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Evaluación del estado químico de masas de agua subterránea por el modelo "E.E.Q-3-Niveles:M-E-S"

Sobre el blog

Federico J. García Mariana
Federico J. García Mariana es licenciado en CC Geológicas y funcionario del Estado. Jefe de Servicio de Hidrogeología de la Comisaría de Aguas de la CHS. Desde hace más de 30 años trabaja en temas de contaminación de aguas y ecosistemas fluviales.
  • Evaluación estado químico masas agua subterránea modelo "E.E.Q-3-Niveles:M-E-S"

El modelo que se plantea para evaluar el estado químico de las Masubt se basa en 3 niveles o procedimientos (M-E-S):

  • Según la estadística de afecciones de las Muestras.
  • Según la estadística de afecciones de las Estaciones. 
  • Según la correlación entre hidroSectores (para masas de agua subterránea homogéneas), o entre los acuíferos (masa de agua subterránea heterogéneas.

Aunque fundamentalmente no deja de ser un modelo basado en los promedios que superan los valores de la Norma de Calidad (NC ) o umbrales, y sobre el número de muestras afectadas, se ha desarrollado una serie de índices estadísticos complementarios sobre la base del Criterio de Experto, para poder correlacionar muchos de los valores experimentales que , en principio, se obtienen de un modo "aislado" en cada una de las estaciones con plena representatividad y transcendencia respecto a las demás estaciones del mismo sector (hidrosector) o acuífero; así como las correlaciones entre distintos entre  los sectores o acuíferos dentro de la misma Masubt.

Los métodos estándares que hasta la fecha se basan principalmente en los promedios de todos los datos "indiscriminados" obtenidos en las estaciones de muestreo, pecan por otro lado, de errores de muestreo, imprecisiones de laboratorio, anomalías locales de la estación, etc.., por lo que se necesita de índices estadísticos que nos puedan, de algún modo, ponderar los datos estadísticos “normales”. De ahí de la definición del índice IMA < 25 %: un índice que nos puede sopesar  cómo se puede descartar estas anomalías debidas a interferencias puntuales ajenas al verdadero estado de la Masubt (aunque se trate de muestras tomadas en estaciones perfectamente representativas).

Asimismo, el índice IPA, introduce implícitamente el carácter de las tendencias significativas crecientes, considerando que cuanto mayor es éste del 50%, va a acumular un valor estadístico que representa una tendencia a mayores concentraciones de un parámetro (índice aún en estudio).

Para los últimos procedimientos del modelo, el índice INEA o INEA(s) (en función de cada acuífero definido),  nos correlaciona los datos entre estaciones de un sector. Así como el índice ICA, nos distribuye el efecto posible de riesgo químico o de mal estado de un sector o acuífero al resto de la masa de agua subterránea.

En definitiva, con este nuevo método se pretende dar más importancia a las correlaciones posibles existentes entre las peculiaridades de las muestras, condiciones comunes de las estaciones y características estructurales entre sectores o dominios-acuífero (hidrosectores) para la determinación del estado químico general de la Masubt.

Lejos de llevar la contraria a los procedimientos de evaluación de la Guía nº 18 de la DMA de aplicación a las Masubt, se trata de complementar y reforzar los criterios que allí se establecen, considerando lo contraproducente de llevar a cabo 5 tests para la evaluación del estado químico, cuando el denominado Test nº 1 Genérico, sería condición suficiente para llevar a cabo esta determinación, como se puede demostrar.

Muchas de las estaciones contempladas en el Test nº-1 Genérico ya se tiene de ellas conocimiento de que se trata de captaciones con intrusión salina (Test nº-2); se corresponden con masas de agua superficial o ETDAS de los Tests nº-3 y nº 4 (p.ej.- los tramos de manantiales, charcas manantiales, galerías, etc.. ); y otras veces, son captaciones de consumo de abastecimiento público de ayuntamientos (como puntos representativos de las ZPAC); por lo que todos estos hipotéticos test de la Guía nº 18 de la DMA pueden reducirse a un solo Test genérico y único del nº 1. (o por lo menos los costos en el desarrollo de los mismos no compensaría los resultados obtenidos).

Antes de entrar en la definición de los distintos índices estadísticos y procedimientos del modelo E.E.Q-3-Niveles:M-E-S, se debe introducir las variables y constantes de entorno del modelo conceptual.

Nivel inicial: características conceptuales generales y bases preliminares de procedimiento

  • Definición general de flujo hidrogeológico entre los hidrosectores.
  • Localización / Caracterización de zonas de recarga discrecionales
  • Localización / Caracterización zonas de descarga puntuales (manantiales, zonas húmedas, ETDAS, etc…)
  • Numeración de hidrosectores según su orden de mayor a menor piezometría siguiendo la caracterización del flujo hidrogeológico regional.
  • Caracterización de posibles niveles acuíferos o anisotropías. Hidrosectores superpuestos.
  • Caracterización de posibles compartimentos de acuíferos o heterogeneidades laterales. Hidrosectores adjuntos (por lo general de forma hexagonal).
  • Se deduce de este análisis las posiciones relativas y valores piezometricos de cada una de las estaciones, definiendo una matriz de valores: Matriz (p) = Ei; VECTOR DE CADA ESTACIÓN PARA EL PARÁMETRO “p”.
  • “Donde “Ei” es el vector respecto al sentido general de flujo y contexto hidrogeológico de todas las estaciones (i=N) en un hidrosector o acuífero.

Es decir: POSICIONES GEOGRÁFICAS (UTM-Etrs89) DE LAS DISTINTAS ESTACIONES DE CONTROL (criterio de ordenación inicial de izquierda a derecha y de arriba abajo) Y CON SUS PIEZOMETRÍAS) . Es decir: Ei : (Xi, Yi, Zi).

1. Índices estadísticos a nivel de los datos de muestras afectadas por cada estación (IMA(e) y IPA(e)):

Índice de muestras afectadas /nº total de muestras de cada estación (IMA(e)).

Es decir: IMA(e) = ∑ (nº muestras afectadas) / ∑ (muestrasTotal de cada estación)

Si sólo el 25 % de las muestras superan la NC o el umbral (IMA <= 25 %) , supone que 1 de 4 , ó 2 de cada 8 de las muestras han superado este máximo, lo que se considera que no hay afección representativa o vinculante para evaluar el EQ. Es decir, puede existir un dato anómalo o muy local que no debe transcender a la evaluación general de la masa.

Cuando las muestras superan el 25% (IMA > 25%), es entonces cuando se aplica el siguiente escalón del criterio de los promedios afectados, si bien:

Estaciones con un solo muestreo, ya supere o no supere la NC o umbral, no es significativo para la evaluación del EQ (se necesita al menos disponer de más de 1 muestreo por estación).

Criterio de los promedios afectados

Si IMA > 25%, se define el ÍNDICE DE LOS PROMEDIOS AFECTADOS (IPA (e), por cada estación):

Es decir: IPA (e)= ∑ (Valores i afectados) / ∑ (Valores Totales “m” de cada estación)

Donde:

· Si IPA(e) < 50% la afección es no vinculante 

· Si 50% <= IPA(e) < 75 % hay una contaminación variable al EQ

· Si IPA(e) => 75 % la afección es significativa y vinculante al EQ.

 2. Índices estadísticos a nivel del número de estaciones afectadas por cada hidrosector o acuífero (INEA (s)).

Nivel entre estaciones (basado en el criterios del Test de Evaluación General del EQUIM, Guía nº 18)

-Se define un nuevo índice, basado en el número de estaciones afectadas "Vi" por el nº total de estaciones de cada Masubt , hidrosector o acuífero.

Vi = (v1+v2+…+ vn)

-Es decir: i=1 ∑ i=n (v1+v2+…+ vn) / M :

-Suma del Nº de Estaciones Afectadas por nº total de estaciones “M” de la Masubt, o de cada “s” unidad-acuífero y/o hidrosector (forma hexagonal de 50 km2)

-Para el primer caso, cuando s=1 (un solo acuífero en la Masubt) , se obtiene el INEA

-Para el caso general de “s” hidrosectores o acuíferos, se obtiene INEA(s), para cada uno de los "s" acuíferos que comprende la Masubt.

-Es decir: INEA o INEAS (s) = i=1 ∑ i=n (Vi / M)

Donde se considera lo siguiente:

INEA o INEAS(s) <= 20% : Acuífero/s no afectado/s de contaminación

20% < INEA o INEAS(s) <= 50 : Acuífero/s en riesgo

INEA o INEAS(s) > 50% : Acuífero/s afectado/s

Se entiende que para MASUBT homogéneas (con un solo acuífero), el INEA va a dar directamente la evaluación de EQ de la MASUBT (BUEN ESTADO, EN RIESGO, MAL ESTADO).

No obstante, muchas MASUBT comprende distintos acuíferos y/o hidrosectores diferentes, que es por lo que necesitamos establecer un último Criterio basado en el carácter zonal o del dominio hidrogeológico (índice ICA del 3º procedimiento).

3. Procedimiento estadístico a nivel del hidrosector o acuífero afectado que incluye la MASub (ICA (s))

En este procedimiento se lleva a cabo la correlación entre hidrosectores y/o acuíferos dentro de la misma Masubt , siempre a partir del los valores del INEA (s)

No obstante, antes necesitamos conocer la estructura de nuestra Masubt, en lo referente a su carácter de heterogeneidad. Para ello, previamente, necesitamos realizar las siguientes determinaciones:

Caracterización y delimitación de acuíferos dentro de cada Masubt (definición de sus límites, sí y sólo sí, dentro de la Masubt)

Número total de acuíferos o niveles acuíferos definidos por cada Masubt (A)

Superficie de cada acuífero (sí y solo sí, incluidas dentro de la MASUBT).

Superficie Acuífera (“SAq”): Suma total de la superficie (Si) de cada uno de los acuíferos o hidrosectores incluidos dentro de la MASUBT. SAq = : i = 1∑i =m Si

Definición de un nuevo Indice de Contribución de Acuíferos: “ICA(s)” % : Si / SAq

La importancia del ICA es fundamental, ya que el factor que interviene en el volumen o porción del territorio (Test General nº 1 ) no es la relación de la superficie de influencia de la estación (posible polígono de Thiesen) respecto a la superficie total de la MASUBT, sino de la superficie de cada acuífero "s" o hidrosector (polígono hexagonal) respecto a la superficie global hidrogeológica “eficaz”, como puede ser la superficie acuífera neta de la MAsubt (“SAq”).

Los índices ICA(s) son necesarios para establecer la evaluación de estado en MASUBT heterogéneas, y sobre todo para aquellas que incluyen acuíferos de superficies muy pequeñas (inferiores al 20% de la masa de la MASUBT bruta); o incluso inferiores al hidrosector (< 50 km2). Es decir, si no se aplica los índices ICA´s en MASUBT reducidas y/o muy heterogéneas  el criterio de ponderación de estaciones de muestreo para sectores inferiores al 20 % de la superficie total bruta (conforme a lo que se indica en el Test nº 1 General), puede resultar un "filtro" demasiado grande para aplicar en algunas demarcaciones (como las de la cuenca del Segura), con acuíferos muy reducidos de tamaño pero muy significativos para el mantenimiento de los hábitats húmedos.

Evaluación diagnóstico final

A) Acuíferos con ICA(s) inferiores al 20%, aunque sus índices INEA(s) indiquen acuíferos en riesgo o afectados, esto puede inferir un carácter de contaminación local a esos únicos acuíferos , pero "NO aplica" a la evaluación de EQ general de la Masubt ; habrá que estudiar otras estaciones en otros hidrosectores o acuíferos con ICA(s) superiores al 20%.

B) Si no existen estos otros acuíferos con ICA(s) > 20%, se podrá estimar la integración de los resultados de 2 o más estaciones como representantes de la suma ICA (s1+s2+..)  > 20 %. En este caso, se podrá inferir un carácter de evaluación del EQ al resto de la Masubt: Entonces será suficiente un solo valor INEA(s) > 20 y <= 50 %, de alguno de estos acuíferos o hidrosectores para declarar en riesgo químico a toda la MASUBT .  O, en su caso, si INEAS > 50 %, declarar en mal estado químico toda la MASUBT.

C) Acuíferos con ICA(s) superiores al 20% , sus índices INEA(s) infieren un carácter de evaluación del EQ al resto de la Masubt : Será suficiente un solo valor INEA(s) > 20 y <= 50 %, de alguno de estos acuíferos o hidrosectores, para declarar en riesgo químico a toda la MASUBT.

- D) Acuíferos con ICA(s) superiores al 20% , sus índices INEAS(s) infieren un carácter de evaluación del EQ al resto de la Masubt : Será suficiente un solo valor INEA/INEA(s) > 50 % , de alguno de estos acuíferos o hidrosectores, para declarar en mal estado químico a toda la MASUBT.

Se adjunta un esquema conceptual a modo de organigrama de síntesis para este modelo de evaluación del Estado Químico de Masubt basado en estos 3 niveles o procedimientos.