2.1 Introduction to the chapter
2.2. Understanding Public Affairs
2.2.2. A body of knowledge and its link to professionalism
El termino de vulnerabilidad se comenzó a usar intuitivamente a partir de la década de los 70’s en Francia y mas ampliamente en los 80’s. Inicialmente el término fue usado sin definición formal alguna, aunque hacia referencia a la susceptibilidad del acuífero de ser afectado por la contaminación antrópica.
Foster (1988) definió el riesgo de contaminación como la relación de interacción entre la carga contaminante (que es, será, o pudiera ser aplicada al subsuelo como resultado de la actividad humana) y la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación (debido a las características naturales de los substratos que se cubren y se separan de la superficie). Es decir que el Riesgo de Contaminación es la probabilidad de que las aguas subterráneas se contaminen a concentraciones por encima de los valores recomendados para la calidad del consumo humano.
EPA (1991) hace referencia a la vulnerabilidad subterránea respecto a un plaguicida, como la facilidad con que un contaminante aplicado en la superficie, puede alcanzar al acuífero en función de las prácticas agrícolas empleadas, las características del
se encuentre, siguiendo el principio de correlación espacial. IDW se presenta en Spatial Analyst como dos opciones: Con un radio de búsqueda fijo y un radio de búsqueda variable. Para el primero de ellos el radio del círculo usado para buscar entradas de puntos es igual para cada celda interpolada. Para especificar una cantidad mínima se puede asegurar que dentro del radio fijo, al menos un número mínimo de puntos de entrada será usado en el cálculo de cada celda interpolada. Método SPLINE.
Spline estima valores usando una función matemática que reduce al mínimo la curvatura de la superficie total, dando como resultado una superficie lisa que pasa exactamente a través de los puntos muestreados.
Este método es el mejor para con cuidado variar superficies como la elevación, alturas de superficie del agua, o concentraciones de contaminación.
Hay dos métodos Spline: Regularized y tension (Regularizado y Tensión)
o Regularizado: El método Regularizado crea una superficie suave, de manera gradual cambiando la superficie con los valores que pueden estar fuera de la gama de datos de la muestra.
o Tensión: El método de Tensión suaviza la rigidez de la superficie según el carácter del fenómeno modelado. Esto crea la superficie lisa con valores estrechamente obligados por la gama de datos de la muestra.
Para la presente tesis se interpolaron los valores de la profundidad del agua por estos dos métodos (Anexo 2), después de analizar los mapas resultantes se opta por usar interpolación IDW.
3.5 MÉTODOS PARA DETERMINAR EL ÍNDICE DE VULNERABILIDAD. 3.5.1 Concepto de vulnerabilidad.
El termino de vulnerabilidad se comenzó a usar intuitivamente a partir de la década de los 70’s en Francia y mas ampliamente en los 80’s. Inicialmente el término fue usado sin definición formal alguna, aunque hacia referencia a la susceptibilidad del acuífero de ser afectado por la contaminación antrópica.
Foster (1988) definió el riesgo de contaminación como la relación de interacción entre la carga contaminante (que es, será, o pudiera ser aplicada al subsuelo como resultado de la actividad humana) y la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación (debido a las características naturales de los substratos que se cubren y se separan de la superficie). Es decir que el Riesgo de Contaminación es la probabilidad de que las aguas subterráneas se contaminen a concentraciones por encima de los valores recomendados para la calidad del consumo humano.
EPA (1991) hace referencia a la vulnerabilidad subterránea respecto a un plaguicida, como la facilidad con que un contaminante aplicado en la superficie, puede alcanzar al acuífero en función de las prácticas agrícolas empleadas, las características del
plaguicida y la susceptibilidad hidrogeológica. Esta definición incorpora, además de las condiciones del medio, las propiedades del contaminante y las prácticas de cultivo FOSTER e HIRATA (1991) dicen que la “vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, representa su sensibilidad para ser adversamente afectado por una carga contaminante impuesta”. En este caso al citar a una carga contaminante impuesta, los autores parecen referirse solamente a una contaminación de origen artificial.
CARBONELL (1993) define la vulnerabilidad a la contaminación, como la tendencia de los contaminantes a localizarse en el sistema de agua subterránea, luego de ser introducidos por encima del acuífero más somero. En este caso el autor considera solamente la acción de los contaminantes.
VRBA y ZAPOROZEC (1994) definen a la vulnerabilidad como “una propiedad intrínseca del sistema de agua subterránea que depende de la sensibilidad del mismo a los impactos humanos y/o naturales”. De la definición se desprende que los autores incluyen en la misma tanto al sistema subterráneo como a los contaminantes y dentro de estos a los artificiales y a los naturales.
CUSTODIO (1995) señala: “la vulnerabilidad a la polución expresa la incapacidad del sistema para absorber las alteraciones, tanto naturales como artificiales”. Vuelven a aparecer aquí procesos naturales y/o artificiales, como potenciales generadores de la alteración.
3.5.2 Métodos para determinar el índice de vulnerabilidad.
Existen muchas técnicas para desarrollar una cartografía de la vulnerabilidad de acuíferos. Cada uno de los métodos tiene limitaciones en su uso que dependen de la cantidad y calidad de los datos disponibles y de la dimensión y objetivo de la evaluación (Vrba, 1994).
Los métodos estadísticos van desde estadística descriptiva de la concentración de los contaminantes hasta los análisis de regresión más complejos que incorporan los efectos de variables de predicción (Focazio et al., 2002). La estadística descriptiva, como la media, la mediana y los percentiles se usan para sumar la información de un punto que se localiza en un mapa. Al asociar estadísticamente mapas de concentración con otros mapas de variables exploratorias se puede tener una comprensión de los factores importantes que afectan a la vulnerabilidad. Las pruebas de hipótesis permiten eliminar las variables insignificantes en el proceso de evaluación. El análisis de regresión es un método estadístico que predice la probabilidad de que ocurra contaminación mediante una prueba de hipótesis, donde se usan variables independientes además de coeficientes para estas variables. La desventaja de estos métodos es la gran cantidad de datos requeridos y las interpretaciones erróneas en los métodos probabilísticas.
Los métodos de simulación suponen aspectos físicos como el movimiento del agua y el transporte y destino de contaminantes en el medio ambiente, estas incluyen modelos de simulación que calculan las áreas susceptibles o vulnerables basado en el
plaguicida y la susceptibilidad hidrogeológica. Esta definición incorpora, además de las condiciones del medio, las propiedades del contaminante y las prácticas de cultivo FOSTER e HIRATA (1991) dicen que la “vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, representa su sensibilidad para ser adversamente afectado por una carga contaminante impuesta”. En este caso al citar a una carga contaminante impuesta, los autores parecen referirse solamente a una contaminación de origen artificial.
CARBONELL (1993) define la vulnerabilidad a la contaminación, como la tendencia de los contaminantes a localizarse en el sistema de agua subterránea, luego de ser introducidos por encima del acuífero más somero. En este caso el autor considera solamente la acción de los contaminantes.
VRBA y ZAPOROZEC (1994) definen a la vulnerabilidad como “una propiedad intrínseca del sistema de agua subterránea que depende de la sensibilidad del mismo a los impactos humanos y/o naturales”. De la definición se desprende que los autores incluyen en la misma tanto al sistema subterráneo como a los contaminantes y dentro de estos a los artificiales y a los naturales.
CUSTODIO (1995) señala: “la vulnerabilidad a la polución expresa la incapacidad del sistema para absorber las alteraciones, tanto naturales como artificiales”. Vuelven a aparecer aquí procesos naturales y/o artificiales, como potenciales generadores de la alteración.
3.5.2 Métodos para determinar el índice de vulnerabilidad.
Existen muchas técnicas para desarrollar una cartografía de la vulnerabilidad de acuíferos. Cada uno de los métodos tiene limitaciones en su uso que dependen de la cantidad y calidad de los datos disponibles y de la dimensión y objetivo de la evaluación (Vrba, 1994).
Los métodos estadísticos van desde estadística descriptiva de la concentración de los contaminantes hasta los análisis de regresión más complejos que incorporan los efectos de variables de predicción (Focazio et al., 2002). La estadística descriptiva, como la media, la mediana y los percentiles se usan para sumar la información de un punto que se localiza en un mapa. Al asociar estadísticamente mapas de concentración con otros mapas de variables exploratorias se puede tener una comprensión de los factores importantes que afectan a la vulnerabilidad. Las pruebas de hipótesis permiten eliminar las variables insignificantes en el proceso de evaluación. El análisis de regresión es un método estadístico que predice la probabilidad de que ocurra contaminación mediante una prueba de hipótesis, donde se usan variables independientes además de coeficientes para estas variables. La desventaja de estos métodos es la gran cantidad de datos requeridos y las interpretaciones erróneas en los métodos probabilísticas.
Los métodos de simulación suponen aspectos físicos como el movimiento del agua y el transporte y destino de contaminantes en el medio ambiente, estas incluyen modelos de simulación que calculan las áreas susceptibles o vulnerables basado en el
movimiento del agua y de solutos. Para esto se usa software (MODFLOW, GMS, etc.), La desventaja, al igual que los métodos probabilísticos también se requieren gran cantidad de datos además de tiempo para elaborar todo el diseño en el software. Los métodos paramétricos se basan en la estructura hidrogeológica, clasificación y ponderación de los parámetros, consideran una percolación sencilla del agua o del contaminante y no tienen en cuenta el camino preferencial del flujo. Los métodos paramétricos mas conocidos y ampliamente usados son: GOD (Foster, 1987), AVI (Van Stempvoort, et al., 1992), DRASTIC (Aller et al, 1987), SINTACS (Civita et al, 1990).
La vulnerabilidad de las aguas subterráneas no es una propiedad absoluta. Es una propiedad relativa y sin dimensión.
Tabla 1. Definición practica de las distintas clases de vulnerabilidad a la contaminación de acuíferos (Foster et al, 2003).
CLASE DE VULNERABILIDAD
DEFINICIÓN CORRESPONDIENTE Extrema
Vulnerable a la mayoría de los contaminantes con impacto rápido en muchos escenarios de contaminación.
Alta
Vulnerable a muchos contaminantes (excepto a los que son fuertemente absorbidos o fácilmente transformados) en muchos escenarios de contaminación.
Media
Vulnerable a algunos contaminantes solo cuando son continuamente descargados o lixiviados.
Baja
Solo vulnerable frente a contaminantes conservativos cuando son descargados o lixiviados en forma amplia y continua durante largos periodos de tiempo.
Muy Baja Presenta capas confinantes en las que el flujo vertical (precolación) es insignificante.
GOD. Este método propuesto en 1987 por Foster, trata de ser simple y sistemático. Éste se considera el primer paso para la determinación del riesgo de contaminación de aguas subterráneas con el fin de establecer prioridades. El método determina la vulnerabilidad intrínseca por lo que no toma en cuenta el tipo de contaminante.
Este método establece la vulnerabilidad del acuífero, como una función de la inaccesibilidad de la zona saturada, desde el punto de vista hidráulico a la penetración de contaminantes y la capacidad de atenuación de los estratos encima de la zona saturada como resultado de su retención física y la reacción química con los contaminantes.
Es claro que se trata de un método empírico que establece la vulnerabilidad relativa como la interacción entre la inaccesibilidad hidráulica y la capacidad de atenuación,
factores que poseen relaciones complejas que dependen de gran cantidad de variables difíciles sino imposibles de cuantificar.
Este método se basa en la asignación de índices entre 0 y 1 a 3 variables que son las que nominan el acrónimo:
G (ground water occurrence – tipo de acuífero)
O (overall aquifer class – litología de la zona no saturada) D (depth – profundidad del agua del acuífero o manto freático).
La vulnerabilidad según el método se calcula como el producto de los siguientes factores:
VULNERABILIDAD = G * O * D
Cada uno de los factores posee valores entre cero y uno, entre mayor es el valor, más desfavorable es la condición. Este método solo asigna un peso indirecto a las variables a través de sus valores.
En la figura 7 se reproduce el diagrama para cualificar la vulnerabilidad de un acuífero a la contaminación. Los 3 índices que se multiplican entre sí, resultan en uno final (diagrama de salida – output) que puede variar entre 1 (vulnerabilidad máxima) y 0 (mínima).
Se considera vulnerabilidad muy baja si el valor es menor a 0.1, baja si el valor está entre 0.1 y 0.3, moderada si está entre 0.3 y 0.5, alta si está entre 0.5 y 0.7 y extrema si es mayor a 0.7.
DRASTIC (Aller et al, 1987).Fue desarrollado para la agencia de protección ambiental de los Estados Unidos (Environmental Protection Agency, EPA), con el objeto de evaluar la vulnerabilidad intrínseca de los acuíferos. Es un método de uso muy difundido, tanto para la calificación (evaluación cualitativa) como para el mapeo y se basa en la asignación de índices que van de 1 a 10, de acuerdo a las características y el comportamiento de las variables consideradas en el acrónimo DRASTIC:
D(depth – profundidad del agua freática) R(recharge – recarga neta)
A(aquifer – litología del acuífero) S(soil – tipo de suelo)
T(topography – topografía)
I(impact – litología de la sección subsaturada)
C(hydraulic conductivity – conductividad hidráulica del acuífero).
Estas son propiedades del acuífero que se ingresan dentro de un SIG (para este caso ArcView), para lo cual cada una representa una cubierta. Luego se ha clasificado cada una según los pesos y tazas que nos indica el Índice DRASTIC, el cual es calculado con estos factores de la siguiente forma:
ÍNDICE DRASTIC = DrDw + RrRw + ArAw + SrSw + TrTw + IrIw + CrCw
Donde los subíndices r y w significan la tasa de puntuación o factor de puntuación y el peso o ponderación respectivamente.
Dr = Tasa asignada a la profundidad de la tabla de agua (D) Dw = Peso de la profundidad de la tabla de agua (D)
Rr = Tasa asignado para rangos de recarga del acuífero (R) Rw = Peso para la recarga del acuífero (R)
Ar = Tasa asignada al medio del acuífero (A) Aw = Peso asignado al medio del acuífero (A) Sr = Tasa para el suelo (S)
Sw = Peso para el suelo (S) Tr = Tasa para la pendiente (T)
Tw = Peso asignado a la topografía (T) Ir = Tasa asignada a la zona vadosa (I) Iw = Peso asignado a la zona vadosa (I)
Cr = Tasa de rangos de conductividad hidráulica (C) Cw = Peso de conductividad hidráulica (C)
El índice 1 indica la mínima vulnerabilidad y el 10 la máxima.
Son entonces en total 7 cubiertas que se forman dentro del SIG donde cada una representa una clasificación de las propiedades anteriores. Esta clasificación se obtiene de los siguientes cuadros:
Clasificación para la cubierta D (profundidad de agua)
Tabla 2. Rangos de profundidad de agua para obtener el peso D del índice DRASTIC. Profundidad de agua (metros)
Peso: 5 Peso Pesticida: 5
Rango Tasa 0 – 2 10 2 – 5 9 5 – 9 7 9 – 15 5 15-23 3 23 – 30 2 > 30 1
Clasificación para la cubierta R (recarga)
Tabla 3. Rangos de recarga de agua para obtener el peso R del índice DRASTIC. Recarga Neta (mm/día)
Peso:4 peso pesticida:4
Rango Tasa 0-51 1 51-102 3 102-178 6 178-254 8 > 254 9
Clasificación para la cubierta A (medio del acuífero)
Tabla 4. Tipos de medio acuífero para obtener el peso A del índice DRASTIC. Medio del acuífero
Peso: 3 Peso Pesticida: 3
Tasamiento Típico Promedio Rango
Lutita masiva 2 1 - 2
Metamórfica/Ígnea 3 2 - 5
Metamórfica/Ígnea Meteorizadas 4 3- 5
Morrena 5 4 -6
Arenisca bandeada, Secuencias de
caliza y lutitas 6 5 - 9
Arenisca masiva 6 4 - 9
Arena y grava 8 4 - 9
Basalto 9 2 -10
Caliza Kárstica 10 9 - 10
Clasificación para la cubierta S (suelo)
Tabla 5. Tipos de cubierta de suelo para obtener el peso S del índice DRASTIC. Suelo
Peso: 2 Peso Pesticida: 5
Rango Tasa
Delgado o ausente 10
Grava 10
Arena 9
Carbón, turba 8
Arcillas contraídas y/o agregadas 7 Arcilla moldeable arenosa 6 Arcilla moldeable o barro 5 Arcilla moldeable limosa 4
Arcilla moldeable 3
Abono, materia orgánica 2 Arcillas no contraídas y no agregadas 1 Clasificación para la cubierta T (topografía)
Tabla 6. Rangos de pendiente topográfica para obtener el peso T del índice DRASTIC. Topografía (Porcentaje de Pendiente)
Peso: 1 Peso Pesticida: 3
Rango Tasa 0 – 2 10 2 – 6 9 6 – 12 5 12 – 18 3 > 18 1
Clasificación para la cubierta I (zona vadosa)
Tabla 7. Tipos de cubierta de la zona no saturada para obtener el peso I del índice DRASTIC. Zona vadosa
Peso: 5
Rango Tasa Tasamiento típico
Capa confinante 1 1
Limo/arcilla 2- 6 3
Lutita 2 - 6 3
Caliza 2 - 5 3
Arenisca 2 - 7 6
Caliza bandeada, arenisca, lutita 4 - 8 6 Arenisca y grava con significante
limo y arcilla 4 - 8 6
Arena y grava 4 - 8 8
Basalto 2 - 10 9
Caliza Kárstica 8 - 10 10 Clasificación para la cubierta C (conductividad hidráulica)
Tabla 8. Rangos de conductividad hidráulica para obtener el peso C del índice DRASTIC. Conductividad Hidráulica (m/día)
Peso: 3 Peso Pesticida: 2
Rango Tasa 0 - 4 1 4 - 12 2 12 - 29 4 29 - 41 6 41- 82 8 > 82 10
Para realizar todos estos cálculos primero se introducen todas las cubiertas dentro de un mismo sistema de coordenadas geográficas y se le asigna el valor de la tasa y el peso a cada una de las cubiertas. El resultado final del cálculo es una cubierta que contiene un valor numérico generado de la ecuación del índice DRASTIC.
Se multiplican el peso y el factor correspondiente a cada parámetro, y luego se suman los 7 resultados, para obtener un valor final o índice de vulnerabilidad, cuyos extremos son 23 (mínima) y 230 (máxima), aunque en la práctica el índice dominante varía entre 50 y 200.
DRASTIC también considera la incidencia de las actividades agrícolas, en particular de los pesticidas.
El Índice DRASTIC es un resultado cualitativo dentro de las clases y de ninguna manera excluye el factor vulnerabilidad dentro de las zonas. Esto quiere decir que una zona de baja vulnerabilidad es menos vulnerable que una zona de alta vulnerabilidad, sin embargo no deja de ser vulnerable. Por lo tanto a partir de esta zonificación de vulnerabilidad se pueden crear otros criterios para establecer puntos críticos de vulnerabilidad dentro de una misma clase.
SINTACS (Civita et al, 1990). Es una derivación del DRASTIC, desarrollado por para adecuarlo a las diversificadas características hidrogeológicas de Italia y al requerimiento de un mapeo de mayor detalle. El acrónimo SINTACS se deriva de las iniciales de los siguientes parámetros en italiano, ya que fue en este país en el que se desarrollo y comprende:
S(soggiacenza – profundidad del agua) I(infiltrazione - infiltración)
N(non saturo - sección no saturada) T(tipologia della cobertura – tipo de suelo)
A(acquifero – características hidrogeológicas del acuífero) C(conducibilità – conductividad hidráulica)
S(superficie topográfica – pendiente topográfica).
Para calcular el índice de vulnerabilidad SINTACS se utiliza la siguiente fórmula: Índice SINTACS = PSWS+PIWI+ PNWN+ PTWT+ PAWA+ PCWC+ PSWS
Donde:
Índice SINTACS = índice de vulnerabilidad del método SINTACS
P(1,7)= puntaje de cada uno de los siete parámetros
W(1,n)= peso asociado a cada parámetro.
Para la aplicar la metodología SINTACS, es necesario primero establecer los valores de los diferentes parámetros que incluye la metodología, además de establecer los pesos correspondientes a cada parámetro, estos valores se ingresan en un SIG (Para este caso Arc View) luego se calcula el índice de Vulnerabilidad mediante ecuación mostrada anteriormente:
Figura 9. Valores de la profundidad del agua y puntaje relativo.
Figura 11. Grafico para la evaluación de F para suelo con espesor grueso.
Figura 13. Acción de atenuación del tipo de roca en la zona no saturada y puntaje relativo.
Figura 15. Características de textura del suelo y puntaje relativo para la evaluación de la acción de atenuación del contaminante.
Figura 17. Intervalo de valores de la conductividad hidráulica y puntaje relativo.
Figura 19. Clases de pendientes y puntaje relativo.
Este método presenta una estructura compleja, tanto para la entrada de datos como para la salida, por lo que su operación se realiza mediante un programa preparado especialmente para el mismo (por ejemplo, programar una hoja de Excel). A las variables mencionadas, que influyen en la vulnerabilidad intrínseca, se les puede añadir la incidencia del agua superficial y el uso de la tierra.
AVI es un método para evaluar la vulnerabilidad natural de un acuífero por medio de la resistencia hidráulica vertical (CT) al pasar los flujos de agua por diferentes