Propuesta de contenido para un estudio de línea base sobre el componente hidrogeológico

 

En este apartado se presenta una propuesta para el desarrollo de Estudios de Línea Base sobre el componente hidrogeológico integrando herramientas de modelamiento numérico; para ello se presentan las definiciones por cada etapa de la Línea Base en conjunto con los datos generados en estas etapas. Cabe aclarar que lo que a continuación se expone, constituye una referencia que abarca los requisitos establecidos por la legislación peruana, sin que ello sea una limitación para la propuesta y, por lo tanto, el ajuste del contenido a las particularidades del contexto en el que se enmarca un proyecto, queda sujeto a la discrecionalidad de quien emplee este material. 

 

Contenido de la Línea Base

El contenido presentado para la línea base busca dar cuenta de la dinámica hidrogeológica básica de una zona de estudio, evidenciada en productos que permiten la delimitación preliminar del área de influencia directa, al estar compuestos por un conjunto de datos interpretados con el ánimo de comprender las variables susceptibles de ser influenciadas por la instalación del proyecto en cuestión.

 

Delimitación del Área de Estudio

Para establecer la zona sobre la que se levantará la Línea Base, vale la pena revisar las recomendaciones de Knödel, Lange, & Voigt (2007), quienes presentan el concepto de "Entorno Geológico" definiendo este como la zona potencialmente afectable en caso haya diseminación de una sustancia que pueda deteriorar el ambiente. 

Dicho entorno geológico representa una porción del sistema hidrogeológico regional e implica la selección de una porción de terreno en superficie y a profundidad que se hace teniendo en cuenta las unidades geológicas de la zona, la geomorfología, la estratigrafía, la tectónica, el fallamiento, entre otros. 

Los autores recomiendan que el área total de este estudio se encuentre entre 0.1 Km2 y 1 Km2, aunque, en general, es recomendable que se cubran distancias longitudinales de 3 Km desde el punto en el que se va a instalar el proyecto minero.

Por ejemplo, si el proyecto se ubica sobre zonas cuyos afloramientos rocosos son de origen sedimentario y posean porosidad primaria, se requeriría ampliar la zona tanto como se considere necesario, lo que posiblemente conduzca a que la extensión del área sea mayor en comparación a una zona en la que predominen formaciones rocosas de tipo ígneo o metamórfico, o que sea menor si se compara con una zona sedimentaria que, además, presenta una cantidad importante de fallas, plegamientos, etc. En profundidad, el texto citado recomienda que el área de estudio se extienda entre 50 m y 150 m de profundidad y es aquí donde el criterio se hace dependiente de la estratigrafía de la zona, diagnosticada gracias a métodos geofísicos y de percepción remota.

 

Levantamiento de cartografía detallada

El aspecto más relevante de la cartografía se asocia con el nivel de detalle con que esta es construida, pues aunque existen mapas de la zona en cuestión provistos por organismos gubernamentales con información geológica, geomorfológica, hidrográfica y demás, por lo general estos se encuentran levantados a escalas que, en cuanto a las distancias medidas sobre esta cartografía, pueden brindar errores altos, por lo que es aconsejable la reconstrucción de la información sobre las formaciones geológicas y sus accidentes dentro de la zona previamente definida a un nivel de detalle entre 1:5000 ó 1:20000, dependiendo del nivel de detalle requerido. En general, la información cartográfica puede ser requerida para la evaluación de otros componentes y, por lo tanto, es necesario homogeneizar los niveles de detalle para el estudio y procurar el manejo de una única base de datos geográficos, para mantener la compatibilidad del estudio hidrogeológico de Línea Base con los demás hechos en el proceso de evaluación ambiental.

 

Inventario de cuerpos de agua superficial posiblemente influenciados por el agua subterránea

Dentro de los reconocimientos de campos hechos para detallar la cartografía, puede incluirse la delimitación georreferenciada de los cuerpos de agua superficial, pues estos pueden estar posiblemente influenciados por el flujo hidrogeológico. No obstante, cabe aclarar que esta suposición sólo será corroborada cuando el modelo de flujo demuestre intersecciones de las líneas piezométricas con la superficie del terreno y también de ser posible, pueden emplearse estudios con trazadores e isótopos para verificar la mezcla de agua, ello en etapas posteriores.

 

Inventario de Pozos Existentes

Aunque debiera existir información de base sobre el número de pozos en una región, el inventario de estos puede ser de utilidad pues permite establecer la posición y características de estas estructuras, sirviendo ello para contemplarles como parte de la red de piezómetros que inicialmente permitirán caracterizar el flujo hidrogeológico y posteriormente serán empleados como parte de la red de monitoreo. En el inventario es importante recopilar información sobre el uso al que se destina el agua extraída, el caudal aprovechado, la profundidad del pozo, entre otros que se considere relevante de acuerdo a las características del proyecto.

 

Inventario de fuentes potenciales de sustancias antropogénicas

Tal como en el caso anterior, esta información debiera estar almacenada en una base de datos única, con el mismo tratamiento en torno a su ubicación espacial, pues esto que permite contrastar los registros históricos de la calidad del agua, con la aparición de focos de contaminación que aporten sustancias con posibles efectos nocivos; este hecho puede tener repercusiones importantes sobre el uso de agua en el proyecto o para esclarecer responsabilidades jurídicas frente a un posible deterioro de la calidad de agua subterránea.

 

Diseño de la red de piezómetros

Es importante tener en cuenta que la red de piezómetros definida para los estudios de línea base, será posiblemente la que se empleará para monitorear los cambios en la calidad del agua durante las distintas etapas del proyecto, por lo que su diseño debe procurar abarcar la totalidad del área de estudio y su localización debe tener en cuenta aspectos como la factibilidad de acceso, la estabilidad del terreno que asegure su durabilidad, el posible uso para extracción de agua o las restricciones para evitar dicha situación, entre otros. 

Cabe aclarar que si bien cuando se realizan Diagnósticos Ambientales de Alternativas se cuenta con distintas versiones del proyecto al que se evalúa el impacto y, por ello, se debe procurar que la red de piezómetros sea lo suficientemente "versátil" como para permitir una lectura de los parámetros para los que fue diseñada aún cuando existan varias configuraciones espaciales de los elementos del proyecto.

Para diseñar la red de piezómetros pueden emplearse distribuciones estadísticas, en las que se asegure la representatividad de áreas "homogéneas" por cada uno de los piezómetros. Sin embargo. es importante resaltar que aunque en superficie cada uno pueda abarcar un área equivalente, las propiedades hidráulicas del sistema pueden contener variaciones que distorsionan la representatividad aparente obtenida.

 

Perforación de Pozos y Toma de Muestras

Como mínimo una segunda visita a campo será necesaria y esta se dará cuando se haga la perforación de los pozos que conforman la red de piezómetros; esta actividad debiera ser aprovechada para la obtención de matrices de roca que permiten una caracterización mineralógica de la zona y también la extracción de muestras de agua subterránea para su análisis en el laboratorio. La perforación del pozo puede darse bajo distintas técnicas cuya elección depende del tipo de roca, la profundidad a perforar, entre otros (Knödel, Lange, & Voigt, 2007). La recolección de estas últimas debe tener presente que al perforar los pozos pueden alterarse las condiciones del entorno químico en el que se encuentra el agua debido a la exposición a la atmósfera o por mezcla con el material con que la estructura es estabilizada, por lo que es necesario tener precauciones que aseguren la representatividad de las alícuotas extraídas.

La "purga" también tiene como propósito garantizar que los niveles de agua medidos para la tabla de agua y las pruebas de bombeo corresponden a los que realmente se presentan. Para ello existen tres criterios fundamentales expuestos por Barackman & Brusseau (2004), que consisten primero en extraer un volumen de agua en distintas etapas garantizando que esta sea renovada por el flujo hidrogeológico; el segundo consiste en monitorear los valores de pH y conductividad eléctrica hasta que las lecturas de estos sean estables, datos que deben ser documentados para cada pozo e inicialmente hacen parte del muestreo preliminar; finalmente, un tercer método consiste en calcular el volumen de purga teniendo en cuenta la transmisividad del acuífero y el diámetro del pozo, o como lo sugieren Knödel, Lange, & Voigt (2007), teniendo en cuenta la longitud de la pantalla y la capa de grava instaladas para filtrar el ingreso de material al pozo.

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Donde:

VF : Volumen de purga

LF : Longitud de la capa de grava y el filtro instalados

d-BF : Diámetro del pozo

 

Para la recolección de muestras con fines de análisis químico, primero debe verificarse si existen hidrocarburos volátiles u otras sustancias insolubles en agua que puedan afectar los equipos del muestreo y ellos deben ser retirados antes de iniciar la recolección de las muestras, posteriormente se procede a la instalación de la bomba sumergible 1 m debajo del nivel de la tabla de agua o con la distancia prudente para evitar que la muestra pueda transportar sedimentos del fondo del pozo que alteren la calidad del agua; si se presume de la existencia de hidrocarburos volátiles halogenados, es necesario instalar una barrera que mantenga la presión para evitar la pérdida de estas sustancias. Durante los bombeos, si estos son menores a  90 minutos, la lista siguiente de parámetros debe ser medida cada cinco minutos y, si estos son mayores a 90 minutos, estos deben ser medidos cada 10 minutos (Knödel, Lange, & Voigt, 2007):

 

  • Profundidad de la tabla de agua en el pozo.
  • Tasa de bombeo.
  • Temperatura del agua.
  • pH.
  • Conductividad eléctrica.
  • Contenido de oxígeno disuelto.
  • Potencial de óxido-reducción (pe).

Es importante tener presente las mediciones de oxígeno pues si el contenido excede 1 mg/L aún cuando el potencial de óxido-reducción es negativo, puede estarse presentando inyección de oxígeno en el agua debido a fugas en la cubierta del pozo, en la manguera o en la tubería de la bomba lo que alteraría la composición química del agua que se va a recolectar. Se recomienda que las muestras se recolecten a la misma tasa de bombeo que la tasa de purga y que las muestras sean recolectadas cuando los parámetros fisicoquímicos presenten las variaciones que se presentan a continuación:

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Las muestras recolectadas deben almacenarse en botellas de 1 L y 2.5 L y estas deben ser enjuagadas con el agua extraída del bombeo. Para el caso de muestras a las que se les va a practicar análisis de sulfatos y carbono inorgánico total, las muestras deben ser almacenadas sin burbujas de aire. Deben también incluir los preservantes adecuados para los análisis y recolectar muestras de igual volumen, filtradas y sin filtrar. Las muestras deben trasladarse refrigeradas hasta el laboratorio y durante todo el proceso deben mantenerse las correspondientes cadenas de custodia. Para ampliar la referencia sobre los métodos, se puede consultar el texto de Trick, Stuart, & Reeder (2004) o la norma EN ISO 22475-1 en la que se especifican las condiciones técnicas para la exploración por excavación, perforación y muestreo, así como para las mediciones hidrogeológicas (Stölben & Eitner, 2004).

 

Caracterización del régimen de flujo

La caracterización del régimen de flujo debe ser entendida como la acción que permite establecer los valores para los parámetros que condicionan la dinámica hidráulica del acuífero, entre los que se encuentra el aporte de la dinámica hidrogeológica dentro del balance hídrico de la zona, las áreas que pueden definir condiciones de borde para el sistema, siendo estas las zonas de recarga para los acuíferos, los cuerpos de agua superficial, los flujos regionales, entre otros- Asimismo, esta etapa permite determinar sus volúmenes de almacenamiento, la variación espacial de las líneas de flujo, los niveles freáticos, las zonas de confluencia, los afloramientos superficiales, entre otros. Cada uno de estos parámetros requiere de cálculos especiales derivados de los resultados obtenidos en las pruebas de bombeo, que se desarrollan en la etapa de perforación de pozos y sus resultados son necesarios para estructurar el modelo numérico de flujo.

 

Desarrollo del modelo numérico de flujo y transporte de contaminantes

Se construye empleando software especializado que inicialmente brinda la posibilidad de representar las condiciones bajo las que se da la dinámica de flujo en la zona estudiada, teniendo en cuenta los elementos expuestos en el numeral 2 de este texto. Esta etapa incluye tanto la formulación del modelo como su calibración que consiste en establecer el grado de discrepancia entre los resultados que arroja el modelo y los datos observados en campo, estos últimos, obtenidos de pozos de observación definidos en la red piezométrica. Este paso permite ajustar el nivel de confiabilidad sobre las representaciones que brinda el modelo, lo que garantiza que las predicciones hechas con él más adelante, tendrán un nivel de aproximación frente a la situación que puede desarrollarse en la realidad.

Una vez se haya verificado la efectividad del modelo de flujo, es posible simular el transporte de contaminantes en un período de tiempo determinado, que si bien puede corresponder a la etapa de cuantificación del impacto ambiental, dentro de la línea base permite delimitar un área aproximada para aumentar el nivel de detalle con que se realiza el estudio, lo que definiría un área de influencia directa preliminar.

 

Caracterización Preliminar de la Calidad del Agua Subterránea

Como ya se mencionó, para el caso peruano la norma exige una caracterización preliminar compuesta por 3 parámetros siendo estos pH, conductividad eléctrica y TDS, este último que pueden ser calculados de forma indirecta a través de una fórmula matemática que requiere como dato de entrada el valor de la conductividad. Sumados a estos, según lo expuesto en el aparte 3.1.7, también podría hacer parte de esta caracterización preliminar el valor de temperatura, oxígeno disuelto y potencial redox. 

Teniendo en cuenta que el análisis se realiza sobre agua subterránea se recomienda incluir la lectura de turbidez, alcalinidad que permite una valoración estimada del contenido de carbono en la solución y la concentración de los iones mayores Na+, Ca2+, K+, Mg2+, SO42-, Cl-, HCO3-, CO32-; estos últimos están incluidos dentro del análisis detallado que exige la norma peruana, no obstante, cabe aclarar que una lectura temprana permitiría dar cuenta de la influencia de la matriz rocosa sobre el agua y anticipar una idea básica sobre el tipo de análisis que debieran hacerse para establecer los posibles contaminantes presentes o la vulnerabilidad del sistema en el caso de que se presenten cambios en el entorno químico.

 

Selección de Puntos para Análisis Químico Detallado

El propósito de este análisis químico detallado está asociado con la determinación de la presencia para especies específicas en el agua por lo que el costo que implica esta etapa puede ser elevado y por lo tanto se recomienda disminuir el número de muestras a las que se le practicarán estos análisis. Se sugiere que las muestras provengan del mismo muestreo en el que se hicieron las lecturas de la caracterización preliminar, por lo que en la recolección se debe procurar tomar volúmenes adicionales que garanticen homogeneidad de las condiciones medidas, comparabilidad de los resultados y consecuentemente su validación.

Los análisis químicos detallados debieran incluir pruebas de especiación de las sustancias presentes en el agua pues ellas muchas veces permiten la determinación del origen de las sustancias o pueden orientar la selección de alternativas para el tratamiento de las sustancias. En este punto, podrían incluirse simulaciones de las reacciones químicas para que, a partir de las composiciones totales, se estudie la posibilidad de que existan determinadas especies de un elemento y se tome la decisión de hacer o no su análisis, ello sin dejar de lado que este tipo de predicciones requieren de validación y calibración. Una amplia lista de sustancias y la referencia del método estandarizado por la ISO para su lectura puede ser encontrado en Knödel, Lange, & Voigt (2007).

Otro tipo de pruebas que harían parte de un análisis químico detallado, estarían asociadas con el rastreo de isótopos en el agua, pues aunque generalmente se emplean isótopos de H y O para determinar la edad de los volúmenes almacenados, se ha demostrado la posibilidad de emplear estos para definir el origen de sustancias como metales y compuestos orgánicos (Négrel, Blessing, Millot, Petelet-Guiraud, & Innocent, 2012), al ver la composición isotópica como una huella digital (en inglés finger print). Esta idea de las huellas digitales, también puede emplearse para el rastreo de contaminantes como lo evidencia la recopilación que hace Nordstrom (2011) quien muestra cómo las relaciones entre los elementos presentes permiten determinar si estos naturalmente pueden presentarse o si debieron ser aportados por otro tipo de procesos en la zona; en esta misma vía aparece el trabajo de Galazoulas, Petalas, & Tsihrintzis (2011) que muestra cómo a partir de técnicas estadísticas como el análisis de conglomerados, se puede estimar el número de fuentes que aportan las sustancias presentes en el agua.

 

Consolidación del Modelo Hidrogeológico Conceptual

Con los datos recopilados en todas las etapas del estudio de línea base, finalmente puede consolidarse un Modelo Hidrogeológico Conceptual que sintetice la dinámica hasta ahora estudiada. En este debieran nombrarse las principales condiciones naturales de la zona de estudio, indicando los valores de los parámetros obtenidos tanto para las condiciones hidráulicas del flujo, como para la composición química del agua subterránea; para estos pueden suponerse nexos con las dinámicas tanto naturales como humanas y en todo caso, el instrumento debería dar cuenta de las relaciones ambientales relevantes que se presentan en la zona, siendo estas sobre las que se centren etapas posteriores para las que la línea base sirva como punto de partida.

 

Aportes para las siguientes etapas del proceso de Evaluación Ambiental

Los productos obtenidos siguiendo los pasos anteriormente descritos, permiten la generación de elementos que sirven de base en posteriores etapas del proyecto. A la hora de evaluar el impacto ambiental pueden desarrollarse simulaciones, por ejemplo, del impacto directo sobre el nivel de la tabla de agua para proyectos en los que se piense en la extracción del recurso hídrico subterráneo.

Asimismo, el desarrollo del modelo de transporte y reactivo permitiría simular el impacto directo por transporte de contaminantes en el caso de que el proyecto genere infiltración e inyección de sustancias, o podría simular el impacto indirecto cuando se haga aproximaciones con cambios de las condiciones geoquímicas, un caso frecuente en los proyectos de minería, permitiendo esto cuantificar el impacto sobre la calidad del recurso hídrico subterráneo.

Los anteriores pasos, permitirían la definición de una zonificación de riesgo por transporte de contaminantes generados en el proyecto y, de este modo, la delimitación definitiva de las áreas de influencia directa e indirecta para el componente hidrogeológico. Así, en la Construcción del Plan de Manejo Ambiental se contaría con instrumentos para valorar la efectividad de alternativas para la gestión ambiental y se podría optimizar el diseño de la red de monitoreo, proceso que atendiendo a la normatividad peruana, debe darse de forma participativa y, por lo tanto, incluir a la comunidad del área que va a intervenir la propuesta.

Con todo lo anterior, se espera brindar orientaciones que conduzcan al desarrollo de estudios de línea base para tomar mejores decisiones frente a la intervención del medio natural, apoyando estas, con herramientas informáticas cuyo uso requiere de la formación de profesionales en estos campos, técnicamente capacitados no sólo en su uso, sino también en la interpretación de los resultados que arroja; esto permitiría que a la par, se superen las limitantes que hasta el momento se presentan en la comprensión de las dinámicas de la naturaleza, garantizando una mejor adecuación de las dinámicas humanas a los procesos que sostienen la vida en el planeta.

 

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