El Mito de la Evaluación del Agua Subterránea
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El Mito de la Evaluación
del Agua Subterránea

Victor M. Ponce,
Raúl Cobos Aguilar,
Fernando Oñate-Valdivieso,
y Bavya Vuppalapati

19 diciembre 2015


RESUMEN. El presente artículo examina el mito de la evaluación del agua subterránea. La evaluación está comúnmente basada en el cálculo del volumen de recarga, con la siguiente premisa: La cantidad a extraer con el bombeo no debe exceder el valor de la recarga. 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, para un volumen de control dado, la recarga es igual a la descarga. Durante el bombeo, bajo condiciones de equilibrio, la demanda externa es satisfecha tanto por la recarga como por la descarga, con un aumento apreciable en la recarga y una disminución en la descarga. Por lo tanto, no es correcto basar la evaluación del rendimiento de agua subterránea sólamente en el valor de la recarga. Este enfoque ha sido desacreditado en los últimos 20 años. El nuevo enfoque considera los cambios tanto en la recarga como en la descarga. El énfasis está en el efecto de la disminución de la descarga en la totalidad del sistema hidrológico, el ecosistema, y la sociedad en general. El problema va más allá del ámbito de la hidrogeología tradicional, comprendiendo los aspectos hidrológicos, ecohidrológicos, socioeconómicos, institucionales y jurídicos del uso del agua subterránea. Este enfoque está destinado a darle un sentido más amplio al concepto de sostenibilidad en el uso racional del agua subterránea.


1.  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).

Edad de las aguas subterráneas
Servicio Geológico de los EE.UU. (Traducción)

Fig. 1  Edad de las aguas subterráneas.

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: Es un hecho 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, está aún por resolverse. El problema se puede resumir en los siguientes puntos:

  1. La mayoría de las aguas subterráneas están conectadas entre ellas. ¿Es posible seleccionar en forma razonable un volumen de control para una aplicación dada (Bredehoeft, 1997; Ponce, 2012b)?

  2. El uso consuntivo de agua subterránea representa una captura o remoción. Ésta afectará de seguro los derechos de los usuarios localizados aguas abajo, tanto naturales (los ecosistemas y cuerpos naturales de agua) como artificiales (los usos antropogénicos) (Seward et al., 2006; Ponce, 2006b).

  3. El agua subterránea se deteriora en calidad (aumento de sales) con la profundidad; por lo tanto, el bombeo de agua subterránea salina agudizará el problema de la eliminación de sales en la superficie, particularmente en zonas semiendorreicas o zonas ubicadas a considerable distancia del océano.

  4. En regiones áridas, la vegetación de las tierras altas se apoya en gran medida en los manantiales que fluyen de las aguas subterráneas (Fig. 2). El bombeo excesivo y consiguiente abatimiento del nivel freático lleva al secado de los manantiales, poniendo en riesgo la vegetación que se sustenta habitualmente de este recurso, aumentando la huella de carbono y agravando así el problema del calentamiento global (RAMSAR, 2010; Ponce, 2014).

Fig. 2  Manantial en zona árida, Rancho McCain, Valle McCain,
Boulevard, California, EE.UU.

Los argumentos anteriores apuntan al mito de la evaluación del agua subterránea, mencionado 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.


2.  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 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:

  • En condiciones naturales, en ausencia del bombeo, la recarga es igual a la descarga;

  • En un sistema desarrollado, en presencia del bombeo, éste aumenta la recarga y reduce la descarga; y

  • En un sistema abatido, una parte del agua extraída (capturada) proviene del almacenamiento del acuífero.

Fig. 3  Sistemas de agua subterránea: (a) natural, (b) desarrollado, y (c) abatido.

La situación es particularmente clara en el caso de un acuífero no confinado (libre). El bombeo de este tipo de acuífero disminuye los niveles de agua cerca del pozo, formando un cono de depresión (Fig. 4). El área de la superficie subtendida por el cono es la zona de influencia del pozo. El bombeo cambia la dirección natural y la cantidad de flujo dentro de la zona de influencia. El resultado es una mayor recarga al volumen de control, y una menor descarga de éste.

Cono de depresión producido por el bombeo
Servicio Geológico de los EE.UU. (Traducción)

Fig. 4  Cono de depresión producido por el bombeo de aguas subterráneas
en un acuífero no confinado.

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 parcial, porque ignora la existencia de la descarga (Sophocleous, 1997). De continuarse, terminará secando los humedales y manantiales vecinos, y con el tiempo reducirá el flujo base en las corrientes y ríos de los alrededores (RAMSAR, 2010). Por lo tanto, no es sostenible (Alley et al., 1999).


3.  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 correcta, 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 Tabla 1 muestra un resumen de los resultados.

Tabla 1.  La naturaleza evolutiva de la captura (en porcentaje) (Prudic y Herman, 1996).
Fuentes de captura, al término
del período de tiempo indicado
Tiempo (años)
1.5 25 100 300
1. Pérdidas en el almacenamiento del acuífero 52.8 25.3 15.4 6.0
2. Reducción en la evapotranspiración 47.2 74.5 82.9 88.3
3. Disminución del flujo superficial 0 0.1 0.8 1.2
4. Inversión del flujo de aguas abajo 0 0.1 0.9 4.5
Todas las fuentes 100 100 100 100

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 sin duda 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 flujo 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).


4.  EL MITO DE LA EXISTENCIA DEL RECURSO

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.


5.  RENDIMIENTO SOSTENIBLE

El rendimiento sostenible 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 sólamente 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).


6.  ¿A DÓNDE VAMOS DESDE AQUÍ?

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. Dos enfoques precisan de un examen más detallado:

  1. El bombeo debe limitarse en la medida en que afecte negativamente a los otros usuarios. El término "usuarios" se define ampliamente para incluir a todos los usuarios, tanto naturales como antropogénicos. Esto se refiere a los manantiales y humedales, la vegetación de ribera y la de tierras altas alimentadas por manantiales, la conservación del flujo base, y la preservación de los derechos existentes de agua superficial. La decisión respecto al grado de impacto será responsabilidad de la autoridad institucional competente.

  2. A la escala de cuenca, el bombeo debe limitarse a un porcentaje apropiado de la recarga o, alternativamente, de la precipitación. La determinación de este valor debe basarse en estudios holísticos, a ser revisados periódicamente conforme se disponga de mayor información. Este enfoque reconoce que el agua subterránea es un bien común, el cual debe ser regulado con el propósito de evitar una repetición de la Tragedia de los Comunes (Hardin, 1968).

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. 5) (Ponce, 2013).

Fig. 5  Un espécimen de encino verde, o roble de la costa, de gran tamaño (Quercus agrifolia),
de una edad estimada en 500 años, el cual está siendo actualmente amenazado
por el desarrollo de agua subterránea, Valle McCain, Boulevard,
Condado de San Diego, California, EE.UU.


BIBLIOGRAFÍA

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Hardin, G. 1968. The Tragedy of the Commons. Science, Vol. 162, 1243-1248.

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151219 23:00
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