El Mito de la Evaluación del Agua Subterránea
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INTRODUCCIÓN El agua subterránea se encuentra por debajo de la superficie de la Tierra a profundidades que varían con el clima predominante, desde muy cerca de la superficie en regiones húmedas, a distancias superiores a cientos de metros en regiones muy áridas. A través de la historia, los seres humanos han recurrido a las aguas superficiales para satisfacer su necesidades. Sin embargo, en los últimos 100 años, las sociedades desarrolladas han recurrido cada vez más al agua subterránea, extrayéndola mediante el bombeo. Las aguas superficiales y subterráneas están usualmente conectadas, convirtiéndose una en la otra, y viceversa; sin embargo, en la práctica son muy diferentes. El agua superficial se repone rápidamente, con un tiempo de reciclaje de 11 días, en promedio global (L'vovich, 1979). Por el contrario, las aguas subterráneas llevan mucho más tiempo para reponerse. Los tiempos de reciclaje de las aguas subterráneas varían considerablemente, desde días, hasta años, siglos, y milenios, dependiendo de la ubicación del acuífero, tipo, profundidad y características (Fig. 1).
El tiempo promedio para la reposición de las aguas subterráneas es de 1,400 años (World Water Balance, 1978; Ponce, 2006a). Este hecho reconoce que el uso de las aguas subterráneas es un arma de doble filo: El abatimiento (agotamiento} sigue a cualquier desarrollo que no preste la debida atención al tiempo de reposición. Sin embargo, cabe anotar que la explotación excesiva de las aguas subterráneas continúa hasta la fecha, en un experimento global que parece estar dominado más por los intereses económicos y la conveniencia que por la realidad y la razón. La idea predominante es de que el agua subterránea existe aparentemente en grandes cantidades, relativamente cerca de la superficie, y que debe utilizarse en cuanto el agua superficial escasee o ya esté toda comprometida. Se presta poca atención a la conectividad, es decir, al hecho de que la mayoría de las aguas subterráneas están destinadas a convertirse eventualmente en aguas superficiales. Se presta aún menor atención al problema de la salinidad: Está comprobado que la calidad del agua subterránea se deteriora con la profundidad, resultando más salina cuando se bombea a profundidades cada vez mayores (Chebotarev, 1955; Ponce, 2012a). A pesar de estas limitaciones, la industria de la utilización del agua subterránea ha prosperado en el siglo pasado, particularmente en las sociedades desarrolladas. Las evaluaciones de aguas subterráneas continúan siendo realizadas hasta la fecha. El objetivo principal es determinar la cantidad de agua subterránea que pueda ser bombeada de forma segura. De acuerdo con las tendencias actuales, el concepto anticuado de rendimiento seguro (Lee, 1915; Todd, 1959) está siendo reemplazado por el de rendimiento sostenible (Alley et al., 1999; Maimone, 2004). Sin embargo, la cuestión de la disponibilidad del recurso, en cantidad y calidad, queda aún por resolverse. El problema se puede resumir en los siguientes puntos:
Los argumentos anteriores apuntan al mito de la evaluación del agua subterránea, elaborado por Bredehoeft (1997) (op. cit.). Existe la necesidad urgente de extender el análisis para incluir todos los aspectos que no hayan sido considerados adecuadamente en el pasado. Estas proposiciones se examinan en el presente artículo. LA EVALUACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA La evaluación del agua subterránea se ha basado tradicionalmente en la siguiente premisa: Primero se determina la recarga, y luego se extrae como máximo esta cantidad del volumen de control. Cabe anotar que el agua subterránea no es un volumen, sino más bien un flujo, estando constantemente en movimiento de un lugar de recarga a un lugar de descarga. En condiciones naturales, es decir, en ausencia de bombeo, la recarga es equilibrada (compensada) por una descarga de igual magnitud. En presencia de bombeo, hay dos situaciones: (1) bajo condiciones de equilibrio, la demanda externa es satisfecha tanto por la recarga como por la descarga, aumentando la primera y reduciendo la segunda; y (2) bajo condiciones de no equilibrio, el volumen adicional proviene del almacenamiento del acuífero, resultando en su abatimiento. La Figura 3 muestra estas relaciones, lo que permite afirmar lo siguiente:
La situación es particularmente clara en el caso de un acuífero no confinado (acuífero libre).
El bombeo de este tipo de acuífero disminuye los niveles de agua
cerca del pozo, formando un cono de depresión (Fig. 4).
A través de los años, la evaluación de agua subterránea se ha basado en el cálculo de la recarga y la consiguiente limitación de la cantidad permisible de bombeo a esta cantidad. A esta práctica se la ha denominado la determinación del "rendimiento seguro". El enfoque, sin embargo, es incompleto, porque ignora la existencia de la descarga (Sophocleous, 1997). De continuarse, terminará secando los humedales y manantiales vecinos, y con el tiempo reducirá el caudal base en las corrientes y ríos de los alrededores (RAMSAR, 2010). Por lo tanto, no es sostenible (Alley et al., 1999). Para ilustrar el efecto del bombeo del "seguro rendimiento" sobre el caudal base, Sophocleous (2000) ha presentado dos mapas fechados de corrientes perennes en Kansas, dentro del acuífero regional de los Altos Llanos, EE.UU. (Fig. 5). El mapa de la derecha (1994) muestra una marcada disminución de la longitud total de las corrientes en el tercio occidental del estado, dentro del período transcurrido (1961-1994), mostrando el impacto del abatimiento de agua subterránea en los recursos de aguas superficiales.
EL VOLUMEN DE CONTROL La evaluación tradicional del agua subterránea presenta un dilema: La evaluación está basada en la elección de un volumen de análisis, o volumen de control, pero éste no es fácilmente discernible. ¿Cuál debe ser el volumen de control aplicable a un caso dado? En otras palabras: ¿Cuál es el volumen en base al cual se deben evaluar la recarga y la descarga? La práctica habitual es tomar el área de la cuenca de aguas superficiales para delimitar el volumen de control, a falta de algo mejor o más obvio. Esta elección, sin embargo, no es totalmente apropiada, ya que los límites de las aguas superficiales y subterráneas no son generalmente coincidentes (RAMSAR, 2010). El flujo de agua superficial está circunscrito al área de la cuenca, la cual usualmente puede ser determinada con bastante precisión; en contraste, no existe un límite claramente definido para el flujo del agua subterránea. Los flujos de aguas subterráneas siguen los gradientes hidráulicos prevalecientes, los cuales pueden atravesar los límites del agua superficial y, por lo tanto, desafiar una caracterización más precisa. Efectivamente, el bombeo puede resultar en un cambio del patrón natural de flujo de agua subterránea, inclusive hasta invertir la dirección de flujo. Por lo tanto, el igualar el límite del flujo del agua subterránea con el límite del flujo del agua superficial puede no ser la decisión más apropiada en todos los casos.
Como ejemplo de la naturaleza evolutiva de la captura,
Prudic y Herman (1996) simularon a largo plazo el flujo de
aguas subterráneas en Paradise Valley, en el condado de Humboldt,
Nevada, EE.UU. El bombeo de 48%
de la recarga durante 300 años produjo, en orden secuencial: (1) pérdidas
en el almacenamiento del acuífero; (2) reducción en la
evapotranspiración; (3) disminución del flujo superficial;
y (4) inversión del flujo de agua abajo, es decir, aumentos en
la recarga, procedente de la cuenca vecina de aguas abajo. La
El tamaño del volumen de control depende del tamaño o cantidad de captura: Cuanto mayor es la captura, más grande es el volumen de control. Por lo tanto, un enfoque puramente mecanicista de la evaluación del agua subterránea es probablemente defectuoso. Cuanto mayor sea la cantidad de agua subterránea a ser capturada, mayor será el área de influencia comprometida por el bombeo. Tal como lo señala Bredehoeft (1997), el rendimiento sostenible no tiene casi nada que ver con la recarga, la cual es difícil, si no imposible, de cuantificar. Alley et al. (1999) han sugerido que la evaluación del rendimiento sostenible esté basado, no en principios hidrogeológicos, sino más bien en un enfoque interdisciplinario. Este enfoque debe determinar la cantidad de agua subterránea que podría ser bombeada sin causar consecuencias ambientales, sociales o económicas inaceptables. La definición de "inaceptable" es en gran parte subjetiva, comprendiendo una amplia gama de criterios, incluyendo todo el sistema hidrológico y el ecosistema prevaleciente. Por lo tanto, es necesario ampliar la evaluación del agua subterránea, optando por el nuevo enfoque interdisciplinario. Los manantiales, humedales, ecosistemas ribereños, la vegetación de tierras áridas altas alimentada por manantiales, el caudal base, y los derechos adquiridos de agua río abajo tendrían un creciente rol en la evaluación del rendimiento sostenible basado en el enfoque interdisciplinario (RAMSAR, 2010). En su magistral artículo sobre la evaluación de las aguas subterráneas, Theis (1940) reconoce que todas las aguas subterráneas de importancia económica están constantemente moviéndose de un lugar de recarga a un lugar de descarga. De acuerdo a Theis (op. cit.), en condiciones naturales, los acuíferos se encuentran en un estado de equilibrio dinámico, siendo la recarga aproximadamente igual a la descarga. El bombeo por pozos, es decir, la captura, es una nueva descarga superimpuesta a un sistema previamente estable. Esta descarga es satisfecha por: (a) un aumento en la recarga, (b) una disminución de la descarga, (c) una pérdida del volumen de almacenamiento, o (d) una combinación de los tres anteriores.
Es incorrecto basar la evaluación del rendimiento de agua subterránea sólamente en la recarga. Este enfoque ha sido desacreditado en los últimos 20 años (Bredehoeft, 1997; Sophocleous, 1997). El nuevo paradigma considera tanto el aumento en la recarga como la disminución de la descarga en las evaluaciones de agua subterránea. El nuevo enfoque se centra en la evaluación del efecto de la reducción de la descarga en el resto del sistema hidrológico, el ecosistema asociado, y la sociedad en general. Cabe observar que dicha evaluación trasciende el ámbito de la hidrogeología, para abarcar los aspectos hidrológicos, ecohidrológicos, socioeconómicos, institucionales y jurídicos de la utilización del agua subterránea, buscando establecer un compromiso razonable entre intereses a menudo contradictorios (Ponce, 2006b). Este enfoque asegura un mejor significado del concepto de sostenibilidad. RENDIMIENTO SOSTENIBLE DEL AGUA SUBTERRÁNEA El rendimiento sostenible del agua subterránea no depende del tamaño, profundidad, o características hidrogeológicas del acuífero. El rendimiento sostenible tampoco depende de la recarga natural, ya que ésta ya ha sido apropiada por la descarga natural (Sophocleous, 2000). El rendimiento sostenible depende de la cantidad de captura, y si ésta es socialmente aceptable como un compromiso razonable entre poco o ningún uso, en un extremo, y el secuestro de toda la descarga natural en el otro extremo. El rendimiento sostenible se podrá determinar sólo después de la evaluación de todos los aspectos relacionados con la utilización del agua subterránea. Además de hidrogeología, éstos incluyen hidrología, ecohidrología, socioeconomía, y los aspectos institucionales y legales, para citar sólo los más salientes (Ponce, 2006b). En la práctica, el rendimiento sostenible puede ser expresado como un porcentaje de la recarga, aunque aparentemente no exista ninguna relación entre ellos. Si la recarga es expresada como una fracción de la precipitación, el rendimiento sostenible puede ser expresado alternativamente como un porcentaje de la precipitación. Son necesarios estudios holísticos para determinar estos porcentajes a nivel local y/o regional. Puede verse que el rendimiento sostenible es un blanco móvil, sujeto a cambios a medida que más información lleve a un mejor conocimiento, y esto haga que varíen las percepciones de la sociedad (Maimone, 2004). El monitoreo adecuado del recurso de agua subterránea permitirá efectuar las correcciones necesarias (Tuinhof et al., 2006). El enfoque puramente hidrogeológico para la utilización de las aguas subterráneas es aparentemente incorrecto. Por lo tanto, la pregunta es: ¿A dónde vamos desde aquí? ¿Cuánta agua subterránea puede o debe bombearse en un caso determinado? Desafortunadamente, la respuesta no es sencilla. Los siguientes enfoques precisan de un examen más detallado:
En cualquier caso, se observa que la utilización de las aguas subterráneas debe remontarse más allá de la práctica usual de la hidrogeología como la única forma de asegurar el camino a la sostenibilidad (Fig. 6) (Ponce, 2013).
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