Resumen del curso "Hidrología Ambiental Avanzada"
Impacto hidrológico y ambiental de la hidrovía en el Pantanal del Mato Grosso
Las acciones para
mejorar la navegación en el Río Alto Paraguay
mediante dragados y voladuras traerán como
resultado el aumento del coeficiente de escorrentía
y la eventual reducción
del área del Pantanal. El río está controlado por
numerosos afloramientos rocosos, los que impiden que se desarrolle
el autodragado, el que normalmente llega a 1.20 m. Si se elimina
mediante voladura
una obstrucción rocosa, es muy probable que otra obstrucción
aparezca. Esto puede desencadenar una serie de voladuras, las que eventualmente
secarían al Pantanal. Si se interviene agresivamente
en ríos controlados
por formaciones rocosas, se cambiará
toda la hidrología en forma permanente.
Propiedades físicas, químicas,
y biológicas del agua
El agua como compuesto
químico es singular en la Naturaleza. Su capacidad de regulación
térmica (control del clima), punto de congelación (haciendo
posible la vida acuática),
tensión superficial, capacidad solvente,
y sus propiedades químicas moleculares (pH y pE) la hacen
ideal para propiciar el desarrollo de la vida.
El problema del Lago Salton, California
El desarrollo
agrícola
del desierto del Valle Imperial, en California, EE.UU.,
desde los inicios del siglo XX,
ha creado el Lago Salton, el más grande repositorio de aguas servidas
provenientes de la agricultura, en el mundo.
Después de 100 años de operación,
el problema de la existencia de un basurero
donde antes no existía,
no parece tener una solución que sea a la vez
técnica
y económicamente viable. El problema se
entiende mejor con el nuevo concepto
de ingeniería de tiempo. El proyecto se llevó a cabo, en un principio,
por las ventajas económicas a materializar,
pero no se evaluó en forma detallada los impactos
ambientales negativos del desarrollo. Cien años después, la solución
se hace cada vez más difícil.
La isoyeta de 800 mm: Salud y esperanza
Un análisis
ambiental global,
que considera todos los insumos para la producción vegetal,
lleva a la conclusión
de que la isoyeta de 800 mm (ubicada en
el centro del espectro climático de precipitación)
es el lugar donde las condiciones son óptimas,
suficiente agua y nutrientes para apoyar la vida,
sin escasez de cualquiera de ellos.
En las zonas áridas, hay gran diversidad de nutrientes, pero no hay
agua suficiente;
habría que conducirla, usualmente con grandes costos ambientales debido al incremento
de la huella de carbono. Además,
habría que disponer de las sales adicionales
que trae el desarrollo agrícola
de zonas áridas, y esto no es fácil
si la zona siendo desarrollada está lejos
del océano.
Por otro lado, en las zonas húmedas
hay suficiente agua, pero no hay gran
diversidad de nutrientes, lo que limita la diversidad
de cultivos. Esto puede resolverse con fertilización selectiva,
pero esto es a riesgo
de la contaminación eventual de
los cursos de agua vecinos con un exceso de nutrientes, lo que
puede llevar a la eutroficación.
Los volcanes de lodo y su efecto en la agricultura
Los volcanes de lodo
son extrusiones de sólidos y gases que emanan de la Tierra en ciertos lugares.
Son similares a los volcanes normales, pero sin lava, y de mucho menor tamaño. Estos
volcancitos se producen en situaciones geológicas y geomorfológicas
que reunen en un lugar con presencia sedimentaria y tectonismo,
usualmente rocas sedimentarias yacientes debajo de
rocas más pesadas fracturadas, formándose diapiros. Este último
es una intrusión
que contiene un material dúctil,
deformable, y móvil,
a través de rocas suprayacentes
quebradizas. Debe evitarse la presencia de volcanes de lodo cerca
a proyectos de irrigación,
pues el material que emana de ellos es generalmente salino, y puede presentar
un problema de manejo. El ejemplo de la irrigación
Cabana-Mañazo, en Puno, Perú, es ilustrativo.
La producción neta de la selva amazónica
es muy pequeña
Es muy probable que
la selva amazónica y otras
similares a nivel mundial
no ayuden a remover el actual exceso de carbono
en la atmósfera debido a la quema de combustible fósiles.
Esto se debe a que estos
ecosistemas tienen mínima producción neta,
es decir, la diferencia entre
la fotosíntesis y la respiración.
Las cadenas tróficas están muy bien desarrolladas,
y el carbono que entra al sistema por fotosíntesis sale inmediatemente a través
de respiración.
Éste no es el caso
en regiones templadas, en las cuales hay producción neta, o secuestro
neto, de carbono. De otro lado, en los desiertos
no hay ni producción ni
respiración en grandes cantidades; por lo tanto,
la producción neta también es pequeña.
Sólo en el centro del espectro climático de precipitación
se presentan las condiciones óptimas
para el secuestro apropiado de carbono por la vegetación.
Influencia de la antropogenia en el ciclo de carbono
-
El efecto del transporte y la industria contemporáneos:
La acumulación de dióxido
de carbono en la atmósfera
debido a la quema de combustibles
fósiles, lo que ha traído como consecuencia
la elevación de la concentración al valor actual de 410 ppm, y continúa
creciendo.
El efecto de la
Combustión Artificial Indirecta Permanente (CAIP), lo que resulta
de la progresiva conversión de bosques a llanuras, de llanuras a agricultura, y
de agricultura a zona urbana. En esta
última instancia, la pavimentación
con concreto o asfalto elimina la vegetación, lo que
corta el proceso de fotosíntesis, constituyendo así un proceso
de combustión indirecta, pues causa el mismo resultado: La acumulación
de carbono en la atmósfera.
El océano como término de las sales
Los océanos son el término de
las sales, sobre todo el cloruro de sodio, el cual es mayormente un desperdicio, pues no es
usado en las
cantidades en que se presenta. Se concluye que el océano debe también
ser el término de las
sales producidas por la agricultura irrigada. De no ser así,
habría que acumular estas sales,
de origen antropogénico, en el interior de los continentes, y esto no es sustentable.
La abertura del ciclo de nitrógeno en zonas inundables
En regiones estacionalmente inundables,
como las de los pantanales cercanos a ríos tropicales, es necesario abrir artificialmente
el ciclo de nitrógeno si se desea exportar los productos de la agricultura.
En estos lugares, la Naturaleza produce períodos secuenciales
húmedos y secos en los suelos,
lo que tiende a cerrar el ciclo de nitrógeno,
mediante la producción, primero de amonio,
luego de nitritos, luego de nitratos, y finalmente,
del gas nitrógeno molecular N2 (denitrificación), el que escapa al aire,
cerrando el ciclo y así disminuyendo la fertilidad del terreno. El ejemplo
de los Llanos de Mojos, en el Beni, Bolivia, es illustrativo.
La geomorfología como herramienta clave en la ecohidroclimatología
En la conjunción
de las ciencias de ecohidrología e hidroclimatología,
la geomorfología cumple un papel preponderante. La geomorfología
explica adecuadamente
los varios procesos físicos, químicos, y biológicos
que tienen lugar en los ecosistemas
para la producción de materia vegetal.
La geomorfología condiciona los procesos hidrológicos, particularmente
la interacción entre las diversas fuentes de agua en un ecosistema, es decir,
superficial,
vadosa, y subterránea. La geomorfología es la base de la ecohidroclimatologia,
la cual estudia y explica los procesos biológicos
en los ecosistemas, tanto naturales como artificiales.
La interacción con el agua subterránea y agua atmosférica
Los ecosistemas naturales y artificiales
interaccionan con el
agua subterránea y el agua atmosférica en la satisfación
de sus necesidades hídricas. Un ejemplo del primero lo constituyen los ecosistemas riparios, o riberinos,
los cuales están muy bien distribuidos a nivel global. Un ejemplo del segundo
es el Cerro El Consuelo, cerca de San Francisco,
en la provincia de Loja, Ecuador, en el cual llueve
2200 mm por pluviometro, pero el total, incluyendo la precipitación horizontal, es de
6,259 mm, debida a la niebla local.
El oasis linear en los desiertos semiáridos
con acuíferos de roca fracturada
En acuíferos
de roca fracturada ubicados
en zonas semiáridas se puede presentar el efecto del oasis lineal;
por ejemplo, el oasis lineal de chamizo colorado
en la localidad de Tierra del Sol, en el condado de San Diego,
California. El bombeo excesivo de este tipo de acuíferos puede traer consigo
el secado del oasis linear, pues como cualquier otro oasis, se alimenta de exfiltraciones, en este caso,
a través de las fracturas. Esto atenta contra la salud ambiental
del ecosistema; por lo tanto, no es sustentable. Todo ataque a la vegetación natural
debe considerarse como un impacto negativo, el cual puede aumentar el calentamiento global.
Los factores que afectan la precipitación
Las causales de la
precipitación a nivel local, regional, mesoescala, y global son muy
complejas, y deben tomarse
en cuenta en el análisis de disponibilidad de agua, tanto local
como regional. Los factores son:
Latitud
Corrientes oceánicas
Corrientes atmosféricas
Proximidad a fuente de humedad
Posición continental relativa
Estación del año
Orografía en las proximidades
Condición de la superficie del terreno
(textura, color, contenido de humedad)
Partículas atmosféricas, naturales o artificiales (incendios o erupciones volcánicas).
Los dos últimos factores pueden estar sujetos a antropogenia.
El efecto albedo
El albedo, y sus modificaciones,
naturales o artificiales, espaciales y/o temporales, pueden causar cambios en la
precipitación. El propósito de un proyecto, debe ser, en la medida de lo posible,
mantener o reducir el albedo. De acuerdo a los estudios de Budyko y otros investigadores,
el aumento del albedo puede llevar a la eventual reducción de la precipitación y
la consiguiente
desecación del medio ambiente. Esto no es sostenible y debe evitarse.
El número de la curva
El método del número de la curva, usado en el
cálculo de la hidrología de inundaciones, es holístico,
pues su estructura conceptual lo
habilita para considerar los procesos importantes normalmente actuantes en la infiltración,
como son el flujo a través de medios porosos y el efecto de los macroporos
producido por las raíces. Los métodos
físicos o químicos no toman
en cuenta los procesos biológicos. El método
del número
de la curva ha demostrado, a través
de los últimos cincuenta años, que no se lo ha podido superar.
La frecuencia de 100 años
El valor de 100 años de período
de retorno es un referente desarrollado en los EE.UU., aplicable para
regiones en las cuales las inundaciones a ser usadas para
diseño no son muy frecuentes.
Por lo tanto, la avenida que se repite en promedio cada 100 años
puede ser tomada como referencia.
Esto no es aplicable a regiones más húmedas o con geomorfología inusual,
como el río Alto
Paraguay,
en el Pantanal del Mato Grosso, donde las avenidas de referencia
se suceden cada 10 años en promedio.
Método de Penman-Monteith para el cálculo
de evapotranspiración Este método
ha sido recomendado por la FAO para cálculos
de evapotranspiración. El método
está basado en el método
original de Penman, que data del año 1948. La diferencia entre ambos
métodos es que en el método de Penman-Monteith,
el componente de transferencia de masa es calculado usando principios
físicos.
En el método original de Penman, este componente es empírico.
El método de Penman-Monteith está basado en dos
parametros, la resistencia externa, o hidrodinámica, y la
resistencia interna, es decir, superficial, o estomatal.
Curva de caída del oxígeno
disuelto Se ha desarrollado un modelo
de la curva de caída del oxígeno
disuelto en un curso de agua
afectado por una descarga de aguas servidas municipales.
Este modelo es similar al de la ecuación
de Streeter-Phelps convencional de 1926,
pero por ser la solución numérica en vez de analítica,
se evita la singularidad
en el caso del mismo valor de los parámetros
de oxigenación y deoxigenación. El cálculo
en línea es simple
y rápido.
Creager y la difusión de la escorrentía
Se presenta la ecuación
de
Creager y su cálculo en línea.
La ecuación modela en forma
simple el pico de avenida, en función del tamaño de la cuenca.
El método
de Creager está basado
en el principio de difusión de la eacorrentía,
por medio del cual
el caudal unitario pico (caudal pico por unidad de área) disminuye conforme aumenta
el tamaño de la cuenca. El método se ha usado desde 1940 a nivel global
en el diseño de
aliviaderos (vertederos) de represas.
El derecho de la Naturaleza de disponer de sus residuos salinos
Se documenta el principio
de Pillsbury, por el cual debe emularse el derecho de la
Naturaleza a
usar los cursos de agua (ríos, corrientes)
para transportar al océano los residuos
salinos que crea la vegetación al usar el agua en sus actividades
fisiológicas y desechar las sales que llegan con el agua.
El manejo de las sales en la irrigación Las sales adicionales
producidas por la irrigación y otros usos, domésticos
e industriales,
están siendo manejadas de diversas maneras en California.
Por ejemplo, en la cuenca del Valle Imperial,
las sales y otros residuos
están siendo acumuladas en un lago convenientemente
cercano (el Lago Salton), el cual se encuentra mayormente
fuera de la vista. En la cuenca del Lago Tulare,
las sales están siendo acumuladas en lagunas de evaporación.
Aguas abajo, en la cuenca del Río San Joaquín, una parte de las sales
drenan al océano, y otras no (en la Unidad San Luis).
En este último caso, la solución actual
es la reducción de la cantidad de aguas de drenaje mediante
el abandono de tierras anteriormente irrigadas.
El problema del valle del río
Vítor,
Arequipa, Perú El desarrollo de proyectos de irrigación en las pampas de La Joya, San Isidro, y La Cano, en Arequipa,
Perú, a partir del año 1940, ha causado serios
problemas ambientales
en el valle del río Vítor, adyacente y limitante con las pampas.
El problema es dual: (1) el incremento en la salinidad
del río Vítor,
conforme las aguas servidas de la irrigación llegan al río;
y (2) el
deslizamiento de los taludes del valle con sección en U,
de 220 m de altura,
lo cual provée un enorme gradiente hidráulico para la evacuación de
los drenajes incontrolados que bajan de las pampas. El problema de la
desestabilización de los taludes
puede mitigarse disminuyendo el volumen de drenaje. Otra posible solución es
la estabilización mecánica
de los taludes inestables. El incremento de la salinidad del río
Vítor es un problema
difícil, como se ha demostrado ampliamente
en otros lugares.
La fracción de lavado en la irrigación Es absolutamente necesario aplicar
más agua que el uso consuntivo en la irrigación, con el fin de lixiviar
(lavar) las sales acumuladas por el proceso de evapotransporación.
La fracción de lavado, en porcentaje del agua
aplicada para el uso consuntivo, depende del tipo de cultivo y de las salinidades locales
del agua y del suelo. Los valores usualmente varían
entre 0.1 y 0.2, pero pueden
llegar a alcanzar hasta 0.5 en casos aislados. Es recomendable
ejecutar estudios de campo para determinar el balance de sales, es decir,
el origen, transporte, y destino de todos los tipos de sales.
Un foco del estudio debe ser cómo afectan las aguas, tanto
aquéllas
relativamente
bajas en sales como las relativamente altas, a los suelos nuevos, de zonas
áridas o semiáridas.
Métodos para la evaluación del impacto ambiental
Se han presentado
variados estudios de impacto ambiental, para proyectos de
navegación, represas, basureros, etc.,
incluyendo las metodologías
para la evaluación. Los métodos
de Leopold y Batelle,
clásicos de la práctica
de los EE.UU., se han explicado y aplicado en detalle.
La evaluación del impacto ambiental debe ser ejecutado por un equipo
interdisciplinario que involucre, por lo mínimo,
las tres disciplinas básicas
de las ciencias naturales: física,
química, y biología,
sin descuidar los aspectos económicos,
sociales, e institucionales relacionados.
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