Se realizó un relevamiento de la calidad del agua de 100

Se realizó un relevamiento de la calidad del agua de 100

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
Fernando Momo1, Walter Cuevas2,3 , Adonis Giorgi1,4, Marta Banchero3,4, Silvia Rivelli3,4, Claudia Feijoó1 y
Alicia Gómez Vázquez2
1. Programa de Investigación en Ecología Acuática - DCB - Universidad Nacional de Luján.
CC 221, 6700 Luján, Argentina. E-mail: [email protected]
2. Dirección de Bromatología - Municipalidad de Luján. José María Pérez y Champagnat, 6700 Luján,
Argentina.
3. División Química - DCB - Universidad Nacional de Luján.
4. Dirección de Medio Ambiente - Municipalidad de Luján.
RESUMEN
Se realizó un relevamiento de la calidad del agua de 100 perforaciones al acuífero Puelche y
167 al acuífero Pampeano en el partido de Luján, provincia de Buenos Aires. Los análisis
realizados fueron pH, alcalinidad, dureza, cloruros, sulfatos, amonio, nitritos, nitratos,
fosfatos, cromo total, cadmio y análisis microbiológicos rutinarios. Los resultados de las
muestras del acuífero pampeano, presentaron en un 70 % de los casos valores de nitratos por
sobre el límite establecido en el Código Alimentario Argentino en tanto que en las muestras
del acuífero Puelche menos de un 10 % tuvieron valores de nitratos por fuera de los valores
permitidos. Los demás iones estuvieron dentro de los límites aunque en algunos casos se
registró presencia de cromo y/o cadmio en ambos acuíferos. Las altas concentraciones de
sulfatos y cloruros se asociaron con aguas de mejor calidad, las altas concentraciones de
nitratos y nitritos con aguas de peor calidad. Se elaboró un índice de calidad química simple
que utiliza para el cálculo las concentraciones de sulfatos y nitratos solamente. Este índice
presenta distribución normal y evalúa adecuadamente el riesgo de contaminación permitiendo
la evaluación rápida de perforaciones no analizadas previamente o de tipo exploratorio.
INTRODUCCIÓN
El agua de consumo del partido de Luján es suministrada en su mayor parte por perforaciones
domiciliarias y, en una menor proporción, por sistemas de agua corriente centralizados. En
todos los casos, el agua proviene de dos acuíferos superpuestos. A menor profundidad, se
encuentra el acuífero Pampeano mientras que a mayor profundidad se ubica el acuífero
Puelche, cuyo riesgo de contaminación es cada vez mayor.(De Felippi et al., 1991). Las
perforaciones que proveen de agua corriente a la población habitualmente son realizadas al
acuífero Puelche en tanto que las domiciliarias corresponden generalmente al acuífero
Pampeano.
Las perforaciones domiciliarias no siempre están realizadas con idoneidad y, algunas veces,
su antigüedad conlleva riesgos de filtración y trasvasamiento entre napas, incluyendo el
freático que padece contaminación fecal (Subsecretaría de Medio Ambiente, 1981).
Durante 1998 y 1999 se realizó un relevamiento de la calidad del agua en perforaciones
domicialiarias e industriales realizadas a uno u otro acuífero y se confeccionó un mapa de la
calidad físicoquímica de cada uno, evaluada mediante métodos estadísticos multivariados
(Momo et al. 1999).
En el presente estudio se propone un índice sencillo para una evaluación previa y rápida del
riesgo de contaminación a partir de análisis químicos simples.
METODOLOGÍA
Área de estudio
El partido de Luján está ubicado en el noereste de la provincia de Buenos Aires (Figura 1),
sobre una parte de la planicie de acumulación conocida como pampasia, formada por
depósitos del período Cuaternario. La zona está constituída por una serie de pisos geológicos
que, además, contienen los acuíferos subterráneos de donde se extrae el agua de consumo en
la zona.
La parte inferior posee rocas ígneas y metamórficas que conforman el Basamento cristalino.
Sobre este piso se asienta la Formación Olivos,
conocida como El Rojo porque contiene areniscas y
arcillas de color rojizo. Este estrato corresponde a los
niveles inferiores del acuífero Hipopuelche. Encima
se ubica la Formación Paraná que incluye a los
niveles superiores del acuífero Hipopuelche. Esta
formación se divide en: a) un piso inferior de origen
marino con arenas finas y medianas, y b) un piso
superior con arcillas de color verde. El piso superior
contiene las arenas Puelches, de donde extraen agua
potable las principales ciudades ubicadas en la
cuenca del río Luján.
Figura 1.- Ubicación del partido de
Luján en la provincia de Buenos
Aires (Argentina).
Sobre los estratos mencionados se ubica el
Pampeano, que corresponde a un período pluvial o
húmedo. El pampeano, a su vez, presenta dos
niveles: el Bonaerense, más antiguo, que aparece en
las divisorias de aguas, y el Ensenadense, más
moderno, que emerge en las barrancas de las
planicies de inundación.
El piso más moderno de toda la serie, el Pospampeano, corresponde a un período epipluvial o
seco. Contiene las arenas Epipuelches de donde se extrae el agua utilizada en zonas rurales;
es el acuífero de mayor contacto con las aguas superficiales. El pospampeano tiene dos
estratos, el Platense y el Lujanense, ambos con alto contenido de carbonato de calcio en
forma de bancos de tosquillas. Los sedimentos están formados por limos ricos en sulfatos y
cloruros con fracciones de arena y arcillas subordinadas (Andrade, 1986), y constituyen el
fondo de ríos y arroyos. Estos pisos se formaron por el depositos de loess eólico originados
durante el Holoceno. Cerca de la desembocadura del río Luján se presenta un tercer estrato, el
Querandinense producto de la ultima ingresión marina. (Sala et al., 1983)
El loess le da al suelo una estructura franca que favorece las migraciones de partículas y
provoca la neoformación de arcillas que genera las condiciones reductoras que preservan la
materia orgánica. Por eso, los suelos de la zona en general son fértiles, con alto contenido de
nutrientes, con alta capacidad de intercambio catiónico y con predominio de calcio.
(Papadakis, 1980).
Los cuerpos de agua predominantes en la provincia son lagunas. Sin embargo, la zona noreste
(donde se encuentra la cuenca del río Luján), se caracteríza por ser la de mayor densidad de
2
drenaje de toda la provincia (0.16 km/km ), pese a su escasa pendiente regional (1 m/km)
(Sala et al. 1983). La pendiente de la cuenca es ligeramente superior (1.56 m/km) a la de la
región y la del cauce ligeramente inferior (0.44 m/km).
El clima de la zona es templado-húmedo, con máximas precipitaciones hacia fines de verano
o comienzo del otoño. Se produce exceso de agua en el suelo entre abril y noviembre de cada
año, que generalmente se utiliza durante el verano. Por esta razón habitualmente no se
presentan condiciones de déficit de agua. El mes más frio (julio) tiene una media inferior a
o
o
los 10 C, y el más cálido (enero) una media de 22 C (Fidalgo, 1983).
Tradicionalmente la zona ha sido utilizada para explotación agrícolo-ganadera extensiva; sin
embargo, con el crecimiento de las ciudades se ha incrementado también la actividad
industrial, especialmente en la subcuenca inferior que está constituída por los arroyos y tierras
que drenan en el tramo del río más cercano a la desembocadura.
El problema del agua en la zona
El agua de consumo del partido de Luján es suministrada en su mayor parte por perforaciones
domiciliarias y, en una menor proporción, por sistemas de agua corriente centralizados. En
todos los casos, el agua proviene de dos acuíferos superpuestos y conectados entre sí que
toman sus nombres de los sedimentos que ocupan. A menor profundidad, se encuentra el
acuífero que llamaremos Epipuelche o Pampeano mientras que a mayor profundidad se ubica
el acuífero que llamaremos indistintamente Puelche o Puelchense, que contiene, en principio,
aguas de mejor calidad pero cuyo riesgo de contaminación es cada vez mayor (Sala, 1969,
1972, 1981; De Felippi et al., 1991). Las perforaciones que proveen de agua corriente a la
población habitualmente son realizadas al acuífero Puelche en tanto que las perforaciones
domiciliarias corresponden generalmente al acuífero Pampeano.
En la localidad de Jáuregui en el año 1995 a partir de un caso de metahemoglobinemia en un
menor de edad se comenzó a realizar un relevamiento de los pozos de la zona en conjunto con
el Laboratorio Central de Salud Pública de la Provincia de Buenos Aires donde se hallaron
valores de nitrato por encima de los valores máximos permitidos para el agua potable. Este
hecho junto con análisis encargados por entidades intermedias de dicha localidad produjeron
un reclamo hacia las autoridades tendientes a la obtención de provisión de agua de calidad
adecuada tal como fue registrado en los periódicos locales. A partir de allí se comenzaron a
realizar prospecciones en distintas zonas cercanas a dicha localidad con el fin de proveer
agua en buen estado. Como no se conocía la situación de otras zonas del partido se decidió
relevarlas en forma completa.
Además de los problemas básicos del suministro de agua, las perforaciones domiciliarias no
siempre están realizadas con idoneidad y, algunas veces, su antigüedad conlleva riesgos de
filtración y trasvasamiento entre napas, incluyendo el freático que padece contaminación fecal
(Subsecretaría de Medio Ambiente, 1981) .
Muestreo y tratamiento estadístico
Para la realización del presente estudio y sus antecedentes, se tomaron 100 muestras al
acuífero Puelche y 167 al acuífero pampeano en distintas zonas del partido de Luján. En ellas
se realizaron análisis físicoquímicos.
Las determinaciones realizadas fueron pH, alcalinidad, dureza, cloruros, sulfatos, amonio,
nitritos, nitratos, fosfatos, cromo total y cadmio. Las técnicas analíticas utilizadas fueron las
recomendadas por APHA, 1992. Del mismo modo se realizaron análisis microbiológicos
rutinarios (coliformes totales, presencia de E. coli y P. aeruginosa). En cada muestra se
registró además información sobre la construcción de las perforaciones y su ubicación.
Luego de normalizar las variables fisicoquímicas se evaluaron las correlaciones entre las
mismas y se estudió la calidad del agua en un espacio reducido mediante análisis de
componentes principales (Legendre and Legendre, 1998). El análisis de componentes
principales permite realizar una combinación lineal de todas las variables consideradas y
extraer una nueva variable que sintetiza la información de todas las otras a lo largo del eje de
mayor vaiación de los datos; esta nueva variable se denomina primer componente principal y
explica un cierto porcentaje de la varianza total. Mediante el mismo procedimiento se puede
obtener una segunda variable combinada, perpendicular a la primera y llamada segundo
componente principal, que explica un porcentaje menor de la varianza que la anterior.
Repitiendo este procedimiento hasta obtener un número de componentes principales igual al
número de variables originales se púede explicar entre todos el 100 % de la varianza total. La
ventaja del procedimiento es que, si el porcentaje de variación explicado por el primer
componente es grande se puede trabajar con esta única variable combinada sin perder mucha
información. En nuestro caso, ya habíamos demostrado en un trabajo previo (Momo et al.,
1999) que el primer componente principal puede ser usado aquí como un índice directo de la
calidad del agua.
A partir de los resultados obtenidos en este análisis construímos un nuevo índice, de cálculo
más simple que el componente principal, y evaluamos su comportamiento estadístico y su
valor predictivo en cuanto al riesgo microbiológico.
RESULTADOS
Los resultados de las muestras tomadas en perforaciones al acuífero pampeano, presentaron
en un 70 % de los casos valores de nitratos por sobre el límite establecido en el Código
Alimentario Argentino (De la Canal y Asociados, 1998), en tanto que en las muestras del
acuífero Puelche menos de un 10 % tuvieron valores de nitratos por fuera de los valores
permitidos. Los demás iones considerados estuvieron en todos los casos dentro de los límites
fijados por el Código Alimentario aunque en algunos casos se registró presencia de cromo y/o
cadmio en ambos acuíferos.
Los valores de pH y alcalinidad se distribuyen en forma aproximadamente normal y no
requirieron transformaciones para los análisis subsiguientes; los valores de nitritos, nitratos,
dureza y cloruros se normalizaron mediante una transformación logarítmica; los valores de
sulfatos se normalizaron mediante una transformación de raíz cuadrada; los valores de amonio
son sumamente erráticos y difíciles de normalizar por lo cuál se excluyeron de los análisis
considerando además que contienen información redundante con la que dan nitratos y nitritos.
Los fosfatos se midieron sólo en los datos del acuífero Puelche y pocas del pampeano, por lo
tanto, no se utilizaron en los análisis para poder comparar los resultados de los dos acuíferos.
En la Tabla 1 se muestran los estadísticos básicos de cada variable.
Tabla 1. Estadística descriptiva de las variables medidas
a. Acuífero Pampeano
Variable
Nitratos (mg/l)
pH
Dureza (mg/l)
Amonio (mg/l)
Nitritos (mg/l)
Cloruros (mg/l)
Sulfatos (mg/l)
Alcalinidad (mg/l)
Sólidos (mg/l)
N
161
129
102
80
133
102
83
24
30
Promedio
70.44
7.68
164.42
3.86
0.03
42.74
41.20
427.09
669.67
Mínimo
2
6.7
30.3
0
0
4
0
265.47
470
Máximo
493
8.78
655
100
0.52
556
400
651.95
1100
Desvío
estándar
62.61
0.43
113.49
19.10
0.06
64.10
73.87
90.64
145.57
N
93
95
94
89
95
93
91
92
69
Promedio
34.40
7.66
158.68
6.25
0.02
53.15
54.01
436.30
0.05
Mínimo
0.7
6.6
56.6
0
0
7.7
0
264.6
0
Máximo
157
8.71
626
92.7
0.198
294
325
570
0.273
Desvío
estándar
29.19
0.43
90.87
15.26
0.03
59.33
76.08
56.51
0.05
b. Acuífero Puelchense
Variable
Nitratos (mg/l)
pH
Dureza (mg/l)
Amonio (mg/l)
Nitritos (mg/l)
Cloruros (mg/l)
Sulfatos (mg/l)
Alcalinidad (mg/l)
Fosfatos (mg/l)
Las variables transformadas presentan entre sí correlaciones significativas variadas (Tabla 2).
En los dos grupos de muestras se observaron correlaciones positivas significativas entre los
sulfatos, los cloruros, la dureza y la alcalinidad por un lado, mientras que estas variables se
correlacionaron negativamente con las concentraciones de nitratos.
En un trabajo anterior (Momo et al., 1999), se describen los patrones espaciales de las
distintas variables químicas: en el caso del acuífero pampeano se observan mayores
concentraciones de nitratos en el casco urbano y en el noreste del partido de Luján; en el
acuífero puelchense las mayores concentraciones de nitratos se dieron en el casco urbano y
areas industriales de alto consumo de agua. Las concentraciones de nitritos en el pampeano
presentan dos núcleos de mayor valor uno al norte y otro al sur del casco urbano; en el
puelchense los valores mayores de nitritos se asocian a los de nitratos.
Los sulfatos y cloruros no siguen un patrón espacial claro en el acuífero pampeano mientras
que en el puelchense las zonas de mayor concentración de estos dos iones son claramente
complementarias de las de nitratos y nitritos.
Tabla 2. Correlaciones entre las variables fisicoquímicas. El * indica p < 0.05.
a. Acuífero Pampeano
Log
pH Alcalinidad Nitrato
Alcalinidad
0.22
Log Nitrato
0.01
-0.67*
Log Dureza
-0.27
0.22
-0.46*
Log Cloruros 0.18
0.56*
-0.46*
SQRT Sulf.
0.07
0.62*
-0.60*
Log Nitritos
0.07
-0.07
0.17
Log
Dureza
Log
Cloruros
SQRT
Sulfatos
0.60*
0.54*
0.30
0.78*
0.20
0.16
Log
Dureza
Log
Cloruros
SQRT
Sulfatos
0.34*
0.34*
-0.02
0.83*
-0.03
0.00
b. Acuífero Puelchense
Log
pH Alcalinidad Nitrato
Alcalinidad
-0.27*
Log Nitrato
0.02
-0.39*
Log Dureza
-0.36*
0.30*
-0.10
Log Cloruros -0.13
0.48*
-0.46*
SQRT Sulf.
-0.14
0.51*
-0.54*
Log Nitritos
0.02
-0.26
0.09
Las altas concentraciones de sulfatos y cloruros se asocian en nuestro caso con aguas de mejor
calidad, mientras que las altas concentraciones de nitratos y nitritos lo hacen con aguas de
calidad menor.
El primer componente principal, obtenido a partir de las variables transformadas, puede
informarnos acerca del nivel general de calidad del agua de cada uno de los acuíferos
integrando todas las variables al mismo tiempo. De este análisis se obtienen similares
conclusiones a las de la correlación. Tanto en el caso del acuífero Pampeano como del
acuífero Puelche los dos primeros componentes explican alrededor del el 60 % de la varianza
(Tabla 3).
Tabla 3.- Análisis de Componentes Principales para ambos acuíferos
Componente
Autovalor
Acuífero Puelche
2.74
1.32
Acuífero Pampeano
1
3.26
2
1.34
1
2
Varianza explicada
Acumulada (%)
39.2
58.0
46.5
65.7
Pensando en la practicidad de un índice fácilmente evaluable y considerando que las variables
que más pesan en el primer componente principal, para ambos acuíferos, son los contenidos
de sulfatos y de nitratos, se eligieron estas dos variables como representativas y se calculó un
índice de calidad (IC) como:
IC = 9 × sulfatos - 7 × nitratos
(1)
Donde los coeficientes son arbitrarios pero guardan la proporción hallada en el análisis de
componentes principales.
Este índice se correlaciona significativamente con los primeros componentes de ambos
acuíferos (Figura 2 a y b), presenta distribución normal y se observa que, fijados los
intervalos de confianza del 95 % para la media, el 86 % de las muestras que presentan
contaminación microbiológica tienen un valor del índice que cae por debajo de ese intervalo,
indicando que el IC evalúa adecuadamente el riesgo de contaminación.
a
b
Relación IC vs primer componente
Acuífero Pampeano
Relación IC vs primer componente
Acuífero Puelche
R2=0.739
y=239.021+672.169*x+eps
R2=0.854
4000
3500
3000
2500
2000
INDICE (IC)
INDICE (IC)
y=21.676+546.859*x+eps
1000
0
1500
500
-500
-1000
-2000
-1.5
-1500
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
PRIMER COMPONENTE PRINCIPAL
1.5
2.0
2.5
-2
-1
0
1
2
3
PRIMER COMPONENTE PRINCIPAL
Figura 2.- Relaciones entre el índice IC y la calidad del agua en ambos acuíferos. a. Acuífero
Pampeano, b. Acuífero Puelche
CONCLUSIONES
El índice propuesto (IC) sería aplicable a una evaluación rápida de calidad de aguas en la zona
del partido de Luján, partiendo de la existencia de una evaluación zonal previa que permite
fijar intervalos de confianza y valores de "alarma". El procedimiento a seguir sería el
siguiente: 1) toma de la muestra, 2) medición de las concentraciones de nitratos y sulfatos, 3)
evaluación de las concentraciones de nitratos respecto a los límites fijados por el Código
Alimentario Argentino (De la Canal y Asociados, 1998), 4) en caso de no superarse los
límites permisibles, cálculo del IC, 5) comparación del valor del IC con los límites de
confianza regionales del acuífero correspondiente.
Si el valor del IC es mayor al límite de confianza superior, la muestra puede considerarse de
bajo riesgo de deterioro sin ulteriores análisis, si el valor del IC es menor que el límite de
confianza inferior, el agua de la muestra se considera de alto riesgo de deterioro, aunque se
pueden realizar análisis confirmatorios; por último, si el valor del IC cae entre los intervalos
de confianza, se recomienda un análisis físico-químico y microbiológico completo.
Está claro que el IC indica calidad general del agua, no potabilidad, ya que el agua puede ser
potable pero de mayor o menor calidad; además el índice contiene información de todas las
variables, aún las no medidas para su cálculo.
La extrapolación del IC a otras zonas es materia de discusión ya que no siempre la relación
entre los iones y la calidad es la misma; por ejemplo, el sulfato puede indicar procesos de
salinización y consiguiente deterioro (Schulz et al., 1999); por otra parte, la evaluación del
valor del índice presupone un estudio regional previo para la fijación de los límites de
confianza. En el caso particular del partido de Luján puede aplicarse para la evaluación rápida
de perforaciones no analizadas previamente o de tipo exploratorio.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido financiado por un subsidio del Secretariado para el Medio Ambiente de
Amèrica Latina (SEMA) con fondos provenientes del Centro Internacional de Investigaciones
para el Desarrollo, Canadá.
REFERENCIAS
American Public Health Association (APHA) (1992). Standard methods for the
examination of water and waste water. APHA, Washington D.C.
Andrade, M.I. (1986). "Factores de deterioro Ambiental en la cuenca del Río Luján".
Contribución del Instituto de Geografía. Fac. de filosofía y Letras. UBA, Buenos Aires.
de Ciencias Naturales, pp. 289-296.
De Felippi, R., González, N., Hernández, M,, Paredes, V. Y Pepe, G. (1991).
"Abastecimiento de agua en el área metropolitana de Buenos Aires". Documento presentado
al Seminario Crecimiento Urbano y Crisis del Agua en el Área Metropolitana de Buenos
Aires. Buenos Aires.
De La Canal y Asociados S.R.L. (1998) Código Alimentario Argentino. Buenos Aires.
Fidalgo, F. (1983). "Algunas características de los sedimentos superficiales en la cuenca del
río Salado y en la Pampa Ondulada". Coloquio Internacional sobre Hidrología de Grandes
llanuras. 1045-1066.
Legendre, P. y L. Legendre (1998) Numerical Ecology. Second English Edition. Elsevier.
Amsterdam. The Netherlands.
Momo, F., Cuevas, W., Giorgi, A., Banchero, M., Rivelli, S., Taretto, C., Gómez
Vázquez, A. y Feijoó, C. (1999). "Mapping the water quality of the Puelchense subaquifer in
Luján (Argentina)". En P. Anagnostopoulos, P. y C. A. Brebbia (eds.). Water Pollution V.
Modelling, Measuring and Prediction. Wessex Insitute of Technology. 608 pp. (pp.: 493501).
Papadakis, J. (1980). El suelo. Ed. Albatros.
Sala, J.M. (1969). "El agua subterránea en el nordeste de la provincia de Buenos Aires".
Reunión Geología del Agua Subterránea. Provincia de Buenos Aires. CIC. pág. 25-49. La
Plata.
Sala, J.M. (1972). Contribución al estudio geohidrológico del N.E. de la provincia de Buenos
Aires.-Consejo Federal de Inversiones - E.A.S.N.E. Cap VIII, 73-80.
Sala, J.M. (1981). Geología en cuencas de llanuras con énfasis en hidrogeología. Comité de
Cuencas hídricas del área del Gran Rosario. 40pp.
Sala, J.M; N. González y E. Kruse (1983). "Generalización Hidrológica del la Provincia de
Buenos Aires". Coloquio Internacional sobre Hidrología de Grandes llanuras. 974-1009.
Schulz, C., Mariño, E., Castro, E., Dalmaso, M. Fernández, A. y Dornes, P. (1999).
"Evaluación preliminar de la calidad del agua subterránea en un sector del Valle Argentino,
provincia
de
La
Pampa",
Actas
VII
Jornadas
Pampeanas
Subsecretaría de Medio Ambiente (1981) Evaluación ambiental de los recursos hídricos
del Sistema Metropolitano Bonaerense. Ministerio de Salud Pública y Medio Ambiente.
República Argentina.