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Introducción
Las principales fuentes de agua potable de muchas regiones del país se encuentran constituidas por las aguas subterráneas es por ello que son un recurso importante siendo necesaria su conservación. La química natural del agua subterránea es determinada por la naturaleza del subsuelo y de las rocas que lo atraviesan. Sin embargo, esto no garantiza la pureza de líquido, ya que puede sufrir problemas de contaminación atribuida a las actividades humanas.
En las zonas de gran actividad agrícola y ganadera, como es el caso del cantón Gral. Antonio Elizalde mejor conocido como Bucay se puede generar contaminación por el uso frecuente de sustancias persistentes (fertilizantes y pesticidas) y por la descomposición de residuos orgánicos, lo que puede ocasionar un deterioro de los acuíferos que pueden resultar irreversible o altamente costoso de sanear. Este problema se agrava por la escasa o nula percepción que tiene la población acerca del tema y la despreocupación que existe por la protección de las aguas subterráneas (Reinoso, Sasal, Portela & Andriulo, 2014)
Por lo expuesto la vulnerabilidad de los acuíferos a la contaminación es un tema actual en la gestión de recursos hídricos, y su evaluación tiene como objetivo la protección del agua subterránea mediante la prevención de la contaminación y el mantenimiento de la calidad del agua subterránea no contaminada. La vulnerabilidad es descrita por Van Stempvoort (1993), como “una propiedad intrínseca que establece su susceptibilidad a ser afectado adversamente por una carga contaminante, independientemente de la presencia del contaminante”, este concepto se basa en el supuesto de que el entorno físico puede proporcionar un cierto grado de protección contra los impacto de los contaminantes, consecuentemente unas áreas son más vulnerables que otras.
Desarrollo
Los productos agrícolas con mayores hectáreas de cultivos en Bucay son cacao, maracuyá, caña de azúcar, frutas de ciclo corto como sandías, papayas, entre otras. La actividad agrícola han determinado la necesidad de utilizar herbicidas, pesticidas y abonos, especialmente la úrea, existiendo prácticamente una cultura de utilización de ciertos productos agroquímicos que genera una serie de impactos ambientales, entre los que destacan la pérdida de suelo por erosión, salinización del suelo, por drenaje insuficiente, deterioro del agua de drenaje y retorno de riegos, contaminación por movilización de elementos tóxicos y contaminación puntual y difusa por agroquímicos (Avilés, 2015). (Tabla 1)
Tabla 1 Resumen de implicaciones ambientales por actividades agrícolas.
| Problemas derivados de las actividades agrícolas | Origen | Impacto |
|---|---|---|
| Enriquecimiento de nutrientes | Alimentación, uso de suelo, fertilizantes | Presencia de nitratos, acidificación del suelo, eutrofización |
| Salinidad | Riego y drenaje insuficiente, intrusión marina, infiltración salina | Aumento de solidos disueltos (cloruro, sulfatos) |
| Elementos | Riego y drenaje | Presencia de B, Se, As, Mo, Cu |
| Calidad Sanitaria | Alimentación, residuos, pastos | Microorganismo patógenos |
| Tóxico | Uso de suelo | |
| Plaguicidas | Aplicación de cultivos almacenamiento | Contaminación difusa de plaguicidas |
Fuente: España. Instituto Universitario de Plaguicidas y Aguas (2015).
En la investigación actual no ha sido posible determinar en forma cuantitativa el efecto que podrían tener dichos productos en el subsuelo, sin embargo se puede asegurar que existe infiltración en diferentes magnitudes, lo cual depende del espesor de suelos arcillosos, que están cubriendo las capas gravo arenosas existentes en toda esa gran terraza que se incluye en la zona estudiada, también se puede asegurar que la siembra de producto corto es la que más genera procesos contaminantes, sobre todo por la frecuencia con la que los agroquímicos son vertidos sobre la capa de suelos de cultivo.
El continuo aumento de las concentraciones de fertilizantes y pesticidas se atribuye al uso progresivo de las cantidades utilizadas y, sobre todo, al prolongado tiempo de migración, de manera que las concentraciones actuales son sólo el resultado de los fertilizantes utilizados durante años, por otra parte, la recuperación natural de los acuíferos ante la contaminación de agroquímicos dada su naturaleza difusa, es lenta y al igual que la tasa de renovación de las reservas acuíferas. Los fertilizantes son elaborados con compuestos nitrogenados altamente contaminantes, los medios por los cuales las concentraciones de compuestos nitrogenados llegan a los estratos comprendidos por las zonas no saturada y saturada del suelo son diversas, en la figura 1 se representa el ciclo del nitrógeno en los suelos.
Fuente: España. Instituto Universitario de Plaguicidas y Aguas (2015).Fig. 1 -Ciclo del nitrógeno en el suelo.
Entre las etapas que pueden causar la contaminación de los estratos superficiales y profundos de las zonas no saturada y saturada se identifican las siguientes: Absorción y fijación del amonio, inmovilización por microorganismos, mineralización, nitrificación y lixiviación, en esta última etapa se da la migración del nitrógeno inorgánico hacia los horizontes más profundos del suelo y hacia el acuífero. Toda vez que los nitratos llegaren alcanzar el acuífero, los factores que influyen en su distribución son: difusión y dispersión, la permeabilidad, el tipo de flujo (dirección, sentido y velocidad), la anisotropía del acuífero y la distribución de las entradas de agua y nitratos.
En cuanto a los Plaguicidas, son definidos por la Organización Mundial para la Alimentación y la Agricultura, como “cualquier sustancia o mezcla de ellas utilizada para prevenir o controlar plantas o animales indeseables e incluso aquellas otras destinadas a utilizarse como regulador del crecimiento de la planta, defoliante o desecante”. (Ongley, 1997)
Las características más importantes que controlan la migración de plaguicidas en aguas y suelos, son su movilidad y persistencia, ya que deben ser suficientemente móviles como para alcanzar sus fines, pueden ser clasificados como: Herbicidas, Fungicidas e Insecticidas y acaricidas. Al igual que el que los compuestos nitrogenados, los pesticidas sufren procesos de degradación y transformación, total o parcial, lo que conlleva a la formación de nuevos productos, que llegan a ser más móviles, persistentes y peligrosos que los compuestos de partida (figura 2).
Fuente: España. Instituto Universitario de Plaguicidas y Aguas (2015).Fig. 2 -Ciclo de los pesticidas en el suelo, migración a los acuíferos.
La propagación de los pesticidas, al igual que los fertilizantes, una vez ingresado a la zona no saturada, presentas movimiento errático en su viaje a los mantos acuíferos, dependiendo en gran medida de las características de las capas del suelo por el cual viajan. La migración del lixiviado de plaguicidas hacia el acuífero es un fenómeno complejo en el que intervienen numerosos procesos que se da tanto en la capa edáfica, donde ocurre gran actividad biológica, como en la zona no saturada.
Por otro lado, es importante destacar que en el caso de estudio las capas de suelo arcilloso, donde se cultiva, pueden variar entre 30cm y 1m de espesor, los sectores más afectados serán aquellos donde se tiene las capas de suelo más delgadas. Un gran porcentaje de los suelos de Bucay son arcillosos o limo arcilloso, los cuales poseen una permeabilidad baja. Para estimar el grado de infiltración que puede darse incluyendo productos químicos es necesario partir de la permeabilidad vertical de los mencionados suelos cuyos valores son inferiores a 1.5x10-6 cm/s, esto implica que para que una partícula líquida se traslade en una distancia de 1 metros (espesor de la capa más gruesa), se requerirá un tiempo aproximado de 2 años, mientras que en espesores de 30 cm el tiempo necesario será de 8 meses.
Braitman (1991), define a los métodos paramétricos como “aquellos que emplean un grupo de ecuaciones matemáticas asociadas, en el que escenarios alternativos son definidos mediante la variación de los valores asumidos en un grupo de coeficientes fijos (parámetros)”, para identificar la vulnerabilidad de los acuíferos se identificaron los siguientes métodos:
Métodos de matriz: Utilizan parámetros muy seleccionados y sólo tienen aplicabilidad local.
Métodos de puntuación (RS): Cada parámetro está divido en clases a las que se le atribuye una puntuación, la más destacada de este grupo es la metodología GOD (Gonzaléz, 2003).
Métodos de relaciones analógicas: Utilizan expresiones matemáticas que relacionan parámetros claves como un indicador del índice de vulnerabilidad como el AVI (Lobo, 2014).
Métodos de puntuación y ponderación (PCSM), en los que además de asignar una puntuación, cada parámetro es multiplicado por un factor ponderador, en este grupo destaca la metodología DRASTIC.
La presente investigación se desarrolló en las estribaciones de la cordillera occidental de Los Andes, en un área que políticamente pertenece al cantón Gral. Antonio Elizalde, provincia del Guayas. El área de estudio se ubica a pocos kilómetros de la ciudad de Bucay, el terreno forma una planicie con una suave pendiente en dirección al noroeste. Dadas las características geológicas y geotécnicas de los depósitos aluviales que conforman la gran planicie (anexo 1), bajo la cual se albergan los mantos acuíferos caracterizados, la posible infiltración de elementos y compuestos contaminantes es un hecho (Pindo, 2013).
Con el propósito de determinar herramientas que permitan gestionar y ayudar a la toma de decisiones en cuanto al manejo sostenible y sustentable de prácticas agrícolas en esta área, se plantea el estimar cuantitativamente el o los riesgos por la contaminación de sustancias vertidas sobre la superficie, para ello se estableciendo indicar el Índice de Vulnerabilidad del Acuífero empleando el método DRASTIC desarrollado por Aller, Bennet, Lehr, Petty & Hackett (1987).
Este método es usado actualmente tanto para la cualificación como para la cartografía y se basa en la asignación de índices que van de 1 (mínima vulnerabilidad) hasta 10 (máxima vulnerabilidad), los factores que analiza el DRASTIC, comprenden:
Depth: Profundidad del agua subterránea.
Recharge: Recarga neta.
Aquifer: Litología del acuífero.
Soil: Tipo de suelo.
Topography: Topografía.
Impact: Naturaleza de la zona no saturada.
C hydraulic conductivity: Conductividad hidráulica del acuífero.
Dependiendo del tipo de contaminante que se llegue a hacer referencia el método DRASTIC, valorará en una escala del 1 al 5, la vulnerabilidad ante dicha sustancia, la metodología multiplica y suma los productos de cada parámetro analizado, de acuerdo como lo indica la siguiente expresión:
Los valores de cada ítem se obtienen de las tablas adjuntas: (Tablas 3, 4, 5, 6)
Tabla 3 -Factores de ponderación para el método DRASTIC.
| FACTORES DE PONDERACIÓN | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| TIPO DE CONTAMINANTE | Dw | Rw | Aw | Sw | Tw | Iw | Cw |
| Pesticida (DRASTIC-P) | 5 | 4 | 3 | 5 | 3 | 4 | 2 |
| No Pesticida | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 | 3 |
Fuente: Aller, et al. (1987).
Finalmente, al ejecutar la operación de la suma de los 7 parámetros se compara el resultado y dependiendo del valor alcanzado se determina el índice de vulnerabilidad del acuífero (IVA) ante la presencia de pesticidas, así como la vulnerabilidad intrínseca del acuífero.
Tabla 4 Grados de vulnerabilidad método DRASTIC.
| VULNERABILIDAD GENERAL | VULNERABILIDAD PESTICIDAS | ||
|---|---|---|---|
| GRADO | VULNERABILIDAD | GRADO | VULNERABILIDAD |
| Muy bajo | 23 - 64 | Muy bajo | 26 - 73 |
| Bajo | 65 - 105 | Bajo | 74 - 120 |
| Moderado | 106 - 146 | Moderado | 121 - 167 |
| Alto | 147 - 187 | Alto | 168 - 214 |
| Muy alto | 188 - 230 | Muy alto | 215 - 260 |
Fuente: Aller, et al. (1987).
En función de las características de los parámetros físicos que se han sido determinados con ayuda de los resultados de laboratorio, observaciones topográficas, geológicas y geofísicas, se establecieron los diferentes valores que el procedimiento exige, a continuación, se detallan:
(D) profundidad: se estimó que el evento más desfavorable ocurriría cuando el nivel de la capa saturada coincidiera con la capa freática, determinándose una profundidad promedio del 1.5m, con una valoración Dr = 10.
(R) recarga: de acuerdo a las datos pluviométricos, características geológicas y condiciones de recarga, el estudio hidrogeológico determinó que tendría una recarga superior a los 250mm. Por consiguiente, se evaluó este parámetro con Rr = 9.
(A) litología: con ayuda del estudio geotécnico se determinó el tipo de materiales que componen la capa no saturada, inferior a la capa edáfica, identificándose aluviones de arena y grava. Por consiguiente, se evaluó un Ar = 8.
(S) tipo de suelo: al igual que la litología se hizo uso del estudio geotécnico, estableciendo que la matriz de suelo estaba constituida por arenisca margosa, valorándose al Sr = 6.
(T) pendiente: identificando las zonas de recarga del acuífero (puntos más altos), hasta las zonas más bajas, se estableció una pendiente promedio mayor al 2%, con ello un valor Tr = 9.
(I) composición de la zona no saturada: el aluvión que constituye el acuífero está conformado principalmente por areniscas y gravas, la formación rocosa no es un manto calcáreo, así que es de naturaleza “arena o grava con contenido de cieno y arcilla significativo”. Por consiguiente, se escoge un valor Ir = 6.
(C) conductividad hidráulica: las evaluaciones del caso, con ayuda de los sondeos eléctricos verticales, y los estudios geotécnicos, ayudaron a identificar la conductancia y transmisividad acuífera, se determinó que la conductividad hidráulica está dentro del rango 3,4 x 10-5 a 4,7 x10-2 cm/s, estimándose un valor de Cr = 6.
Tabla 5-Resultados del Índice de Vulnerabilidad pesticidas, método DRASTIC.
| ÍNDICE DE VULNERABILIDAD PESTICIDAS | ||||||||
| Factor | D | R | A | S | T | I | C | total |
| w | 5 | 4 | 3 | 5 | 3 | 4 | 2 | |
| r | 10 | 9 | 8 | 6 | 9 | 6 | 6 | |
| IVA | 50 | 36 | 24 | 30 | 27 | 24 | 12 | 203 |
Fuente: Propia
Tabla 6-Resultados del Índice de Vulnerabilidad intrínseca (general), método DRASTIC.
| ÍNDICE DE VULNERABILIDAD INTRÍNSECA | ||||||||
| Factor | D | R | A | S | T | I | C | total |
| w | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 | 3 | |
| r | 10 | 9 | 8 | 6 | 9 | 6 | 6 | |
| IVA | 50 | 36 | 24 | 12 | 9 | 30 | 18 | 179 |
Por consiguiente, se puede observar que el índice de vulnerabilidad (IVA), que presenta la planicie aluvial de Bucay frente al futuro o probable uso de agroquímicos, es igual a 203. Por lo tanto, posee un riesgo Alto, conforme los indica la tabla 4.
En cuanto a la vulnerabilidad que presenta a otro tipo de contaminantes menos persistentes, (contaminación por asentamientos humanos), el índice de vulnerabilidad (IVA), es igual 179, que de acuerdo a la tabla 4, posee un riesgo Alto. Con ello se establece que, para las actividades de desarrollo agrícola, la gestión y la toma de decisiones deberán ir sujetas a determinar los medios más favorables, para evitar daños persistentes en el cuerpo acuífero y la degradación de los suelos.
Conclusiones
Las capas de suelo que cubren el manto Acuífero del cantón Gral. Antonio Elizalde presentan espesores relativamente delgados, exponiendo el cuerpo acuífero ante la emitente percolación de sustancias persistentes, ya que las características intrínsecas de la litología de la zona no saturada están constituidas por grava arenosa, cuyos intersticios permiten una excelente transmisividad del agua a través de la zona saturada. Gracias al método DRASTIC se puedo evaluar cuantitativamente los Índice de vulnerabilidad (IVA), que el acuífero posee en condiciones generales (IVA = 179) y ante la presencia de pesticidas (IVA=203), ambas correspondientes a la escala de valores altos.
Este particular nos muestra, que pese no existir un desarrollo de actividades agrarias u otras capaces de verter sustancias químicas, con propiedades tóxicas o degenerativas del suelo, la facilidad de contaminación o daño que pueda ocasionarse hacia el acuífero son altas, lo que implica que el desarrollo de actividades similares a la extracción o explotación del acuífero como fuente agua, constituye un riesgo eminente para la afectación del agua subterránea almacenada.
