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1. INTRODUCCIÓN
En el valle central de Cochabamba se experimenta un crecimiento acelerado de la mancha urbana [1], reflejado en el último censo nacional y proyecciones [2], los cuales indican que la principal razón es la migración de la población rural a la zona metropolitana de Cochabamba generando gran estrés hídrico en la zona [3]. Esto implica una gran cantidad de pozos públicos y privados para atender necesidades de agua para consumo humano, industrial y riego [4]. En ese sentido la protección de los acuíferos de esta zona es de vital importancia.
La hidrogeología del valle central de Cochabamba está formada por una zona semiárida de baja precipitación y alta evapotranspiración, con intercalaciones por la deposición de material fluvial y lacustre [5]. La parte norte está conformada por abanicos aluviales, que junto a los trayectos de los lechos de río son las zonas principales de recarga (alta infiltración). En cambio, en la zona sud se caracteriza con material menos permeable siendo principalmente zonas de descarga por la topografía. De esta manera, se han identificado tres tipos de acuíferos y pozos en la zona: al norte de acuíferos libres y profundos, al medio de pozos surgentes y al sur de acuíferos confinados con pozos profundos [6].
Si bien se ha establecido en la cuenca del río Rocha, el preservar la vegetación y asegurar la infiltración; la mancha urbana ha venido impermeabilizando, reduciendo las zonas de recarga a los acuíferos libres [3].
Por otra parte, las actividades antropogénicas aumentan el riesgo de la contaminación de los acuíferos libres [5]. Debido a estos factores, un análisis de vulnerabilidad se presenta prácticamente imprescindible con el fin de analizar el comportamiento natural de la zona, y promover someternos a él para buscar una mejor relación con el ecosistema.
De esta manera, mediante el presente estudio se busca identificar las zonas vulnerables a la contaminación de las aguas subterráneas de los acuíferos superficiales en una zona del valle central de Cochabamba utilizando el método DRASTIC, haciendo énfasis en los pozos de explotación de la región.
2. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
La zona de estudio se encuentra en una zona productiva del valle central de Cochabamba, el cual limita al norte con la cordillera Tunari y al sur con serranías, al este con el municipio de Cochabamba y al oeste con el municipio de Quillacollo. Esta incluye parte de los municipios de Tiquipaya, Colcapirhua y Quillacollo, ver Figura 1. Tiene un área aproximada de 67 km2 y su elevación varía cerca de los 2500 a 2800 m.s.n.m.
3. METODOLOGÍA
La vulnerabilidad a la contaminación de acuíferos es el grado de protección que el ambiente natural proporciona ante el ingreso de contaminantes naturales o antropogénicos [7], es decir, la sensibilidad de un acuífero a ser afectado negativamente por factores que ingresan a los acuíferos superficiales [8]. Uno de los métodos más conocidos es el DRASTIC debido a su capacidad y facilidad de uso [9], el cual corresponde a un acrónimo de siete factores hidrogeológicos que afectan y controlan el movimiento de aguas subterráneas, tales como: profundidad del nivel estático (D), Recarga neta (R), Geología del acuífero (A), Tipo de suelo (S), Topografía (T), Impacto en la zona vadosa (I) y Conductividad Hidráulica (C) [10]. El método considera estos factores en base a tres supuestos: el contaminante se introduce por la superficie, es trasladado al agua subterránea por la precipitación y es móvil en el agua [8]. Los factores se combinan incorporándose en un esquema de clasificación relativa que utiliza la combinación de pesos y valores para producir un valor numeral que se denomina índice DRASTIC [10]. En la Figura 2 se observa la metodología para obtener este índice a partir de la reclasificación de los atributos de cada factor, posteriormente la asignación de un peso a cada factor y finalmente con un álgebra de mapas utilizando herramientas SIG, obtener el índice de vulnerabilidad [11]. Para el caso de estudio, se utilizó el software ArcGIS 10.8.
La ecuación (1) describe la fórmula que combina los siete factores mencionados para obtener el índice DRASTIC:
donde:
Se ha utilizado los valores recomendados de Aller & Thornhill [12], para los rangos de los atributos de cada factor y el rating asignado (ver Tabla 1):
TABLA 1 - RESUMEN DE LOS FACTORES UTILIZADOS PARA OBTENER EL ÍNDICE DRASTIC
| Acrónimo | Factor | Información utilizada | Tipo | Rango | Rating | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D | Profundidad del nivel estático | Campañas de monitoreo de niveles de agua en pozos de explotación durante el año 2021 en los municipios de Tiquipaya y Colcapirhua [6]. Se identificaron pozos surgentes y niveles superficiales en la parte central y sur de la zona, y pozos profundos al norte. | 0 | 1.5 | m | 10 | |
| 1.5 | 4.6 | 9 | |||||
| 4.6 | 9.1 | 7 | |||||
| 9.1 | 15.2 | 5 | |||||
| 15.2 | 22.9 | 3 | |||||
| 22.9 | 30.5 | 2 | |||||
| R | Recarga | Datos de precipitación diaria de las estaciones de SENAMHI [13] y Universidad Privada Boliviana [14]. La recarga estimada por precipitación en la zona es alrededor del 20% [4] & [5], por tanto, la recarga estimada es de 100 a 127 mm. | 100 | 102 | m m | 3 | |
| 102 | 127.5 | 4 | |||||
| A | Geología del acuífero | Durante las campañas de 2021, se recopiló la litología para un modelo hidrogeológico [6] identificando arcillas, limos, arenas y gravas debido a la presencia de abanicos aluviales al norte de la zona. | Matrix de arcilla/limo con presencia de arenas/gravas | 5 | |||
| Arena y grava | 8 | ||||||
| S | Tipo de suelo | El tipo de suelo según la textura se obtuvo del Plan Director de la Cuenca del río Rocha [3], donde predomina la presencia de Franco, al norte Franco arcilloso y al sur Franco arcillo arenoso. Se optó por actualizar las zonas de agricultura intensiva y zonas urbanas (impermeabilizado). | Gravas | 10 | |||
| Zonas agrícolas | 8 | ||||||
| Franco arcillo arenoso | 4 | ||||||
| Franco | 5 | ||||||
| Franco arcilloso | 3 | ||||||
| Zonas urbanas | 1 | ||||||
| T | Topografía | Se ha utilizado el GDEM ASTER de 30 m. [15], para determinar la pendiente de la zona, identificando la zona sur como de poca pendiente. | 0 | 2 | % | 10 | |
| 2 | 6 | 9 | |||||
| 6 | 12 | 5 | |||||
| 12 | 18 | 3 | |||||
| > | 18 | 1 | |||||
| I | Geología de la zona vadosa | Se ha utilizado el mapa geológico de la cuenca del río Rocha [3], encontrando que la mayor parte de la zona se encuentra con materiales del cuaternario como depósitos aluviales y de abanicos aluviales, al sur depósitos fluviales y de terraza; y en la cadena montañosa (al norte y sur) con materiales del Ordovícico, con limolitas, areniscas y cuarcitas. | Limolitas, areniscas | 4 | |||
| Cuarcitas | 3 | ||||||
| Cantos, gravas, arenas, limos y arcillas | 8 | ||||||
| Cantos, gravas, arenas y limos | 7 | ||||||
| Gravas, arenas, limos y arcillas | 6 | ||||||
| Cantos, gravas, arenas y limo | 7 | ||||||
| C | Conductividad Hidráulica | Al igual que la Geología del Acuífero (A), se ha utilizado las conductividades del estudio de [6]. | Limos, arcillas | 4.72 x 10-5 | 1.41 x 10-4 | m/s | 2 |
| Arenas, gravas, bloques | > | 9.43 x 10-4 | 10 | ||||
Fuente: [12].
Finalmente, una vez obtenidos los valores para la reclasificación de los atributos de cada factor (ver Tabla 1), se utilizó herramientas SIG (ver Figura 2) para obtener los mapas temáticos como se muestra en la Figura 3.
4. RESULTADOS
La fórmula del índice DRASTIC indica que se debe utilizar un álgebra de mapas para asignar un peso a cada factor y combinarlos en un solo mapa de manera que se pueda graficar visiblemente y asignar colores para visualizar el rango de áreas con respecto a la vulnerabilidad [10]. El peso asignado puede ir en un rango del 1 al 5, donde 5 indica que el factor es más significativo y un valor de 1 que es menos significativo [10] siendo estos valores constantes (ver Tabla 2 Escenario 2). Las circunstancias de cada caso de estudio pueden justificar la modificación de los pesos asignados [16], ya que el método DRASTIC ha sido criticado ya que los pesos constantes no siempre cumplen las particularidades del estudio, en cuyo caso, los resultados de vulnerabilidad pueden considerarse de dudosa utilidad [17]. Por esta razón, para estudiar la influencia de los factores, se han analizado cuatro escenarios para la asignación de pesos como se observa en la Tabla 2:
TABLA 2 - PESOS ASIGNADOS A CADA FACTOR PARA OBTENER LA VULNERABILIDAD A PARTIR DEL ÍNDICE DRASTIC
| Escenario/Variable | Descripción | D | R | A | S | T | I | C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Escenario 1 | Todos los factores tienen el mismo grado de importancia | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Escenario 2 | Pesos asignados por bibliografía | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 | 3 |
| Escenario 3 | Incremento en 1 a los factores tipo de suelo (S) y topografía (T) | 5 | 4 | 3 | 3 | 2 | 5 | 3 |
| Escenario 4 | Incremento en 1 solamente al tipo de suelo (S) | 5 | 4 | 3 | 3 | 1 | 5 | 3 |
Fuente: [10].
Una vez obtenido los mapas del índice DRASTIC de cada escenario, se reclasificó de acuerdo a la asignación de colores específicos según los rangos que asigna el índice [10] & [18]. Estos resultados se observan en la Tabla 3 y Figura 4:
TABLA 3 - ÁREA Y PORCENTAJE DEL GRADO DE VULNERABILIDAD POR ESCENARIO
| Reclasificación | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Color | Violeta | Índigo | Azul | Verde oscuro | Verde claro | Amarillo | Naranja | |
| Vulnerabilidad | Mínimo | Muy Bajo | Bajo | Medio Bajo | Medio Alto | Alto | Muy Alto | |
| Escenario 1 | Área | 1.1 | 10.6 | 9.8 | 18.6 | 19.0 | 6.9 | |
| (%) | 1.6 | 16.0 | 14.8 | 28.2 | 28.8 | 10.5 | ||
| Escenario 2 | Área | 8.2 | 12.4 | 14.3 | 15.8 | 13.5 | 1.8 | |
| (%) | 12.4 | 18.7 | 21.7 | 23.9 | 20.5 | 2.8 | ||
| Escenario 3 | Área | 2.6 | 9.1 | 13.1 | 15.7 | 13.3 | 12.3 | |
| (%) | 3.9 | 13.8 | 19.8 | 23.8 | 20.1 | 18.6 | ||
| Escenario 4 | Área | 6.7 | 8.4 | 14.8 | 16.4 | 13.4 | 6.3 | |
| (%) | 10.2 | 12.8 | 22.4 | 24.9 | 20.3 | 9.5 | ||
Fuente: Elaboración propia.
A continuación, se describen los escenarios de la Tabla 3 y Figura 4 donde se observa de forma general que al sur predominan las vulnerabilidades bajas y al norte las altas. Sin embargo, cabe mencionar que un valor bajo del índice DRASTIC no indica que las aguas subterráneas están libres de contaminación, sino que son menos susceptibles a estas [16].
Escenario 1
En la zona central predomina la vulnerabilidad Media Alta (29%) a Alta (11%). No existen zonas de vulnerabilidad Muy Alta a comparación de los otros escenarios. Al sur predomina una vulnerabilidad Muy Baja (16%) a Media Baja (28%) y una mínima de 1.6%. A pesar de contar con el mismo peso asignado, se observa la predominancia del factor Profundidad del nivel estático “D” en la zona central (ver Figura 3) ya que los niveles medidos son superficiales [6].
Escenario 2
Las zonas predominantes de vulnerabilidad mantienen su ubicación, cambiando solamente en la extensión y apareciendo vulnerabilidad Muy Alta en la parte central en menor extensión (2.8%). En la zona sureste predomina la vulnerabilidad Muy Baja (12%) y Medio Baja (22%) y al suroeste Baja (19%). Al norte se observa vulnerabilidad Media Alta (24%) y al centro, Alta (21%). En este caso, los factores con mayor influencia son la profundidad del nivel estático “D” e Impacto en la zona vadosa “I” observando en la Figura 3 que la mayor influencia está en la parte central y norte.
Escenario 3
Las zonas mantienen su ubicación cambiando, al igual que el anterior, en su extensión. La zona de vulnerabilidad Muy Baja redujo a 4% e incrementó la Muy Alta a 19%. Al sur predomina la vulnerabilidad Baja (14%) y Media Baja (20%). Al norte se ha mantenido la vulnerabilidad Media Alta (24%), y al centro predomina la Alta (20%) y Muy Alta. En este se ha incrementado en 1 el factor suelo y topografía observando que si influye en la parte central y sur incrementando la vulnerabilidad.
Escenario 4
Es muy similar al Escenario 2, con un incremento en la vulnerabilidad Muy Alta a 9.5%. Al sur predomina de Muy Bajo (10%) a Medio Bajo (22%) y en la zona norte y parte central entre Medio Alto (25%), seguido de Alto (20%) a Muy Alto. Para este escenario se ha incrementado en 1 al factor suelo, observando que, con respecto al anterior escenario, la vulnerabilidad Muy Alta reduce en extensión, pero aun teniendo influencia en la zona central. En cambio, al sur se mantienen las Vulnerabilidades bajas ya que es una zona impermeable.
5. CONCLUSIONES
Se ha utilizado la herramienta DRASTIC para evaluar la vulnerabilidad a la contaminación de acuíferos en una zona del valle central de Cochabamba debido a la vital importancia que tiene la explotación de aguas subterráneas en la zona. Para el método se han utilizado niveles estáticos de campañas de medición realizadas en 2021, precipitación y mapas temáticos de la cuenca del río Rocha, un DEM ASTER de 30 m para obtener las pendientes, e insumos generados en una modelación hidrogeológica realizada en la zona. El mapa de tipo de suelo según la textura se ha combinado con un mapa actualizado de uso de suelo para definir las zonas impermeables (mancha urbana) y de intensa producción agrícola. Los atributos de estos factores fueron reclasificados y finalmente combinados utilizando herramientas SIG, donde a cada factor se le ha asignado un peso de acuerdo a su grado de importancia, considerando cuatro escenarios para el presente estudio.
El primer escenario parte de la hipótesis de que todos los factores tienen el mismo grado de importancia. En cambio, para el segundo escenario se ha utilizado los pesos de bibliografía. Para el tercer escenario se ha incrementado en 1 a los factores de suelo y topografía y finalmente para el cuarto escenario se ha incrementado en 1 sólo el factor suelo. Se ha observado que las vulnerabilidades mantienen la misma ubicación variando en la extensión, excepto en el escenario 1 donde no existe vulnerabilidad Muy Alta en la parte central, pero si existe Mínima en la zona sureste y en el escenario 3 existe una gran extensión de vulnerabilidad Muy Alta en la parte central.
En base al análisis de escenarios, se ha determinado que al norte predomina una vulnerabilidad Media Alta por ser una zona de recarga por la presencia de abanicos y depósitos aluviales y presentar niveles profundos (cerca de los 30 m.).
En la parte central, se ha identificado vulnerabilidad Alta a Muy Alta debido a la presencia de pozos surgentes (ver superposición de pozos en los escenarios en la Figura 4), abanicos aluviales y zonas de agricultura, lo cual demuestra que los factores: profundidad del nivel estático (D), Geología del Acuífero (A), Impacto en la zona vadosa (I) y Tipo de suelo (S) tienen gran influencia. Esto respalda los supuestos del método que indica que el contaminante es introducido por la superficie de la tierra y es móvil en el agua, por tanto, se evidencia altas vulnerabilidades. Esto implica la necesidad de dar prioridad a esta zona para evitar posibles contaminaciones de los acuíferos.
La parte sur se ha identificado como una de vulnerabilidad Baja a Media Baja, por la presencia de acuíferos confinados, ser una zona de descarga, niveles de agua profundos y zonas urbanas (impermeables), considerando que uno de los supuestos del método es que el contaminante ingresa por la recarga de la precipitación. En los Escenarios 3 y 4 se observa que la Topografía influye en cierta medida al ser una zona plana, apareciendo en menor extensión vulnerabilidad Media Alta en la esquina sureste e incrementando la Baja en el Escenario 3 y reduciendo la Muy Baja.
Al suroeste, en todos los escenarios, se observa que existe normalmente una vulnerabilidad Baja a Media Baja (y en menor extensión Media Alta al incrementar la topografía en el Escenario 3). Esta sección se ha visto afectada principalmente por: los niveles medidos son bajos debido a la presencia de acuíferos confinados, al igual de ser una zona influenciada parcialmente por una zona urbana impermeable, razón por la cual, salen vulnerabilidades bajas.
El escenario 1, respalda todas estas afirmaciones ya que, asignando el mismo peso a todos los factores, la tendencia a la vulnerabilidad (excepto la Muy Alta), se mantiene en las mismas ubicaciones, concluyendo que los factores analizados por zona son influyentes en estas y en cambio los otros no tienen mucha influencia. Sin embargo, el hecho que exista una vulnerabilidad baja no implica que no exista contaminación. Por tanto, se recomienda validar el análisis con estudios hidrogeoquímicos, especialmente a las zonas de mayor vulnerabilidad, para identificar presencia de contaminantes, los cuales pueden servir de insumos para un modelo numérico, al igual que elaborar planes de gestión. También se recomienda replicar en otras zonas con gran interés en la explotación de acuíferos.
