ISÓTOPOS AMBIENTALES en el

CICLO HIDROLÓGICO Principios y Aplicaciones W. G. MOOK editor

SECCIÓN V IMPACTO ANTRÓPICO SOBRE

LOS SISTEMAS SUBTERRÁNEOS

por Klaus-Peter Seiler GSF-Instituto de Hidrología, Neuherberg Alemania

Autores Colaboradores E.Müller, A.Hartmann, P.Trimborn, GSF-Centro Nacional de Investigación, Neuherberg, Alemania F.Decarli, J.Alvarado Rivas, Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables (MARNR) Caracas, Venezuela A. Jiriez, Universidad de Muta, Jordania I. Sajjad, Instituto Pakistaní de Tecnología Nuclear, Rawalpindi, Pakistan

PREFACIO

DE LA SECCIÓN

El agua es un componente esencial de los ecosistemas y de la salud del hombre. Como la población está aumentando, se necesita más alimento, el hombre se desplaza a las zonas urbanizadas y la industrialización se intensifica. Todo ello afecta a la calidad y la cantidad de los recursos de agua. De aquí surgen una serie de problemas: – la explotación de las reservas de agua se concentra cada vez más en las áreas locales, donde se exige más agua a un precio inferior; – la urbanización contribuye a modificar la recarga de agua subterránea, ya que por un lado la superficie asfaltada impide la infiltración y por otro se aumenta por fugas del sistema de transporte de agua subterráneo, que está enterrado; – la calidad del agua subterránea se ve afectada por las fugas y los vertidos accidentales de residuos líquidos y sólidos que se producen en algunos lugares; generalmente se trata de vertidos no tratados o no depurados, lo que puede acarrear serios problemas de contaminación; – el uso excesivo de agroquímicos influencia el funcionamiento natural del acuífero y del terreno, lo que dificulta los procesos de autodepuración; – las emisiones del quemado de combustibles y residuos se concentran en pocos lugares; en las proximidades de las fuentes de emisión, lo que provoca una contaminación intensa y casi inmediata; tambien en zonas más distantes donde aumentan gradualmente los impactos sobre las recursos de agua y los ecosistemas mediante la deposición seca y húmeda; – la expansión de las actividades del hombre en las zones áridas y semiáridas lleva a menudo al deterioro de los recursos como consecuencia de la sobreexplotación o la desertificación;

V – la deforestación perturba el balance y la calidad de agua, y acrecenta la erosión.

Como las reservas de agua resultan afectadas por los cambios en los usos del suelo y del agua, con un largo tiempo de retraso, las actividades del hombre deberian adaptarse major a las condiciones hidrodinámicas básicas para así satisfacer mejor la necesidad de disponer de un abastecimiento seguro de agua potable, la protección contra las inundaciones y la producción industrial y de alimentos. Tales condiciones hidrodinámicas básicas comprenden, por ejemplo, la recarga del recurso, en estado estacionario o con dinámica transitoria, y la estratificación química, lo que puede contribuir al desarrollo de metodologías de exploración y explotación que garanticen un suministro de agua sustentable en calidad y cantidad. Se sabe bien que las técnicas de remediación de los recursos de agua implican un esfuerzo costoso aunque crucial, con una eficiencia a menudo baja, para restaurar los ecosistemas y proporcionar un suministro de agua potable en función de las normas existentes. Para evitar tales esfuerzos debe producirse un avance en las investigaciones básicas y aplicadas en lo que se refiere al comportamiento físico, químico, microbiano e hidráulico de las reservas de agua, para así generar estrategias efectivas y a largo plazo para la protección de estas reservas. La investigación hidrogeológica es muy interdisciplinar y se basa en estudios geológicos, hidráulicos, hidroquímicos, microbianos e isotópicos, cada uno con su eficiencia y alcance específico de aplicación: – las investigaciones geológicas proporcionan condiciones de contorno elementales para establecer y desarrollar los modelos conceptuales que se utilizan para la modelación matemática, – las investigaciones hidráulicas proporcionan los parámetros asociados al sistema, que generalmente se basan en información local 423

que se ha de extrapolar espacial y temporalmente, y se necesitan series de datos largas; estas se procesan estadísticamente mediante modelos matemáticos para describir mejor la dinámica del sistema; – los isótopos ambientales introducen información espacio-temporal integral que puede reducir la falta de información y proporcionan relaciones entre los datos que faltan en las series; – la hidroquímica aporta información sobre el comportamiento reactivo de los componentes del agua y de ciertos compuestos de los reservorios de agua; – los estudios microbianos y químicos se utilizan para entender la resiliencia (capacidad natural de atenuación) de los rerecursos de agua.

Como muchas zonas del mundo carecen de datos a largo plazo en cuanto a las recursos de agua, se utilizan los métodos tradicionales e isotópicos junto con la modelación matemática, ya que a menudo dan respuesta a las cuestiones más importantes sobre el origen del agua subterránea, las reacciones químicas, los flujos, las edades y los procesos de mezcla que tienen lugar en los reservorios, de forma natural y por efecto antrópico. Sólo de esta manera se pueden desarrollar las estratégias para la exploración, explotación y protección de las aguas subsuperficiales. El objetivo de esta sección es demostrar como se debe realizar la elección de las displinas y métodos de aplicación combinada en el caso de las perturbaciones específicas del hombre sobre el medio natural.

Neuherberg, Marzo de 2000 K.-P. Seiler

424

CONTENIDO 1

SUSCEPTIBILIDAD

DE LA SECCIÓN

A LA CONTAMINACIÓN DE LOS ACUÍFEROS E INVESTIGACIÓN

DE LA CONTAMINACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

2

2.2

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Extracción de agua subterránea de pozos profundos en la cuenca de Molásica del Sur de Alemania. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 El límite de tritio en el área de estudio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Campo del flujo hidrodinámico en las proximidades de los pozos profundos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Origen de las aguas subterráneas salinas en el área del lago de Valencia, Venezuela. . . . . . . 2.2.1 Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Síntesis hidrogeológica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Origen de las aguas subterráneas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3.1 Hidroquímica e isótopos al Este y Sudeste del lago. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3.2 Agua subterránea al Oeste y al Norte del lago. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.4 Balance de agua en el área de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

EL RIEGO Y SU IMPACTO EN LA CALIDAD DEL AGUA SUBTERRÁNEA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .

3.1

4

...................................................................

Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El papel de las aguas subterráneas en los sectores humanos y en los ecosistemas. . . . . . . . . . . . Potencial de transporte de los componentes de descarga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades de las rocas y susceptibilidad de los acuíferos a la contaminación. . . . . . . . . . . . . . . . . Comportamiento reactivo de los contaminantes en los acuíferos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actividades microbianas en los acuíferos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dinámica del agua subterránea en los sistemas acuíferos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuentes de contaminación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

EXPLOTACIÓN Y EXPLOTACIÓN INTENSIVA DEL AGUA SUBTERRÁNEA. . . . . . . . . . .

2.1

3

V

Impacto del riego en la recarga en los terrenos áridos con varios tipos de sedimentos. . . . . 3.1.1 Condiciones límite experimentales y comportamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Discusión de los resultados de percolación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 La contribución de las aguas de riego y de los canales en el área que hay entre Chenab y Ravi, Punjab, al encharcamiento con agua subterránea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IMPACTO 4.1

...

DE LA URBANIZACIÓN EN EL AGUA SUBTERRÁNEA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

..........

Gestión del agua subterránea en la ciudad de Caracas, Venezuela. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Geología del valle de Caracas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Balance de agua y el origen de las aguas subterráneas que hay bajo la ciudad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3 Concentraciones isotópicas estables del agua subterránea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.4 Dinámica del agua subterránea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.5 Contaminantes en el agua subterránea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

427 427 428 429 430 431 432 433 437 439 443 443 443 444 445 445 446 446 447 448 449 451 452 453 453 457 459 460 460 461 461 461 462

425

5

IMPACTO 5.1

6

465 465 465 466 466 467 468 469 470 470

DEL USO DEL SUELO EN LA CALIDAD DEL AGUA SUBTERRÁNEA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

MUESTREO 6.1 6.2 6.3 6.4

7

.

Papel de las facies sedimentarias en el almacenamiento y en la degradación de agroquímicos en las áreas Kársticas del Sur de Alemania. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Carbonatos del Malm del Alb de Franconia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Resultados de las experiencias con trazadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Dilución de los trazadores colorantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.5 Tritio en las aguas subterráneas de las facies en capas y arrecifales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.6 Destino de los nitratos en las facies estratificadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.7 Poblaciones bacterianas en el agua subterránea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.8 Experiencias de desnitrificación de laboratorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DEL AGUA: MÉTODOS Y PRECAUCIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Construcciones de pozos y muestreo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Instrumentos de muestreo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cantidades de muestra y almacenamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Muestreo de las aguas de filtración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

REVISIÓN DE LAS FUTURAS APLICACIONES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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473 473 474 475 476 479

REFERENCIAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

426