IAHR - AIIH ASOCIACIÓN INTERNACIONAL DE INVESTIGACIÓN HIDRÁULICA XXIII CONGRESO LATINOAMERICANO CARTAGENA DE INDIAS, COLOMBIA RENDIMIENTO SOSTENIBLE DEL AGUA SUBTERRÁNEA Victor M. Ponce Profesor de Ingeniería Civil San Diego State University San Diego, California, EE.UU. • INTRODUCCIÓN • En la naturaleza el agua superficial y el agua subterránea están relacionadas. Puede demostrarse que difieren de dos maneras importantes: El agua superficial es totalmente renovable, usualmente en unos días o semanas, mientras que el agua subterránea no es totalmente renovable, pudiendo tomar décadas, siglos, o aún más, y El agua superficial fresca es escasa, particularmente cuando se compara con los grandes volúmenes de agua subterránea fresca que se conoce existen debajo de la superficie. La tendencia actual es a utilizar el agua subterránea para resolver los problemas de escasez de agua superficial. Sin una regulación apropiada, esto coloca a los usuarios en una trayectoria segura hacia la explotación excesiva del agua subterránea. ¿Hasta qué punto pueden ser explotados los recursos de agua subterránea sin comprometer el principio de desarrollo sostenible? Este estudio compara los conceptos del rendimiento seguro y rendimiento sostenible. Se demuestra que el concepto tradicional de rendimiento seguro, que iguala éste con la recarga anual, es incorrecto. El estudio concluye con una visión holística del rendimiento sostenible del agua subterránea. • ANTECEDENTES • El rendimiento seguro se define como el mantenimiento de un equilibrio a largo plazo entre la cantidad anual de agua subterránea extraída y la recarga anual del acuífero. Esta definición no considera los derechos de los usuarios del agua superficial (el agua de los manantiales y el flujo de base) y los ecosistemas que dependen del agua subterránea (humedales y vegetación ribereña). El rendimiento sostenible reserva una fracción del rendimiento seguro para beneficio de las aguas superficiales. No existe aún un consenso en cuanto a qué porcentaje del rendimiento seguro debe constituir el rendimiento sostenible. En depósitos prístinos, la recarga natural media es igual a la descarga natural media, que alimenta los manantiales, corrientes, humedales, lagos, y los ecosistemas dependientes del agua subterránea. La recarga neta, es decir, la recarga media anual menos la descarga media anual, es nula. La descarga natural constituye el flujo de base de las corrientes y los ríos, y, en reservorios de agua subterránea poco profundos, es el agua que sostiene ciertos tipos de vegetación con afinidad hídrica, tales como las hidrófitas, higrófitas, y las freatofitas. La mayoría del agua subterránea está fluyendo continuamente, obedeciendo a fuerzas gravitacionales, para juntarse eventualmente con las aguas superficiales, o, en última instancia, con el océano. Es solamente una cuestión de tiempo antes de que la recarga natural se convierta en descarga natural, es decir, en evapotranspiración o agua superficial. Se presentan tres escenarios en la explotación del agua subterránea: Un sistema prístino, en equilibrio o flujo permanente, en ausencia de bombeo; Un sistema desarrollado, en equilibrio o flujo permanente, con bombeo moderado a una profundidad constante; y Un sistema abatido, en desequilibrio o flujo transitorio, con bombeo intensivo a una profundidad cada vez mayor. • PERSPECTIVA HISTÓRICA • Lee (1915) definió el rendimiento seguro como la máxima cantidad de agua que se puede retirar de un acuífero sin disminuir en forma peligrosa la reserva almacenada. Theis (1940) reconoció que toda el agua subterránea está en constante movimiento a través de un estrato poroso, de un lugar de recarga a un lugar de descarga. La descarga bombeada constituye una nueva descarga, sobrepuesta en un sistema previamente estable, debiendo ser balanceada por: un aumento en la recarga natural; una disminución en la descarga natural; una pérdida del volumen previamente almacenado en el acuífero; o una combinación de los anteriores. Theis (1940) distinguió entre recarga natural y recarga disponible. La recarga disponible es la suma de recarga no rechazada y recarga rechazada. La recarga no rechazada es la recarga natural; la recarga rechazada es la porción de recarga disponible rechazada por [partes de] un acuífero a causa de estar lleno (por lo menos parte del tiempo). Theis propuso que el desarrollo de agua subterránea debe optar primero por la recarga rechazada y, segundo, por la evapotranspiración de la vegetación no productiva. Kazmann (1956) propuso que el concepto de rendimiento seguro es engañoso, porque no puede ser reconciliado con la doctrina legal de apropiación [propiedad] previa. Cuando toda el agua superficial ya ha sido apropiada, no se puede obtener una fuente perenne de agua subterránea sin usurpar derechos establecidos. El concepto del desarrollo sostenible emergió al final de la década de los años 80, forzando una reconsideración de las prácticas de rendimiento seguro. El desarrollo sostenible es aquél que resuelve las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las generaciones futuras de resolver sus propias necesidades. Alley y otros (1999) estudiaron el acuífero de los Altos Llanos [Estados Unidos] como un ejemplo del abatimiento del nivel del agua subterránea en respuesta al bombeo, y su relación con la sostenibilidad. Sophocleous (2000a) precisó que el concepto tradicional de rendimiento seguro ignora el hecho de que, a largo plazo, la recarga natural es balanceada por la descarga natural hacia la evapotranspiración, y/o la exfiltración hacia corrientes, manantiales, y filtraciones. Mientras que la recarga natural tiende a ser una constante para un caso dado, la captura es una función del nivel de desarrollo: cuanto mayor es el bombeo, mayor es la captura. Maimone (2004) propuso que la idea de que existe sólo un número correcto de rendimiento sostenible debe ser abandonada. Maimone propuso una definición tentativa basados en los siguientes conceptos: Entender los efectos locales, subregionales, y regionales. Desarrollar un balance hídrico conceptual detallado. Entender los límites físicos y la velocidad de llenado del sistema. Entender las necesidades humanas de agua y su naturaleza cambiante. Considerar los aspectos temporales del rendimiento, incluyendo sequías e inundaciones. Considerar los efectos de tecnología nuevas y los cambios de percepción de la sociedad. Trabajar con los actores involucrados para entender los compromisos y desarrollar consenso. Reconocer la naturaleza interdisciplinaria de los impactos de la utilización del agua subterránea. Seward y otros (2006) encontraron problemas muy serios con el argumento simplista de que el rendimiento sostenible debe ser igual a la recarga. En muchos casos, el rendimiento sostenible tendrá que ser considerablemente menor que la recarga anual media. Por lo tanto, la declaración que el rendimiento sostenible o "seguro" debe ser igual a la recarga es incorrecta. El rendimiento sostenible está relacionado con la cantidad de captura que puede permitirse sin causar consecuencias indeseables o inaceptables. • ANÁLISIS • Los conceptos pueden ser resumidos en los siguientes párrafos: Toda el agua subterránea de importancia económica está en tránsito de un lugar de recarga a un lugar de descarga. Por lo tanto, cualquier agua extraída de la tierra tendría que ser reemplazada eventualmente por un retiro correspondiente de agua superficial. Las determinaciones de rendimiento seguro o sostenible deben restar de la recarga la fracción que satisfaga las necesidades de agua superficial y de los ecosistemas dependientes del agua superficial, vadosa o subterránea. La recarga artificial es esencialmente agua subterránea libre y, por lo tanto, debe ser fomentada en áreas donde el agua subterránea se está desarrollando activamente o se está abatiendo. Ciertas actividades económicas tales como la deforestación, el sobrepastoreo, el sobrecultivo, y el desarrollo urbano deben ser limitadas o reguladas en la medida de lo posible, porque tienen la tendencia a reducir la recarga, representando así una recarga artificial "negativa". Las determinaciones de rendimiento sostenible deben ir más allá de la hidrogeología, abarcando la síntesis interdisplinaria de la hidrología del agua superficial, ecología, geología, y climatología, para nombrar algunos. La solución es desarrollar un balance de agua que considere tanto el agua superficial como el agua subterránea. La precipitación, fuente de todo el agua subterránea, se separa en varios componentes (o trayectorias) como sigue: Regreso a la atmósfera vía evaporación; Regreso a la atmósfera vía evapotranspiración; Regreso al oceáno a través del escurrimiento directo; Regreso al oceáno a través del flujo de base, y subsecuente escurrimiento; Regreso al oceáno a través de la percolación profunda. Así como la precipitación, la recarga natural se separa en varios componentes (o trayectorias) como sigue: Regreso a la atmósfera vía evaporación desde el suelo sin cobertura vegetal; Regreso a la atmósfera vía evaporación desde los cuerpos de agua; Regreso a la atmósfera vía evapotranspiración de la vegetación, tanto de los ecosistemas naturales como de los artificiales (agricultura); Regreso al oceáno a través del flujo de base de corrientes y ríos; y Regreso al oceáno a través de la percolación profunda. En general, se requiere un balance hídrico detallado y los estudios interdisciplinarios respectivos para determinar si es socialmente aceptable fijar valores de rendimiento sostenible que incluyan no solamente fracciones del componente No. 5 (percolación profunda), sino también fracciones apropriadas de los componentes 1, 2, 3, y 4. • SÍNTESIS • Todos los depósitos de agua subterránea de importancia económica contienen temporalmente agua en tránsito de un lugar de recarga a un lugar de descarga. Cualquier cantidad de agua extraída por medios mecánicos tendría que ser substituída eventualmente por la misma cantidad proveniente de las aguas superficiales. Todo el bombeo proviene de la captura, y toda la captura se debe al bombeo. El agua que se filtra debajo de la superficie de tierra puede seguir una de tres trayectorias: Retornar a la atmósfera vía evaporación y evapotranspiración; Retornar al oceáno vía flujo de base y escorrentía; o Retornar al oceáno a través de la percolación profunda. De estos tres, solamente la percolación profunda es totalmente independiente de las aguas superficiales. Por lo tanto, es el único componente de la precipitación (o de la recarga) que puede estar potencialmente susceptible al secuestro (captura) por el bombeo. Un depósito de agua subterránea es esencialmente un envase geológico natural poroso. La fracción de la descarga natural que regresa a la atmósfera vía evaporación y evapotranspiración está casi totalmente comprometida. El rendimiento sostenible no depende del tamaño, profundidad, o características hidrogeológicas del acuífero. El rendimiento sostenible depende de la cantidad de captura, y si esta cantidad es socialmente aceptable como un compromiso razonable entre poco o nada de uso en un extremo, y el secuestro de toda la descarga natural en el otro extremo. En la práctica, el rendimiento sostenible se puede tomar como un porcentaje apropiado de la precipitación. Un estimado razonablemente conservador tomaría toda la percolación profunda como rendimiento sostenible, a condición de que no produzca [localmente] una excesiva intrusión salina. Sobre una base global, la percolación profunda es cerca del 2% de la precipitación. En ausencia de estudios en cuencas específicas, este valor se puede tomar como punto de partida en el cual basar las determinaciones de rendimiento sostenible. Las diferentes comunidades están comenzando a considerar la conservación del flujo de base como el estándar contra el cual se ha de medir el bombeo y, por lo tanto, el rendimiento sostenible del agua subterránea. El acercamiento holístico hacia la sostenibilidad. considera los aspectos hidrogeológicos, hidrológicos, ecológicos, socioeconómicos, tecnológicos, culturales, institucionales y legales. La sostenibilidad del agua subterránea puede ser propiciada mediante el aumento de la recarga de tres maneras: Capturando la recarga rechazada; Promoviendo la recarga artificial limpia, y Reduciendo la recarga artificial negativa. • RESUMEN • Todos los depósitos de agua subterránea están sosteniendo temporalmente agua, en tránsito de un lugar de recarga a un lugar de descarga. Un depósito prístino de agua subterránea está en estado de flujo permanente, con las entradas iguales a las salidas. Todo el bombeo proviene de captura; cuanto mayor es la intensidad del bombeo, mayor es la captura. La captura proviene de disminuciones en la descarga natural y aumentos en la recarga del acuífero. La descarga natural apoya a los ecosistemas riparios, humedales, y otros ecosistemas dependientes del agua subterránea, y el flujo de base de las corrientes de agua y ríos. El concepto tradicional de rendimiento seguro, que iguala el rendimiento seguro con la recarga natural, está errado. El rendimiento sostenible depende de la cantidad de captura, y si esta cantidad se puede aceptar socialmente como un compromiso razonable entre una política de poco o nada de uso en un extremo, y el secuestro de toda la descarga natural en el otro extremo. La captura depende del uso y no se relaciona con el tamaño o las características hidrogeológicas del acuífero, o con la recarga natural. El rendimiento sostenible es un blanco móvil, a ser determinado después de un estudio y de una valoración cuidadosa de todos los aspectos referentes a la utilización del agua subterránea. Una estimación razonablemente conservadora del rendimiento sostenible toma toda o una fracción apropiada de la percolación profunda. Sobre una base media global, la percolación profunda es cerca del 2% de la precipitación. El rendimiento sostenible puede también expresarse como un porcentaje de la recarga. La poca experiencia existente sugiere que los valores medios puedan ser alrededor del 40%, con los valores menos conservadores alrededor del 70%, y los más conservadores alrededor del 10%. Se necesitan estudios interdisciplinarios para desarrollar más experiencia en la determinación de porcentajes rendimiento-a-recarga que sean aplicables sobre una base local, subregional, y regional. Un acercamiento holístico a la sostenibilidad del agua subterránea considera los aspectos hidrogeológicos, hidrológicos, ecológicos, socioeconómicos, tecnológicos, culturales, institucionales y legales de la utilización del agua subterránea. Las diversas comunidades están comenzando a considerar la conservación del flujo de base como el estándar contra el cual se ha de medir la sostenibilidad del agua subterránea. La sostenibilidad refleja la política de conservación del recurso; cuanto más conservadora es la política, es probable que sea más sostenible.