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