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Vulnerabilidad intrnseca del acufero costero Manglaralto mediante el mtodo DRASTIC

 

Intrinsic vulnerability of the Manglaralto coastal aquifer using the DRASTIC method

 

Vulnerabilidade intrnseca do aqfero costeiro de Manglaralto usando o mtodo DRASTIC

Marco Antonio Arvalo-Ulloa I
maau1978@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0003-0494-9435 

,Vctor Manuel Reyes II
vreyes@untumbes.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-8336-0444
Pal Carrin-Mero III
pcarrion@espol.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-3581-5774



,Carlos Alberto Deza-Navarrete IV
cdezan@untumbes.edu.pe
https://orcid.org/0000-0002-3324-3741
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

 

* Recibido: 23 de septiembre de 2022 *Aceptado: 05 de octubre de 2022 * Publicado: 16 de noviembre de 2022

 

 

        I.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per.

     II.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per.

   III.            Escuela Superior Politcnica del Litoral, Ecuador.

  IV.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per.

 

 

 


 

Resumen

El trabajo evalu la vulnerabilidad intrnseca del acufero costero Manglaralto mediante el mtodo DRASTIC. Se seleccionarn 10 pozos distribuidos en el acufero costero de Manglaralto debidamente georeferenciados. Se dise un contraste de hiptesis para determinar la diferenciacin estacional de los ndices de vulnerabilidad (2019-2021). Se emple para tal fin el test de comparacin de rangos con signo de Wilcoxon (α: 0.05), considerando como meses indicadores febrero (temporada lluviosa) y julio (temporada seca). Se demostr que existe una vulnerabilidad que vari entre baja y muy alta. Se evidenci tambin una variabilidad estacional que sugiere la influencia de los niveles freticos y la escorrenta sobre el sistema, en asociacin con las condiciones morfolgicas de la zona (p-valor ≤ 0.05). Se recomienda continuar con la evaluacin sistemtica de la vulnerabilidad pasando a esquemas de muestreo mensuales o trimestrales que representen un avance con respecto al marco muestral empleado en este trabajo. Por otra parte surge la posibilidad de avanzar hacia estudios de vulnerabilidad especfica donde se consideren los potenciales contaminantes de los acuferos.

Palabras Clave: Aguas subterrneas; Vulnerabilidad en acuferos; Mtodo DRASTIC.

 

Abstract

The work evaluated the intrinsic vulnerability of the Manglaralto coastal aquifer using the DRASTIC method. Ten wells distributed in the Manglaralto coastal aquifer will be selected and properly georeferenced. A hypothesis test was designed to determine the seasonal differentiation of the vulnerability indices (2019-2021). The Wilcoxon signed-rank comparison test (α: 0.05) was used for this purpose, considering February (rainy season) and July (dry season) as indicator months. It was demonstrated that there is a vulnerability that varied between low and very high. Seasonal variability was also evidenced, suggesting the influence of water table levels and runoff on the system, in association with the morphological conditions of the area (p-value ≤ 0.05). It is recommended to continue with the systematic evaluation of vulnerability by moving to monthly or quarterly sampling schemes that represent an advance with respect to the sampling framework used in this work. On the other hand, the possibility of advancing towards specific vulnerability studies where the potential contaminants of the aquifers are considered arises.

Key words: Groundwater; Aquifer vulnerability; DRASTIC method.

 

Resumo

O trabalho avaliou a vulnerabilidade intrnseca do aqufero costeiro de Manglaralto usando o mtodo DRASTIC. Dez poos distribudos no aqufero costeiro de Manglaralto sero selecionados e georreferenciados. Um teste de hipteses foi projetado para determinar a diferenciao sazonal dos ndices de vulnerabilidade (2019-2021). O Wilcoxon assinou o teste de comparao de classificao (α: 0,05) foi utilizado para este fim, considerando fevereiro (estao chuvosa) e julho (estao seca) como meses indicadores. A vulnerabilidade mostrou-se variando de baixa a muito alta. A variabilidade sazonal tambm era evidente, sugerindo a influncia dos lenis freticos e do escoamento no sistema, em associao com as condies morfolgicas da rea (p-valor ≤ 0,05). Recomenda-se continuar com a avaliao sistemtica da vulnerabilidade, passando para esquemas de amostragem mensais ou trimestrais que representam um avano em relao estrutura de amostragem utilizada neste trabalho. Por outro lado, surge a possibilidade de avanar para estudos especficos de vulnerabilidade, onde so considerados poluentes potenciais em aquferos.

Palavras-chave: guas subterrneas; vulnerabilidade do aqufero; mtodo DRASTIC.

 

Introduccin

Los acuferos son cuerpos geolgicos que se encuentran en el subsuelo, los cuales almacenan grandes cantidades de agua (Aller et al., 1987). Normalmente, los materiales existentes en dicha zona son materiales porosos y permeables, debido a que son las condiciones para mantener el agua, o, son cuerpos que contienen poros o espacios vacos como fracturas, las cuales logran capturar y hacer circular el agua (Carrin-Mero et al., 2018; 2021).

La vulnerabilidad es una propiedad intrnseca que determina la sensibilidad de los acuferos a ser afectados de manera negativa por un elemento externo (Foster, 1987; 2002). Corresponde a un indicador relativo, estimado y adimensional, cuya evaluacin se realiza desde la concepcin se basa en un proceso dinmico e iterativo. La vulnerabilidad puede ser intrnseca cuando est condicionada por los atributos hidrogeolgicos del sector, y especfica cuando se incorporan en la evaluacin factores externos (pluviometra) o un contaminante en particular (Hoekstra, 2016; Nasri et al., 2021).

La vulnerabilidad de los acuferos ha sido estudiada durante el siglo XX contndose con variadas metodologas (Aller et al., 1987; Martnez et al., 1998; Carrin Mero et al., 2021). Actualmente el estudio de las aguas subterrneas es una prioridad a nivel mundial (Hansen & Thorling, 2018), alternndose estudios de vulnerabilidades intrnsecas (Asfaw & Mengistu, 2020; Giambastiani et al. 2021), y especficas (Naturstyrelsen, 2014).

La vulnerabilidad se expresa a travs de un ndice multicriterio. El mtodo DRASTIC (Aller et al., 1987) clasifica y pondera parmetros intrnsecos, reflejo de las condiciones naturales del medio y es el ms difundido para determinar la vulnerabilidad de acuferos Martnez et al. (1998, p. 414). DRASTIC valora como parmetros como D (profundidad del nivel piezomtrico), R (recarga), A (litologa del acufero), S (naturaleza del suelo), T (pendiente del terreno), I (naturaleza de la zona no saturada) y C (permeabilidad) Martnez et al. (1998, p. 415).

Una limitacin de este mtodo es la subjetividad al valorar los parmetros, por ello para minimizar este grado de subjetividad, deben utilizarse criterios homogneos (Martnez et al. 1998; Carrin-Mero et al., 2021; Voutchkova, 2021). El ndice DRASTIC se clasifica en funcin de intervalos que expresan el nivel de riesgo mayor riesgo en reas superiores a 0.4 km2 (Worthington et al., 2017).

En este artculo se determin la vulnerabilidad intrnseca de las aguas subterrneas del acufero costero Manglaralto mediante el mtodo DRASTIC. El mismo se ubica en la costa ecuatoriana especficamente en la parroquia rural de Santa Elena, donde el servicio de agua potable se basa en el manejo de mediante 14 pozos perforados en las adyacencias de los centros poblados (Gricelda et al., 2018). En la parroquia son frecuentes los problemas asociados a fallas en el servicio de agua potable, y existe presin para el servicio por las nuevas construcciones e infraestructuras, ya sea para el sector turstico o de uso residencial.

 

Metodologa

El estudio es cuantitativo tipificado como una investigacin bsica orientada al campo de la ingeniera y las ciencias ambientales (Garca, 2009), alcanzndose un nivel descriptivo-explicativo. La unidad de anlisis fueron 10 pozos distribuidos en el acufero costero de Manglaralto debidamente georeferenciados para poder posicionar su ubicacin en un mapa. El muestreo fue estacional considerando los dos periodos pluviomtricos del Ecuador, es decir, en temporada de lluvia, teniendo como mes referencial a febrero y en temporada seca al mes de julio. El muestreo consider mediciones de la vulnerabilidad entre 2019 y 2021.

Se contempl la metodologa DRASTIC de Aller et al. (1987) donde a cada parmetro se le asigna un rango y un peso segn su influencia (ver tabla 1) en la vulnerabilidad del acufero, y son valores fijos, ya establecidos por el mtodo. La valoracin para el peso comienza del 1 al 5, y los rangos se estiman del 1 al 10 segn las condiciones de cada acufero. Posteriormente se multiplica el parmetro por su peso y se suma la multiplicacin de los parmetros por el rango, y de la misma forma con todos los parmetros, la expresin matemtica se observa la Ecuacin 1.

Dnde:

r: representa un valor dentro de un rango determinado de cada parmetro.

W: representa un valor que es considerado el peso del parmetro y no vara.

D: Nivel al que se encuentra el agua subterrnea.

R: Recarga neta del acufero.

A: Litologa del acufero.

S: Tipo de suelo.

T: Pendiente de la zona de estudio.

I: Naturaleza de la zona no saturada, o zona vadosa

C: Conductividad hidrulica presente en todo el acufero

 

Figura 1: Pesos de los parmetros del mtodo DRASTIC

 

PARMETROS

PESO= w

D

Profundidad

5

R

Recarga

4

A

Naturaleza del acufero

3

S

Tipo de suelo

2

T

Topografa

1

I

Naturaleza de la zona no saturada

5

C

Conductividad

3

Fuente: modificado de Aller et al. (1987).

 

Para estimar el grado de vulnerabilidad del acufero, se clasifica los rangos del ndice obtenido mediante la clasificacin empleada en la tabla 2, donde se muestran los rangos, y el color de cada grado para visualizar en el mapa final.

 

Figura 2: ndices, rangos y grado de vulnerabilidad del modelo DRASTIC.

ndice

Grado de vulnerabilidad

Color

< 79

Despreciable

Violeta

88 - 99

Extremadamente baja

Azul oscuro

100 - 119

Baja

Azul claro

120 - 139

Media

Verde oscuro

140 - 159

Alta

Verde claro

160 - 179

Muy alta

Amarillo

180 - 199

Extremadamente alta

Anaranjado

> 200

Supremamente alta

Rojo

Fuente: modificado de Aller et al. (1987).

 

Fase analtica descriptiva y procedimiento de recopilacin de base de datos

Para el presente estudio, se consider informacin desde el ao 2019 hasta el 2021. La base de datos obtenida estuvo constituida por:

a) Niveles piezomtricos de los pozos, los cuales son monitoreados mensualmente y por repeticin (3 muestreos por pozo) por la Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL), y miembros de la Junta Administradora de Agua Potable Regional Manglaralto (JAAPMAN).

b) La recarga del acufero del 2019, 2020, y 2021, fue calculada con el software Easy Balance, con base en las precipitaciones y temperaturas proporcionadas por la web y base de datos de la Administracin Nacional de Aeronutica y el Espacio (NOAA).

c) La conductividad hidrulica fue determinada por el mtodo electromtrico validado en la zona por Carrin-Mero et al. (2021).

d) El tipo de suelo se identific mediante salidas de campo y ensayos en laboratorio a partir de la fraccin textural.

e) La topografa y pendiente de la zona de estudio fue obtenida mediantes procesamiento de imgenes satelitales procesadas con el software ArcGis 10.5.

f) La geologa de la zona vadosa y del acufero, se identific mediante la integracin de mapas geolgicos y perforaciones in situ.

Fase de contraste de hiptesis: Con ayuda del software R Project se contrastaron los ndices de vulnerabilidad estacional [(temporada seca: julio / vs temporada hmeda: febrero)]. La comparacin entre los ndices se realiz con el test de comparacin no paramtrico de rangos con signo de Wilcoxon. La hiptesis nula (Ho) fue: Los ndices de vulnerabilidad estacional del acufero costero Manglaralto resultantes de la aplicacin los mtodos DRASTIC no se diferencian significativamente.; Hiptesis alternativa (H1): Los ndices de vulnerabilidad estacional del acufero costero Manglaralto resultantes de la aplicacin los mtodos DRASTIC si se diferencian significativamente, y arrojan diferencias en cuanto al grado de vulnerabilidad general del acufero. Toma de decisiones: para todo α ≤ 0.05 se rechaza Ho.

 

Resultados

Resumen para el ao 2019: temporadas lluviosa y seca

En la tabla 3 se presenta el resumen de los ndices de vulnerabilidad DRASTIC para el ao 2019, correspondientes a las temporadas lluviosa y seca, en el acufero costero Manglaralto. Para la temporada lluviosa (febrero) se registr un ndice promedio de vulnerabilidad DRASTIC (IV-DRASTIC: vulnerabilidad media) de 120.7 6.8 (Mn: 110 Mx: 132). Se aprecia una variabilidad para el mtodo DRASTIC, expresado tanto para la desviacin estndar IV-DRASTIC: 6.8, como para el rango de IV-DRASTIC: 22. Para la temporada seca (julio) se registr un ndice promedio IV-DRASTIC de vulnerabilidad alta (157.2 14.7; Mn: 137 Mx: 185) (ver tabla 3).

 

Figura 3: Comparacin entre los ndices de vulnerabilidad DRASTIC para el ao 2019: temporadas lluviosa y seca.

 

Media

DS

Mnimo

Mximo

Grado de vulnerabilidad

Wilcoxon1

Z

p-valor

Vulnerabilidad DRASTIC - febrero 2019

120.7

6.8

110

132

Media

3.001

0.001**

Vulnerabilidad DRASTIC - julio 2019

157.2

14.7

137

185

Alta

Nota: 1Prueba de rangos con signo de Wilcoxon; *p-valor significativo al 0.05; **p-valor significativo al 0.01.

 

La comparacin de los IV con base en el Test de Wilcoxon arroja diferencias significativas entre los dos ndices de vulnerabilidad (temporada seca vs temporada lluviosa Wilcoxon: 3.001; p-valor: 0.001 ≤ 0.05). Esto indica que la magnitud de las diferencias resulta influida por los mayores promedios obtenidos con el ndice DRASTIC en el mes de julio, que por tanto tiende a reflejar mayores valores de vulnerabilidad, ms all de la categorizacin terica, la cual presenta intervalos muy amplios para precisar la misma. Se descarta la hiptesis nula (H0) de igualdad de diferencias y magnitudes (ver tabla 3).

 

Resumen para el ao 2020: temporadas lluviosa y seca

Para la temporada lluviosa (febrero) se registr un ndice promedio de vulnerabilidad DRASTIC media (IV-DRASTIC) de 121.6 4.0 (Mn: 114 Mx: 130; rango: 16), que resulta mayor con respecto al calculado con el mtodo para la temporada seca (julio) donde se registr un ndice promedio IV-DRASTIC de Vulnerabilidad baja (119.6 3.7; Mn: 112 Mx: 124), con una variabilidad (DS) (IV-DRASTIC: 3.7), que resulta bastante similar a la apreciada en la temporada lluviosa (ver tabla 4).

 

Figura 4: Comparacin entre los ndices de vulnerabilidad DRASTIC para el ao 2020: temporadas lluviosa y seca.

 

Media

DS

Mnimo

Mximo

Grado de vulnerabilidad

Wilcoxon1

Z

p-valor

Vulnerabilidad DRASTIC - febrero 2020

121.6

4.0

114

130

Media

2.751

0.002**

Vulnerabilidad DRASTIC - julio 2020

119.6

3.7

112

124

Baja

Nota: 1Prueba de rangos con signo de Wilcoxon; *p-valor significativo al 0.05; **p-valor significativo al 0.01.

 

El test de Wilcoxon nuevamente muestra diferencias significativas entre los dos ndices de vulnerabilidad (temporada seca vs temporada lluviosa Wilcoxon: 2.751; p-valor: 0.002 ≤ 0.05). En tal sentido, se rechaza la hiptesis nula (H0) (ver tabla 4).

 

Resumen para el ao 2021: temporadas lluviosa y seca

Para la temporada lluviosa 2021 (febrero) se registr un ndice promedio de vulnerabilidad DRASTIC alta (IV-DRASTIC) de 143.8 5.5 (Mn: 138 Mx: 150), el cual es similar al obtenido para la temporada seca (julio), donde se registr un ndice promedio IV-DRASTIC de Vulnerabilidad alta (143.1 4.9; Mn: 138 Mx: 150) (ver tabla 5).

 

Figura 5: Comparacin entre los ndices de vulnerabilidad DRASTIC y DRASTIC-LQ para el ao 2021: temporadas lluviosa y seca.

 

Media

DS

Mnimo

Mximo

Grado de vulnerabilidad

Wilcoxon1

Z

p-valor

Vulnerabilidad DRASTIC - febrero 2021

143.8

5.5

138

150

Alta

0.645

0.082

Vulnerabilidad DRASTIC - julio 2021

143.1

4.9

138

150

Alta

Nota: 1Prueba de rangos con signo de Wilcoxon; *p-valor significativo al 0.05; **p-valor significativo al 0.01.

 

El test de Wilcoxon no muestra diferencias significativas entre los dos ndices de vulnerabilidad (temporada seca vs temporada lluviosa Wilcoxon: 0.645; p-valor: 0.082 > 0.05). En tal sentido, se acepta la hiptesis nula (H0) (ver tabla 4). Este ao no evidenci la tendencia observada en los dos aos anteriores.

 

Discusin

Los resultados de este trabajo corroboran que el mtodo DRASTIC propuesto por Aller et al. (1987) sigue siendo una ruta vlida y confiable para establecer la vulnerabilidad de un acufero, y que adems es adecuado para utilizarse tanto en temporadas lluviosa como seca. Ya Morante et al. (2019) haban sealado la vulnerabilidad del acufero a las prcticas agropecuarias, pero tambin a las condiciones hidrogeoqumicas y a la herencia geolgica en el rea. Este trabajo confirma la existencia de condiciones de vulnerabilidad.

La vulnerabilidad segn el mtodo DRASTIC result en general media, pero se registr un intervalo desde vulnerabilidad baja (IV-DRASTIC - JULIO 2020) hasta alta (IV-DRASTIC 2021). Se evidenci tambin una variabilidad estacional que sugiere la influencia de los niveles freticos y la escorrenta sobre el sistema, en asociacin con las condiciones morfolgicas de la zona.

Loor et al. (2019), haban resaltado este tipo de relaciones en su estudio sobre vulnerabilidad de los acuferos en el cantn Gral. Antonio Elizalde (Bucay). Destacaron las condiciones intrnsecas y morfolgicas del acufero y sus potenciales efectos efectos por la percolacin de agroqumicos, resultantes de actividades agrcolas, empleando el mtodo DRASTIC. Se coincide con Barbulescu (2020), en que el mtodo DRASTIC resulta adecuado para evaluar la vulnerabilidad de las aguas subterrneas, resaltando la amplitud de los parmetros que considera. Sin embargo, estudios ms recientes han recomendado la incorporacin de Sistemas de Informacin Geogrfica (SIG) con especial nfasis en la contaminacin agrcola tal como se han venido desarrollando en India (Bera et al., 2021), donde se ha logrado mitigar la contaminacin antropognica y agrcola con base en un mejor control y gestin. Aunque este trabajo solo se ocupa de la vulnerabilidad intrnseca, surge la posibilidad de evaluar el componente especfico

Durango-Cordero et al. (2022), haban hecho una sugerencia similar para la evaluacin de las aguas subterrneas en la Amazonia ecuatoriana mediante la integracin SIG-DRASTIC modificado. Aunque en Manglaralto esto comienza apenas a implantarse mediante el desarrollo de mapas como los diseados en este trabajo, falta avanzar para realizar un anlisis espacial, donde se integren la planificacin del uso de la tierra, el impacto en la salud pblica y las variaciones mensuales.

Similares bondades del mtodo DRASTIC para evaluar la vulnerabilidad de aguas subterrneas fueron sealadas por Asfaw & Mengistu (2020) en Ethiopia, aspecto con el cual se concuerda. Giambastiani et al. (2021), haba mencionado la importancia de incorporar parmetros como la salinidad y el nivel fretico en estimaciones en acuferos costeros en la Emilia Romagna italiana, destacando localizaciones de cua de playa, que facilitan la conectividad entre las aguas subterrneas y las superficiales. En este trabajo no se considera el papel de la salinizacin de las aguas superficiales y subterrneas a lo largo del contacto con la costa.

Sin embargo, si se realiza una estimacin del papel del nivel fretico con base en la variabilidad estacional. Esta arroj diferencias en los ndices de vulnerabilidad desde baja hasta alta, lo cual requerira un estudio ms amplio para determinar su influencia con base tambin en las oscilaciones de las precipitaciones en la regin.

 

Conclusiones

Se demostr que existe una vulnerabilidad del acufero costero Manglaralto la cual fue estimada por el mtodo DRASTIC. La vulnerabilidad result en general media, pero se registr un intervalo desde vulnerabilidad baja (IV-DRASTIC - JULIO 2020) hasta alta (IV-DRASTIC 2021). Se evidenci tambin una variabilidad estacional que sugiere la influencia de los niveles freticos y la escorrenta sobre el sistema, en asociacin con las condiciones morfolgicas de la zona.

Se recomienda continuar con la evaluacin sistemtica de la vulnerabilidad pasando a esquemas de muestreo mensuales o trimestrales que representen un avance con respecto al marco muestral empleado en este trabajo. Por otra parte surge la posibilidad de avanzar hacia estudios de vulnerabilidad especfica donde se consideren los potenciales contaminantes de los acuferos.

 

Referencias

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