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Aplicacin del mtodo DRASTIC-LQ para estimar la vulnerabilidad intrnseca del acufero costero Manglaralto

 

Application of the DRASTIC-LQ method to estimate the intrinsic vulnerability of the Manglaralto coastal aquifer

 

Aplicao do mtodo DRASTIC-LQ para estimar a vulnerabilidade intrnseca do aqfero costeiro de Manglaralto

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: 9 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

Se determin la vulnerabilidad del acufero de Manglaralto a travs del mtodo DRASTIC-LQ, a partir del examen de 10 pozos que abastecen de agua a la localidad. Se calcularon ndices de vulnerabilidad para la temporada lluviosa y la temporada seca. Se realiz un contraste de hiptesis (test de Wilcoxon; α: 0.05) para determinar las diferencias estacionales de la vulnerabilidad (2019-2021). Los ndices de vulnerabilidad variaron de bajos y muy altos. Se observ una variabilidad estacional propia de las oscilaciones de los niveles freticos y la escorrenta sobre el sistema, propia de la dinmica pluviomtrica. El mtodo DRASTIC-LQ permite confirmar la existencia de condiciones de vulnerabilidad y resulta ser ms sensible en la estimacin en la temporada lluviosa (p-valor ≤ 0.05). El mtodo resulta til pero debe seguir validndose. Al presentarse una serie de registros tan corta, la aplicacin del mtodo puede estar influida por oscilaciones pluviomtricas que pueden incrementar el error del mismo.

Palabras Clave: Acuferos; Vulnerabilidad en acuferos; Mtodo DRASTIC-LQ.

 

Abstract

The vulnerability of the Manglaralto aquifer was determined using the DRASTIC-LQ method, based on the examination of 10 wells that supply water to the locality. Vulnerability indices were calculated for the rainy and dry seasons. Hypothesis testing (Wilcoxon test; α: 0.05) was performed to determine seasonal differences in vulnerability (2019-2021). Vulnerability indices ranged from low to very high. A seasonal variability proper to the oscillations of water table levels and runoff over the system, proper to the pluviometric dynamics, was observed. The DRASTIC-LQ method allows confirming the existence of vulnerability conditions and proves to be more sensitive in the estimation in the rainy season (p-value ≤ 0.05). The method is useful but needs to be further validated. Since the series of records is so short, the application of the method can be influenced by pluviometric oscillations that can increase the error of the method.
Key words: Aquifers; Aquifer vulnerability; DRASTIC-LQ method.

 

Resumo

A vulnerabilidade do aqufero Manglaralto foi determinada usando o mtodo DRASTIC-LQ, com base no exame de 10 poos que fornecem gua para a localidade. Os ndices de vulnerabilidade foram calculados para as pocas de chuva e seca. Um teste de hipteses (teste Wilcoxon; α: 0,05) foi conduzido para determinar as diferenas sazonais de vulnerabilidade (2019-2021). Os ndices de vulnerabilidade variavam de baixo a muito alto. A variabilidade sazonal foi observada devido s oscilaes do lenol fretico e do escoamento sobre o sistema, devido dinmica das chuvas. O mtodo DRASTIC-LQ confirma a existncia de condies de vulnerabilidade e mais sensvel na estimativa na estao chuvosa (p-valor ≤ 0,05). O mtodo til, mas precisa de mais validao. Com uma srie to curta de registros, a aplicao do mtodo pode ser influenciada por oscilaes pluviomtricas que podem aumentar o erro do mtodo.

Palavras-chave: Aquferos; Vulnerabilidade do aqufero; Mtodo DRASTIC-LQ.

 

Introduccin

Los acuferos como cuerpos almacenadores de agua han sido objeto de estudios en cuanto a su vulnerabilidad, producto de la presin mundial por la disponibilidad de este recurso (Aller et al., 1987; Carrin-Mero et al., 2018; 2021). La vulnerabilidad se concibe como una propiedad intrnseca de carcter multicriterio que muestra la sensibilidad del cuerpo de agua a ser influido negativamente por un elemento interno o externo (Foster, 1987; 2002). Su determinacin es relativa puesto que parte de una apreciacin an en examen de un conjunto de parmetros.

Se ha distinguido en la literatura una categorizacin de la vulnerabilidad. Se denomina intrnseca cuando se limita al estudio y valoracin de los parmetros hidrogeolgicos de la zona del acufero (Aller et al., 1987), y es especfica si en la evaluacin se incorpora la valoracin de factores externos propios de la pluviometra local o si se analiza la influencia de elementos qumicos que pueden comportarse como contaminantes (Hoekstra, 2016; Nasri et al., 2021). El estudio de los acuferos tiene relevancia mundial (Hansen & Thorling, 2018), abordndose estudios sobre el componente intrnseco (Asfaw & Mengistu, 2020; Giambastiani et al. 2021), y el especfico (Naturstyrelsen, 2014; Voutchkova, 2021).

Existe un inventario amplio de mtodos para evaluarla, sin embargo, el mtodo DRASTIC (Aller et al., 1987), es el que cuenta con mayor aplicacin (Martnez et al., 1998; Carrin Mero et al., 2021). Aller et al. (1987) plantearon el mtodo DRASTIC para clasificar y ponderar parmetros o atributos intrnsecos, que reflejaran las condiciones del medio, considerando como parmetros: 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).

A pesar de su aceptacin mundial, el mtodo ha sido ampliado por otros autores, presentndose modificaciones donde se integran al modelo DRASTIC aplicaciones basadas en Sistemas de Informacin Geogrfica (Bera et al. 2021), incorporacin de parmetros como los nitratos (Voutchkova, 2021) y la suma de evaluaciones de analizaron la vulnerabilidad de los acuferos ante la percolacin de agroqumicos (Loor et al. 2019).

DRASTIC-LQ es una propuesta de Carrin Mero et al. (2021) que an est en fase de evaluacin. El aporte al mtodo convencional de DRASTIC, consiste en el incremento de dos parmetros adicionales, los cuales pueden estar presentes en distintos sistemas acuferos, y se deberan tomar en cuenta en estudios relacionados con la vulnerabilidad. Estos son: la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q), obteniendo el mtodo DRASTIC-LQ.

Para la correcta aplicacin de la metodologa, se asigna un peso (w) y rangos (r), para los nuevos parmetros. La recarga lateral, o tambin conocida como recarga de borde, representa una parte significativa en el aporte del agua subterrnea, que se origina mediante la escorrenta en las precipitaciones, especialmente en los meses de lluvia. Tomando en cuenta que el mtodo convencional ya considera una recarga, al sumar este nuevo parmetro se le ha asignar un peso (w), para indicar que se ha considerado esta fuente. Los rangos para el parmetro L(r), dependern de la temporada que se est analizando. Se considerar que, independientemente del ao, si el anlisis es en temporada de lluvia (si hay escorrenta), y si es en temporada seca (no existe escorrenta superficial) (Carrin Mero et al., 2021).

El dique es considerado debido a su importante aplicacin en la recarga superficial del acufero, el cual puede influir en su contaminacin, ya que se encarga de almacenar el agua y mantener su permanencia durante ms tiempo, que a su vez es un beneficio, ya que logra acaparar el agua en temporada seca. Para la asignacin de los rangos Q(r), se establecer una relacin entre el nivel de agua en temporada de lluvia y el nivel en temporada seca de un mismo ao. Para ello, se restan estos dos niveles, y esa diferencia, indicar la aportacin del dique en la recarga superficial.

Es importante sealar, que varias capas que se van a mantener constantes para el clculo de la vulnerabilidad en cualquier ao o temporada (hmeda o seca), debido a que dependen de las caractersticas de la zona de estudio, lo cual no va a variar. Estas capas sern denominadas como generales, las cuales son: Naturaleza del acufero, tipo de suelo, pendiente, naturaleza de la zona vadosa, y conductividad hidrulica. Por otro lado, se toman en cuenta otro tipo de capas, las cuales dependen de las condiciones pluviomtricas de cada ao, ue son: la recarga y el dique. Tambin se consideran capas segn la temporada especfica en cada ao, la cual est representada por el nivel del agua y recarga lateral.

Este artculo se centra en la determinacin de la vulnerabilidad intrnseca de las aguas del acufero Manglaralto mediante el mtodo DRASTIC-LQ. Este acufero localizado en la costa de la parroquia de Santa Elena, en Ecuador, donde el servicio pblico de agua potable depende de 14 pozos perforados del sector (Gricelda et al., 2018).

 

Metodologa

El estudio es de tipo tcnico cuantitativo en el rea de la ingeniera sanitaria y ambiental (Garca, 2009). Se seleccionaron 10 pozos activos distribuidos en la zona del acufero costero de Manglaralto. Se realiz un muestreo estacional donde se contrastan los dos periodos pluviomtricos ecuatorianos. Para la temporada de lluvia, se tuvo como mes de referencia a febrero. Para la temporada seca se consider al mes de julio. El muestreo consider mediciones con repeticin (3) de la vulnerabilidad entre 2019 y 2021.

Se contempl la metodologa DRASTIC-LQ de Carrin Mero et al. (2021), que parte del modelo de base DRASTIC de Aller et al. (1987) (ver tabla 1). La Ecuacin 1 resume el modelo DRASTIC (modificado de Aller et al., 1987).

 

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 (w: 5).

R: Recarga neta del acufero (w: 4).

A: Litologa del acufero (w: 3).

S: Tipo de suelo (w: 2).

T: Pendiente de la zona de estudio (w: 1).

I: Naturaleza de la zona no saturada, o zona vadosa (w: 5).

C: Conductividad hidrulica presente en todo el acufero (w: 3)

Una vez incorporados los parmetros L y Q, la estimacin del grado de vulnerabilidad se realiz mediante la categorizacin presente en la tabla 1.

 

Figura 1: 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 de recopilacin de datos

Se realiz un muestro estacional por repeticin entre el ao 2019 hasta el 2021, considerando los meses de referencia para los meses de febrero y julio. La base de datos obtenida estuvo constituida por:

a)      Niveles piezomtricos de los pozos (3 muestreos por pozo).

b)      La recarga del acufero se calcul con el programa Easy Balance, considerndose las precipitaciones reportadas por la Administracin Nacional de Aeronutica y el Espacio (NOAA).

c)      La conductividad hidrulica se determin con el mtodo electromtrico (Carrin-Mero et al., 2021).

d)     La clasificacin del tipo de suelo se estableci con base en la fraccin textural.

e)      Mediante imgenes satelitales que se procesaron con el paquete ArcGis 10.5, se realiz la valoracin de la topografa y la pendiente del sector.

f)       La geologa se valor a partir de cartografa geolgica y muestreo in situ.

Fase de contraste de hiptesis: Con el apoyo del paquete del software SPSS.V.24 se compararon (test de rangos con signo de Wilcoxon) los ndices de vulnerabilidad (IV) estacional [(temporada hmeda: febrero) / temporada seca: julio)]. La hiptesis nula (Ho) fue: Los IV-DRASTIC-LQ estacional no se diferencian significativamente; Hiptesis alternativa (H1): Los IV-DRASTIC-LQ estacional si se diferencian significativamente (α ≤ 0.05 se rechaza Ho).

 

Resultados

Resumen para el ao 2019: temporadas lluviosa y seca

Se determin un ndice promedio de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para la temporada lluviosa IV-DRASTIC-LQ: vulnerabilidad media (125.2 6.2; Mn: 117 Mx: 135). En la temporada seca (julio) se registr un IV-DRASTIC-LQ propio de vulnerabilidad muy alta (160.5 14.2; Mn: 137 Mx: 185) (ver tabla 2). El Test de Wilcoxon muestra diferencias significativas entre los dos ndices (Wilcoxon: 5.326; p-valor: 0.000 ≤ 0.05; se rechaza la H0). Esto indica que la magnitud de las diferencias resulta influida por los mayores promedios obtenidos con el IV-DRASTIC-LQ de la temporada seca (ver tabla 2).

 

Figura 2: ndices de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para el ao 2019

 

Media

DS

Mnimo

Mximo

Grado de vulnerabilidad

Wilcoxon1

Z

p-valor

Vulnerabilidad DRASTIC-LQ - febrero 2019

125.2

6.2

117

135

Media

5.326

0.000**

Vulnerabilidad DRASTIC-LQ - julio 2019

160.5

14.2

139

187

Muy alta

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

 

Resumen para el ao 2020: temporadas lluviosa y seca

Se determin un promedio de vulnerabilidad IV-DRASTIC-LQ para la temporada lluviosa que se ajusta a una vulnerabilidad media (124.4 4.5; Mn: 115 Mx: 133). Para el mes de julio se calcul un IV-DRASTIC-LQ ajustado tambin a una vulnerabilidad media (121.4 4.2; Mn: 114 Mx: 126) (ver tabla 3). El Test de Wilcoxon muestra diferencias significativas entre los dos ndices (Wilcoxon: 2.235; p-valor: 0.041 ≤ 0.05; se rechaza la H0). Esto indica que las diferencias resultaron influidas por los mayores promedios obtenidos con el IV-DRASTIC-LQ de la temporada lluviosa, situacin que contrasta con el ao anterior (ver tabla 3).

 

Figura 3: ndices de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para el ao 2020

 

Media

DS

Mnimo

Mximo

Grado de vulnerabilidad

Wilcoxon1

Z

p-valor

Vulnerabilidad DRASTIC-LQ - febrero 2020

124.4

4.5

115

133

Media

2.235

0.041*

Vulnerabilidad DRASTIC-LQ - julio 2020

121.4

4.2

114

126

Media

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

 

Resumen para el ao 2021: temporadas lluviosa y seca

La vulnerabilidad IV-DRASTIC-LQ para la temporada lluviosa fue vulnerabilidad alta (147.0 6.6; Mn: 139 Mx: 157). Para el mes de julio (temporada seca) se calcul un IV-DRASTIC-LQ que tipifica una vulnerabilidad alta (145.1 5.7; Mn: 138 Mx: 154) (ver tabla 4). Se apreciaron tambin diferencias significativas entre los dos ndices estacionales (Wilcoxon: 2.048; p-valor: 0.049 ≤ 0.05; se rechaza la H0), resultando esto influido por el mayor promedio general de la temporada lluviosa, situacin similar al ao 2020 (ver tabla 4).

 

Figura 4: ndices de vulnerabilidad DRASTIC-LQ para el ao 2021

 

Media

DS

Mnimo

Mximo

Grado de vulnerabilidad

Wilcoxon1

Z

p-valor

Vulnerabilidad DRASTIC-LQ - febrero 2021

147.0

6.6

139

157

Alta

2.048

0.049*

Vulnerabilidad DRASTIC-LQ - julio 2021

145.1

5.7

138

154

Alta

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

 

Discusin

El mtodo DRASTIC-LQ propuesto de Carrin Mero et al. (2021), se fundamenta en los parmetros del mtodo DRASTIC, al cual se le suman dos parmetros adicionales, los cuales pueden estar presentes en distintos sistemas acuferos, y que son la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q), obteniendo el mtodo DRASTIC-LQ.

Los resultados de este trabajo corroboran que el mtodo DRASTIC propuesto por Aller et al. (1987), utilizado de base, sirve de fundamento para experimentar con nuevas aproximaciones de evaluacin a la vulnerabilidad. La adicin de la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q), pueden ser factores diferenciadores con respecto a la estimacin realizada con el mtodo DRASTIC, tanto en las temporadas lluviosa como seca.

En tal sentido, el mtodo DRASTIC-LQ confirma la existencia de condiciones de vulnerabilidad y resulta ser ms sensible en la estimacin en la temporada lluviosa. La vulnerabilidad segn el mtodo DRASTIC-LQ result en general media, pero se registr un intervalo desde vulnerabilidad media hasta vulnerabilidad muy alta (IV-DRASTIC - JULIO 2019), la cual responde tambin al componente estacional, pero que deja claramente establecido la influencia de los niveles freticos y la escorrenta sobre el sistema, en asociacin con las condiciones morfolgicas de la zona, y en especial con los factores aadidos al modelo como son la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q).

Los resultados coinciden con lo expresado por Carrin Mero et al. (2021), y contribuye a la validacin del mtodo, el cual an se encuentra en fase de experimentacin y validacin. Sin embargo, estos resultados a priori confirman la idea de que la recarga lateral (recarga de borde), es un factor significativo en el aporte del agua subterrnea, originado mediante la escorrenta producto de las precipitaciones, propias de la temporada lluviosa. Por su parte el dique es considerado debido a su importante aplicacin en la recarga superficial del acufero, el cual puede incidir en la contaminacin. Carrin Mero et al. (2021), establecieron que el modelo depender de las condiciones climatolgicas de cada ao, destacando el peso de la recarga y el dique.

Se logra apreciar as que es posible ampliar los estudios y determinaciones de la vulnerabilidad de acuferos partiendo de mtodos ampliamente validados como DRASTIC, pero que ha sido potenciado en este caso por las modificaciones aplicadas por Carrin Mero et al. (2021), existiendo otras posibilidades adicionales como la propuesta por Voutchkova et al. (2021), denominada DRASTIC-N.

 

Conclusiones

El mtodo DRASTIC-LQ permite estimar la vulnerabilidad del acufero costero Manglaralto. Esta result en lneas generales una vulnerabilidad media, pero se registr un intervalo desde vulnerabilidad media (IV-DRASTIC-LQ - febrero 2019; IV-DRASTIC - 2020) hasta alta (IV-DRASTIC-LQ 2021). La variabilidad responde al componente estacional, y deja claramente establecido la influencia en la temporada lluviosa de los niveles freticos y la escorrenta sobre el sistema, en asociacin con las condiciones morfolgicas de la zona, y en especial con los factores aadidos al modelo como son la recarga lateral (L) y la influencia de una recarga zonificada, en este caso mediante un dique (Q).

El mtodo DRASTIC-LQ permite confirmar la existencia de condiciones de vulnerabilidad y resulta ser ms sensible en la estimacin en la temporada lluviosa. Sin embargo, al presentarse una serie de registros tan corta, la aplicacin del mtodo puede estar influida por oscilaciones pluviomtricas que pueden incrementar el error del mismo, por tanto la extensin de la serie es una limitante para establecer conclusiones definitivas sobre el mismo.En tal sentido, surge la necesidad de continuar con el monitoreo sistemtico de la vulnerabilidad avanzando hacia muestreos mensuales. Adicionalmente conviene avanzar en estudios de vulnerabilidad especfica donde se incorporen variables como la salinidad.

 

Referencias

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2022 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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