Uso de la recarga gestionada de acuíferos para mitigar la intrusión de agua salada en un acuífero costero del sur de Malta
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La Agencia Maltesa de Energía y Agua, a través de la financiación de investigación de la Unión Europea, implementó una serie de experimentos de inyección de pozos utilizando aguas residuales tratadas para frenar el avance de la intrusión de agua salada en la principal fuente de agua dulce de la isla de Malta, el acuífero inferior está formado por piedra caliza kárstica. La sobreexplotación de las aguas subterráneas y los cambios esperados en los patrones de lluvia debido al cambio climático impulsan la priorización de la protección de esta fuente, la más importante de la región. El esquema MAR desarrollado mostró que, aunque no se lograron resultados considerables, junto con otros métodos asociados con la agricultura y la reducción del uso del agua industrial y la reutilización de aguas residuales tratadas, MAR es una metodología complementaria para ayudar a hacer frente a los desafíos del futuro cercano.
Entidad responsable
La implementación de la Recarga Gestionada de Acuíferos para mitigar el avance del agua salada en los acuíferos malteses fue propuesta por primera vez por la Agencia de Energía y Agua (EWA), una agencia gubernamental del Ministerio de Energía, Energía y Desarrollo Sostenible de Malta. Su objetivo es implementar políticas nacionales en los sectores del agua y la energía para garantizar la seguridad, la sostenibilidad y la accesibilidad a la energía y el agua en Malta.
EWA se asoció con la Corporación de Servicios de Agua de Malta (WSC), una entidad pública responsable de la producción y distribución de agua potable y la recolección y tratamiento de aguas residuales en las islas. También diseña, construye y vende equipos dedicados de desalinización y procesamiento de agua y proporciona servicios de laboratorio acreditados a la industria, hoteles y particulares.
Entorno institucional
La Estrategia Nacional de Adaptación al Cambio Climático de Malta, principalmente la gestión del agua es impulsada a través de la base de los Planes de Gestión de la Captación de Agua (WCMP). Según la Autoridad de Recursos de Malta, estos planes, al igual que otros planes de captación implementados en toda la UE, representan un enfoque holístico para abordar los problemas del agua, teniendo en cuenta los impactos en la salud, la biodiversidad, el paisaje, el suelo y el clima. Los objetivos relacionados con las aguas subterráneas incluyen los siguientes:
- Prevenir el deterioro del estado de las masas de agua subterránea.
- Proteger, mejorar y restaurar todos los cuerpos de agua subterránea.
- Prevenir y limitar la entrada de contaminantes a las aguas subterráneas.
- Revertir cualquier tendencia significativa al alza de contaminantes en las aguas subterráneas.
- Lograr un buen estado cualitativo y cuantitativo de las aguas subterráneas para 2015 o en circunstancias específicas para 2021 y 2027
El segundo WCMP (2015-2021) (EWA, 2015) preveía una reducción del uso de aguas subterráneas mediante el aumento del uso eficiente, el reciclaje / reutilización de los recursos hídricos y la sustitución de suministros mediante el uso de recursos alternativos como la reutilización del agua, el reciclaje de aguas grises, las medidas de eficiencia hídrica, la recarga gestionada de acuíferos y la optimización del uso del agua por parte del sector comercial y agrícola (Fig. 1).
Entorno geográfico
El archipiélago maltés consta de tres islas habitadas (Malta, Gozo y Comino).
La aplicación “Aqueduct Water Risk Atlas” caracteriza a Malta como una área con un índice de estrés hídrico muy alto – la relación entre las extracciones totales de agua y los recursos disponibles de agua superficial y subterránea – con riesgo medio de sequía y una variabilidad estacional del agua media-alta (Hofste et al., 2019) con un clima mediterráneo semiárido (Sapiano, 2020). El agua dulce es un recurso escaso en el archipiélago maltés, ya que sus condiciones geológicas no permiten un almacenamiento eficiente de agua superficial. Las islas comprenden una sucesión de calizas terciarias y margas con escasos depósitos cuaternarios (Barbagli et al., 2021). Las características geológicas dan como resultado dos tipos principales de acuíferos: cuerpos de agua subterránea pequeños, encaramados, y los cuerpos de agua subterránea principales inferiores del nivel del mar que sostienen lentes flotantes de agua subterránea en contacto directo con agua salada (Lotti et al., 2021). El segundo se conoce comúnmente como el acuífero del nivel medio del mar de Malta (MSL).
Junto con una de las densidades de población más altas del mundo y la presión turística, con un aumento estacional máximo en los meses más secos con alrededor de 550 mm / año, siendo los meses más relevantes septiembre y abril (Sapiano, 2020), esto crea un mayor desafío en la gestión de los recursos hídricos. En 2014, alrededor del 60% del agua dulce natural producida se extraía de fuentes de agua subterránea para hacer frente a la demanda nacional (EWA, 2015).
Se esperan impactos del cambio climático en la disminución de la precipitación media anual, con eventos de precipitación extremadamente altos que generen precipitaciones y resultan en la disminución de la recarga de acuíferos (EWA, 2015; Sapiano, 2020).
La desalinización del agua de mar se ha convertido en una de las fuentes más importantes de agua dulce en Malta, representando hoy más del 60% del suministro público de agua potable (Sapiano, 2020). El agua subterránea extraída de la región sur del sistema acuífero MSL muestra una concentración característicamente alta de cloruro. Este deterioro de la calidad ha sido el resultado de la intrusión de agua salada en respuesta a las tasas de extracción de agua subterránea históricamente altas registradas en la zona, particularmente de la extracción privada para fines agrícolas. Esta situación ha dado lugar a la interrupción de la extracción de agua subterránea para el suministro público en esta región desde principios de la década de 1990.
Explicación detallada
La formación lower Coralline Limestone representa la formación acuífera más importante de las islas maltesas y apoya el acuífero MSL. La porosidad primaria de la formación es muy variable y sugiere que una gran parte del poro-espacio primario no está interconectado, y la porosidad efectiva de la formación está relacionada principalmente con la permeabilidad de la fractura. Las fracturas van desde microfisuras hasta cavidades kársticas (Barbagli et al., 2021; Sapiano, 2020).
La planta piloto de Malta se encuentra en la zona costera del sureste, Ta Barkat, a 130 m de la costa, cerca de una planta de tratamiento de aguas residuales (EDAR) que proporciona un efluente tratado para la inyección (Fig. 2). Geológicamente, el área muestra cavidades kársticas, y que están influenciadas por los efectos de las mareas y con una profundidad de interfaz agua dulce-salada de alrededor de 25-30 m (Sapiano, 2015).
El agua de inyección se transportó a través de una tubería de HDPE de 75 mm de diámetro desde la planta de pulido hasta los pozos de recarga a través de una red de 300 m que conecta todos los pozos de recarga y que fue desarrollada por el socio del proyecto, Water Services Corporation (Fig. 3). El monitoreo del esquema MAR se llevó a cabo a través de cuatro pozos ubicados más hacia el interior. Los procedimientos experimentales de inyección se iniciaron en octubre de 2016 y se mantuvieron durante el período de seis meses posterior, hasta finales de marzo de 2017 utilizando seis pozos de recarga (Sapiano, 2017).
Las lecturas de conductividad eléctrica y temperatura no mostraron impactos relevantes en el experimento y se observó un aumento local en la cabeza hidráulica alrededor de los pozos de inyección. Se espera una descarga a largo plazo de la interfaz hacia la costa con la continua inyección. Las actividades de extracción de terceros en el área posiblemente hicieron que los cambios en el nivel del agua debido al evento de recarga artificial fueran más difíciles de identificar.
La implementación de MAR en Ta Barkat fue pensada como un sitio de prueba para evaluar el impacto práctico de MAR en un sistema de aguas subterráneas costeras y ayudar a guiar el desarrollo de un sistema MAR ampliado tierra adentro en una región donde el sistema acuífero muestra mejores características, es decir, donde un aumento en la cabeza hidráulica cambiaría los gradientes hidráulicos y limitaría el flujo de salida de agua subterránea de las regiones centrales.
Reseña histórica
Los métodos alternativos para gestionar el agua son históricamente comunes en Malta. La recolección de agua de lluvia es una práctica antigua con las primeras construcciones que se remontan al Neolítico. A nivel nacional, la escorrentía se recoge y gestiona a través de pequeñas presas construidas junto con los principales sistemas de valles, cuyas estructuras también permiten un cierto nivel de MAR a los sistemas acuíferos subyacentes a nivel del mar (Sapiano, 2020).
El efluente de aguas residuales tratadas ofrecía una alternativa potencial al agua dulce en el riego si se aplica un tratamiento de salinización correcto (Mangion et al., 2005), pero también una fuente para otros usos alternativos como MAR.
El proyecto MAR se inició durante el 1er Ciclo de Gestión de Cuencas (EWA, 2015), financiado por el Proyecto MARSOL de la UE (Programa Marco 7) y tenía como objetivo desarrollar un marco regulatorio para la autorización de MAR bajo las Directivas de la UE sobre aguas subterráneas e impacto ambiental.
Otros proyectos experimentales de MAR se probaron en modelos numéricos paralelos al sitio experimental de Ta Barkat. Un modelo de agua subterránea 3D a gran escala del sector sur del acuífero MSL se desarrolló para estudiar dos escenarios: No se produce inyección de agua; inyección en un hipotético campo de pozo con una tasa de inyección uniforme de 2 hm3 / año durante 10 años (Monteiro et al., 2016). Esos volúmenes corresponden al excedente en aguas residuales tratadas (New Water). Los resultados fueron prometedores ya que el nivel de agua subterránea aumentó y se observó una disminución en la relación agua de mar-agua dulce, aunque los efectos se limitaron geográficamente a las áreas cercanas a los pozos de inyección (Fig. 4).
El modelado de seguimiento de partículas mostró que las aguas residuales inyectadas fluyen hacia el mar, a diferencia de la dirección de los pozos de suministro público existentes, lo que no afecta la calidad del agua extraída para el suministro.
Evidencia de beneficios de la implementación
Desde una perspectiva técnica, los beneficios esperados de un esquema MAR en un sistema acuífero de este tipo son de dos tipos (Sapiano, 2017). En primer lugar, el sistema MAR conducirá a un aumento de los niveles de agua en la zona costera, lo que dará lugar a una disminución global de la interfaz agua dulce-agua salada. Una lente flotante de agua dulce más gruesa limitará el avance de la intrusión debajo de las estaciones de extracción protegiendo o mejorando la calidad del agua subterránea extraída (Fig. 5).
En segundo lugar, la inyección crea una elevación que limita el flujo hacia el exterior de agua dulce desde las regiones centrales del sistema acuífero. Las cabezas hidráulicas más altas alrededor del sitio MAR modificarían las condiciones de flujo de agua subterránea al inducir un componente de flujo de agua subterránea hacia adentro que bloquea el agua infiltrada de forma natural (mayor calidad) en las regiones interiores del sistema acuífero, descargando preferentemente las aguas de recarga. Esto también puede eliminar los contaminantes del sistema acuífero costero, teniendo también un efecto beneficioso de «limpieza» aguas debajo de la área MAR.
Potencial de replicación en la región SUDOE
El uso de MAR como herramienta para frenar la intrusión de agua salada ha sido investigado extensivamente en modelos numéricos en estudios de casos en todo el mundo con resultados favorables (Allow, 2012; Masciopinto, 2013; Lu et al., 2017; Armanuos et al., 2019; Armanuos et al., 2020; El Alfy et al., 2020).
La implementación a escala real de tales esquemas, generalmente conocidos como barreras de agua salada, es común en los Estados Unidos, particularmente en California, con cierto grado de éxito. En Los Ángeles, los pozos de inyección se han utilizado desde principios de 1950 para obstaculizar el avance de la intrusión de agua salada (Herndon y Markus, 2014). En 1975, el Distrito de Agua del Condado de Orange estableció una «fábrica de agua» en la que las aguas residuales tratadas también se utilizan para contrarrestar la intrusión de agua salada (Kiparsky et al., 2021). En Europa, se probó un proyecto de barrera de inyección de agua de mar utilizando agua regenerada en el acuífero del delta del Llobregat (Barcelona, España) con una mejora significativa de la calidad del agua subterránea (Ortuño et al., 2012).
El principal obstáculo asociado con la MAR es principalmente de tipo económico y no la necesidad de resolver inmediatamente un problema ambiental o de escasez. Se espera que los planes MAR en las regiones costeras pierdan una fracción significativa del volumen inyectado por la descarga del acuífero en el mar. Desde una perspectiva de política y planificación, la energía gastada en la generación de agua tratada como reemplazo de las aguas subterráneas que finalmente no se recuperarán puede verse como una inversión deficiente y se pueden aplicar otros métodos, como la adopción de políticas de ahorro de agua, antes de la realización de cualquier proyecto MAR. Los beneficios visibles solo se lograrán después de un largo período de implementación de MAR debido a la dinámica común de las aguas subterráneas (es decir, velocidades muy bajas en comparación con las aguas superficiales). Teniendo en cuenta las condiciones hidrogeológicas de Malta, los patrones actuales de demanda de agua y la calidad del agua producida por la planta de pulido de Ta Barkat, MAR debe considerarse como una «última» solución para maximizar los beneficios de los recursos o una solución complementaria a desafíos de gestión muy específicos (Sapiano, 2017).
Perspectivas de futuro
MAR para prevenir la intrusión de agua salada en Malta es una realidad de futuro cercano. El proyecto integrado LIFE de la UE está en curso, con el objetivo de impulsar la aplicación del 2º Plan hidrológico de cuenca (RBMP) de Malta y el logro de los objetivos medioambientales de la Directiva Marco del Agua (). El proyecto revisa los desafíos de la escasez de agua, la alta densidad de población y los desafíos de vulnerabilidad a la intrusión salina y, como una de las dieciséis acciones, ha desarrollado un proyecto piloto MAR en el cuerpo de agua subterránea de Pwales, en la parte norte de la isla de Malta. El esquema MAR inyectará aguas residuales pulidas, inicialmente utilizadas para el riego, de una EDAR cercana durante los períodos en que la demanda de agua es baja durante los meses más lluviosos. La planta, operada y en propiedad de WSC, recibe agua de la parte norte de Malta y, después del tratamiento biológico, se somete a ultrafiltración, ósmosis inversa y un proceso de oxidación avanzada para producir agua regenerada adecuada para el riego sin restricciones y sin comprometer los suelos ni los acuíferos.
Esta acción se basará en un primer momento en la modelización numérica, de forma similar a MARSOL, que evaluará la viabilidad del método. Las investigaciones y modelos de este plan piloto de MAR serán llevados a cabo por un investigador en etapa inicial como parte de la Red de Formación en Soluciones de Recarga de Acuíferos Gestionados (MARSoluT), una Red de Formación Innovadora (ITN) de cuatro años de duración de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA) financiada por la Comisión Europea.
Puntos clave del método innovador
- Se espera que el plan piloto frene la intrusión de agua salada causada por la sobreexplotación de las aguas subterráneas y la disminución de la recarga natural.
- Hace uso de aguas residuales tratadas de alta calidad que no comprometen la calidad del agua subterránea si se inyectan.
- El monitoreo mostró impactos residuales en términos de mejoras en el nivel de las aguas subterráneas.
- La metodología es más eficaz como herramienta complementaria de recursos hídricos, junto con políticas de ahorro de agua.
- La implementación de este año allanó el camino para los experimentos MAR que se espera que se lleven a cabo en otro sitio en la región norte de Malta utilizando agua regenerada (aguas residuales tratadas).
- Similares «barreras» de intrusión salina son conocidas con éxito en Europa y los Estados Unidos de América.
Agradecimientos
Esta práctica innovadora fue sugerida por João Simão Pires de Portuguese Water Partnership (PWP).
Referencias
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Armanuos, A.M., Ibrahim, M.G., Mahmod, W.E., Takemura, J., Yoshimura, C., 2019. Analysing the Combined Effect of Barrier Wall and Freshwater Injection Countermeasures on Controlling Saltwater Intrusion in Unconfined Coastal Aquifer Systems. Water Resour Manage 33, 1265–1280. https://doi.org/10.1007/s11269-019-2184-9
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Barbagli, A., Guastaldi, E., Conti, P., Giannuzzi, M., Borsi, I., Lotti, F., Basile, P., Favaro, L., Mallia, A., Xuereb, R., Schembri, M., Mamo, J.A., Sapiano, M., 2021. Geological and hydrogeological reconstruction of the main aquifers of the Maltese islands. Hydrogeol J 29, 2685–2703. https://doi.org/10.1007/s10040-021-02406-z
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REFERENCIAS EN INTERNET :
Aqueduct Water Risk Atlas (https://www.wri.org/aqueduct)
Malta Resource Authority Climate Change Strategy (https://mra.mt/climate-change/adaptation-to-climate-change/)
MARSOL Demonstrating Managed Aquifer Recharge as a Solution to Water Scarcity and Drought (http://www.marsol.eu/)
MARSolut Managed Aquifer Recharge Solutions Training Network (https://www.marsolut-itn.eu/)
Other sources:
https://www.westbasin.org/water-supplies/groundwater/seawater-barriers/
https://www.epa.gov/uic/class-v-underground-injection-control-study
http://pw.lacounty.gov/wrd/Projects/WCBUnit13/index.cfm
https://pubs.usgs.gov/fs/old.2002/fs030-02/fs030-02.pdf
Project participating members:
Energy and Water Agency (https://www.energywateragency.gov.mt/)
Water Services Corporation (https://www.wsc.com.mt/)
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