|
RENDIMIENTO SOSTENIBLE
DEL AGUA SUBTERRÁNEA
Victor M. Ponce
|
RESUMEN EJECUTIVO
Todo el agua subterránea que es bombeada proviene de la captura; por lo tanto, cuanto mayor es la intensidad del bombeo, mayor
es la captura. La captura proviene de disminuciones en la descarga natural y aumentos en la recarga. La descarga
natural alimenta ecosistemas ribereños, pantanos, y otros ecosistemas dependientes del agua subterránea,
así como el flujo de base de las corrientes y los ríos.
La captura depende de uso, y no está relacionada con el tamaño o las características hidrogeológicas
del acuífero o con la recarga natural. El concepto tradicional de rendimiento seguro, que iguala éste
con la recarga natural, está errado y ha sido ampliamente desacreditado. Actualmente ha sido sustituído por el concepto de
rendimiento sostenible. El rendimiento sostenible depende de la cantidad de captura, y
si ésta puede ser aceptada como un compromiso razonable entre poco o nada de uso
en un extremo, y el secuestro de toda la descarga natural en el otro extremo. Una estimación razonablemente
conservadora del rendimiento sostenible tomaría toda la percolación profunda,
o en todo caso una fracción apropiada de ésta. En un promedio global,
la percolación profunda es cerca del 2% de la precipitación.
El rendimiento sostenible
también se puede expresar como un porcentaje de la recarga. La poca experiencia existente sugiere que los porcentajes medios
pueden ser de alrededor del 40%, con los menos conservadores alrededor del 70%, y los más conservadores alrededor del 10%.
La sostenibilidad se puede fomentar con un manejo óptimo que busque capturar
la recarga rechazada, propiciar la recarga artificial limpia, y reducir la recarga artificial negativa.
Un acercamiento holístico a la sostenibilidad del agua subterránea considera los aspectos hidrológicos, ecológicos,
socioeconómicos, tecnológicos, culturales, institucionales y legales de su utilización,
buscando encontrar un compromiso razonable entre los varios intereses en conflicto. Varias comunidades
están comenzando a considerar la conservación del flujo de base como el estándar contra el cual ha de medirse la sostenibilidad del
agua subterránea. La sostenibilidad refleja la política de conservación del recurso hídrico;
cuando más conservadora es la política, mayor es la probabilidad de que el recurso sea sostenible.
|
• INTRODUCCIÓN •
El agua existe por encima y por debajo de la superficie. El agua que discurre sobre la superficie se llama "agua superficial" y el
agua bajo la superficie se llama "agua subterránea" (Fig. 1). Ambas son partes del ciclo hidrológico, que es el movimiento recirculatorio
contínuo de las aguas terrestres (Fig. 2). En la naturaleza el agua superficial y el agua subterránea están relacionadas. El agua superficial
puede convertirse en agua subterránea mediante la infiltración, mientras que el agua subterránea puede convertirse en agua superficial
mediante la exfiltración. Por lo tanto, las aguas superficiales y subterráneas están íntimamente ligadas; una de ellas no se puede
considerar o evaluar sin considerar la otra.
Aún cuando las aguas superficiales y subterráneas forman parte del ciclo hidrológico, puede demostrarse que difieren de dos maneras importantes:
- El agua superficial es totalmente renovable, usualmente en unos días o semanas,
mientras que el agua subterránea no es totalmente renovable, pudiendo tomar décadas, siglos, o aún más para renovarse,
y
- El agua superficial fresca es escasa, particularmente cuando se compara con los grandes volúmenes
de agua subterránea fresca que se conoce existen debajo de la superficie.
|
Fuente: U.S. Geological Survey.
|
Fig. 2 El ciclo hidrológico.
En muchas partes del mundo, las presiones del desarrollo económico son tales que ya han comprometido casi todas las aguas superficiales.
La tendencia actual es a utilizar el agua subterránea para resolver los problemas de escasez de agua superficial. Sin una regulación apropiada,
esto coloca a los usuarios en una trayectoria segura hacia la explotación minera del agua subterránea.
Por lo tanto, se ha presentado la cuestión de la sostenibilidad:
¿Hasta qué punto pueden ser explotados los recursos de agua subterránea
sin comprometer el principio de desarrollo sostenible?
Este estudio examina la historia de la utilización del agua subterránea y de los límites que se han impuesto sobre ésta a través
de los años. Se comparan los conceptos del rendimiento seguro y rendimiento sostenible. Se demuestra que el
concepto tradicional de rendimiento seguro, que iguala éste con la recarga anual, no es correcto debido a su foco estrecho.
El rendimiento sostenible se extiende más allá de los límites de la hidrogeología, comprendiendo
hidrología superficial, ecología, y otros temas afines. El estudio concluye con una visión
holística del rendimiento sostenible del agua subterránea.
• ANTECEDENTES •
El bombeo excesivo del agua subterránea puede conducir al abatimiento de ésta, con
consecuencias sociales y económicas serias. Las tentativas de limitar el bombeo se han basado
comúnmente en el concepto de rendimiento seguro, definido como el mantenimiento de un equilibrio a largo
plazo entre la cantidad anual de agua subterránea extraída y la recarga anual del acuífero. Esta definición es
muy estrecha porque no considera los derechos de los usuarios del agua superficial (el agua de los manantiales y el flujo de base) y los
ecosistemas que dependen del agua subterránea (humedales y vegetación ribereña) (Sophocleous, 1997).
Recientemente, el énfasis ha cambiado hacia el rendimiento sostenible (Alley y Leake, 2004; Maimone, 2004; Seward
y otros, 2006). El rendimiento sostenible reserva una fracción del rendimiento seguro para beneficio de las aguas
superficiales. No existe aún un consenso en cuanto a qué porcentaje del rendimiento seguro debe
constituir el rendimiento sostenible. La situación es complicada, pues requiere del conocimiento de varias ciencias naturales
para un análisis adecuado. Además, hay consideraciones
sociales, económicas, y legales que deben ser tomadas en cuenta.
Para comenzar, es necesario hacer una distinción entre los depósitos prístinos y los no prístinos.
Los depósitos prístinos no han sido sujetos a la intervención humana; contrariamente a esto, los depósitos
no prístinos tienen una historia de bombeo. La recarga media anual se toma normalmente en base al período
de registro o a algún otro período convenientemente largo. Los valores actuales de la recarga anual pueden
ser diferentes que el valor de la recarga media anual. En depósitos prístinos, la recarga natural media, la cual es una
fracción de la precipitación, es igual a la descarga natural media, que alimenta los manantiales, corrientes,
humedales, lagos, y los ecosistemas dependientes del agua subterránea. De este modo, la recarga neta, es decir, la recarga media anual
menos la descarga media anual, es nula (Theis, 1940).
|
En depósitos prístinos, la recarga natural es igual a
la descarga natural; así, la recarga neta es nula.
|
La descarga natural constituye el flujo de base de las corrientes y los ríos, y, en reservorios de agua
subterránea poco profundos, es el agua que sostiene ciertos tipos de vegetación con afinidad hídrica, tales como las hidrófitas, higrófitas,
y las freatofitas (veáse Glosario).
La mayoría del agua subterránea está fluyendo continuamente, obedeciendo a fuerzas gravitacionales, para juntarse
eventualmente con las aguas superficiales (Fig. 3), o, en última instancia, con el océano (véase también la Fig. 10).
Es solamente una cuestión de tiempo antes de que la recarga natural se convierta en descarga natural,
es decir, en evapotranspiración o agua superficial, en algún lugar aguas abajo.
|
Fuente: U.S. Geological Survey.
|
Fig. 3 Patrón y dirección típicos del flujo del agua subterránea.
Tres escenarios son posibles en la explotación del agua subterránea:
- Un sistema prístino, en equilibrio o flujo permanente, en ausencia de bombeo;
- Un sistema desarrollado, en equilibrio o flujo permanente, con bombeo moderado a una profundidad constante; y
- Un sistema abatido, en desequilibrio o flujo transitorio, con bombeo intensivo a una profundidad cada vez mayor.
En el sistema prístino del agua subterránea (Fig. 4 a), la recarga natural [media] es igual a la descarga natural [media],
la recarga neta es nula, y el bombeo es cero. Así, la recarga natural (el bloque azul a la izquierda) es igual a la descarga
natural (el bloque azul a la derecha) (Fig. 4 a).
En el sistema desarrollado del agua subterránea (Fig. 4 b), la recarga capturada (el bloque marrón a la izquierda)
es el aumento en la recarga inducida por el bombeo. Asimismo, la descarga capturada (el bloque marrón a la derecha) es la
disminución de la descarga inducida por el bombeo. Entonces, la descarga residual (el bloque azul a la derecha) es igual
a la recarga natural (el bloque azul a la izquierda) menos la descarga capturada. La recarga neta es la suma de
la recarga capturada más la descarga capturada. La recarga neta varía con la intensidad de bombeo; cuanto mayor es la
intensidad de bombeo, mayor es la recarga neta. El bombeo en el sistema desarrollado de agua subterránea es igual
a la recarga neta, es decir, la captura (Fig. 4 b).
Además de capturar recarga y descarga, el sistema abatido de agua subterránea (Fig. 4 c) también captura una parte del agua
almacenada (el bloque marrón oscuro a la izquierda). La recarga neta es igual a la
recarga capturada más la descarga capturada. El bombeo en el sistema abatido de agua subterránea es igual a la recarga
neta más el agua almacenada capturada (Fig. 4 c).
Cuanto mayor es el grado de desarrollo de agua subterránea, mayores son las cantidades de recarga y descarga
capturadas, y, en el caso de un sistema abatido, mayor es la cantidad de agua almacenada capturada. Cuanto mayor es la descarga capturada, más
pequeña es la descarga residual. Dado que toda la descarga del acuífero alimenta el agua superficial y la
evapotranspiración, se concluye que el desarrollo intensivo del agua subterránea puede afectar marcadamente
los cuerpos de agua superficiales y los ecosistemas dependientes del agua subterránea, tanto
locales como subregionales y regionales.
Fig. 4 Recarga y descarga en sistemas de agua subterránea:
(a) prístino, (b) desarrollado, (c) abatido.
• PERSPECTIVA •
Lee (1915) definió el rendimiento seguro como la máxima cantidad de agua que se puede retirar regular
y permanentemente de un acuífero sin disminuir en forma peligrosa la reserva almacenada.
Observó que el agua extraída permanentemente de un depósito subterráneo reduce en una cantidad igual el volumen de agua que fluye por conductos naturales,
es decir, la descarga natural. Para ilustrar la existencia de esta descarga natural, Lee
observó que el bombeo intensivo llevaría comúnmente al secado de manantiales y humedales.
Así, él distinguió entre un rendimiento seguro teórico, igual a la recarga natural, y un rendimiento seguro
práctico, un valor más bajo que considera la necesidad de mantener una descarga residual (Fig. 4 b). Según Lee,
la descarga residual se debe determinar y deducir del rendimiento seguro teórico para obtener el rendimiento seguro
práctico.
Theis (1940) reconoció que toda el agua subterránea de importancia económica está en constante movimiento
a través de un estrato poroso, de un lugar de recarga a un lugar de descarga (Fig. 5).
Él razonó que bajo condiciones prístinas, los acuíferos están en un estado del equilibrio dinámico aproximado.
Por lo tanto, la descarga bombeada constituye una nueva descarga, sobrepuesta en un sistema previamente estable, debiendo ser
balanceada por:
- un aumento en la recarga natural;
- una disminución en la descarga natural;
- una pérdida del volumen previamente almacenado en el acuífero; o
- una combinación de los anteriores.
|
Toda el agua subterránea de importancia económica está en constante movimiento a través de un estrato poroso, de un lugar de recarga a un lugar de descarga.
|
Theis (1940) distinguió entre recarga natural y recarga disponible. La recarga
disponible es la suma de recarga no rechazada y recarga rechazada (Fig. 5). La recarga no rechazada es la recarga natural;
la recarga rechazada es la porción de recarga disponible rechazada por [partes de] un acuífero a causa
de estar lleno (por lo menos parte del tiempo). Para asegurar la utilización máxima del recurso, Theis propuso que
el desarrollo de agua subterránea debe optar primero por la recarga rechazada y, segundo, por la
evapotranspiración de la vegetación no productiva. Así, él definió el rendimiento seguro perenne
como la cantidad de recarga rechazada más la fracción de descarga natural que es factible utilizar.
Según Theis (1940), cuando la recarga rechazada es nula, la única manera de substituir la descarga de bombeo es a través de recarga artificial.
Esta última es el aumento en la recarga inducido por acción humana.
Fig. 5 Factores que controlan la respuesta de un acuífero
al bombeo (Theis, 1940).
Kazmann (1956) propuso que el concepto de rendimiento seguro, cuando se toma en forma independiente de
la hidrología regional, es engañoso, porque no puede ser reconciliado con la doctrina legal de apropiación [propiedad] previa.
Para garantizar una fuente perenne de agua subterránea,
toda el agua que proviene del subsuelo debe ser substituída por agua proveniente de la superficie.
Cuando toda el agua superficial ya ha sido apropiada, no se puede obtener una fuente perenne de agua subterránea sin usurpar derechos
establecidos. Haciendo eco con Theis (1940), Kazmann consideró la recarga artificial como una solución tecnológica apropiada
para resolver el dilema del rendimiento seguro.
La recarga artificial es útil en lugares donde el agua está siendo perdida por escorrentía a la vez que el agua subterránea está siendo abatida.
La necesidad de la recarga se pone en evidencia cuando los manantiales
empiezan a secarse, las profundidades de bombeo aumentan, o los pozos se secan. Si estas condiciones
persisten por un tiempo razonablemente largo, es probable que el agua subterránea se esté minando. En la recarga
artificial, el exceso de escorrentía se conserva en lugares donde hay posibilidades de almacenamiento subterráneo.
Los métodos generalmente empleados son la mejora de entradas naturales [al acuífero] y el almacenamiento de la escorrentía superficial.
Las ventajas pueden ser locales o regionales
(Soil Conservation Service, 1967).
Todd (1959) definió el rendimiento seguro como la cantidad máxima de agua que se puede extraer de un reservorio
subterráneo sin poner en peligro la disponibilidad del recurso. El bombeo en exceso del rendimiento seguro conduce
al abatimiento del recurso, lo cual es un problema serio en ciertos lugares en los Estados Unidos y en otros países.
Todd propuso que mientras que el bombeo sea mayor que el rendimiento seguro, puede esperarse el agotamiento
permanente de las fuentes del agua subterránea. Categorizó el agotamiento
permanente como una explotación minera, en analogía a la explotación de minerales y petróleo.
El concepto del desarrollo sostenible emergió al final de la década de los años 80, forzando una reconsideración de las
prácticas de rendimiento seguro. El desarrollo sostenible es aquél que resuelve las necesidades del presente sin
comprometer la habilidad de las generaciones futuras de resolver sus propias necesidades (World Commission on Environment and Development, 1987).
Implícita dentro de esta definición es la posibilidad de que los
recursos naturales puedan ser explotados en una manera insostenible, es decir, de manera que las
generaciones futuras encontrarían cada vez más difícil de disponer de cantidades similares de los mismos
recursos. Este es el dilema ético intergeneracional.
La sostenibilidad se refiere a los recursos naturales renovables; por lo tanto, la sostenibilidad implica capacidad de renovación.
Dado que el agua subterránea no es ni totalmente renovable ni totalmente no renovable,
la pregunta lógica es qué cantidad de bombeo de agua subterránea es sostenible. En principio, el rendimiento sostenible
es aquél que está de acuerdo con el desarrollo sostenible. Esta definición está clara; sin embargo,
en la práctica requiere el uso de relaciones interdisciplinarias complejas, las cuales han sido objeto de examen sólo en los últimos años.
Alley y otros (1999) definieron la sostenibilidad del agua subterránea como el nivel de uso
que puede mantenerse por un tiempo indefinido sin causar consecuencias inaceptables en los ámbitos
ambientales, económicos, o sociales. La definición de "inaceptable" es en gran parte subjetiva,
dependiendo de la situación individual. Por ejemplo, la cantidad que podría establecerse como un índice aceptable del retiro
de agua subterránea con respecto a cambios en el nivel freático, puede a la vez reducir la
disponibilidad de agua superficial, local o regional, a un nivel inaceptable. Según Alley y otros
(1999), el término "rendimiento seguro" debe referirse a efectos específicos del bombeo, tales
como niveles de abatimientos del agua freática o reducciones de escorrentía o flujo de base.
De esta manera, el rendimiento seguro es el máximo nivel de bombeo para el cual las consecuencias son consideradas aceptables.
|
La sostenibilidad del agua subterránea se define como el nivel de uso
que puede mantenerse por un tiempo indefinido sin causar consecuencias inaceptables.
|
Alley y otros (1999) estudiaron el acuífero de los Altos Llanos [Estados Unidos] como un ejemplo del abatimiento
del nivel del agua subterránea en respuesta al bombeo, y su relación con la sostenibilidad.
La parte meridional del acuífero de los Altos Llanos [en Nuevo México y Tejas] se orienta suavemente de oeste a este,
y está aislada de fuentes externas de agua por escarpas cortadas por los ríos, tanto aguas arriba como aguas abajo (Fig. 6 A).
Antes del desarrollo, la descarga a lo largo de la escarpa del este
era igual a la recarga (Fig. 6 B, izquierda).
Durante el desarrollo, la recarga aumentó de 24 a
510 millones de pies cúbicos por día, la descarga disminuyó de 24 a 10 millones de pies cúbicos por día,
y el almacenamiento disminuyó 330 millones de pies cúbicos por día (Fig. 6 B, derecha). La parte meridional del acuífero de los Altos Llanos
es tal vez el ejemplo más conocido de un desequilibrio significativo a largo plazo (abatimiento)
de un sistema regional de agua subterránea en los Estados Unidos.
|
Fuente: U.S. Geological Survey.
|
Fig. 6 Efecto del bombeo de agua subterránea en el acuífero
de los Altos Llanos meridional (Alley y otros, 1999).
Sophocleous (2000a) precisó que el concepto tradicional de rendimiento seguro ignora el hecho de que,
a largo plazo, la recarga natural es balanceada por la descarga natural hacia la evapotranspiración,
y/o la exfiltración hacia corrientes, manantiales, y filtraciones.
Por lo tanto, si el bombeo es igual a la recarga, las corrientes, pantanos, y manantiales podrían secarse eventualmente.
Además, el bombeo contínuo en exceso de la recarga podría abatir el acuífero.
Como ilustración de este hecho, Sophocleous
presentó dos mapas de corrientes perennes en Kansas, comprendidos dentro del acuífero de los Altos Llanos (Fig. 7). El mapa de la derecha (1994)
muestra una disminución marcada en la longitud total de corrientes en el tercio oeste del
estado, dentro del período transcurrido (1961-1994). Esto demuestra el impacto del abatimiento del agua
subterránea en los recursos hídricos superficiales.
|
Fuente: Kansas Geological Survey.
|
Fig. 7 Corrientes perennes importantes de Kansas:
en 1961 y 1994 (Sophocleous, 2000).
Loucks (2000) observó que el análisis de la sostenibilidad debe incorporar el conocimiento de otras disciplinas.
Los estudios de sostenibilidad requerirán un balance de todo el sistema hidrológico, no solamente del acuífero.
Para un manejo eficaz, es esencial el llevar una contabilidad cuidadosa del destino de todo el agua.
La cantidad de consumo de agua en la superficie es la llave para el manejo sostenible del agua
subterránea, y no necesariamente la intensidad de bombeo (Kendy, 2003).
Alley y Leake (2004) reconocieron la dependencia del rendimiento sobre la cantidad de captura. Mientras que la recarga natural
tiende a ser una constante para un caso dado, la captura es una función del nivel de desarrollo:
cuanto mayor es el bombeo, mayor es la captura.
Por lo tanto, la captura no podría ser sostenible en todos los casos.
Existe una preocupación por los efectos que pueda causar, a largo plazo, el desarrollo del agua subterránea en los
manantiales, humedales, lagos, corrientes, y estuarios de la región. Entonces, la sostenibilidad envuelve todo,
a través de las disciplinas.
Maimone (2004) propuso que si el concepto de rendimiento sostenible debe incluir todo, la idea de que existe sólo
un número correcto debe ser abandonada. En su lugar, Maimone propuso una definición tentativa, junto con un manejo de adaptación,
basados en los siguientes conceptos:
- Entender los efectos locales, subregionales, y regionales, y las interacciones involucradas.
- Desarrollar un balance hídrico conceptual detallado, incluyendo agua superficial y subterránea, y uso consuntivo y no consuntivo.
- Entender los límites físicos y la velocidad de llenado [o relleno] del sistema.
- Entender las necesidades humanas de agua y su naturaleza cambiante.
- Considerar los aspectos temporales del rendimiento, incluyendo sequías e inundaciones.
- Considerar los efectos de tecnología nuevas y los cambios de percepción de la sociedad.
- Trabajar con los actores involucrados para entender los compromisos y desarrollar consenso.
- Reconocer la naturaleza interdisciplinaria de los impactos de la utilización del agua subterránea.
Seward y otros (2006) encontraron problemas muy serios con el argumento simplista de que el rendimiento sostenible
debe ser igual a la recarga. En muchos casos, el rendimiento sostenible tendrá que ser considerablemente menor que la recarga
anual media; por lo tanto, la declaración que el rendimiento sostenible o "seguro" debe ser igual a la recarga
es incorrecta. En todo caso, el rendimiento sostenible está relacionado con la cantidad
de captura que puede permitirse sin causar consecuencias indeseables o inaceptables.
• ANÁLISIS •
La perspectiva histórica confirma que los conceptos de rendimiento seguro y rendimiento sostenible
están actualmente en evolución.
Lee (1915) fue el primero en reconocer la necesidad de reservar una fracción de la recarga para beneficio de las aguas
superficiales y ecosistemas relacionados.
Theis (1940) mencionó que era apropiado el confiar sobre todo en la recarga rechazada, si la hubiera,
para garantizar una parte del rendimiento seguro.
Kazmann (1956) dijo que, dado que toda la recarga formaba parte de las aguas superficiales,
la recarga artificial era una manera eficaz de asegurar una fuente permanente de
agua subterránea.
Alley y otros (1999) y Seward y otros (2006) hicieron hincapié sobre si los
efectos del bombeo de agua subterránea eran socialmente aceptables. Por lo tanto, en la determinación
de la sostenibilidad del agua subterránea, puede verse que la hidrología del agua superficial, la ecología, y la
tecnología de los recursos hídricos están entrelazados con el asunto de la licencia social.
Los conceptos pueden ser resumidos en los siguientes párrafos:
-
Toda el agua subterránea de importancia económica está en tránsito de un lugar de recarga a un lugar
de descarga. Por lo tanto, cualquier agua extraída de la tierra tendría que ser reemplazada eventualmente por
un retiro correspondiente de agua superficial. Si ésta última ya está completamente apropiada,
surge un conflicto (Kazmann, 1956). Donde haya recarga rechazada, ésta podría ser abstraída y utilizada como
agua subterránea, siempre que no exista una demanda anterior por ella.
- Se puede asegurar un rendimiento seguro perenne siempre que la captura abstraiga solamente
la recarga rechazada. Por lo tanto, en regiones húmedas y otras donde la napa freática está cercana
a la superficie, se puede garantizar una cantidad moderada de captura si se abstrae
la recarga rechazada (Theis, 1940).
-
Las determinaciones de rendimiento seguro o sostenible deben restar de la recarga la fracción que
satisfaga las necesidades de agua superficial y de los ecosistemas dependientes del agua superficial, vadosa o subterránea (Lee, 1915).
Existe aún la controversia si la vegetación puede ser clasificada en beneficiosa y no beneficiosa.
Además, los efectos del bombeo de agua subterránea en los manantiales y humedales de la localidad requieren un
estudio hidrológico detallado.
-
La recarga artificial es esencialmente agua subterránea libre y, por lo tanto, debe ser fomentada
en áreas donde el agua subterránea se está desarrollando activamente o se está abatiendo. La recarga artificial es más eficiente
cuando utiliza lluvia o agua de deshielo en áreas rurales (Soil Conservación Service, 1967).
La recarga artificial con aguas residuales puede representar una amenaza a la salud pública y está, por lo tanto,
sujeta a regulación. Las aguas residuales municipales deben recibir por lo menos un tratamiento secundario
antes de ser utilizadas para recarga. En todo caso, se debe evitar la contaminación de agua potable con las
aguas residuales que se usan para recarga artificial. Las aguas residuales agrícolas
e industriales, y la escorrentía de áreas industriales no son generalmente
aceptables para recarga artificial (National Research Council, 1994).
-
Ciertas actividades económicas tales como la deforestación, el sobrepastoreo, el sobrecultivo, y el desarrollo
urbano deben ser limitadas o reguladas en la medida de lo posible, porque tienen la tendencia a reducir la recarga,
representando así una recarga artificial "negativa".
-
Las determinaciones de rendimiento sostenible deben ir más allá de la hidrogeología, abarcando la síntesis
interdisplinaria de la hidrología del agua superficial, ecología, geología, y climatología, para nombrar
algunos. Además, dado que el agua subterránea es un recurso mantenido en común, el rendimiento sostenible
debe por fuerza considerar el contexto socioeconómico (Hardin, 1968). En general, diferentes comunidades tendrán
opiniones diferentes sobre qué constituye una cantidad aceptable de bombeo de agua subterránea, y
estas opiniones pueden variar con el tiempo.
-
La esencia del dilema del rendimiento sostenible es cómo reconciliar la ecología y la economía en
la utilización del agua subterránea. La ecología está representada por los derechos de los
cuerpos de agua fresca y los ecosistemas relacionados a todo o fracción de las aguas subterráneas que exfiltran
(Sophocleous, 2000a). La economía se resume en la pregunta siguiente: ¿Cómo pueden las comunidades
permitirse el no utilizar tan precioso recurso? Hay una necesidad imperiosa de considerar los aspectos
socioeconómicos y legales de la decisión de bombear una cierta cantidad de agua subterránea. La pregunta fundamental,
para la cual no hay una respuesta simple, es: ¿Quién es el dueño del agua subterránea?
La solución es desarrollar un balance de agua que considere tanto el agua superficial como el agua subterránea.
La precipitación, fuente de todo el agua subterránea, se separa en varios componentes
(o trayectorias) como sigue:
- Regreso a la atmósfera vía evaporación;
- Regreso a la atmósfera vía evapotranspiración;
- Regreso al oceáno a través del escurrimiento directo;
- Regreso al oceáno a través del flujo de base, y subsecuente escurrimiento;
- Regreso al oceáno a través de la percolación profunda.
De los cinco componentes arriba mencionados, solamente el tercero (el escurrimiento directo) es totalmente
independiente del agua subterránea. Las fracciones de evaporación y de evapotranspiración pueden
[originar y] ser parte del agua subterránea. Todo el flujo de base origina en, y es parte del agua subterránea.
Toda la percolación profunda es parte del agua subterránea, pero no es parte del escurrimiento.
Los componentes varían con el clima, la escala, y las condiciones geológicas e hidrogeológicas, locales y regionales.
Bajo una base anual global, la evaporación y la evapotranspiración constituyen el 58% de la precipitación,
el escurrimiento es el 40% (el escurrimiento directo es el 28% y el flujo de base el 12%), y la filtración profunda es el
2% (Fig. 8) (World Water Balance, 1978; L'vovich, 1979; Ponce, 2006).
Fig. 8 Componentes globales de la precipitación.
Así como la precipitación, la recarga natural se separa en varios componentes (o trayectorias) como sigue:
- Regreso a la atmósfera vía evaporación desde el suelo sin cobertura vegetal;
- Regreso a la atmósfera vía evaporación desde los cuerpos de agua;
- Regreso a la atmósfera vía evapotranspiración de la vegetación, tanto de los ecosistemas naturales como de los artificiales (agricultura);
- Regreso al oceáno a través del flujo de base de corrientes y ríos; y
- Regreso al oceáno a través de la percolación profunda.
De los cinco componentes de la recarga natural, solamente el No. 5 (percolación profunda) es [casi] totalmente independiente
de las aguas superficiales; por lo tanto, puede ser un candidato para captura por los sistemas de agua
subterránea. Así, sobre una base anual global, se concluye que el 2% de la precipitación puede ser tomado
por los sistemas de agua subterránea con una usurpación mínima de los derechos [de agua superficial] establecidos.
En la práctica, tendrían que
establecerse valores específicos de la percolación profunda sobre una base local, subregional, o regional.
Asimismo, en los casos de desarrollo de agua subterránea próximos al océano, se debe examinar
cuidadosamente la captura de todo o parte de la percolación profunda, debido a la posibilidad de intrusión del agua de mar.
De los cuatro componentes restantes (Nos. 1 a 4), se puede argumentar fácilmente que todo o parte del No. 1
(evaporación del suelo sin cobertura vegetal) puede ser también un candidato a captura por los sistemas de agua
subterránea. Es más difícil argumentar a favor de la captura de todo o parte del No. 2 (evaporación desde cuerpos
del agua) y No. 3 (evapotranspiración de la vegetación). El argumento
a favor de la captura de todo o parte del No. 4 (flujo de base) es el más difícil.
|
El argumento a favor de la captura de todo o parte del flujo de base es el más difícil.
|
En general, se requiere un balance hídrico detallado y los estudios interdisciplinarios respectivos para determinar
si es socialmente aceptable fijar valores de rendimiento sostenible que incluyan no solamente fracciones del componente No. 5
(percolación profunda), sino también fracciones apropriadas de los componentes 1, 2, 3, y 4.
Esencialmente, la meta es poder determinar un porcentaje apropiado de rendimiento/recarga, y que este porcentaje sea
aceptado como un compromiso razonable entre los diversos intereses en conflicto.
¿Cuáles son los valores típicos del porcentaje de rendimiento/recarga? Al respecto, es instructivo examinar
ejemplos de porcentajes de uso/recarga. Solley y otros (1998) han estimado que el bombeo de agua subterránea
en los Estados Unidos en 1995 era aproximadamente 77 mil millones de galones por día, lo cual representa el 8.6% de
los más de 891 mil millones de galones por día estimados para la recarga natural a los sistemas de agua
subterránea de la nación (Nace, 1960; Alley y otros, 1999). La poca experiencia existente sugiere que en casos particulares, los porcentajes de
rendimiento/recarga son probablemente algo más altos
(Miles y Chambet, 1995; Prudic y Herman, 1996; Hahn et al., 1997).
• CASOS •
Esta sección describe varios estudios de caso en la utilización del agua subterránea. El objetivo es proporcionar
una visión práctica de los adelantos en el manejo del agua subterránea en materia de sostenibilidad.
La experiencia reciente en Nevada sugiere que la modelación de agua subterránea puede utilizarse con eficacia
para el estudio del balance hídrico a largo plazo (Prudic y Herman, 1996). El valle Paradise está dentro de
la cuenca del río Humboldt, en el condado de Humboldt, Nevada.
Según un modelo calibrado de agua subterránea, de flujo permanente y pre-desarrollo, la recarga y descarga del valle Paradise
era 91 hm3yr-1.
Aproximadamente el 88% de la recarga fue a través de filtraciones en las corrientes; el resto de la recarga ocurrió
a lo largo de frentes de montaña y otras afluencias secundarias. Cerca del 96% de la descarga
ocurrió por evapotranspiración; el resto descargó a las corrientes y otras salidas. Se realizó
una simulación de 300 años de bombeo, usando la magnitud y la distribución del bombeo de 1982, seguida por 300 años
sin bombeo. La intensidad de bombeo fue de 44 hm3yr-1, lo cual es
casi la mitad de la recarga natural (un porcentaje de rendimiento/recarga de 48%).
Los resultados de la simulación demuestran las consecuencias del bombeo de agua subterránea a largo plazo.
Inicialmente, el agua bombeada provino principalmente del agua almacenada; sin embargo, con el tiempo los cambios en el almacenamiento
disminuyeron, y el agua bombeada provino cada vez más de reducciones en la evapotranspiración y el escurrimiento.
Después de 300 años, el 72% del agua bombeada provenía de reducciones en evapotranspiración,
el 24% de reducciones en escurrimiento, y solamente el 4% del almacenamiento del acuífero (Prudic y Herman, 1996). Este estudio
demuestra que bajo condiciones de equilibrio a largo plazo, la captura de agua subterránea es probable que provenga, primero,
de reducciones en la evapotranspiración, y en segundo lugar, de reducciones en escurrimiento.
Miles y Chambet (1995) asumieron que hay un nivel aceptable al cual las descargas de un acuífero (flujo de base)
pueden bajar como consecuencia del bombeo del agua subterránea. Entonces, el nivel aceptable de la reducción del
flujo de base se relaciona con la duración de sequía prevista, y esto es utilizado para calcular una relación rendimiento/recarga.
Esta última se expresa en función de la difusividad adimensional, con el nivel de la reducción del flujo de base
como parámetro. [La difusividad adimensional es: ν = (tT)/(L2S), en que t = tiempo,
T = transmisibilidad, S = coeficiente de almacenamiento, y L = ancho del acuífero]. El método fue aplicado a la
cuenca del río Worfe, en Gales, Gran Bretaña, y a su acuífero subyacente de roca arenisca de Bunter.
El porcentaje rendimiento/recarga, cuando el flujo de base es reducido a cero, lo cual es claramente la estrategia menos conservadora,
varió en el rango 50-78%.
En la Isla de Cheju, Corea, la precipitación anual media es 1872 mm, lo que representa 3.39 km3yr-1.
De este volumen,
el 19% (0.64 km3yr-1) es escorrentía directa,
el 37% (1.26 km3yr-1) es evapotranspiración, y
el 44% (1.49 km3yr-1) es recarga a los acuíferos
(Hahn y otros, 1997). El rendimiento sostenible se definió como el nivel de bombeo que puede ser mantenido sin
poner en peligro la cantidad o calidad del agua bombeada. La estimación asumió que el rendimiento sostenible es un
porcentaje apropiado de la recarga anual, porcentaje que varía con las condiciones hidrogeológicas locales.
El rendimiento sostenible establecido de esta manera es independiente del tamaño o de los parámetros
hidrogeológicos del acuífero. El rendimiento sostenible fue estimado para toda la isla en
0.62 km3yr-1, que representa
un porcentaje rendimiento/recarga de 42%.
Para comparación, en 1993, la cantidad total de agua subterránea bombeada
en la isla de Cheju era 0.20 km3, que es el cerca de 14% de la recarga anual; sin embargo,
hay cierta indicación que el uso real es solamente una fracción de esa cifra (Hahn y otros, 1997).
|
El rendimiento sostenible fue estimado como un porcentaje de la recarga anual, en función de las condiciones
hidrogeológicas locales.
|
Sophocleous (2000a, 2000b) ha proporcionado una documentación extensa sobre la experiencia de Kansas en el manejo del
agua subterránea. En 1972, la Legislatura de Kansas aprobó la Ley de Agua Subterránea, que autorizaba la
formación de districtos (GMDs) para controlar y dirigir
el desarrollo de los recursos. A mediados de los años 1970, los distritos
GMDs 2 y 5 adoptaron la política de igualar el rendimiento seguro con la recarga media anual
(Fig. 9).
Esta decisión disminuyó el abatimiento del agua subterránea, pero no lo paró.
Después de esta decisión, los distritos GMD 2 y GMD 5 tuvieron abatimientos del nivel
de agua subterránea de más de 6 m. En algunas áreas, el abatimiento ascendió a 60 m,
reduciendo en más del 50% el espesor saturado del acuífero. Como resultado de estos abatimientos, los escurrimientos en
Kansas occidental y central han estado disminuyendo y la vegetación ribereña se ha estado degradando progresivamente, con numerosos
árboles muertos visibles alrededor del campo. En respuesta a estas disminuciones
del escurrimiento, en 1984 la Legislatura de Kansas aprobó la Ley de Mínimo Flujo en la Corriente, que requiere el mantenimiento de escurrimientos
deseables mínimos (EDM) en varias corrientes de Kansas (Sophocleous, 2000a).
|
Fuente: Kansas Geological Survey.
|
Fig. 9 Distritos de manejo de agua subterránea en Kansas.
Con bajas contínuas en los niveles de la napa acuífera y escorrentía durante los años 1980, los distritos GMD 2 y 5 de Kansas
implementaron
en 1994 el manejo conjuntivo de los sistemas del corriente-acuífero, modificando sus políticas de rendimiento seguro
para incluir el flujo de base en la evaluación de permisos de explotación del agua subterránea. El flujo de base
es estimado como el nivel de agua superficial corriente
que es excedido el 90% del tiempo sobre una base mensual. Mientras que el distrito GMD 2 continúa refiriendo a
sus políticas de desarrollo con el término "rendimiento seguro," el distrito GMD 5 ha optado por utilizar en vez el de "rendimiento sostenible" (Sophocleous, 2000b).
Alley y otros (1999) y Maimone (2004) han descrito el caso del condado de Nassau, Nueva York, como un compromiso
entre la calidad del agua subterránea y la cantidad del agua superficial.
El condado de Nassau es un condado suburbano
moderadamente denso en población, con un área de 500 km2 y 1.3 millones de personas.
En los años 1970 y 1980, con las concentraciones de nitrato en aumento en el agua subterránea
debido a los sistemas de pozo séptico, se tomó la decisión de instalar líneas de alcantarillado en
90% del condado, entregando el agua residual al océano después del tratamiento. Consecuentemente,
el uso consuntivo de agua subterránea (el agua bombeada y no devuelta a través de la recarga) subió a
250 hm3yr-1. La respuesta del acuífero
al alcantarillado extenso fue una pérdida de almacenamiento y una reducción en la descarga natural (el flujo de base) en una
cantidad casi igual al mayor uso consuntivo. Se documentó una caída de 14 pies en los niveles medios del agua subterránea
poco después de terminado el proyecto de alcantarillado (Fig. 10). Se había tomado la decisión de
permitir que algunas corrientes se sequen a cambio de una mejor calidad en el agua subterránea.
|
Fuente: U.S. Geological Survey.
|
Fig. 10 Registro del nivel del agua en un pozo
del Condado de Nassau, Nueva York.
En el condado de Suffolk, Nueva York, con un área de 2000 km2 y una población
un poco mayor que la del condado de Nassau, el alcantarillado es responsable por 70 hm3yr-1
del uso consuntivo. Consecuentemente, la mayoría de las corrientes en el condado de Suffolk todavía tienen un flujo de base
relativamente sin tocar. Al contrario del condado de Nassau, el condado de Suffolk eligió proteger sus corrientes
y humedales, y monitorear muy de cerca los cambios en el acuífero y los humedales. Aunque el condado de
Suffolk no ha adoptado una definición formal de rendimiento sostenible, el impacto aceptable a las corrientes sí se ha definido.
En forma tentativa, los valores permisibles de rendimiento sostenible se toman como porcentajes de la recarga media con el fin de controlar
la intrusion salina (Maimone, 2004).
La Autoridad de Recursos Hídricos del Condado de Chester, Pennsylvania, ha desarrollado recientemente un plan
de manejo de los recursos hídricos en varias de sus cuencas (Chester County Water Resources Authority, 2002).
El flujo de base fue seleccionado como el estándar contra el cual medir el bombeo del agua
subterránea. Por consiguiente, para proteger el flujo de base la regulación limita los bombeos de
agua subterránea en las siguientes categorías:
-
Para las corrientes de primer orden: Mantener el volumen neto de retiros acumulativos de agua subterránea
debajo del 50% del volumen del flujo de base anual medio con frecuencia de 1 en 25 años, a menos que un análisis hidrogeológico
detallado o un estudio de escorrentía determine que un volumen más grande puede ser extraído con seguridad y todavía
sostener el agua subterránea y el agua superficial de esa área del drenaje.
-
Para las subcuencas con flujo de base sensible: Mantener el volumen neto de retiros acumulativos de agua subterránea debajo
del 50% del volumen del flujo de base anual medio con frecuencia de 1 en 25 años,
para (a) subcuencas con corrientes designadas como de Valor Excepcional y Alta Calidad,
(b) corrientes que son usadas para satisfacer usos domésticos (en los casos en los que los retiros no estén directa y contínuamente
apoyados por agua acumulada en reservorios), y (c) corrientes designadas para la pesca por el estado; a menos que un análisis hidrogeológico
detallado o un estudio de escorrentía determine que un volumen más grande puede ser extraído con seguridad y todavía
sostener el agua subterránea y el agua superficial de esa área del drenaje.
-
Para todas las otras áreas: Mantener el volumen neto de retiros acumulativos de agua subterránea debajo de 100%
del volumen del flujo de base anual medio con frecuencia de 1 en 25 años.
El blanco más conservador de manejo del 50%, el cual se aplica a las corrientes de primer orden y a ciertas subcuencas especialmente designadas,
protegerían la mitad del flujo de base (o flujo bajo) que recurre
instantáneamente una vez cada 25 años. [En la práctica, esto significa usar hasta el 50% del flujo bajo de 1 día de duración
y período de recurrencia de 25 años].
El blanco menos conservador del 100%, aplicable a todas las otras áreas, utilizaría todo el flujo bajo que recurre
cada 25 años.
|
El blanco más conservador de manejo del 50% protegería la mitad del flujo de base que recurre
instantáneamente una vez cada 25 años.
|
En el Condado de Kings, Nueva York, los retiros totales de agua subterránea en 1903 eran cerca de 30 millones de
galones por día, sin que se observara un cono de depresión en aquel momento (Fig. 11). El bombeo alcanzó un máximo
en los años 1920 al principio de los años 1940, con cerca de 75 millones de galones por día.
Como consecuencia del bombeo, en 1936 los niveles freáticos estaban cerca o debajo de nivel del mar en todo el Condado de Kings, y el
cono de depresión se extendía hacia el sudoeste del condado de Queens.
En 1947, cesó el bombeo con fines públicos en el Condado de Kings.
La fuente del agua para usos públicos cambió al sistema de agua superficial que provée a la ciudad de Nueva York
a través de túneles que conducen agua del norte del estado. Además, durante este período se implementó
una nueva legislación que
requería que las aguas residuales de algunas aplicaciones industriales y comerciales, incluyendo el agua del aire acondicionado,
deba ser recargada al acuífero. En este caso, el foco fue la recuperación de las tablas de agua abatidas, en lugar
de la preservación de la calidad del agua subterránea. En forma concurrente, y en parte como resultado de estos cambios,
el bombeo industrial declinó a un nivel estable de poco menos de 10 millones de galones por día.
En 1965, los niveles del acuífero han subido a través del condado de Kings (Fig. 11). Los mapas posteriores demuestran una
recuperación pequeña pero contínua de la tabla de agua (Alley y otros, 1999).
|
Source: U.S. Geological Survey.
|
Fig. 11 Evolución de la tabla del agua, desde 1903 a 1965,
en el Condado de Kings, Nueva York.
Los casos descritos arriba permiten las siguientes conclusiones :
- Los sistemas desarrollados o abatidos de agua subterránea conducen invariablemente a la degradación de ecosistemas ribereños y humedales.
- El desarrollo intensivo con abatimiento del agua subterránea conduce a reducciones substanciales en el flujo de base.
- A largo plazo, la captura en sistemas de agua subterránea proviene primeramente de reducciones en la descarga natural.
- Varias comunidades están regulando el uso del agua subterránea con el fin de proteger ecosistemas ribereños, humedales, y el flujo de base.
- La disminución del bombeo de agua subterránea puede recuperar las tablas de agua abatidas y fomentar el retorno
a condiciones más naturales.
- El rendimiento sostenible no está relacionado con el tamaño o las características hidrogeológicas del acuífero.
- No se puede igualar el rendimiento sostenible con la recarga natural.
- Las estimaciones de rendimiento sostenible se basan comúnmente en un porcentaje de la recarga natural, aun cuando
no parece haber ninguna relación entre ellos. Los porcentajes más bajos serán más conservadores, mientras que los porcentajes
más altos serán menos conservadores.
- Las estimaciones de rendimiento sostenible abarcan varias disciplinas, desde la hidrogeología, a la hidrología, ecología,
economía, la tecnología de los recursos hídricos, y los aspectos legales de la utilización del agua subterránea.
- La conservación del flujo de base está emergiendo como el estándar contra el cual se ha de medir el bombeo de agua subterránea y el rendimiento sostenible.
- El rendimiento sostenible es, para todos los propósitos prácticos, un blanco móvil; no hay un valor aplicable para siempre y en todos los casos.
- Las determinaciones de rendimiento sostenible requieren de un gerenciamiento de adaptación.
• SÍNTESIS •
Todos los depósitos de agua subterránea de importancia económica contienen temporalmente
agua en tránsito de un lugar de recarga a un lugar de descarga (Theis, 1940). Cualquier cantidad de agua
extraída por medios mecánicos (por bombeo) tendría que ser substituída eventualmente por la misma
cantidad proveniente de las aguas superficiales. Un depósito prístino de agua subterránea está en estado de flujo permanente,
y el volumen de entrada es igual al volumen de salida. Cuando un depósito de agua subterránea está lleno,
rechaza toda agua, la cual no tiene otra opción que aumentar las aguas superficiales. Contrariamente, cuando
un depósito de agua subterránea no está lleno, puede tomar más agua, pero descargará más agua también,
por descarga natural. La descarga natural sostiene los ecosistemas ribereños, humedales, y otros ecosistemas dependientes del agua subterránea,
así como el flujo de base de las corrientes y los ríos.
Todo el bombeo proviene de la captura, y toda la captura se debe al bombeo (Seward y otros, 2006).
Cuanto mayor es la intensidad de bombeo, mayor es la cantidad de captura. La captura proviene de disminuciones en la
descarga natural y aumentos en la recarga; ésta última proviene de un aumento en la recarga a través de la superficie
o de los alrededores. En casos de abatimiento, la mayor captura proviene de una disminución del almacenamiento,
la cual causa un descenso permanente de la tabla de agua.
|
Todo el bombeo viene de captura, y toda la captura se debe al bombeo. La captura proviene de
disminuciones en la descarga natural y aumentos en la recarga.
|
El agua que se filtra debajo de la superficie de tierra puede seguir una de tres trayectorias:
- Retornar a la atmósfera vía evaporación y evapotranspiración;
- Retornar al oceáno vía flujo de base y escorrentía; o
- Retornar al oceáno a través de la percolación profunda.
De estos tres, solamente la percolación profunda es totalmente independiente de las aguas superficiales.
Por lo tanto, es el único componente de la precipitación (o de la recarga) que puede estar potencialmente
susceptible al secuestro (captura) por el bombeo. Se necesitan estudios sobre una base local, subregional, y
regional para determinar la percolación profunda como un porcentaje de la precipitación, o alternativamente, como
un porcentaje de la recarga. Para las cuencas de agua subterránea próximas al océano, se debe examinar cuidadosamente la posibilidad
de intrusión de agua salina.
Un depósito de agua subterránea es esencialmente un envase geológico natural
poroso (Fig. 12). En la naturaleza, la precipitación P se separa en escurrimiento (Q), evaporación y
evapotranspiración (ET), y la recarga natural (NR).
Toda la recarga natural eventualmente fluye hacia fuera como descarga natural (ND)
o percolación profunda (DP), en las varias escalas espaciales, de cuencas pequeñas a grandes.
La descarga natural puede retornar a la atmósfera vía evaporación y evapotranspiración
(ET), o al océano vía flujo de base (BF). Cuanto más profunda es el agua subterránea, mayor es la
escala espacial de la descarga natural, de la escala local a la regional (Fig. 3).
Fig. 12 Modelo geométrico de un reservorio
de agua subterránea.
La fracción de la descarga natural que regresa a la atmósfera vía evaporación y
evapotranspiración está casi totalmente comprometida. Solamente una fracción pequeña de ella
(el agua que se evapora directamente de la superficie) puede estar sujeta a captura, si se juzga que esto es necesario
para satisfacer necesidades socioeconómicas. El secuestro de las otras dos fracciones (la evaporación
de cuerpos de agua superficiales y la evapotranspiración de la vegetación) es usualmente menos defendible.
No toda el agua bombeada se elimina del sistema de agua subterránea; solamente el agua consumida y no regresada
al acuífero. Así, para determinar
la sostenibilidad, es necesario un balance preciso del agua que considere todos los usos (Kendy, 2003).
El rendimiento sostenible no depende del tamaño, profundidad, o características hidrogeológicas del
acuífero. A pesar de la práctica tradicional, el rendimiento sostenible no depende de la recarga natural del acuífero,
porque la recarga natural ya ha sido apropiada por la descarga natural (Sophocleous, 2000a). El rendimiento
sostenible depende de la cantidad de captura, y si esta cantidad es socialmente aceptable como un compromiso razonable
entre poco o nada de uso en un extremo, y el secuestro de toda la descarga natural en el otro extremo.
El rendimiento sostenible es un blanco móvil, a ser determinado después de un estudio y una valoración cuidadosa
de todos los aspectos referentes a la utilización del agua subterránea. Éstos incluyen la hidrogeología,
hidrología, ecología, climatología, desarrollo social y económico, y los aspectos institucionales y legales
relacionados, para nombrar los más importantes.
En la práctica, el rendimiento sostenible se puede tomar como un porcentaje apropiado de la precipitación.
Un estimado razonablemente conservador tomaría toda la percolación profunda como rendimiento
sostenible, a condición de que no produzca [localmente] una excesiva intrusión salina. Sobre una base global,
la percolación profunda es cerca del 2% de la precipitación. En ausencia de estudios en cuencas específicas,
este valor se puede tomar como punto de partida en el cual basar las determinaciones de rendimiento sostenible.
Una fracción de la evaporación y de la evapotranspiración (ET) es parte de la descarga (ND), que
origina en la recarga (NR) (Fig. 12). Por lo tanto, se requiere un balance hídrico detallado para evaluar los componentes
de precipitación y recarga, con el fin de determinar las fracciones de percolación profunda, evaporación,
evapotranspiración y flujo de base que puedan ser candidatos a captura.
También se puede expresar el rendimiento sostenible como un porcentaje de la recarga. Globalmente, si la recarga se
asume como aproximadamente un 20% de precipitación, entonces la percolación profunda sería
el 10% de la recarga. Por lo tanto, una estimación razonablemente conservadora del rendimiento sostenible sería el 10%
de la recarga. La poca experiencia existente indica que los valores medios de este porcentaje están alrededor del
40%, mientras que los porcentajes menos conservadores pueden exceder el 70% (Miles y Chambet, 1995; Hahn y otros, 1997).
El concepto actual de rendimiento sostenible representa un compromiso entre teoría y práctica. En teoría,
una estimación razonablemente conservadora de rendimiento sostenible sería el 10% de la recarga. En la
práctica, valores más altos que el 10% pueden reflejar la necesidad de tomar en cuenta otros factores.
Las diferentes comunidades están comenzando a considerar la conservación del flujo de base como el estándar contra el cual
se ha de medir el bombeo y, por lo tanto, el rendimiento sostenible del agua subterránea (Maimone, 2004). Los
compromisos pueden ser logrados especificando el mantenimiento de flujos bajos mínimos de duraciones y
frecuencias seleccionadas. En última instancia, la conservación del flujo de base parece ser la única manera
práctica de asegurar que la captura de agua subterránea es razonablemente regulada y que
no termina por secuestrar toda la descarga natural.
|
La conservación del flujo de base parece ser la única manera práctica de asegurar que la captura de agua subterránea
no termina por secuestrar toda la descarga natural.
|
Aún subsiste una pregunta fundamental: ¿Quién es el dueño del agua subterránea? La respuesta no es fácil.
En teoría, la persona o entidad que sea dueño(a) de la descarga natural es dueño(a) del agua subterránea que alimenta
esa descarga natural. Puede demostrarse que esta descarga natural provée servicios naturales y
socioeconómicos. Los servicios naturales están asociados con el mantenimiento de los ecosistemas terrestres y acuáticos
que dependen de la descarga natural. Estos ecosistemas pueden comprender, por ejemplo, humedales, especies ribereñas,
y los flujos mínimos en las corrientes de agua que sean necesarios para sostener la pesquería y flora y fauna acuáticas.
Los servicios socioeconómicos están
asociados a los derechos del agua que pudieran haber sido otorgados a individuos o entidades.
En la práctica, no parece viable, en todos los casos, el no permitir el uso del agua subterránea
en base a que toda la descarga natural ya ha sido apropiada.
La experiencia demuestra que se pueden establecer compromisos razonables en ciertos casos.
En este contexto, es sumamente importante propiciar un acercamiento holístico hacia la sostenibilidad.
Este acercamiento considera los aspectos hidrogeológicos, hidrológicos, ecológicos, socioeconómicos,
tecnológicos, culturales, institucionales y legales, en un tratamiento sin costura, intentando establecer
un compromiso razonable entre los diversos intereses en conflicto. En general, el abatimiento
del agua subterránea puede ser juzgado inaceptable, pero una cantidad razonable de captura
puede ser aceptable si se llegara a un acuerdo en cuanto a su tamaño, previa evaluación cuidadosa de las ventajas y desventajas.
La sostenibilidad del agua subterránea puede ser propiciada mediante el aumento de la recarga de tres maneras:
- Capturando la recarga rechazada;
- Promoviendo la recarga artificial limpia, y
- Reduciendo la recarga artificial negativa.
Cuanto mayor es la captura que proviene de la recarga rechazada, más se asegura la sostenibilidad
(Theis, 1940). Asimismo, cuanto mayor es la recarga artificial limpia, más se asegura la sostenibilidad
(Kazmann, 1956). La reducción de la recarga artificial negativa, en el grado que sea posible, contribuiría
grandemente a asegurar la sostenibilidad.
• CONCLUSIONES •
La pregunta de cuánta agua subterránea
puede bombearse de una manera sostenible no tiene una respuesta simple.
El concepto tradicional de rendimiento seguro, que iguala el rendimiento seguro con la recarga natural, está errado y
ampliamente desacreditado. Desde 1987, ha emergido el concepto de rendimiento sostenible, el cual intenta alcanzar
un compromiso razonable entre los derechos de los usuarios de agua subterránea, y los derechos de los ecosistemas
y usuarios del agua superficial a la descarga natural que es sostenida por esa agua subterránea.
La solución ideal parece ser la conservacion de toda el agua subterránea, excepto todo o una fracción conveniente de la percolación profunda,
para beneficio de las aguas superficiales. Sin embargo, esta solución puede ser demasiada estricta, y probablemente inviable en los lugares en donde el uso del agua subterránea se ha convertido a través de los años, en un
modo de vida.
Está claro que el rendimiento sostenible no puede ni debe igualarse a la recarga natural. Un compromiso
conveniente podría ser el considerar el rendimiento sostenible como una fracción de la recarga natural, siempre y cuando se
haga una evaluación cuidadosa de las ventajas y desventajas, incluyendo los impactos hidrológicos y ecológicos del desarrollo
de agua subterránea. El flujo de base, o más correctamente la conservación del flujo de base, está emergiendo como el estándar
contra el cual se medirá cada vez más el bombeo de agua subterránea en el futuro.
En ausencia de estudios holísticos detallados, un valor de referencia del rendimiento sostenible se puede tomar
como toda o una fracción apropiada de la media global de la percolación profunda, estimada como el 2% de la precipitación.
Serán necesarios estudios locales y regionales detallados para determinar
si este valor se puede aumentar en ciertos casos en atención a uno o más de los siguientes aspectos:
- Un mejor entendimiento de los componentes del balance hídrico;
- Un compromiso razonable entre los diversos intereses socioeconómicos en conflicto; o
- La opción de un política menos conservadora en relación al manejo de los recursos hídricos.
La sostenibilidad va mano a mano con la conservación; cuanto más conservadora es la política propuesta o
adoptada, más sostenible será. Entonces, el rendimiento sostenible es un blanco móvil, que se presta a un gerenciamiento adaptivo.
• RESUMEN •
- Todos los depósitos de agua subterránea están sosteniendo temporalmente agua, en tránsito de un
lugar de recarga a un lugar de descarga.
- Un depósito prístino de agua subterránea está en estado de flujo permanente, con las entradas iguales a las salidas.
- Todo el bombeo proviene de captura; cuanto mayor es la intensidad del bombeo, mayor es la captura.
- La captura proviene de disminuciones en la descarga natural y aumentos en la recarga del acuífero.
- La descarga natural apoya a los ecosistemas riparios, humedales, y otros ecosistemas dependientes del agua subterránea,
y el flujo de base de las corrientes de agua y ríos.
- El concepto tradicional de rendimiento seguro, que iguala el rendimiento seguro con la recarga natural,
está errado y ha sido ampliamente desacreditado.
- El rendimiento sostenible depende de la cantidad de captura, y si esta cantidad se puede aceptar socialmente como
un compromiso razonable entre una política de poco o nada de uso en un extremo, y el secuestro de toda la descarga natural
en el otro extremo.
- La captura depende del uso y no se relaciona con el tamaño o las características hidrogeológicas del acuífero, o
con la recarga natural.
- El rendimiento sostenible es un blanco móvil, a ser determinado después de un estudio y de una valoración
cuidadosa de todos los aspectos referentes a la utilización del agua subterránea.
- Una estimación razonablemente conservadora del rendimiento sostenible toma toda o una fracción apropiada
de la percolación profunda. Sobre una base media global, la percolación profunda es cerca del 2%
de la precipitación.
- El rendimiento sostenible puede también expresarse como un porcentaje de la recarga. La poca experiencia existente
sugiere que los valores medios puedan ser alrededor del 40%, con los valores menos conservadores alrededor del 70%, y
los más conservadores alrededor del 10%.
- Se necesitan estudios interdisciplinarios para desarrollar más experiencia en la determinación de porcentajes rendimiento-a-recarga
que sean aplicables sobre una base local, subregional, y regional.
- La sostenibilidad puede ser fomentada con un manejo adecuado que busca capturar la recarga rechazada,
propiciar la recarga artificial limpia, y disminuir [o limitar] la recarga artificial negativa.
- La recarga artificial es más eficaz cuando utiliza aguas de lluvia o deshielo. Las aguas residuales municipales
deben recibir por lo menos un tratamiento secundario antes de ser utilizadas para recarga artificial. En todo caso, debe evitarse la
contaminación del agua potable con las aguas residuales que originan en recarga artificial.
- Un acercamiento holístico a la sostenibilidad del agua subterránea considera los aspectos hidrogeológicos,
hidrológicos, ecológicos, socioeconómicos, tecnológicos, culturales, institucionales y legales de la utilización del
agua subterránea, en un tratamiento sin costura, intentando establecer un compromiso razonable entre los varios intereses
en conflicto.
- Las diversas comunidades están comenzando a considerar la conservación del flujo de base como el estándar contra el cual
se ha de medir la sostenibilidad del agua subterránea.
- Por último, la sostenibilidad refleja la política de conservación del recurso; cuanto más conservadora es la
política, es probable que sea más sostenible.
• RECONOCIMIENTOS •
Este estudio fue apoyado por la gente de las comunidades de Boulevard y Campo, localizadas al este del Condado de San Diego,
California, EE.UU.
• BIBLIOGRAFÍA •
Alley, W. M., T. E. Reilly, y O. E. Franke. (1999). Sustainability of groundwater resources.
U.S. Geological Survey Circular 1186, Denver, Colorado, 79 p.
Alley, W. M., and S. A. Leake. (2004). The journey from safe yield to sustainability. Ground Water, Vol. 42, No.1, January-February, 12-16.
Chester County Water Resources Authority. (2002). Watersheds: An integrated water resources plan for Chester County, Pennsylvania, and its watersheds.
Adopted September 17, 2002, 240 p.
Hahn, J., Y. Lee, N. Kim, C. Hahn, y S. Lee. (1997). The groundwater resources and sustainable yield of Cheju volcanic island, Korea.
Environmental Geology, 33(1), December, 43-52.
Hardin, G. (1968). The Tragedy of the Commons. Science, Vol. 162, 1143-1148.
Kazmann, R. G. (1956). "Safe yield" in ground water development: Reality of illusion? Journal of the Irrigation and Drainage Division,
American Society of Civil Engineers, Vol. 82, No. IR3, November, Paper 1103.
Kendy, E. (2003). The false promise of sustainable pumping rates.
Ground Water, Vol. 41, No.1, January-February, 2-4.
Lee, C. H. (1915). The determination of safe yield of underground reservoirs of the closed-basin type. Transactions, American Society of Civil Engineers, Vol. LXXVIII, Paper No. 1315, 148-218.
Loucks, D. P. (2000). Sustainable water resources management. Water International, Vol. 25, No. 1, 3-10.
L'vovich, M. I. (1979). World water resources and their future. Translation of the original Russian edition (1974), American Geophysical Union, Washington, D.C.
Maimone, M. (2004). Defining and managing sustainable yield.
Ground Water, Vol. 42, No.6, November-December, 809-814.
Miles, J. C., y P. D. Chambet. (1995). Safe yield of aquifers. Journal of Water Resources Planning and Management, American Society of Civil Engineers,
Vol. 121, No. 1, January/February, Paper No. 5381, 1-8.
Nace, R. L. (1960). Water management, agriculture, and groundwater supplies.
U.S. Geological Survey Circular 415, Denver, Colorado, 12 p.
National Research Council. (1994). Ground water recharge using waters of impaired quality. National Academy Press, Washington, D.C.
Ponce, V. M. (2006). Groundwater utilization and sustainability. http://groundwater.sdsu.edu
Prudic, D. E., y M. E. Herman. (1996). Ground-water flow and simulated effects of development in Paradise Valley,
a basin tributary to the Humboldt River, in Humboldt County, Nevada.
U.S. Geological Survey Professional Paper 1409-F.
Seward, P., Y. Xu, y L. Brendock. (2006). Sustainable groundwater use, the capture principle, and adaptive management. Water SA, Vol. 32, No. 4, October, 473-482.
Soil Conservation Service. (1967). Ground-water recharge. Technical Release No. 36, U. S. Department of Agriculture,
Soil Conservation Service, Engineering Division, Geology, Washington, D.C.
Solley, W. B., R. R. Pierce, y H. A. Perlman. (1998). Estimated use of water in the United States in 1995.
U.S. Geological Survey Circular 1200, Denver, Colorado, 71 p.
Sophocleous, M. (1997). Managing water resources systems: Why "safe yield" is not sustainable.
Ground Water, Vol. 35, No.4, July-August, 561.
Sophocleous, M. (2000a). From safe yield to sustainable development of water resources - The Kansas experience. Journal of Hydrology,
Volume 235, Issues 1-2, August, 27-43.
Sophocleous, M. (2000b). The origin and evolution of safe-yield policies in the Kansas Groundwater Management Districts. Natural Resources Research, Vol. 9, No. 2, 99-110.
Theis, C. V. (1940). The source of water derived from wells: Essential factors controlling the response of an aquifer to development.
Civil Engineering, Vol 10, No. 5, May, 277-280.
Todd, D. K. (1959). Ground Water Hydrology. John Wiley and Sons.
World Commission on Environment and Development (The Brundtland Commission). (1987). Our Common Future. The United Nations, New York.
World Water Balance and Water Resources of the Earth. (1978).
U.S.S.R. Committee for the International Hydrological Decade, UNESCO, Paris, France.
• GLOSARIO •
acuífero = formación geológica permeable saturada que puede rendir cantidades considerables de
agua a pozos y manantiales (Fig. 13).
acuífero confinado = acuífero cuyo límite superior está debajo de la tabla del agua (Fig. 1).
acuífero no confinado = acuífero cuyo límite superior es la tabla del agua (Fig. 1).
acuitardo = las camas menos permeables en una secuencia estratigráfica,
suficientemente impermeables para no rendir cantidades considerables de agua
a pozos y manantiales (Fig. 13).
agua subterránea = agua que fluye por gravedad, debajo de la superficie de la tierra,
y que llena los espacios porosos de los aluviones, suelos o rocas.
agua subterránea minada = el abatimiento
de un depósito de agua subterránea más allá de su capacidad de rellenarse o recuperarse en forma natural.
agua superficial = agua que fluye sobre la superficie de la tierra,
incluyendo el flujo de lámina y el escurrimiento en corrientes de agua.
almacenamiento capturado = disminución en el almacenamiento
de agua subterránea inducido por el bombeo intensivo con flujo transitorio.
arroyo = fenómeno natural cuyo propósito es devolver
una fracción del agua precipitada, y los sólidos que conlleva, al océano, cerrando así el ciclo hidrológico.
balance hídrico = una contabilidad de los varios componentes del ciclo hidrológico.
calidad del agua = la descripción de las características químicas, físicas, y biológicas del agua,
generalmente respecto a su conveniencia para un propósito o uso particular.
captura = cantidad retirada mediante el bombeo.
ciclo hidrológico = movimiento recirculatorio contínuo de las aguas de la tierra.
coeficiente del almacenamiento [S] = el cociente del volumen de drenaje libre al volumen total del acuífero.
conductividad hidráulica [K] = velocidad [media] volumétrica
que atraviesa la formación del suelo o roca [acuífero].
conservación = protección cuidadosa de algo que tiene valor intrínseco, tal como un recurso natural finito.
conservación del flujo de base = la política de protección del flujo de base
para mínimizar el riesgo de captura por el agua subterránea.
cuenca = el área de la tierra de la cual el flujo de agua drena hacia un punto, por medio de
una corriente, río, o depósito subterráneo.
depósito no prístino = depósito que tiene una historia de bombeo.
depósito prístino = depósito que no ha sido sujeto
a la intervención humana.
desarrollo sostenible = el desarrollo que satisface las necesidades
presentes sin comprometer la abilidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades.
descarga capturada = disminución en la descarga inducida por el bombeo.
descarga natural = descarga a las aguas superficiales [exfiltración],
que alimenta manatiales, corrientes, ríos, humedales, lagos, y los ecosistemas dependientes del agua subterránea.
descarga residual = diferencia entre descarga natural
y descarga capturada.
difusividad adimensional =
expresión adimensional de la difusividad de un acuífero, basado en la relación
(tT)/(L2S), donde t = tiempo, T= transmisibilidad, S = coeficiente del almacenamiento, y L = longitud.
ecosistema = sistema natural que consiste en una colección de componentes bióticos
y abióticos, incluyendo flora, fauna, formas de
vida más bajas, agua y suelo, y gobernado por un sistema de leyes naturales.
escurrimiento = el agua que fluye en la superficie
de la tierra, y que se origina en la lluvia, deshielo, y otras fuentes; la suma del escurrimiento directo y el flujo de base.
escurrimiento directo = escurrimiento que fluye directamente en la superficie, sin infiltración bajo tierra.
escurrimiento superficial = escurrimiento que fluye sobre la superficie de
la tierra directamente hacia las corrientes (Fig. 13).
evaporación = proceso por el cual los átomos o las moléculas en estado líquido
ganan suficiente energía para pasar al estado gaseoso.
evapotranspiración = suma de evaporación y de transpiración
de la planta, que es el movimiento de agua dentro de la planta y la pérdida subsecuente de agua como vapor a través de los estomas
en sus hojas.
exfiltración = el agua que se exfiltra hacia la superficie de tierra desde abajo de ella.
flujo de base = fracción del escurrimiento que se origina en el agua subterránea.
freatofita = planta de raíz profunda, que obtiene el agua que necesita
directamente de la tabla de agua, o del suelo encima de ésta (zona vadosa).
fuerza gravitacional = la fuerza que conduce a toda masa de un lugar de
potencial más alto a un lugar de potencial más bajo.
hidrófita = planta adaptada para vivir en agua o en suelo saturado.
higrófita = planta que prospera en suelo muy mojado y/o se restringe más o menos a los sitios húmedos.
holístico = tratado del conjunto, más bien que de las partes; sin costura.
humedal = ecosistema terrestre en donde la tabla de agua se encuentra
regularmente muy cerca de la superficie.
infiltración = flujo de agua que se mueve hacia abajo, debajo de la superficie de la tierra, a través del suelo.
longitud del acuífero [L] = dimensión de un acuífero en dirección perpendicular a la corriente de drenaje.
manantial = lugar donde
exfiltran concentraciones de flujo de agua subterránea hacia la superficie de la tierra o un cuerpo de agua superficial.
napa freática = superficie superior de la zona de saturación en un acuífero no confinado (tabla de agua).
no renovable = no recuperable dentro de un
período menor o igual que la duración de una vida humana.
pantano bog = tipo de humedal que acumula turba ácida, o depósitos de material vegetal muerto (Fig. 13).
percolación profunda = fracción de la precipitación (o recarga)
que regresa directamente en el océano, evitando las aguas superficiales.
recarga = cualquier adición al sistema de agua subterránea por
la filtración a través de la superficie de la tierra (Fig. 13).
recarga artificial = aumento en la recarga de agua subterránea inducida por acción humana.
recarga artificial negativa = disminución de la recarga de agua subterránea
inducida por actividades socioeconómicas, tales como la deforestación, el sobrepastoreo, el sobrecultivo, y el desarrollo urbano.
recarga capturada = aumento en la recarga inducida por el bombeo.
recarga disponible = suma de recarga no rechazada y recarga rechazada, si esta última no es nula.
recarga natural = agua subterránea proveniente de escurrimiento superficial o deshielo,
con filtración a través de la superficie.
recarga neta = diferencia entre recarga y descarga.
recarga no rechazada = cantidad de recarga disponible tomada por un acuífero a causa de no estar
lleno.
recarga rechazada = cantidad de recarga
rechazada por un acuífero a causa de estar lleno (por lo menos parte del tiempo).
rendimiento seguro = el
mantenimiento de un equilibrio a largo plazo entre la cantidad anual de agua subterránea bombeada y la cantidad
anual de recarga.
rendimiento sostenible = el rendimiento o producción de agua
subterránea que está de acuerdo con el principio del desarrollo sostenible.
renovable = recuperable dentro de un
período menor o igual que la duración de una vida humana.
reservorio de recarga = depósito superficial que tiene el
propósito de recargar el agua subterránea (Fig. 1).
reservorio no desarrollado = un depósito que no ha sido sujeto
a la intervención humana.
simulación = la imitación o modelación de un
prototipo o de un sistema mediante la descripción
de sus características, usando abstracciones y buscando respuestas a preguntas tales como ¿qué pasaría si ...?
sistema abatido = un sistema de agua subterránea en desequilibrio o estado transitorio, con el
bombeo a profundidades cada vez mayores.
sistema desarrollado = un sistema de agua subterránea en equilibrio o estado permanente,
con un bombeo moderado a una profundidad fija.
tabla de agua = superficie superior de la zona de saturación en un acuífero no confinado (napa freática).
transmisibilidad [T] = el producto de la conductividad
hidráulica K y el espesor del acuífero b, es decir, T = Kb; una medida del volumen de agua que se mueve a través de un acuífero.
tratamiento primario = nivel del tratamiento de aguas
residuales que remueve los sólidos orgánicos e inorgánicos por sedimentación, y los materiales flotantes desnatando.
tratamiento secundario = nivel del tratamiento
de aguas residuales que remueve la materia orgánica biodegradable soluble y coloidal y los sólidos suspendidos y,
en algunos casos, nitrógeno y fósforo.
tratamiento terciario = cualquier proceso físico, químico,
o biológico que logra un grado del tratamiento de aguas residuales mayor que el alcanzado con un tratamiento secundario.
uso consuntivo = la cantidad de agua subterránea que se consume y que por lo tanto
no regresa al acuífero.
vegetación ribereña = vegetación que satisface
sus necesidades fisiológicas de agua extrayéndola del agua subterránea o de la zona no
saturada inmediatamente encima de ella (zona vadosa).
zona vadosa = zona no saturada comprendida entre la superficie de la tierra y la tabla del agua
(napa freática).
|
Fuente: Recursos Naturales de Canadá.
|
Fig. 13 El sistema de agua subterránea del valle de Ottawa, Canadá.
| http://rendimiento.sdsu.edu |
© 2007 Victor M. Ponce |
071118
|
|
