GEOFISICA DE POZOS Y DIAGNOSIS MATEMATICA EN EL ESTUDIO DE LA VULNERABILIDAD DE ACUIFEROS.

DrC. Rosa María Valcarce Ortega.

Departamento de Geociencias.

I.S.P.J.A.E. – Cuba.

ABSTRACT

The man should be guarantee the sustainable economic development of the society, and for this, it is necessary to protect the groundwater resources of the danger that represent the over -exploitation and the action of multiple pollutants associated to the man's industrial and agricultural activity. Responding to this necessity, the maps of vulnerability of the groundwater have been developed. The vulnerability maps reflects the aquifer’s sensibility from to natural and human impacts, and they have become tools that give the necessary information for the appropriate one taking of decisions.

The characteristics of the development of the aquifer’s vulnerability maps in the world are showed in this paper. It is presented an example of integrated application of the well log analysis and the techniques of mathematical diagnosis, to contribute to the study of the intrinsic vulnerability of the South Basin of Havana, Cuba.

RESUMEN

Para garantizar el desarrollo económico sostenible de la sociedad, es necesario proteger los recursos hídricos subterráneos del peligro que representan la sobre - explotación y la acción de múltiples contaminantes asociados a la actividad industrial y agropecuaria del hombre.

Respondiendo a esta necesidad, se han desarrollado los mapas de vulnerabilidad del agua subterránea, que reflejan la sensibilidad del sistema acuífero a impactos naturales y/o antropogénicos, y se convierten en herramientas que suministran la información necesaria para la adecuada toma de decisiones.

En este trabajo se resume el estado actual del desarrollo de los mapas de vulnerabilidad de los acuíferos a nivel mundial, y se presenta un ejemplo de aplicación integrada de los métodos geofísicos de pozo y las técnicas de diagnósis matemática, para contribuir al estudio de la vulnerabilidad intrínseca de la Cuenca Sur de La Habana, Cuba.

INTRODUCCION

Enorme importancia poseen los recursos hídricos en todas y cada una de las actividades socioeconómicas de cualquier país, por lo que resulta vital proteger este recurso natural contra los peligros de la sobre-explotación y de los múltiples agentes contaminantes, sean éstos de carácter industrial, agropecuario o urbano.

A nivel mundial, el 20% del volumen total de agua dulce corresponde a las aguas subterráneas. Cuba, país donde los territorios carsificados constituyen aproximadamente el 60% de la superficie, y la red hidrográfica posee poco desarrollo, encuentra en las aguas subterráneas, y especialmente en los acuíferos cársicos, una importante fuente de abastecimiento para satisfacer las necesidades impuestas por el desarrollo económico y social, representando éstas el 33% de los recursos hídricos potenciales. Es evidente entonces, que el estudio y protección de nuestros acuíferos reviste importancia de primer orden y exige una constante búsqueda de nuevos métodos que permitan la protección de los acuíferos que posee. Ello constituyó el propósito fundamental de esta investigación cuyo objetivo fue contribuir al estudio de la vulnerabilidad de la Cuenca Sur de La Habana integrando metododologías de interpretación de los métodos geofísicos de pozo y técnicas de procesamiento estadístico multivariado.

ASPECTOS TEORICOS FUNDAMENTALES

El término vulnerabilidad del agua subterránea a la contaminación, fue introducido por el hidrogeólogo francés J. Margat a finales de la década del 60 (Margat, 1968), basado en el hecho real de que, en cierta medida, el medio físico protege al acuífero de contaminantes que pueden infiltrarse desde la superficie.

El objetivo principal de un mapa de vulnerabilidad, es la subdivisión del área en diferentes unidades homogéneas, a veces llamadas celdas o polígonos, que tienen diferentes niveles de vulnerabilidad. Sin embargo, esta diferenciación entre las celdas, solo muestra la vulnerabilidad relativa de unas áreas con respecto a otras, no representan valores absolutos.

Antes de intentar construir un mapa de vulnerabilidad, debe ser cuidadosamente definido y analizado el término vulnerabilidad del agua subterránea. En este trabajo se considera que la vulnerabilidad es una propiedad intrínseca de un sistema acuífero que depende de su sensibilidad a impactos naturales y/o antropogénicos (Vrba y Zaporozec, 1994).

Debe destacarse que se distinguen más de un tipo de vulnerabilidad del agua subterránea.

El concepto anterior se refiere a la vulnerabilidad intrínseca o natural, la cual es una función de las características hidrogeológicas del acuífero, de los suelos y materiales geológicos que lo cubren. Además de estas propiedades intrínsecas, pueden ser considerados los efectos potenciales de determinados contaminantes, en detrimento (en espacio y tiempo), del uso presente y futuro de las aguas subterráneas. En tal caso es definido el término vulnerabilidad específica o integrada.

En general, los mapas de vulnerabilidad deben ser vistos como una de las herramientas principales para el manejo del medio ambiente y pueden ser usados con tres propósitos fundamentales:

a) En procesos de toma de decisión concernientes a la protección y manejo de los recursos hídricos subterráneos.

b) Para identificar áreas susceptibles a la contaminación y decidir sobre las investigaciones y redes de monitoreo necesarias.

c) En planes informativos y educativos sobre la necesidad de proteger los acuíferos y evitar la contaminación del agua subterránea, insistiendo en que los acuíferos forman parte de un sistema ecológico interconectado que está siendo afectado por la actividad humana.

En la actualidad las limitaciones principales de los mapas de vulnerabilidad son las siguientes:

a) Ausencia de datos representativos en calidad y cantidad, lo que puede impedir la construcción de los mapas a la escala necesaria.

b) Descripción incompleta o incorrecta de las características geológicas e hidrogeológicas del acuífero, lo cual es punto de partida para la construcción de los mapas de vulnerabilidad.

c) Ausencia de una metodología general para la construcción de estos mapas. Muchos investigadores coinciden en cuáles son los parámetros a tener en cuenta para evaluar la vulnerabilidad de un acuífero, pero no en la metodología a aplicar para ello. Esto provoca que diferentes autores partiendo de los mismos datos, puedan arribar a conclusiones diferentes.

d) Escasa experiencia en la validación y verificación de los mapas de vulnerabilidad a nivel mundial.

Entre los años 1960 – 1970, se desarrolló la construcción de los mapas de vulnerabilidad en diferentes países de Europa, fundamentalmente en Francia, Checoslovaquia y Alemania. En los Estados Unidos, Walker construyó un mapa de contaminación potencial de acuíferos en el estado de Illinois, (Walker, 1969), el cual es considerado el primer mapa de vulnerabilidad producido en ese país.

En esta primera fase de desarrollo de los mapas de vulnerabilidad se construyeron mapas a pequeña escala, cubriendo territorios enteros, lo que resulta lógico teniendo en cuenta el hecho de que las autoridades gubernamentales necesitaban con urgencia información básica para resolver los problemas más acuciantes de protección del agua subterránea a nivel regional o nacional.

Las fases posteriores de este desarrollo se han caracterizado por la construcción de mapas a escalas medianas y grandes, obedeciendo a la necesidad de proteger los acuíferos de áreas más pequeñas.

Los mapas de vulnerabilidad intrínseca evalúan factores naturales tales como: suelos, zona no saturada, profundidad del acuífero, recarga neta del acuífero, etc. Los atributos más comunes y sus parámetros se presentan en la Tabla 1.

Cuando se evalúa la vulnerabilidad del agua subterránea, a los atributos considerados se les pueden asignar pesos diferentes de acuerdo a la importancia que tengan los mismos según los criterios del investigador.

Según Vrba y Zaporozec (1994), las tendencias futuras en la producción y uso de los mapas de vulnerabilidad son las siguientes:

a) Perfeccionamiento de los métodos para evaluar la vulnerabilidad y unificación de los símbolos empleados en estos mapas.

b) Definir las clases de vulnerabilidad con mayor precisión cuantitativa sobre la base del incremento del conocimiento del transporte de contaminantes.

c) Incrementar el conocimiento de los procesos que tienen lugar en la zona no saturada, lo que permitirá perfeccionar la modelación de los sistemas acuíferos.

d) Mayor desarrollo de los mapas de vulnerabilidad específica a contaminantes individuales o grupos de contaminantes.

e) Incremento de la producción de mapas de vulnerabilidad a escalas 1:10000 a 1:25000.

f) Desarrollo de mapas asistidos por computadoras utilizando GIS.

g) La integración de los mapas de vulnerabilidad como un elemento indispensable para la planificación y toma de decisiones a nivel local y regional.

En Cuba existe existe suficiente información edafológica, geológica e hidrogeológica, que permite el desarrollo de estos mapas ambientales. Ejemplo de ello son los trabajos para la construcción del mapa hidrogeológico nacional a escala 1:250000, (Molerio et al, 1998), y los estudios sobre la vulnerabilidad de la Cuenca Vento de Ciudad de La Habana, (Hernández y Carrillo, 1992).

A continuación se presentan los resultados obtenidos aplicando técnicas de diagnósis matemática sobre los parámetros hidrogeológicos obtenidos de la interpretación de registros geofísicos de pozo, para contribuir al estudio de la vulneabilidad intrínseca del acuífero costero Cuenca Sur de La Habana, a escala 1:250000.  

CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO

La región estudiada se encuentra ubicada al sur de la provincia La Habana, como puede verse en la Figura 1.

El acuífero Cuenca Sur de La Habana, está formado, casi íntegramente, por rocas carbonatadas con diferente desarrollo cársico, pertenecientes a la Formación Güines, Cojímar, y Husillos de edad Neógeno. (De Albear e Iturralde-Vinent, 1985)

La dirección del flujo del agua subterránea es desde el centro de la provincia hacia el sur, o sea, desde la zona de alimentación hacia el mar, con variaciones en dependencia de las condiciones hidrogeológicas locales. El nivel de las aguas subterráneas va disminuyendo hacia la costa, donde llega a la superficie formando una extensa franja cenagosa de 2 a 5 km de ancho.

Según López (1987), el máximo espesor del complejo acuífero carsificado del Neógeno, no ha sido determinado por las perforaciones realizadas, pero se supone mayor de 100 metros. Las observaciones de las calas y mapas de hidroisohipsas, muestran que no se observan cambios significativos en la variación del nivel de las aguas subterráneas, aunque existe una extracción sistemática de este recurso desde hace más de 30 años. Las propiedades de filtración de las rocas han sido calculadas mediante pruebas de caudal o aforos, destacándose que las mayores trasmisividades se asocian a los depósitos carbonatados de las formaciones Güines y Cojímar, con valores entre 10000 y 50000 m 2 /d e incluso aún mayores. Esta gran variabilidad está determinada por el grado de carsificación de las calizas. La Formación Husillos presenta menores valores de trasmisividad, entre 100 y 1000 m 2 /d, los que dependen del grado de arcillosidad de las rocas. De acuerdo con el comportamiento de las trasmisividades y gastos específicos, se aprecia una gran heterogeneidad y anisotropía de este medio geológico.

La mineralización del agua subterránea se estudia desde hace más de 30 años y estas observaciones demuestran que existe una compleja inter-relación con el agua salada (López, 1987). Existe una zona donde no se observa la presencia de agua dulce, que coincide con la zona pantanosa y se extiende como una franja, paralela a la costa, con un ancho máximo de 5 km.

Los suelos predominantes en la zona son: ferralítico rojo, ferralítico cuarcítico amarillo rojizo, pardo con carbonatos, ferralítico pardo rojizo. (Nuevo Atlas Nacional de Cuba, 1989). A lo largo de la costa y con una faja de aproximadamente 1 a 3 km de ancho, predomina el suelo cenagoso.

El cultivo más extendido en la región es la caña de azúcar, se observan también cultivos menores y abundantes pastos. Hacia el sur se desarrolla la vegetación típica costera representada por distintas especies.

Orográficamente la región es muy llana, las elevaciones oscilan entre 100 metros al norte y 3 y 5 metros al sur. La red fluvial no está bien definida y es prácticamente imposible delimitar las cuencas hidrológicas. Hacia el sur existe una amplia red de canales cuya alimentación proviene de las aguas subterránea, en el período seco en gran parte de ellos se interrumpe el escurrimiento y deja de salir al mar.

Fueron interpretados los registros geofísicos de 33 pozos ubicados según muestra la Figura 1.

El complejo de métodos geofísicos de pozo medido a escala de profundidad 1:200, fue:

A partir de la interpretación de los registros de resistivimetría, fue definida la profundidad del agua subterránea, la velocidad del flujo de agua subterránea, el espesor de agua dulce y la profundidad de la intrusión marina. La interpretación de los registros de resistividad aparente permitió definir para cada pozo los valores del coeficiente de almacenamiento del acuífero (Valcarce et al, 1994, Valcarce 1995a, Valcarce et al, 1995b, Valcarce, 1998). Precisamente fueron estos los parámetros empleados para evaluar la vulnerabilidad en este estudio.