PAULA COLLAZO

Responsable Sección Recursos Hídricos Subterráneos.Instituto de Ciencias Geológicas.

Facultad de Ciencias. Universidad de la República. Montevideo, Uruguay

PROGRAMAS DE MONITOREO DE CANTIDAD Y CALIDAD DE AGUA - MONITOREO EN ACUÍFEROS

LA COMPOSICIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA NATURAL

No existe agua subterránea que sea completamente pura. A medida que el agua fluye y se infiltra en el suelo, va disolviendo o absorbiendo los minerales o las sustancias que entran en contacto con ella y puede evolucionar en periodos de tiempo que van desde unos pocos meses hasta muchos miles de años.

Algunas de estas sustancias no son dañinas a la salud, pero a ciertos niveles podrían afectar el sabor del agua y contaminarla, transformándola en agua toxica.

Foto. Collazo, P. 2013

Calidad del agua subterránea queda definida por su composición

y por el conocimiento de los efectos que puede causar cada unode los elementos que contiene o el conjunto de todos ellos ypermite establecer las posibilidades de su utilización, clasificandoasí, de acuerdo con límites estudiados, su destino para bebida,usos agrícolas, industriales, etc. (Custodio &Llamas, 1983).

CALIDAD NATURAL DE UN AGUA

CALIDAD AFECTADA POR ACTIVIDADES HUMANAS

DEGRADACIÓN O CONTAMINACIÓN DEL AGUA

Uno de los problemas mas difíciles enhidrogeología es definir si la calidad del aguasubterránea es natural o fue afectada en mayor omenor medida por la actividad humana.

Ca2+, SO42-, K+ y NO3

2-

sin un control cuidadoso de indicación temprana de contaminación podría resultar problemático.

Fuente: Collazo, P. 2012. Manual de Agua Subterránea

Es la alteración de las propiedades físicas, químicas y/o biológicas del agua por laacción de procesos naturales o artificiales que producen resultados indeseables.

Las características físicas: temperatura, pH, turbidez, olor, color.

Características químicas: SDT, tipo y concentración aniónica, otros compuestossolubles, etc.

Características biológicas: modificación de la composición biológica natural, ya seaintroduciendo nuevos organismos o eliminando los existentes.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRANEA

Fuente: Collazo, P. 2012. Manual de Agua Subterránea

Actualmente, los contaminantes del agua subterránea de mayor preocupación son:•Los nitratos. •los compuestos orgánicos

MONITOREAR EL AGUA SUBTERRANEA

DEFINIR OBJETIVOS

ESCALA: ESPACIAL Y TEMPORALFoto. Collazo, P. 2013

OBJETIVO DEL MONITOREO DE CALIDAD

PROPOSITO:•Determinar la distribución subterránea de la contaminación y las tasas de migración de los contaminantes.•Establecer la extensión de intrusión salina costera.•Determinar la distribución de las aguas subterráneas de baja calidad causada por la interacción natural agua-roca.•Monitorear la efectividad de las medidas para controlar o remediar la contaminación.

1. Determinar la variación espacial de la calidad de las aguas subterráneas

Obtener resultados que reflejen exactamente la condición de las aguas subterráneas en el acuífero

Para ello necesitamos muestras no contaminadas representativas de la condición en un punto específico del sistema de aguas subterráneas

OBJETIVO DEL MONITOREO DE CALIDAD

2. Vigilancia o control de la calidad de las aguas subterráneas que se utilizan para el suministro de agua. El requisito en este caso no es un muestreo representativo de la condición en el acuífero, sino que se relaciona con la aceptabilidad de agua bombeada para un uso determinado y/o con el control de cualquier proceso de tratamiento necesario. (Foster, 1997)

INTERVIENEN LAS UNIDADES REGULADORAS DE AGUA DE CADA PAÍS, BASANDOSE EN NORMAS DE POTABILIDAD NACIONALES E INTERNACIONALES (OMS, EPA)

OBJETIVO DEL MONITOREO DE CALIDAD

3.Para identificar el inicio de la contaminación de las aguas subterráneas por una actividad dada tan pronto como sea posible, de manera que permita la introducción de medidas de control a tiempo.

La exactitud y significación de los resultados del monitoreo necesitan ser evaluados en forma regular. La carencia de acciones de seguimiento niega la justificación para implementar los programas de monitoreo.

LÍNEA DE BASE: rango de concentraciones de un elemento dado, isótopo o

compuesto químico en solución, derivado enteramente de fuentes

naturales, geológicas, biológicas o atmosféricas en condiciones no

perturbadas por la actividad antropogénica. (UE.Groundwater Directive

recommendations, 2006, en Natural Groundwer Quality, 2008).

ENTONCES los monitoreos deben conducir a largo plazo a la estabilidad y sostenibilidad de la calidad del agua subterránea, preservando el "buen estado químico" para las generaciones presentes y futuras

DETERMINAR LA CALIDAD NATURAL DEL AGUA SUBTERRÁNEA

OBJETIVO DEL MONITOREO DE CALIDAD

REDES DE MONITOREO DE LÍNEA DE BASE DE CALIDAD implican la observación a largo plazo (baja frecuencia y medidas estandarizadas) que contribuyan a la

comprensión del sistema de flujo, procesos y tendencias geoquímicas.

•Información clave para la gestión y la protección de los acuíferos.•Referencia de calidad para futuros monitoreo y acciones de remediación.• Identificar Impactos por actividad humana.•Detectar tendencias en las concentraciones de los principales constituyentes de origen natural que pueden tener implicaciones para la salud humana o la de los ecosistemas dependientes de las aguas subterráneas;

RESULTADOS

MONITOREO DE CALIDAD NATURAL DEL AGUA

COMO BASE

Definir la COMPOSICIÓN QUÍMICA NATURAL de las aguas subterráneas y distinguirlas de las afectadas por los impactos humanos.

REQUIERE:•Caracterización tridimensional del sistema acuífero. •Comprender todos los procesos naturales que pueden contribuir a la variación de la calidad del agua y los posibles cambios dentro del sistema.

UNA VEZ ESTABLECIDA:•Debe proporcionar los datos apropiados para validar y actualizar el modelo conceptual del agua subterránea del acuífero estudiado.•Actuar como base para la interpretación de las principales tendencias observadas de calidad del agua espaciales y temporales.

RED DE MONITOREO DE CALIDAD NATURAL DEL AGUA SUBTERRÁNEA

OBJETIVO DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE LÍNEA DE BASE DE CALIDAD DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

Objetivo más importante es garantizar la estabilidad y la sostenibilidad a largo plazo de la calidad del agua subterránea

DISEÑO DE REDES DE LÍNEA DE BASE DE CALIDAD DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

1. Realizar estudios hidrogeológicos regionales detallados.2. Generar un modelo conceptual realista y adecuado de los sistemas en cuestión.3. Seleccionar o instalar sitios de muestreo del agua subterránea.4. Definir rango de variables y trazas a monitorear.5. Verificar los protocolos analíticos de laboratorios y límites de detección.6. Elegir el protocolo de muestreo y cualquier métodos de conservación de acuerdo con el laboratorio.7. Definir la frecuencia del muestreo.8. Definir que datos serán utilizados como alerta temprana para la toma de decisión y gestión de los acuíferos.9. Chequear periódicamente la validez del modelo conceptual.

LOCALIZACIÓN Y DENSIDAD DE LOS SITIOS DE MONITOREO

La densidad de pozos de monitoreo depende:-Tamaño y Heterogeneidad del sistema acuífero.-Características geológicas e hidrogeológicas del sistema.-Vulnerabilidad del acuífero y el riesgo que representa para el acuífero las fuentes potenciales contaminantes.

Como valor de referencia (Vrba, 1989):Un punto cada 10 a 100 km2 para el monitoreo regional;Un punto cada 100-10.000 km2 para el monitoreo nacional.

Hay que destacar que cada acuífero es único y la selección de los sitios se basa en el conocimiento local y en la experiencia de los especialistas, y la densidad de los puntos de muestreo puede cambiar según las condiciones locales.

De acuerdo al presupuesto establecido, el muestreo debe ser representativo, y debe ser capaz de controlar la evolución geoquímica de acuerdo al flujo.

Edmunds, M. & Shnad, P. 2008

MEDICIONES Y FRECUENCIA DEL MUESTREO

Frecuencias óptimas depende de los aspectos hidrogeológicos (tiempo de residencia, velocidad de flujo) y condiciones climáticas y consideraciones estadísticas.

Velocidad del agua subterránea en el medio poroso es lento (cm/año - m/año) y por lo tanto la variabilidad de la calidad natural de las aguas subterráneas también es lento.

En un acuífero libre la frecuencia de medición y toma de muestras debe ser mayor que en un acuífero confinado

SELECCIÓN DE PARAMETROS

MEDICIONES DE CAMPO: PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS1. pH.2. Temperatura (T°C)3. Conductividad eléctrica (CE) (µS/cm). 4. potencial Redox (Eh).5. oxígeno disuelto (OD).6. Alcalinidad.

MEDICIONES EN LABORATORIO: PARAMETROS QUÍMICOS

Na, Ca, K, Mg, Cl, SO4, Si, NO3,NH4, B, Ba, Sr, F, Br y metales con movilidad significativa como Fe, Mn, As y Cr.

CONOCER LA LITOLOGÍA DEL ACUIFERO, ES NECESARIA PARA GUIAR LAS DECISIONES SOBRE QUE PARAMETROS ESPECIFICOS MEDIR Y EN QUE AREAS

PARAMETRO

ROL Y CARACTERISTICAS

pH Indica capacidad de amortiguación del sistema. Invariante en la mayoría de los sistemas naturales. Cambios son posibles cerca y debajo de pH 5,5. Los cambios repentinos pueden ser una causa de preocupación.

CE Parámetro principal para el seguimiento de los STD y salinidad. Generalmente necesita calibración con la temperatura.

Eh Principal herramienta para la caracterización redox. Los cambios bruscos indican cambio en el estado aeróbico a anaeróbico.

DO Indica cambios naturales en el consumo de oxigeno debido a la interacción agua – roca.

COT Bajas concentraciones en la mayoría de las aguas subterráneas

Cl Trazador inerte y móvil de la salinidad, junto con la CE detecta indicios de perturbaciones.

SO4 Variaciones debido a la oxidación de los sulfuros y disolución de yeso.

HCO3 Indica entradas procedentes del suelo , en aguas mas profundas por intercambio cationico.

NH4 Concentraciones muy bajas, excepto en aguas reducidas.

Na Trazador inerte y móvil de la salinidad, junto con la CE detecta indicios de perturbaciones.

K Caracterización del sistema natural debido a la interacción agua-roca (silicatos)

Al Baja concentración en agua subterránea, seguimiento importante en aguas con pH ≤ 6,0

As Posibilidad de concentraciones elevadas en sedimentos clasticos.

Cr En aguas aerobias, posibilidad de aumenta la concentración

F Altas concentraciones en profundidad, en aguas subterráneas de más edad (en su mayoría acuíferos carbonatados)

Edmunds, M. & Shnad, P. 2008

SELECCIÓN DE LOS SITIOS DE MONITOREO

La instalación de pozos de monitoreo a distintas profundidades, con intervalos ranurados conocidos, es la mejor opción de obtener muestras representativas de las condiciones en el acuífero, aunque esto no es siempre posible.

Al seleccionar, los métodos de perforación de pozos, se debe evitar los que utilizan fluidos de perforación.

Si se utilizan pozos ya existentes, se debe conocer las características constructivas y la información

Pozos con ranurado corto o parcial penetrante son preferibles, a veces pueden tener bajo rendimiento haciendo problemático el muestreo cuando la permeabilidad es baja.

El uso de pozo con gran diámetro o ranurado largo deben evitarse.

Si se usan pozos ya existentes de abastecimiento de agua para el monitoreo, se puede obtener muestras de agua que puede ser una mezcla de diferentes aportes.

Un pozo de sondeo también puede penetrar dos o más acuíferos separados por estratos impermeables.

Diferentes cargas hidráulicas pueden producir flujos positivos o negativos y el propio pozo puede inducir la contaminación cruzada al permitir flujo de un acuífero al otro.

alta K

baja K

alta Kagua dulce

agua salada

acuitardo

sucap. tri piezomésup. freática

Tomado de Auge, 2003

PROGRAMA DE MONITOREO DE LÍNEA DE BASE DE CALIDAD DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS DEBERÍA:

Información útil para la gestión de acuíferos y / o acciones de remediación con el fin de garantizar la sostenibilidad de los recursos hídricos subterráneos.

Establecer la línea de base de calidad de natural.

Entender el sistema de flujo (recarga de acuíferos, trayectorias de flujo, residencia, balances hídricos) e identificar los principales procesos geoquímicos en el acuífero;

Poder determinar cambios en la calidad de las aguas subterráneas en función del tiempo;

Identificar tendencias en las concentraciones de los componentes de las aguas subterráneas;

Proveer una alerta temprana de los impactos humanos y de las prácticas de manejo del suelo sobre la calidad del agua subterránea;

Establecer relaciones causa-efecto; de acuerdo a los datos geoquímicos;

Representacion aproximada de monitoreo de linea de base de calidad de agua subterranea. Tomado deEdmunds, M. & Shnad, P. 2008

BIBLIOGRAFIA

Auge, M. 2006. Métodos y técnicas para el monitoreo de acuíferos. http://tierra.rediris.es/hidrored/ebooks/miguel/Monitoreo.pdf

AUGE, M. 2004. Hidrogeología ambiental. SEGEMAR. Serie Contribuciones Técnicas. Ordenamiento Territorial # 5: 1-131. ISSN 0328- 9052. Buenos Aires.

Custodio, E. & Llamas, R. 1983. Hidrología Subterránea. Ed. Omega. ISBN. 9788428204477

Collazo, P. Manual de Agua Subterránea. 2012. Denad Internacional SA, ISBN: 978-9974-594-09-8

Edmunds, M. & Shnad, P. 2008. Natural Groundwater Quality. Ed. Blackwell Publishing. ISBN: 978-14051-5675-2

Foster, S. Caminero Gómez, D. 1989. Monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas una evaluación de métodos y costos. CEPIS / OPS / OMS.