Presas subterráneas para almacenamiento de aguas subterráneas en regiones semiáridas del Nordeste de Brasil

El agua es un recurso escaso en la región semiárida del nordeste de Brasil. Según Shubo et al. (2020), en el campo brasileño, especialmente en la región semiárida, hubo una falta de lluvias durante el período de tiempo de 1981-2019. Los modelos climáticos muestran una tendencia hacia el aumento de la frecuencia e intensidad de las sequías y la duración de los períodos secos en el noreste, como ya ha ocurrido en algunas regiones brasileñas (Denys et al. , 2016, en Shubo et al., op.cit. ). De 2012 a 2017 otra gran sequía afectó a la región semiárida y 2015 fue considerado el año más crítico de ese período (Shubo et al., op.cit. ).

In Cirilo, Costa (1999)

La sequía de la década de 1990 ha llevado al desarrollo de presas subterráneas, con el objetivo de almacenar y proporcionar agua a pequeñas aldeas o comunidades y a las actividades agrícolas, al tiempo que las personas pueden continuar viviendo y evitar su migración a las principales ciudades. Las presas tienen la ventaja de poder almacenar mayores volúmenes de agua que los acuíferos aluviales naturales adyacentes. Las presas también son menos susceptibles a las perdidas por evapotranspiración del agua almacenada.

Explicación detallada

Descripción general

Esta descripción es una adaptación de Shubo et al. (2020), considerando también las contribuciones de Costa (2004).
Una presa subterránea permite que el agua de lluvia se almacene bajo los lechos de los ríos durante las temporadas de lluvias, con el fin que está disponible para la estación seca. Aunque, su construcción debe cumplir con algunos requisitos técnicos con respecto a su ubicación: el material debe ser predominantemente arenoso; la pendiente debe ser lo más plana posible; la profundidad de la capa impermeable debe ser superior a 1,5 m por debajo del lecho del río; el sitio de construcción debe estar en la parte más estrecha del lecho del río; evitando la cabecera donde la cantidad de agua es menor; y el área de recarga aguas arriba de la presa debe ser de al menos 1 km de material de aluvión. En cuanto a la calidad del agua, las bajas tasas de salinidad son esenciales para hacer factible su implementación y esto debe abordarse antes de construir la presa.

La idea central de su funcionamiento es restringir el flujo del acuífero aluvial mediante la construcción de un muro transversal impermeable, elevando así el nivel freático aguas arriba. En Brasil, hay dos tipos de presas subterráneas adecuadas a las características locales: el tipo sumergido, también conocido como el tipo Costa & Melo y el tipo sumergible. Ambos hacen uso de un muro impermeable enterrado para restringir el flujo subterráneo y están equipados con un pozo tipo Amazonas para permitir el uso del agua acumulada en la zona saturada. Para construir el muro, se cava una zanja hasta la capa impermeable. Luego, se coloca una manta de plástico sobre el muro y se cubre con el material excavado, para bloquear el flujo de agua subterránea. Existen otros tipos de opciones impermeabilizantes, como se describe en Costa (2004).

El primer tipo, conocido como presa subterránea tipo Costa & Melo (presa sumergida), es adecuado para el lecho fluvial de arroyos temporales donde el espesor de la capa sedimentaria es superior a 1,5 m. Este estilo de construcción utiliza un muro impermeable que está totalmente enterrado, reteniendo solo el flujo de agua subterránea, haciendo que el nivel freático en el aluvión se eleve aguas arriba de la barrera. No hay restricción física para la escorrentía.

En la región semiárida brasileña, principalmente en los estados de Pernambuco, Ceará y Rio Grande do Norte, esta es una de las técnicas más aplicadas para hacer frente a la escasez de agua. Figura. 4 muestra un esquema de una presa subterránea tipo Costa & Melo.

Fig. 4 – Esquema de una presa subterránea costa y melo (Fuente: Cirilo, Costa, 1999)

Fig. 5 – Esquema de una presa subterránea sumergible (arriba: vista de la planta, abajo; sección transversal). Fuente: Shubo et al. (2020)

En el segundo tipo de presa subterránea, la presa subterránea sumergible, aparte del muro enterrado, hay otra hecha de rocas, ladrillos o arcilla sobre el lecho del río. Esta barrera hace que el flujo superficial se extienda sobre la tierra, creando un estanque de agua que dura hasta dos o tres meses después del final de la estación húmeda. El proceso de formación lacustre genera una acumulación gradual de sedimentos, aumentando el espesor del suelo aguas arriba de la presa, proporcionando un aumento de la capacidad de almacenamiento a lo largo del tiempo, como sucede en las presas de arena. Esta técnica es adecuada para ríos pequeños.

Esta presa sobre el lecho del río está equipada con un aliviadero de hormigón para derramar el exceso de agua y preservar la presa sobre el suelo, limitando el nivel del agua. Aguas arriba, cerca de la presa, se construye un pozo de gran diámetro para recuperar el agua para el riego y para otros usos, como el suministro de agua del ganado cuando el nivel del agua cae por debajo del nivel del suelo. La Figura. 5 muestra un esquema de la presa subterránea sumergible.
A continuación se presenta una descripción más detallada, pero sintetizada, del procedimiento de construcción de una presa subterránea tipo Costa & Melo.

Descripción más detallada de una presa subterránea de Costa & Melo.

Este texto describe los conceptos básicos para la construcción de la presa Costa & Melo, basados en el trabajo de Costa (2004).
Este modelo de presa fue desarrollado por los investigadores de la UFPE, Waldir D. Costa y Pedro G. de Melo, a principios de la década de 1980, y adaptado a las condiciones locales por el primer investigador.

Consiste en: (1) excavación de una zanja recta normal a la dirección del arroyo; (2) ubicación de un muro impermeable dentro de la zanja; (3) construir uno o más pozos de gran diámetro, uno de ellos ubicado junto al muro impermeable y que contenga drenajes a lo largo de la zanja; (4) relleno superficial de roca, en la superficie, en el lado descendente del muro impermeable; (5) la aplicación de uno o más piezómetros para mejorar la superficie de aluvión influenciada por la presa.
Las principales ventajas son: (1) la ejecución es rápida (1 a 2 días si se utiliza maquinaria); (2) bajos costos de construcción; (3) pueden construirse utilizando mano de obra local; (4) permite controlar la salinidad y el nivel del agua; (5) puede ser utilizado para múltiples usos de agua.

La principal desventaja es que requiere condiciones físicas locales ya indicadas en la sección anterior.
Uno de los principales temas para implementar una presa subterránea son los aspectos sociales y la demanda de agua. Es crucial que las oportunidades que brinda la construcción de la presa sean reconocidas por la comunidad local y que su propietario se comprometa a preservarla y explotarla al máximo de su disponibilidad de agua, principalmente mediante el cultivo de los cultivos adecuados.

Previo a la construcción de la presa, y para localizar sitios con las condiciones adecuadas, se deben desarrollar algunas actividades:
(1) Encuesta de datos: búsqueda de comunidades locales necesitadas y, si este es el caso, las condiciones para cultivar cultivos de regadío; datos climáticos; informes hidrogeológicos; mapas topográficos y geológicos, mapas fotográficos; (2) análisis de la encuesta de datos en busca de las condiciones físicas adecuadas; (3) estudio de campo, incluida la calidad del agua; (4) geológico con o sin perfil geofísico, con el fin de definir la geometría del lecho de aluvión y su granulometría; (5) si es posible y justificable, ensayos de perforación y bombeo de pozos para definir las propiedades hidráulicas del aluvión; y recolección de agua para análisis químicos; (6) proyecto de la presa subsuperficial, considerando: a) longitud de la presa, b) profundidad media de la zanja, c) anchura de zanja, d) tipo de muro recomendado, e) tipo de pozo de gran diámetro, f) número de pozos necesarios, dependiendo de la extensión del aluvión, g) número y ubicación de los piezómetros; (7) informe final concluyente.
Costa (2004) repasa una descripción exhaustiva de todos los detalles constructivos de la presa subterránea. Para obtener más información, se anima al lector a leer esta referencia (en portugués).

Solo una observación, relacionada con el pozo de bombeo de gran diámetro, que se ubicará en la parte más profunda del aluvión aguas arriba de la presa: además de permitir un uso completo de las aguas subterráneas, da condiciones para agotar el acuífero durante el período de las primeras precipitaciones anuales. Esta acción renueva el agua almacenada, evitando así procesos de salinización debido a la evaporación progresiva.

Evidencia de beneficios de la implementación

Ventajas de las presas subterráneas

Algunas de las principales ventajas de estas presas son, desde un punto de vista técnico [3]:

• La tecnología utilizada detrás de estas presas es muy simple. De hecho, aparte de los pozos comunitarios, estas represas son el sistema más simple y efectivo para atender las necesidades de agua de las comunidades más pobres de Brasil.
• Estas presas son altamente económicas, ya que se construyen utilizando recursos y tecnología disponibles localmente.
• Estas presas también son fáciles de instalar, ya que no requieren experiencia externa para su operación y mantenimiento.
• En comparación con los embalses de aguas superficiales, estas presas tienen tasas de evaporación muy bajas.
• Al estar basados en tecnología simple, se pueden implementar fácilmente junto con otras tecnologías como técnicas de conservación del suelo y el agua, y cavar pozos río arriba.

Desde el punto de vista social y agrícola (Silva et al., 2021):

• Contribución a la soberanía alimentaria y seguridad nutricional de la familia;
• Mayor acceso y usos múltiples del agua;
• Diversificación e integración, proporcionando mayor resiliencia y sostenibilidad a los agroecosistemas familiares;
• Fortalecer la inclusión social y la organización productiva de las mujeres y los jóvenes;
• El excedente se vende en los mercados libres locales;
• Crea un espacio solidario autogestionado y dirigido por agricultores;
• Está alineado con cinco de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de la ONU: 1, 2, 5, 6 y 13.

Desventajas de las presas subterráneas


A veces, las presas instaladas tienen fugas o no proporcionan agua de buena calidad, lo que demuestra que muchos problemas vitales deben abordarse antes de que la construcción de estas presas se lleve a cabo dentro de un valle aluvial determinado a gran escala.

Esto puede ser resuelto mediante las prácticas operativas y de monitoreo adecuado de la explotación de los aluviones y sus cultivos.

Una desventaja general de la construcción de las presas subterráneas puede ser la reducción del flujo de base, lo que afecta a algunos ecosistemas dependientes de las aguas subterráneas.