Estudio 2: Metodología

En este estudio se utilizó el modelo DRASTIC [3] para determinar el riesgo de vulnerabilidad a la contaminación del agua subterránea. DRASTIC fue elaborado por la US EPA (United States Environmental Protection Agency) en 1986, para ofrecer un sistema estandarizado para la evaluación de la vulnerabilidad del agua subterránea [21] usando solamente datos hidrogeologicos. DRASTIC es el acrónimo en inglés de un índice que involucra siete parámetros hidrogeológicos: “profundidad del agua subterránea” (D) , “recarga” (R), “litología del acuífero” (A), “tipo de suelo” (S), “topografía” (T), “impacto de la zona vadosa” (I) y “conductividad hidráulica del acuífero”(C) . Los valores físicos que describen los parámetros son reemplazados por calificaciones con valores del 1 al 10. Cada parámetro es multiplicado por un peso ponderado que se ha determinado, basándose en el juicio de los autores de este método, empleando la siguiente ecuación lineal:

donde Iv es el índice de vulnerabilidad intrínseca, «P» y «C»  se refieren al peso y la calificación respectiva para cada parámetro. Los siete parámetros considerados son los mencionados anteriormente.

El método ha sido ampliamente utilizado para evaluar la contaminación potencial de las aguas subterráneas en diferentes regiones, ya que la protección de la calidad del agua subterránea es un problema importante, presente en gran parte de la población del mundo, en donde se han aplicado tanto el modelo inicial propuesto por Aller et al. [3] y diversas mejoras a la metodología [10, 12, 13, 16, 17, 19-21, 25] .

De igual manera, el método DRASTIC ha sido criticado en que algunas ocasiones [10, 12, 13, 16, 17, 19-21, 25] bajo la idea que ciertos parámetros pueden ser suprimidos y otros pueden ser agregados, ya que a veces no se encuentra correlación entre los parámetros de DRASTIC y la contaminación, o porque no existe el detalle espacial de la información necesaria [11, 31], y porque la clasificación de ciertos parámetros se basa en criterios cualitativos y no cuantitativos [32]. Por último, DRASTIC es un modelo que solo considera parámetros estáticos y no incorpora información dinámica como por ejemplo: capacidad de absorción, transformación, tiempo de viaje y dilución [33-35].

A pesar de estas críticas, muchas otras ventajas del método han sido reconocidas: su bajo costo de aplicación y que puede emplearse en regiones extensas debido a que los datos requeridos son relativamente pocos y fáciles de recoger [3]. La selección de varios parámetros y su interrelación también disminuyen la probabilidad de pasar por alto algunos parámetros importantes, restringiendo el efecto de un error incidental en el cálculo [34]. DRASTIC da resultados relativamente precisos para regiones extensas con una estructura geológica compleja, a pesar de la ausencia de mediciones de parámetros específicos que requieren métodos más especializados [35, 36]. Por último, como se ha demostrado en varias ocasiones, DRASTIC es fácil de modificar y adaptar a diferentes escenarios u objetivos [10, 12, 13, 16, 19, 25] .

En el presente estudio, fue utilizada la estructura base del modelo DRASTIC [3], pero se incluyeron algunas modificaciones para capturar el efecto antropogénico y reducir el efecto de información homogénea que hiciste sobre el acuífero Patiño. Entre las modificaciones realizadas se incluyen:

• La eliminación del parámetro (I_r) «impacto de la zona vadosa», debido a que el acuífero Patiño es un acuífero libre, de poca profundidad con relación a la superficie del suelo, y de muy poca heterogeneidad geológica [4] entre estas zonas. La clasificación de la zona vadosa seria casi igual a la clasificación del acuífero mismo. Esta eliminación resulta en la siguiente ecuación modificada de DRASTIC para calcular el índice de vulnerabilidad inicial:

donde Ivi es el índice de vulnerabilidad inicial, las letras mayúsculas representan a cada parámetro (D) «profundidad del agua subterránea», (R) «recarga», (A) «litología del acuífero», (S)«tipo de suelo», (T) «topografía» y (C) «conductividad hidráulica del acuífero», mientras que los subíndices «r» y «w» se refieren a su calificación y peso respectivo.

• Reclasificación de las calificaciones asignadas a la «conductividad hidráulica» (ver Tabla 1), utilizando un nuevo rango de calificaciones. La reclasificación fue hecha debido a que los valores de «conductividad hidráulica» en el área de estudio se encuentran entre 0,03 a 3,8 m/d [37], y estos valores están incluidos dentro de un solo rango en el modelo DRASTIC. La reclasificación de la escala fue hecha con la intención de agregar heterogeneidad a la clasificación de la «conductividad hidráulica».

• Normalización del valor de vulnerabilidad intrínseca para ajustar los valores del índice en una escala del 0 al 100, donde las zonas más vulnerables de contaminación son aquellas con valores cercanos a 100. Utilizando la ecuación:

Índice normalizado =(DI – Dmin)(Dmax – Dmin)⋅ 100                (3)

donde DI es el índice DRASTIC calculado usando los valores de clasificación, Dmin es el menor valor DRASTIC, Dmax es el mayor valor DRASTIC.

• Calibración del índice de vulnerabilidad inicial DRASTIC para determinar la vulnerabilidad específica, incluyendo las cargas contaminantes de las concentraciones de «nitrógeno total» y de «coliformes totales» aplicando la propuesta de Panagopoulos et. al [16].

• Adición de nuevos parámetros antropogénicos: el «uso de la tierra», representado por «L» por su sigla en inglés de «land use», que fue aplicado siguiendo la metodología propuesta por Panagopoulos et al. [16]; la «recarga artificial» incluyendo al mapa de «recarga» de precipitaciones propuesto por Nobre et al. [21]; y las inclusiones de nuevos parámetros como «densidad de viviendas con pozos ciegos» (P) y «vías principales de transporte» (VP) (ver Tabla 2), como nuevos aportes del presente estudio.

• La ecuación final DRASTIC calibrada y utilizada incluye además de los parámetros hidrogeológicos, la adición de los parámetros antropogénicos. Alterando el peso ponderado mediante la calibración realizada, teniendo en cuenta el coeficiente de correlación entre cada parámetro y la media de los contaminantes (Nt y Ct).

Ive= (D_r ⋅ D_w ) + (R_r ⋅ R_w ) + (A_r ⋅ A_w ) + (S_r ⋅ S_w ) + (T_r ⋅ T_w ) + (C_r ⋅ C_w ) …                (4)
+ (L_r ⋅ L_w ) + (P_r ⋅ P_w ) + (PV_r ⋅ PV_w )

donde Ive es el índice de vulnerabilidad específica, las letras mayúsculas representan a cada parámetro (D) «profundidad del agua subterránea», (R) «recarga», (A) «litología del acuífero», (S)«tipo de suelo», (T) «topografía», (C) «conductividad hidráulica del acuífero», (L) «uso de la tierra»,(P) «densidad de viviendas con pozos ciegos» y (VP) «vías principales de transporte».

Las modificaciones hechas a la metodología DRASTIC [3] fueron propuestas para mejorar la correlación entre los resultados del modelo y datos de campo que están disponibles. Los contaminantes medidos son «nitrógeno total» y «coliformes totales» [28].

Para determinar la vulnerabilidad intrínseca inicial del acuífero Patiño fueron utilizados los parámetros «profundidad del agua subterránea», «recarga», «litología del acuífero», «tipo de suelo», «topografía» y «conductividad hidráulica», aplicando la ecuación (2). Los pesos (w) ponderados son los consignados en la Tabla 3.

Tabla 3. Peso original (w) de ponderación de cada variable.

Reemplazando los valores correspondientes, la ecuación (2) se transforma en:

donde Ivi es el índice de vulnerabilidad inicial, las letras mayúsculas representan a cada parámetro (D)«profundidad del agua subterránea», (R) «recarga», (A) «litología del acuífero», (S) «tipo de suelo», (T) «topografía» y (C) «conductividad hidráulica del acuífero», el subíndice «r» es la calificación.

Las calificaciones ponderadas toman valores de 1 a 10, son utilizadas para reclasificar la variación de las propiedades de cada uno de los parámetros utilizados. En la Tabla 4 se presentan las calificaciones correspondientes para cada uno de los parámetros, siguiendo la metodología propuesta por Aller et al. [3], con la modificación de la escala de calificaciones para el parámetro «conductividad hidráulica» propuesto en el presente estudio.

Las tablas de calificaciones y mayores detalles de la metodología, aplicadas en este proyecto se encuentran disponibles en el informe final.