contaminación del agua subterranea

PROGRAMAS DE MONITOREO DE CANTIDAD Y
CALIDAD DE AGUA - MONITOREO EN ACUÍFEROS
PAULA COLLAZO
Responsable Sección Recursos Hídricos Subterráneos.Instituto de Ciencias Geológicas.
Facultad de Ciencias. Universidad de la República. Montevideo, Uruguay
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 uno
de los elementos que contiene o el conjunto de todos ellos y
permite establecer las posibilidades de su utilización, clasificando
así, 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 en
hidrogeología es definir si la calidad del agua
subterránea es natural o fue afectada en mayor o
menor medida por la actividad humana.
Ca2+, SO42-, K+ y NO32sin un control cuidadoso
de indicación temprana
de contaminación podría
resultar problemático.
Fuente: Collazo, P. 2012. Manual de Agua Subterránea
CONTAMINACIÓN DEL
AGUA SUBTERRANEA
Fuente: Collazo, P. 2012. Manual de Agua Subterránea
Es la alteración de las propiedades físicas, químicas y/o biológicas del agua por la
acción 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 compuestos
solubles, etc.
Características biológicas: modificación de la composición biológica natural, ya sea
introduciendo nuevos organismos o eliminando los existentes.
Actualmente, los contaminantes del agua
subterránea de mayor preocupación son:
•Los nitratos.
•los compuestos orgánicos
MONITOREAR EL AGUA SUBTERRANEA
DEFINIR OBJETIVOS
Foto. Collazo, P. 2013
ESCALA: ESPACIAL Y TEMPORAL
OBJETIVO DEL MONITOREO DE CALIDAD
1. Determinar la variación espacial de la calidad de las aguas subterráneas
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.
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.
OBJETIVO DEL MONITOREO DE CALIDAD
DETERMINAR LA CALIDAD NATURAL DEL AGUA
SUBTERRÁNEA
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
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.
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.
RESULTADOS
•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;
RED DE MONITOREO DE CALIDAD NATURAL DEL AGUA SUBTERRÁNEA
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.
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-QUÍMICOS
1. 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
PARAM
ETRO
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.
agua dulce
alta K
baja K
agua salada
Tomado de Auge, 2003
alta K
sup. freática
sup. piezom
PROGRAMA DE MONITOREO DE LÍNEA DE BASE DE CALIDAD DE LAS AGUAS
SUBTERRÁNEAS DEBERÍA:
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;
Información útil para la gestión de acuíferos y / o acciones de remediación
con el fin de garantizar la sostenibilidad de los recursos hídricos
subterráneos.
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: 978-9974594-09-8
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.