agua subterránea deterioro de calidad y reserva

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AGUA SUBTERRÁNEA DETERIORO DE CALIDAD Y RESERVA Miguel P. Auge Buenos Aires 2006 Dr. Geól. Miguel P. Auge Profesor Titular de Hidrogeología…
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AGUA SUBTERRÁNEA DETERIORO DE CALIDAD Y RESERVA Miguel P. Auge Buenos Aires 2006 Dr. Geól. Miguel P. Auge Profesor Titular de Hidrogeología Universidad de Buenos Aires Investigador CONICET a class= __cf_email__ href= /cdn-cgi/l/email-protection data-cfemail= 34595d53415158554153510202745359555d581a575b59 [email protected] /a script data-cfhash='f9e31' type= text/javascript /* ![CDATA[ */!function(t,e,r,n,c,a,p){try{t=document.currentScript||function(){for(t=document.getElementsByTagName('script'),e=t.length;e--;)if(t[e].getAttribute('data-cfhash'))return t[e]}();if(t&&(c=t.previousSibling)){p=t.parentNode;if(a=c.getAttribute('data-cfemail')){for(e='',r='0x'+a.substr(0,2)|0,n=2;a.length-n;n+=2)e+='%'+('0'+('0x'+a.substr(n,2)^r).toString(16)).slice(-2);p.replaceChild(document.createTextNode(decodeURIComponent(e)),c)}p.removeChild(t)}}catch(u){}}()/* ]] */ /script UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES DEPARTAMENTO DE CIENCIAS GEOLÓGICAS CÁTEDRA DE HIDROGEOLOGIA Buenos Aires 2006 II TEMAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. INTRODUCCIÓN GENERALIDADES HIDRÓSFERA USO DEL AGUA APTITUD SOBRE-EXPLOTACIÓN CONTAMINACIÓN 7.3. PROPAGACIÓN 1 1 2 3 5 5 11 14 20 21 21 22 8. PROTECCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA FRENTE A LA CONTAMINACIÓN Y AL AGOTAMIENTO 9. VULNERABILIDAD 10. MONITOREO 11. BIBLIOGRAFÍA 27 28 38 42 7.1. ZONA SUBSATURADA 7.2. ZONA SATURADA 7.2.1. CONTAMINACIÓN PUNTUAL 7.2.2. CONTAMINACIÓN DIFUSA TABLAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. AGUA EN LA TIERRA EXTRACCIÓN DE AGUA EN EUROPA USO DE AGUA EN EL MUNDO CAPACIDAD DE RETENCIÓN DEL SUELO FRENTE A LOS HIDROCARBUROS RESISTENCIA HIDRÁULICA – MÉTODO AVI ESPESOR DE LA ZONA SUBSATURADA (E) PERMEABILIDAD VERTICAL DE LA ZONA SUBSATURADA (Kv) DIAGRAMA DE VULNERABILIDAD - ACUÍFEROS LIBRES (EKv) 2 3 4 20 31 31 31 32 FIGURAS 1. EXPLOTACIÓN 2. SOBRE-EXPLOTACIÓN 3. PERFIL HIDROGEOLÓGICO 5 6 8 4. PÉRDIDA DE LA SURGENCIA Y DESECAMIENTO POR SOBREEXPLOTACIÓN 10 III 5. SURGENCIA NATURAL 6. CONTAMINACIÓN AÉREA, SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA 7. SALINIZACIÓN POR ASCENSO VERTICAL 8. CONTAMINACIÓN DE LA ZONA SATURADA 9. COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL SUBSUELO 10. VERTIDO EN POZO ABSORBENTE 11. CONTAMINACIÓN CON NITRATOS DEL ACUÍFERO PUELCHE 12. TIPOS DE AGUA EN EL SUBSUELO 13. CONTAMINACIÓN PUNTUAL 14. TIEMPO DE TRÁNSITO EN LA ZONA SUBSATURADA 15. RÍO EFLUENTE 16. RÍO EFLUENTE EN CRECIDA 17. RÍO INFLUENTE 18. CONTAMINACIÓN EN UN ACUÍFERO HETEROGÉNEO 19. CONTAMINACIÓN EN UN ACUÍFERO CONFINADO 20. EVOLUCIÓN DE LA MANCHA DE UN HIDROCARBURO 21. EVOLUCIÓN DE LA MANCHA DE UN HIDROCARBURO POR BOMBEO 22. CONO DE DEPRESIÓN DE LA PLATA – ACUÍFERO PUELCHE 23. CONO DE DEPRESIÓN DE LA PLATA – ACUÍFERO PAMPEANO 24. VULNERABILIDAD ACUÍFERO PUELCHE - DIFERENCIAS DE POTENCIALES HIDRÁULICOS 25. ACUÍFERO PUELCHE - NITRATOS 26. VULNERABILIDAD ACUÍFERO PAMPEANO - PROFUNDIDAD DE LA SUPERFICIE FREÁTICA 27. ACUÍFERO PAMPEANO - NITRATOS 11 13 14 15 15 16 17 20 21 22 23 23 24 24 25 26 26 33 34 35 36 37 38 ANEXOS I. CÓDIGO ALIMENTARIO ARGENTINO (CAA) CAPITULO XII - BEBIDAS HÍDRICAS, AGUA Y AGUA GASIFICADA II. AGENCIA DE PROTECCIÓN AMBIENTAL EUA (EPA) ESTÁNDARES DEL REGLAMENTO NACIONAL PRIMARIO DE AGUA POTABLE III. POTABILIDAD 44 62 LEY 24.051 DECRETO REGLAMENTARIO 831/93 - ARGENTINA 72 THIRD EDITION 76 IV. GUIDELINES FOR DRINKING-WATER QUALITY (OMS) IV 1. INTRODUCCIÓN El agua en general y la subterránea en particular es un recurso limitado en nuestro planeta, donde más del 97% es salada y se concentra en mares y océanos. Del resto, alrededor del 2% constituye los casquetes polares en forma de hielo. Le sigue en magnitud el agua subterránea, cuya reserva hasta 1.000 m de profundidad se estima en el 0,5% del total, mientras que el volumen instantáneo de agua superficial llega a sólo el 0,02% y entre el agua del suelo y la atmosférica, componen algo más del 0,01% de la total (1.383 x 10 6 km3). El incremento en la demanda y la disminución en la disponibilidad, particularmente por deterioro en su calidad, han generado y generan problemas cada vez más graves para el abastecimiento tanto a nivel local como regional y continental. Esta problemática, que se ha manifestado en forma creciente durante el siglo 20, es previsible que mantenga su tendencia en el presente, especialmente debido al crecimiento poblacional mundial que dará lugar a un aumento en la demanda de alimentos, bienes y servicios. Por ello, considero apropiado calificar al 21 como el Siglo del Agua. 2. GENERALIDADES Los conceptos sobre-explotación y contaminación, poseen variadas acepciones y alcances de acuerdo al enfoque particular de los especialistas y/o a la finalidad que se persiga con el aprovechamiento del agua subterránea. Así, por sobre-explotación suele entenderse un exceso en la explotación que afecta las reservas permanentes, debido a que supera con amplitud y durante lapsos prolongados a la magnitud de las reservas renovables (recarga). Esto se traduce en una disminución del potencial hidráulico, que se manifiesta por un descenso apreciable de los niveles piezométricos y puede generar o acelerar otros procesos indeseables como contaminación y/o salinización. En definitiva, la sobre-explotación siempre causa una disminución marcada en la disponibilidad y productividad de los acuíferos. En el concepto de contaminación se incluye a todo proceso que genere un deterioro apreciable en la calidad física, química y/o biológica del agua subterránea. Generalmente la contaminación deriva de acciones artificiales (polución), aunque a veces tiene origen natural (disolución de sustancias nocivas como flúor y arsénico en el Loess Pampeano, o metales pesados en yacimientos metalíferos) y en otras, si bien observa una génesis natural, es inducida artificialmente (salinización por sobre-explotación de acuíferos costeros). La contaminación del agua subterránea está estrechamente ligada a los procesos de degradación ambiental y en este sentido, resulta conveniente aplicar el concepto de interacción global de los recursos naturales, desarrollado por los investigadores soviéticos, que señala la imposibilidad de preservar la calidad de uno de los recursos, si el resto está deteriorado o en vías de deterioro. Como ejemplo, se puede mencionar que la contaminación del aire por la actividad industrial o urbana, se trasladará al agua superficial y al suelo, a través de la acción gravitatoria o el arrastre, producido por la lluvia 1 y de éste, mediante el proceso de infiltración efectiva, podrá alcanzar al agua subterránea si la sustancia contaminante es móvil y persistente. Otro elemento que tipifica el comportamiento dinámico del agua subterránea es su escasa movilidad, con bajas velocidades de flujo que, en condiciones de equilibrio natural, o sea cuando no existe alteración por explotación, normalmente varían entre algunos cm y decímetros por día, particularmente en acuíferos con porosidad primaria o intergranular. Esto hace que los procesos de degradación, particularmente los vinculados a la contaminación, se produzcan muy lentamente por lo que resulta difícil detectarlos, especialmente en las fases iniciales. Este comportamiento que aparece como beneficioso para la preservación en realidad no lo es, pues la baja actividad dinámica deriva en lapsos muy prolongados para la restauración o descontaminación. Respecto a esto último, conviene aclarar que es prácticamente imposible restaurar la calidad de un acuífero a su condición natural previa a la contaminación y en este sentido, en la generalidad, sólo pueden lograrse mejoramientos parciales, mediante tecnologías que requieren elevados costos. Por ello, resulta perfectamente aplicable a los recursos naturales en general y al agua subterránea en particular, el apotegma de la medicina: “es preferible prevenir que curar” (Auge, 1990). 3. HIDRÓSFERA En la tabla 1 se indica la distribución del agua en el planeta, sobre la base de los trabajos de Lvovitch (1967) y Nace (1969) TABLA 1 AGUA EN LA TIERRA Area km2.106 Volumen km3.106 % Altura equivalente (m) 362 1.350 97,6 2.650 17 26 1,9 50 Subterránea 131 7 0,5 14 Superficial 1,5 0,3 0,02 0,6 del Suelo 131 0,2 0,01 0,4 Atmosférica 510 0,02 0,001 0,04 Total 510 1.383 100,03 2.715 Océanos y Mares Casquetes polares 2 Del mismo se desprende el neto predominio de las aguas marinas (más del 97% del total), que evidentemente constituyen la reserva futura más importante para los usos corrientes del agua (consumo humano, riego, industria). En los casquetes polares se almacena el mayor volumen de agua dulce existente en la hidrósfera, pero se ubican a distancias considerables de los sitios más densamente poblados, lo que restringe su aprovechamiento. De los 7 millones de km3 que constituyen el volumen de agua subterránea almacenada hasta 1.000 m de profundidad (Lvovitch, 1967), sólo una fracción es potable y ésta no siempre se ubica en o cerca de los centros de mayor demanda. Además, la degradación del recurso por explotación excesiva y contaminación en las zonas urbanas y rurales, ha generado un grave problema que se ha incrementado notoriamente en los últimos 60 años, debido al aumento de la población, al fuerte crecimiento industrial, y al uso intensivo de plaguicidas y fertilizantes en la agricultura. La notable incidencia de las actividades humanas, derivó en la formulación de una nueva disciplina dentro de la Hidrogeología denominada Hidrogeología Ambiental, cuya finalidad es estudiar las características y el comportamiento del agua subterránea y las alteraciones que sobre la misma generan las acciones artificiales, para controlar la degradación, prevenirla y, dentro de lo posible, mejorar sus efectos. Si bien el volumen almacenado en los lagos e instantáneamente en los ríos del mundo sólo alcanza al 0,02% del total, algunos ríos tienen caudales sorprendentes como el Río de la Plata que, con un módulo de 20.000 m3/seg, sería hábil por sí solo para abastecer a la población mundial (6.500 millones), a razón de 265 L/día por habitante. Sin embargo, el agua superficial está más expuesta a la contaminación y generalmente es mucho más cara que la subterránea por el tratamiento que necesita para su potabilización. 4. USO DEL AGUA En virtud de lo expuesto, en la mayoría de los países desarrollados, que se caracterizan por optimizar el uso de los recursos naturales, el empleo de agua subterránea para consumo humano, supera apreciablemente al del agua superficial (tabla 2). TABLA 2 EXTRACCIÓN DE AGUA EN EUROPA total km3/año agua subterránea para uso humano % Alemania 6,24 67 Bélgica 0,57 76 Dinamarca 0,70 98 Francia 5,00 50 3 Holanda 1,15 63 Inglaterra 2,50 32 Italia 9,95 36 Del cuadro se desprende el notorio predominio del agua subterránea respecto a la superficial para abastecimiento humano. Esto se debe a varias causas, entre las que se destacan su menor costo pues no necesita tratamiento y su mejor calidad porque está más protegida de la contaminación. En la tabla 3 se reproduce la distribución en el consumo por uso y su variación mundial en este siglo (Kozlovsky, 1984). TABLA 3 USO DE AGUA EN EL MUNDO Consumo total Agricultura Industria Agua potable año km3/año km3/a (%) km3/a (%) km3/a (%) 1900 400 350 87,5 30 7,5 20 5 1950 1.100 820 74,5 220 20 60 5,5 1975 3.000 2200 73 650 22 150 5 2000 5.000 3400 68 1250 25 350 7 En el cuadro se aprecia que el aumento en el consumo total es del 1.150% entre 1900 y el año 2000 y que la incidencia respecto al agua potable, se ha mantenido con muy poca variación (5 al 7%). El uso industrial, como contraparte, creció notablemente del 7,5 al 25% y para el riego, que continúa siendo el mayor consumidor mundial, disminuyó del 87,5 al 68%. Seguidamente se indican los consumos en el Conurbano de Buenos Aires y en La Plata, sobre la base de los datos obtenidos en el censo nacional de 1990. En el Conurbano, el mayor volumen de agua se destinó en 1990 al consumo humano (739 hm3) sobre un total de 1.259 hm3; o sea el 59%, seguido por la industria (400 hm3, el 32%) y finalmente el riego (120 hm3, el 9%). De la demanda total, un 62% se cubrió con agua subterránea y un 38% con agua superficial. Algo parecido sucedió en relación al empleo de agua subterránea en La Plata, con un índice del 66% respecto del total. Aquí, el volumen para riego (108 hm3) fue prácticamente igual al utilizado para consumo humano (107 hm3) y ampliamente superior al empleado para la industria (32 hm3). En lo referente a los servicios sanitarios, en el ámbito de todo el país, el porcentaje de población abastecida con agua potable creció del 29 al 57% desde 1920 a 1990, mientras que la beneficiada con cloacas lo hizo del 17 al 30%. 4 En el Conurbano la situación es mucho más desfavorable, pues se pasó del 76% de la población con agua potable en 1940, a solamente el 39% en 1990. 5. APTITUD La aptitud de un recurso natural, en este caso del agua subterránea, depende de su calidad y también de la disponibilidad y productividad respecto del uso requerido. Así por ejemplo un acuífero de baja salinidad (apto por su calidad) resulta inapto para regar, por aspersión o surco, si tiene muy baja productividad, lo que deriva en pozos de escasos caudales. El manejo inadecuado de un acuífero mediante una extracción muy elevada (sobre-explotación), afecta su reserva y productividad, generando un deterioro hidráulico al que generalmente se le asocian otros procesos de degradación como salinización, contaminación artificial, asentamiento del suelo, pérdida de surgencia, desecamiento de humedales, etc. 6. SOBRE-EXPLOTACIÓN En la figura 2 se esquematiza el concepto de sobre-explotación mediante un procedimiento comparativo respecto a la figura 1, que representa un estadío previo de explotación. La fase 2 se caracteriza por un incremento en el caudal y en el tiempo de extracción respecto a la fase 1. En 2, el caudal bombeado (Qb2) también supera con amplitud al que recibe el acuífero como recarga por infiltración (Qi). 5 La sobre-explotación esquematizada en esta fase, además de la disminución de la reserva (Aa), origina un descenso mayor del nivel dinámico o de bombeo (s2 » s1), un incremento en la velocidad de flujo (v2  v1) y un aumento en el área afectada por la extracción (Ri2 » Ri1), respecto a la fase de explotación. En la práctica resulta muy difícil y a veces imposible establecer el límite por encima del cual la explotación se transforma en sobre-explotación. A este caudal normalmente se lo denomina de seguridad, seguro, o safe yield y su determinación es sumamente complicada pues no sólo debe estar en equilibrio con la recarga, cuya cuantificación también es muy difícil de establecer, sino que además no debe generar otros efectos indeseables como: salinización, por ascenso o invasión lateral; contaminación por migración descendente, como sucede con los NO3; subsidencia por compactación de suelos arcillosos; interferencia con otras baterías de extracción; etc. Margat (1991) considera que en el término sobre-explotación se incluye a veces, a un estadío de desequilibrio hidráulico con disminución de reservas y en otras, al resultante de una explotación excesiva con consecuencias indeseables para el sistema hidrológico subterráneo (salinización). Además sostiene que la noción de sobre-explotación de un acuífero “es ambivalente, es decir ambigua” y que “su apreciación no puede ser independiente de los objetivos perseguidos con la explotación ni de las condiciones hidrogeológicas”. Custodio (1991), entiende que la sobre-explotación (over-exploitation) constituye un concepto relativamente nuevo en hidrogeología y lo vincula fundamentalmente con los efectos adversos en la explotación del agua subterránea. Dice que es lo opuesto a caudal seguro (safe yield) y que el diseño y la distribución temporal de la extracción juegan un rol importante en los resultados de toda explotación. Refiere que su cotejo con la recarga constituye una tarea dificultosa, debido a: la incertidumbre que generalmente enmarca la 6 cuantificación de esta última; la importancia y duración de los procesos en estadíos transitorios, o sea en desequilibrio dinámico; los cambios en la recarga derivados de las actividades humanas y a la posibilidad de modificarla por métodos artificiales. También cita que los cambios en la calidad, principalmente debidos a la mezcla con agua salada, constituyen factores importantes que deben considerarse al evaluar el caudal seguro respecto a la sobre-explotación de un acuífero, especialmente por el posible retardo en la manifestación de consecuencias indeseables y en la dificultad para identificarlos (monitoreo). En virtud de lo expuesto, se puede concluir en que, si bien la sobreexplotación implica un concepto de marcado desequilibrio hidrodinámico, como consecuencia de una extracción que supera con amplitud y durante lapsos relativamente prolongados a la recarga natural, sus consecuencias suelen generar, además de la disminución de la reserva y de la productividad, otros efectos perjudiciales como salinización, contaminación, subsidencia, desecamiento, etc. Seguidamente se mencionan algunos ejemplos de sobre-explotación de acuíferos en el mundo y en la Argentina. - En Texas (EUA), el Acuífero Olgallala fue explotado intensivamente para riego entre 1940 y 1980, habiéndose extraído más del 40% de sus reservas permanentes. Esto derivó en descensos de los niveles piezométricos del orden de 50 a 60 m, con una reducción de 2/3 del espesor saturado del acuífero. El aumento de la potencia necesaria para bombear el agua hasta la superficie, generó un incremento de costos de alrededor del 600%. - La sobre-explotación del Acuífero de Lima, constituido por depósitos aluviales de piedemonte, generó un descenso promedio del nivel hidráulico de 2 m por a
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