinados por fotometría de llamas(fotómetro marca SOLAR 919 de la UNCAM. Lacalidad de los datos fue validada mediante elbalance iónico y el cálculo de lasconductividades eléctricas teóricas basado en elmodelo de Miller et al. (1986), implementado enel sistema informático HIDROGEOWIN (Alvarezet al., 1998), con el cual se calcularon ademáslos índices de saturación y otros indicadoresgeoquímico. Los procesos geoquímicos fuerondeterminados mediante un software basado enun modelo de balance de masas y mezcla deaguas (Fagundo-Sierra, 2001). El resto delprocesamiento se efectuó mediante EXCEL.RESULTADOS Y DISCUSIÓNMediciones de campoEn la figura 3 se presentan los resultados dealgunas de las mediciones de potencial redox(Eh) efectuadas en los pozos: Sotolongo Díaz ySanta Ana, situados en la zona de alimentacióndel acuífero; Alvaro Barba y Cala 10, ubicadosen el entorno de un humedal (zona deconducción del acuífero) y Playa Cajío, en lazona de descarga del acuífero al mar.Como puede observarse, en la parte mássomera del acuífero (Fig. 3a) priman condicionesoxidantes, aunque en la zona contigua alhumedal los valores de Eh son negativos(condiciones reductoras), excepto en losperíodos de grandes precipitaciones en que elacuífero se enriquece con el O 2 que acompaña alas lluvias.En el sector intermedia del acuífero (Fig. 3b),correspondiente a la zona de mezcla agua dulce– agua de mar, la tendencia es similar a laprimera, a diferencia de que las condiciones sonsiempre reductoras en los pozos Alvaro Barba yCala 10.Por último, en el sector más profundo (Fig. 3c),donde se produce el contacto con el mar, seestablecen condiciones oxidantes en los pozosubicados en la zona de alimentación yreductoras en los pozos situados cerca delhumedal. En el pozo Cajío, cercano al mar, lascondiciones oxido-reductoras varían de acuerdoal régimen de lluvia (oxidantes en períodos delluvia y reductoras en períodos de seca)8007/14/9709/02/9709/29/9710/30/9712/22/9701/30/9802/27/9803/28/9805/06/982408007/14/9709/02/9709/29/9710/30/9712/22/9701/30/9802/27/9803/28/9805/06/982402002001601606012060120Lluvia diaria (mm)4080400-40Eh (mv)LluviaEh Barba a 3 mEh Cala 10 a 2 mEh Cajio 2 mEh Sotolongo 11 mLluvia diaria (mm)4080400-40Eh (mv)LluviaEh Barba a 23 mEh Cala 10 a 20.5 mEh Cajio 17 mEh Sotolongo 40 m20-80Eh S. Ana 5 m20-80Eh S. Ana 30 m-120-120-160-1600-2000-20004/25/9705/29/9706/27/9707/14/9709/02/9709/29/9710/30/9712/22/9701/30/9802/27/9803/28/9805/06/98ab04/25/9705/29/9706/27/9707/14/9709/02/9709/29/9710/30/9712/22/9701/30/9802/27/9803/28/9805/06/9872Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002.

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...07/14/9709/02/9709/29/9710/30/9712/22/9701/30/9802/27/9803/28/9805/06/988024020016060120Lluvia diaria (mm)4080400-40Eh (mv)LluviaEh Barba a 34 mEh Cala 10 a 25 mEh Cajio 23 mEh Sotolongo 50 m20-80Eh S. Ana 38 m-120-1600-20004/25/9705/29/9706/27/9707/14/9709/02/9709/29/9710/30/9712/22/9701/30/9802/27/9803/28/9805/06/98cdefFigura 3. Variación temporal del potencial redox (Eh en mV) en los niveles de profundidad: Superficial(a), Medio (b) y Profundo (c) de los pozos muestreados y patrones hidrogeoquímicos adiferentes profundidades: Sotolongo Díaz (d), Alvaro Barba (e), Playa Cajío (f).Análisis químico y patroneshidrogeoquímicosEn la figura 3d-3f se muestran los resultados delos análisis químicos expresados en porciento demeq/l mediante diagramas de Stiff (patroneshidrogeoquímicos). En general las aguasevolucionan hacia un mayor contenido de Cl - yNa + , tanto en sentido vertical como horizontal delos perfiles. Llama la atención, sin embargo, elpatrón hidrogeoquímico del pozo Alvaro Barba a23 m, (Fig. 3e) el cual se caracteriza por laausencia de HCO - 3 y un contenido alto de Ca 2+ ,lo cual sugiere la ocurrencia de procesosmodificadores de la composición química delagua.Modificación de la composición química delas aguas como resultado de la mezclaEl método más recientemente utilizado paraestudiar las modificaciones que experimentan lasaguas en las zonas costeras ha sido el deRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002. 73

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...relacionar los iones susceptibles de cambios conel ion Cl - (dado que este último se comportacomo un ion conservativo en la mezcla). Esto sehace mediante el cálculo de los ∆ iónicos, querepresentan la diferencia entre lasconcentraciones reales de los iones y lasteóricas (resultante de una mezcla conservativa).Esta magnitud expresa los cambios cuantitativosen términos de ganancia o pérdida iónica en losprocesos modificadores de la composiciónquímica, especialmente en la zona de difusión.La misma se puede representar mediantegráficos de tipo X-Y, donde Y representa elincremento o déficit del ion que se evalúa y X elcontenido de ion Cl - u otros ∆ iónicos (Giménez,1994). Se pueden medir también los cambios enfunción del porcentaje de agua de mar presenteen la muestra (Boluda et al., 1997).Sobre la base de las concentraciones del aguadulce, representada en este estudio por el pozoRancherita y el agua de mar, representado por lamuestra tomada en Playa Cajío, fueroncalculadas las ecuaciones de mezcla teórica.Con el objetivo de evaluar las modificacionesque sufrieron las aguas de esta región en funciónde su salinidad, entre julio de 1997 y julio de1998, se relacionaron los incrementos o déficitsiónicos con el porcentaje de mezcla de agua demar que contenía cada muestra (figuras 4a-4d).En las mismas se puede apreciar que loscambios más acentuados se producen, paratodos los iones, a partir del 20 % de mezcla,alcanzándose las máximas variaciones entre 40y 60 %.La figura 4a se observan procesos de oxidaciónde sulfuros en las aguas que ocupan la partecorrespondiente a la zona de alimentación delacuífero (pozo Sotolongo Díaz), en los tresniveles muestreados (uno representativo de lazona de agua dulce y los otros dos de la zona dedifusión o de mezcla). Resultados similares seobtienen en el pozo Liliana Dimitrova tambiénubicado lejos de la costa. En los pozosmuestreados en las regiones cercanas a la zonalacustre (Alvaro Barba 23 y 34 m; Playa Cajío 2m; Cala 10 entre 20.5 y 25 m y Santa Ana entre5 y 25 m), se observan intensos procesos dereducción (∆SO 2- 4 , negativos). Estecomportamiento es en general coherente, conlos valores de Eh medidos en el campo y puedeatribuirse a la acción de las bacterias2-anaeróbicas sobre los iones SO 4 procedentesdel mar, las cuales disponen de un suministroelevado de materia orgánica brindada por laciénaga. Este proceso de tipo biogeoquímico(Bitton, 1994) puede ser esquematizadomediante la reacción:SO 2- 4 + 2 CH 2 O + H + = HS - + 2 CO 2 + H 2 O (1)Donde CH 2 O representa la materia orgánica. En2-este proceso, por cada meq/l reducido de SO 4se producirán iguales cantidades en meq/l de-HCO 3 y de S 2- en el agua (Shoeller, 1962).Dicho proceso puede favorecer la disolución dela calcita en el acuífero y el sulfuro originadopuede producir H 2 S, confiriéndole malos oloresal agua, o precipitar en forma de pirita por accióndel Fe 2+ presente en los sedimentos (Custodio yLlamas, 1976; Giménez, 1994). Según Ghazbanet al. (en: Giménez, 1994), la correctaestequiometría de la reacción de reducción desulfatos dependerá de la naturaleza de lamateria orgánica.En la figura 4b se muestran los correspondientesincrementos del ion Ca 2+ en las aguasmuestreadas en pozos y niveles asociados a los2-procesos de reducción de SO 4 discutidosanteriormente. En general, este incremento decalcio es extraordinariamente notable en el pozoAlvaro Barba entre 20 y 23 m de profundidad(donde las aguas alcanzan alrededor de un 20 %de mezcla con agua de mar) y sugiere laocurrencia de un intenso proceso de corrosiónquímica. Este aumento del Ca 2+ se encuentrarelacionado con la reducción de sulfatos, aunqueotros procesos como la dolomitización y elintercambio iónico inverso pueden tambiénoriginar valores positivos de ∆Ca 2+ , en esteúltimo caso mediante la reacción:R 2 Ca + 2 Na + = Ca 2+ + 2 NaR (2)En la figura 4c se observa una tendencia a ladisminución del ∆Na + con el porcentaje de aguade mar en el pozo Alvaro Barba, lo cual puededeberse al proceso de intercambio iónico inversoy guarda relación con el incremento de Ca 2+ enlos mismos niveles de profundidad,. Uncomportamiento similar ocurre en los pozosLiliana Dimitrova y Sotolongo Díaz a los nivelesmás profundos (46-50 m). Por el contrario, losprocesos de intercambio iónico directo, que sonlos más comunes y se expresan mediante unaecuación química inversa a la anterior, seaprecian en los restantes pozos y niveles.La dolomitización se produce generalmente poralteración de la calcita y la dolomita, aportandotambién iones calcio al agua subterránea. Esteproceso que puede esquematizarse mediante laecuación:2 CaCO 3 + Mg 2+ = CaMg(CO 3 ) 2 + Ca 2+ (3)Finalmente, la disolución de la calcita y ladolomita aporta al medio acuoso tanto iones Ca 2+como Mg 2+ , mientras que la precipitación deestos minerales sustrae dichos iones al agua:CO 2 + H 2 O + CaCO 3 = Ca 2+ -+ 2 HCO 3 (4)2 CO 2 + 2H 2 O + CaMg(CO 3 ) 2 == Ca 2+ + Mg 2+ -+ 2 HCO 3 (5)74Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002.

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...En la figura 4d se muestran cómo varía lamagnitud ∆Mg 2+ con el porcentaje de mezcla.Como se puede apreciar, en la zona de difusióndel acuífero, por lo general, tendieron a primarlos procesos de disolución de calcita condolomitización, mientras que la disolución dedolomita con precipitación o no de calcita ocurreen el la zona más cercana al área dealimentación del acuífero. Resultados parecidoshan sido reportados en Yucatán por Back et al.(1986), donde existen característicashidrogeológicas similares.En general, se puede establecer que en elintervalo estudiado, los procesos geoquímicosque han tenido lugar en el sector hidrogeológicoGüira-Quivicán de la Cuenca Sur de la Habana,han estado controlados por el grado de salinidadde las aguas, el aporte de materia orgánica porparte de la zona de pantanos, las oscilaciones delas mareas, el régimen de precipitación yalimentación del acuífero, así como laexplotación del mismo por el hombre. Sobreesas bases se pueden distinguir hasta 6 zonashidrogeoquímicas o de procesoshidrogeoquímicos características:1). Zona de agua dulce carente de Cl - de origenmarino, representado por el pozo Rancherita,donde no se producen procesos modificadoresde la composición química del agua.2). Zona de agua dulce muy poco salinizada (II)o ligeramente salinizada (III), con 0.3-6 % deagua de mar en la mezcla, correspondiente a losniveles someros y medios de los pozos situadosmás distantes de la costa (Sotolongo Díaz). Hantenido lugar, principalmente, procesos pocorelevantes de oxidación de sulfuros, disolución oprecipitación de calcita, disolución de dolomita eintercambio iónico directo.3). Zona de agua dulce ligeramente salinizada(III), con 2-6 % de mezcla con agua de mar,correspondiente a los niveles medio y profundodel área de recarga y niveles someros de la zonadel acuífero cercana al pantano (Cala 10 yAlvaro Barba). Predominaron los procesos deoxidación de sulfuros, disolución de calcita ydolomita e intercambio iónico inverso.4). Zona de mezcla (IV), con 10-74 % de agua demar, correspondiente a los niveles del Area derecarga ubicados más distantes de la costa(Sotolongo Díaz). Prevalecieron los procesos deoxidación de sulfuros, disolución de calcita,dolomitización e intercambio iónico inverso.5). Zona de contacto agua dulce – agua de mar(V), con 98-100 % de mezcla, correspondiente alos niveles medio del pozo Playa Cajío yprofundo de Alvaro Barba. Predominaron losprocesos de oxidación de sulfuros, disolución decalcita, dolomitización e intercambio iónicodirecto.6). Zona de agua dulce ligeramente salinizada(III), con 2 – 10 % de mezcla, correspondiente alos niveles someros y medios de los pozosubicados cerca de la costa y del área depantanos (Playa Cajío, Alvaro Barba y Cala 10).Ocurrieron procesos de reducción de sulfatos yreducción de sulfuros, precipitación de calcita,dolomitización e intercambio iónico directo.7). Zona de mezcla (IV), con 6 – 70 % de aguamarina), correspondiente a los niveles medios yprofundos de los pozos anteriores. Predominaroncon gran intensidad procesos de reducción desulfatos, disolución de calcita, dolomitización eintercambio iónico inverso.40.00Barba Cajio30.00Cala 10 S. AnaSoto20.0010.00706050Barba CajioCala 10 S. AnaSoto∆SO4 2- (meq/l)0.00-10.00-20.00-30.00-40.000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110∆Ca 2+ (meq/l)403020100-100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% de mezcla% de mezcla(a)(b)Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002. 75

FAGUNDO, J.R. et al. Procesos geoquimicos naturales...∆Na + (meq/l)6040200-20-40BarbaCala 10SotoCajioS. Ana∆Mg 2+ (meq/l)151050-5-10cCajioCala 10SotoBarbaS. Ana-60-15-80-20-1000.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00% de mezcla(c)110.00-250 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% de mezcla(d)Figura 4. Variación de los deltas iónicos con el porcentaje de agua de mar el la mezcla durante elperíodo de enero 1997 a julio 1998 para los iones: SO 4 2+ (a) Ca 2+ (b), Na + (c) y Mg 2+ (d).CONCLUSIONESLos resultados obtenidos en este trabajo indicanque en la región objeto de estudio (tramohidrogeológico Güira-Quivicán de la Cuenca Surde La Habana), ocurren complejos procesos demezcla, los cuales producen notablesmodificaciones en la composición química de lasaguas y pueden ser evaluados cuantitativamentea partir de las relaciones iónicas con el Cl -debido a su carácter conservativo en la mezclaagua dulce-agua de mar. De estos procesos, losmás significativos son la reducción anaeróbicade los sulfatos en la zona de mezcla y en la zonade contacto con el mar, los cuales tienden aproducir a su vez, incrementos en los contenidosde calcio a expensas del material carbonatadodel acuífero. Estos cambios pueden seracelerados debido a la actividad del hombre ycomo resultado de todo ello, dar lugar aincrementos de la porosidad secundaria delacuífero kárstico por cavernamiento, así comoproducir un mayor deterioro de la calidad delagua.BIBLIOGRAFIAALVAREZ, E, J.R. FAGUNDO e I. VINARDELL (1998). Automatización del control de los parámetroquímico físicos y la calidad de las aguas. En: Contribución a la Educación y la ProtecciónAmbiental. Hombre y Medio Ambiente. Editorial Academia, La Habana, 164-167.APHA, AWWA, WPCF, (19879). Standard methods for the examination of Water and Wastewater. Ed.American Public Health Association, Washington. Ed. 17, 1.5-3.12.BACK, W, B.B. HANSHAW, J.S. HERMAN and J.N. VAN DRIEL (1986). Differencial dissolution of aPleistocene reef in the ground-water mixing zone of coastal Yucatan, Mexico. Geology, 14 (2), 97-192.BARROS, O, y A. LEÓN. Recarga y acuosidad en cuencas de llanuras (1997). En: InvestigacionesHidrogeológicas en Cuba. Eds. D.M. Arellano, M.A. Gómez-Martín, I. Antiguedad, Bilbao, 53-59.BITTON, G. (1994). Role of microorganisms in biogeochemical cycles. In: Wasterwater Microbiology.Ed. Wiley-Liss, 51-73.76Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 69-77, 2002.

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CARGA CONTAMINANTE Y PELIGROS A LASAGUAS SUBTERRÁNEASRicardo HIRATA 1RESUMENLos programas modernos de protección de los recursos hídricos subterráneostienen como base técnica la restricción de la ocupación del terreno con relación ala vulnerabilidad de los acuíferos y/o a perímetro de protección de pozos omanantiales (PPP). La decisión de la instalación o remoción de una actividadpotencialmente contaminante debe considerar el peligro de la degradación delacuífero o del pozo/manantial, lo cual es determinado por la interación de laprobabilidad de geración de una carga contaminante con los diferentes grados devulnerabilidad o PPP. Estudios de caso han mostrado que las cargascontaminantes son las que controlan la contaminación del acuífero, excepto enáreas de vulnerabilidad elevada o captaciones mal construidas. De esta forma,identificar, entender y clasificar las fuentes de contaminación es prioritario enprogramas de gestión de la cualidad de acuíferos. A pesar de que las actividadespotencialmente contaminantes sean complejas, es posible dimensionar laprobabilidad de geración de una carga poluidora, identificando las sustanciastóxicas manipuladas y/o almacenadas y la existencia de cargas hidráulicasasociadas a estos compuestos, en el proceso o en la destinación final de susresíduos. Esta técnica es conocida como POSH, que es un acróstico de estascaracterísticas: Pollutant Origen e Hydraulic Surcharge.ABSTRACTModern groundwater resource protection programs restrict the land occupationbased on aquifer contamination vulnerability maps and/or wellhead protectionareas. The installation or removal of a potentially contaminant activity must takeinto consideration the hazard to which the aquifer or the well are or will besubmitted. The hazard is defined as the interaction of the contaminant load andboth the above mentioned zoning tools. Groundwater contamination study caseshave demonstrated that the contaminant loads themselves control the occurrenceof aquifer degradation, except in areas where the vulnerability is high or the well isnot properly constructed. In this way, the identification, understanding, andclassification of the contamination are a priority for aquifer quality managementprograms. Although the potentially contaminant activities are complex, though theidentification of the manipulated or stored toxic substances and the possiblehydraulic surcharge associated to these activity, it is possible to estimated theprobability of generation a contaminant load. This technique is known as POSH,which is an acronym of the following characteristics: Pollutant Origin and HydraulicSurcharge.Palabras Claves: acuífero; vunerabilidad; peligro de contaminación; cargacontaminante; manejo.El concepto de peligro de contaminación deacuíferosUna de las mayores dificultades de unprograma de protección de las aguassubterráneas es establecer cuáles son lasactividades antrópicas que requieren mayoratención ambiental. La gran cantidad ycomplejidad de actividades existentes en unárea, sumada a los elevados costos deinvestigaciones detalladas y del monitoreohidrogeológico, obliga a los órganos de controlambiental a llevar a cabo una estrategia deidentificación de actividades o zonas de mayorpeligro de contaminación de los acuíferos.FOSTER (1987) y FOSTER; HIRATA(1988), proponen un sistema sencillo para la1Departamento de Geologia Sedimentar e Ambiental. Instituto de Geociências. Universidade de São Paulo. Rua do Lago,n.562 – Cidade Universitária – São Paulo (SP) – Brasil. CEP 05508-900. E-mail: rhirata@usp.br; Fax: (5511) 3091 4207Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002. 81

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...priorización de actividades (Fig. 1), donde elpeligro es definido como la interacción entre laintensidad de la carga contaminante antrópica yla vulnerabilidad del acuífero. De maneraanáloga, el concepto de peligro puede tambiénser extendido para las manantiales deabastecimiento de agua potable, a partir de lainteracción entre los perímetros de protección depozo o manantial (PPP) y las cargascontaminantes, que estén ubicadas en las áreasmás próximas de la captación.Se entiende por vulnerabilidad a lacontaminación de un acuífero el conjunto decaracterísticas intrínsecas que determinan sususceptibilidad a ser adversamente afectado poruna carga contaminante FOSTER (1987).Técnicas de cartografías de vulnerabilidadexistentes y sus aplicaciones se encuentran biendescritas en varios artículos técnicos (FOSTER,1987; ALLER et al., 1985; FOSTER; HIRATA,1988; VRBA; ZAPOROZEC, 1994). Para elperímetro de protección de pozos, que es unaestrategia dirigida al manantial, donde seestablece un área en superficie en la cual lasactividades deben ser restringidas, los trabajosque se citan son USEPA (1994); FOSTER et al.(2001).Este artículo presenta algunasconsideraciones con relación a las cargascontaminantes y describe una de lasmetodologías empleadas para su clasificación, elPOSH (FOSTER; HIRATA, 1988; FOSTER et al.,2001).LAS ACTIVIDADES POTENCIALMENTECONTAMINANTESLa Tabla 1 muestra un resumen de lasactividades potencialmente generadoras decarga contaminante al subsuelo y que puedenafectar los acuíferos. Es importante señalar queaquellas actividades de mayor potencial degeneración están asociadas a la utilización omanejo de compuesto de gran toxicidad,persistencia y movilidad en los acuíferos, asícomo a importantes cargas hidráulicasimpuestas como lagunas e irrigación, en el casode actividades agrícolas.Aunque se considera por la gran complejidadde las actividades potencialmentecontaminantes, tendrían que ser estudiadasindividualmente, un análisis de los casos decontaminación conocidos permite obteneralgunas conclusiones importantes:a) Una gran cantidad de actividades humanases potencialmente capaz de generarimportantes cargas contaminantes, aunquesolamente unas pocas son responsables porla mayoría de los casos de contaminación delas aguas subterráneas (Tabla 2).b) El volumen de sustancias químicas usadasen una actividad no tiene una relación directacon su presencia en los acuíferos. Estoocurre debido al comportamiento de lasmismas en subsuperficie. La Tabla 3 presentalos compuestos más comúnmenteencontrados en acuíferos sobretodo enpaíses de América del Norte y Europa.c) La intensidad de la contaminación de unacuífero no es una función directa del tamañode la actividad antrópica. Muchas vecespequeñas actividades, como talleresmecánicos y pequeñas industrias, puedencausar gran impacto en las aguassubterráneas. Las actividades grandes sonmás fáciles de identificar y localizar,manipulan los compuestos químicos de formamás controlada, lo que no ocurre con laspequeñas actividades, que muchas vecesactúan clandestinamente, sin registroscomerciales ni fiscalización de entidades decontrol ambiental y de salud pública.d) En zonas urbanizadas, las pequeñasactividades son responsables por la mayoríade los casos de contaminación. Por laeconomía poco estable de los países endesarrollo es común la abertura y cierre demuchas actividades en pocos años. Estodificulta la identificación de la actividad ytambién su acompañamiento. Se tieneconocimiento de muchas áreas industrialesabandonadas que generaron contaminación alos acuíferos. La situación agravante enmuchos casos es que esas áreas acabanteniendo otros usos, muchas vecesincompatibles con el grado de contaminaciónexistente en el suelo.e) Pequeñas cantidades de compuestosquímicos pueden generar grandes plumas decontaminación, sobretodo cuando el acuíferoimpactado presenta gran velocidad decirculación de agua y los compuestos sonmuy tóxicos, como los hidrocarburoshalogenados (MACKEY; CHERRY, 1989).Es posible, entonces, percibir que algunasactividades antrópicas, asociadas a ciertos tiposde contaminantes, tendrán mayor probabilidadde contaminar un acuífero. De esta forma, uninventario y una clasificación de fuentes decontaminación específica es un pasofundamental para la implementación de unprograma de protección de las aguassubterráneas, sobretodo porque son las cargascontaminantes las que determinan si existirá ono una contaminación.EL INVENTARIO DE FUENTESPOTENCIALMENTE CONTAMINANTESEl inventario es una actividad quecomprende la identificación, localización82Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002.

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...espacial, período de funcionamiento y lacaracterización de las prácticas utilizadas, deforma sistemática (WHO, 1982).Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002. 83

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Una de las mayores dificultades en uninventariado es la obtención de la información.En muchos casos, una gran parte de los datosesta concentrada en organismos del gobierno,empresas estatales y privadas. Estudiosanteriores, realizados con otros fines, sontambién importantes fuentes de información, asícomo los directorios telefónicos (incluyendo laspáginas amarillas) y los registros deasociaciones y juntas comerciales de la ciudad.Fotografías aéreas antiguas o imágenes desatélite de gran escala pueden facilitar el mapeodel uso y ocupación del suelo, inclusive desdeuna perspectiva histórica.Debido a los aspectos socio-económicosparticulares en cada país o en una región, losinventarios deben tener características propias,aunque existan muchos puntos comunes. Elinventario debe realizarse con criterios claros,mensurables y reproducibles, con el fin de quehaya homogeneidad en los datos y que seacomparable con otros estudios que utilicen lamisma técnica. Para esto, es preferible diseñarfichas estándar y listas con las principalespreguntas y con las respuestas esperadas.Siempre que sea posible, deben incluirsepreguntas que permitan una verificación cruzadade las informaciones suministradas.LAS LIMITACIONES PRÁCTICASDesde un punto de vista teórico, es necesarioestablecer cuatro características semiindependientesde la carga contaminante paracada actividad antrópica (FOSTER; HIRATA,1988):a) La clase de contaminante, definida por latendencia a la degradación o transformaciónin situ de cada sustancia involucrada y porsu retardamiento con relación al flujo deagua subterránea;b) La intensidad de la contaminación, definidapor la concentración relativa de cadacontaminante involucrado de acuerdo conlos valores recomendados por la OMS parala calidad de agua potable y por laproporción en área de la zona de recarga delacuífero, afectada;c) El modo de disposición en el subsuelo,definido por la carga hidráulica asociada alcontaminante y por la profundidad bajosuperficie a que el efluente es descargado; yd) El tiempo de aplicación de la cargacontaminante, definido por la probabilidad deque el contaminante sea descargado alsubsuelo, que puede ser de maneraintencional, incidental, o accidental, y por elperíodo durante el cual se aplica la carga.Dentro de una estrategia de protección delos recursos hídricos subterráneos, sería idealposeer toda las informaciones mencionadas,sobre todas las actividades potencialmentecontaminantes del área de interés. Sería mejoraún, si fuera posible estimar las concentracionesy volúmenes de la carga contaminante que estánllegando al suelo. Sin embargo, debido a la grancomplejidad y diversidad de las fuentes decontaminación y a la gran densidad deactividades existente, los estudios detallados detodas ellas son impracticables. De esta forma,los datos teóricos idealmente requeridos nodeberían perderse de vista ya que puedenconstituir la base para futuros estudiosdetallados de la carga contaminante al subsuelo,que incluyan muestreo de efluentes, inspecciónde procesos, entre otras.Frente a esas restricciones, cualquiertécnica de inventario y clasificación de fuentespotencialmente contaminantes presentaráimperfecciones y limitaciones, pues en latentativa de abarcar una gran área de estudio, seperderán detalles sobre las actividades. Sinembargo, frente a la imposibilidad de controlartodas las actividades, es necesario un métodoque identifique aquellas que realmente presentenla mayor potencialidad de generación de cargas,permitiendo establecer prioridades en la gestiónde los recursos hídricos.LA CLASIFICACIÓN DEL ACTIVIDADEPOTENCIALMENTE CONTAMINANTEAlgunos investigadores se han dedicado aestablecer métodos para evaluar las cargascontaminantes al subsuelo y proponerclasificaciones (FOSTER; HIRATA, 1988;ZAPOROZEC, 2001; JOHANSSON; HIRATA,2001; FOSTER et al., 2001), donde se define lamayor probabilidad de generación de cargascontaminantes hacia el acuífero. Algunostrabajos hacen esta clasificación de formaintegral con mapeo de vulnerabilidad, programasde monitoreo o incluso estudios de detalle.La clasificación de las actividades portipos de ocupación del área, dispersa o puntual,permite visualizarlas más fácilmente en unprograma de gestión. Las fuentes dispersasnormalmente provocan plumas de contaminacióncon concentración más baja que las fuentespuntuales, aunque ocupan una gran áreadificultando la determinación de su extensión ysu monitoreo. Las fuentes puntuales producenplumas más intensas y en puntos específicos,facilitando su identificación. Sin embargo cuandoestas actividades son pequeñas y estándispersas dentro del área urbana, acaban siendode difícil localización, exigiendo un inventario decampo para su identificación.También se deben analizar las actividadesdesde un punto de vista histórico, según laocupación del terreno. Así, se clasificarían lasactividades en fuentes de contaminación84Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002.

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...heredadas, cuando al principio del estudio ya seconocen los casos y actividades que provocaroncontaminación al acuífero; fuentes existente,cuando el estudio tiene que identificar y clasificaractividades potencialmente contaminantes yainstaladas; futuras fuentes, cuando no existetodavía una ocupación del terreno y se necesitaplanear su uso; y fuentes abandonadas, cuandola actividad potencialmente contaminante ya noexiste, pero todavía hay peligro de generación decargas contaminantes (HIRATA; REBOUÇAS,1999).Aunque los sistemas mencionados seanprácticos, es muy útil una clasificación relativa delas actividades, diferenciando las de mayor ymenor potencial de generación de carga.En un análisis simplificado, solamente existiráuna carga contaminante si se suman dosfactores: la presencia de sustancias que tenganpersistencia y movilidad para llegar hasta elacuífero y la existencia de una carga hidráulicaasociada que permita que el movimientoadvectivo transporte los compuestoscontaminantes. Estos datos muchas veces noestán disponibles, implicando ciertassimplificaciones, como asociar la presencia deuna sustancia contaminante a un tipo específicode actividad, o asociar la carga hidráulica altamaño, consumo de agua o localización de lafuente potencialmente contaminante.De esta forma, FOSTER; HIRATA (1988) yFOSTER et al. (2001) sugieren una clasificaciónde fuentes potencialmente contaminantes queconsidera: el Origen de la actividad o delContaminante (Pollutant Origen) y la CargaHidráulica asociada (Hydraulic Surcharge),inferida por la cantidad de agua utilizada odisponible. El método POSH se enfoca en losdatos más importantes como: la localización dela actividad; inicio y fin de funcionamiento(cuando fuera el caso); tipo de actividad ytamaño (definido a través del área ocupada, elnúmero de funcionarios y/o su producción) y enel uso o disponibilidad de agua.En las Tablas 4 y 5 se presentan el método declasificación de fuentes dispersas o multipuntualesy fuentes puntuales más comunes,respectivamente. El método POSH clasifica elpotencial de generación de una cargacontaminante en tres niveles cualitativos,reducido, moderado y elevado. Cuando unaevaluación involucre dos parámetros, deberáconsiderarse la clasificación de mayor grado.PRESENTACIÓN DE RESULTADOSLos datos de fuentes puntuales decontaminación deben representarse en mapaselaborados a la misma escala del mapa devulnerabilidad de acuíferos o de la zonificaciónbasado en PPP para que sean correlacionablesy permitan la identificación del peligro decontaminación de los acuíferos. Es importanteque cada actividad sea identificada con uncódigo y esté registrada en un banco de datos,con todas las informaciones disponibles sobreella.Para fuentes de contaminación multipuntual ydispersa, generalmente será más prácticodelinear el área ocupada por estas actividadesen el mapa de carga contaminante, condiferentes tonos que representen la intensidadrelativa del índice de carga contaminante.Para un mejor análisis, en el inventariopuede utilizarse otra base cartográfica, a mayorescala (>1:50.000 en el caso de fuentesmultipuntuales o dispersa y >1:10.000 parafuentes puntuales, p.ej.) que permitan localizarcon más facilidad las fuentes potenciales decontaminación.La ocupación del suelo por actividadesantrópicas en países en desarrollo tiene unadinámica bastante rápida lo que dificulta laproducción de mapas de carga contaminanteactualizados. El gran avance de loscomputadores personales y la facilidad deimpresión en formatos grandes y a colores hapermitido que los mapas de carga contaminantepuedan ser actualizados e impresos conbastante rapidez. Los sistemas de informacióngeográfica se prestan muy bien para esteservicio, ya que correlacionan electrónicamentedatos espaciales y permiten su manejo,incluyendo la correlación y realización decálculos numéricos y lógicos de mapas condiferentes atributos.CONSIDERACIONES FINALESLa clasificación de cargas contaminante esuna importante herramienta para identificar lasactividades que presentan la mayor probabilidadde generación de importantes cargascontaminantes al acuífero. Es fundamentalestablecer prioridades para definir lasactividades que deberán ser estudiadas másdetalladamente, incluyendo monitoreo,investigaciones de campo y evaluación delriesgo ambiental y a la salud humana.Aunque una actividad contaminante esbastante compleja, puede ser caracterizadasobre la base de dos factoresfundamentalmente: i) del tipo de compuestosquímicos utilizados o manejados y ii) de la cargahidráulica asociada. Esto es aplicable cuando elobjetivo del estudio esta limitado a una escala deevaluación sistemática (típicamente 1:10,000 y1:50,000). El método POSH (acrónimo dePollutant Origen; Hydraulic Surcharge)establece, con base en estes factores, unaclasificación de actividades en tres niveles, bajo,moderado y elevado.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002. 85

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Finalmente, es importante señalar que losmétodos de clasificación de cargascontaminantes y de determinación de peligro decontaminación no sustituyen a los estudios dedetalle, necesarios para la definición del riesgoreal que la contaminación representa a lapoblación y al ambiente.86Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002.

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASALLER, L.; BENNET, T.; LEHER, J.; PETTY, R. DRASTIC: a standardized system for evaluationgroundwater pollution potential using hydrogeologic settings. USEPA Report 600/2-85/018, 1985.FOSTER, S. Fundamental concepts in aquifer vulnerability pollution risk and protection strategy. Proc.Interl Conf. “Vulnerability of soil and groundwater to pollutants” Noordwijk, The Netherlands.April 1987.FOSTER, S.; HIRATA, R.. Groundwater pollution risk assessment: a methodology using availabledata. WHO-PAHO/HPE-CEPIS Technical Manual, Lima, Peru. 81pp, 1988.FOSTER, S.; HIRATA, R.; Gomes, D.; D’Elia, M.; Paris, M. Groundwater quality protection: a guide forwater service companies, municipal authorities and environment agencies. World Bank,GWMATE. Washington, 101p, 2001.HIRATA, R. REBOUÇAS, A. La protección de los recursos hídricos subterráneos:una visiónintegrada, basada en perímetros de protección de pozos y vulnerabilidad de acuíferos. BoletinGeologico y Minero. Vol. 110, n. 4, p. 423-236, 1999.JOHANSSON, P-O.; HIRATA, R. Rating of groundwater contamination sources. In: Zaporozec, A.(editor) Groundwater contamination inventory. A methodological guideline. UNESCO. Paris.p. 87-105, 2001.MACKEY, D. ; CHERRY, J. Groundwater contaminantion: pump and treat remediation. Environm. SciTechnology. V. 23, p. 630-636, 1989.MILLER, D.; SCALF, M. New priorities for groundwater quality protection. Ground Water, v.12, p.335-347, 1974.U.S. Environmental Protection Agency. Guide for conduction contaminant source inventories forpublic drinking water supplies: technical assistance document. U.S. Environmental ProtectionAgency, Office of Water, Washington, DC, USA. 570/9-91-014, p.22-23, 1991.U.S. Environmental Protection Agency. Groundwater and wellhead protection. Handbook.EPA/625/R-94/001. EPA. Washington. 269p, 1994.ZAPOROZEC, A. Contaminant source inventory. In: Zaporozec, A. (Ed.) Groundwatercontaminantion inventory. a methodological guideline. UNESCO. Paris. 237p, 2001.VRBA, J; ZAPOROZEC, A. Guidebook on mapping groundwater vulnerability. IAH. Heise. Hannover.International Contrib. to Hydrogeology. V. 16, 131p, 1994.World Health Organization. (WHO). Rapid assessment of sources of air, water, and landpollution. WHO Offset Publication. v. 62, 113 p, 1982.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002. 87

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Fig. 1. Niveles de prioridades de acción basados en las cartografías de vulnerabilidadde acuíferos y de perímetros de protección de pozos y la clasificación de lacarga contaminante (Foster & Hirata 1988, Hirata & Rebouças 1999)VULNERABILIDAD DEACUÍFEROPERÍMETRO DE PROTECCIÓN DE POZOBAJA MOD. ALTA IV III II ICARGA CONTAMINANTEREDUC.INTERM.ELEV.3 3 2 3 3 1 12 2 1 3 2 1 12 1 1 2 1 1 1PRIORIZACIÓNPRIORIZACIÓN3,2, y 1 son los niveles de prioridad para un programa de protección de calidad de acuíferos (del másbajo para el más elevado)I, II, III, y IV son los perímetros: inmediato de protección (alrededor del pozo); bacteriológico, deproductos químicos y de recarga del acuíferoBAJA, MODERADA y ALTA VULNERABILIDAD: susceptible a solamente muy movibles ypersistentes compuestos en tiempo largo; a moderadamente móviles y persistentes, y por todos loscompuestos, incluyendo bacteria y virus, respectivamente. REDUZIDO, INTERMEDIARIO, yELEVADO se refieren a niveles de cargas contaminantes potenciales88Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002.

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Tabla 1. Resumen de actividades potencialmente generadoras de carga contaminante al subsuelo(Foster & Hirata 1988). Las letras en bold representan las actividades mas comunes en LatinoAmérica.ActividadCategoría deDistribuciónCaracterísticas de la Carga ContaminantePrincipales RelativaTipos de CargaContaminantes HidráulicaDesvío deSueloURBANIZACIÓNSaneamiento sin alcantarillado u/r P-D n f o + *Fugas de desagües (a) u P-L o f n + *Lagunas de oxidación de desagües (a) u/r P o f n ++ *Aplicación desagües al suelo u/r P-D n s o f +Descarga desagües al rio u/r P-L n o f ++ *Lixiviación de rellenos/botaderos (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 efluentes u P o h s ++ *Aplicación de efluentes al suelo u P-D o h s +Descarga efluentes al río u P-L o h s ++ *Lixiviación de botaderos u/r P o h s *Drenaje por sumideros u/r P o h ++ *Precipitaciones aéreas u/r D s oAGRÍCOLAa. Cultivo del suelocon químicos agrícolas r D n oe irrigación r D n o s +con lodos r D n o sirrigación de aguas residuales r D n o s f +b. Cría de ganado / procesos decosechaslaguna de efluentes r P f o n ++ *descarga efluentes al suelo r P-D n s o fdescarga efluentes al río r P-L o n f ++ *EXTRACIÓN DE MINERALESModificación régimen hidráulico r/u P-D s h *Descarga de agua del drenaje r/u P-D h s ++ *Lagunas de rellaves r/u P h s + *Lixiviación de botaderos r/u P s h *Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002. 89

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Tabla 2. Clasificación de tipos y fuentes de contaminación de suelos y aguas subterráneas en losPaíses Bajos, basado en 500 casos.Fuente deContaminaciónTipo de contaminante N Frec. (%)Estación gasolinera Hidrocarburo aromático, benceno, fenoles, CN 138 28BasureroHidrocarburo aromático, benceno, alquilbenceno, 106 21metales, pesticidasContaminación por Hidrocarburos, Pb 77 8aceiteProductos químicos en Hidrocarburos halogenados & alifáticos,33 7áreas de manejo alquilbenceno, metalesIndustrias deTricloroetileno, CN, metales 31 6galvanoplastiaIndustria de metales Tricloroetileno, tetracloroetileno, hidrocarburo31 6alifatico, fenol, metalesPintura Alquilbenceno, hidrocarburo halogenado, metales 27 5Garajes Hidrocarburos 16 3Limpieza deBenceno, hidrocarburos aromáticos, halogenados & 16 3embarcaciones alifaticos, fenoles, metalesIndustria maderera Pentaclorofenol, hidrocarburos aromáticos,10 2alifaticos, metalesLimpieza en seco Tricloroetileno, tetracloroetileno 6 1Textiles Hidrocarburos, Pb, Cr 6 1Manufactura de Hidrocarburos halogenados, fenol, As 5 1pesticidasDisposición de lodos Hidrocarburos alifáticos, Pb, Zn 4 1Trabajo de esmaltación hidrocarburos aromáticos & alifáticos,3 0.5tetracloroetilenoCurtiembre Hidrocarburos 2 0.5Otros tiposBenceno, alquilbenceno, fenol, tricloroetileno,hidrocarburos alifáticos, Zn, Cd, Sn, Hg, Pb26 590Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002.

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Tabla 3. Compuestos más frecuentes en EUA en acuíferos reportadosen todos los 562 casos de la National Priority List (NPL), hasta 1985CompuestoNúmero de casosTricloroetileno (33)Plomo (30)Tolueno (28)Benceno (26)PCBs (22)Cloroformo (20)Tetracloroetileno (16)Fenoles (15)Arsénico (15)Cadmio (15)Cromo (15)1,1,1 tricloroetano (14)Zn & compuestos (14)Etilbenceno (13)Xileno (13)Cloruro de metileno (12)Trans-1,2 –dicloroetileno (11)Mercurio (10)Cobre & compuestos (9)Cianuro (sales solubles) (20)Cloruro de vinilo (8)1,2 dicloroetano (8)Clorobenceno (8)1,1 dicloroetano (8)Tetracloruro de carbono (7)Tabla 4. Método POSH de clasificación de las cargas potencialmente contaminantes por fuentes dispersas ymultipuntuales (FOSTER; HIRATA, 1988).POTENCIAL DE GENERACIONDE CARGA CONTAMINANTEELEVADOsaneamiento in situMínima cobertura de la red dealcantarillado (100 hab/ha)agriculturaIntensiva y moderna producciónagrícola, con uso intenso defertilizantes y plaguicidas, ensuelos bien drenados(sitios de manipulación deestiércol se consideran fuentespuntuales)MODERADO Todas las demás Todas las demásAlta cobertura (>75%)REDUCIDOBaja densidad poblacional(

HIRATA, R. Carga contaminante y peligros...Tabla 5. Método POSH de clasificación de las cargas potencialmente contaminantes por fuentespuntuales (FOSTER; HIRATA, 1988).Potencial degeneraciónde cargacontaminanteELEVADOMODERADOREDUCIDOResiduosólidoLluvia>1000mm/ao residuo deorigendesconocidaResiduo deindustria tipo3Lluvia>1000mm/acon residuosnetamenteresidenciales;de industriastipo 1 y agroindustriasTodos losdemás casosLluvia 5ha conefluentesde todoslosorígenes,exceptoresidencialSolamenteresidencialescon>5haTodos losdemáscasos< 1ha conefluentesde origenresidencialurbanaymixtaurbanaindustrial;minería nometalíferay agroindustriaFuentespuntualesurbanasTerrenosabandonados:considerarcomo enoperación(utilizar elíndice máselevado,cuando másde unaactividad)EstacionesgasolinerasCementeriosActividad demineria ypetroleoCampos depozos depetróleo enperforación oexploraciónExploraciónde mineralesno-inertes,incluyendometalesExploraciónde mineralesinertes:(observar lavulnerabilidady cambios enla hidráulicadel acuífero)FuenteslinearesRíoscontaminadosinfluentes oefluentes conpozos queprovoqueninversión debombeoFerrocarril ycarreterascon tráficointenso deproductospeligrosos,incluyendolocales detrasbordo decargaOtrasfuentesActividadesquemanipulenproductospeligrososencantidades>100kg/día(incluyendodepósitos)92Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 81-90, 2002.

MODELO DE GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOSSUBTERRÁNEOS EN EL CENTRO-OESTE DE LAPROVINCIA DE SANTA FE (ARGENTINA)Ofelia TUJCHNEIDER 1,2Marta PARIS 1Mónica D´ELÍA 1Marcela PEREZ 1RESUMENSe presenta en este trabajo un plan de acción destinado a la administraciónsustentable de las aguas subterráneas en el distrito Esperanza. Desde hace másde 70 años el sistema acuífero es utilizado como recurso y constituye el insumobásico que soporta todas las actividades de la comunidad. Hasta este momentono existe otra fuente de provisión disponible. Se han planteado conflictosresultantes de la explotación implementada hasta el presente, advirtiéndose uncambio en las características químicas de las aguas en las áreas focales deexplotación como así también un importante descenso de los nivelespiezométricos. El modelo de gestión que se propone fue elaborado a partir deldiagnóstico hidrogeológico-ambiental del sistema. Para ello se evaluaron, bajouna concepción integrada, las particularidades de los subsistemas natural y social.Mediante la modelación matemática hidrogeológica se formularon diversosescenarios de explotación. Ello ha permitido constatar la capacidad de respuestadel sistema ambiental ante distintas alternativas de gerenciamiento a la vez dedefinir un esquema de monitoreo a tiempo real.Palabras claves: hidrogeología urbana - agua potable - planificación -modelación.ABSTRACTAn action plan to sustainable groundwater management in the Esperanza district ispresented in this work. Since more 70 years, the aquifer system is used as aresource and it is the basic material that supports the whole activities of thecommunity. There is not, until this moment, other available supply source.Problems resulting by the current abstraction is presented, a chemicalcharacteristics change in the water by focal areas of exploitation as well as animportant piezometric level decrease are noted. The proposed managementmodel was elaborated on the basis of system hydrogeological-environmentaldiagnostic. For this diagnostic, the particularities of the natural and socialsubsystems are evaluated under a integrated conception. Several exploitationscenario were formulated with hydrogeological mathematical modelling. This haspermited verify the environmental system response capacity against variousmanagement alternatives and also to define and monitoring framework in real time.Keywords: urban hydrogeology – drinking water - planification - modelling1Grupo de Investigaciones Geohidrológicas. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Universidad Nacional del Litoral.Ciudad Universitaria. Casilla de Correo 217. (3000) Santa Fe – Argentina. TE/FAX: (0054)(342)(4575244)email: gig@fich1.unl.edu.ar / pichy@fich.unl.edu.ar2Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y TecnológicasRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 91

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...INTRODUCCIÓNLa ciudad de Esperanza está ubicada en elCentro-Oeste de la provincia de Santa Fe,aproximadamente a 30km al Oeste de la capitaldel estado provincial (Figura 1). El municipiocubre una superficie de 276km 2 con unapoblación de 33.000 habitantes establecidaprincipalmente en el área urbana (13km 2 ).Figura 1: Ubicación del área de estudioDesde 1930 el sistema acuífero es utilizadocomo recurso y constituye el insumo básico quesoporta todas las actividades de la comunidad.La economía regional se centra en una marcadaactividad agrícola (producción de maíz, trigo,soja, sorgo y mijo; cría y pastoreo de animalespara tambo) e industrial (madereras, cueriles,alimenticias, metalúrgicas, textiles, etc.).La explotación del agua subterránea seencuentra concentrada en dos sectores: unocomprendido en el área urbana de la ciudad deEsperanza en el que operan 9 perforaciones y elotro, ubicado en el sector Oeste, en la zona rural,con 12 captaciones. Estas últimas alimentan unacueducto que desde 1980 abastece al distritovecino de Rafaela, distante 40km al Oeste deEsperanza. La producción total es del orden de20hm 3 /año. La explotación intensiva hagenerado condiciones propicias para situacionesque evidencia la afectación del recurso.Desde 1996, Esperanza y su zona deinfluencia son objeto de investigaciones que sonllevadas adelante por el Grupo deInvestigaciones Geohidrológicas de la Facultadde Ingeniería y Ciencias Hídricas de laUniversidad Nacional del Litoral. Estasinvestigaciones han permitido establecer lasprincipales características cuali-cuantitativas delsistema hidrogeológico involucrado como asítambién profundizar en la conceptualización dealgunos aspectos de la componentesocioeconómica de esta región.ENFOQUE METODOLÓGICOLa necesidad de disponer de recursosseguros en cantidad y calidad pone en evidenciala importancia de llevar adelante políticas quegaranticen la protección de las aguassubterráneas. Esto implica contar con unacaracterización del sistema hídrico subterráneoacorde con la escala propuesta para el análisis yademás realizar una evaluación y diagnóstico delas actividades socio-económicas (Paris M., etal., 1999).La concreción de estas etapas permitirádefinir líneas de actuación futuras considerandola situación presente -planificación-, orientar elgerenciamiento en horizontes futuros -gestión- yrealizar un uso sostenible de las reservashídricas preservando su condición de recurso -protección.La protección vinculada a la correctaexplotación del acuífero involucra accionespresentes mutuamente complementarias con eldesarrollo económico. Estas acciones no sonaisladas sino que deben ser producto de lagestión de los recursos hídricos subterráneosque las englobe. A su vez esta gestión debeestar contenida en la planificación hidrológica,que provee el marco general de planeamiento.Estos elementos: planificación-gestiónprotecciónno son estancos, sino que por elcontrario son interactuantes y dinámicos. Porello no deben considerarse límites inamoviblesy/o invariantes, sino que por el contrario estemarco debe ser flexible y acorde a la evoluciónambiental, planteado bajo una concepciónholística que comprenda aspectos técnicos,sociales, económicos, políticos, administrativos,institucionales, etc. y fundamentalmente,adaptado a cada situación particular sin dejar detener accesibilidad real.En este sentido, la adopción de un enfoqueholístico en la investigación, conlleva a laidentificación y cuantificación de las variablesque permitan definir al sistema ambiental. Así,92Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002.

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...desde este punto de vista es posible distinguirdos grandes componentes para este sistema: elsubsistema natural y el subsistema social. Elsistema ambiental tiene una estructura definidapor una red interconectada de cadenascausales, incluyendo las interrelaciones einterdepencias de las variables y los procesosque lo conforman. Dada la complejidad de estaestructura y el funcionamiento del sistema, lasimplificación planteada a partir de su integraciónpor subsistemas facilita su análisis (TujchneiderO., et al., 1995).Esta consideración del sistema ambiental setoma como base conceptual para elaborar laspropuestas que permitan mejorar el manejo ycontrol de las explotaciones de aguassubterráneas desde una visión integrada yrealista.DESARROLLOInvestigaciones anteriores (Fili yTujchneider, 1977; Tujchneider O., et al, 1998;Paris M., et al, 1999.; Paris M., et al, 1998) hanpermitido establecer las característicasprincipales del subsistema natural en estudio ydel subsistema social involucrado.De acuerdo a lo señalado precedentementese incluyen a continuación las característicasmás relevantes de las componentes del sistemaambiental.Respecto del subsistema natural y a losfines de esta investigación se hace incapié en elestudio del sistema hidrogeológico involucrado.Diagnóstico del estado del sistemahidrogeológicoLas características más relevantes de lazona en estudio están dadas por su pertenenciaa la llanura Chaco-Pampeana, en la cual losreservorios de agua dulce se corresponden congeoformas que favorecen la infiltración yalmacenamiento de aguas meteóricas.El área de estudio comprende un sistemahidrológico de llanura, por lo que se evidencia elpredominio de los movimientos verticales deagua en lo que hace a mecanismos de recarga ydescarga, con transferencias horizontales menossignificativas.De acuerdo a los resultados del balancehídrico modular (para el período 1941-1976, conevapotranspiración potencial (ETP) estimada porel método de Thonthwaite-Matter), el área deEsperanza se encuentra en situación casiequilibrada. Los resultados obtenidos seresumen en:Precipitación anual media (PP) = 930mm/añoEvapotranspiración real (ETR) = 890mm/año(95% de PP)Exceso (PP – ETR) = 40mm/añoSe ha estimado como primera aproximaciónun valor factible de infiltrar al acuífero de 24mm/año.Los suelos son de tipo argiudol con unhorizonte B 2 t que contiene un porcentaje dearcillas expansibles cercano al 60%. Lapresencia de arcilla puede dificultar lapenetración del agua, aunque el atributo deexpansible da lugar a la formación de grietas porcontracción durante períodos secos; éstaspueden constituir vías de acceso preferencial defluidos al subsuelo.La columna hidrogeológica regional fuedescripta por Filí y Tujchneider en 1977. La localcomprende: un basamento acuícludo (arcillas),correspondiente al techo de la FormaciónParaná; un acuífero semiconfinado, compuestopor arenas finas y medianas, pertenecientes a laFormación Puelche, de alrededor de 24m deespesor medio en el área de estudio; un mantosemiconfinante o acuitardo, compuesto por limosy arcillas, con un espesor medio deaproximadamente 3m y, un acuífero freáticocompuesto por limos, arcillas y loess de laFormación Pampa de aproximadamente 15m depotencia.El comportamiento hidráulico es de tipomultiunidad con la posibilidad de flujodescendente y ascendente a través del acuitardoen función de las relaciones hidráulicas.Consecuentemente la extracción de agua de lasarenas que integran la Formación Puelcheinduce la recarga desde la Formación Pampa,vinculada directamente al arco meteórico delciclo hidrológico y la afluencia lateral desdeáreas circundantes del propio acuífero. La partebasal de esta última formación, de constituciónmásarcillosa y calcárea, actúa como acuitardoentre las dos unidades productivas, retardando latransferencia vertical. De igual modo si laextracción de agua del acuífero Puelche producepérdidas de carga importantes y muyconcentradas, se puede inducir el ascenso deagua proveniente de las capas acuíferasintegrantes de la Formación Paraná. En la figura2 se presenta en forma esquemática el modeloconceptual del funcionamiento del sistema.Formación Pampa (Pleistoceno lacustrepalustre-eólico).Acuífero de mediano a bajorendimiento. En la base arcilla y calcáreoconstituye la campa semiconfinante del Puelche.Formación Puelche (Plioceno fluvial).Acuífero de alto rendimiento.Formación Paraná (Mioceno marino).Basamento hidrogeológico. Arcillas y arenas conagua salada.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 93

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...Figura 2El sentido general del escurrimientosubterráneo es de Oeste a Este, con descargaen el Río Salado (Figura 3). El gradientehidráulico es aproximadamente 2*10E-4. El valorpromedio de transmisividad para el acuíferoPuelche es de T=600m 2 /día. Considerando elespesor acuífero promedio e=24m, laconductividad hidráulica estimada es deK=25m/día.Se ha advertido un comportamientodiferencial en las características químicas delagua procedente de la zona Oeste (campo debombeo a la ciudad de Rafaela) y el sector Este(Ciudad de Esperanza). Para este último existegran movilidad de la rama catiónica, con unaamplia variación en los contenidos de sulfatos ycloruros.En lo que respecta a metales pesados yelementos menores, se ha detectado, aunquedentro de los límites de potabilidad paraconsumo humano, la presencia de Cromo. Dadoque este elemento no se encuentra naturalmenteen el agua subterránea de la zona, cabeconsiderar que podría provenir de alguna de lasactividades antrópicas que lo incluyen en susprocesos.Figura 394Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002.

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...65260006525000652400065230006522000652100065200006519000p1124.09r118.86r514.5014.52r915.0812.6117.38 14.13 r6r10r2 r0 16.40 r3 r4 14.91 14.37 24.80r7 r12r8 p111 r11r12b14 o14b14 o14p4r13r13r18r18p1p16518000 p115402000 5403000 5404000 5405000 5406000 5407000 5408000 5409000 5410000 5411000 5412000 5413000 5414000p23p23p92p92pozo20e8e7e14e14e617.18e16 e1917.27e12e17e12e2 e15 e3 e13e5p200e9e10e6 e9p200e18p2010 1000 2000 3000 4000 5000Sobre la base de las característicashidroestratigráficas, piezométricas y edafológicasdel área en consideración, se determinó el gradode vulnerabilidad del acuífero según el índiceGOD (Foster e Hirata, 1991). El valor resultantepara este índice es de 0,33, lo que significa queel sistema hídrico subterráneo en el área tieneuna vulnerabilidad moderada. El dato asíobtenido se adopta como representativo de lascondiciones promedio generales para el DistritoEsperanza.Características del subsistema socialLos rasgos más importantes de este subsistemase presentan sintéticamente continuación.Actividad económicaLa economía de la ciudad de Esperanza secentra en una marcada actividad agrícola eindustrial. Los establecimientos industrialesmás importantes corresponden a los rubrosmadereras, cueriles, alimenticias,metalúrgicas, textiles, ladrillos, imprentas yeditoriales. La Figura 4 presenta la ubicaciónde las principales industrias que, como puedeverse, están emplazadas en la zonaurbanizada.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 95

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...FIGURA 4: UBICACIÓN DE LOS PRINCIPALES ESTABLECIMIENTOS INDUSTRIALESDE LA CIUDAD DE ESPERANZA.Existen 270 establecimientos agropecuariosque cubren 19000ha. Más de 9000ha estándedicadas a pastoreo de animales paratambo; la superficie restante se destina asembrados. Esta última sufre modificacionessegún el sistema de rotación de cultivos, aveces con algunas variantes condicionadaspor el mercado. En general, el 47% de laactividad agrícola está dedicada a laproducción de maíz, 21% trigo, 25% soja, 4%sorgo y 3% mijo.INFRAESTRUCTURA SANITARIAEl servicio de cloacas cubreaproximadamente el 30% de la zona urbanamientras que el 70% cuenta con serviciopúblico de agua potable. Desde el año 1997la Municipalidad de Esperanza ha puesto enmarcha un programa de tratamiento deresiduos sólidos domiciliarios. Algunasindustrias han incorporado a susinstalaciones plantas de tratamiento deefluentes. A partir de marzo de 1999 está enpleno funcionamiento la Planta deTratamiento de Efluentes Industrialesproducto de un emprendimiento privado conla Municipalidad de Esperanza. El sólido96Escala aproximada 1/35000resultante del proceso se almacena en unadepresión natural a cielo abierto y el efluentelíquido pos-tratamiento se vierte al río Salado.Sistema de abastecimiento de agua potableLa ciudad de Esperanza cuenta con serviciode agua potables desde que en 1930 ObrasSanitarias de la Nación (OSN) construyó una redde distribución alimentada por tres pozosprofundos que producían alrededor de 180m 3 /h(4320m 3 /día). Posteriormente, en 1940 seincorporaron dos pozos más, en 1969 otro, en1974 dos y nueve en 1988. En la actualidad secontabilizan 19 perforaciones en el sector Estedel área de trabajo. De ellas solamente 9 estánen funcionamiento, como consecuencia deproblemas vinculados al deterioro de la calidaddel recurso principalmente debido al aumento delos contenidos de cloruros y/o nitratos.Casi simultáneamente, entre 1974 y 1980,se concretaron las obras de captación yconducción para la ciudad de Rafaela, ubicadasen el sector Oeste del área de estudio,aproximadamente a 4km de la zona urbana.Esto dio lugar a 15 perforaciones, de las cuales13 están conectadas al acueducto que exporta elRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002.

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...fluído a la ciudad de Rafaela, las restantes notienen habilitación municipal para su operación.La Figura 5 presenta la ubicación de estos33 pozos de abastecimiento de agua que, comose dijo anteriormente, conforman el servicio desuministro de agua potable a las ciudades deEsperanza y Rafaela.Figura 5: Ubicación de los pozos de abastecimiento de agua potable.652600065250006524000652300065220006521000652000065190006518000651700065160005402000 5404000 5406000 5408000 5410000 5412000 5414000 54160000 2000 4000 6000 8000 10000ν Pozos en servicio Ciudad de Esperanza Pozos fuera de servicio Ciudad de Esperanza: Pozos en servicio Acueducto a Ciudad de Rafaela< Pozos no habilitados para el Acueducto a la Ciudad de RafaelaLa profundidad media de estas obras decaptación es de aproximadamente 45m y elcaudal de explotación promedio de 75m 3 /h(1800m 3 /día). La producción es del orden de los10hm 3 /año en el sector Oeste y 5 hm 3 /año en elsector Este. Esta última no contempla losvolúmenes resultantes de la explotación que serealiza con fines industriales (como parte de susprocesos productivos) y agropecuarios (riegocomplementario). De acuerdo con la informaciónobtenida, la extracción de agua vinculada a estasactividades es aproximadamente 5 hm 3 /año.PROPUESTA DE GESTIÓN - MODELO DEMANEJO INTEGRADOEl análisis conjunto de las característicaseconómicas anteriormente descriptas, lainfraestructura sanitaria, la localización de lasobras de captación y el índice de vulnerabilidaddel sistema hídrico subterráneo, entre otros,ponen en evidencia la existencia de un riesgo deafectación potencial del sistema deabastecimiento de agua potable.Asimismo es indudable que:• La necesidad de abastecimiento de aguapotable a Esperanza y Rafaela demandanmayor cantidad y mejor calidad de agua.• Hasta tanto no se disponga de otra fuente,estos requerimientos se deben satisfacermediante la extracción de agua desde elacuífero Puelche.• El recurso debe ser aprovechado con unesquema de gerenciamiento que garantice lasustentabilidad de la explotación.Teniendo en cuenta las consideraciones hastaaquí presentadas se plantean algunasestrategias para mejorar la gestión del recursoen el área de estudio:• La distribución de las captaciones deberíatener una configuración espacial adecuada alas características del sistema ambiental.Investigaciones anteriores desarrolladas porel Grupo de Investigaciones Geohidrológicaspermiten afirmar que la factibilidad deimplementación de las zonas establecidascomo perímetros de protección en los pozosde abastecimiento está fuertementecondicionada por su grado de compatibilidadcon el subsistema social involucrado, dadoRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 97

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...que: numerosos pozos de abastecimientodel sector Este (ciudad) se encuentranubicados en una zona con infraestructurasanitaria deficiente y/o en la vecindad deimportantes establecimientos industriales yde servicios y; en el sector Oeste (zonarural) no existe esquema alguno deordenamiento que discrimine sobre lasactividades que en él pueden tener lugar, nisobre sus limitantes. Se señala entonces lanecesidad de redefinir la ubicación de lascaptaciones que constituyen el servicio deabastecimiento de agua potable a la ciudadde Esperanza (sector Este) en sitios nocomprometidos con actividades quepudieran configurar riesgo de afectación.Además el grado de deterioro de la calidadquímica del agua proveniente de algunospozos de Esperanza exige dejar fuera deservicio estas perforaciones. Lascondiciones hidrogeológicas del sistema enla zona rural son favorables para reformularesta redistribución.• Se considera conveniente aumentar elnúmero de perforaciones reduciendo loscaudales unitarios de extracción con unespaciamiento entre perforaciones no menorde 500m.• La proyección de los requerimientos a 20años manteniendo un régimen de bombeoacorde a las restricciones técnicasinherentes a la prestación del serviciocontempla la extracción de caudales nomayores 1200 m 3 /día a razón de 20 horasdiarias de funcionamiento.Con estas consideraciones el estudio de laevolución del sistema se realizó mediante laimplementación de un modelo matemáticohidrogeológico basado en el modelo conceptualanteriormente descripto.Fue utilizado el código Visual Modflowv.2.7.1. (Guiguer y Franz, 1998) discretizando elárea en elementos rectangulares de 200, 250 y500m de lado. El sistema acuífero se consideródividido en tres capas: un acuífero libre(Formación Pampa), un manto semiconfinante yun acuífero confinado (Formación Puelche)cuyos espesores se obtuvieron de los perfiles deperforaciones analizadas en el área. Losparámetros hidrogeológicos (conductividadhidráulica, coeficiente de almacenamiento,porosidad) se consideraron constantes en todala zona modelada, sus valores fueronespecificados en función de los resultadosobtenidos del ensayo de bombeo realizado a losfines de este estudio.Las entradas y salidas del sistema son:aportes verticales y laterales, cursos de agua,extracciones, descargas laterales.Se consideró como punto de partida para laprognosis de niveles la piezometría ilustrada enla Figura 3, correspondiente al estadío registradoen marzo de 1999.El resultado de la modelación matemáticaen régimen permanente se muestra en la Figura6.98Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002.

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...Figura 62600025000240002300022000r1r0 r3r2r4r5r6r7r8r11r10r9e172100020000e8e7e14e1819000e16 e19180002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 140000 1000 2000 3000 4000Con esta representación matemática del sistemase procedió a simular escenarios de explotacióndel mismo dando lugar a diferentes alternativasde gestión para los 20 años de proyección de lademanda. Las Figuras 7, 8 y 9 presentan lasconfiguraciones de la piezometría con losesquemas de gerenciamiento propuestos.Alternativa APerforaciones Año Caudal por perforación En servicio Salen IngresanR0 a R11 1 1200 m 3 /día ϖE7, E8, E14, E16 1 1200 m 3 /día ϖa E19E16 a E19 2 1200 m 3 /día ϖR0 2 1200 m 3 /día ϖR1 a R11 2 1200 m 3 /día ϖR12 a R28 2 1200 m 3 /día ϖR29 a R33 6 1200 m 3 /día ϖRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 99

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...Figura 7260002500024000230002200021000r1r2r3 r4r5r9r6r10r7r8 r11r12r29r30r31r13r14r15r16r18r17 r19r20r23r21r22r25r24e7e14e820000r32r3319000180002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 140000 1000 2000 3000 4000Alternativa BPerforaciones Año Caudal por perforación En servicio Salen IngresanR0 a R11 1 1200 m 3 /día ϖE7, E8, E14, E16 1 1200 m 3 /día ϖa E19E7, E8, E14, 2 1200 m 3 /día ϖE16 a E19R0 2 1200 m 3 /día ϖR1 a R11 2 1200 m 3 /día ϖR12 a R28 2 1200 m 3 /día ϖR29 a R33 6 1200 m 3 /día ϖ100Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002.

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...Figura 8260002500024000r1r5r92300022000r2r3 r4r6r7r8r10r11r12r13r14r15r16r18r17r2321000r30r29r27r28r19r20r21r22r25r24r31r2620000r32 r330 1000 2000 3000 400019000180002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000Alternativa C (idem Alternativa B, pero con distinta ubicación)Figura 9260002500024000r1r5r92300022000r2r3 r4r6r7r26r8r10r11r12r13r14r15r16r17 r1821000r27r28r29r30r23r19r22r20r2120000r31r32 r33r24r2519000180002000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 140000 1000 2000 3000 4000Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 101

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...El análisis integrado de este materialpermite evaluar las modificaciones que seproducirían en función del tiempo. En todos loscasos el estado hidrodinámico no presentasituaciones que puedan considerarse de riesgopara la preservación del recurso. Esto se debe aque, a ese régimen de explotación la afluenciavertical y horizontal de agua llega a un estado decasi equilibrio con las extracciones, bajocondiciones climáticas medias, es decir sineventos extremos.Esto ha permitido constatar que el sistemaacuífero admite la posibilidad de satisfacer lademanda actual y futura siempre que suaprovechamiento se realice con racionalidad,respetando el gerenciamiento propuesto en estemodelo de manejo integrado.El modelo de gestión presentado incluyeademás su complementación con: Un sistema permanente de monitoreo delsistema en explotación diseñado sobre labase del conocimiento del contextohidrogeológico. Esto permitirá realizar unseguimiento de las variables y relaciones quedefinen el funcionamiento del sistema,detectar situaciones comprometidas, estimarel tiempo requerido para tomar decisionespreventivas y/o correctivas. Delimitar espacial y temporalmente las áreasde protección para los pozos deabastecimiento sobre la base del modelomatemático hidrogeológico desarrollado. Establecer pautas técnicas y legales quegaranticen la efectividad de los perímetros deprotección de pozos de abastecimiento yreglamenten las extracciones particulares. Generar acciones articuladas con lacomunidad de modo de lograr una progresivay responsable participación de los actoressociales involucrados. Considerar la utilización de aguassubterráneas por explotación local y deaguas superficiales por importación medianteacueducto como una alternativa a mediano ylargo plazo que permita satisfacer losrequerimientos de agua potable para laregión, evaluando a priori las modificacionesque se generarían con las aportacionesalóctonas, a fin de mantener el equilibriodinámico del sistema ambiental.CONCLUSIONESLos estudios realizados han permitidocaracterizar, conceptualizar y representarmatemáticamente al sistema hidrogeológicoPampeano-Puelche, establecer su estadohidrodinámico e hidroquímico actual.Sobre esta base se efectuó la prognosis desu respuesta ante distintos escenarios defuncionamiento que garantizan un régimen deexplotación equilibrado sin evidenciar efectoshidrodinámicos que puedan significar riesgo dedeterioro del recurso.Se considera indispensable la prosecuciónde estas investigaciones a fin de profundizar enel conocimiento de las características químicas,físicas y bacteriológicas del sistema acuífero,teniendo en cuenta la variada gama deactividades que la región soporta.El modelo de manejo aquí presentadoconstituye una herramienta para: la adopción depolíticas de protección del sistema acuífero enexplotación, la definción de estrategias degestión de los recursos hídricos subterráneos yel análisis de objetivos que conduzcan a laplanificación hidrológica acorde a ladisponibilidad hídrica de la región.DEDICATORIALas autoras de este trabajo dedican estacontribución a la memoria del Lic. Mario FelipeFILI, creador y director del Grupo deInvestigaciones Geohidrológicas, cuya labor enenseñanza, investigación y formación derecursos humanos ha sido y es de excelenciareconocida en el ámbito nacional e internacional.BIBLIOGRAFÍAFILI, M. y TUJCHNEIDER, O. Características geohidrológicas del subsuelo de la Provincia de SantaFe (Argentina). Revista de la Asociación de Ciencias Naturales del Litoral ISSN 0325-2809.Número 8, pp. 105-113. 1977.FOSTER S. & HIRATA R. Determinación del Riesgo de Contaminación de Aguas Subterráneas,una metodología basada en datos existentes. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria yCiencias del Ambiente. Organización Panamericana de la Salud (CEPIS), 81 pp. 1991.GUIGUER NILSON & THOMAS FRANZ. Visual Modflow, User´s manual. Waterloo hydrogeologic.1998.PARIS, M., TUJCHNEIDER, O., PEREZ, M., D´ELIA, M. y FILI, M. El conocimiento del sistemahidrogeológico y desarrollo sustentable de una región. Area de Caso: Ciudad de Esperanza102Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002.

TUJCHNEIDER, O et al. Modelo de géstion de los recursos hidricos...(Provincia de Santa Fe – República Argentina). In: Simposio sobre Planificación, gestión yeconomía de los Recursos Hídricos. Actas, Santa Rosa, La Pampa, Argentina, pp. 197-199. 1998.PARIS, M., TUJCHNEIDER, O., D´ELIA, M., PEREZ, M. y FILI, M. Estudio de la interacción entre elsistema hídrico subterráneo y las actividades industriales de la ciudad de Esperanza (Provincia deSanta Fe, Argentina). Primera fase. In: 17º Congreso Nacional del Agua y 2º Simposio deRecursos Hídricos del Cono Sur. Anales, Santa Fe, Argentina, 1998. Tomo 3, pp. 80-89. ISBN987-508-025-X.PARIS M.; O. TUJCHNEIDER; M. D´ELIA y M. PEREZ. Hidrogeología Urbana: Protección de pozosde abastecimiento en la gestión de los recursos hídricos subterráneos. Hidrología Subterránea.Serie Correlación Geológica nro. 13: 153-160. ISBN 1514-4186. 1999.TUJCHNEIDER, O., FILI, M., PEREZ, M., PARIS, M., D´ELIA, M. Potencialidades y limitaciones delsubsistema natural para la toma de decisiones territoriales en la Provincia de Santa Fe. In:Primera Reunión Nacional de Geología Ambiental y Ordenación del Territorio. Actas, Río Cuarto,Córdoba, Argentina, tomo 2, pp. 401-421. 1995.TUJCHNEIDER, O., PARIS, M., FILI, M., D´ELIA, M., PEREZ, M. Protección de las aguassubterráneas. Caso de estudio: Ciudad de Esperanza (República Argentina). Primera Fase:Diagnóstico del sistema. In: 4º Congreso Latinoamericano de Hidrología Subterránea. Memorias,Montevideo, Uruguay, volumen 2, pp. 805-82. 1998.AGRADECIMIENTOSLos autores de este trabajo manifiestan su agradecimiento a: la Municipalidad de la Ciudad deEsperanza, a la empresa Aguas Provinciales de Santa Fe, actual concesionario del servicio de agua ycloacas, al Ente Regulador del Servicio Sanitario de la Provincia de Santa Fe, al Centro Industrial,Comercial y Afincados de Esperanza por la información suministrada y; al Proyecto 03-38 Estudio dediagnóstico del sistema de drenaje urbano de la Ciudad de Esperanza – Provincia de Santa Fe, de laFacultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas (U.N.L.) por el material fotocartográfico proporcionado, y ala Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas de la Universidad Nacional del Litoral por el apoyorecibido.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 91-102, 2002. 103

VULNERABILIDAD DE ACUÍFEROS FRENTE AL USO DEAGUAS RESIDUALES Y LODOS EN AGRICULTURAM.V. ESTELLER 1RESUMENLa vulnerabilidad de acuífero frente a un foco de contaminación areal como es el uso de aguasresiduales y lodos en agricultura, puede ser muy alta sobre todo si las características de la zona nosaturada no son las idóneas para que los contaminantes presentes en estas aguas y lodos sufranprocesos que den lugar a una disminución de su presencia.Un ejemplo del efecto contaminante por reuso de aguas residuales en riego es lo ocurrido en elacuífero del Valle de León (México), el cual ha sufrido un deterioro de la calidad de sus aguas porpresencia de algunos de los contaminantes que están presentes en el agua residual.En otros casos, la zona no saturada actúa como barrera frente a una contaminación originada, porejemplo, por el uso de lodos en agricultura. Este hecho se ha podido comprobar en una parcelaexperimental, localizada en el acuífero del Valle de Toluca (México), en la cual se ha estudiado elcomportamiento del nitrógeno y fósforo.ABSTRACTThe aquifer vulnerability front to non-point contamination, as it is the reuse of wastewaters andsludge in agriculture, can mainly be very high if the characteristics of the vadose zone are not thesuitable. This is carried out that the polluting compounds of these waters and sludges do not undergoprocesses that give rise to a diminution of their presence.An example of the polluting effect by reuse of wastewaters in irrigation in the Valley of Leon aquifer(Mexico) is presented. It has studied the deterioration of the groundwater quality by presence of someof the polluting agents, that are present in the wastewater.In other cases, the vadose zone act as barrier a contamination originated, for example, by theapplication of the sludge in agriculture. This fact has been able to verify in an experimental site,located in the Valley of Toluca aquifer (Mexico), where the behavior of nitrogen and phosphorus hasstudied.Palabras clave: acuífero, vulnerabilidad, contaminación, aguas residuales, lodos residualesINTRODUCCIÓNLa determinación del grado de vulnerabilidad deun acuífero se lleva a cabo, normalmente,teniendo en cuenta un contaminante de tipogenérico pero, bajo ciertas circunstancias, esnecesario que este grado de vulnerabilidad seestablezca en función de un contaminante o deun foco de contaminación específico. Este casosería aplicable, sobre todo, a los focos decontaminación areales, los cuales cubrengrandes superficies e implican la presencia deunos contaminantes específicos.Un ejemplo claro de este caso sería lacontaminación agrícola y, en particular, laoriginada por el reuso de aguas residuales,practica bastante extendida en varios países deIberoamérica, y de lodos residuales, cuyo uso seestá acrecentando.En el presente trabajo, se expone un ejemplode contaminación por el reuso de aguasresiduales para riego, el cual intenta remarcaraquellos aspectos que más inciden en este tipode contaminación. Por otro lado, se expone unametodología para la evaluación de los efectosque, en el suelo y zona no saturada, sufrenaquellos contaminantes que se lixivian y quetienen su origen en los lodos residuales que seaplican en campos de cultivo.REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES ENAGRICULTURAGENERALIDADESLa reutilización del agua residual depurada sebasa, esencialmente, en aprovecharla comoagua de riego y/o como agua de recarga conobjeto de incrementar los recursos hídricos deun sistema acuífero. Esta reutilización puede1Centro Interamericano de Recursos del Agua. Facultad de Ingeniería - Universidad Autónoma del Estado de México. CerroCoatepec S/N C:U: 50130 Toluca (Edo de México) México. esteller@coatepec.uaemex.mxRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002. 103

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...evitar muchos de los problemas que ocasiona elvertido de estas aguas en cauces superficiales oen el mar, como son riesgos sanitarios, cambiosen las características organolépticas,eutrofización, etc. Además se puede conseguirque los recursos hídricos convencionales sedediquen a cubrir aquellas demandas que exigenuna calidad más elevada del agua.En la mayoría de estudios realizados sobrereutilización del agua residual se presta mayoratención a su uso como agua de riego (FOSTERet al. 1994; MUJERIEGO et al. 1996 y ASANO;LEVINE, 1996), ya que, en comparación conotros tipos de aplicaciones, requiere en muchoscasos un nivel de calidad menos estricto lo cualimplica, a su vez, que el nivel de depuración quese debe alcanzar durante el tratamiento no seatan elevado. Además, la aplicación del aguadepurada en el terreno supone una fase más deltratamiento de depuración del agua residual yaque al infiltrarse el agua a través de la zona nosaturada se producen numerosos procesos tantofísicos, químicos como biológicos que dan lugara la disminución de su carga contaminante(ESTELLER et al. 2001).El interés por esta reutilización se centra enlas ventajas que representa, las cuales sepueden resumir en las siguientes:1. El agua tratada representa una fuenteconstante y segura de agua aún en los añosmás secos.2. Es un aporte continuo de nutrientes para lasplantas.3. El contenido de nutrientes del agua residual(N, P, K y microelementos) representa unahorro en gastos de fertilización.4. Se contribuye a la conservación de losrecursos hídricos.5. Representa una posible reducción del costeeconómico del agua destinada a riego yaque aguas de otra procedencia puedenresultar a mayor precio.Frente a estas ventajas hay que tener en cuentasus desventajas, que se centran principalmenteen dos apartados; los riesgos sanitariosderivados del uso de aguas residuales y lacontaminación de aguas superficiales ysubterráneas, así como de suelos y cultivos.ALGUNAS EXPERIENCIASEn la actualidad, la reutilización de aguasresiduales tanto urbanas como industriales parariego es un tema de gran interés a nivel mundialtanto desde el punto de vista práctico como deinvestigación, sobre todo en regiones de climaárido o semiárido donde los recursos hídricosson un bien escaso, de ahí que la mayoría deexperiencias se hayan realizado en países talescomo Israel, Estados Unidos (California, Texas,104Florida, Arizona), Oriente Próximo, España,México, etc.La reutilización agrícola y forestal está basadaen aprovechar los nutrientes contenidos en elagua para el desarrollo de los cultivos, ademáseste riego preserva la fertilidad y la estructura delos suelos. Por otro lado, en muchos países envías de desarrollo, es la única opción defertilización agrícola y además permite ladisminución de los organismos patógenos en lasaguas excedentes de riego por el proceso deretención que se produce en el suelo, con lo cualresulta un tratamiento adicional de depuraciónde las aguas.Las aguas residuales empleadas para riegoabarcan todos los posibles grados dedepuración, desde aguas no tratadas hasta lasprocedentes de tratamientos terciarios, y hansido utilizadas para el riego de todas lasespecies vegetales y con todos los sistemas deriego existentes.En Estados Unidos ha sido donde un mayornúmero de proyectos de reutilización de aguasresiduales se han llevado a cabo, empleándoseun caudal de 2.6 10 6 m 3 día -1 (riego, procesosindustriales, recarga de acuíferos, acuicultura,uso recreacional), y en el caso concreto deCalifornia esta reutilización representa 0.9 10 6m 3 día -1 , con un elevado porcentaje de estecaudal dedicado al riego.En México se han llevado a cabo algunosestudios para determinar la calidad del aguaresidual empleada para riego y el efecto queeste riego produce en el ambiente. Cabedestacar los trabajos que se han llevado a caboen el Valle del Mezquital donde se riega conaguas residuales procedentes de la Ciudad deMéxico, como son los de CIFUENTES et al.(1992), SIEBE; CIFUENTES (1993), CORTÉS(1993), CHILTON et al. (1996) y JIMÉNEZ;CHAVÉZ (1998). En el Valle de León, donde seriega con aguas residuales con altos contenidosen cromo, también se han desarrollado algunasinvestigaciones como las de CASTAÑON et al.(1995) y CHILTON et al. (1996). En estos casosse presentan impactos ambientales negativoscomo son la contaminación de las aguassubterráneas, la de los suelos y el incremento delas enfermedades infecciosas entre la poblacióndebido a que las aguas residuales son utilizadassin ningún tratamiento de depuración, lo queimplica una alta carga contaminante en el aguaresidual. Como aspecto positivo hay que señalarel incremento de la producción agrícola en estasáreas y la mejora de las características de lossuelos.CONTAMINACIÓN DE AGUASSUBTERRÁNEAS. EL CASO DEL VALLE DELEÓN (GUANAJUATO, MÉXICO)Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002.

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...Descripción general del Valle de LeónEl Valle de León se localiza en el sectoroccidental del Estado de Guanajuato, en elcentro de México (Figura 1). El área tiene unclima semiárido con una precipitación media de600 mm/año, siendo ña temperatura media anualde 18 ºC, con un valor máximo de 35 ºC enverano y mínimo de 3 ºC en invierno.En el Valle de León existe un total de 1340sondeos, que extraen un volumen 204 Hm 3 /año,provocando una sobreexplotación de 108 Hm 3anuales, ya que la recarga es de solamente 96Hm 3 /año. En esta zona sólo existe una unidadhidrogeológica, la cual está constituida por rocasvolcánicas, depositadas en un ambiente lacustre,intercaladas con sedimentos aluviales formadospor gravas, arenas, arcillas y tobas,predominando el paquete de las tobasvolcánicas (CASTAÑÓN et al. 1995).La ciudad de León ha alcanzado unapoblación de 1.100.000 habitantes y es uno delos centros más importantes de fabricación decalzado en América Latina. El abastecimientourbano depende, en gran parte, del aguasubterránea que se extrae de unos 80 pozos,distribuidos dentro de la mancha urbana yagrupados en seis campos al SW y S de laciudad.Figura 1. Localización geográfica de los estados de Guanajuato y MéxicoProblemática de las aguas residuales en elValle de LeónLa ciudad cuenta con una amplia red dealcantarillado (aunque no cubre toda la ciudad) yproduce alrededor de 0.35 Hm 3 /día de aguasresiduales, parte de los cuales se descargan sintratamiento en el río Turbio, el cual estácontrolado por pequeños embalses. Este caudalincluye 0.08 Hm 3 /día de aguas residualesindustriales, procedentes principalmente de lasfabricas de cuero, la mayoría de las cuales estándispersas dentro la ciudad, que dan al agua altoscontenidos en cromo y cloruros.Las aguas residuales se utilizan desde hacemás de 30 años para riego en un área cercana ala ciudad de León. La zona de influencia de riegocon aguas residuales se ha ido desplazado haciael sur, conforme el área urbana se ha extendido,identificándose otras dos áreas con diferentetiempo de riego (Figura 2).La rotación de cultivos en la zona es de sorgoen el ciclo primavera-verano y trigo en el ciclootoño-invierno; en algunos terrenos se siembraalfalfa, la cual queda como un cultivo perennepor siete años en promedio.Efecto del riego con aguas residualesRecarga del acuífero: Como resultado del rápidocrecimiento de la ciudad el uso del aguasubterránea se ha incrementado de tal forma queel caudal extraído del acuífero esaproximadamente el doble de la recarga mediaanual. El estudio de la evolución de lapiezometría en el valle permite comprobar queen el área de mayor explotación, al sur de laciudad, el nivel piezométrico ha descendido a unritmo entre 1 y 5 m/año (CHILTON et al. 1996) yel descenso total en el centro de esta área es delorden de los 90 m, para el periodo comprendidoentre 1959 y 1995.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002. 105

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...En contraste, dentro del área regada conaguas residuales, ha parecido un acuíferosomero colgado con un nivel piezométrico quese encuentra a una profundidad comprendidaentre los 5 y 10 metros. Se ha comprobado queeste nivel permanece bastante estable en eltiempo y que la infiltración de las aguasresiduales es una fuente importante de recargapara este acuífero.Impacto en la calidad de las aguas subterránea:Los niveles de fondo de los principalesparámetros físico-químicos a nivel regional sonbajos, lo cual permite distinguir fácilmente entreel agua subterránea afectada por infiltración deaguas residuales y el agua no contaminada(Figura 3), ya que el agua contaminada presentaelevadas concentraciones de la mayoría de losiones mayoritarios (Ca 2+ , Na + , HCO 3 - , Cl - , SO 4 2- yNO 3 - ) y bajo contenido en oxígeno disuelto.Figura 2.- Mapa de localización de las áreas regadas con aguas residuales y de lospozos de agua potable en las inmediaciones de la ciudad de León.106Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002.

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...Figura 3. Representación en el diagrama de Piper de la composición química delagua subterránea en el Valle de León (CHILTON et al. 1996)En los perfiles verticales de calidad del aguasubterránea realizados en varios pozos ubicadosen el área de riego con aguas residuales se pudocomprobar como las concentraciones de cloro enla parte superior de los pozos oscilaban entre los800 y 1000 mg/L, en contraste con los valoresinferiores a 100 mg/L que se detectan en áreasregadas con agua subterránea (Figura 4). Apartir de estos perfiles, también se constato quela materia orgánica presente en el agua infiltradase oxida a profundidades someras,transformándose en bicarbonato, y que elnitrógeno orgánico se oxida a nitrato. El sodio esintercambiado por el calcio y ciertas cantidadesde sulfato de calcio precipitan. Estos procesos seproducen en los primeros 40 metros del acuífero(CHILTON et al. 1996).( g )Concentración (mg/l)00 400 800 120000 400 800 120000 400 800 1200202020Profundidad (m)406080406080406080100120A100120B100120Sodio Calcio Cloruro SulfatoCRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002. 104

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...104Figura 4.- Evolución con la profundidad de las características químicas del agua intersticalen dos puntos de muestreo localizados en el área de riego con aguas residuales(A, B) y en otro punto localizado fuera del área (C) (Chilton et al., 1996)Por otro lado, el agua residual tambiéncontiene concentraciones significativas demetales pesados por lo que el agua subterráneabajo el área de riego presenta concentracionesmás elevadas de metales pesados que en elresto del valle. Sin embargo, la concentración decromo en el agua subterránea es baja, lo cual sedebe a que el cromo se ha acumulado en elterreno, al igual que otros metales pesados..También se ha constatado que lasconcentraciones de cromo en el suelo presentanun alto grado de correlación con el periodo detiempo de riego en cada área.Así mismo, se ha comprobado que el aguaresidual contiene altas concentraciones decoliformes, las cuales se han detectadofrecuentemente en el agua del acuífero somero.La penetración profunda de estas bacterias através de la gruesa secuencia de estratoslacustres y volcánicos parece poco probable.USO DE LODOS RESIDUALES ENAGRICULTURAMARCO TEÓRICOLa mayor parte de los sistemas de tratamientode aguas residuales municipales e industrialesinstalados en Latinoamérica no incluyen elmanejo y disposición de los lodos residuales quegeneran. Los métodos de disposición utilizadosactualmente son, esencialmente, basureros acielo abierto, vertidos al drenaje o a corrientessuperficiales, rellenos sanitarios e incineración.Esto provoca contaminación ambiental debido alos altos contenidos de patógenos, metalespesados y tóxicos orgánicos que presentan estoslodos.Las tecnologías más utilizadas hasta elmomento para evitar esta problemáticacomienzan a ser reemplazadas por nuevosprocedimientos tales como la digestión alcalina,el composteo y la aplicación del lodo de maneradirecta al suelo, previa estabilización con cal odigestión aerobía o anaerobia. Estosprocedimientos permiten emplear lodos enagricultura con el fin de aprovechar suscaracterísticas ya que los lodos puede utilizarsecomo acondicionadores de suelos, fertilizantes,en la recuperación de suelos erosionados, enparques, áreas forestales y jardines, así como enviveros (HILLEBOE, 1974).Cuando se realiza un estudio sobre lautilización de lodos en agricultura se debeprestar atención a los siguientes aspectos(CRITES, 1990):• Características del lodo residual.• Aspectos sanitarios y ambientales.• Efecto sobre la explotación agrícola.• Aspectos institucionales y legales.• Aspectos económicos.En la presenta investigación solamente seincidirán sobre el primer punto y algunosaspectos referidos al segundo y tercero, ya quelos restantes apartados van más allá de lo querepresenta este trabajo.Como primer paso, hay que realizar unestudio de las características físicas, químicas ybiológicas del lodo que permitirá conocer suaptitud o inadecuación por posibles afecciones alsuelo, cultivo y agua, así como su capacidadcomo fertilizante y acondicionador de suelos.Los criterios que se utilizan paradeterminar la calidad del lodo para agriculturaestán basados, fundamentalmente, en elcontenido de humedad, sólidos suspendidosvolátiles, carbono orgánico total, nitrógeno totalKjendhal, potasio, calcio, magnesio, fósforo,nitratos, metales pesados (Cd, Pb, Zn, etc),cuenta total de bacterias, coliformes totales yfecales y pH. La elección de estos parámetros sebasa en los posibles problemas que puedenproducir su presencia y/o elevados contenidos, yen que permiten caracterizar sus propiedadescomo fertilizante y acondicionador.A continuación, se debe de estudiar lascaracterísticas de la zona no saturada, incluidosuelo, siendo los aspectos más importantes atener en cuenta (CRITES, 1990):1. Características físicas del suelo: Textura,estructura y espesor del suelo, que incidenen la permeabilidad al aire y al agua y enotros parámetros hidráulicos.2. Características químicas: Fundamentalmenteel pH, conductividad, capacidad deintercambio catiónico, cationesintercambiable y materia orgánica. Estascaracterísticas tienen incidencia sobre lafertilidad del suelo y su capacidad de fijarmetales pesados.3. Características hidráulicas: Velocidad deinfiltración y permeabilidad, que inciden en larapidez con la que el agua puede serabsorbida.Una vez conocidas las características tanto delos lodos como del suelo y zona no saturada, elsiguiente paso es determinar los efectos tantobeneficiosos como perjudiciales que puedeprovocar la aplicación de estos compuestos.ALGUNAS EXPERIENCIASHasta el momento se han llevado a cabo variosestudios en suelos enmendados con lodosresiduales para determinar la presencia deRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002.

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...metales pesados en el suelo (RAMACHANDRA;D´SOUZA, 1997a, 1997b; BELL et al. 1991;WILLIAMS et al. 1985; CHANG et al. 1984;SPOSITO et al., 1982), así como en el sistemasuelo-planta (DUDK; CHLOPECKA, 1990; LANE,1988; MAHLER et al. 1982; JONES et al. 1973).También se han realizado estudios sobre elefecto de la disposición de lodos en laconcentración de nitratos en aguas subterráneas(SPALDING et al. 1993). En estos trabajos sehace especial incidencia en la contaminación pormetales en suelos y plantas pero no se evalúanque procesos se dan en la zona no saturada nicual es la relación entre estas practicas agrícolasy la lixiviación de contaminantes hacia las aguassubterráneas.Se tienen una serie de estudios (en prensa),realizados en la Facultad de Ciencias de laUniversidad Autónoma del Estado de México,referentes a la aplicación de lodos residuales ensuelos agrícolas. Estos trabajos se han llevada acabo en colaboración con Operadora deEcosistemas, empresa que opera las plantas detratamiento Toluca Norte y Oriente. Estosestudios se han basado en la disposición delodos prensados en cultivos de pasto forrajero,maíz y haba; teniendo como resultado unbeneficio de índole productivo con la aplicaciónde los lodos en los tres cultivos, de igual manerase ha observado mayor respuesta deconcentración de nitrógeno y fósforo en la planta,y no se presentan problemas de toxicidad pormetales pesados; sin embargo, se observó en elcultivo de haba una disminución en la cantidadde almidón de manera cualitativa a mayor dosisde aplicación de lodos residuales; por lo que esnecesario realizar estudios respecto a la calidadnutrimental de las plantas.CONTAMINACIÓN DE SUELOS Y AGUAS. ELCASO DEL VALLE DE TOLUCA (ESTADO DEMÉXICO, MÉXICO)Generación de lodos en el Valle de TolucaLa utilización en la agricultura de lodosresiduales, representa una fuente adicional denutrimentos para los cultivos en el Valle deToluca, México, (Figura 1) donde el uso de suelodestinado a la agricultura es del 56% y donde seencuentran instaladas dos grandes plantas detratamiento de aguas residuales urbanas, quegeneran una gran cantidad de lodos residuales(5,304 Ton año -1 , base seca). Si la utilizaciónagrícola de los lodos se lleva a cabo bajo uncontrol, se pueden evitar muchos de losproblemas que esta práctica ocasiona, comopuede ser la lixiviación, a través del suelo, de loscontaminantes presentes en los lodos. Duranteesta lixiviación tiene lugar diferentes procesosbio-físico-químicos que implican la movilización,a diferentes grados, de los contaminantes enfunción de sus propias características y las delmedio sólido, por tanto, puede existir ciertamovilidad de estos elementos y, enconsecuencia, pueden llegar a las aguassubterráneas produciendo su contaminación einutilizando los recursos hídricos subterráneospara abastecimiento público. Ello representa ungran problema en esta zona de estudio, ya quetodas las poblaciones del Valle de Toluca seabastecen de aguas subterráneas. Cabe señalarque la profundidad a la cual se encuentran lasaguas subterráneas en el área de estudio esmuy pequeña, entre los 9 y 16 metros(UNITECNIA, 1996).Por lo anterior, en el presente estudio, seanalizan algunos parámetros fisico-químicos delagua infiltrada en suelos enmendados con lodosresiduales. De esta manera, se intentacomprobar que dicha disposición no implica unacontaminación del agua y del suelo lo cualpermitiría dar una solución al problema dedisposición de lodos. De todos los posiblescontaminantes que pueden presentarse en loslodos, para este estudio se han elegido elnitrógeno y el fósforo, ambos nutrimentos de lasplantas y potenciales contaminantes de lasaguas subterráneas.Estudio en una parcela experimentalLa parcela experimental se encuentra dentro delas instalaciones de la Planta de Tratamiento deAguas Residuales “Toluca Oriente”, donde setrazaron 6 parcelas de 2 X 3 m distribuidas encuadrado latino, 3 son parcelas testigo (PT) y lasrestantes (PE) fueron acondicionadas con 4.5ton ha -1 de lodos residuales en base seca. Enestas parcelas (PE), se manejó un cultivo dehaba (Vicia faba). Las muestras de suelo seobtuvieron utilizando una barrena de tipohelicoidal, tomando muestras a cuatro diferentesprofundidades: 5, 15, 30 y 60 cm con tresrepeticiones, y en dos diferentes periodos, unoantes de incorporar el lodo residual al suelo yotro al final del periodo de cultivo.Los lodos residuales municipales con los quese enmendó el suelo se obtuvieron de laMacroplanta “Toluca Oriente”, que es una plantade lodos activados de variante convencional. Elmuestreo de lodos se realizó según lametodología que marca la EPA (1988). Losanálisis de lodos y suelo se realizaron portriplicado, determinándose los siguientesparámetros: pH 1:2.5 agua destilada y 1:5 KCltextura, (método de Bouyoucos), materiaorgánica (pérdida por ignición para lodo ymétodo de Walkley-Black modificado) capacidadde intercambio catiónico, nitrógeno total (métodoKjeldahl) fósforo disponible,(método de Bray) yconductividad eléctrica (PORTA et al. 1999).Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002. 108

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...El muestreo del agua intersticial sólo se llevoa cabo en las parcelas PE. Se realizaron 9campañas durante el periodo junio-octubre delaño 2000. Para este muestreo se utilizarontomamuestras de succión con cápsulas decerámica porosa. El uso de estos tomamuestraspresenta el inconveniente de provocar cambiosen la composición química del agua, paraevitarlos, las cápsulas de porcelana sesometieron a un tratamiento previo con ácidoclorhídrico 1N y agua destilada, lo que permiteeliminar ciertas impurezas y liberar algunos ionespresentes en las paredes de las cápsulas(SÁNCHEZ; MORELL, 1994). Se instalaron dosde éstas cápsulas por cada profundidad: 15, 30 y60 cm. El análisis del agua intersticial se realizósiguiendo las Normas Oficiales Mexicanas. Losparámetros analizados fueron: pH, conductividadeléctrica, nitratos, nitritos, nitrógeno amoniacal,fosfatos, cloruros, bicarbonatos, sulfatos, calcio,magnesio, sodio y potasio.Efectos del uso de los lodos en el suelo y enel agua intersticialEl lodo residual presenta un contenido de N,P y materia orgánica semejante a los abonosagrícolas por lo que en efecto, constituye unafuente alternativa de estos elementos para elsuelo y las plantas (Tabla 1).TABLA 1 COMPARACIÓN DEL CONTENIDO NUTRIMENTAL DE ABONOS COMUNES(RAMÍREZ ET AL., 1991) CON EL LODO RESIDUAL PRODUCIDO POR LAMACROPLANTA “TOLUCA ORIENTE”LodoPARÁMETRO VACUNO Gallinaza Porcino Ovino residual% M.O. 48.24 29.43 46.90 48.24 61.9% Nitrógeno total 2.10 5.10 3.10 2.30 3.52% Fósforo 0.58 2.06 0.64 0.72 0.59El suelo estudiado es, de acuerdo a suscaracterísticas fisico-químicas (Tabla 2)excelente para el cultivo, presenta un pHligeramente ácido, un alto porcentaje de materiaorgánica (MO), que incrementa el poder tampóndel suelo, y tiene una textura limosa-arenosa.Las características de este suelo cambian unavez aplicado el lodo y desarrollado el cultivo dehaba (Vicia faba).En el caso de la PT (sin lodo) se observa unligero descenso en el contenido de los nutrientesya que estos pueden ser absorbidos por lasplantas, mientras que la variación de la texturaes mínima y puede ser considerada natural porla propia variabilidad del suelo en el espacio.Para las PE (con lodo) se aprecia, en el caso dela textura, una ligera variación en cuanto alcontenido de arcillas, lo mismo cabe decir para elpH, pero estas variaciones no sonestadísticamente significativas. Por otro lado, lasconcentraciones de nutrientes se mantienen, locual indica que las plantas han absorbido loscompuestos del lodo aplicado.Tabla 2. Características de los suelos antes (Muestreo I) y después de la aplicación de lodos(Muestreo II)ParámetroMuestreo IProfundidad (cm)Muestreo II PTProfundidad (cm)Muestreo II PEProfundidad (cm)5 15 30 60 5 15 30 60 5 15 30 60pH 1: 2.5 H 2 O 6.71 6.80 6.50 7.77 6.89 7.47 7.74 8.24 7.07 7.60 7.43 8.04pH 1:5 KCl 6.35 6.45 6.35 7.50 6.31 3.48 6.58 7.57 6.27 6.37 5.81 6.95C.E. (µS cm -1 ) 554 575 559 361 900 338 203 297 497 227 148 303Arena % 39 45 45 57 36 42 36 62 40 36 37 68Limo % 40 28 28 28 42 34 42 28 40 34 33 22Arcilla % 21 27 27 15 22 24 22 10 20 30 30 10MO % 5.6 4.9 4.7 2.3 5.1 4.2 4.0 2.2 6.5 4.9 4.2 2.4CIC cmol Kg -1 24.5 29.2 28.6 16.3 25.8 28.2 29.3 16.4 29.6 31.7 32.0 16.2N total % 0.29 0.36 0.34 0.15 0.26 0.24 0.25 0.14 0.31 0.39 0.39 0.15P % 0.38 0.42 0.45 0.10 0.40 0.40 0.42 0.09 0.50 0.52 0.53 .010C % 3.27 2.85 2.73 1.31 2.98 2.43 2.30 1.33 3.79 2.85 2.43 1.36C/N 11.3 7.9 8.0 8.7 11.5 10.1 9.2 9.5 12.2 7.3 6.2 9.1CE conductividad eléctrica M.O. : Materia Orgánica CIC capacidad de intercambio catiónicoN: Nitrógeno P: Fósforo disponible C: CarbonoRevista 109 Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002.

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...Por otra parte, un porcentaje de estosnutrientes podría haber sido lixiviado por efectodel arrastre del agua de lluvia. Para comprobar lapresencia de estos nutrientes en el agua que seinfiltra, se analizó la concentración de N-NO - 3 , N-NO - 2 , N-NH + 3-4 y PO 4 en el agua intersticial adiferentes profundidades.La evolución del nitrato con la profundidad paralas diferentes campañas de muestreo (Figura 5a)permite apreciar un comportamientogeneralizado para todo el periodo de estudioobservándose un máximo a los 15 cm paradespués producirse una ligera disminución yfinalmente volver a incrementarse a los 60 cm deprofundidad. También se aprecia que al inicio delestudio, las concentraciones de nitratos en elagua intersticial eran bastante elevadas, con-valores de 10 mg N-NO 3 L -1 ; durante lassiguientes campañas se produce un proceso delavado en los primeros cm de suelo comoconsecuencia de la infiltración del agua de lluvia,obteniéndose en la última campaña un valor-aproximado a 1 mg N-NO 3 L -1. La infiltración delagua de lluvia produce un efecto dedesplazamiento del nitrato desde los niveles mássuperficiales hacia los más profundos. Loselevados contenidos que se aprecian a los 60 cmde profundidad también podrían serconsecuencia de la nitrificación del amonio y elnitrito. Este proceso se puede comprobar ya quesimultáneamente al incremento del nitrato seproduce un descenso en estas formasnitrogenadas.En cuanto al ión nitrito, cabe señalar que supresencia está ligada a la nitrificación del amonioasí como a la nitrificación del nitrógeno orgánico.En la figura 5b se muestra la disminución delcontenido de nitritos a lo largo del perfil delsuelo. Se observa un comportamiento generalsimilar al del amonio, aunque en algunascampañas se observa un incremento en suconcentración entre los 30 y 60 cm. El procesoque da lugar a la presencia del nitrito esfundamentalmente la nitrificación, ya que estaespecie nitrogenada es muy inestable yfácilmente oxidable a nitrato.En la figura 5c se presenta la evolución delamonio. El primer hecho a destacar, es eldrástico descenso de este ión, que se explicaesencialmente por procesos de volatilización ynitrificación pues las condiciones para que seden estos fenómenos son las adecuadas: pHsuperior a 7, presencia de materia orgánica ytextura limosa. También interviene la fijación delión amonio a los minerales de la arcilla o a lamateria orgánica.mg l -1mg l -11086420Figura 5.- Comportamiento de las formas nitrogenadas y del fósforo a lo largo del perfilde suelo, durante el periodo de estudio( junio-octubre 2000)86420a) N-NO315 30 60Profundidad (cm)c) N-NH4mg l-115 30 60Profundidad (cm)mg l -10.30.20.1 860.042006/1607/2007/0208/0608/16 09/0109/1910/2010/02b) N-NO2d) PO 43-15 30 60Profundidad (cm)Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002. 10415 30 60Profundidad (cm)

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...En el caso del fósforo (figura 5d) se aprecia,una reducción en el contenido de fosfato, desdeconcentraciones que oscilan entre los 5 mg L -1 amenos de 1 mg L -1 . Es de esperar que elprincipal proceso causante de este descensosea el efecto combinado de la adsorción delfosfato y su posterior precipitación. Asimismo,también se puede producir una inmovilizaciónbiológica.Todos estos procesos bio-fisico-químicosque afectan tanto a las formas nitrogenadascomo al fosfato dan lugar a que los compuestosquímicos que se presentan en el agua deinfiltración a los 60 cm, presentenconcentraciones por debajo de los valoresmáximos permisibles para el agua potable conbase a la normativa existente en México (NOM-127-SSA1, 1994), por lo cual no es de esperarseuna contaminación del agua subterránea.CONCLUSIONESLa necesidad de llevar a cabo estudios sobrevulnerabilidad de acuíferos frente acontaminantes específicos es de granimportancia, sobre todo en el caso de los focosde contaminación areal, un ejemplo de este tipode contaminación es el reuso de aguasresiduales y lodos en zonas agrícolas.En estos casos, el suelo y la zona nosaturada juegan un papel de gran relevancia alactuar como “barrera” frente a loscontaminantes. Pero esta capacidad deatenuación tiene un limite ya que con el tiempodisminuye su efecto. Este ha sido el caso que seha podido observar en el Valle de León, dondeen aquellas areas regadas con aguas residualesdesde hace más de dos décadas, lacontaminación del agua subterránea es muyelevada.Otro problema que empieza a plantearse esel efecto contaminante por el uso de lodosresiduales en agricultura. Para valorar esteefecto, en el caso concreto del acuífero del Vallede Toluca, se ha realizado un estudio sobre elmovimiento de nitrógeno y fósforo en el suelo,comprobándose la oxidación de nitritos y amonioy la lixiviación de nitratos. En el caso del fósforo,se ha constada la disminución de suconcentración con la profundidad por efecto deun posible proceso de fijacion-precipitación.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASALBERTO, J. M. Simulación de flujo y transporte de contaminantes en la zona no saturada.Tesis de Licenciatura, Departamento de Ciencias Experimentales. Universidad Jaume I. Castellón.España. 1993ASANO, T.; LEVINE A.D. Wastewater reclamation, recycling and reuse: past, present and future.Water Sci. and Tech n.33(10-11), p. 1-14. 1996BELL, P.F.; JAMES, B.R.;CHANG, R.L. Heavy metal extractability in long-term sewage sludge andmetal salt-amended soils. J. Environmental Quality n. 20, p. 481-486. 1991CASTAÑÓN, V.M.; MORALES, A.; PÉREZ-HERNANDEZ, H. Efectos del reuso de aguas residualessobre los recursos de agua subterránea para uso urbano en el Valle de León, Guanajuato.Reporte técnico GSA/95/2. Comisión Nacional del Agua, British Geological Survey y Sistema deAgua Potable y Alcantarillado de León. 1995CHANG, A.C.; WARNEKE, J.A.; PAGE, A.L.; LUND, L.J. Accumulation of heavy metals in sewagesludge-treated soils. J. Environmental Quality n. 13, p. 87-91. 1984CHILTON, P.J.; MORRIS, B.L.; FOSTER, S. Los recursos hídricos subterráneos y la disposiciónde aguas residuales urbanas, interacciones positivas y negativas. VII Curso InternacionalOMS-PNUMA-GEMS/OPS-CEPIS/ODA-BGS. 42 pp. 1996CIFUENTES, E.; BLUMENTHAL, M.J., RUIZ PALACIOS, G.; BENETH, S. Health impact evaluation ofwastewater in Mexico. Public. Health Revue n. 19, p.243-250. 1992COOPER, R.C. (1991). Public helath concerns in wastewater reuse. Wat. Sci. Tech. n. 23(9), p. 55-66, 1991CORTÉS, J.E. Metales pesados en agricultores expuestos a aguas residuales en el Distrito 03 -Tula. Tesis de Maestría en Ciencias en Salud Ambiental. Instituto Nacional de Salud Pública.México. 1993CRITES, R.W. Características de la zona de riego. In: MUJERIEGO, R. Manual práctico de riegocon agua residual municipal regenerada. Univ. Politécnica de Catalunya. Barcelona. pp: 69-86.1990DUDKA, S.; CHLOPECKA, A. Effect of soil-phase speciation on mobility and phytoavailability insludge amended soil. Water, Air and Soil Pollut. n. 51, p. 153-160, 1990Revista 111 Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002.

ESTELLER, M.V. Vulnerabilidad de acuíferos frente ao uso de...ESTELLER, M.V.; MORELL, I.; ALMEIDA, C. Physico-chemcial processes in a vadose zone duringthe infiltration of treated wastewate used for irrigation. Application of the NETPATH model.Environmental Geology. N. 40 p. 923-930, 2001FOSTER, S.; GALE, I; HESPANHOL, I. Impacto del uso y disposición de las aguas residuales enlos acuíferos con referencia a América Latina. British Geological Survey y OrganizaciónMundial de la Salud. 77 pp. 1994HILLEBOE, H. E. MANUAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS. Departamento de Sanidad delEstado de Nueva York. Limusa. México. 1974JIMÉNEZ, B.; CHÁVEZ A. Posibilidades de reuso en el Distrito Federal y el Valle de Mezquital.Memorias del 1er Simposio Latinoamericano de Tratamiento y Reuso del Agua y ResiduosIndustriales. Tomo II: 58.1-58.13. 1998JONES, R.L.; HINESLEY, T.D.; ZIEGLER, E.L. (1973). Cadmium content of soybeans grown insewage sludge amended soil. J. Environmental Quality n. 2(3), p.351-353, 1973KROSSHAVN, M., STEINNEDS, E.; VARSKOG, P. Binding of Cd, Cu, Pb and Zn in soil organicmatter different vegetational bakgrownd. Wat. Air and Soil Pollut.,n. 71, p.185-193. 1993LANE, R. (1988). The effects of sewage sludge application to Bermudagrass on forage qualityproduction, and metal acumulation. Agriculture Ecosystems and Enviroment. N. 20 p. 209-219. 1988MAHLER, R.J., BINGHAM, F.T.; PAGE, A.L.; RYAN, J.A. Cadmium-enriched sewage sludgeapplication to acid and calcareous soil: Effect on soil and nutrition of lettuce, corn, tomato andswiss chard. J. Environmental Quality n. 11 p. 694-700 1982MUJERIEGO, R.; SALA, L.; CARBO, M.; TURET. J. Agronomic and public health assesment odreclaimed water quality for landscape irrigation. Wat. Sci. and Tech., n. 33 (10-11), p. 335-344.1966MUJERIEGO, R. Manual práctico de riego con agua residual municipal regenerada. Edit:Universitat Politécnica de Catalunya. Barcelona. España. 1990ORON, G. Soil as a complementary component for simultaneous wastewater disposal and reuse.Water Sci. and Tech. n.33(10-11), p.243-252, 1996PORTA, J., LÓPEZ, A. M. Y ROQUERO, C. Edafología para la agricultura y el medio ambiente.(2ª ed.) Mundi Prensa. España. 1999RAMACHANDRAN, V; D´SOUZA, T.J. Chemical speciation of cadmiun in contrasting Indian soil typesChemical speciation and Bioavailability n. 9(4), p.121-129. 1997aRAMACHANDRAN, V; D´SOUZA, T.J. Extractable Zinc and Manganese as Related to AppliedCadmiun in Contrasting Indian Soil. Chemical Speciation And Bioavailability N.9(4). P. 131-143.1997BSÁNCHEZ,. J. M.; MORELL I. Precauciones de usos de los tomamuestras de succión equipados concápsulas de porcelana porosa. In Morell I. Investigación en zona no saturada: aspectosmetodológicos y algunos ejemplos. Universidat Jaume I., Castellón, España. 1994SIEBE, C.; CIFUENTES, E. Environmental impact of wastewater irrigation in Central Mexico, anoverview. Inter. J. of Environmental Health Research, 3(4):28 pp. 1993SPALDING, R.F.; EXNER, M.E.; NARTIN, G.E.; SNOW, D.D. Effects of sludge disposal ongroundwater nitrate concentrations. J. of Hydrology 142:213-228, 1993SPOSITO, G.; LUND, L.J.; CHANG A.C. Trace metal chemistry in arid zone field soils amended withsewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cu, Zn, Cd and Pb in solid phase. Soil Sci. Soc. Am. J. n.46, p. 260-264 1982UNITECNIA. Estudio para el diseño de redes de monitoreo de los acuíferos de los valles de Toluca yAtlacomulco- Ixtlahuaca, en el Estado de México. Reporte final del poyecto CNA. México. 1996WILLIAMS, D.E., VLAMIS, J.; PUKITE, A.H. Y COREY J.E. Metal movement in sludge treated soilsafter six years of sludge addition. 2: Nickel, cobalt, iron, manganese, chromium and mercury. SoilSciece n. 140, p.120-125 1985Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 103-113, 2002. 113

ANÁLISIS DE LA VULNERABILIDAD INTRÍNSECA Y SUADECUACIÓN MEDIANTE UN MODELO DE FLUJO CONTRAZADO DE PARTÍCULAS PARA EVALUAR LAVULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO DEL CURSO ALTO DELRÍO LERMA, ESTADO DE MÉXICOJ. GÁRFIAS 1R. FRANCO 2H. LLANOS 3ResumenEn este trabajo se presenta la evaluación de la vulnerabilidad del acuífero del altoLerma, Estado de México, México, mediante la aplicación combinada del métodoDRASTIC y el modelo numérico VisualModflow. El mapa de vulnerabilidadintrínseco fue adecuado, delimitandose nuevas áreas a proteger considerando lacontaminación en un plazo igual o menor a 50 años, adecuándose el análisis a lascondiciones de explotación del acuífero. Los cambios que se obtienen se reflejanen los índices de baja, media y alta vulnerabilidad. La estimación de la tasapromedio de cambio es del 43%, la cual refleja la incertidumbre entre lavulnerabilidad intrínseca y la vulnerabilidad específica. El hecho de considerar elflujo regional o el flujo local incide directamente en los resultados, por ello es difícilestablecer un criterio de comparación entre ambas metodologías. La elección delmejor método y el correcto manejo de la incertidumbre requiere la definiciónsimultanea del flujo local y regional. La única vía para cuantificar la aplicabilidad yla estimación de la incertidumbre, es comparar los resultados obtenidos con datosreales.Palabras clave: Vulnerabilidad, Visual Modflow, DRASTIC, Acuífero del altoLerma, Modelación, Contaminación.AbstractIn this wook, an evaluation of the vulnerability of the upper Lerma aquifer ispresented, using the combined application of the DRASTIC method and thenumerical model, visualModflow. The intrinsic vulnerability map was modified,delimiting new areas to protect, while considering the effects of contaminationwithin the next 50 years and analyzing the conditions of exploitation of the aquifer.The resulting changes are reflected in the of low, intermediate and highvulnerability index. The estimated rate of change is 43%, which reflects theuncertainty between the intrinsic vulnerability and the specific vulnerability. Simplyconsidering the regional flow or the local flow directly influences the results, and,therefore, it is difficult to establish criteria which compare between both methods.Chosing the best method and correctly handling the uncertainty requires thesimultaneous definition of local and regional flow. The only way to quantify theapplicability and evaluate the uncertainty is to compare the results obtained withreal data.Key words: Vulnerability, VisualModflow, DRASTIC, upper Lerma aquifer,modelling, contamination.1Facultad de Ingeniería (CIRA). Universidad Autónoma del Edo. de México. Toluca, México.2Facultad de Geografía. Universidad Autónoma del Edo. de México. Toluca, México.3Departamento de Geodinámica. Facultad de Ciencias. Universidad del País Vasco. Bilbao, España.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002. 115

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...1. IntroducciónEl agua subterránea comprende alrededordel 95% de los recursos útiles de agua dulce ydesempeña un importante papel en elmantenimiento de la humedad del suelo, elcaudal de los ríos y las zonas húmedas. Esterecurso “invisible” –almacenado entre la capaarenosa y las grietas rocosas bajo la superficiede la Tierra- es vulnerable a la polución y a lasobreexplotación. La contaminación de lasaguas de superficie es muy visible y por ello,capaz de poner en movimiento acciones yremedios para evitarla o, por lo menos, paratratar de paliarla. No sucede normalmente lomismo con las aguas subterráneas que, al no servisibles y estar su explotación muy distribuida, laacción protectora o paliadora llega confrecuencia tarde y ello en el supuesto de quellegue a producirse. Además, cuando lacontaminación se hace perceptible, usualmenteya ha alcanzado un importante desarrollo enextensión. La contaminación del agua continuaráen aumento a menos que se realicen mayoresesfuerzos de prevención, se incremente eltratamiento de aguas residuales y se utilicenformas más limpias y eficientes de producciónindustrial. Ello significa utilizar sustancias menostóxicas y reducir la emisión al medio ambiente demateriales potencialmente nocivos que seutilizan en la agricultura, la industria y a niveldomestico.En el caso particular de México, destacanla disminución acelerada de la disponibilidad deagua en las zonas más pobladas y la crecientecontaminación de los cuerpos de aguasusceptibles de servir como fuentes deabastecimiento. Éste es el caso del Estado deMéxico, que como consecuencia de lasactividades sísmicas de la ciudad de México, seconstituye actualmente como uno de los centrosindustriales más importantes del país. En estesentido, uno de los factores primordiales quesustentan el desarrollo del Estado de México esel agua subterránea. En efecto, la mayor partede las zonas industriales de la cuenca seabastecen mediante pozos profundos. Aunqueen algunas áreas la intensidad del bombeo estáocasionando efectos nocivos, como el descensoprogresivo de los niveles, infiltración decontaminantes y el agrietamiento del terreno.Como una manera de atenuar estasituación, se ha desarrollado programas deprotección de la calidad de las aguassubterráneas. Entre estos destacan tres líneasbásicas y casi siempre independientes deconducta: la primera está dirigida al acuíferodonde se definen las restricciones de uso de latierra frente a la vulnerabilidad, la contaminaciónde los acuíferos y la importancia del recurso116como fuente de abastecimiento público. En estecaso se considera la susceptibilidad natural quepresenta el acuífero frente a la contaminación, esdecir son áreas naturalmente vulnerables(vulnerabilidad intrínseca). Éstas son zonas mássensitivas donde el suelo, subsuelo, y las rocasno proveen adecuada protección y existe unpotencial para la transferencia rápida decontaminación al agua subterránea. Áreas deeste tipo son, por ejemplo, las zonas de recargade un acuífero somero.El segundo enfoque está dirigido a lospozos de captación, estableciendo perímetros deprotección alrededor de la obra, definidos a partirde los tiempos de tránsito específico, distanciade la fuente o el comportamiento hidráulico delacuífero. En este caso se considera el conceptode vulnerabilidad específica, que de acuerdo a laNational Academy Council (1993) se refiere a latendencia o probabilidad que un contaminantealcance una posición específica en el sistemaacuífero, después de su introducción en algúnpunto sobre el terreno. En muchos países, losmétodos para definir los perímetros deprotección son estandarizados usando diferentescriterios, basados en las cargas piezométricas,en el tiempo de transporte advectivo, en eltiempo del transporte advectivo dispersivo ootros parámetros. El tercer enfoque considera lasobreposición de las zonas más vulnerables, conmapas que muestran la localización de fuentespotencialmente contaminantes o actividades deluso del suelo que dan lugar a la contaminación,dando lugar a los mapas de riesgo (áreaspotencialmente problemáticas).Basados sobre estos diferentes enfoques,varios métodos han sido desarrollados paraestimar la vulnerabilidad. Ellos se extiendendesde modelos numéricos sofisticados quesimulan los procesos físicos, químicos ybiológicos que ocurren en el subsuelo (Derouaney Dassergues, 1998), hasta técnicas que usanun puntaje y un ponderador o peso para cadaparámetro. Muchos métodos clásicos devulnerabilidad están basados sobre esteenfoque: el método GOD (Foster, 1987), IRISH(Daly y Drew, 1999), AVI (Van Stempuoort et al.,1993), DRASTIC (Aller et al., 1987), SINTACS(Civita, 1994) y EPIK (Doerfliger y Zwahlen,1997). Cada método tiene un diferente criteriode ponderación de los parámetros involucrados;el método GOD asigna un igual peso para cadacaracterística hidrogeológica, y considera unrango más amplio de variación para laprofundidad al nivel freático. El método AVIsolamente considera importante a la zona nosaturada, sin considerar la porosidad que tienedicha zona. El método DRASTIC por su parteconsidera con mayor peso a los parámetrosRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002.

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...correspondientes al tipo de suelo, profundidad alnivel freático, impacto de la zona vadosa y larecarga al acuífero, como consecuencia de lavariabilidad de criterios se obtienen mapas devulnerabilidad diferentes. También se handesarrollado métodos estadísticos o demonitoreo, que se utilizan para estudiosprobabilísticos que evalúan la posible dispersióndel contaminante.No obstante el desarrollo de variasmetodologías clásicas para estimar lavulnerabilidad de un acuífero, éstos noconsideran la dinámica de flujo del sistemaacuífero. Por ello, actualmente existe muchoesfuerzo en unificar los conceptos devulnerabilidad intrínseca y específica,considerando los diferentes modelos y métodosde estimación, así como los mapas de riesgointegrados con la gestión de los acuíferos. Esevidente que una manera de coadyuvar a esteesfuerzo, es establecer bases conceptuales yoperacionales que combinen métodos clásicos ylos resultados de los modelos de simulación.Esto significa conocer con más detalle ladinámica del sistema y así disminuir laincertidumbre en la definición de los valores delos parámetros de los métodos clásicos. Debidoa lo anterior, este artículo se ha concentrado enla adecuación del método DRASTIC (Aller et al.,1987) mediante la modelación numérica,utilizando el modelo Visual Modflow (Guiger yFranz, 2001). Este estudio implica dos fases: laprimera establece el mapa de vulnerabilidadmediante el método DRASTIC y, la segunda,establece el modelo de flujo, asociado altransporte de partículas, que permite definiráreas de vulnerabilidad bajo ciertos criterios deprotección. Finalmente, ambos resultados sonsuperpuestos para generar un mapa de riesgocombinado, con características más adecuadasa fines de protección del acuífero.2. Descripción del área de estudioLa zona de estudio se localiza en el cursoAlto del río Lerma, en la porción central delEstado de México, ocupando una superficieaproximada de 2116 km 2 (Figura 1). Se localizadentro de la Provincia Fisiográfica EjeNeovolcánico, la cual se caracteriza por unaserie de manifestaciones volcánicas, las másimportantes del país, que dieron origen, entreotros procesos, al Popocatépetl, Iztaccihuatl ynevado de Toluca, en cuyos pies se asienta laciudad de Toluca, capital del Estado de México.Como se puede apreciar en la figura 2, lazona de estudio comprende un extensovalle con elevaciones del orden de 2.600msnm. Dicho valle está rodeado, hacia eloriente, sur y poniente, por elevacionestopográficas como la sierra de Las Cruces.Hacia el noroeste de la ciudad de Toluca sehalla el valle de Ixtlahuaca. A pesar quetopográficamente las cuencas de Toluca eIxtlahuaca/Atlacomulco están separadas,existe continuidad hidráulica superficial yconexión del flujo subterráneo entre las doscuencas (Lesser, 1992).La época de lluvias se presentageneralmente entre los meses de abril a octubre.El interior de la cuenca recibe un promedio anualde precipitación de 690 mm/año (Lesser, 1992).Las partes altas de la cuenca reciben grandescantidades anuales de precipitación; éstasfluctúan alrededor de 1200 mm/año (Gobiernodel Estado de México, 1997) y, durante losmeses de invierno, puede existir nieve sobre elnevado de Toluca (DGCOH, 1997). Los ciclosde la precipitación anual y los volúmenes en lacuenca no parecen tener grandes fluctuacionesen el tiempo, al menos considerando losregistros a partir de 1942, primer año dedisponibilidad de datos (Lesser, 1992).3. Explotación del acuíferoEl crecimiento sostenido de la ciudad deMéxico y la zona conurbada dependenesencialmente del desarrollo continuo de losrecursos hídricos locales y regionales para usodoméstico e industrial. El agua subterránea, lacual representa la principal fuente de aguapotable de la región, constituye el principalrecurso y ha sido centro de atención de muchosestudios (Legorreta, 1997; DGCOH, 1997). Conuna densa concentración de población superior alos 18 millones, en un área de 400 km 2 existeestrés hídrico sobre las fuentes de aguaprimarias (Legorreta, 1997). Así, esta carenciacontinua de recursos de agua subterránea alinterior del Valle de México, ha forzado a laciudad de México a la búsqueda de fuentesalternas en las cuencas vecinas para mitigar lademanda creciente de agua de esta megametrópoli.En 1942, la cuenca del río Lerma dentro elEstado de México, localizada aproximadamentea 100 km al oeste del valle de México, haconstituido la fuente de agua potable alterna máscercana a la ciudad de México (Figura 1) (UAEM,1993). Inicialmente, el agua superficial de losmanantiales procedente del pie de las montañasque circundan a la cuenca fue canalizada y, en1951, el sistema Lerma, un sistema detransporte y extracción de agua subterránea,entra en operación (UAEM, 1993). De la bateríade pozos situada próxima al pie de la Sierra delas Cruces se extrae aproximadamente 6 m 3 /shacia la ciudad de México (cerca del 9% de lademanda total) (Legorreta, 1997). Además, hayuna demanda significativa de la intensa actividadindustrial y agrícola en la cuenca. El corredorRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002. 117

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...industrial, localizado cerca de la ciudad deToluca, es fruto del desplazamiento industrial delValle de México hacia el río Lerma, posterior alterremoto de la ciudad de México en 1985.La intensa extracción del aguasubterránea en la cuenca del río Lerma haproducido un descenso de los niveles delacuífero, modificación de los patrones regionalesde flujo y un cambio en los gradientes hidráulicosverticales. Una consecuencia de esto puede serel progresivo decrecimiento de la recarga delagua subterránea hacia los cuerpos de aguasuperficiales. Los manantiales existentes al piede las regiones montañosas que circundan lacuenca, considerados importantes para larecarga del agua superficial, han idodesapareciendo a lo largo del tiempo (UAEM,1993). La masiva extracción del aguasubterránea en la cuenca del río Lerma puedeestar contribuyendo a la lenta desaparición delos cuerpos de agua superficial (UAEM, 1993;Díez, 1998). En particular, la batería de pozos,que forma una línea de 263 pozos a lo largo dela región este de la cuenca del río Lerma, estámuy próxima al curso principal de los antiguoscuerpos de agua, evidencia que induce a pensarque éstos han constituido el drenaje de antiguoslagos (Figura 2) (UAEM, 1993, Díez, 1998).El área de los lagos y lagunas empezó adisminuir de tamaño a partir de 1950 y esto fueasociado al incremento de la extracción de aguapotable para el Valle de México (Díez, 1998). En1943, los tres lagos cubrían un área de 10705hectáreas. En el año 1993, esta área se redujo a3200 hectáreas (Figura 2) (UAEM, 1993). Estoscuerpos de agua se sitúan en la cabecera del ríoLerma. La última laguna al sur de la cuenca, lalaguna de Almoloya, es la última que resta de loscuerpos de agua superficial en la región sur de lacuenca Alta del río Lerma, donde la cantidad y lacalidad del agua están decreciendoprogresivamente. Este cuerpo de agua estambién el destino final de descargas directas deaguas residuales de las localidades aledañas eindustrias. La calidad del agua en la laguna deAlmoloya y también el río Lerma ha idodecreciendo significativamente con el tiempo(UAEM, 1993).4. Modelo conceptual del sistema acuíferoAtendiendo a las propiedades deporosidad y fracturamiento de las unidadeslitológicas, el Curso Alto del río Lerma estáintegrado por dos medios: poroso y fracturado(Figura 3) (Ariel Consultores, 1996).El medio poroso está representado por losdepósitos de clásticos no consolidados querellenan la cuenca del valle de Toluca; supermeabilidad está principalmente en función dela granulometría y forma de sus granos, y está118representada por las siguientes unidadesestratigráficas: tobas y arenas (Qtb, Qtb-a),depósitos aluviales (Qal), lacustres (Qla) y laformación Tarango (Tpt). Otras unidadesestratigráficas que constituyen un medio porososon los flujos del nevado de Toluca (Qn, Qtbn) yconos volcánicos recientes (Qbc), aunque másbien se consideran zonas de recarga a losacuíferos.El medio fracturado está representado porlas unidades estratigráficas siguientes: Tarango(Tpt), andesitas (Tpv), formación las Cruces(Tomc) y andesitas Xochitepec (Tomv). Estastres últimas unidades a pesar que se considerande forma general acuífugos, contienen suficienteagua en alguna de sus áreas afectadas porfracturas. La formación Chichinautzin (Qbc)presenta un fraturamiento más amplio y definidopor lo que se considera como área de recarga.Las rocas volcánicas afectadas por tectonismo, yque manifiestan permeabilidad secundaria porfracturamiento, representan zonas importantesde recarga para acuíferos de planicie, o bienpropiamente acuíferos constituidos en mediofracturado.Para efectos de funcionamiento hidráulicodel acuífero, el medio poroso se consideró comouna primera capa (superior), mientras el mediofracturado se consideró como una segunda capa(inferior). Ambas capas, a pesar de estardivididas en ocasiones por materialesimpermeables, se consideran comopertenecientes a un mismo acuífero. La figura 3presenta un esquema del modelo conceptualgenerado con la información de base.5. MetodologíaEn primera instancia y, tras el análisis de lainformación disponible (geología, edafología ehidrogeología), se confeccionó un mapa devulnerabilidad mediante la metodologíaDRASTIC, con el apoyo de los sistemas deinformación geográfica en formato vectorial,mediante la superposición de polígonos,permitiendo incorporarle atributos a cadaelemento de los diferentes parámetros que utilizadicha metodología.Dada la incertidumbre en la estimación de lavulnerabilidad intrínseca, y partiendo del hechode que los resultados obtenidos por lacartografía de vulnerabilidad no son absolutos,se decidió adecuar el mapa DRASTIC obtenidopreviamente mediante la utilización de lamodelación numérica. El primer paso paragenerar las áreas a proteger fue seleccionar losescenarios de mayor interés, tomando en cuentala importancia de sus respectivos usos. En elpresente caso, dichos escenarios correspondena diferentes grupos de pozos, pero en otrostrabajos que se desarrollen similares a éste, losRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002.

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...escenarios a proteger pueden variar totalmente,si varían las consideraciones sobre que puntosse necesitan proteger. En este caso seseleccionaron aquellas “posiciones específicas”que por razones de diversa índole o importanciapolítica, social, económica o de riesgo decontaminarse por estar en el interior o cerca delas zonas industriales, necesitan proteccióncomplementaria. En este caso se definieroncomo zonas críticas de protección las fuentes deabastecimiento de agua potable e industrial.Para el primer escenario se seleccionaronlos pozos que abastecen de agua a la ciudad deMéxico, por la gran extracción que éstosrepresentan en la zona de estudio. En total seseleccionaron 157 pozos distribuidos a lo largode las serranías de la parte oriental de la zonade estudio, de los cuales se extrae un caudal de7.9 l/s. A título de ejemplo, la figura 4 ilustra ladistribución y localización de pozos queabastecen a la ciudad de México. Para elsegundo escenario se seleccionaron 53 pozosde propiedad municipal-particular destinados alabastecimiento de agua potable. La selecciónde estos pozos obedeció a que se ubican en elinterior o cercanos a las zonas industriales. Sudistribución se manifiesta de manera irregular enla zona de estudio. Para el tercer escenario seseleccionaron 13 pozos de propiedad particulardestinados al abastecimiento de agua potable.Se localizan en la parte central y sur del valle dela zona de estudio. Para el cuarto escenario, seseleccionaron 40 pozos de propiedad particulardestinados al abastecimiento de las industrias.Se localizan en la parte central del valle, alnoreste de la ciudad de Toluca.El mapa de vulnerabilidad intrínseco fueadecuado mediante el uso de la modelaciónnumérica, la cual consistió en delimitar nuevasáreas de protección, considerando el transportede partículas hipotéticas. El transporte departículas es un método que calcula elmovimiento advectivo de partículas de agua através de un sistema de flujo subterráneosimulado. El modelo de transporte de partículascalcula la posición de una partícula en la zonasaturada después de algún periodo de tiempo,usando la distribución del campo de velocidadesdel flujo subterráneo, determinada por el modelode flujo. Las líneas de la trayectoria de laspartículas imaginarias que se mueven a travésdel sistema de flujo simulado son denominadaslíneas de flujo. En esta investigación se utilizó elmodelo VisualModflow (Guiguer y Franz, 2001),para generar el campo de velocidades y elmodelo Modpath para simular la trayectoria delas partículas. El tiempo de tránsito asignado acada partícula fue de 50 años, debido a que seconsidera un tiempo razonable para que loscontaminantes más persistentes se atenúen losuficiente como para dejar de ser peligrosos.El movimiento de contaminantes en elagua subterránea puede ser evaluado usandométodos analíticos, así como modelos quesimulan el transporte advectivo o transporteadvectivo dispersivo. A pesar que los modelosde advección no pueden ser usados paracalcular las concentraciones de soluto en el aguasubterránea, ellos representan una herramientaintermedia entre los modelos de flujo y losmodelos complejos de transporte de solutoadvectivo dispersivo. Ejemplos de trabajosprevios para evaluar el impacto de lasactividades del uso del suelo sobre los sistemasde agua subterránea usando sólo la componenteadvectiva del transporte de soluto, sonabundantes en la literatura. Los métodos varíandesde los modelos analíticos hasta lamodelación de flujo en tres dimensiones. Porejemplo, Bair et al. (1991) utilizaron eldesplazamiento de partículas en combinacióncon un modelo analítico de flujo para delinearzonas de captura de pozos. Un excelenteejemplo del uso de un modelo numérico en tresdimensiones en combinación con el transportede partículas para evaluar las áreas de recargaes proporcionado en el estudio de Buxton et al.(1991).Es necesario destacar que, para el análisisde vulnerabilidad (DRASTIC) llevado a cabo eneste trabajo, se consideró sólo la protección delacuífero de forma general, por lo que se tomó encuenta el concepto de vulnerabilidad de Vrba yZaporozec (1994), el cual plantea que lavulnerabilidad “es una propiedad intrínseca de unsistema hidrogeológico que depende de lasensibilidad del sistema a impactos de origennatural y humano”. En cambio para realizar laadecuación propuesta, se consideró laprotección de varias áreas consideradas deinterés, tomando en cuenta el concepto de laNRC (1993), el cual plantea que la vulnerabilidad“es la tendencia o la probabilidad de que loscontaminantes alcancen una posición específicaen el sistema de aguas subterráneas, despuésde su introducción en algún lugar de lasuperficie”. La combinación de estos dosconceptos da pie a la generación de un mapa deriesgo más específico (Gogu y Dassargues,2000), considerando como puntos críticos deprotección los pozos de abastecimiento de aguapotable.6. ResultadosLos resultados obtenidos en la presenteinvestigación han sido diversos y de granimportancia, pero se concretan finalmente, en lageneración de dos mapas de vulnerabilidad delCurso Alto del río Lerma: uno generado a partirRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002. 119

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...de la metodología DRASTIC y otro mediante eluso combinado de la metodología clásica(DRASTIC) y la modelación numérica.Con base al método DRASTIC (Aller et al.1993), se obtienen índices de vulnerabilidad, apartir de los cuales se elaboró el mapa devulnerabilidad (Figura 5a). Dicho mapacorresponde a la zonificación de la vulnerabilidaddel curso Alto del río Lerma a la contaminación.El SIG utilizado en el proceso de generación dela cartografía de vulnerabilidad para el métodoDRASTIC, fue de tipo vectorial (polígonos) y nomatricial (por celdas) como comúnmente se havenido haciendo, lo que le confiere a lacartografía mejores características, pues permiteconocer las propiedades del medio quecontribuyen a obtener un índice devulnerabilidad, el cual estará caracterizado porlas variables o atributos que contenga cadaparámetro.El mapa obtenido por la metodologíaDRASTIC se muestra en la figura 5a. De formageneral, las áreas con baja vulnerabilidad (lacual se considera dentro del índice < 109),representan el 68 % del total de la superficie(2117 km 2 ); mientras que las áreas convulnerabilidad media (dentro del índice de 110 a149), representan el 22 % del total. Por último,las áreas que se encuentran con altavulnerabilidad (dentro del índice de 150 a 169 >)representan tan sólo el 10 % del total del área.Por lo tanto, el mapa generado por lametodología DRASTIC muestra como el área delvalle, así como en las serranías de la partenoreste del área de estudio, están caracterizadaspor índices de vulnerabilidad de baja aextremadamente baja. En el caso del valle, talsituación se debe principalmente a la baja tasade recarga que lo caracteriza, producto de lascaracterísticas litológicas de la zona no saturada.En el caso de las serranías de la parte nordeste,se debe a que las rocas que allí afloran sonprácticamente impermeables. Las zonas demedia vulnerabilidad se localizan principalmenteal sudeste en las inmediaciones de la sierra deLas Cruces y al sudoeste en las faldas del volcánNevado de Toluca. Para esta última área, lascaracterísticas analizadas que más influyen en elíndice de vulnerabilidad obtenido, fueron larecarga y las características litológicas de lazona no saturada y del acuífero, mientras que lascaracterísticas que más influyen en el área delsudeste son las características litológicas de lazona no saturada y del acuífero. Las zonas dealta vulnerabilidad se localizan principalmente enlas elevaciones de la sierra de Las Cruces y esprecisamente donde coincide una alta recargacon áreas donde se localizan rocas fracturadasde alta permeabilidad, existen otras áreas120aisladas al sur y al sudoeste, las cualespresentan las mismas características.La figura 5b muestra los resultados delmapa de vulnerabilidad obtenido mediante lamodelación numérica. Analizando esta figura, senotan diferencias significativas en el tamaño delas áreas a proteger, las partículas utilizadaspara el análisis presentaron un mayor recorridoen aquellas áreas donde las velocidades del flujode agua subterránea fueron mayores (figura 5b),las áreas de mayor tamaño se localizan alsudeste de la zona de estudio, donde seencuentran la mayor concentración de pozos,situación que ha generado fuertes abatimientosdel nivel freático, lo que asociado a la altaconductividad hidráulica del área, permiten unaalta velocidad del flujo subterráneo.Obviamente, el mapa adecuado (figura 5b)encierra una serie de diferencias con respecto algenerado originalmente por la metodologíaDRASTIC. Los resultados ilustran una diferenciacrítica en la metodología DRASTIC; en particularla imposibilidad de considerar la dinámica delsistema de flujo del acuífero. Los índices deDRASTIC son calculados para una posiciónparticular y no necesariamente reflejan lascondiciones hidrodinámicas de puntosconflictivos en áreas de recarga en una posiciónparticular.Si se comparan las figuras 5a y 5b, senota que el índice de baja vulnerabilidad sereduce del 68% al 50%. Asimismo, el índice devulnerabilidad media se reduce del 22% al 16%.En cambio, el índice de alta vulnerabilidad seincrementa del 10% al 34%. El cambioproducido en el índice de alta vulnerabilidadcoincide con el sistema de flujo local, asociado afuentes potenciales de contaminación. Elconcepto de vulnerabilidad intrínseca noconsidera este tipo de flujo, ya que el análisisestá basado en el sistema de flujo regional. Noobstante ello, la combinación de las dosmetodologías permite tener una visión más clarade la vulnerabilidad, dando lugar a un mapa deriesgo adecuado a las condiciones deexplotación del acuífero.A partir de estos valores se puede obteneruna tasa de cambio ponderada, considerando losíndices de baja, media y alta vulnerabilidad.Para ello, se consideran los porcentajesobtenidos mediante la vulnerabilidad intrínseca ylos porcentajes de cambio referidos a lavulnerabilidad específica. Este análisis da comoresultado una tasa de cambio ponderada del43%. Este valor puede considerarse como elvalor de incertidumbre de la vulnerabilidadintrínseca, respecto a la vulnerabilidadespecífica.Concluyendo, se puede plantear que sehan generado para el Curso Alto del río LermaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002.

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...dos mapas de cartografía de vulnerabilidad,mapas que sin duda, serán de gran importanciaya que podrán servir de pauta para que lasautoridades correspondientes puedan definirpolíticas y elaborar normas para la protección delCurso Alto del río Lerma.7. ConclusionesEl objetivo principal de la presenteinvestigación fue evaluar el estado devulnerabilidad del acuífero del Curso Alto del ríoLerma, perteneciente a la Cuenca Alta del ríoLerma en el Estado de México, mediante laaplicación combinada del método de análisis devulnerabilidad (DRASTIC) y del modelo numéricoVisuaIModflow. Esta metodología permitiógenerar mapas de vulnerabilidad con mayorconfiabilidad, los cuales podrán ser utilizadoscomo herramientas para el manejo sustentablede los recursos hídricos subterráneos y elordenamiento territorial del área de estudio.La adecuación del mapa de vulnerabilidadmediante un modelo de flujo con trazado departículas, ha permitido adecuar la vulnerabilidada las condiciones de explotación del acuífero.Los cambios que se obtienen se reflejan en losíndices de baja, media y alta vulnerabilidad. Laestimación de la tasa ponderada de cambio esdel 43%, la cual refleja la incertidumbre entre lavulnerabilidad intrínseca y la vulnerabilidadespecífica. Desde el punto de vistahidrodinámico, el hecho de considerar el flujoregional o el flujo local incide directamente en losresultados, este aspecto patentiza la deficienciade los métodos clásicos de vulnerabilidad.La vulnerabilidad del acuífero ha sidoevaluada en profundidad y espacialmente, noobstante, es difícil establecer un criterio decomparación entre ambas metodologías. Estadiferencia se ve reflejada en los resultados,resaltando una clara componente deincertidumbre. La correcta aplicación delconcepto de vulnerabilidad requiere la definiciónprevia del sistema bajo estudio (objeto deanálisis) y las actividades humanas (componenteactiva). De acuerdo a esta interpretación, laestimación de la vulnerabilidad no puede seresquematizada. El procedimiento es siempreinfluenciado por las metas, el objeto, y laestimación de las componentes activas y ladisponibilidad de la base de datos. Por lo cualno existe un método estándar para efectuar esto,por consiguiente no se puede evitar laincertidumbre en la estimación de lavulnerabilidad. La elección del mejor método y elcorrecto manejo de la incertidumbre requiere ladefinición simultanea del flujo local y regional.La única vía para cuantificar la aplicabilidad y elcorrecto manejo de la incertidumbre, escomparar los resultados obtenidos con datosreales.AgradecimientosLos autores desean expresar su agradecimientoal Consejo Nacional de Ciencias y Tecnología(CONACyT) por el apoyo prestado para eldesarrollo de esta investigación (Proyecto33836-T). Asimismo a la Comisión Nacional delAgua (CNA), por proporcionar la información debase y cooperar en el trabajo de campo.BibliografíaARIEL CONSULTORES, S.A. Estudio de Simulación Hidrodinámica y Diseño Óptimo de lasredes de Observación de los acuíferos de Calera, San Luis Potosí y Toluca (3. Acuífero deToluca). 208 pp., 1996.ALLER, L. ENNET, T., LEHER, J.H., PETTY, R.J. y HACKETT, G. DRASTIC: a standardized systemfor evaluating ground water pollution potential using hydrogeological setting. EPA/600/2-87-035.622 pp., 1987.BAIR, E.S., SPRINGERT, A.E., y ROADCAP, G.S. 1991. Delineation of traveltime-related captureareas of wells using analytical flow models and particle-tracking analysis. Ground Water, v. 29,no. 3, p. 387-397, 1991.BUXTON, H.T., REILLY, T.E., POLLOCK, D.W., y SMOLENSKY, D.A. Particle tracking analysis ofrecharge areas on Long island, New York. Ground Water, v. 29, no. 1, p. 63-71, 1991.CIVITA, M. Le carte della vulnerabilità degli acquiferi all’inquinamento. Teoria and practica(aquifer vulnerability maps to pollution) Pitora, Bologna, 1994.COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA (CNA). Actualización de Mediciones Piezométricas de losacuíferos Reactivados en los Valles de Toluca y Atlacomulco-Ixtlahuaca, en el Estado deMéxico. México, D.F. Unitecnia, 26 pp, 1997.DALY, D. and D. DREW. 1999. Irish methodologies for karst aquifer protection. In: Beek B (ed)Hydrogeology and engineering geology of sinkholes and karst. Balkema, Rotterdam, pp. 267-272, 1999.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002. 121

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...DEROUANE, J. and A. DASSARGUES. Delineation of groundwater protection zones based on tracertests and transport modeling in alluvial sediments. Environ. Geol. 36:27-36, 1998.DOERFLIGER, N. and N. ZWAHLEN. EPIK: a new method for outlining of protection areas in karsticenvironment. In: Günay G, Jonshon AI (eds) International symposium and field seminar on“karst waters and environmental impacts”. Antalaya, Turkey. Balkema, Rotterdam, pp. 117-123, 1997.DGCOH. Estudio de Evolución de Niveles Piezométricos en la Cuenca del Alto Lerma para elperiodo 1985-1997: Informe final. 47 pp, 1997.DÍEZ PÉREZ, J.A. Análisis de las zonas de recarga de acuíferos mediante la percepciónremota: Aplicación a la cuenca de Almoloya del Río. Tesis de maestría. UAEM:CIRA. 142 pp,1998.FOSTER, SSD. Fundamental concepts in aquifer vulnerability, pollution risk and protection strategy.In: Duijvenbooden W van, Waegeningh HG van (eds) TNO Committhe on HydrogeologicalResearch, The Hague. Vulnerability of soil and groundwater to pollutants, Proceedings andinformation. 38:69-86, 1987.GOGU, R.C. and A. DASSARGUES. Current trends and future challenges in groundwatervulnerability assessment using overlay and index methods. Environmental Geology 39 (6), pp.549-559, 2000.GUIGUER, N. and T. FRANZ. Visual ModFlow v. 2.8.1. Waterloo Hydrogeologic, Inc. Ontario,Canada, 2001.LEGORRETA, J. 1997. Agua de lluvia, la llave del futuro en el valle de México. La jornadaEcológica. Año 5, No. 58. P. 1-12, 1997.LESSER Y ASOCIADOS, S.A. de C.V. Estudio para el diagnóstico del acuífero del Valle deToluca, para implementar la reglamentación de la extracción del agua subterránea. ContratoNo. DIA-92-21-C. Para la Dirección de infraestructura Rural del Gobierno del Estado de México,1992.NATIONAL RESEARCH COUNCIL (NRC). Groundwater vulnerability assessment contaminationpotential under conditions of uncertainty. Committee on Techniques for Assessing Groundwater Vulnerability. Water Science and Technology Board Commission on GeosciencesEnvironment and Resources. National Academy Press, Washington, D.C., 1993.UAEM. 1993. Problemática ambiental de los recursos Hídricos en la cuenca Alta del Río Lerma.Seminario Internacional sobre el Ambiente. Vol. 1, p. 170-181, 1993.VAN STEMPVOORT D., L. EVERT and L. WASSENAAR. Aquifer vulnerability index: a GIScompatible method for groundwater vulnerability mapping. Can. Wat. Res. J. 18:25-37, 1993.VRBA, J. Y ZAPOROZEC, A. EDTS. Guide book on mapping groundwater vulnerability. Edt. Heise.International contributions to Hydrogeology, vol. 16. 131 pp, 1994.122Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002.

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...NFigura 1. Localización del Estado de México y de la cuenca alta del río Lerma.NJocotitlanIxtlahuacaCuencadeMéxicoCuenca deAtlacomulc o/IxtlahuacaPresaIgnacioRa m ire zPre saAntonioAlzateVo lc a nGuadalupinaCuencadeTolucaTolucaMetepecCorredorindustriallSierrade MonteAltoSie rrade lasCrucesNevadode TolucaAlmoloyadel RioCuenca de Balsas/MezcalaCerro deTenango0 5 10 15 20Esc a la : (km )Figura 2. Cuenca alta del río Lerma y sistemas de montañas circundantes.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002. 123

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...Estrecho de Perales28000Presa Antonio A lzate100Tomc200300400500TptQalQbQnCalixtlahuacaSan Pablo AutopanQtbaVilla CuauhtémocTomvRío L erm aToluca de LerdoXonacatlánTptTomvCorte A - A’Santa AnaTepatitlánQalQlaQalCorte A’ - A’’TptQnFigura 3. Esquema tridimensional del modelo conceptual del acuífero de la cuenca alta delrío Lerma.124Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002.

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...LEYENDAPozos del primer escenarioZona industrialC. Los LobosNLímite de la zona de estudioRío LermaLocalidadC. La AgujaVilla CuauhtémocSanta MaríaZolotepecXonacatlánSan Pablo AutopanRío LermaC. El AireCalixtlahuacaSan PedroTotoltepecC. Brazo del MonteSanta MaríaAtarasquilloZinacantepecToluca de LerdoSanta AnaTepatitlánLermaOcoyoacacSierra de Las CrucesCacalomacanMetepecSan MateoAtencoSantiagoTlacotepecMexicaltzingoCalimayaSan Antoniola IslaCapulhuacSantiago XalatlacoTianguistencoAlmoloyadel RíoV. Nevadode TolucaC. TetepetlTenangoC. La CoronaV. HolotepecFigura 4. Distribución y localización de pozos que abastecen a la ciudad de México(primer escenario).Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002. 125

GARFIAS, J. et al. Análisis de la vulnerabilidad intrínseca...DRASTICÍndice de VulnerabilidadMenos de 79Extremadamente BajaCombinadoC. Los Lobos80 - 99100 -119120 - 139Muy BajaBajaMedia ModeradaC. Los Lobos140 - 159Media160 - 179Altaa)C. La Agujab)C. La AgujaVilla CuauhtémocXonacatlánSanta MaríaZolotepecNVilla CuauhtémocSanta MaríaZolotepecXonacatlánSan Pablo AutopanRío LermaCalixtlahuacaC. Brazo del MonteSan Pablo AutopanRío LermaC. El AireSan PedroTotoltepecSanta AnaZinacantepecTepatitlánToluca de LerdoMetepec San MateoCacalomacanAtencoLermaSanta MaríaAtarasquilloOcoyoacacCalixtlahuacaC. El AireSan PedroTotoltepecSanta AnaZinacantepecTepatitlánToluca de LerdoLermaC. Brazo del MonteSanta MaríaAtarasquilloOcoyoacacSierra de las CrucesSierra de las CrucesSantiagoTlacotepecCacalomacanMetepecSan MateoAtencoMexicaltzingoSantiagoTlacotepecV. Nevadode TolucaCapulhuacSantiagoTianguistenco XalatlacoSan AntonioCalimaya la IslaAlmoloyadel RíoC. La CoronaTenangoC. TetepetlV. HolotepecV. Nevadode TolucaMexicaltzingoSan AntonioCalimaya la IslaTenangoC. TetepetlCapulhuacSantiagoTianguistenco XalatlacoAlmoloyadel RíoC. La CoronaV. HolotepecFigura 5.Vulnerabilidad del acuífero del alto Lerma: a) Mapa de vulnerabilidad obtenido porla metodología DRASTIC y b) mapa de vulnerabilidad adecuado mediante elmodelo de flujo con trasporte de partículas.126Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 115-126, 2002.

AREAS DE RESERVA: SOLUCION ALTERNATIVA A LACONTAMINACION DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS ENAREAS URBANASMarcela PEREZ 1Ofelia TUJCHNEIDER 1, 2Marta PARIS 1Mónica D´ELÍA 1RESUMENEl peligro latente de la proliferación de ciertas enfermedades de transmisiónhídrica pone de manifiesto la importancia de contar con aguas seguras paraconsumo humano. En la Argentina, muchos de los asentamientos poblacionalesno cuentan con una adecuada cobertura de red de agua potable y red cloacal.Para suplir esta falta, el hombre hace uso obligado de fuentes subterráneas, lasque frecuentemente, y debido a sus propias actividades, se van deteriorando.Como caso de estudio se eligió un barrio de la ciudad de Santa Fe, cuyascaracterísticas ambientales y socioeconómicas son semejantes a las de otrosasentamientos periféricos en distintas partes del país.Luego de la etapa de diagnóstico –la que se basa fundamentalmente en elestudio de las características geológicas, hidrogeológicas e hidroquímicas delmedio físico- se presenta una propuesta de solución que tiene como finalidadoptimizar los mecanismos necesarios para que los habitantes del sector puedanacceder a una mejor calidad de vida, partiendo de un elemento básico y vital comolo es el agua, con el máximo de aprovechamiento de los recursos propios del lugarde asentamiento. Las estrategias de gestión abarcan cuatro grandes aspectos:educativo, sanitario, de planeamiento y de política ambiental.El programa “Agua para todos”, puesto en marcha por la Municipalidad deSanta Fe a partir de 1992, presenta algunas coincidencias con esta propuestaPalabras claves: aguas subterráneas, gestión, planificación, áreas urbanasABSTRACTThe threat of certain water-transmitted diseases shows the importance ofhaving safe water for human consumption. In Argentina, lots of communities haveno access to safe drinking water and adequate sanitation. This lack leads peopleto use ground waters, which frequently, and due to their own activities, are beingdeteriorated.A neighbourhood of Santa Fe city, in the Argentine Republic, was chosen as astudy case. Its environmental and socio-economic features are similar to those ofothers peripheral settlements, in different parts of the country.After the diagnosis stage -which it is fundamentally based on the study of thegeological, hydrogeological and hydrochemical characteristics of the physicalenvironment- a solution proposal is presented. It has the purpose of optimizing thenecessary mechanisms so these inhabitants could urgently achieve a better qualityof life, starting from a basic and vital element such as water, and taking themaximum advantage of the own resources of the outskirts. The managementstrategies involve four main aspects: education, sanitation, planning andenvironmental policy.The “Agua para todos” program carried out by the Municipality of Santa Fe,presents some coincidence with this proposal.Key words: ground waters, management, planning, urban areas1Grupo de Investigaciones Geohidrológicas. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Universidad Nacional del Litoral.Ciudad Universitaria – Ruta Nacional 168 - Km 472,4Casilla de Correos 217. 3000 - Santa Fe – Argentina. TE/FAX: +54-342- 4575244E-mail: maperez@fich1.unl.edu.ar - gig@fich.unl.edu.arWeb site: http://fich.unl.edu.ar/web-gig/index.html2Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002. 127

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...INTRODUCCIONLa ciudad de Santa Fe se encuentraubicada a los 31 o 34' de latitud Sur y a los 60' 04'de longitud Oeste, ocupando parte de los vallesde inundación de los ríos Paraná y Salado.(Figura 1).El Municipio abarca aproximadamente 3055km 2 , de los cuales el 88% son terrenos bajos quese encuentran parcialmente protegidos condefensas contra las inundaciones periódicas. Supoblación es de aproximadamente 350.000habitantes.Dentro de las limitaciones impuestas por elsistema fluvial y por los eventos hídricos cadavez más reiterados, los asentamientospoblacionales se realizan hacia el Norte, únicaorientación en la que se encuentra continuidadfísica territorial.Este crecimiento -rápido, en gran medidaespontáneo y sin planificación- es,consecuentemente, desordenado y carece deuna adecuada infraestructura de servicios.En tal sentido, aproximadamente el 70 % dela población está provista de agua potable porred domiciliaria y el 50 % cuenta con redcloacas. En muchos sitios de la ciudad espráctica común verter las aguas servidasdirectamente a la calle o inyectarlas al acuífero através de perforaciones o reutilizarlas para riegode hortalizas.Las limitaciones señaladas hacen que elabastecimiento de agua se realice porperforaciones que alimentan canillas públicas ocon pozos domiciliarios poco profundos loscuales, en gran proporción, no se encuentrancorrectamente protegidos.La marginalidad de un sector importante dela comunidad santafesina, hace que la actividadde subsistencia para adultos y niños sea la128Figura 1: Ubicación de la ciudad de Santa Ferecolección de basura y su posteriormanipulación en las áreas donde ellos habitan.De esta forma se genera una interacciónconflictiva entre el hombre y su ambiente. Laacumulación de deshechos biológicos y nobiológicos en superficie afectan la calidad de lasaguas pluviales que constituyen la recarga alsistema acuífero. Este factor, conjuntamentecon las filtraciones provenientes de letrinas, elvertido de aguas servidas, las excretas deanimales domésticos, entre otros, accionancontra este sistema altamente sensible queprovee de agua a sus agresores.Es así que en el año 1990, en el ámbito dela Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas dela Universidad Nacional del Litoral, la Ing.Marcela Perez, bajo la dirección del Lic. MarioFili, desarrolló su tesis para el Primer Curso dePost-grado en Formación Ambiental 90/91 de laFacultad Latinoamérica de Ciencias Ambientales(cátedra UNESCO), en el tema “El aguasubterránea como condicionante ambiental”.Dicha tesis fue defendida y aprobada en agostode 1991.Los estudios realizados para la formulaciónde la propuesta que aquí se presenta y losaportes de otros investigadores, muestran que latotalidad de los asentamientos poblacionalesperiféricos de la ciudad de Santa Fe poseenfuentes de agua subterránea con un alto gradode contaminación bacteriana, y presencia demicroorganismos patógenos. Además, poco sesabe de otros elementos químicos de elevadaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002.

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...toxicidad que se incorporan al agua de consumo.De lo expuesto dan testimonio parcial lasdiversas patologías de origen hídrico que afectanprincipalmente a la población infantil, motivandoa ingenieros, médicos y bioquímicos a lainvestigación de las causas.Sobre la base de estos antecedentes se haelaborado una serie de propuestas, técnica yeconómicamente factibles, que podrían limitar eldeterioro ambiental preservando de focoscontaminantes a las áreas de recarga yextracción del agua subterránea para distribucióncomunitaria.Se expone aquí una síntesis de los estudiosque condujeron a la formulación de dichaspropuestas, que tuvieron como objetivo general:Valorizar la significación del recurso aguasubterránea como condicionante ambiental paraun equilibrado desarrollo urbano, preservando yracionalizando su uso; y como objetivo particular:Abastecer de agua potable a asentamientospoblacionales que cuentan con unainfraestructura de servicios deficitario, tratandode revertir la situación, sin dejar de lado elenfoque ambiental y su normativa legal.PROPUESTA METODOLOGICAEs práctica común abordar un problemaplanteando las siguientes secuencias (Figura 2):Problema Diagnóstico SoluciónTécnicaFigura 2: Planteo lineal de solución a un problemaEs decir, ante una determinada situaciónconflictiva o problema, se realiza el diagnósticode dicha situación (etapa que muy a menudo sesubestima o se soslaya) y se ejecuta unadeterminada solución técnica, la que se focalizaexclusivamente en paliar los síntomas queoriginaron el problema y no la causa que looriginó.Este tipo de análisis lineal no permitealternativas o variantes correctivas durante sudesarrollo, ni tampoco obtener una visión globalde la situación.El caso de estudio elegido toma enconsideración a un asentamiento poblacionalpermanente, espontáneo e irregular; en el cual elambiente físico resulta agredido, yconsecuentemente ciertos geoindicadoresresponden alertando acerca de los cambios quese producen en el mismo. Por ejemplo, en elcaso particular de las aguas subterráneas seevidencia un deterioro en su calidad. De aquíque el diagnóstico comienza a sumar una seriede variables relacionadas entre sí que lo hacenmás complejo. Por lo tanto, nace la imperiosanecesidad de abordar este tipo de estudio desdeel punto de vista sistémico, teniendo en cuentano sólo el deterioro de la calidad de las aguassubterráneas sino también qué es lo que lo estáprovocando. Para ello se debe tener presente nosólo el medio físico sino también los actoresinvolucrados en él.Consecuentemente, el esquema que sepropone como resultado de este estudio es elsiguiente (Figura 3):ESTADOdel ProblemaANÁLISIS YDiagnósticoAlternativas de SoluciónyEstrategias de GestiónResultados(2)(1)Figura 3: Planteo sistémico de solución a un problemaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002. 129

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...En este esquema lo que se plantea comopunto de partida es identificar el estado delproblema. Para ello se define el propósitoperseguido (objetivo general) del proyecto allevar a cabo y los objetivos particularesnecesarios para dar respuesta al mismo.Como segunda etapa: Análisis yDiagnóstico, se observa la zona de estudiodesde el punto de vista sistémico. Se analizansus distintos componentes y sus interrelaciones,de modo de poder establecer cómo se comportay cómo es de desear que se comporte,identificando todos los indicadores de estado,presión y respuesta del sistema. En este etapatambién pueden surgir algunos objetivosparticulares a cumplir.En la tercera etapa, y de modo de poderalcanzar el objetivo general planteado, seproponen las alternativas más adecuadas parasolucionar el problema. Estas alternativas desolución deben ir acompañadas de suscorrespondientes estrategias de gestión.Ambas deben plantearse de manera global yejecutarse en forma conjunta. Las mismasproducirán un impacto sobre el ambiente que seevaluará en términos de resultados.Para que estos resultados seansatisfactorios se debe verificar el nuevo estadoconseguido para el sistema en estudio, y sucompatibilidad con la finalidad perseguida(Retroalimentación general (1)).Para ello las propuestas de solución yestrategias de gestión deben ser integrales ydinámicas, adaptables a los resultados quearroje la aplicación de cada una de ellas, en eltiempo y forma oportunos, y deben servir a suvez de mecanismos de autocontrol(Retroalimentación parcial (2)), optimizandoasí los resultados obtenidos.ESTADO DEL PROBLEMAPara el desarrollo de este estudio se hatomado como área representativa al barrioNueva Pompeya, localizado en el sector Nortede la ciudad de Santa Fe (Figura 4), cuyascaracterísticas ambientales y socio-económicasson semejantes a las de otros asentamientosperiféricos de la ciudad, con condicionantesgenerales extrapolables a otros lugares del país.El Barrio Nueva Pompeya está constituidopor unas 80 manzanas en las que habitanaproximadamente 4500 personas.De acuerdo al Reglamento de Zonificaciónde la ciudad, el carácter del barrio es de "zonadestinada a la localización del uso residencial dedensidad media, y de actividades compatibles".Las subdivisiones permitidas indican que lasuperficie mínima de lotes es de 200 m 2 , con unadeterminada infraestructura de servicios.130Figura 4: Ubicación del área de estudioA diferencia de ello, se pudo observar quelas características generales del barrio secorresponden a las asignables a áreas urbanasperiféricas, con una densidad residencial baja,viviendas precarias, donde los servicios públicos(a excepción del alumbrado) son totalmentedeficitarios. Cabe destacar que el barrio presentacaracterísticas disímiles a uno y otro lado de lasvías del ferrocarril que lo atraviesa. En la Tabla1 se sintetizan los distintos aspectos y lasRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002.

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...características particulares de la zona de estudio:FISICOSSANITARIOSAspectosSOCIALES Y ECONOMICOSEDUCATIVOSURBANOS Y DE PLANEAMIENTOCaracterísticas Particulares Area urbana periférica Densidad residencial baja Viviendas precarias con distribución irregular Servicios públicos totalmente deficitarios,carentes de:• Suministro de agua potable• Disposición de excretas• Recolección de residuos• Atención médica adecuada Marginalidad Aislamiento Convivencia con animales domésticos Bajos recursos Desinformación Ignorancia Determinados según la vía del FFCC:Al ESTE del ferrocarrilAl OESTE del ferrocarrilParticularidades Generalidades Particularidadeso Viviendas precariaso Construcción de mamposteríao Falta de locales sanitarios o Aguas servidas en cunetaso Calles de tierra con trazadoirregularo Carencia de desagüespluvial y cloacaso Traza regular de calles,aboveda das y con cunetaso No existe delimitación entre o Espacios exteriores para o Lotes bien delimitadoslotesuso domésticoo Depósitos de basuraso Mayor cumplimiento de lasreglamentacionesMunicipales.Tabla 1: Aspectos generales y características particulares de la zona de estudioANÁLISIS Y DIAGNOSTICOLas características hidrogeológicas en elámbito de la ciudad de Santa Fe son semejantesa las que se presentan en gran parte de la regiónLitoral, en especial aquellas que se encuentranafectadas por las etapas evolutivas del sistemadel Río Paraná.Tomando como base de referencia a lasarcillas verdes de origen marino que conformanel piso de la Formación Paraná (Mioceno), sedesarrolla una secuencia de arenas marinas yfluviales de variada granulometría, que alternancon cuerpos lenticulares de limos y arcillas. Elconjunto se encuentra saturado por aguas dedistinta composición química. En los nivelesinferiores el contenido de sales es elevadocorrespondientes a aguas de tipo sulfatadas ycloruradas sódicas; a profundidades intermedias,bicarbonatadas sódicas y próximas a superficie oen la zona de influencia de los ríos,bicarbonatadas cálcicas.Las condiciones hidráulicas reflejan un altogrado de heterogeneidad y anisotropía delmedio, así como los resultados de la acciónantrópica durante las etapas de crecimiento de laciudad: grandes cavas posteriormenterellenadas, grandes superficiesimpermeabilizadas, etc.El acuífero en explotación, compuestopredominantemente por samitas y pelitasaluviales, presenta diferentes grados de relacióncon el ciclo exógeno. Con frecuencia semilibre asemiconfinado, conforma un sistema multicapa.Con límites hidráulicos definidos en gran partedel área, los niveles poco profundos sonsensibles a las fluctuaciones superficiales.Trabajo de Campo:Las tareas de campo consistieron en la tomade muestras para la realización de análisisquímicos y bacteriológicos que permitieronobtener un primer diagnóstico de la calidad delas aguas para consumo. Estas tareas sellevaron a cabo en dos etapas que no pudieronextenderse por la falta de apoyo económico.Debido a las características de las obras decaptación existió cierta dificultad para obtener elregistro de los niveles freáticos.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002. 131

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...Respecto a la calidad de las aguassubterráneas del área de estudio, lasclasificaciones de Schöeller y Piper-Hill indicanque son de tipo bicarbonatadas cálcicasmagnésicas.Las determinaciones químicas presentanvalores que están dentro de los límitesestablecidos por la Organización Mundial de laSalud (OMS) para normas de potabilidad. Lasdeterminaciones bacteriológicas indican unestado de deterioro por presencia de coliformestotales y fecales y de bacterias aerobiasmesófilas. A modo indicativo se presentan en laTabla 2 los resultados más representativos delas muestras analizadas:Coliformes Sitio 1 Sitio 2 Sitio 3 Sitio 4 Sitio 5 Sitio 6 Sitio 7 Sitio 8U.F.C. 90 3500 1000 60 94 150 650 380N.M.P.C.T. 130 < 2 23 240 8 < 2 1600 21N.M.P.C.F. 17 8 < 2 < 2 540 < 2U.F.C. = Unidades Formadoras de Colonias / ml (Valor tolerable: < 100/ml)N.M.P.C.T. = Número Más Probable de Coliformes Totales / 100 ml (Valor tolerable: < 2 = ausencia)N.M.P.C.F. = Número más Probable de Conliformes Fecales / 100 ml (Valor tolerable: < 2 = ausencia)Según normas nacionales y provinciales de potabilidad.132Tabla 2: Resultados más representativos de las muestras analizadasALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN YESTRATEGIAS DE GESTIONLas propuestas que a continuación seexponen tienen como finalidad optimizar losmecanismos necesarios para que los habitantesde una comunidad como la del caso de estudiopuedan acceder a una mejor calidad de vidapartiendo de un elemento básico y vital como loes el agua, con el máximo de aprovechamientode los recursos propios del lugar deasentamiento.Las mismas, y como se mencionaraanteriormente, abarcan cuatro grandes aspectos:educativo, sanitario, de planificación y de políticaambiental.Aspecto Educativo:El comportamiento del hombre esproducto de su educación, siendo necesario“educar” para lograr cambios, desarrollo yparticipación.Bajo ese concepto una de las primerasestrategias que se proponen es la de acercar alos distintos actores sociales involucrados unconjunto de acciones sistemáticas que impliqueun proceso de enseñanza-aprendizaje con elobjeto de valorizar el concepto del uso agua y lapreservación de la misma como recurso. Estasacciones se irán perfeccionando y completandocon el aporte que surja de la interacción entre lacomunidad y los técnicos ante problemas ysituaciones concretas (UNESCO, 1991).El conjunto de acciones debe incluiractividades tales como: talleres, charlas,reuniones informativas, cursos, seminarios yotros similares; distribución de folletos, afiches,difusión a través de las escuelas y de los mediosde comunicación. Todas estas acciones debentener muy en cuenta: el destinatario y suscódigos, el lenguaje de la comunicación, y laidea filosófica que se pretende transmitir.Aspecto Sanitario:Debido a la sensibilidad del medio acuífero ya las acciones que el hombre realiza en suentorno se debe tratar de evitar que las aguasque recargan los acuíferos, antes de llegar aellos, tomen contacto con sustancias nocivas.Algunas de ellas pueden ser fácilmentedetectables e incluso corregibles. Pero otras queno lo son, pueden resultar tóxicas para la vidahumana.En consecuencia, las obras de captación yel área que alimenta a las mismas, debepreservarse no sólo de la contaminaciónsuperficial, sino de la proveniente del mismosubsuelo (por pozos absorventes).Por tal razón, se propone para losasentamientos existentes, y muy especialmenteen los futuros, la creación de áreas de reserva oáreas de preservación para fuente de aguapotable. A estas áreas se las define como "elárea superficial y subterránea que rodea un pozode suministro de agua para abastecimientopúblico, a la cual se debe proteger de focospotenciales de contaminación”. (EPA, 1987)Para definir la ubicación y dimensiones delas áreas de reserva, así como diseñaradecuadamente las obras de captaciónrequeridas, es imprescindible estudiar, lascaracterísticas hidrogeológicas, geológicas,estratigráficas, hidrodinámicas, etc., del área.Paralelamente se debe efectuar un estudio delas aguas subterráneas en áreas urbanas ysuburbanas, fundamentalmente de tipo químico ybacteriológico para determinar el cuadro desituación actual, detectar las zonas conproblemas de potabilidad y comenzar conmedidas paliativas y/o correctivas inmediatas.Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002.

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...Esto permitirá además, determinar lascondiciones de vulnerabilidad del acuífero ylocalizar posibles focos contaminantes queconfiguren un riesgo potencial.Se propone que las áreas de reserva que seutilicen como fuente alternativa de suministro deagua potable dispongan de una (o más)perforaciones que alimenten un tanque elevadode una determinada capacidad, la que seráfunción de la demanda del área a servir. Lamisma estará parquizada y custodiada por lospropios vecinos del lugar. En ella deber existir,además del tanque elevado, la caseta debombeo y el aparato clorador (de ser necesario).(Figura 4).Como ejemplo estudiado se sugiere que elárea de reserva tenga una dimensión de 40.000m 2 y el área a servir de 320.000 m 2 . La dotaciónpropuesta (agua para bebida y cocción dealimentos) es de 50 I/hab/día. La cantidad dehabitantes por hectárea queda fijada en funcióndel Reglamento de Zonificación existente(Superficie mínima de lote: 200 m 2 ).Es importante destacar que estas obrasluego podrían incorporarse a la red de aguapotable al realizarse la extensión de la misma, yactuar como estación elevadora mejorando lapresión del sistema.Los entes oficiales respectivos deberán,entonces, establecer y hacer cumplir pautas quereglamenten la ocupación del territorio. En elmomento de realizar un loteo se debergarantizar la existencia de una determinadacantidad de superficie libre para funcionar comoárea de reserva que asegure el suministro.Aspecto de Planificación:La característica topográfica quecondicionó el crecimiento de la ciudad hacia elNorte y la falta de control e indiscriminadahabilitación de áreas urbanas, originó, entreotros problemas, el del déficit de infraestructura yservicios públicos, como así también la carenciade equipamiento comunitario.Además, este crecimiento desordenado seagudiza como consecuencia de los desajusteseconómicos, sociales, culturales y políticos quese viven actualmente.La dotación de los servicios públicos sepodrá lograr por medio de la iniciativa de laspropias comunidades y bajo la orientación ycoordinación de un programa de desarrollo quelogre integrar los recursos financieros y laasistencia técnica especializada para hallar unasolución al problema.Las sugerencias aportadas pueden sertomadas en cuenta para la implementación de unordenamiento a nivel local, sujeto a laaprobación de la autoridad legal competente,asegurando la protección de la calidad de lasaguas subterráneas.Política Ambiental:Los problemas ambientales son tan antiguoscomo el hombre. Lo que es nuevo es sudimensión, su escala. A esta dimensión de laproblemática ambiental han contribuido muchascausas que se encuentran interrelacionadas,dentro de las cuales se pueden destacar:• el crecimiento demográfico;• la mejora en las comunicaciones (que facilitael fenómeno de las migraciones de zonasrurales a centros cada vez másurbanizados);• los grandes desajustes socio-económicos delos últimos tiempos;• la ignorancia como factor predominante, quese traduce en la incapacidad del grupo socialde satisfacer sus necesidades con losrecursos disponibles en un espacio naturaldado.Todo esto ha contribuido al deteriorodel ambiente, donde ya no es sólo un problemade contaminación, sino de degradación;causando problemas sanitarios como los yadescriptos, condiciones de vida muy deficientespor la falta de viviendas, infraestructura yservicios, problemas de nutrición, hacinamiento,convivencia con montículos de desperdicios yanimales domésticos, etc.; donde la calidad devida ha desaparecido y la variable ambiental esignorada por completo.Es por ello que dentro de toda planificaciónintegral no sólo se debe considerar elsaneamiento ambiental ("conjunto de actividadesdedicadas a acondicionar el ambiente en quevive el hombre para hacerlo salubre, agradable yapropiado") de una situación en particular, sinotambién la protección general del ambiente.La conflictiva relación entre el medio naturaly social, a pesar de su complejidad, puedeestudiarse de manera integral y sistematizada através de:• la percepción global e integrada de laproblemática ambiental;• el enfoque dirigido hacia la solución de losproblemas concretos del medio;• la búsqueda de soluciones eficaces a dichosproblemas y financiamiento imprescindiblepara llevarlas a cabo;• la interdisciplina (tendiendo a latransdisciplina) en el estudio de losproblemas.Se debe tener presente que eldeterioro del ambiente es de carácteracumulativo. Cuanto más se demore suprevisión, mayores serán los costos que setendrán que afrontar para corregir la situación.Es indispensable que esta inquietud tengaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002. 133

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...receptividad en aquellos entes que poseen elpoder de decisión y de este modo legislar alrespecto.Figura 4: Areas de reservacontrolar su explotación y determinar su gradoRESULTADOSde vulnerabilidad a la acción contaminante.Las aguas subterráneas, en condiciones El conocimiento insuficiente de lasnaturales, son una fuente inobjetable de agua características geológicas, hidrogeológicas epotable. Si bien en los últimos años se ha hidroquímicas del sistema acuífero y lacomenzado a reconocer su importancia, en incapacidad de apreciar estas condiciones sin laArgentina aún no se cuenta con mecanismos experiencia y la información básica adecuadalegales e institucionales efectivos que permitan puede llevar, y de hecho ha llevado en muchas134Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002.

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...situaciones, a un manejo incorrecto y a vecesirracional de este valioso recurso.Como es imposible detener el proceso deurbanización, el mismo debe ser orientado ydirigido en función del potencial físico, social yeconómico de cada ciudad. Este ordenamientodel territorio y la distribución demográfica en lasáreas urbanas deben considerarse dentro deuna planificación integral donde a su vez secontemplen los efectos ambientales que lasmismas pueden ocasionar.En función de lo hasta aquí expuesto y delas nuevas tendencias de gestión de acuíferos,las áreas de reserva deben ser consideradascomo una solución eficaz en la planificación delos futuros asentamientos. A la vez, en aquellasurbanizaciones donde tanto las característicasfísicas como las del sistema acuífero resultenadecuadas, deberían implementarse a labrevedad e ir acompañadas de los aspectoseducativos, de planeamiento y de políticaambiental.En 1992, la Municipalidad de Santa Fe,desde su Subsecretaría de Asuntos Hídricos,pone en marcha el programa “Agua para todos”.El mismo fue un intento por subsanar la situaciónque en ese momento vivían los habitantes de losasentamientos periféricos en la ciudad. Si bieneste programa toma parte de la propuestasanitaria que aquí se plantea (Figura 5), no latoma en su conjunto ni toma en cuenta las otrasalternativas de solución y estrategias de gestiónque se presentan. En la actualidad, losasentamientos poblacionales crecieron, existenotros nuevos y los problemas persisten.Figura 5: Propuesta sanitariaRevista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002. 135

PEREZ, M. et al. Areas de reserva: solucion alternativa...AGRADECIMIENTOSAl Arq. Eduardo D'Odorico por los aportesrealizados y el diseño de las áreas de reserva.EN MENORIA DELic. Mario Fili, uno de los mas brillanteshidrogeólogos de nuestro país. Hombre de bien.Maestro y mentor del Grupo de InvestigacionesGeohidrológicas.BIBLIOGRAFIA CONSULTADABOLETINES INFORMATIVOS (Nros. 1 a 4) DE LA RED LATINOAMERICANA DE PROGRAMAS DEPREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS. Enero a Agosto de1990.UNESCO. 1991. Agua, Vida y Desarrollo. Manual de uso y conservación del agua en zonas ruralesde América Latina y el Caribe. Tomo 1, 2 y 3. UNESCO – ROSTLAC. Proyecto D4-PRM.EPA – 1987. Guidelines for the delineation of wellhead protection areas. EPA 440/6-87-010.GUIGUER, N. and T. FRANZ – 1990. Development and Applications of a WeIlhead Protection AreaDelinieation. Computer Program. Prepints of the International Seminar of Pollution, Protection andControl of Ground Water. ABAS - IAWPRC - ABES. Porto Alegre - RS - Brazil. Pág. 40 a 51.PEREZ, Marcela. 1991. El agua subterránea como condicionante ambiental. Tesis para el Curso dePostgrado en Formación Ambiental 90-91. Facultad Latinoamericana de Ciencias Ambientales.Cátedra UNESCO. (Inédito).136Revista Latino-Americana de Hidrogeologia, n.2, p. 127-136, 2002.