Pero, si bien es absolutamente real la importancia que tienen las aguas subterráneas, la misma no es tomada muchas veces en consideración para el mantenimiento de su calidad natural. Pocos países del continente poseen algún tipo de política que asegure la protección de ese recurso contra la contaminación y la sobreexplotación, lo cual resulta agravado por el hecho de que en un acuífero seriamente contaminado nunca más podrá ser restablecida su calidad natural.

Sobre la base de esta realidad, se deriva la necesidad de que los países del continente inicien un programa sistemático de protección de acuíferos, pues de no hacerse así puede ser inminente la pérdida del recurso y de las inversiones hechas en el mismo. Para esto debe tenerse muy en cuenta que para una administración ambientalmente segura de las aguas subterráneas, la mejor práctica es proteger el recurso antes de su contaminación.

Los países de Norte América y de Europa tienden a optar por la creación de programas de protección de las aguas subterráneas ante la contaminación antrópica basados en el establecimiento del perímetro de protección de pozos (PPP, Wellhead Protection Areas), o en la cartografía de la vulnerabilidad de los acuíferos. El primero, que tiene como centro del estudio el pozo de abastecimiento, presenta como su principal objetivo el establecimiento de una zona alrededor del mismo, mientras que en el segundo, más amplio, se debe definir la susceptibilidad del acuífero a la contaminación a través de mapas de vulnerabilidad, así como mediante la determinación de la importancia del acuífero para el abastecimiento público o privado.

Tanto una técnica como la otra presentan restricciones para una real protección del recurso hídrico subterráneo. Algunas de las mayores restricciones de la técnica del PPP son las incertidumbres y dificultades objetivas para la obtención de datos confiables de la dinámica de los acuíferos. La cartografía de la vulnerabilidad, aunque mucho más flexible, no presenta la exactitud necesaria para establecer una protección efectiva de los puntos de captación. Por lo tanto, una posible estrategia debe hacer uso coordinado de los dos mecanismos, tomando también en consideración el control de la ocupación territorial. En el presente trabajo, luego de un análisis crítico destinado al establecimiento de las limitaciones y ventajas de cada una, se presentan algunas estrategias que permiten el uso conjunto de estas técnicas, siempre bajo la óptica de una aplicación dentro de la realidad del continente iberoamericano.

Cartografía de vulnerabilidad de acuíferos

La vulnerabilidad de un acuífero puede ser determinada bajo varios aspectos. Muy a pesar de que sea comúnmente asociada a la susceptibilidad de un determinado acuífero o parte de un acuífero a ser degradado por una cierta actividad antrópica, su empleo se diversifica en atención al contexto donde se inserte.

Algunos profesionales entienden que un acuífero vulnerable es aquel en el que la población hace o hará un uso intenso como fuente de agua potable. La vulnerabilidad, vista así, no se disociaría del concepto de recurso, y los diferentes grados de vulnerabilidad serían definidos sobre la base de la disponibilidad de fuentes alternativas y mediante el análisis de los costos sociales y económicos inherentes a los programas de tratamiento del acuífero y a la búsqueda de fuentes alternativas.

Desde el punto de vista científico-técnico, la vulnerabilidad es función de las características hidrogeológicas y geoquímicas. De esta forma, aquellos acuíferos que posean mecanismos hidráulicos o físico-químicos que atenúen una carga contaminante antrópica pueden ser clasificados como de baja vulnerabilidad. Resulta importante destacar que este concepto se asocia a la degradación de las aguas para un determinado uso y no solamente a las alteraciones de sus cualidades naturales.

Una tercera línea, resultante de estas dos primeras, ha sido presentada por otros autores (USEPA, 1984 in CANTER et al., 1987). Los acuíferos norteamericanos, por ejemplo, son agrupados en tres clases de vulnerabilidad, donde la definición de cada una se encuentra asociada a las características hidráulicas, la dificultad de sustitución por fuentes alternativas y a las propiedades ecológicas vitales que desempeñan, tal como el mantenimiento del nivel de base de sistemas biológicos frágiles (CANTER et al., 1987).

Métodos para la determinación de la vulnerabilidad de las aguas subterráneas

La cartografía de la vulnerabilidad de acuíferos debe analizar las características de la zona no saturada que: i) modifiquen el tiempo de llegada de contaminantes al acuífero (geometría del acuífero: tipo de acuífero, recarga-descarga y distancia del nivel de agua; advección; y retardo); y ii) reduzcan la concentración del contaminante (dispersión y degradación). Los contaminantes deben ser analizados según su persistencia, movilidad y toxicidad.

Una excelente evaluación de métodos y conceptos de vulnerabilidad fue hecha por Vrba & Zaporozec (1994).

Cuadro 1. Parámetros idealmente requeridos y datos comúnmente disponibles para la caracterización de la vulnerabilidad de un acuífero (HIRATA, 1994).

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HIRATA (1994) ha concluido que la geometría del acuífero es el principal factor para la cartografía de la vulnerabilidad, independientemente del contaminante relacionado. Las zonas de descarga próximas a los ríos, por ejemplo, permiten la dispersión del penacho contaminante, por la concentración de diferentes tubos de flujo, y podrían ser utilizadas para atenuar la acción de contaminantes muy persistentes, móviles y en bajas concentraciones. Otra situación resulta ser el bombeo de acuíferos multicapa donde la concentración de contaminantes no es homogénea. En estos, la explotación selectiva de los diferentes niveles puede permitir extracciones de aguas con concentraciones aceptables, dependiendo de la toxicidad de los compuestos.

Para sustancias poco persistentes y poco móviles (microorganismos patogénicos, por ejemplo) el tiempo de llegada al acuífero es un factor importante. Para esos compuestos, la advección y el retardo son elementos claves para la definición de la vulnerabilidad. Por lo contrario, para compuestos muy persistentes y móviles (sales inorgánicas, por ejemplo), tales parámetros resultan poco significativos, ya que la contaminación del acuífero será función del tiempo. Con relación a estos compuestos, la dispersión puede jugar un papel importante en una cartografía de la vulnerabilidad, sobretodo asociado a las áreas de recarga, aunque de difícil estimación. En algunos casos, una cartografía de la vulnerabilidad para compuestos persistentes y móviles tiene poco significado práctico (Foster 1987), una vez que la contaminación ocurrirá y dependerá solamente del tiempo.

Muchos compuestos presentan un comportamiento variable, en función de las características físico-químicas del medio. La desnitrificación o la movilidad de metales pesados pueden servir de ejemplo. Lamentablemente, una cartografía que destaque estos parámetros resulta extremadamente difícil, debido a la falta de datos.

Autores como SELLER & CANTER (1980), LE GRAND (1983) y CARTER et al. (1987) han sugerido el desarrollo de varios mapas de vulnerabilidad para determinados contaminantes, presentados en forma de atlas. Aunque este procedimiento puede encarecer los trabajos, y de cierta forma dificultar la interpretación ambiental, sus resultados tienen mejor significado desde el punto de vista científico-técnico. Otra aproximación sería el desarrollo de métodos que analicen solamente un tipo de actividad contaminante (como por ejemplo, tanques de combustible enterrados).

Tal procedimiento, sin embargo, tropieza generalmente con la inexistencia de informaciones y/o datos adecuados. Consecuentemente, otros autores (ALBINET & MARGAT, 1970; HAERTLÉ, 1983; ALLER et al., 1987; FOSTER & HIRATA, 1988; HIRATA et al., 1991) han sugerido el uso de sistemas menos refinados y más generales, tal como la construcción de un mapa de la vulnerabilidad universal, es decir, para todos los contaminantes.

El cuadro 2 muestra los diferentes métodos de cartografía de la vulnerabilidad de acuíferos, describiendo sus objetivos principales y los parámetros a determinar. Para representar la posible complejidad, algunos autores han incluido varios parámetros en sus métodos (HAGERTY, et al., 1973; PHILLIPS, et al., 1977; KULF et al., 1980), que reunidos muchas veces bajo la forma de multiplicación o de adición, pierden su significado físico. La utilización de muchos factores, sumando o multiplicando la incertidumbre en la información, hacen que la posibilidad de errar sea elevada. En otras ocasiones, los métodos requieren informaciones detalladas de pocos puntos, olvidándose que la variación espacial de los parámetros es mucho más importante.

Cuadro 2. Principales métodos para la determinación de la vulnerabilidad y del riesgo de contaminación de acuíferos.

Ir a Cuadro 2

De esta forma se puede entender que los métodos cartográficos de la vulnerabilidad resultan más eficaces cuando se cubre una gran área, analizando un número relativamente grande de actividades potencialmente contaminantes y un reducido nivel de información, o también en áreas donde la complejidad geológica resulta muy alta.

Una gran ventaja de los métodos de vulnerabilidad es que en muchos de ellos se pueden utilizar datos cualitativos, permitiéndose así el trabajo con intervalos de valores bastante amplios, al contrario de lo que sucede con las técnicas computacionales. El uso de la probabilidad estadística en la determinación de los parámetros que afectan el transporte de contaminantes y la determinación del impacto de degradación ambiental ha sido introducida en los modelos matemáticos de simulación, posibilitando flexibilizar los valores absolutos que antes eran usados (técnica de Monte Carlo, por ejemplo). Sin embargo esas técnicas solamente pueden ser aplicadas donde ya existe un conocimiento detallado de la hidráulica del acuífero, limitando esto su alcance práctico (FOSTER et al., 1992). Por otro lado, la flexibilidad puede acarrear que muchos métodos de determinación de la vulnerabilidad tengan poca objetividad, al ser función de la experiencia del hidrogeólogo, de difícil reproductividad.

HIRATA (1993) entiende que, en muchos casos, un inventario de las actividades contaminantes, acompañado de una definición clara de los compuestos químicos implicados, los procesos desarrollados y las formas de distribución de las materias primas y los residuos, se vuelve más importante que la propia determinación de la vulnerabilidad dentro de un estudio de peligro de contaminación de acuíferos.

Perímetros de protección de los pozos

Los perímetros de protección de pozos (PPP) fueron aplicados inicialmente en algunos países europeos. En los EUA, solamente en 1986, con la promulgación de la Safe Drinking Water Act (SDWA), se estableció de forma oficial el uso del PPP en todos los estados norteamericanos. En la actualidad el PPP resulta la técnica de protección de acuíferos más utilizada en todo el mundo.

El cuadro 3 describe 9 métodos diferentes de PPP. El cuadro 4 muestra los datos requeridos normalmente, así como la complejidad de la información y recomendaciones de uso para distintos medios acuíferos, en zonificación con uso de PPP.

Cuadro 3. Diferentes métodos para definir los perímetros de protección de pozos (basado en USEPA, 1988)

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Cuadro 4. Datos normalmente necesarios para la definición de perímetros de protección de pozos (modificado de USEPA, 1991a)

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Problemas e incertidumbres en el trazado de perímetros de protección de pozos

Inciden en la delimitación de los PPP, los siguientes problemas:

• La aplicación de diferentes métodos ha dado como resultado diferentes trazados y formatos de los perímetros. USEPA (1991 a) evaluó varias metodologías en dos localidades de los EUA. No obstante que los formatos obtenidos para los PPP fueron similares, el tiempo de tránsito resultante en el caso del modelo Numérico alcanzó hasta un orden mayor de magnitud en comparación al del método de Flujo Uniforme. El método de Mapa de Flujo dio áreas hasta un 100% mayores que el Numérico y hasta un 200% mayores en el caso del Flujo Uniforme. En la ciudad de São José dos Campos (SP, Brasil) HIRATA (1994) obtuvo resultados aún más distantes entre sí. Las dimensiones de los PPP para una misma área fueron: Radio Fijo Calculado: 24.887.425 m2; Mapa de Flujo Analítico mediante Flujo Uniforme: 2.521.948 m2; Numérico-Flowpath: 1.879.631 m2. El autor identificó, entre otros problemas, el efecto de la recarga en la ZOC como uno de los factores responsables. Entre las tres técnicas nombradas, solamente el numérico permitió el análisis de la recarga del acuífero.

• La anisotropía del medio, principalmente asociada a la conductividad hidráulica de las litologías. La obtención de datos confiables para esta variable es bastante difícil, causando muchas veces, cambios radicales en el formato de las áreas de captación en los pozos tubulares de bombeo.

• La heterogeneidad del medio, continuidad de los estratos permeables y menos permeables, grados de confinamiento y de fracturación del acuífero, así como el desconocimiento de la porosidad efectiva del acuífero y su distribución espacial. En la figura 1 se propone una guía para el trazado de perímetros en diferentes situaciones acuíferas.

  Figura 1. Delineación de perímetros de protección de pozos en diferentes situaciones hidrogeológicas

  Ir a Fig. 1

• La influencia del descenso de otros pozos de bombeo en la región. El crecimiento sin una planificación adecuada, típico de las ciudades de Ibero América, acaba generando la construcción de varios pozos tubulares en una área dada. Muchas veces la red de pozos es tan densa que cualquier trazado de un PPP terminaría por abarcar todo el espacio urbano, impidiendo o dificultando su ocupación. Además, el régimen de bombeo de estas obras causaría deformaciones de los PPP de los pozos vecinos.

• La geometría del acuífero, presencia de barreras positivas y negativas y condiciones de contorno, como ríos y drenajes y sus relaciones con el acuífero.

• La estacionalidad de los niveles de agua y de las superficies potenciométricas, así como la ocurrencia de variaciones en la dirección del flujo en el acuífero durante el año.

• Desconocimiento de la capacidad asimilativa del acuífero. Normalmente, para la determinación de los perímetros de protección de pozos no se considera la capacidad de degradación del medio, ni tampoco la dispersión. Resulta generalizada entre los hidrogeólogos la idea de que esta es una visión más conservadora y que por lo tanto propicia una mejor protección del acuífero. No obstante, en dependencia de las concentraciones de los contaminantes en el acuífero, la dispersión puede ser la causante de una reducción en el tiempo de llegada del penacho al acuífero, en comparación a los resultados del cálculo solamente por la advección.

La técnica más precisa para la determinación del PPP es, sin duda alguna, el método Numérico. Su mayor limitación es la carencia de datos hidrogeológicos y los altos costos involucrados. Ante esto resulta recomendable que para una primera aproximación sea utilizado el método de Cartografía de Flujo, conjugado con el de Flujo Uniforme. En estudios realizados en el Estado de São Paulo (HIRATA, 1994), la Cartografía de Flujo fue el método que resultó más eficaz, ante la existencia de incertidumbres sobre la hidráulica del acuífero,

Estrategias para la protección de los recursos hídricos subterráneos

Por lo expuesto, tanto las técnicas del PPP como las de cartografía de la vulnerabilidad presentan limitaciones. Por lo tanto, se entiende que la actitud más realista y práctica sería la de integrar ambas líneas de procedimiento, mediante la aplicación de las siguientes directrices (figura 2):

Figura 2. Estrategias de protección del recurso hídrico subterráneo ante problemas de contaminación por fuentes antrópicas

Ir a Fig. 2

• Áreas de futura ocupación territorial (fuentes futuras): definir una cartografía de acuíferos basada en métodos de vulnerabilidad de las aguas subterráneas a la contaminación antrópica. Con el establecimiento de las áreas más susceptibles resulta posible planificar qué actividades pueden ser desarrolladas en ellas, en el sentido de reducir tanto como sea posible las contaminaciones. En los casos de actividades de gran envergadura, se puede solicitar que los estudios de impacto ambiental pongan énfasis en las aguas subterráneas.

• Áreas ya ocupadas (fuentes existentes): Para una evaluación general del acuífero, cartografiar su vulnerabilidad natural, determinando las áreas de mayor susceptibilidad a la contaminación antrópica. Paralelamente o en áreas de mayor vulnerabilidad, asociadas o no a fuentes potenciales de contaminación, mediante inventario de pozos, establecer cuales son los de mayor importancia dentro del área (pozos o manantiales municipales o colectivos). En aquellos de mayor significado, definir los PPP por medio del uso de la metodología mas adecuada, en atención a la densidad de la información disponible y la complejidad geológica del área. A través de la interacción entre la carga contaminante potencial existente con esta zonificación del terreno y el establecimiento de PPP o de una cartografía de vulnerabilidad de acuíferos, definir zonas o actividades de mayor peligro de contaminación de acuíferos. Este procedimiento permite que haya una priorización de las acciones por parte del poder público en el control y la vigilancia ambientales, destacando aquellas actividades donde se deben desarrollar los trabajos detallados, incluyendo el monitoreo y control de actividades (Figura 3). La carga contaminante podrá ser clasificada utilizándose metodologías como la de FOSTER & HIRATA (1988). Este método hace uso de un número restringido de datos confiables, claros, y basados en una caracterización de los volúmenes de líquidos generados por la actividad (carga hidráulica), una aproximación a las sustancias contaminantes implicadas y la forma de distribución/deposición de los efluentes líquidos y los residuos sólidos. Una fuente potencial de contaminación importante son las áreas industriales abandonadas y antiguos depósitos y bodegas de materiales peligrosos. En economías de rápido crecimiento, como sucede en Iberoamérica, muchas de estas áreas serán luego utilizadas para otros fines (escuelas, tiendas, restaurantes, etc.), sin estudios de los riesgos de exposición o contaminación del medio ambiente o del hombre.

  Figura 3. Establecimiento de niveles de prioridades de acciones basado en la cartografía de PPP y vulnerabilidad de acuíferos y la clasificación de la carga contaminante.

  Ir a Fig. 3

• Áreas ya contaminadas (fuentes heredadas): identificar la importancia del acuífero contaminado con relación al tipo de usuario y la naturaleza de la demanda (futura o presente), la extensión del problema, la calidad natural de las aguas y la productividad del acuífero. Establecer cual es el riesgo, o sea el análisis de los posibles efectos en la salud de individuos o poblaciones, debido a la ingestión y/o contacto con aguas contaminadas. Ese tipo de evaluación de riesgos ha sido utilizado por la USEPA en el análisis de las posibles acciones a desarrollar ante problemas existentes en la contaminación de acuíferos. Normalmente, en la remediación siempre se debe considerar que el índice, con nivel de confianza del 95% en la curva de probabilidades, superara los 1x10-4 casos de problemas en la salud humana. Cuando el valor esté entre el anterior y el 1x10-6, deben efectuarse evaluaciones de costo-beneficio e incertidumbres. Por debajo de este último valor se considera que el Estado no tiene responsabilidad por los casos adicionales de enfermedades que ocurran (BUSMASTER & LEARH, 1991).

• Areas para nuevas captaciones de agua: priorizar el inventario de las actividades potencialmente contaminantes ya existentes y trazar perímetros potenciales de impacto (PPI) de cada actividad (concepto análogo, pero inverso a los ZOC, con el uso de las mismas técnicas). Evaluar si las áreas que están fuera de estos PPI suplen las necesidades de agua del usuario. En caso necesario, evaluar el costo-beneficio de la reubicación del actividad. El establecimiento de los PPP resulta particularmente difícil en acuíferos heterogéneos y anisotrópicos, tales como los desarrollados en rocas fracturadas, o karsificadas, o en complejos ambientes de sedimentación. De la misma forma, los acuíferos explotados mediante un considerable número de pozos en régimen variable de bombeo, en áreas de notable crecimiento urbano, vuelven la aplicación de los PPP bastante dificultosa, exigiendo costosas inversiones para el uso de técnicas sofisticadas. En estos casos, la cartografía de la vulnerabilidad, por ser más flexible y manejar datos cualitativos, ha mostrado ser más práctico y eficiente, aportando resultados más confiables (FOSTER et al., 1992). Una actividad bien caracterizada por la cartografía de la vulnerabilidad es la agrícola. Esto ocurre debido a que abarca extensas áreas, maneja productos en bajas concentraciones y ocupa la tierra por largos períodos. Por las características de una o de otra estrategia para la protección de acuíferos, la cartografía de la vulnerabilidad es más aplicable en estudios a escalas regionales y semi-detallados (1:100.000 y 1:50.000). La técnica de PPP es más adecuada a escalas detalladas (>1:50.000). Debe considerarse también que en algunas unidades acuíferas, o en una parte de ellas, no son justificables programas de protección debido a sus características hidráulicas (baja producción) o químicas (aguas de baja calidad o contaminadas). En tales zonas, una posible estrategia es la de prohibir su explotación y permitir la infiltración de efluentes o la disposición de residuos. Para la implantación de esta política debe existir una cuidadosa planificación y un rígido control para evitar riesgos asociados a:
  • uso doméstico de las aguas durante las épocas de sequía, a través de pozos unifamiliares, de difícil identificación;
  • cambios en la orientación de los flujos de las aguas subterráneas, afectando otras fuentes de captación;
  • nuevos campos de pozos o pozos importantes que cambian la dirección de flujo de las aguas subterráneas.

Administración del riesgo

Las incertidumbres asociadas a los estudios de evaluación de riesgos de contaminación de las aguas subterráneas son bastante serias y, entre sí, indisociables. Según REICHARD et al. (1990), hay tres fuentes de incertidumbre en una evaluación de riesgos:

• en los modelos matemáticos y teóricos de descripción de los procesos físico-químicos del comportamiento y el transporte de contaminantes, en la exposición humana y en la relación dosis-respuesta;
• en la incorporación de datos a estos modelos; y
• en las incertidumbres de las políticas de análisis de riesgos y en las decisiones que se han de tomar para controlarlos.

Aunque las incertidumbres causan grandes complicaciones en la evaluación y el manejo de los riesgos, muchos problemas pueden ser reducidos y controlados, si las causas de aquellas son entendidas y evaluadas. Las alternativas en la administración de los riesgos son diversas y dependen del tipo de fuente existente (Figura. 2). En el caso de que la evaluación de peligro apunte hacia áreas/actividades que indiquen un índice elevado de contaminación potencial, se deben tomar tres medidas principales:

• reubicación de la actividad;
• reubicación de la fuente de abastecimiento;
• introducción de tecnologías alternativas en el proceso, en el tratamiento y/o en la disposición de contaminantes

Cuadro 5. Principales actividades permitidas y restringidas en cada una de las zonas del perímetro de protección de pozos y vulnerabilidad de acuífero (SELBY & SKINNER, 1978; SWA, 1985; FOSTER et al., 1992; HIRATA, 1993).

Ir a Cuadro 5

En casos restringidos resulta aceptable la contaminación del acuífero, exigiéndose el tratamiento de sus aguas. Tal opción es razonable solamente después de realizar estudios de factibilidad económica sobre fuentes alternativas y la posibilidad de remediación (limpieza) del acuífero. Normalmente, donde la contaminación fue ya detectada (contaminación heredada o fuentes instaladas), una de las siguientes alternativas puede ser adoptada (Foster el al., 1992):

• aceptación de la contaminación del acuífero, buscando fuentes alternativas y garantizando la no-propagación de los penachos de contaminación (aplicación de barreras hidráulicas y/o físicas);
• tratamiento de las aguas del acuífero, después de su extracción.

En cualquiera de estas alternativas es importante, siempre que sea posible, la eliminación de la fuente de contaminación. Resulta necesario distinguir entre la contaminación de las aguas subterráneas como recurso, o sea, la que afecta o puede afectar una población o un uso específico, de aquella en que la degradación termina afectando solamente porciones restringidas del acuífero, sin ofrecer exactamente un riesgo, ni tampoco un perjuicio económico. Se considera que el primer caso representa una situación grave (tratada hasta el momento en este texto), mientras que el segundo puede ser aceptado tras estudios previos. Un claro ejemplo es la contaminación del acuífero en la porción inmediatamente inferior a la actividad antrópica. Muchas veces el medio físico tiene condiciones para asimilar la carga aplicada. El permiso podría ser concedido siempre que la contaminación se restringiese al área de las actividades. La rigidez de la completa no-contaminación de las aguas subterráneas ha generado gastos excesivos, siendo aplicada, muchas veces, sin una priorización de las actividades o las áreas de mayor importancia.

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