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Vulnerabilidad intr�nseca del acu�fero costero Manglaralto mediante el m�todo DRASTIC

 

Intrinsic vulnerability of the Manglaralto coastal aquifer using the DRASTIC method

 

Vulnerabilidade intr�nseca do aq��fero costeiro de Manglaralto usando o m�todo DRASTIC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: vreyes@untumbes.edu.pe

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* 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 Polit�cnica del Litoral, Ecuador.

  IV.            Universidad Nacional de Tumbes, Tumbes, Per�.

 

 

 

 

Resumen

El trabajo evalu� la vulnerabilidad intr�nseca del acu�fero costero Manglaralto mediante el m�todo DRASTIC. Se seleccionar�n 10 pozos distribuidos en el acu�fero costero de Manglaralto debidamente georeferenciados. Se dise�� un contraste de hip�tesis para determinar la diferenciaci�n estacional de los �ndices de vulnerabilidad (2019-2021). Se emple� para tal fin el test de comparaci�n 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� tambi�n una variabilidad estacional que sugiere la influencia de los niveles fre�ticos y la escorrent�a sobre el sistema, en asociaci�n con las condiciones morfol�gicas de la zona (p-valor ≤ 0.05). Se recomienda continuar con la evaluaci�n sistem�tica 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 espec�fica donde se consideren los potenciales contaminantes de los acu�feros.

Palabras Clave: Aguas subterr�neas; Vulnerabilidad en acu�feros; M�todo 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 intr�nseca do aqu�fero costeiro de Manglaralto usando o m�todo DRASTIC. Dez po�os distribu�dos no aqu�fero costeiro de Manglaralto ser�o selecionados e georreferenciados. Um teste de hip�teses foi projetado para determinar a diferencia��o sazonal dos �ndices de vulnerabilidade (2019-2021). O Wilcoxon assinou o teste de compara��o de classifica��o (α: 0,05) foi utilizado para este fim, considerando fevereiro (esta��o chuvosa) e julho (esta��o seca) como meses indicadores. A vulnerabilidade mostrou-se variando de baixa a muito alta. A variabilidade sazonal tamb�m era evidente, sugerindo a influ�ncia dos len��is fre�ticos e do escoamento no sistema, em associa��o com as condi��es morfol�gicas da �rea (p-valor ≤ 0,05). Recomenda-se continuar com a avalia��o sistem�tica da vulnerabilidade, passando para esquemas de amostragem mensais ou trimestrais que representam um avan�o em rela��o � estrutura de amostragem utilizada neste trabalho. Por outro lado, surge a possibilidade de avan�ar para estudos espec�ficos de vulnerabilidade, onde s�o considerados poluentes potenciais em aqu�feros.

Palavras-chave: �guas subterr�neas; vulnerabilidade do aqu�fero; m�todo DRASTIC.

 

Introducci�n

Los acu�feros son cuerpos geol�gicos 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 vac�os como fracturas, las cuales logran capturar y hacer circular el agua (Carri�n-Mero et al., 2018; 2021).

La vulnerabilidad es una propiedad intr�nseca que determina la sensibilidad de los acu�feros a ser afectados de manera negativa por un elemento externo (Foster, 1987; 2002). Corresponde a un indicador relativo, estimado y adimensional, cuya evaluaci�n se realiza desde la concepci�n se basa en un proceso din�mico e iterativo. La vulnerabilidad puede ser intr�nseca cuando est� condicionada por los atributos hidrogeol�gicos del sector, y espec�fica cuando se incorporan en la evaluaci�n factores externos (pluviometr�a) o un contaminante en particular (Hoekstra, 2016; Nasri et al., 2021).

La vulnerabilidad de los acu�feros ha sido estudiada durante el siglo XX cont�ndose con variadas metodolog�as (Aller et al., 1987; Mart�nez et al., 1998; Carri�n Mero et al., 2021). Actualmente el estudio de las aguas subterr�neas es una prioridad a nivel mundial (Hansen & Thorling, 2018), altern�ndose estudios de vulnerabilidades intr�nsecas (Asfaw & Mengistu, 2020; Giambastiani et al. 2021), y espec�ficas (Naturstyrelsen, 2014).

La vulnerabilidad se expresa a trav�s de un �ndice multicriterio. El m�todo DRASTIC (Aller et al., 1987) �clasifica y pondera par�metros intr�nsecos, reflejo de las condiciones naturales del medio y es el m�s difundido para determinar la vulnerabilidad de acu�feros�� Mart�nez et al. (1998, p. 414). DRASTIC valora como par�metros como �D (profundidad del nivel piezom�trico), R (recarga), A (litolog�a del acu�fero), S (naturaleza del suelo), T (pendiente del terreno), I (naturaleza de la zona no saturada) y C (permeabilidad)� Mart�nez et al. (1998, p. 415).

Una limitaci�n de este m�todo es la subjetividad al valorar los par�metros, por ello para minimizar este grado de subjetividad, deben utilizarse criterios homog�neos (Mart�nez et al. 1998; Carri�n-Mero et al., 2021; Voutchkova, 2021). El �ndice DRASTIC se clasifica en funci�n de intervalos que expresan el nivel de riesgo mayor riesgo en �reas superiores a 0.4 km² (Worthington et al., 2017).

En este art�culo se determin� la vulnerabilidad intr�nseca de las aguas subterr�neas del acu�fero costero Manglaralto mediante el m�todo DRASTIC. El mismo se ubica en la costa ecuatoriana espec�ficamente 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 presi�n para el servicio por las nuevas construcciones e infraestructuras, ya sea para el sector tur�stico o de uso residencial.

 

Metodolog�a

El estudio es cuantitativo tipificado como una investigaci�n b�sica orientada al campo de la ingenier�a y las ciencias ambientales (Garc�a, 2009), alcanz�ndose un nivel descriptivo-explicativo.� La unidad de an�lisis fueron 10 pozos distribuidos en el acu�fero costero de Manglaralto debidamente georeferenciados para poder posicionar su ubicaci�n en un mapa. El muestreo fue estacional considerando los dos periodos pluviom�tricos 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 metodolog�a DRASTIC de Aller et al. (1987) �donde a cada par�metro se le asigna un rango y un peso seg�n su influencia (ver tabla 1) en la vulnerabilidad del acu�fero, y son valores fijos, ya establecidos por el m�todo. La valoraci�n para el peso comienza del 1 al 5, y los rangos se estiman del 1 al 10 seg�n las condiciones de cada acu�fero. Posteriormente se multiplica el par�metro por su peso y se suma la multiplicaci�n de los par�metros por el rango, y de la misma forma con todos los par�metros, la expresi�n matem�tica se observa la Ecuaci�n 1.

D�nde:

r: representa un valor dentro de un rango determinado de cada par�metro.

W: representa un valor que es considerado el peso del par�metro y no var�a.

D: Nivel al que se encuentra el agua subterr�nea.

R: Recarga neta del acu�fero.

A: Litolog�a del acu�fero.

S: Tipo de suelo.

T: Pendiente de la zona de estudio.

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

C: Conductividad hidr�ulica presente en todo el acu�fero

 

Figura 1: Pesos de los par�metros del m�todo DRASTIC

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

 

Para estimar el grado de vulnerabilidad del acu�fero, se clasifica los rangos del �ndice obtenido mediante la clasificaci�n 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.

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

 

Fase anal�tica descriptiva y procedimiento de recopilaci�n de base de datos

Para el presente estudio, se consider� informaci�n desde el a�o 2019 hasta el 2021. La base de datos obtenida estuvo constituida por:

a) Niveles piezom�tricos de los pozos, los cuales son monitoreados mensualmente y por repetici�n (3 muestreos por pozo) por la �Escuela Superior Polit�cnica del Litoral� (ESPOL), y miembros de la �Junta Administradora de Agua Potable Regional Manglaralto� (JAAPMAN).

b) La recarga del acu�fero 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 Administraci�n Nacional de Aeron�utica y el Espacio (NOAA).

c) La conductividad hidr�ulica fue determinada por el m�todo electrom�trico validado en la zona por Carri�n-Mero et al. (2021).

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

e) La topograf�a y pendiente de la zona de estudio fue obtenida mediantes procesamiento de im�genes satelitales procesadas con el software ArcGis 10.5.

f) La geolog�a de la zona vadosa y del acu�fero, se identific� mediante la integraci�n de mapas geol�gicos y perforaciones in situ.

Fase de contraste de hip�tesis: Con ayuda del software R Project se contrastaron los �ndices de vulnerabilidad estacional [(temporada seca: julio / vs temporada h�meda: febrero)]. La comparaci�n entre los �ndices se realiz� con el test de comparaci�n no param�trico de rangos con signo de Wilcoxon. La hip�tesis nula (H_o) fue: Los �ndices de vulnerabilidad estacional del acu�fero costero Manglaralto resultantes de la aplicaci�n los m�todos DRASTIC no se diferencian significativamente.; Hip�tesis alternativa (H₁): Los �ndices de vulnerabilidad estacional del acu�fero costero Manglaralto resultantes de la aplicaci�n los m�todos DRASTIC si se diferencian significativamente, y arrojan diferencias en cuanto al grado de vulnerabilidad general del acu�fero. Toma de decisiones: para todo α ≤ 0.05 se rechaza H_o.

 

Resultados

Resumen para el a�o 2019: temporadas lluviosa y seca

En la tabla 3 se presenta el resumen de los �ndices de vulnerabilidad DRASTIC para el a�o 2019, correspondientes a las temporadas lluviosa y seca, en el acu�fero costero Manglaralto. Para la temporada lluviosa (febrero) se registr� un �ndice promedio de vulnerabilidad DRASTIC (IV-DRASTIC: vulnerabilidad media) de 120.7 � 6.8 (M�n: 110 � M�x: 132). Se aprecia una variabilidad para el m�todo DRASTIC, expresado tanto para la desviaci�n est�ndar 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; M�n: 137 � M�x: 185) (ver tabla 3).

 

Figura 3: Comparaci�n entre los �ndices de vulnerabilidad DRASTIC para el a�o 2019: temporadas lluviosa y seca.

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

 

La comparaci�n 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, m�s all� de la categorizaci�n te�rica, la cual presenta intervalos muy amplios para precisar la misma. Se descarta la hip�tesis nula (H₀) de igualdad de diferencias y magnitudes (ver tabla 3).

 

Resumen para el a�o 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 (M�n: 114 � M�x: 130; rango: 16), que resulta mayor con respecto al calculado con el m�todo para la temporada seca (julio) donde se registr� un �ndice promedio IV-DRASTIC de Vulnerabilidad baja (119.6 � 3.7; M�n: 112 � M�x: 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: Comparaci�n entre los �ndices de vulnerabilidad DRASTIC para el a�o 2020: temporadas lluviosa y seca.

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 hip�tesis nula (H₀) (ver tabla 4).

 

Resumen para el a�o 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 (M�n: 138 � M�x: 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; M�n: 138 � M�x: 150) (ver tabla 5).

 

Figura 5: Comparaci�n entre los �ndices de vulnerabilidad DRASTIC y DRASTIC-LQ para el a�o 2021: temporadas lluviosa y seca.

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 hip�tesis nula (H₀) (ver tabla 4). Este a�o no evidenci� la tendencia observada en los dos a�os anteriores.

 

Discusi�n

Los resultados de este trabajo corroboran que el m�todo DRASTIC propuesto por Aller et al. (1987) sigue siendo una ruta v�lida y confiable para establecer la vulnerabilidad de un acu�fero, y que adem�s es adecuado para utilizarse tanto en temporadas lluviosa como seca. Ya Morante et al. (2019) hab�an se�alado la vulnerabilidad del acu�fero a las pr�cticas agropecuarias, pero tambi�n a las condiciones hidrogeoqu�micas y a la herencia geol�gica en el �rea. Este trabajo confirma la existencia de condiciones de vulnerabilidad.

La vulnerabilidad seg�n el m�todo DRASTIC result� en general media, pero se registr� un intervalo desde vulnerabilidad baja (IV-DRASTIC - JULIO 2020) hasta alta (IV-DRASTIC 2021). Se evidenci� tambi�n una variabilidad estacional que sugiere la influencia de los niveles fre�ticos y la escorrent�a sobre el sistema, en asociaci�n con las condiciones morfol�gicas de la zona.

Loor et al. (2019), hab�an resaltado este tipo de relaciones en su estudio sobre vulnerabilidad de los acu�feros en el cant�n Gral. Antonio Elizalde (Bucay). Destacaron las condiciones intr�nsecas y morfol�gicas del acu�fero y sus potenciales efectos efectos por la percolaci�n de agroqu�micos, resultantes de actividades agr�colas, empleando el m�todo DRASTIC. Se coincide con Barbulescu� (2020), en que el m�todo DRASTIC resulta adecuado para evaluar la vulnerabilidad de las aguas subterr�neas, resaltando la amplitud de los par�metros que considera. Sin embargo, estudios m�s recientes han recomendado la incorporaci�n de Sistemas de Informaci�n Geogr�fica (SIG) con especial �nfasis en la contaminaci�n agr�cola� tal como se han venido desarrollando en India (Bera et al., 2021), donde se ha logrado mitigar la contaminaci�n antropog�nica y agr�cola con base en un mejor control y gesti�n. Aunque este trabajo solo se ocupa de la vulnerabilidad intr�nseca, surge la posibilidad de evaluar el componente espec�fico

Durango-Cordero et al. (2022), hab�an hecho una sugerencia similar para la evaluaci�n de las aguas subterr�neas en la Amazonia ecuatoriana mediante la integraci�n SIG-DRASTIC modificado. Aunque en Manglaralto esto comienza apenas a implantarse mediante el desarrollo de mapas como los dise�ados en este trabajo, falta avanzar para realizar un an�lisis espacial, donde se integren la planificaci�n del uso de la tierra, el impacto en la salud p�blica y las variaciones mensuales.

Similares bondades del m�todo DRASTIC para evaluar la vulnerabilidad de aguas subterr�neas fueron se�aladas por Asfaw & Mengistu (2020) en Ethiopia, aspecto con el cual se concuerda. Giambastiani et al. (2021), hab�a mencionado la importancia de incorporar par�metros como la salinidad y el nivel fre�tico en estimaciones en acu�feros costeros en la Emilia Romagna italiana, destacando localizaciones de cu�a de playa, que facilitan la conectividad entre las aguas subterr�neas y las superficiales. En este trabajo no se considera el papel de la salinizaci�n de las aguas superficiales y subterr�neas a lo largo del contacto con la costa.

Sin embargo, si se realiza una estimaci�n del papel del nivel fre�tico con base en la variabilidad estacional. Esta arroj� diferencias en los �ndices de vulnerabilidad desde baja hasta alta, lo cual requerir�a un estudio m�s amplio para determinar su influencia con base tambi�n en las oscilaciones de las precipitaciones en la regi�n.

 

Conclusiones

Se demostr� que existe una vulnerabilidad del acu�fero costero Manglaralto la cual fue estimada por el m�todo 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� tambi�n una variabilidad estacional que sugiere la influencia de los niveles fre�ticos y la escorrent�a sobre el sistema, en asociaci�n con las condiciones morfol�gicas de la zona.

Se recomienda continuar con la evaluaci�n sistem�tica 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 espec�fica donde se consideren los potenciales contaminantes de los acu�feros.

 

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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