This contribution is aimed at charaterizing the spatial and time-dependent evolution of the groundwater quality degration in the subsurface of Azul City. In order to do so, the results of a groundwater sampling survey of urban and surrounding areas are analyzed, as well as the chemical hystorical records of supply wells (all of them located in the urban domain). Signs of contamination are revealed by the concentrations of nitrate, chloride and sodium, and the dry residue (or the specific electrical conductivity). The source of such degradation is attributed to the lack of sewage disposal systems until the 60’s. Since then, the building of partially coverage sewage collection system has improved the water quality, but not to an extent so as predict an effect lasting well into the future. If the supply daily management is altered, it can be shown that better quality waters can be obtained, although it implies an investment in storage facilities for pumping water.

Se intenta caracterizar la distribución espacial y la evolución temporal del deterioro en la calidad química de las aguas subterráneas en el subsuelo de la ciudad de Azul. Para ello, se analizan datos químicos provenientes de un muestreo de aguas subterráneas de los ámbitos urbano y rural-periurbano y se estudian los registros químicos históricos de los pozos que abastecen la red de agua potable, todos ellos ubicados en el ámbito urbano. La contaminación parece estar caracterizada principalmente por los iones nitrato, cloruro y sodio y por el residuo seco (o la conductividad eléctrica específica). La fuente de dicha contaminación estuvo dada por la prolongada ausencia de servicios cloacales en amplias zonas de la ciudad. La extensión de la red de saneamiento ha causado un efecto positivo pero sumamente leve, por lo que se preve una prolongada duración del fenómeno. De alterarse la mecánica de distribución es posible acceder a calidades superiores de agua de abastecimiento, aunque ello supone una inversión en infraestructura de almacenamiento del agua proveniente de las captaciones.

El abastecimiento a la población de la ciudad de Azul (~53.000 habitantes), situada en el centro de la provincia de Buenos Aires, República Argentina, y en el sector medio de la cuenca del arroyo del mismo nombre, se efectúa exclusivamente a partir de aguas subterráneas mediante la operación de 15 captaciones a tal efecto (existen 3 más de reserva) con un potencial productivo de unos 25000 m ³ /día. Todas estas perforaciones, con una profundidad que varía entre los 80 y los 120 m, están distribuidas en el sector urbano y explotan un acuífero freático que, a la altura de la ciudad, tiene una potencia de 130 m. Este acuífero está constituido por materiales con granulometría variable pero mayormente en las fracciones limo-arenosa a limo-arcillosa típicas de la sección Epiparaniana (Sala et al., 1974).

Desde hace cerca de 40 años el control del contenido iónico de las extracciones de los pozos de Obras Sanitarias supera el límite máximo de NO3 de 45 ppm. Este hecho, junto con el aumento del contenido de otros iones en la zona urbana, indica claramente la contaminación de las aguas subterráneas a partir de la falta de sistemas de saneamiento en algunas zonas de la ciudad, situación que se ha solucionado progresivamente con tendido de redes cloacales de cobertura espacial parcial.

A partir de determinaciones químicas periódicas en estas perforaciones, que llegan a constituir una registro de en promedio 80 análisis/pozo desde 1959 a 1991, se realizará un análisis de la evolución temporal de los iones principales. Por otra parte, a partir de un muestreo químico realizado en 1991 (Figura 1) que incluye muestras de las perforaciones de la red de abastecimiento, particulares y del arroyo del Azul, tanto urbanas como rurales, se intentará distinguir las aguas urbanas polucionadas por la contaminación urbana de aquellas fundamentalmente inalteradas y se verificará la distribución espacial de las aguas contaminadas.

Un hipotético ejercicio de optimización del abastecimiento de agua, basado en un planteo de ecuaciones lineales tomando en cuenta los pozos en actividad, demuestra que es posible acceder a aguas de mejor calidad (en todos los casos con concentraciones de NO3 por debajo de 45 ppm) con un costo similar al actual y permitiendo un cierto tiempo de descanso diario de las bombas.

Respecto de los análisis históricos, no se tiene documentación que mencione las técnicas utilizadas, pero se sabe que han sido realizados por varios laboratorios. Puesto que las mediciones químicas datan desde 1955, no puede descartarse la idea de errores analíticos variables propio de las técnicas progresivamente incorporadas. No se abre juicio al respecto, pues la información disponible no permite hacer un rastreo y depuración de la calidad de los datos utilizados. En todo caso, la hipótesis a efectos de este trabajo es que se aceptan como válidos.

Las determinaciones químicas del muestreo realizado en 1991 se efectuaron con técnicas estándar y consistieron en la medición de las concentraciones de calcio (Ca), dureza total, potasio (K), sodio (Na), cloruro (Cl), nitrato (NO3), sulfato (SO4) y alcalinidad. El contenido de magnesio (Mg) se obtuvo por diferencia entre la dureza total y el contenido de calcio, en tanto que la concentración de bicarbonato (CO3H) se definió a partir de la alcalinidad. La conductividad eléctrica específica (C.E.) estandarizada a 25....C, el pH y la temperatura de las muestras fueron medidos en campo y verificados en gabinete. Previo a la utilización de los datos se efectuó un control de la integridad de los análisis químicos por medio de un código digital especialmente diseñado a tales efectos (Usunoff y Morano, 1993). La interpretación se realiza la siguiendo metodología clásica (Custodio y Llamas, 1983) de elaboración de mapas de isovalores. También se intenta discriminar las muestras urbanas de las rurales, caracterizadas por las concentraciones iónicas medidas, mediante la aplicación del denominado modo Q del análisis de componentes principales (Harman, 1976). Previo al análisis se normalizaron las distribuciones de los datos mediante un algoritmo que minimiza una función de la asimetría y de la curtosis de la distribución original de las variables (Howarth y Earle, 1979).

Si bien el sistema de distribución aprovecha la presión de bombeo como impulsor a la red domiciliaria, se intentó verificar la posibilidad de acceder a un abastecimiento de agua con valores de NO3 iguales o inferiores al límite recomendado de 45 ppm. Para ello se consideró que era factible acceder a un punto concentrador de las aguas provenientes de los diversos pozos, con mezcla en proporciones acordes con su quimismo, y posterior liberación a la red.

Sorprendentemente, tal optimización es posible y asegura un costo menor o igual al actual, a la par que estimula a la mejora del protocolo de gestión del abastecimiento (Usunoff y Varni, 1995).

Buena parte de las captaciones que abastecen a la ciudad se construyeron entre las décadas del 40 y del 60, y se cuenta con registros químicos tomados con relativa frecuencia (entre 60 y 100 muestras hasta la actualidad). En todos los casos se ha observado un incremento progresivo de la salinidad total, producto de los aumentos en las concentraciones de Na, Cl, NO3 y HCO3, principalmente.

Preferentemente, se ha tratado de localizar las captaciones cerca del curso del arroyo del Azul (módulo medio anual de 2 m ³ /seg), a fin de capitalizar el efecto de barrera positiva frente al bombeo del acuífero conectado hidráulicamente con el curso de agua. Ello se verifica con el escaso descenso de los niveles para erogaciones de caudales de importancia (> 100 m ³ /hora). De las perforaciones mencionadas, se tomarán cuatro de ellas por representar situaciones paradigmáticas: pozos 4, 6, 8 y 10. Tales captaciones tienen características comparables:

?Fueron construidas en distintos momentos, pero su puesta efectiva en servicio (y por ende de muestreo químico) corresponde a un período restringido a 5 años.

• Los pozos llegan hasta casi la base del acuífero, es decir entre 110 y 125 m de profundidad.

Figura 2. Volúmenes anuales extraídos por las perforaciones que abastecen la red de agua potable de la ciudad de Azul.

?Se han instalado entre 3 y 5 secciones filtrantes, aunque en todos los casos la primera de ellas es la de mayor longitud y comienza por debajo de los 40 m de profundidad.

?Los niveles estáticos nunca están por debajo de los 3 mbbp.

?Su cercanía con respecto al arroyo del Azul determina que los bombeos reciban un aporte del curso de agua, cuyo quimismo es cualitativamente muy aceptable (efecto de dilución).

?La historia de los últimos 35 a 40 años de bombeo muestra que han superado en todos los muestreos el límite máximo aceptable de NO3 de 45 ppm.

En general, las tendencias evolutivas de especies químicas selectas es aproximadamente como sigue: partiendo de valores normales (esto es, apropiados para su consumo), a medida que se avanza en el bombeo y al cabo de pocos años se incrementa el residuo seco (RS) y el tenor de NO3, y en menor medida el Na y el Cl. En los últimos años (y luego de la instalación de redes cloacales), hay tendencia a la disminución de las especies nombradas, aunque en ningún caso descienden a valores similares a los de partida. Huelga decir que la degradación es claramente de origen antrópico, y en el caso del NO3 vinculada a la densidad y distribución de pozos ciegos concomitante con la presencia de niveles freáticos muy cercanos a la superficie. En la zona donde hay cloacas la mayoría de los pozos ciegos no se siguen utilizando, pero la evidencia verbal indica que los mismos no han sido sellados y, si lo han sido, ya se ha deteriorado la barrera que los separa del entorno saturado.

El efecto positivo (cualitativamente hablando) de la instalación de la red cloacal ya había sido advertido por Bucich y Fernández (1993), quienes también adjudican parte de la dilución al incremento de las precipitaciones en las últimas dos décadas. Estos autores, mediante el ajuste de un polinomio de tercer grado a los datos históricos de concentraciones de NO3, sugieren que la tendencia es a la disminución. Dicha tendencia está correctamente detectada, pero no permite albergar muchas esperanzas en cuanto a la capacidad autodepuradora del sistema por la escasa pendiente negativa de las funciones polinómicas ajustadas. Esto es aún mucho más alarmante pues el muestreo de perforaciones someras para abastecimiento domiciliario muestran, en general, concentraciones de NO3 muy inferiores a las de los pozos de abastecimiento.

Ello permite inferir que las condiciones del entubado de los pozos de abastecimiento y los fuertes regímenes de bombeo han motivado la migración vertical forzada del NO3. Ensayos con aislamiento de secciones filtrantes mediante packers (Bucich y Fernández, 1993) demuestran que altos tenores de NO3 se registran en todos los niveles filtrantes de los pozos ensayados, aún a profundidades de entre 90 y 100 m.

Por otra parte, y aunque no se cuenta con registros actuales, la evolución de la extracción de agua del acuífero es sumamente preocupante dado que este crecimiento se realiza a expensas de una mayor utilización de los mismos pozos, sin que se conecten a la red perforaciones ubicadas en zonas periféricas. En la Figura 2 pueden verse los volúmenes anuales extraídos del acuífero.

Si se considera que se sirve a un promedio de cuatro personas por conexión, se llega al final de los registros un consumo por persona de prácticamente 500 l/día.

Entre julio y octubre de 1991 se llevó a cabo un muestreo de aguas en 47 sitios, de los cuales 31 pertenecen al sector urbano y 16 al entorno rural. En la ciudad se muestrearon los pozos de abastecimiento de Obras Sanitarias, el arroyo Azul y pozos particulares de uso doméstico. Las perforaciones de Obras Sanitarias tienen filtros ubicados a profundidades entre 40 y 120 m, mientras que los pozos particulares son abiertos por el fondo a profundidades de entre 6 y 24 m. En la zona rural fueron muestreados pozos para abastecimiento doméstico, molinos y el arroyo del Azul. En la Figura 1 se muestra la localización de los sitios de muestreo.

En las Tablas 1 y 2 se presenta un resumen de los valores medidos, expresados como valores medios ( ) y desviaciones estándar ( ). Las especies iónicas están expresadas en ppm y la conductividad eléctrica en mhos/cm a 25 °C.

De la observación de ambas tablas se advierte que, en general, se trata de aguas bicarbonatadas sódicas con un cierto grado de mineralización. Si se comparan los valores de la Tabla 1 con los de la Tabla 2, se observa que:

?Cationes: el calcio se mantiene estable mientras decrece el magnesio y aumentan el potasio y el sodio.

?Aniones: decrece levemente el bicarbonato y aumentan significativamente el cloruro, el sulfato y el nitrato.

?La conductividad eléctrica aumenta casi en un 50 %.

Si se restringe el análisis a la zona urbana, se observa un fuerte aumento en la salinidad en el sentido del flujo subterráneo (SSO-NNE), tal como puede verse en las curvas de isoconductividad de la Figura 3. Los máximos valores se alcanzan en el entorno de los pozos 21, 16 y 27, decreciendo luego rápidamente hacia el noreste.

El nitrato (Figura 4) crece también en el sentido del flujo subterráneo, mostrando claramente una zona de valores superiores a 45 ppm. Es significativo que los pozos que generan esta zona son todos pozos profundos que alimentan la red de agua potable. Este hecho ya ha sido comentado en el apartado anterior.

No se incluyen figuras de la distribución espacial de las demás especies iónicas, pero puede decirse que en su mayoría, y especialmente el Cl y el Na, sufren variaciones análogas a las antes decriptas, excepto en el caso de los bicarbonatos, que no presentan variaciones importantes y solamente algunos efectos localizados en algunos pozos. Debe comentarse también que aumentan el índice de cambio de bases (ICB) y las relaciones Na/Ca, SO4/Cl y Cl/CO3H, mientras que disminuye la relación K/Na. El aumento del índice Cl/CO3H es significativo, ya que la relación se triplica, reflejando el importante aumento en la concentración del ion cloruro. Llamativamente, la relación SO4/Cl es también creciente, aunque sin llegar a valores importantes de SO4 debido a que los tenores de dicho ion en las aguas rurales son muy bajos.

No se evidencia estratificación alguna de aguas en el ámbito urbano, ya que los pozos urbanos profundos tienen una composición iónica porcentual análoga a la de los pozos urbanos someros.

Se realizó un análisis de componentes principales con el objeto de verificar si esta técnica discriminaba, en este caso, distintos tipos de aguas. El análisis se realizó en modo Q, con la obtención de dos componentes que explican el 99.7 % de la variabilidad del sistema. El componente 1 representaría una muestra hipotética "natural" y el Componente 2 una "contaminada". De esta manera, los Componentes Principales en modo Q pueden considerarse como muestras extremas "puras". Todas las muestras reales pueden obtenerse como una combinación lineal entre ambos componentes. En la Figura 5 puede observarse que las muestras se ubican sobre una circunferencia con centro en el origen del plano generado por los componentes 1 y 2. Esto indica que la composición iónica de cada muestra puede reconstruírse casi exactamente a partir de la mezcla de diferentes proporciones de los componentes 1 y 2. Se ve que las muestras rurales y las del arroyo tienen una mayor proporción del Componente 1, mientras que las urbanas se vuelcan hacia el Componente 2. En el sector intermedio hay una zona de transición en la que se encuentran muestras de ambos sectores. Esta diferenciación ya fue advertida y descripta en el trabajo de Bucich y Fernández (1993).

La ubicación de las muestras del arroyo, superpuestas con las muestras rurales del acuífero, concuerda con las características de efluente de las aguas subterráneas del curso de agua.

Se llevó a cabo una optimización lineal de una función de costo del bombeo, sujeta a limitantes que aseguraran la calidad de las aguas (NO3 45 ppm) y con un período mínimo de 6 horas de descanso de las bombas para su mantenimiento. Concretamente, se minimizó la siguiente función objetivo:

La ecuación (A) plantea la minimización del consumo eléctrico diario, la (B) exige la provisión de un volumen mínimo diario, la (C) plantea la extracción de una masa máxima de NO3 diaria, la (D) limita el tiempo de bombeo diario y, finalmente, la ecuación (E) estipula la no negatividad de los parámetros. La solución se muestra en forma resumida en la Tabla 3.

Para una demanda media de agua, el esquema óptimo tiene un costo similar al registrado corrientemente, con el atractivo de permitir un suministro que está exento del problema de contaminación (NO3 por debajo de las 45 ppm) y de posibilitar un adecuado mantenimiento de los equipos de bombeo (tiempo máximo de operación = 18 hs.).

Existe una clara degradación de la calidad de las aguas subterráneas en el ámbito de la ciudad de Azul. Este hecho adquiere importancia significativa debido a que las perforaciones que alimentan la red de distribución de agua potable de la ciudad se encuentran todas en el sector urbano. Las características principales de esta contaminación son:

?Está caracterizada por un incremento en las concentraciones de los iones NO3, Cl y Na, principalmente, además de un aumento del contenido salino en general expresado como residuo seco o C.E.

?Esta variación se produce en el sentido del escurrimiento subterráneo, alcanzando los máximos valores en la región central de la ciudad, decreciendo luego en forma importante.

?La contaminación alcanza tanto los pozos someros como los profundos que alimentan la red de agua potable, sin que se evidencie efecto alguno de estratificación.

?El fenómeno se desarrolló rápidamente luego de la entrada en funcionamiento de muchos de los pozos de abastecimiento de agua potable. El origen es principalmente la alta densidad de pozos ciegos con niveles freáticos cercanos a la superficie del terreno, debido al limitado desarrollo de una red de saneamiento.

?La extensión del servicio cloacal, hace ya varios años, ha resultado en una disminución en la evolución del contenido de NO3. Esta tendencia, sin duda positiva, es sin embargo muy leve, resultando evidente una importante inercia (memoria química) del sistema subterráneo.

?Si se discretiza la ciudad de forma tal que cada porción del dominio esté abastecida por un número delimitado de pozos con un tanque concentrador central, es posible disminuir los tenores de NO3 por debajo del valor máximo permisible con un costo similar o menor al actualmente registrado para operar la red (excluye gastos de infraestructura de almacenamiento).

Bucich, N. y Fernández, A., 1993. Factibilidad de disminuir la concentración del ión nitrato en el sistema de aprovisionamiento de agua potable, Azul, Provincia de Buenos Aires. INCyTH, 52 p.

Custodio, E. y M.R. Llamas, 1983. Hidrología subterránea. Ediciones Omega, Barcelona, 2 vols., pp. 1-2350.

Harman, 1976. Modern factor analysis. The University of Chicago Press, Chicago, 487 p.

Howarth, R.J. y Earle, S., 1979. Application of a generalized power transformation to geochemical data. Mathematical Geology 11 (1), pp. 45-62.

Sala, J.M., Ceci, J. y Kersfeld, A., 1974. Contribución al mapa geohidrológico de la Provincia de Buenos Aires. Escala 1:500.000. Zona Central Oriental. Informe Interno DYMAS (CFI-PBA), La Plata, 38 p.

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