Sistema informático para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos

PENSAMIENTO

Resulta perentorio satisfacer las necesidades de recursos naturales de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las del futuro para atender sus propias necesidades.

Informe de la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo,

Declaración de Río (1992)

Resumen

El agua subterránea es considerada un recurso renovable pero finito, irreemplazable, irregular en su distribución tiempo-espacial, fácilmente vulnerable y susceptible a usos excesivos. Para su estudio y conservación los métodos de evaluación de los recursos hídricos subterráneos tienen un papel primordial, pues permiten conocer con exactitud la disponibilidad de agua existente en un acuífero dado. El estudio de los métodos de evaluación de los recursos hídricos subterráneos en Cuba, en particular el Método de Balance de mayor aplicación, así como el análisis de las experiencias y herramientas empleadas en el estudio de los acuíferos, demostró la carencia de sistemas que integren los métodos de evaluación y agilicen el procesamiento de los datos. Motivado por lo anterior, en esta investigación se desarrolló un sistema informático que permite la evaluación de las reservas hídricas subterráneas de forma integral (BARHIS), sobre la base de los métodos de balance más utilizados en el entorno nacional, con funcionalidades adicionales de cálculo de magnitudes, generación de gráficos de control de balance, representaciones gráficas de variables y almacenamiento de datos, demostrándose además que este sistema permite conocer el estado de las cuencas de forma rápida y fiable, contribuyendo a la toma de decisiones en relación a los volúmenes racionales de explotación a los que pueden ser sometidos los acuíferos para maximizar su aprovechamiento y conservar su equilibrio natural.

Introducción

El agua subterránea representa casi un 96% del agua dulce del planeta, esta se aloja en los acuíferos bajo la tierra y su volumen contenido es cien veces mayor que el del agua de la superficie terrestre, es un recurso primordial y de este se abastece gran parte de la población mundial (García, 2009).

Casanova (2002) manifiesta que en Cuba, los considerables volúmenes hídricos subterráneos existentes, sus facilidades de extracción debido a la poca profundidad y la óptima calidad del agua, hacen que este recurso sea de vital importancia. Según Plaza (1999), en algunas regiones del país como Occidente y algunas provincias Centrales como Ciego de Ávila y Camagüey, el aprovechamiento fundamental del agua es subterráneo, no siendo así en las provincias Orientales.

Las cifras publicadas por el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos exponen que los recursos hídricos disponibles para la explotación en Cuba ascienden a 13,7 mil hm3, siendo las aguas superficiales el 67% y las aguas subterráneas el 33%, con un volumen de 4,5 mil hm3. Cifras que evidencian lo imprescindible de este recurso para el desarrollo económico y social del país (INRH, 2011).

El agua subterránea era considerada una fuente inagotable, pero recientemente las circunstancias indican que este recurso es vulnerable a la contaminación y a su desaparición, debido a la sobre explotación, en la mayoría de los casos por desconocimiento de los recursos existentes para su utilización racional.

Batista (2002) señala que en Cuba, la media histórica de las precipitaciones anuales que alimentan las principales cuencas del país han disminuido significativamente en el período de 1961-2000, sobre todo en el Occidente, provocando que los acuíferos se encuentren deprimidos, lo que obliga a restringir su uso.

Consideran Paretas et al. (2005), que la situación mundial del agua subterránea unida al aumento constante de su demanda en función del desarrollo de la población, la industria y la agricultura ha provocado en los últimos años una tendencia creciente al estudio y aprovechamiento sostenible de los acuíferos.

Dentro de la práctica hidrogeológica ocupa un papel preponderante el conocimiento de los volúmenes de agua disponibles para su explotación. El objetivo final y básico de un estudio hidrogeológico es evaluar las reservas de extracción (Barros y López, 1994).

Expresan Sqkolov y Chapman (1992), que el empleo de los métodos de balance de recursos hídricos subterráneos es un medio para solucionar importantes problemas hidrológicos, siendo posible la evaluación cuantitativa de los recursos de agua.

El desarrollo de las nuevas tecnologías como enuncia Franco (2001), ha permitido al hombre profundizar conocimientos en todos los campos de las actividades humanas y la hidrogeología no ha estado exenta, pero en Cuba no siempre se ha valorado adecuadamente sus potencialidades para el estudio de los sistemas acuíferos, es decir su funcionamiento hidrodinámico, sus recursos y su gestión sustentable.

El Tribunal del Agua formado en la EXPO Zaragoza 2008, recomienda que las soluciones y los modelos de gestión hídrica se adapten a los niveles de desarrollo, cultura y capacidades sociales y económicas de cada territorio (Wong, 2008).

La evaluación y control de la explotación de las aguas subterráneas en Cuba no resulta fácil debido a lo engorroso e inexacto que resulta la aplicación manual de los métodos de balance y la carencia de sistemas Informáticos que faciliten el cálculo integral de los recursos disponibles, por esta razón en ocasiones los acuíferos se sobreexplotan, en la mayoría de los casos por desconocimiento de los recursos existentes para su utilización sostenible. Sobre el tema señala Barros (1992), que a pesar de las dificultades es imprescindible la evaluación de los recursos aunque sea de forma aproximada.

Todo lo anterior conduce al siguiente problema de la investigación: ¿Cómo lograr mayor precisión y rapidez en la evaluación de los recursos hídricos subterráneos para planificar de manera eficiente su explotación y fortalecer las medidas de protección y conservación de los acuíferos?

Siendo el objeto de la investigación el proceso de evaluación de los recursos hídricos subterráneos, y el objetivo trazado: Desarrollar un sistema informático que integre los métodos de evaluación de los recursos hídricos subterráneos más utilizado en Cuba, para el cálculo eficiente de los volúmenes de explotación, protección y manejo de los acuíferos.

El campo de acción en que se centra la investigación son las herramientas informáticas para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos.

De lo anterior se deduce la necesidad de la siguiente hipótesis de trabajo: Si se desarrolla un sistema Informático para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos que integre los métodos de balance más utilizados en Cuba, entonces se alcanza mayor precisión y rapidez en el cálculo de la disponibilidad del agua subterránea y mejor protección y manejo de los acuíferos.

La variable independiente sistema informático que integre los métodos de balance más utilizados en Cuba para la evaluación integral de los recursos hídricos subterráneos y la variable dependiente la mayor precisión y rapidez en el cálculo de los recursos de las aguas subterráneas.

Conceptualización de la variable independiente: Un sistema informático es la unión de diversos elementos, especialmente el hardware, el software y un soporte humano, que emplea una computadora que usa dispositivos programables para capturar, almacenar y procesar datos. Consiste en la implementación de métodos de cálculo y el diseño y creación de una base de datos que almacene registros mensuales y anuales de cada una de las variables meteorológicas e hidrológicas, el soporte tecnológico de los recursos y el público a que se destina.

Operacionalización de la variable dependiente

Los indicadores para medir la variable dependiente son los siguientes:

• Validación del sistema mediante pruebas de software.

• Integración en el nuevo sistema informático de los métodos de balance más utilizados en Cuba.

• Nivel de precisión en el cálculo de la disponibilidad de agua subterránea y las magnitudes del balance.

• Tiempo que se emplea para la generación de reportes sobre la evaluación de los recursos hídricos subterráneos.

• Exactitud en la representación de gráficos de magnitudes y el Gráfico de Control de Balance.

Tareas de investigación.

Etapa facto-perceptible:

• 1. Determinación de los fundamentos teóricos y metodológicos de los sistemas informáticos aplicados a los métodos de evaluación de recursos hídricos subterráneos.

• 2. Caracterización gnoseológica de los métodos para la evaluación de recursos hídricos subterráneos.

• 3. Valoración de la situación actual de los métodos para la evaluación de recursos hídricos subterráneos.

Etapa de elaboración teórica:

• Análisis y diseño del sistema para la evaluación de recursos hídricos subterráneos.

• Implementación del sistema antes mencionado.

Etapa de aplicación:

• 1. Aplicación a la solución de problemas reales en el área de la hidroinformática.

Tipo de investigación y su perspectiva general.

La investigación que se realiza es aplicada, explicativa, de campo, experimental y longitudinal y se desarrolla desde una perspectiva cuantitativa.

Métodos de Investigación.

• 1. Método histórico lógico: Para determinar la evolución histórica de los métodos para la evaluación de recursos hídricos subterráneos en Cuba.

• 2. Método de análisis y síntesis: Para el estudio de la documentación y la confección de la investigación.

• 3. Método inducción deducción: Para sacar deducciones y conclusiones en el proceso de confección del documento y el producto final, así como para la confección del sistema propuesto.

• 4. Método sintético: Para relacionar hechos aislados y formular una teoría que unifique los diversos elementos. Se presenta más en el planteamiento de la hipótesis.

• 5. Método sistémico estructural funcional: Para desarrollar el sistema informático, construir la base de datos, así como confeccionar la memoria escrita de esta investigación.

Aporte práctico

Se construye para la evaluación integral, rápida y precisa de los recursos hídricos subterráneos, un sistema con prestaciones superiores a otras herramientas informáticas existentes, el cual permite recomendar a los organismos usuarios los volúmenes de extracción a los que pueden ser sometidos los acuíferos para su explotación sostenible.

Estructura del trabajo de diploma.

El trabajo de investigación se organiza en dos capítulos. En el capítulo I se realiza un estudio de los métodos de balance más utilizados para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos, en particular los de mayor aplicación en Cuba. En el capítulo II se encuentra la descripción del sistema desarrollado y se realiza el análisis de los resultados obtenidos mediante su aplicación en el estudio de acuíferos de la provincia de Ciego de Ávila. El informe presenta además conclusiones, recomendaciones, referencias bibliografías y anexos.

CAPITULO I.

Balance de recursos hídricos subterráneos

En este capítulo se exponen las bases teóricas de los métodos de balance de recursos hídricos subterráneos y se detallan aquellos utilizados en Cuba, se hace referencia a algunos de los estudios de las cuencas subterráneas más importantes realizados en el mundo y se describen algunos de los sistemas informáticos existentes para el cálculo de la disponibilidad de agua subterránea.

1.1 Antecedentes históricos referidos al balance de recursos hídricos subterráneos.

Según destaca Fetter (2007), aunque las primeras referencias de los estudios del agua subterránea se remiten a la antigüedad, donde estudiosos de las primeras grandes civilizaciones de la humanidad comenzaron a teorizar y estudiar este recurso, no fue hasta en el siglo XIX cuando la hidrogeológica se comenzó a desarrollar como una ciencia cuantitativa, el ingeniero civil francés Henry Darcy fue la primera persona en determinar la ley matemática que regía el flujo del agua subterránea, la cual es conocida en la actualidad como la Ley de Darcy, esta fue publicada en el año 1856 como anexo al reporte emitido sobre los nuevos suministros de agua de la ciudad de Dijón, para la determinación de la misma el ingeniero se basó en los experimentos realizados sobre el flujo del agua a través de filtros de arena (Darcy, 1856).

Siete años más tarde, en el año 1883, A. Dupuit utilizó la Ley de Darcy para derivar la ecuación del flujo del agua para su utilización en pozos (Dupuit, 1863). En 1870, el alemán Adolph Thiem, modificó la fórmula de Dupuit para poder calcular las propiedades hidráulicas de los acuíferos extrayendo agua de un pozo y observando la disminución del agua contenida en otros pozos cercamos (Thiem, 1887).

A finales del siglo XIX se observaron otros avances en el área de la comprensión de la relación entre el agua subterránea y las formaciones geológicas, entre estos avances podemos destacar los estudios del profesor de la Universidad de Wisconsin T. Chamberlin, el cual publicó en el año 1985 el considerado primer reporte científico hidrogeológico de Norteamérica, en el mismo se exponían algunas bases teóricas necesarias para los estudios científicos del agua subterránea (Chamberlin, 1885).

En el año 1899 otro profesor de la Universidad de Wisconsin, Franklin King, expuso nuevos conceptos como la influencia de la gravedad en el movimiento del agua subterránea (King, 1899). En los inicios del siglo XX otros avances importantes se realizaron en la comprensión de las bases matemáticas que describían el movimiento del agua bajo la tierra, los artículos publicados por Charles Slichteren en 1902 y 1905, esclarecían aspectos importantes sobre el movimiento del agua subterránea y aquellas variables que se observaban en el proceso (Slichter, 1902) (Slichter, 1905).

En 1935, C. Theis publicó una ecuación que describía el comportamiento del agua contenida en los acuíferos confinados, este artículo sentó las bases para otros estudios relacionados con las condiciones de las cuencas subterráneas sometidas a extracción mediante pozos (Theis, 1938).

En 1940, M. King utilizó como base teórica para sus estudios la Ley de Darcy e introdujo la fuerza potencial, la cual combinaba la presión y la fuerza gravitacional. A través de este trabajo se demostró que la Ley de Darcy para el flujo del agua subterránea era análoga a la ley de Ohm para el flujo eléctrico (King, 1940). También en 1940, C. Jacob publicó un método gráfico para la interpretación de los datos obtenidos a través de las pruebas de bombeo realizado a acuíferos confinados, basado en la ecuación propuesta por Theis (Jacob, 1940).

Como señala Fetter (2007), en 1955 M. Hantush y C. Jacob resolvieron el problema de cómo cuantificar el flujo de agua a través de pozos en acuíferos libres o semiconfinados. Años más tarde Hantush publicó otros artículos que describían el flujo de los acuíferos libres. Los fundamentos básicos para la descripción matemática del transporte masivo de agua subterránea fueron postulados por De Josselin De Jong tres años más tarde, en estos se introdujeron los conceptos de dispersión transversal y difusión (De Josselin De Jong, 1958).

Todos los estudios antes mencionados fijaron las bases y fundamentos necesarios para el conocimiento cuantitativo del agua subterránea libre o confinada y provocó el surgimiento posterior de varios métodos para la determinación del recurso disponible.

1.2 Caracterización de los métodos de balance de recursos hídricos subterráneos.

Como señala Armesto (1990), el concepto de balance hídrico se deriva del concepto de balance contable, es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo en un intervalo de tiempo determinado. Sintéticamente puede expresarse por la fórmula:

El estado inicial (en el instante t) de la cuenca o parte de esta, para efecto del balance hídrico, puede definirse como la disponibilidad de la misma.

Las entradas de agua a la cuenca hidrográfica comprenden las precipitaciones (P) en forma de lluvia o nieve recibida en la superficie del suelo y las aguas superficiales (QSI) y subterráneas (QUI) recibidas dentro de la cuenca o masa de agua desde fuera. Las salidas en la ecuación incluyen la evaporación desde la superficie de la masa de agua (E) y la salida de corrientes de agua superficial (QSO) y subterránea (QUO) desde la cuenca o masa de agua considerada.

Cuando las entradas superan a las salidas el volumen de agua almacenada (?S) aumenta y cuando ocurre lo contrario disminuye. Todos los componentes del balance hídrico están sujetos a errores de medida o estimación, por lo que la ecuación del balance deberá incluir un término residual o de diferencia (v).

Por tanto, el balance hídrico para cualquier masa de agua en cualquier intervalo de tiempo, en su forma más general vendrá representado por la siguiente ecuación:

Para su aplicación la ecuación del balance hídrico podrá simplificarse o hacerse más compleja dependiendo de los datos disponibles, del objeto del cálculo, del tipo y dimensiones de masa de agua, de las características hidrográficas e hidrológicas del acuífero, de la duración del balance y de la fase del régimen hidrológico (crecida, baja) para el cual se realiza el balance hídrico.

La forma de determinar los componente de la ecuación general del balance puede variar en dependencia de las condiciones antes mencionadas, por otro lado, los contornos del acuífero subterráneos se pueden agrupar por tramos y de esta forma, la integral de contorno puede evaluarse como la suma de las entradas menos las salidas en cada uno de los tramos.

A partir de esta idea se desarrollaron varios métodos de balance hídrico subterráneo, los cuales partiendo de la ecuación original del balance y las variables disponibles para el análisis proponen distintas variantes para determinar el recurso disponible. Los métodos de evaluación de los recursos de las aguas subterráneas con mayores posibilidades de aplicación en el entorno nacional son:

• 1. Método de Balance.

• 2. Estimación del Caudal medio del escurrimiento subterráneo.

• 3. Análisis combinado (lluvias, niveles de explotación y variación hidrológica).

• 4. Media del caudal de descarga del acuífero en la zona de drenaje del mismo.

• 5. Métodos hidrodinámicos e hidráulicos.

• 6. Modelos Matemáticos.

De las experiencias obtenidas durante años de investigación en Cuba, por el Ing. Antonio Armesto Pons y otros especialistas del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos, en el medio cársico de llanura y en otros acuíferos, se pudo comprobar que es mucho mejor (menos posibilidad de error) aplicar variantes del método de balance, sobre todo si pueden ser, en lo fundamental observados sistemáticamente por el hombre (Armesto, 1990).

De forma general según la metodología existente en Cuba, (ya sean occidentales o ex soviética) se pueden usar cuatro métodos fundamentales y muchas variantes de los mismos.

• 1. Método de Balance.

• 2. Método Caudal del escurrimiento Subterráneo

• 3. Método Hidráulico.

• 4. Método Hidrodinámico.

Método de Balance: Se basa fundamentalmente en las evaluaciones de entradas y salidas del acuífero, teniendo diferentes variables, las más usadas, en la infiltración y alimentación. Al determinar la magnitud de la alimentación del horizonte acuífero a partir de las precipitaciones, la esencia del método consiste en establecer una dependencia entre el caudal del escurrimiento subterráneo, la cantidad de agua infiltrada, y el nivel en el horizonte acuífero. Debido a que este método tiene como base el uso de los elementos medibles del ciclo (lluvias y niveles) y además su desarrollo o aplicación en grandes zonas, o sea, estudios regionales de cuencas, se adapta a condiciones complejas, como es el caso del carso de llanura cubano (Casanova, 2002).

Método Caudal del escurrimiento Subterráneo: Este método consiste en calcular un caudal que atraviesa una sección trasversal determinada en el acuífero. Este caudal se considera como en índice que puede llegar a representar los recursos disponibles, según expresa (Custodio y Llamas, 1983).

Método hidrodinámico: Permite pronosticar la variación de los niveles dinámicos del agua en los pozos durante la explotación, o sea obtener la demostración del aseguramiento de los recursos de explotación con el tiempo. Este método se basa fundamentalmente en la utilización directa de las ecuaciones que se obtienen para calcular el abatimiento en distintas situaciones, donde su objetivo fundamental es determinar el nivel que tendrá el agua subterránea después de un período determinado de explotación a través de una o varias estructuras de captación (Barros, 1990).

Método hidráulico: El Método Hidráulico se basa en predecir el abatimiento para un caudal determinado, partiendo de los resultados de abatimiento obtenidos para flujos permanentes (condiciones de casi equilibrio) con otro caudal o caudales. Permite mediante la extrapolación de las curvas de gastos obtenidos de las pruebas de bombeo y teniendo en cuenta la interacción gasto-abatimiento, determinar la productividad (Q) de las tomas (pozos) (Andreo et al., 1997).

Métodos hidrodinámicos e hidráulicos: La aplicación conjunta de los métodos persigue el objetivo de superar las limitaciones que se le señalan al método Hidráulico, la cual consiste en que los valores que se predicen para el abatimiento con el caudal de explotación, en realidad no han llegado al equilibrio, por lo que van a ser inferiores a los reales. Esta combinación se basa principalmente en las pruebas de bombeos, es decir en los aforos, y a partir de estos se determinan los parámetros necesarios para la evaluación. En el caso de Cuba, por ser el territorio acuífero fundamentalmente cársico (medio heterogéneo y aniso trópico), se necesitaría una densidad de pruebas considerables, para tener una buena representatividad (Andreo et al., 1997).

1.3 Antecedentes históricos de la utilización de métodos de balance de recursos hídricos subterráneos en el mundo.

Andreo et al. (1997), utilizó el Método de Balance para la evaluación de la unidad hidrogeológica Sierra Blanca – Sierra de Mejas, la más importante de la Costa del Sol, donde se determinó que las salidas controlables ascienden a 62,2 hm3/año: 28,2 hm3/año se descargan por manantiales y 34 hm3/año por bombeos.

La Organización para la Educación, la Ciencia y la Cultura de las Naciones Unidas, en el año 1999 inició el Programa Mundial de Evaluación y Cartografía Hidrogeológica con miras a mejorar el conocimiento y la gestión de los recursos de la Tierra, y más concretamente de los recursos hídricos subterráneos, con el objeto de hacer un inventario y evaluación de los acuíferos transfronterizos del mundo (localización, estimación del volumen, índice de recarga, etc.), para esto se realizó una evaluación exhaustiva de la principales cuencas subterráneas del planeta (UNESCO, 1999).

Estradé (2004), realizó un análisis con el objetivo de aportar nuevos datos en el estudio del balance hídrico del acuífero de Migjorn, en Menorca, utilizando técnicas numéricas, realizando un balance hídrico en el suelo con periodicidad diaria para la caracterización de la recarga difusa y el posterior balance hídrico en el acuífero.

En el año 2009, especialistas del Instituto Geológico y Minero de España evaluaron la recarga en una selección de acuíferos correspondientes a la unidad hidrogeológica de Sierra Aitana (provincia de Alicante). La estimación de la recarga se efectuó mediante la aplicación de un método de balance hídrico asociado a un modelo numérico VISUAL BALAN. El método permitió conocer la recarga procedente de la precipitación en el período 1974/75-2004/05 con datos a nivel diario (IMES, 2009).

1.4 Antecedentes históricos de la utilización de métodos de balance de recursos hídricos subterráneos en Cuba.

Expresa Pérez (2002), que Independientemente a que la gran mayoría de los acuíferos cubanos están formados por rocas calcáreas carsificadas de gran conductividad hidráulica y condiciones muy favorables de explotación, hasta el siglo XIX los aprovechamientos de agua subterránea estaban limitados a unos pocos pozos, donde la gran mayoría eran utilizados para el abasto a los primeros ingenios azucareros.

Según reportes de Amor de Paz (2001) y Cuevas (2003), una de las primeras obras de captación de las aguas subterráneas fue realizada por el ingeniero cubano Albear, el cual realizó una construcción para capturar los manantiales (drenaje natural de la cuenca Almendares – Vento) que dan origen más tarde al Acueducto (Albear, Manantiales de Vento), este acueducto fue diseñado y construido para aportar un caudal entre 0.67 y 3 m3/s. Este trabajo fue considerado como una obra maestra de la ingeniería y fue construida a mediados del siglo XIX, y hoy a más de cien años de puesta en funcionamiento suministra una parte sustancial de agua a la provincia de Ciudad de La Habana.

Ya en el siglo XX se comenzaron a realizar captaciones de agua subterránea a través de pozos, con fines agrícolas destinados en su gran mayoría al riego de la caña de azúcar y otros cultivos. Con el triunfo de la Revolución y el nacimiento de la Voluntad Hidráulica, como llamara Fidel Castro a una serie de acciones y medidas que dieron un rápido impulso al desarrollo hídrico en Cuba, se realizaron varios estudios sobre las cuencas subterráneas del territorio nacional, fundamentalmente durante las décadas del '70 y '80, empresas que pertenecían al actual Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos con el apoyo de especialistas de los países del desaparecido Campo Socialista, realizaron estudios hidrogeológicos con carácter cuantitativo de los principales acuíferos cubanos. Estos estudios permitieron elaborar los denominados Esquemas Regionales Precisados, los cuales en la actualidad se siguen utilizando (Hernández y Llanusa, 2010).

Los estudios realizados por Amor de Paz (2001), en la cuenca Almendares – Vento, una de las tres que abastecen de agua a la cuidad de La Habana y la que aporta el mayor volumen para todos los usos, se pudo determinar que en los últimos 48 años esta fuente ha suministrado un promedio de 1,8 m3/s de agua y en la actualidad sus manantiales solo entregan 1,7 m3/s.

En Cuba las técnicas isotópicas han sido utilizadas en el Estudio para la caracterización de la hidrogeoquímica y de impacto ambiental en el acuífero costero de la Ciénaga de Zapatas en la provincia de Matanzas, en el marco del proyecto de Colaboración Iberoamericana; el estudio isotópico se realizó a partir de los contenidos de Oxígeno (18O) y Deuterio (2H), los mismos fueron determinados en la Universidad Autónoma de Madrid, dichos resultados permitieron conocer que la causa principal en el incremento de la mineralización es la mezcla de las aguas del acuífero con el agua del mar Caribe (Ferrera et al. ,1999).

El balance y estudio de indicadores en la cuenca hidrográfica Guantánamo-Guaso, realizado por el especialista Bernardo Lora Borrero del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos, permitió determinar la disponibilidad, niveles de salinidad y en general el estado de la cuenca, la cual se encuentra afectada por la sobreexplotación y el fenómeno de la contaminación (Borrero, 2006). Por otro lado los estudios de la Cuenca Sur de la Habana, realizados por el profesor E. Cabrera, han permitido una exploración real de los recursos disponibles en la zona (Cabrera, 2009).

1.5 Antecedentes históricos de la utilización de métodos de balance de recursos hídricos subterráneos en Ciego de Ávila.

Los primeros trabajos investigativos realizados en la provincia Ciego de Ávila, según Zaldivar et al. (1987), se realizaron entre los años (1930-1959) por compañías de Petróleo Norteamericanas, las cuales durante la búsqueda del petróleo perforaron numerosos pozos estructurales que han aportado datos muy importantes para la comprensión de la estructura regional y profundidad del área.

Los trabajos de estimación de los recursos de explotación de las aguas subterráneas realizados en el año 1960 por Monstashvily y Beselia (1960), son en realidad los primeros trabajos de importancia hidrogeológica en la provincia.

También debe tenerse en cuenta los trabajos de desecación realizados por Jacolev y Casinzev (1968), en los cuales se estudiaron las áreas de los pantanos de la Ciénaga de Morón con vistas a su mejoramiento mediante el drenaje.

Considera Aspiolea (1998), que ya en la década del setenta se comenzaron los trabajos de planeamiento, pero no fue hasta el periodo 1972-1976 que se elaboró el esquema de aprovechamiento complejo de los recursos hídricos y agrarios de la República de Cuba, este trabajo se ha ido actualizando a partir de los esquemas regionales, los cuales rigen el programa de desarrollo.

González-Abreu (1986) utilizó el método de Balance para la evaluación de las reservas y recursos de explotación de las cuencas de Morón y Ciego de Ávila, para el cálculo se emplearon los valores de oscilación del nivel de las aguas subterráneas, doce años de observación sistemáticas de las variables lluvia y niveles y los parámetros hidrogeológicos en base a las pruebas de bombeo y aforos existentes en los archivos del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos.

En la investigación hidrogeológica realizada en el año 2000, para dar solución al problema de abasto de agua del reparto La Victoria del municipio de Morón, para evaluar los recursos subterráneos disponibles en el área se utilizó una combinación del método Hidrodinámico y el Método de Balance (según el caudal de la corriente). En este caso refiere la autora que el Método de Balance ofreció mejores resultados, teniendo en cuenta la confiabilidad de la información utilizada, pues son medidos sistemáticamente por el hombre, y en Cuba existen potentes redes de observación Malcolm (2000).

Casanova (2002), evaluó los recursos hídricos subterráneos del sector hidrogeológico CA-I-5 de la cuenca Morón, perteneciente a la provincia de Ciego de Ávila; con destinos al riego, abasto e industria, utilizando el Método de Balance, y dentro de sus variantes la de las oscilaciones del nivel de las aguas subterráneas. La superficie evaluada fue de 210 Km2, ocupando la zona de mayor desarrollo agrícola e industrial de la cuenca y de la provincia. La investigación permitió conocer que existen 75,4 Mm3 de recursos disponibles para la explotación en el área evaluada, utilizando para los cálculos los valores medios de lluvia y recarga de área, para un valor de 0.10 como coeficiente de almacenamiento ((=0.10). La autora concluye que el método aplicado puede ser usado con eficiencia para el control de toda una cuenca, a nivel de sector y en el caso de un pozo aislado.

Cepero (2010) realizó un balance hídrico mensual con los registros de datos de 20 años de observaciones (1990-2009), para hacer un pronóstico de los niveles del agua subterránea en la cuenca hidrográfica Itabo de la provincia de Ciego de Ávila, a través de una precisa evaluación de las precipitaciones, la evapotranspiración, el escurrimiento superficial, la infiltración, las extracciones y la descarga subterránea.

1.6 Gráfico de Control de Balance

Como plantea Casanova (2004), el Gráfico de Control de Balance se construye a partir de series hidrogeológicas, este resume el comportamiento del acuífero en el tiempo de la serie analizada, y a su vez permite evaluar tanto cualitativamente como cuantitativamente los volúmenes de recursos a explotar.

Para la construcción del gráfico se concibe la representación en el eje de las abscisas del tiempo que abarca la serie expresado en meses y años, y en eje de las ordenadas se ubican las escalas profundidad del agua (NE), cota absoluta del agua (CAA), altura (h) correspondiente al volumen de agua almacenado con respecto al nivel mínimo histórico, volumen de agua correspondiente a la altura (h) y por ciento del volumen total para cada valor.

Para denotar en el gráfico las líneas y límites de entrega:

• Se marca, en la escala del NE, el nivel de las aguas como profundidad máxima histórica (nivel mínimo de las aguas).

• Se traza una línea paralela al eje de las x, quedando definido en principio el límite inferior de las reservas renovables.

• Se marca igualmente, en la escala del NE, el nivel de las aguas como profundidad mínima histórica (nivel máximo de las aguas, NMA).

• Se traza una línea paralela al eje x, quedando definido el límite superior de las reservas renovables.

• La diferencia en altura de agua (h), entre el nivel máximo y el nivel mínimo, es la altura de las reservas renovables totales o máximas.

• Por debajo del nivel mínimo de las aguas, se encuentran las reservas no renovables.

• Se utilizará el nivel mínimo admisible (NMA) en aquellos acuíferos que previamente fue calculado y donde el coeficiente de capacidad útil (() fue inferior a 2.

La construcción de todas las líneas anteriormente explicadas, permitirán definir las cuatro zonas y estados principales de un acuífero, las cuales son:

• Zona de Entrega Aumentada (EA) o Favorable: Significa un estado favorable del acuífero (F) que implica la posibilidad de aumentar la entrega o extracción del mismo.

• Zona de Entrega Garantizada (EG) o Normal: Refleja un estado normal (N) del acuífero, por lo cual se puede continuar con los niveles de entrega o extracción planificados.

• Zona de Entrega Reducida (ER) o Desfavorable: Determina que el estado del acuífero es desfavorable (D) o muy desfavorable (MD), según el volumen de entrega planificado. En este caso se recomendará disminuir los volúmenes de extracción del acuífero.

• Zona de Entrega de Emergencia (EE) o Crítico: Se considera el estado del acuífero como crítico (C), ya que se recurre a explotar las reservas permanentes del acuífero en perjuicio de la cantidad y calidad de las mismas.

1.7 Sistemas informáticos para el balance de recursos hídricos subterráneos.

En la actualidad no existe ninguna herramienta informática que permita realizar el balance de los recursos hídricos subterráneos de manera integral, con el empleo de los métodos de cálculo que más se ajustan al entorno cubano y la generación del Gráfico de Control de Balance como se pretende implementar en el sistema BARHIS, aunque se puede destacar algunos sistemas que en la actualidad emplean los especialistas cubanos para el estudio de los acuíferos.

Como señala Casanova (2004), existe un sistema Informático denominado "Gcb", desarrollado por el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos en 1994, el mismo solo permite la construcción del Gráfico de Control de Balance, el cálculo de las magnitudes del balance interno del acuífero y la estimación del recurso mediante el Método de Balance para una probabilidad media de la lluvia, este sistema quedó en desuso debido a sus limitaciones y dificultades, como es el hecho que fue desarrollado sobre el sistema operativo MS-DOS, no permite el almacenamiento de las mediciones anuales para futuros análisis y muestra en pantalla los resultados de forma poco dinámica e incompleta, es decir una interfaz poco amigable. En la figura 1.1 se puede aprecia la ventana inicial del sistema.

Figura 1.1 Interfaz visual del sistema Gcb

Posteriormente se desarrolló la aplicación sobre Windows "GCBas". Esta última herramienta con un ambiente amigable e interactivo procesa series hidrogeológicas, pluviométricas e informaciones de explotación, este sistema solo contempla el proceso de construcción del Gráficos de Control de Balance de las aguas subterráneas y el cálculo de las magnitudes internas del acuífero, sin posibilidades de evaluar los recursos hídricos subterráneos utilizando diferentes métodos de cálculo (Casanova, 2004). En la figura 1.2 se indica la ventana de trabajo principal del sistema.

Figura 1.2 Ventana de trabajo del sistema GCBas

En el ámbito internacional podemos señalar la existencia para el estudio del agua superficial del sistema HIDROBAS (conjunto de programas integrados para el tratamiento de series hidrológicas y evaluación de aportaciones hídricas), desarrollado por ingenieros del Instituto Geológico y Minero de España en el año 2005, pero esta herramienta solo permite estimar los recursos hídricos superficiales para diversas hipótesis de reserva de agua, utilizando como datos de entrada valores de precipitación y de evapotranspiración potencial, obtenidos bien por el método de Thorwait o por Blaney-Criddle (Ortiz y Delgado, 2005). En la figura 1.3 se muestra la ventana de trabajo del módulo de balance del sistema.

Figura 1.3 Módulo de balance del sistema HIDROBAS

Conclusiones parciales del capítulo

• En la actualidad, el balance de los recursos hídricos subterráneos en Cuba se realiza de forma manual, con ayuda de sistemas informáticos incompletos u obsoletos, lo que trae consigo demoras e inexactitudes en los cálculos.

Partes: 1, 2