MINAMBIENTE - Guía Metodológica para la Identificación de Zonas Potenciales de Recarga de Acuíferos

Guía Metodológica para la Identificación de Zonas Potenciales de Recarga de AcuíferosTABLA DE CONTENIDO

Introducción ............................................................................................................................ 9

1. Marco institucional ........................................................................................................... 12

2. Marco normativo .............................................................................................................. 14

3. Marco conceptual ............................................................................................................. 17 3.1 Proceso de recarga de acuíferos en el ciclo hidrológico ......................................................... 19

4. Objetivos de la Guía ......................................................................................................... 21 4.1 Objetivo general ...................................................................................................................... 21 4.2 Objetivos específicos .............................................................................................................. 22

5. Alcance de la Guía ............................................................................................................ 22

6. Antecedentes para definición de la metodología .............................................................. 23

7. Descripción de componentes, subcomponentes y variables empleados en la metodología .............................................................................................................................................. 29 7.1 Componente suelo ................................................................................................................... 31 7.1.1 Subcomponente cobertura de la tierra ........................................................................................... 31 7.1.1.1 Descripción de la variable cobertura de la tierra .................................................................................... 33 7.1.1.1.1 Método para la calificación de la variable Cobertura ............................................................................................ 34 7.1.1.1.2 Verificación en campo de la variable cobertura de la tierra............................................................................ 36 7.1.1.1.3 Consideraciones de la implementación de la variable cobertura a escalas detalladas ............................................ 38 7.1.2 Subcomponente relieve ................................................................................................................. 40 7.1.2.1 Densidad de drenaje ............................................................................................................................... 41 7.1.2.2 Índice Topográfico de Humedad............................................................................................................ 42 7.1.2.3 Insumos para la valoración del relieve en el proceso de recarga ............................................................ 42 7.1.2.4 Método para la calificación de la variable ............................................................................................. 43

7.1.2.3 Insumos para la valoración del relieve en el proceso de recarga ............................................................ 42 7.1.2.4 Método para la calificación de la variable ............................................................................................. 43 7.1.2.4.1 Mapa de densidad de drenaje ................................................................................................................................ 43 7.1.2.4.2 Índice Topográfico de Humedad ........................................................................................................................... 47 7.1.2.5 Verificación en campo de la variable relieve ......................................................................................... 49 7.1.2.6 Consideraciones de la implementación de la variable relieve a escala 1:25.000 .................................... 50 7.1.3 Subcomponente suelos .................................................................................................................. 51 7.1.3.1 Grupo Textural (GT) .............................................................................................................................. 527.1.3.2 Drenaje natural (DN) ............................................................................................................................. 56 7.1.3.3 Verificación en campo de la variable suelos .......................................................................................... 62 7.1.3.4 Consideraciones de la implementación de la variable suelos a escala 1:25.000 .................................... 62 7.2 Componente geología ............................................................................................................. 63 7.2.1 Subcomponente litología .............................................................................................................. 63 7.2.1.1 Características texturales ....................................................................................................................... 64 7.2.1.2 Método de clasificación de la variable ................................................................................................... 66 7.2.1.3 Verificación en campo de la variable litología ....................................................................................... 74 7.2.1.4 Consideraciones de la implementación de la variable litología a escala 1:25.000 o más detalladas ...... 75 7.2.2 Subcomponente incidencia geoestructural .................................................................................... 80 7.2.2.1 Densidad de lineamientos ...................................................................................................................... 82 7.2.2.2 Conectividad de los lineamientos .......................................................................................................... 82 7.2.2.3 Orientación preferencial de los lineamientos ......................................................................................... 83

7.2.2.1 Densidad de lineamientos ...................................................................................................................... 82 7.2.2.2 Conectividad de los lineamientos .......................................................................................................... 82 7.2.2.3 Orientación preferencial de los lineamientos ......................................................................................... 83 7.2.2.4 Zonas de daño y su influencia en el desarrollo de permeabilidad secundaria en las rocas ..................... 84 7.2.2.5 Análisis de la posición de las discontinuidades con respecto al campo de esfuerzos. ............................ 85 7.2.2.6 Insumos para la valoración de la incidencia geoestructural en el proceso de recarga. ........................... 86 7.2.2.7 Método para la calificación de la variable ............................................................................................. 87 7.2.2.8 Mapa de conectividad de lineamientos .................................................................................................. 92 7.2.2.9 Definición de las zonas de daño de las fallas ......................................................................................... 95 7.2.2.10 Verificación en campo de la variable incidencia estructural ................................................................ 97 7.2.2.10.1 Sugerencias para la descripción de redes de fractura en campo .......................................................................... 97 7.2.2.10.2 Sugerencias para la cuantificación de la conectividad de redes de fractura en el campo ..................................... 98 7.2.2.10.3 Métodos para la definición del espesor de la zona de daño de las fallas en el campo ....................................... 100 7.2.2.11 Consideraciones de la implementación de la variable incidencia geoestructural a escala 1:25,000 ... 102

8. Proceso de identificación de las potenciales zonas de recarga, mediante algebra de mapas ............................................................................................................................................ 103 8.1 Análisis estadístico exploratorio y proceso físico ................................................................. 106 8.2 Sumatoria lineal ponderada de los criterios para la definición de zonas potenciales de recarga. .................................................................................................................................................... 110

............................................................................................................................................ 103 8.1 Análisis estadístico exploratorio y proceso físico ................................................................. 106 8.2 Sumatoria lineal ponderada de los criterios para la definición de zonas potenciales de recarga. .................................................................................................................................................... 110 8.3 Método objetivo. Importancia de los criterios a través de la correlación intercriterio (CRITIC). .................................................................................................................................... 111 8.4 Método subjetivo. Proceso Analítico Jerárquico (PAJ). ....................................................... 116 8.5 Sensibilidad del método e importancia de un llenado inteligente ......................................... 121 8.6 Integración aditiva de ambos métodos .................................................................................. 123 8.7 Sumatoria lineal ponderada ................................................................................................... 124

9. Hoja de ruta metodológica propuesta ............................................................................. 1289.1 Fase Previa ............................................................................................................................ 128 9.1.1 Definición de la escala de trabajo de la guía ............................................................................... 129 9.1.2 Determinación del grupo de trabajo requerido ........................................................................... 130 9.2 Aplicación de la metodología ............................................................................................... 130 9.3 Análisis de resultados ........................................................................................................... 131

10. Referencias ................................................................................................................... 133

Referencias bibliográficas ........................................................................................................... 133 Referencias Metodologías ........................................................................................................... 136 Referencias Incidencia Estructural ............................................................................................. 140 Referencias Litología .................................................................................................................. 145 Referencias Relieve .................................................................................................................... 147 Referencias SIG – análisis multicriterio .................................................................................... 149

LISTADO DE FIGURAS

Figura 1 Protección de las zonas de recarga de acuíferos de conformidad con la normativa ambiental colombiana ........................................................................................................... 16 Figura 2 Esquema del ciclo hidrológico en la recarga de acuíferos .................................... 17 Figura 3 Perfil del suelo ....................................................................................................... 19

ambiental colombiana ........................................................................................................... 16 Figura 2 Esquema del ciclo hidrológico en la recarga de acuíferos .................................... 17 Figura 3 Perfil del suelo ....................................................................................................... 19 Figura 4 Régimen de flujo subterráneo y tiempos de residencia típicos de algunos acuíferos .............................................................................................................................................. 20 Figura 5 Características de uso común en las referencias consultadas ............................... 29 Figura 6 Movimiento del agua a través de la cobertura vegetal y su llegada al suelo ......... 33 Figura 7 Fundamento de la herramienta densidad de líneas................................................ 44 Figura 8 Mapa de centroides de los drenajes sencillos para la cuenca de los ríos Suratá y Tona ...................................................................................................................................... 45 Figura 9 Mapa de densidad de drenaje de la cuenca de los ríos Suratá y Tona .................. 46 Figura 10 Ilustración del cálculo del ITH para un píxel ...................................................... 48Figura 11 Mapa de Índice Topográfico de Humedad para las cuencas de los ríos Suratá y Tona ...................................................................................................................................... 49 Figura 12 Diagrama de clases texturales del suelo .............................................................. 52 Figura 13 Representación gráfica de las evidencias de óxido - reducción en e l suelo relacionado con el drenaje .................................................................................................... 57 Figura 14 Distintos tipos de intersticios .............................................................................. 64 Figura 15 Conductividad hidráulica (metros/día) para distintas litologías ........................ 68 Figura 16 Sección del flujograma para la calificación del material no litificado o depósitos .............................................................................................................................................. 71 Figura 17 Sección del flujograma para la calificación textural de las rocas sedimentarias 72

Figura 16 Sección del flujograma para la calificación del material no litificado o depósitos .............................................................................................................................................. 71 Figura 17 Sección del flujograma para la calificación textural de las rocas sedimentarias 72 Figura 18 Sección del flujograma para asignar la calificación textural a las rocas ígneas y metamórficas ........................................................................................................................ 73 Figura 19 Resultado final de la evaluación de la variable litología en las cuencas de los ríos Suratá y Tona ........................................................................................................................ 73 Figura 20 Correlación positiva entre el espesor de la zona de daño y la permeabilidad desarrollada ........................................................................................................................... 85 Figura 21. Calificación de los rasgos lineales según su posición con respecto al esfuerzo máximo. A) Distribución de los esfuerzos tensionales y compresivos y desarrollo de fracturas de diferente naturaleza bajo un campo de esfuerzos cuyo eje de compresión se dispone en dirección NW-SE. Tomada y modificada de Hillacre et al. (2018). B) Ejemplo de rasgos lineales calificados en las cuencas hidrográficas de los ríos Suratá y Tona, departame nto de Santander. Dirección del esfuerzo máximo tomada de Velandia (2017). ............................ 90 Figura 22. Mapa de densidad de lineamientos para las cuencas de los ríos Suratá y Tona 92 Figura 23. Ejemplo de categorización de las relaciones topológicas entre lineamientos para las cuencas de los ríos Suratá y Tona, departamento de Santander ...................................... 93 Figura 24. Mapa de conectividad de lineamientos en las cuencas de los ríos Suratá y Tona. Se puede establecer una relación con la distribución de los tipos de nodos en la figura anterior .............................................................................................................................................. 94

Figura 24. Mapa de conectividad de lineamientos en las cuencas de los ríos Suratá y Tona. Se puede establecer una relación con la distribución de los tipos de nodos en la figura anterior .............................................................................................................................................. 94 Figura 25 Método de la ventana circular ............................................................................ 99 Figura 26. Esquema que ilustra el análisis multicriterio que plantea l a guía metodológica. Nótese que la alternativa elegida depende de las relaciones entre las capas criterio ......... 105Figura 27. Histogramas de correlación entre pares de variables fuera de la diagonal, y en la diagonal el histograma de cada variable para las cuencas de los ríos Suratá y Tona ......... 108 Figura 28. Histogramas de correlación entre pares de variables fuera de la diagonal, y en la diagonal el histograma de cada variable para el caso de Valle del Cauca.......................... 109 Figura 29. Casillas de la matriz de comparación por pares usadas para las simulaciones 121 Figura 30. Diagrama de cajas de los pesos obtenidos por el método AHP, en el caso que los valores se asignen aleatoriamente....................................................................................... 122 Figura 31. Diagrama de cajas de los pesos obtenidos por el método AHP, en el caso que los valores se asignen siempre mayores que 1 sobre la diagonal. ............................................ 123 Figura 32. Diagrama de cajas de los pesos obtenidos por el método AHP. ...................... 123 Figura 33. Flujograma que resume los pasos metodológicos propuestos en la presente guía para la identificación de zonas potenciales de recarga de acuíferos ................................... 127

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Competencias Institucionales ................................................................................ 13 Tabla 2 Resumen abreviado de artículos analizados ........................................................... 23 Tabla 3 Componentes, subcomponentes y variables empleados en la propuesta metodológica

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Competencias Institucionales ................................................................................ 13 Tabla 2 Resumen abreviado de artículos analizados ........................................................... 23 Tabla 3 Componentes, subcomponentes y variables empleados en la propuesta metodológica .............................................................................................................................................. 29 Tabla 4 Calificación de cada variable .................................................................................. 30 Tabla 5 Clasificación de Cobertura y uso del suelo ............................................................ 34 Tabla 6 Grupos texturales a partir de clases texturales ........................................................ 53 Tabla 7 Clasificación de grupos texturales .......................................................................... 54 Tabla 8 Ejemplo de tabla de atributos del mapa de Geopedología...................................... 56 Tabla 9 Clasificación de drenaje natural ............................................................................. 60 Tabla 10 Ejemplo de tabla de atributos del mapa de Geopedología.................................... 61 Tabla 11 Características texturales para identificar para material no litificado .................. 67 Tabla 12 Características texturales para identificar para las rocas ..................................... 67 Tabla 13 Valoración de la probabilidad de recarga ............................................................. 69Tabla 14 Convenciones flujograma ..................................................................................... 69 Tabla 15. Valoración de la probabilidad de recarga de los lineamientos según su posición con respecto al esfuerzo máximo.......................................................................................... 91 Tabla 16. Valoración de la probabilidad de recarga de las fallas según su cinemática. ...... 96 Tabla 17. Valores de reclasificación asociados a los criterios categóricos ....................... 113 Tabla 18. Ejemplo de matriz de correlación entre los criteri os para el área del abanico del Quindío. Nótese la diagonal unitaria y la simetría de la matriz ......................................... 114 Tabla 19. Desviaciones estándar calculadas para los criterios en el área del abanico del Quindío ............................................................................................................................... 115

Quindío. Nótese la diagonal unitaria y la simetría de la matriz ......................................... 114 Tabla 19. Desviaciones estándar calculadas para los criterios en el área del abanico del Quindío ............................................................................................................................... 115 Tabla 20. Cantidad de información para cada criterio en el abanico del Quindío............. 116 Tabla 21. Factores de ponderación finales para el área del abanico del Quindío .............. 116 Tabla 22. Escala de importancia relativa de Saaty ............................................................ 117 Tabla 23. Valores de RI para diferentes números de criterios ........................................... 120 Tabla 24. Perfil de los profesionales sugeridos para el desarrollo de la guía ..................... 130

LISTADO DE ECUACIONES

• Ecuación 1 47 - Ecuación 2: Infiltración del Suelo (ITH) 51 - Ecuación 3 Desplazamiento de la falla o segmento de la falla 95 - Ecuación 4 Criterio de escalado 112 - Ecuación 5 Cantidad de información del criterio 115 - Ecuación 6 Peso del criterio 116 - Ecuación 7 índice de constancia 119 - Ecuación 8 Radio de constancia de matriz 120 - Ecuación 9 Peso final del criterio 124 - Ecuación 10 Índice de zona potencial de recarga 126Introducción El agua subterránea como parte esencial del ciclo hidrológico juega un papel fundamental, aunque poco reconocido, para el bienestar humano, la sostenibilidad de los ecosistemas y para el desarrollo económico del país. Estas fuentes hídricas ofrecen importantes servicios ecosistémicos de aprovisionamiento, regulación hídrica, depuración natural, aportan flujo

aunque poco reconocido, para el bienestar humano, la sostenibilidad de los ecosistemas y para el desarrollo económico del país. Estas fuentes hídricas ofrecen importantes servicios ecosistémicos de aprovisionamiento, regulación hídrica, depuración natural, aportan flujo base a ríos, quebradas, arroyos, lagos y humedales, lo cual resulta esencial para preservar la química, la biología y la dinámica de los ecosistemas y el hábitat de muchas especies, además de la reducción de la vulnerabilidad frente a fenómenos de variabilidad y cambio climático. En este contexto, la recarga de acuíferos es un proceso clave para garantizar la sostenibilidad de los estos ecosistemas y la provisión de servicios ecosistémicos de aprovisionamiento para consumo humano y actividades agropecuarias e industriales. Por ello, la protección de las áreas donde ocurre la recarga constituye una prioridad para la gestión ambiental y territorial del Estado. En el ordenamiento jurídico colombiano, también reconoc e la importancia de las zonas de recarga de acuíferos, desde los principios generales ambientales establecidos en el artículo primero de la Ley 99 de 1993, lo cual plantea a las autoridades ambientales competentes el reto de identificar y gestionar adecuadamente estas zonas. En respuesta a esa necesidad, el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales –IDEAM– y el Servicio Geológico Colombiano -SGC, en el marco del Programa Nacional de Aguas Subterráneas, han unido esfuerzos para elaborar la presente Guía Metodológica para la Identificación de Zonas Potenciales de Recarga de Acuíferos, con el fin de ofrecer lineamientos técnicos homogéneos

esfuerzos para elaborar la presente Guía Metodológica para la Identificación de Zonas Potenciales de Recarga de Acuíferos, con el fin de ofrecer lineamientos técnicos homogéneos y sustentados, dirigidos especialmente a las autoridades ambientales del país. Además, durante el proceso de elaboración se contó con la participación de diversas consultorías y el apoyo del Delft Institute for Water Education (IHE) de los Países Bajos, así como con la contribución del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) y la Universidad de Antioquia en la revisión y el aporte de insumos técnicos.En el contexto de la guía, las zonas potenciales de recarga de acuíferos hacen referencia a aquellas áreas geográficas donde dadas sus características biofísicas intrínsecas, se favorece, en mayor o menor medida el proceso de infiltración del agua procedente de la lluvia, la escorrentía superficial u otras fuentes, independientemente del volumen y la variación de la precipitación. Este enfoque, considera la infiltración como el punto de partida del proceso de circulación del agua en el medio biofísico, que pude contribuir, posteriormente, a la recarga del acuífero. Además, estas características también reflejan la vulnerabilidad intrínseca de estas zonas ante potenciales fuentes de contaminación. Por ello , las zonas potenciales de recarga que se identifican mediante la metodología propuesta, representan las características intrínsecas de cada una de las variables priorizadas, sin depender de la prec ipitación. Este enfoque responde a la necesidad de generar conocimiento y otorgar herramientas para su protección, conforme a lo previsto en el marco normativo vigente. De esta manera, es necesario señalar que la identificación de zonas potenciales de recarga

enfoque responde a la necesidad de generar conocimiento y otorgar herramientas para su protección, conforme a lo previsto en el marco normativo vigente. De esta manera, es necesario señalar que la identificación de zonas potenciales de recarga corresponde a una fase dentro del proceso de caracterización del medio hidrogeológico. No obstante, serán los estudios de detalle los que permitirán determinar con precisión las zonas de recarga, estableciendo el paso desde la identi ficación de zonas potenciales hacia la definición de la recarga de acuíferos, con base en insumos, herramientas y consideraciones metodológicas a mayor resolución espacial y temática.

Por lo anterior, no hace parte del alcance de esta guía los lineamiento s para la estimación o cuantificación de la tasa de recarga de acuíferos ni la definición de sistemas de flujo, aspectos abordados en otros instrumentos como la guía metodológica para la formulación de Planes de Manejo Ambiental de Acuíferos - PMAA, que se complementa con la presente guía. Con base en lo indicado, la propuesta metodológica para la identificación de zonas potenciales de recarga de acuíferos se fundamenta en el análisis de dos componentes del medio biofísico: suelo y geología. El primero se subdivide en los subcomponentes cobertura de la tierra, relieve y suelos, mientras que el segundo comprende los subcomponentes litología e incidencia geoestructural. Para cada subcomponente se definieron variables específicas y criterios para su calificac ión, establecidos de acuerdo con su relevancia en elproceso de recarga, con base en referencia bibliográficas nacionales e internacionales. Finalmente, se plantea una propuesta para asignar pesos relativos a los subcomponentes

específicas y criterios para su calificac ión, establecidos de acuerdo con su relevancia en elproceso de recarga, con base en referencia bibliográficas nacionales e internacionales. Finalmente, se plantea una propuesta para asignar pesos relativos a los subcomponentes dentro de la ecuación empleada en la construcción del álgebra de mapas. De este modo, tanto los criterios de calificación de variables como la ponderación de subcomponentes confieren flexibilidad a la guía, permitiendo su aplicación en distintos contextos, considerando la gran divers idad geográfica, geológica, hidrogeológica, edafológica y de coberturas vegetales del país, que generan efectos diferenciados en los procesos de recarga. Asimismo, cuando todas las variables se encuentren en una misma escala, puede aplicarse a diferentes e scalas dado que se proponen recomendaciones metodológicas adaptadas a la escala regional, con orientaciones para obtener la información de cada variable a escalas detalladas.

Teniendo presente este alcance, la guía incluye una hoja de ruta metodológica que comprende el análisis preliminar de la información hidrogeológica disponible, la aplicación de la metodología y la interpretación de resultados, así como dos anexos, el primero con tiene el manual de Sistemas de In