Mejora del conocimiento hidrogeológico

Generar conocimiento sobre el funcionamiento hidrológico de los sistemas acuífero-humedal a partir de información de oscilaciones de nivel freático, precipitación. Proponer un modelo de funcionamiento hidrológico del sistema acuífero-humedal como un sistema integrado. Aportar herramientas científicas para la gestión integral del recurso hídrico en la región de Urabá.

Este estudio se divide en dos partes, la primera corresponde al análisis de datos de variación del nivel freático y de precipitación de estaciones ubicadas en el eje bananero del Golfo de Urabá. La segunda parte, y con el objetivo de generalizar los resultados obtenidos en la primera, se enfoca en describir un modelo conceptual de funcionamiento de un sistema acuífero-humedal, que puede ser aplicado a cualquier caso de estudio.

Respecto al Golfo de Urabá, comprende los municipios de Chigorodó, Carepa, Apartadó y Turbo, configurando lo que se conoce como el Eje bananero de Urabá. La zona cuenta con una superficie de 1.030 km² y se extiende entre las serranías de Abibe y Las Palomas en el este, Mar Caribe y Golfo de Urabá al noroeste; Río León al suroeste y oeste (Villegas et al 2018; Ossa & Betancur 2018). La zona de estudio contempla los depósitos aluviales limitados entre la Serranía de Abibe al este, el Río León y Golfo de Urabá entre el suroeste y noreste.

Desde el año 1993 CORPOURABA ha adelantado estudios tendientes a evaluar y conocer la disponibilidad y las características del agua subterránea almacenada y que fluye en el sistema hidrogeológico regional. Las iniciativas que en ese sentido ha planteado la Corporación han contado para su ejecución, con el apoyo de varias entidades nacionales e internacionales, públicas y privadas. Este conocimiento ha buscado siempre traducirse en argumentos para la gestión y la toma de decisiones y así se concretó con la formulación del Plan de Manejo Ambiental del Acuífero del Golfo de Urabá en 2016 (CORPOURABA y Universidad de Antioquia, 2016).

En el año 2015, mediante el convenio COL2015-4946 entre COLCIENCIAS y la Universidad de Antioquia y con el apoyo de CORPOURABA se dio inicio a un proyecto cuyo propósito fue Realizar una evaluacion de Servicios Ecosistémicos en Sistemas de Transición Acuífero-Humedal, Incorporando los Efectos de Procesos de Alteración a su Dinámica Natural, producto de este se realizaron jornadas de trabajo para recopilar directamente en campo informacion hidrologica, hidrogeologica, hidroquimica, biológica y social.

Se efectuó recoleccion y análisis de cinco series històricas de precipitacion y datos de sensores de presion, para evaluar la osiclacion del nivel freático en 13 puntos de agua del nivel somero del acuífro. Los datos de preciptiacion se registraron a nivel diario y los niveles piezométricos a escala horaria durante 10 meses (Garcia et al., 2018 y Campillo et al., 2018).

Inicialmente se instalaron 11 sensores automáticos de nivel freático con una resolución temporal horaria, obteniéndose un grupo de series temporales de nivel freático de hasta 10 meses registros. Para examinar la correlación de estos datos con la dinámica hidrológica en superficie, se obtuvieron los datos de 5 estaciones de precipitación pertenecientes al Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales – IDEAM, las cuales tenían una resolución temporal horaria. Con estos datos se formaron parejas de análisis aljibe-estación basado en criterios de proximidad.

Para el análisis de los datos y el planteamiento del modelo de funcionamiento hidrológico, se considera en este estudio que la profundidad del nivel freático es igual al espesor de la zona vadosa, en este sentido, un ascenso del nivel freático, es equivalente a la disminución del espesor de la zona vadosa.

Con el fin extraer de las series de tiempo de nivel freático las oscilaciones diarias causadas por bombeos puntuales se extrajo el espesor mínimo diario de zona vadosa obteniéndose una serie diaria de espesores mínimos de zona vadosa y se compararon con las series de precipitación (figura 2). En este ejercicio, realizado para las 11 parejas, se observó que las disminuciones en el espesor de la zona vadosa correspondían con eventos de precipitación, pero que en época seca (Enero a Marzo) las disminuciones eran más grandes que en época húmeda, incluso con precipitaciones de magnitud similar, es decir, que se necesita más precipitación en la época húmeda para generar un cambio similar en el espesor de la zona vadosa al generado en época seca.

Para abordar este comportamiento y cuantificar esta relación observada en las series de tiempo, se aislaron las disminuciones en el espesor de la zona vadosa (aquellos que se relacionan con una recarga del acuífero) y se compararon con una variable propuesta en este trabajo, “precipitación modificada”, que es el producto de la precipitación multiplicada por el cociente entre el espesor de la zona vadosa antes de ocurrir la disminución y el espesor de la zona vadosa máximo de toda la serie. Finalmente, se generaron dos series: una con la acumulación de disminuciones en el espesor de la zona vadosa en días consecutivos y la segunda con la acumulación de “precipitación modificada” que ocurriera en los mismos días de las disminuciones, incluyendo un rezago de dos días y se calculan los coeficientes de correlación y de determinación para las 11 parejas.

Este comportamiento observado entre la dinámica superficial y subterránea se generaliza en un modelo conceptual de funcionamiento hidrológico del sistema acuífero humedal, para describir las diferentes formas en las que el agua se distribuye desde la base del acuífero hasta la cota máxima de inundación.

La cuantificación de la correlación entre la acumulación de disminuciones en el espesor de la zona vadosa y la acumulación de la precipitación modificada arrojó valores por encima del 80% en 9 de las 11 parejas, indicando una correlación directa fuerte. También se obtuvieron coeficientes de determinación por encima del 65% en 8 de las 11 parejas, indicando que en esta magnitud, la precipitación explica el comportamiento de las oscilaciones del nivel freático en el acuífero.

En los datos recopilados se pudo observar en ocasiones que el ascenso del nivel freático producto de la recarga, sobrepasaba el nivel del terreno, manifestándose una lámina de agua. Este comportamiento se generaliza en la propuesta del modelo de funcionamiento hidrológico del sistema acuífero-humedal que parte del perfil ideal que se muestra en la figura 3; donde “P” es precipitación, “R” es escorrentía superficial, “ET” es evapotranspiración, “I” es infiltración, “G” es goteo de agua generado por diferencias de presión del agua entre el acuífero libre y el confinado, “FS” es flujo subterráneo de entrada, “FSS” es flujo subterráneo de salida, “EP” es exceso de precipitación, “nt” es el nivel relativo del terreno, “nr” es el nivel relativo de las raíces, “ES” es el espesor saturado, “ZV” es el espesor de la zona vadosa y “LS” es la lámina superficial de agua.

A partir de este perfil ideal, se plantearon las diferentes maneras en las que el agua se puede distribuir en el sistema acuífero-humedal una vez comienzan las lluvias, desde la base del acuífero hasta la cota máxima de inundación. Estos diferentes escenarios se muestran a continuación:

En el primer escenario, ocurre el afloramiento del nivel freático sin precipitaciones locales, el flujo subterráneo de entrada aumenta su magnitud por la recarga distribuida en otras zonas del acuífero, aumenta la magnitud del espesor saturado hasta que eventualmente aflora en superficie (figura 4).

Un caso particular en este escenario es la última fase, que corresponde al flujo base de un río o un humedal.

En el segundo escenario, se presentan precipitaciones locales, pero la permeabilidad del suelo permite que todo el exceso de precipitación que no se evacua en los flujos de evapotranspiración ni escorrentía superficial se infiltre, y con el flujo subterráneo de entrada aumenta la magnitud del espesor saturado hasta que eventualmente aflora en superficie (figura 5).

En el tercer escenario, no todo el exceso de precipitación se infiltra, quedándose una parte en superficie y otra se infiltra, es este caso, se conserva un espacio de la zona vadosa entre la lámina superficial de agua y el nivel freático sin saturar, pero eventualmente se unirán, y formarán, como en los otros escenarios, un solo cuerpo de agua que ocupa desde la base del acuífero hasta la cota máxima de inundación.

La importancia de los cuerpos de agua no sólo debe ser resaltada cuando se presenta su manifestación en superficie, su dinámica trasciende los límites del terreno y da lugar a cuerpos de agua escondidos bajo el suelo y que eventualmente se observarán sobre él, como los criptohumedales y humedales temporales.

La propuesta de la variable “precipitación modificada” podría servir para hacer un análisis exploratorio en la cuantificación de la correlación entre fluctuaciones de nivel freático y la precipitación. Además, podrían agregársele otros términos que tengan en cuenta otros procesos que ocurren en la recarga y descarga de los acuíferos.

Es un reto el desarrollo de un modelo computacional, que represente los escenarios que se plantean en este modelo conceptual de funcionamiento acuífero – humedal, además de brindar elementos de análisis a la dinámica, se podrían involucrar procesos químicos e isotópicos, teniendo en cuenta que pueden existir diferencias en el ecosistema, si el agua que se observa en determinado momento sobre la superficie viene del acuífero o va hacia el acuífero.

El muestreo simultáneo en un punto de la dinámica de la profundidad de la lámina superficial de agua, la humedad del suelo y del nivel freático, permitiría evidenciar lo que se propone conceptualmente en este trabajo.

Daniel Alejandro García – Magister Ingeniería Ambiental – Universidad de Antioquia

Teresita Betancur Vargas: Profesora Titular de la Universidad de Antioquia

Juan Camilo Villegas P: Profesor Asociado de la Universidad de Antioquia

CORPOURABA y Universidad de Antioquia. (2016). Plan de Manejo Ambiental de Acuíferos Golfo de Urabá. Medellín, ISBN 978-958-8947-54-9.

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2013). Decreto 1076 de 2015. Acto Administrativo. Bogotá. D.C.

Villegas, P, Paredes, V., Betancur, T., Taupin, J., Toro, L., (2018) Groundwater evolution and mean water age inferred from hydrochemical and isotopic tracers in a tropical confined aquifer. Hydrological Processes, Vol 32, Isuue 14, Pages 2158-2175