AGUA Y SOCIEDAD. ASPECTOS HIDROGEOLOGICOS...
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AGUA Y SOCIEDAD. ASPECTOS HIDROGEOLOGICOS GENERALES
Centro de Geología de Costas y del Cuaternario - Universidad Naciorial de Mar del Piata - 'CONICET.
EL AGUA S O B R E LA T I E R R A
La importancia del agua como ingrediente vital de la vida sobre la Tierra, es indudable. Además, de una u otra forma interviene en la mayoría de las actividades humanas. tanto de explotación coino de uso de los recursos,, convirtihdose en un factor determinante en la organización de cualquier territorio. Aunque (especialmente en regiones como la Pampa Húmeda) parezca lo contrario, el agua dulce es un recurso realmente escaso; en la Fig. 1 podemos observar que el 97.4 % del total del agua sobre La Tierra es salada, mientras que del 2.6 % dulce, algo más del 70 % está congelada. Es interesante notar que el 99 % del agua dulce líquida del Planeta corresponde a agua subterránea.
Agua total 14*10" m3
Agua dulce 1*10" m"
73.1% subter. hielo
Fig. 1: El agua sobre La Tierra (modificado de NATH et al., 1993)
Al estar en constante movimiento, debido a 121 acción de la gravedad y de la energía solar, el agua aparece en la Tierra en las distintas fases o estados que conforman el ciclo hidrológico, cuya unidad e indivisibilidad conducen a que todas las manifestaciones del agua se consideren como parte integrante de un recurso Único (Fig. 2). La unicidad del recurso es un aspecto muy importante, ya que a menudo estamos habituados a tratar cada fase o arco del ciclo hidrológico como un elemento aislado, lo cual puede llevar a acciones que tal vez sean beneficiosas, por ejemplo, para el agua superficial, pero generen problemas en la calidad o cantidad de agua subterránea.
Manejo Ili%teg>ziI (le Cueicns Hirimgi.ficas y Plufii/;c<rción TerriloiMiI
Fig. 2: Esq~iemn del ciclo del agua indicando los valrimenes meclio.~ movilizados (tomado de DESMEm: 1993).
ANATOMIA DE UN ACUIFERO
El agua subterránea se encuentra presente en formaciones de rocas o sediment»s denominadas acuíferos. Un acuífero es, entonces, un cuerpo de roca que se encuentra bajo la superficie y que es capaz de recibir; almacenar y transmitir el agua. Como se observa en la Fig. 3, estas rocas pueden alojar el agua en el espacio poral que queda entre los granos minerales que la forman (acuíferos porosos) o bien en las fracturas o fisuras (acuiferos de fisura).
Fig. 3: Detiille de oizn i-oca conterliendo agua a ) etr el esl)ncioporcrl. 6) eii fisurcis.
Agiin?; Sociedad Aspecfos Hidiugeolrijiicos Gciiemlc~
La cantidad de agua que un acuífero puede contener y transmitir estar6 eii función del tipo de roca que lo forma. Por ejemplo, las arcillas son importantes contenedoras de agua, pero iio son acuíferas ya que el agua no puede circular a través de ellas. Las arenas, por el contrario, coiiforiiiiin en general muy buenos acuíferos ya que en su espacio poral pueden alojar importantes cantidades de agua y pueden transmitirla con facilidad. La cantidad de agua que un acuífero puede traiismitir está regida por la llamada "Ley de Darcy" la cual se expresa corno:
Q= KAi,
donde: Q: cantidad de agua transmitida, K: conductividad hidráulica o permeabilidad, A: área de la sección considerada, i: gradiente hidráulico.
El coeficiente K, también llamado coeficiente de permeabilidad de Darcy, depende de las características de la roca acuífera, especialmente el tipo de empaquetamiento de los clastos, tamaiio y selección. Se mide usualmente en metroldía. El gradiente hidráulico es una medida de la diferencia de alturas del nivel de aguas subterrsneas entre dos puntos, dividida por la distancia que los separa, en una dirección determinada (Fig. 4). Es un coeficiente adimensional.
Fig. 4: Represenmciói~ esy~iemiiricn de 10 Ley de Dai-cy; I z , y li2s»ii las altuiris
piczométricns cn esos p~lrztos.
B
La "rrnnsmisión" o movimiento del agua del acuífero se produce siempre desde zonas de recarga a zonas de descarga. En ambos casos éstas pueden ser naturales o artificiales. Por ejemplo, la recarga artificial puede darse a partir del riego; la recarga natural, a partir de la lluvia; la descarga natural de un acuífero como el de Mar del Plata o Necochea, es en el mar, sin embargo, existen zonas de descarga artificial dadas por los pozos de explotación. Los ríos o arroyos también puede aportar agua al acuífero (ríos influentes) o bien recibir agua de él (ríos efluentes).
Si en un área donde existe un acuífero poroso efectuamos un corte de la superficie podremos observar dos zonas claramente definidas: zona no saturada y zona saturada, correspondiendo esta última al acuífero (Fig. S). El límite entre ambas está dado por el denominado nivel freático. La zona no saturada se inicia con el suelo, y est i formada por sedimentos ylo rocas que pueden alcanzar una profundidad variable, entre un par y varias decenas de metros. Su principal característica es que en los poros se encuentra agua (en su mayor parte en tránsito hacia el acuífero) y aire; en el caso de la zona saturada, todos los espacios porales se encuentran saturados de agua. La zona no saturada tiene gran importancia en el sistema hídrico subterráneo ya que, entre otras acciones, actúa como amortiguador natural de eventuales plumas contaminantes que puedan alcanzar el acuífero.
Manejo Inlegial (le Cuencas Hirlrogrdficas y Plmificncióri Territoririi
Fig. 5: Zonas no saturada y saturada (acuífero), tomada de FOSTER & HliiilTA (1988)
TIPOS DE ACUIFEROS
Existen básicamente dos tipos de acuíferos: libre o freático y confinado, que se esqueinatiraii en la Fig. 6. El acuífero freático o libre tiene como límite superior el nivel fredrico (líinite coii 13
zona no saturada) y como límite inferior una roca iinpermeable; el agua que coiitieiie se eiicueiitin sometida a la presión atmosférica. En el caso de los acuíferos confinados, tanto el Iíinite superior como el inferior están formados por rocas de muy baja o nula permeabilidad; poi- consiguieiilc, el agua que contienen se encuentra sometida a una presión hidrostática que puede generar acuíleros surgentes o artesianos.
Area de recarga Area de descarga
Fig. 6: Ac~iíferos fi.caricos J
<.o~~firrrl</os. Moilifificado de
FOS?%II & HIRAKI. (1 988).
Acuifero libre
--- semi- --- --- permeable
cuifero confinado
-. .- - - - base impermeable
La altura que alcanza el agua en un acuífero freático se denomina nivel fi-eático; en el caso de un acuifero confinado se deiiomina nivel piezométrico. Esta altura se mide en inetros sobre el nivel del mar, es decir, es una cota y como tal puede utilizarse para determinar la dirección del escurrimiento subterráneo.
En el área Mar del Plata-Necochea el acuífero es clástico y de tipo libre o freático (BOCANEGRA, et al., 1993). En la Fig. 7 se puede observar un corte esqueniático del acuífero, donde se evidencian los niveles más permeables (con arenas y limos arenosos) que son los que se explotan y niveles menos permeables (formados por limos arcillosos y arcillas) que se intei.calan en la secuencia de manera irregular.
LEGEND
SOIL AQUIFER (LOESS-LIKE SEDIMENTS WHIT CALICHE NTERBEDS) CLAY AND SILT HYDROLOGICAL BASAMENl SAND WELL CASING SCREEN
120 U
O 1 O00 2000 5000 4000
Disionce (m)
Fig. 7: Corte esquemático del acugero erz la ronir céntrica de Mar del Plata.
SOBREEXPLOTACION Y CONTAMINACION D E A G U A S SUBTERRANEAS
Cualquier consideración sobre la sostenibilidad en el uso de los i-ecursos hídricos subterráneos conlleva necesariamente a un análisis de los conceptos de sobreexplotación y de contaminación. Eii la práctica, existen dos grandes criterios para identificar a un acuifero como sobreexplotado: el primero lo asocia con un tipo de explotación que lleva indefectiblemente a la disminución de las reservas del acuífero. El segundo, con la aparición de ciertos resultados negativos de la explotacióii, tales como un descenso continuado del nivel del agua o un deterioro de su calidad. En alguiias ocasiones, los descensos progresivos y continuados del nivel de agua en los pozos de bombeo pueden conducir a un descenso de los caudales obtenidos o incluso al secado de los pozos. Por otra parte, los factores que pueden producir un deterioro en la calidad del agua, a menudo no están relacionados con la extracción del recurso, sino que se deben a otras causas, como la aplicación de agroquímicos, las filtraciones de residuos de actividades humanas, fugas de alcantarillado, etc. En los casos en que el deterioro es ocasionado por la explotación, el problema suele deberse a una inadecuada ubicación de las perforaciones y no necesariamente a la cantidad de agua extraída.
Como ya se ha mencionado, la contaminación del agua subterránea contribuye a definir el carácter de sobreexplotado a un acuífero y puede estar asociada al diseño de la explotación. Existen
Agua p Sociedad Aspectos Hiilrogeológicos Generales
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Fig. 8: Pivce.sos que reduce]~. la concentiución de coi~tan~iriantes en el agita (tornada de FOSTER & HIRATA, 1986').
Anr~~pación de los contaminantes se.elín s ~ i tino de reacción v nzodo d~ ociirreiicin: Siguiendo este criterio se consideran en un inisrno grupo aquellos coiita~iiinantes que son
afectados de manera igual o semejante por procesos químicos, nucleares o biológicos y que, por lo taiito, tienen un comportamiento similar en el acuífero. Los principales grupos de contaminaiites incluyen: radionucleidos, elementos traza, nutrientes, 011-as especies inogánicas, contaminantes orgánicos y contaminantes microbiales. Los contaminantes que se presentan como una fase líquida no acuosa, si bien desde el punto de vista estrictamente químico pueden incluirse en el quinto grupo, suelen considerarse por separado y se los puede diferenciar en densos y livianos, según sean más o menos densos que el agua (APPELO & POSTMA, 1993).
1. Contaminantes radioactivos: se incluyen en este grupo todos aquellos coinpuestos de los elementos químicos que tienen la particularidad de desintegrarse emitiendo radiaciones, como es el caso de los compuestos de uranio y torio fundamentalmente. Los peligros para la salud relacionados con radiaciones ionizantes son bien conocidos. Un individuo expuesto puede ser afectado por cáncer, o defectos genéticos que pueden afectar a él mismo o a su descendencia. Otros problemas de salud asociados con la exposición a la radiación incluyen cataratas, daños en la piel no malignos y esterilidad.
2. Metales rraza: conlo grupo contiene la mayor proporción de elementos encoiitrados en la tabla periódica. Las fuentes contaniiiiación más comunes iiicliiyen: etluentes de minas, aguas residuales de la industria, escurriinienlo de lixiviado de residuos sólidos urbanos, desechos y fertilizantes agrícolas y combiistibles sólidos. Los metales traza pueden ser tóxicos o eventualmente letales para el hombre a concentraciones relativamente bajas por su tendencia a acumularse eii el cuerpo. Se Iiallaron correlaciones positivas entre la concentración de metales traza en el agua (Be, Cd, Pb, Ni) y los índices de mortalidad por cáncer. La bioacumulación de metales traza en la cadena alimenticia produjo loscasos más conocidos de envenenamiento por metales (caso de Minamata en Japón).
3. Nutrienres: este s u p o incluye los iones o compuestos orgánicos que contienen nitrógeno o fósforo. La especie dominante de nitrógeno (N) en las aguas es el nitrato (NO<) en condiciones oxidantes, y en menor proporción el amonio (NHC) en condiciones reductoras. El N es un
sa[w!isaiu!o.risei: sauapsgsap sor10 'o
Agua y Sociedad. Aspecios Hidrogeológicos Generriles
menores son bien conocidos. Como grupo, es el de efectos más significativos relacionados con la contaminación de aguas subterrineas. Las principales fuentes de contaminación biológica son: 1) lagunas de efluentes y fosas sépticas, 2) lixiviados de rellenos sanitarios y 3) varias prácticas agrícolas y el depósito incorrecto de excremento de animales. La zona no saturada presenta muy buenas condiciones para minimizar la dispersión de los contaminantes biológicos, en general por dos tipos de procesos: filtración y adsorción. Al parecer la filtración de las bacterias sería el principal mecanismo para limitar el desplazamiento de las bacterias a través del suelo, y esta es inás efectiva en la superticie de película orgánica que se forma en las paredes obstruidas del depósito del contaminante. A diferencias de las bacterias, los virus son extremadamente pequeños y su eliminación dependería casi exclusivamente del proceso de adsorcióii. (CRIDULE et al., 1991). L a efectividad de esos mecanismos hace que en general niuchos de los problemas reportados sean de naturaleza local, y relacionados con: 1) construccióti deficitaria del pozo que permite que el escurrimiento superficial o los efluentes entren en el mismo, 2) fugas en caiierías cloacales o pozos negros situados cerca del pozo (FOSTER & HIRATA; 1988).
LOCALIZAClON DE LAS FUENTES DE CONTAMINACION
En la práctica los térniinos puiitual y no puntual o disperso describen el grado de localizacióii de una f~ieiite. Una fiieiite puiitual se caiacteriza por la presencia de iiiia lueiite identificable, <le pequeña escala. Entre estas fuentes, se sitúan todo tipo de vertidos en bolsas y pozos de infiltración, los vertedores de residuos sólidos, industriales y urbanos. las i'tigas de productos almacenados, las pérdidas en cañerias y alcaiilarillas de coiiducción o cloacales, etc. Uiia fuente no puntual, es de gran escala, de una containinación relativamente difusa, cuya localizacióii está pobremente definida. Caso típico son aquellas actividades agrícolas que utilizan agroquíinicos en exceso. Como problema real' este tipo de fuente al ser poco intensa pasa a veces inadvertidii, pero a la vez es de actiiación constante y10 cíclica (FOSTER & HIKATA, 1988).
DURACION DE LA EMlSlON
Los tiempos de emisión (londin ki.rtory) describen de qué manera la concentración de un contaminante o su índice de producción varían en función del tiempo. Un deirame es un ejemplo de una recarga instantánea. en la que la fuente produce contaminantes a una concentración fija por iin
período corto de tiempo. Una recarga de larga duración es Ilainada fuente de recarga continua. Las conceiiti.aciones pueden permanecer constantes en el tiempo, como puede ser el caso de pequeñas cantidiides de contaiiiiiiaiites lixiviados de una fuente volumétricamente grande durante i i i i largo período; o bien ser variables en el tiempo como puede ser el caso de desechos químicos dispuestos en una laguna de retención según cambios en los procesos de fabricación o coiidiciones de mercado, o el caso de lixiviado de un relleno sanitario en relación con el ciclo hidrológico.
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