1. INTRODUCCIÓN
La pregunta de qué
cantidad de agua podría bombearse de un acuífero poco profundo
sin comprometer a los ecosistemas locales
no tiene una respuesta clara.
El bombeo excesivo o no regulado puede llevar
al abatimiento del nivel freático, impactando
negativamente en la vegetación acostumbrada a obtener su humedad
de la zona no saturada (vadosa) y/o, en determinadas ocasiones, de
la zona saturada (agua subterránea).
Por lo tanto, el desarrollo sostenible de agua subterránea
debe ir más allá de la hidrogeología, abarcando los campos
afines de la ecohidrología y ecohidroclimatología.
Sólo así se podrá evitar que el bombeo incontrolado de agua subterránea
cause eventualmente la degradación
de la cubierta vegetal y lleve a un incremento en la aridez del ecosistema.
2. USO DE AGUA SUBTERRÁNEA
Las sociedades desarrolladas han bombeado agua subterránea por más de 100 años (Lee, 1915).
Típicamente, ellas recurren al uso de agua subterránea cuando ya se
ha comprometido toda el agua superficial disponible, o donde
el agua subterránea es menos costosa que el agua superficial.
En 2010, las extracciones de agua subterránea en los Estados Unidos se han estimado
en 288 millones de metros cúbicos por día, lo que representa el 21.4% del uso total
de agua (1344 millones de metros cúbicos por día) (U.S. Geological Survey Circular 1045).
En general, cuanto más seco es el clima local y/o cuanto más
desarrollada es una sociedad, mayor es el uso de agua subterránea.
La Figura 1 muestra las extracciones de agua subterránea en los Estados Unidos
correspondientes al año 2010. Se ve claramente que la mayor
parte del agua subterránea se usa en la mitad oeste,
particularmente en California, que tiene una economía altamente
desarrollada y un clima árido/semiárido predominante en una fracción
importante de su territorio.
Toda el agua en la superficie y el subsuelo tiene su origen en la precipitación. Desde una perspectiva global, alrededor de un tercio
de la precipitación se convierte en escorrentía superficial y
es descargada finalmente a los océanos por sistemas de drenaje exorreicos
Los dos tercios restantes son utilizados por los ecosistemas naturales, regresando a la atmósfera mediante la vaporización, que comprende: (1) la evaporación de las masas de agua, incluidos los sistemas endorreicos o parcialmente endorreicos tales como lagos y humedales; y (2) la evapotranspiración de los ecosistemas terrestres, tanto naturales como artificiales. La fracción de precipitación que logra infiltrarse en el terreno (en el suelo o roca fracturada) puede seguir una de dos direcciones:
En la naturaleza, las aguas superficiales y subterráneas están en movimiento permanente, interactuando en una gran variedad de escalas temporales y espaciales. Las aguas superficiales pueden convertirse en aguas subterráneas, y viceversa. Generalmente, el flujo de agua superficial se mueve rápidamente, mientras que el flujo de agua subterránea es lento (Ponce, 2007). Dependiendo del clima, los arroyos y los ríos pueden ser: (a) efímeros, (b) intermitentes, o (c) perennes. Por lo tanto, las cantidades de agua superficial varían mucho, desde cero para arroyos secos en regiones semiáridas y áridas (Figura 2 a), hasta bastante considerables en ríos de regiones húmedas (Figura 2 b). Existe una diferencia significativa entre las aguas superficiales y las subterráneas: Si bien el agua superficial (escurrimiento superficial) puede o no existir en un lugar o entorno determinado, las aguas subterráneas siempre están presentes a una cierta profundidad.
Fig. 2 (b) Una corriente perenne: Río Feather, condado de Plumas, California, EE.UU. La profundidad del agua subterránea depende de la geología local, geomorfología y clima predominante. En climas húmedos, el nivel freático se encuentra cerca de la superficie, generalmente a unos pocos metros; por el contrario, en climas áridos, la profundidad del agua subterránea es generalmente mucho mayor. Típicamente, cuanto más seco es el clima, mayor es la profundidad al nivel freático. 3. ECOHIDROLOGÍA Todos los ecosistemas necesitan una cierta cantidad de agua para su supervivencia, preservación y conservación. Sin embargo, las necesidades de agua varían enormemente. Mientras que algunos ecosistemas prosperan con muy poca agua, otros requieren grandes cantidades. La Naturaleza ha hecho posible que los ecosistemas se adapten al agua disponible en las inmediaciones y mantengan su sustento sobre esa base. Las sequías recurrentes generalmente conducen al estrés hídrico e, inusualmente, de persistir éstas, a la eventual desaparición de los ecosistemas y comunidades vegetales.
En la naturaleza, el agua, es decir, la humedad,
existe en los siguientes cinco depósitos o fuentes:
Como precipitación directa;
Como agua y
escorrentía superficial, en humedales, estanques, lagos, arroyos y ríos;
En la subsuperficie,
en la zona no saturada o vadosa (Fig. 3);
Como agua subterránea,
debajo del nivel freático, en la zona de saturación; y
Como agua atmosférica,
es decir, como humedad del aire, parcial o totalmente saturado.
Un ecosistema comprende la flora y fauna características de una determinada región geográfica y climática. El término ecosistema ha experimentado variaciones conceptuales con el tiempo, siendo una de las definiciones más recientes la siguiente: "Complejo dinámico de comunidades de plantas, animales, microorganismos y el medio ambiente inorgánico que interactúan como una unidad funcional, recalcando que los seres humanos son parte integral de éstos" (Montes y Sala, 2007).
La pregunta clave es: ¿De dónde obtiene el agua un ecosistema dado?
La respuesta obvia es: En regiones húmedas, la obtiene principalmente de la precipitación y el agua superficial; en regiones áridas, de la subsuperficie (subsuelo) y del agua subterránea; en regiones superáridas, del agua subterránea, e inusualmente, del aire. La Figura 4 muestra las raíces profundas de la mezquita o algarrobo (Prosopis spp.), que puede enviar sus raíces hasta 15 m en busca de agua subterránea (Meinzer, 1927). Otro ejemplo es el de la agricultura de regadío, un ecosistema artificial (antropogénico) que generalmente obtiene su agua de la escorrentía superficial (embalses) o del agua subterránea (por medio del bombeo de pozos).
La precipitación es el impulsor más común de los ecosistemas naturales. La precipitación terrestre media anual se ha estimado en P = 800 mm (L'vovich, 1979; Ponce et al., 2000). En el lado seco En el lado húmedo (P ≥ 800), el clima puede clasificarse, con humedad creciente, en subhúmedo, húmedo, hiperhúmedo y superhúmedo (Figura 5 b). Dentro de estos rangos, los ecosistemas están convenientemente adaptados para hacer uso de cualquier agua disponible, asegurando su continuidad y supervivencia.
Fig. 5 (a) Un ecosistema árido: Sertão de Rio Grande do Norte, Brasil;
Fig. 5 (b) Un ecosistema húmedo: Bosque montano en la provincia de Loja, Ecuador. En lugares donde la precipitación es muy reducida, los ecosistemas se apoyan en cualquiera de los otros compartimentos/fuentes. La dependencia de una sola fuente obliga al ecosistema a asegurar la disponibilidad de esa fuente, ya sea: (a) agua superficial, (b) zona vadosa, (c) agua subterránea o (d) aire. Se concluye que en un ecosistema que normalmente dispone de una única fuente le resultará difícil o imposible sobrevivir si la disponibilidad de agua en esa fuente es reducida o eliminada.
4. ECOHIDROCLIMATOLOGÍA
La mayoría de las plantas extraen agua libremente de la zona vadosa,
cuyas dimensiones dependen de la orogénesis y la edad geológica
de la región.
La cantidad de humedad en la zona vadosa es menor en las regiones
áridas y mayor en las regiones húmedas. Algunas plantas
obtienen su agua directamente del agua subterránea y/o
de la zona capilar que yace directamente encima del nivel freático (Fig. 3).
El tipo y distribución de las plantas en la superficie de la Tierra está determinada por:
La posición de la zona a lo
largo del espectro climático de precipitación, de árido a húmedo
(Ponce et. al., 2000);
La profundidad del nivel freático,
que determina si las plantas pueden aprovechar la humedad en la zona capilar o
el agua subterránea inmediatamente debajo de ella (Meinzer, 1927);
y
La presencia
de manantiales, lo cual depende en mayor grado de la geología y
geomorfología locales
(Ponce et. al., 2017).
La Figura 6 muestra un bosque galería de robles vivos costeros
(coast live oak)
(Quercus agrifolia) ubicado en la localidad de Tierra del Sol, Condado de San Diego,
California. El arroyo es efímero, con agua superficial que fluye
sólo en respuesta a la precipitación.
Sin embargo, cabe notar que hay suficiente
humedad en el terreno durante todo el año (en este desierto semiárido)
para mantener un bosque de galería
bastante saludable.
Dependiendo de la geología y geomorfología locales, los manantiales pueden fluir hacia la superficie o los humedales, lo que permite el mantenimiento de cantidades importantes de vegetación. Por ejemplo, la Figura 7 muestra un gran espécimen de roble vivo costero ubicado en el rancho McCain, en el valle McCain, Boulevard, condado de San Diego, California. El espécimen, que mide 2.4 m de diámetro normal o diámetro a la altura del pecho (7.55 m de perímetro de la sección elipsoidal), se estima en por lo menos 300 años de edad. La ausencia de este tipo de vegetación en el resto del predominantemente árido valle McCain (con 375 mm de precipitación media anual) indica claramente que esta comunidad de robles vivos costeros está siendo sustentada con agua procedente de manantiales locales (Ponce, 2013; Ponce et. al., 2017).
5. EFECTO DEL BOMBEO DE AGUA SUBTERRÁNEA
El bombeo de agua subterránea típicamente produce un cono de
depresión alrededor de la ubicación del pozo
(Theis, 1940;
Ponce, 2006).
El tamaño del cono de depresión depende del volumen de captura,
correspondiendo los conos de mayor amplitud a los mayores
volúmenes de captura El nivel
freático y la zona capilar correspondiente se abaten como resultado del
bombeo. El abatimiento continuo de la
napa freática, en extensión espacial y temporal, está condenado
a imponer un estrés hídrico al ecosistema local. En casos
extremos, la vegetación podría secarse y morir como consecuencia directa del bombeo.
Se concluye que la viabilidad del bombeo de agua subterránea
está más asociada con la ecohidrología que con la hidrogeología.
Son necesarios estudios para determinar en qué medida una propuesta
de desarrollo de agua subterránea abatirá el nivel freático, y qué efecto
tendrá este abatimiento en el sustento de la vegetación
local. Se concluye que el bombeo no controlado o no regulado de aguas subterráneas
puede causar estrés hídrico en los ecosistemas locales, lo que eventualmente podría
llevar a su desaparición. El efecto resultante es
la aridización, es decir, la desertificación del paisaje, lo cual bajo
cualquier estándar es un impacto negativo.
Un caso ilustrativo es el roble vivo costero (Quercus agrifolia)
ubicado en Tierra del Sol, condado de San Diego, California, mostrado en la Fig. 8.
Este árbol, de edad estimada en por lo menos 100 años, murió en el año 2014,
presumiblemente debido al estrés hídrico y las consecuencias
derivadas de éste (Ponce, 2014).
6. RESUMEN
La necesidad del bombeo de agua subterránea
es contrastada con la necesidad de que los ecosistemas vegetacionales aprovechen
el agua y la humedad de varias fuentes en el medio ambiente.
Estas fuentes son: (a) precipitación, (b) agua superficial y escorrentía superficial;
(c) agua subsuperficial de la zona no saturada, (d) agua subterránea, y
(e) el aire. En general, las plantas dependen de una combinación de estas
fuentes para sus necesidades de agua, estando esta combinación
influenciada por el clima,
geología y geomorfología locales. Mientras que algunos ecosistemas usan
varias fuentes, otros se basan principalmente en una sola fuente.
Es probable que las plantas que dependen en gran medida de una sola
fuente experimenten estrés hídrico si esa fuente es sustancialmente
reducida o eliminada. El bombeo no controlado o no regulado de agua
subterránea podría potencialmente afectar en forma negativa el sustento
y la supervivencia de ecosistemas vegetacionales que dependen
principalmente de la humedad y del agua subterráneas.
En este caso, es fácil intuir la eventual aridización del ecosistema
resultante.
REFERENCIAS
Lee, C. H. 1915. The determination of safe yield of underground reservoirs of the closed-basin type. Transactions,
American Society of Civil Engineers, Vol. LXXVIII, Paper No. 1315, 148-218.
L'vovich, M. I. 1979. World water resources and their future. Translation from Russian by Raymond L. Nace, American Geophysical Union.
Meinzer, O. E. 1927.
Plants as indicators of ground water.
U.S. Geological Survey Water Supply Paper 577.
Montes, C., y O. Sala. 2007.
La evaluación de los ecosistemas del milenio.
Las relaciones entre el funcionamiento de los
ecosistemas y el bienestar humano. Ecosistemas, Vol. 3, No. 16, 137-147.
Ponce, V. M., R. P. Pandey, y S. Ercan. 2000. Characterization of drought across climatic spectrum.
Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, Vol. 5, No. 2, April, 222-224.
Ponce, V. M. 2006. Groundwater utilization and sustainability. Online article.
Ponce, V. M. 2007. Sustainable yield of groundwater. Online article.
Ponce, V. M. 2013.
Impact of Soitec solar projects on Boulevard and surrounding communities, San Diego County, California. Online article.
Ponce, V. M. 2014.
Effect of groundwater pumping on the health of arid vegetative ecosystems. Online article.
Ponce, V. M., M. I. Diaz, y L. A. Magallon. 2017.
The linear oasis: Ecohydrology of red shank. Online article.
Theis, C. V. 1940.
The source of water derived from wells: Essential factors controlling the response of an aquifer to
development.
Civil Engineering, Vol. 10, No. 5, May, 277-280.
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