ARTÍCULO ORIGINAL
Potencial de carga contaminante en sector hidrogeológico de la provincia Ciego de Ávila
Potential pollution load in hydrogeological sector in Ciego de Avila ]]>
MSc. Yamilé Jiménez Peña,I MSc. Vania Mireya Vidal Olivera,I MSc. Rafael González-Abreu Fernández,II MSc. Levis A Valdés González,I Lic. Marisleys Castro Carrillo,I
I Centro de Investigaciones en Bioalimentos (CIBA), Morón. Ciego de Ávila.
II Empresa de Aprovechamiento Hidráulico Ciego de Ávila (EAH CA), Ciego de Ávila.
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RESUMEN
Las aguas subterráneas presentan una permanente amenaza de contaminación ocasionada por acciones antrópicas, tales como el desarrollo urbano o las actividades industriales, mineras o agrícolas, constituyendo esto un riesgo para el ecosistema y la salud si se considera al recurso subterráneo como proveedor de agua para consumo humano. Es por ello que, en este estudio, se aplicó el método POSH, herramienta que permitió identificar las fuentes contaminantes enmarcadas en el sector hidrogeológico CA-I-5, las actividades que más inciden con fuentes contaminantes de interés para la protección del acuífero unido a la clasificación y estimación de la carga contaminante al subsuelo; aspectos que constituyen un paso fundamental en los programas de evaluación de peligro de contaminación y protección de la calidad de las aguas subterráneas en la provincia avileña.
Palabras clave: acción antrópica, aguas subterráneas, contaminación, método POSH.
ABSTRACT
Groundwaters are subjected to a continuous threat of pollution from anthropogenic action, such as urban development, agricultural, industrial, mining activities and others which constitutes a risk to the ecosystem and even human health if considered the underground water resource as a supplier for human consumption. That is why in this study the POSH method was applied, a tool which identifies pollution sources framed in the hydrogeological sector CA-I-5, the activities that most influence with polluting sources of interest for the protection of the aquifer together with the classification and estimation of subsurface contaminant load, both of which are a key step in risk assessment programs of pollution and protecting the quality of groundwater in Ciego de Avila province.
Key words: human action, groundwater, pollution, POSH method.
INTRODUCCIÓN
La importancia del agua subterránea es incuestionable, ya que abarca casi 95 % de los recursos útiles del agua dulce proporcionando, en la mayoría de los países, más de la mitad del agua de abastecimiento humano y desempeñando un importante papel en el mantenimiento de la humedad del suelo, el caudal de los ríos y las zonas húmedas (Garfias et al. 2002), (González et al. 2006), (Helga et al. 2014).
La contaminación de las aguas subterráneas se detecta más difícilmente que en las aguas superficiales siendo, además, mucho más persistente y difícil de corregir. Varias son las causas potenciales de deterioro de la calidad de un acuífero, pero las más importantes están relacionadas con las actividades antrópicas, ya que éstas son generadoras de carga contaminante al subsuelo. Se debe señalar que las actividades de mayor potencial de generación de contaminantes están asociadas con la utilización o manejo de compuestos de gran toxicidad (pesticidas, fertilizantes y productos químicos) muy persistentes y de gran movilidad en los acuíferos. Por otro lado, las cargas hidráulicas impuestas como lagunas de irrigación, en el caso de actividades agrícolas, también constituyen un foco importante de contaminación (Foster et al. 1998), (González et al. 2006), (Jiménez 2008), (Oliveira y Guimarães 2010).
La revisión general de incidentes de contaminación de agua subterránea conocidos conduce a las siguientes observaciones importantes, las cuales son de relevancia a pesar del hecho que la mayoría de los trabajos publicados se refiere a los países más industrializados y pueden no ser representativos de aquellos en vías de desarrollo económico (Foster et al. 2002):
· Gran cantidad de actividades antrópicas son potencialmente capaces de generar importantes cargas contaminantes, aunque sólo algunas son generalmente responsables de la mayoría de los casos importantes de contaminación del agua subterránea (tabla 1).
· La intensidad de la contaminación de un acuífero no es normalmente una función directa del tamaño de la actividad potencialmente contaminante en la superficie del terreno suprayacente. Muchas veces pequeñas actividades (tales como talleres mecánicos) pueden causar gran impacto en la calidad del agua subterránea.
· Las industrias más grandes y sofisticadas generalmente ejercen un mayor control y monitoreo en la manipulación y disposición de sustancias químicas y efluentes para evitar los problemas fuera de las instalaciones debido a la inadecuada disposición de los efluentes o derrames accidentales de los productos químicos almacenados. ]]>
· Debido a las condiciones económicas inestables que suelen padecer los pequeños emprendimientos industriales, es relativamente común su apertura y cierre en cortos períodos de tiempo, lo que dificulta la identificación y control de la contaminación del agua subterránea y puede ser causa de una herencia de terrenos contaminados.· La cantidad de sustancias potencialmente contaminantes utilizadas en la industria no mantiene una relación directa con su ocurrencia como contaminantes en el agua subterránea, más bien el factor clave es la movilidad y persistencia de las especies contaminantes en el subsuelo.
· Cantidades relativamente pequeñas de compuestos químicos más tóxicos y persistentes son capaces de generar grandes cargas de contaminación en el agua subterránea, particularmente en sistemas acuíferos caracterizados por grandes velocidades de flujo del agua subterránea.
· La naturaleza de las actividades contaminantes (particularmente en términos de tipo e intensidad del contaminante) puede, en algunos casos, ejercer una importantísima influencia en el impacto sobre la calidad del agua subterránea independientemente de la vulnerabilidad del acuífero.
De esta forma, el inventario y clasificación sistemáticos de fuentes de contaminación potencial constituyen un paso fundamental en los programas de evaluación de peligro de contaminación y protección de la calidad de las aguas subterráneas. Por lo antes expuesto, este trabajo tiene como objetivo: identificar las fuentes potencialmente contaminantes enmarcadas en el sector hidrogeológico CA-I-5, cuenca Morón, con el propósito de desarrollar estrategias de protección de la calidad de las aguas subterráneas.
ÁREA DE ESTUDIO
La investigación se enmarca en el sector hidrogeológico CA I-5 de la cuenca geológica Morón, en la provincia Ciego de Ávila. Ocupa un área de 219,0 km2 desde el parteaguas central hasta los límites del Gran Humedal del Norte de Ciego de Ávila, colindando con los sectores CA-I-4 y CA-I-6 respectivamente. Este sector hidrogeológico tiene para proteger 70,6 hm3 de recurso hídrico dinámico y 52,9 hm3 de recurso explotable (figura 1), donde se ubican varias fuentes importantes de abastecimiento humano en el territorio avileño.
INVENTARIO DE FUENTES CONTAMINANTES ]]>
Cargas contaminantesEl diseño del inventario de fuentes potencialmente contaminantes comprendió la identificación, localización espacial y la caracterización sistemática de todas las fuentes asociadas con las diferentes actividades antropógenicas desarrolladas en el área de estudio, junto con la obtención de información sobre su evolución histórica donde fue apropiado y posible. Esta información sirvió de base para la evaluación de cuáles actividades tienen el mayor potencial de generación de cargas contaminantes peligrosas para el subsuelo.
El proceso de inventario se realizó mediante la aplicación de encuestas básicas que contempló una lista de preguntas y respuestas estandarizadas que tuvieron como base criterios claramente definidos, mensurables y reproducibles tales como: descripción del sistema de tratamiento, disposición final de efluentes de procesos, cantidad de agua utilizada en la actividad, pozos propios o estatales, entre otros, de modo que sean capaces de generar un conjunto de datos razonablemente homogéneos. Además se efectuaron verificaciones in situ con vista a evaluar la veracidad de la información brindada.
Características de la carga contaminante del subsuelo
El procedimiento utilizado para conocer la carga contaminante derivada de las actividades inventariadas, consiste en estimar el peligro potencial de contaminación que representa cada fuente contaminante para las aguas subterráneas. Se utilizó la metodología desarrollada por Foster et al. (2002), quienes plantean que desde un punto de vista teórico, la carga contaminante al subsuelo generada por una actividad antrópica dependerá de las características siguientes:
· Clase del contaminante involucrado, definido por su persistencia probable en el ambiente subterráneo y por su coeficiente de retardo relacionado con el flujo de agua subterránea.
· Intensidad de la contaminación, definida por la concentración probable del contaminante en el efluente o lixiviado, en relación con los valores guía recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para la calidad de agua potable y por la proporción de la recarga del acuífero involucrada en el proceso de contaminación.
· El modo en que el contaminante es descargado al subsuelo, definido por la carga hidráulica (incremento sobre la tasa de recarga natural o sobrecarga hidráulica) asociada con la descarga del contaminante y la profundidad debajo de la superficie del terreno en la cual el efluente o lixiviado contaminado que ingresa es descargado o generado, la duración de aplicación de la carga contaminante, definida por la probabilidad de descarga del contaminante al subsuelo (ya sea intencional, incidental o accidentalmente) y por el período durante el cual la carga contaminante será aplicada.
CLASIFICACIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA CARGA CONTAMINANTE DEL SUBSUELO
Ocurrencia espacial y temporal ]]>
Para la clasificación de las actividades potencialmente contaminantes en el sector hidrogeológico CA-I-5 se tuvo en cuenta su distribución espacial que proveerá una impresión directa y visual del tipo de peligro de contaminación del agua subterránea que ellas plantean y las medidas de control que pueden requerirse según Hirata (2002) y Johansson and Hirata (2001):Fuentes de contaminación difusa: no generan una contaminación del agua subterránea claramente definida sino que normalmente impactan en un área.
Fuentes de contaminación puntual: normalmente producen una contaminación claramente definida y más concentrada, las cuales facilitan su identificación (y en algunos casos el control).
Otra consideración importante es si la generación de la carga contaminante al subsuelo es una parte inevitable o integral del diseño de una actividad antrópica (por ejemplo como es el caso de tanques sépticos) o si la carga es generada incidental o accidentalmente. (Johansson and Hirata 2001)
Otra manera útil de clasificar las actividades contaminantes fue a partir de la base de su perspectiva histórica, que también ejerce una mayor influencia en el procedimiento para su control:
Fuentes pasadas (o heredadas) de contaminación: donde los procesos contaminantes o la actividad completa cesó algunos años (o décadas) anteriores al momento del inventario pero aún existe peligro de generación de carga contaminante al subsuelo por el lixiviado de los terrenos contaminados.
Fuentes existentes de contaminación: las que continúan siendo activas en el área de inventario.
Fuentes potenciales futuras de contaminación: relacionadas con actividades identificadas en la etapa de planificación.
Caracterización de la carga contaminante
Para la evaluación de la carga contaminante se aplicó el método POSH (Pollutant Origin Surcharge Hydraulic) creado por Foster and Hirata (1988) y revisado por Foster et al. (2002). Con la aplicación del método se pudo clasificar la carga contaminante que es vertida al sector CA-I-5 en dos características fácilmente estimables: el origen del contaminante (Pollutant Origin), traducido en la posibilidad de presencia de una sustancia contaminante del agua subterránea de acuerdo con el tipo de actividad y su sobrecarga hidráulica (surcharge hydraulic) que se estima sobre la base del uso del agua en la actividad relacionada. ]]>
Teniendo en cuenta algunos datos de interés como densidad poblacional (Censo 2014), cobertura de tratamiento de residuales, estado del sistema de tratamiento aplicado, cantidad y tipo de productos químicos empleados, tipo de suelo, etc., este método permitió calificar las fuentes en tres niveles cualitativos de «potencial de generación de una carga contaminante al subsuelo» (tabla 2 y tabla 3).El inventario arrojó un total de 104 fuentes contaminantes, distribuidas en toda el área de estudio, incidiendo en tres municipios de la provincia (Ciego de Ávila, Ciro Redondo y Morón). La figura 2 evidencia que estas fuentes están muy cerca de la red hidrográfica y fuentes de abastos, las cuales pueden verse afectada en corto y mediano periodo de tiempo, si se tiene en cuenta el origen de las fuentes contaminantes y el inadecuado o nulo tratamiento que presentan las aguas residuales derivadas de la mayoría de estos procesos productivos, según se pudo constatar en las visitas. Todo ello puede contribuir al deterioro de la calidad de las aguas subterráneas en este sector hidrogeológico que se explotan con varios fines, destacándose el de abasto de agua para consumo humano.
La tabla 4 evidencia que de los seis grupos de actividades desarrollados dentro del sector CA-I-5, los más representativos son el de urbanización con el 36 %, que incluye fuentes contaminantes asociadas con asentamientos humanos, centros de salud, centros educacionales y otros; la actividad agropecuaria con el 34 %, destacándose las fuentes asociadas con la producción porcina a pequeña y mediana escala unida a las prácticas agrícolas en menor proporción y el 24 % correspondiente al desarrollo industrial, en la que se destacan las producciones de mermelada de frutas y conservas a través de las mini industrias existentes en la zona, además de otras producciones de alimentos y bebidas a escala industrial (figura 3). Todo ello indica que el sector hidrogeológico CA-I-5 constituye un área de estricto control y seguimiento por parte de los decisores de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico (EAH) y el CITMA del territorio, por los daños y consecuencias que este fenómeno puede provocar. Si se añade a esta situación la sequia que está confrontando la provincia donde este sector es uno de los más afectados, se hace evidente que la calidad de las aguas subterráneas está en grave peligro.
En la figura 4, figura 5 y figura 6 se muestra el porcentaje de las fuentes contaminantes según las actividades más representativas dentro del área de estudio. Las de mayor incidencia dentro del sector urbano son los asentamientos humanos en zonas rurales, urbanas y suburbanas con el 37 %, 21 % y 18 % respectivamente; en el caso del sector agropecuario prevalece con un 82 % la crianza de cerdos a través de productores pertenecientes a CCSF con o sin convenio con la empresa porcina del territorio y en el caso del sector industrial las fuentes de mayor impacto están asociadas con las fábricas de alimentos con el 63 %, clasificadas por el método POSH como industrias de tipo 1 destacándose entre ellas las mini-industrias.
El municipio Ciego de Ávila es el que más incide en el sector objeto de estudio, con 43 fuentes potencialmente contaminantes, representando el 41 % del total (figura 7). En este municipio se encuentran ubicadas el 75 % de las industrias inventariadas siendo consideradas todas de gran importancia para el territorio. Esto ha permitido ir desarrollando algunas propuestas de control y seguimiento para las fuentes inventariadas, que en su conjunto aportan un mayor grado de contaminación hacia el acuífero ]]>
En otro orden de análisis se tuvieron en cuenta los sistemas de tratamiento aplicados para la depuración de las aguas residuales derivadas de cada una de las fuentes inventariadas.
En sentido general se puede comentar que el 79 % de las fuentes asociadas con el sector urbano, principalmente asentamientos en zonas suburbanas y rurales, aplican saneamiento in situ (fosas sépticas y letrinas). El 74 % de las fuentes vinculadas con la actividad industrial implementan lagunas de estabilización y 26 % no aplica ningún sistema. En el caso de la actividad agropecuaria el 81 % de sus fuentes aplican lagunas de estabilización y el 13 % tecnología de digestión anaerobia. Los sistemas de tratamiento aplicados en su mayoría presentan serios problemas de funcionamiento y mantenimiento, aspecto importante a tener en cuenta en la estrategia para la protección del acuífero, pues el no control y seguimiento de estas acciones contribuirán con la generación de altas cargas contaminantes hacia los cuerpos de aguas subterráneos.
CLASIFICACIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA CARGA CONTAMINANTE DEL SUBSUELO
Una vez inventariadas las fuentes potencialmente contaminantes del área de estudio se procedió a la clasificación y estimación de la carga contaminante al subsuelo que se halla asociada con estas fuentes.
De las 104 fuentes contaminantes inventariadas en el área de estudio, 69 que representan el 66 % del total, se clasifican como fuentes contaminantes puntuales, pues producen plumas claramente definidas y más concentradas, las cuales facilitan su identificación y en algunos casos el control. El resto, 34 %, corresponde con fuentes de contaminación difusa, pues no generan plumas de contaminación del agua subterránea claramente definidas sino que normalmente impactan en un área (figura 8).
Fuentes de contaminación difusas
Áreas residenciales suburbanas y rurales sin servicio de alcantarillado
El rápido crecimiento de la población en estas áreas objeto de estudio (21 asentamientos con un total de 6503 habitantes al cierre del 2014 que representa el 26 % del total de habitantes en el sector) ha aplicado en grandes áreas dependientes sistemas in situ a través de letrinas (2077) para su saneamiento. Tales sistemas funcionan por la percolación del efluente líquido hacia el subsuelo y en perfiles de suelo permeables esto resulta en la recarga del acuífero. La fracción sólida debería ser periódicamente removida y dispuesta fuera de las viviendas, pero en muchos casos permanece en el suelo y es lixiviada progresivamente por infiltración de agua de lluvia y otros fluidos. A este fenómeno se unen los residuos provenientes de 1142 fosas sépticas ubicadas en las zonas suburbanas que no cuentan con conectividad con el alcantarillado municipal. ]]>
Los tipos de contaminantes comúnmente asociados con el saneamiento in situ son los componentes del nitrógeno (inicialmente en la forma amonio pero normalmente oxidado a nitrato), contaminantes microbiológicos (bacterias patógenas, virus y protozoarios) y en algunos casos comunidades de sustancias químicas orgánicas sintéticas.Uso Agrícola del Suelo
Los principales tipos de suelo identificados en el área son de tipo Ferralítico rojo y Fersialítico pardo rojizo, caracterizados por ser muy productivos, de buen drenaje interno y externo. Algunas prácticas de cultivo agrícola desarrolladas dentro del área de estudio (producciones citrícolas, cañeras y producciones varias, las que en su conjunto ocupan más de 4500 ha) ejercen una gran influencia en la calidad del agua de recarga del acuífero y también en la tasa total de recarga en las áreas con riego agrícola. Estas actividades causan una seria contaminación difusa, sobre todo por nutrientes (principalmente nitratos) y a veces por ciertos pesticidas que se utilizan en dichas producciones.
Fuentes de Contaminación Puntual
Actividad industrial
Las actividades industriales desarrolladas en el área de estudio (24) son capaces de generar una seria contaminación del suelo y cargas contaminantes de consideración al subsuelo como resultado del volumen, tipo de productos químicos y residuos que manipulan, lo que se traduce en la emisión de efluentes líquidos y la inadecuada disposición de residuos sólidos. El manejo y descarga de efluentes líquidos es un aspecto que merece atención detallada en relación con la contaminación del agua subterránea.
Diez de las industrias inventariadas en el sector CA-I-5 y que se encuentran ubicadas en las cercanías de los cursos superficiales, realizan a menudo la descarga directa de los efluentes derivados de sus producciones y en otras situaciones la disposición de efluentes se infiltra al subsuelo por el uso de lagunas de estabilización sin impermeabilización para el tratamiento de sus residuales. Tales prácticas presentan siempre un peligro directo o indirecto a la calidad del agua subterránea.
Lagunas de efluentes
En el área de estudio se pudo constatar la implementación de las lagunas de efluentes como tratamiento primario para el 80% de los residuales líquidos derivados de la producción porcina, el 100% de los asociados a las mini industrias y aguas residuales urbanas. Cabe mencionar que estas lagunas no reciben un mantenimiento sistemático, son generalmente poco profundas (menos de 5 m de profundidad), y el 100% de ellas se encuentran sin impermeabilizar, situación que contribuye a la infiltración de los efluentes hacia el subsuelo y con ello la posibilidad de contaminación de los cuerpos de agua subterráneos.
Disposición de residuos sólidos ]]>
En el área de estudio existe un vertedero municipal y varios micro-vertederos distribuidos por toda la zona. Se pudo constatar un manejo inadecuado de residuos sólidos urbanos. Merece destacar que la disposición de estos residuos se realiza principalmente sobre suelos de tipo ferralíticos rojos y fersialíticos pardos rojizos, los cuales se caracterizan por buen drenaje interno y externo, que pueden favorecer la infiltración de los lixiviados derivados de su descomposición, tanto más si se tiene en cuenta que en el año 2014 la precipitación real acumulada fue de 1398 mm, que es el 109 % de la media histórica del año. Toda esta situación contribuye a la contaminación del agua subterránea.Gasolineras
Los servicupet situados en el área de estudio (4) manipulan grandes volúmenes de hidrocarburos potencialmente contaminantes almacenados en tanques enterrados que no permiten una inspección visual de fugas. La principal fuente de contaminación de suelos y aguas subterráneas se debe a la corrosión de los tanques, por lo que existe una alta probabilidad de que los tanques de más de 20 años de antigüedad estén seriamente corroídos y sujetos a fugas sustanciales, por tanto las gasolineras enclavadas en el área de estudio constituyen una fuente de contaminación a controlar por los daños y consecuencias que se pueden derivar de sus procesos.
Clasificación y categorización de fuentes contaminantes de acuerdo con el método POSH
En la figura 9 se resume el porcentaje del potencial de carga contaminante asignado según Foster et al. (2002) de acuerdo con el tipo de actividad desarrollada en el sector CA-I-5, lo cual demuestra de manera cualitativa que la actividad agropecuaria (97,1 %), la industrial (95,8 %), la exploración petrolera (100 %) y la actividad de desarrollo urbano (60,5 %) pueden generar una elevada carga contaminante hacia el acuífero, lo cual pudiera contribuir con la afectación de la calidad de las aguas subterráneas y con ello la calidad de vida de la población avileña que se beneficia de este recurso para el desarrollo de sus actividades socioeconómicas.
CONCLUSIONES
· La aplicación del método POSH permitió estimar de forma cualitativa el potencial de carga contaminante para las aguas subterráneas que provocan las seis actividades antropogénicas desarrolladas en el sector hidrogeológico CA-I-5 de la provincia Ciego de Ávila, prevaleciendo en este estudio un potencial Elevado.
· Se logró diagnosticar la situación actual relacionada con el saneamiento ambiental en las fuentes inventariadas dentro del sector hidrogeológico CA-I-5, aspecto de gran importancia que incide de forma directa en la definición de estrategias dirigidas a la protección de los acuíferos.
· Este estudio constituye una herramienta de trabajo y un punto de partida para establecer los programas de protección de las aguas subterráneas en el territorio avileño.
· Es recomendable evaluar de manera cuantitativa el potencial de carga contaminante emitida por las fuentes inventariadas en el sector hidrogeológico CA-I-5 con vistas a conocer los volúmenes reales y concentraciones de contaminantes presentes en cada uno de ellos. ]]>
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Recibido: 6 de octubre de 2015.
Aprobado: 22 de febrero de 2016.
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MSc.Yamilé Jiménez Peña, MSc.Vania Mireya Vidal Olivera, MSc. Rafael González-Abreu Fernández, MSc. Levis A Valdés González, Lic. Marisleys Castro Carrillo. Centro de Investigaciones en Bioalimentos (CIBA), Morón. Ciego de Ávila. Empresa de Aprovechamiento Hidráulico Ciego de Ávila (EAH CA), Ciego de Ávila. e-mail: yamile@cibacav.cu, e-mail: vania@cibacav.cu, e-mail: eahcav@hidro.cu, e-mail: levis@cibacav.cu, e-mail: marisleys@cibacav.cu ]]>
