Identificación de los riesgos ambientales y sanitarios de la producción de gas mediante fracturación hidráulica y bases para una propuesta metodológica de vulnerabilidad de las aguas subterráneas

Hasta ahora, la gran mayoría de los recursos explotados de gas natural procedían de acumulaciones convencionales de gas aislado y de gas asociado y disuelto en el petróleo. Sin embargo, el gas natural se encuentra también en yacimientos que, debido a su baja porosidad y permeabilidad, tienen unas características que hacen que hasta muy recientemente no hayan sido económicamente rentables y que sólo puedan ser explotados mediante técnicas no convencionales, dando lugar al denominado gas no convencional. Las técnicas utilizadas para su extracción son la fracturación hidráulica o “fracking” y la perforación horizontal. Entre los diversos tipos de gas no convencional, es de prever que el gas de pizarra sea el que sufra mayor desarrollo a medio plazo en nuestro país, por lo que se están generando grandes debates, debido al riesgo de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas del entorno, provocados por la elevada cantidad de agua utilizada, los aditivos empleados, los fluidos de retorno, por la alteración del medio físico, así como por la dificultad de monitorización de estos procesos. En este proyecto se identifican los riesgos ambientales y sanitarios asociados a la extracción de gas no convencional. El trabajo se basa principalmente en experiencias ocurridas en países donde el fracking se ha convertido en una práctica habitual. Se trata además de establecer las bases necesarias para la estimación de la vulnerabilidad de los acuíferos frente a la contaminación inducida por la fracturación hidráulica. Abstract Until now, most of the natural gas resources exploited were from isolated conventional gas accumulations and associated and dissolved gas in oil. However, the natural gas is also in reservoirs that, due to their low porosity and permeability, have characteristics that make until recently not been economically profitable and can be exploited only by unconventional techniques, leading to the so called unconventional gas. The techniques used for extraction are hydraulic fracturing or "fracking" and horizontal drilling. Among the various types of unconventional gas, it is expected that shale gas is the suffering greater medium-term development in our country, so it is generating much debate, due to the risks of contamination in surface waters and subterranean environment, caused by the high amount of water used, the additives used, the return fluid, by altering the physical environment, and the difficulty of monitoring these processes. In this project identifies the environmental and health risks associated with unconventional gas extraction. The work is mainly based on experiences that occurred in countries where fracking has become a common practice. This is for establish the necessary basis for estimating the vulnerability of aquifers from contamination induced by hydraulic fracturing.

Jornadas sobre aguas subterráneas y desarrollo sostenible celebradas en Madrid, los días 13 y 14 de junio de 1995

Se publica un artículo con las conclusiones de las Jornadas sobre aguas subterráneas y desarrollo sostenible celebradas en Madrid, los días 13 y 14 de junio de 1995, de las que fue Director Justo Mora. Importancia de la fase subterránea del ciclo hidrológico en España, demandas atendidas con aguas subterráneas , oportunidades y problemas. Encuadre de las aguas subterráneas en la gestión del agua y la planificación hidrológica: oportunidades y problemas.

Aguas subterráneas y medio ambiente: oportunidades y problemas

España dispone de afloramientos permeables aproximadamente en un tercio de su territorio que le ofrecen grandes posibilidades de aprovechamiento de sus aguas subterráneas en sus grandes Unidades Hidrogeológicas (carbonatadas, detríticas, volcánicas) en las que se han agrupado sus acuíferos. En la ponencia se exponen las oportunidades que ofrecen las aguas subterráneas en España y los riesgos a los que están expuestas, principalmente la sobreexplotación, contaminación e intrusión salina por sobreexplotación de los acuíferos costeros.

Propuesta metodológica para el análisis y protección de la calidad del agua subterránea de acuerdo con los requerimientos de la Directiva Marco y la Directiva derivada de Aguas Subterráneas

La protección de las aguas subterráneas es una prioridad de la política medioambiental de la UE. Por ello ha establecido un marco de prevención y control de la contaminación, que incluye provisiones para evaluar el estado químico de las aguas y reducir la presencia de contaminantes en ellas. Las herramientas fundamentales para el desarrollo de dichas políticas son la Directiva Marco del Agua y la Directiva Hija de Aguas Subterráneas. Según ellas, las aguas se consideran en buen estado químico si: • la concentración medida o prevista de nitratos no supera los 50 mg/l y la de ingredientes activos de plaguicidas, de sus metabolitos y de los productos de reacción no supera el 0,1 μg/l (0,5 μg/l para el total de los plaguicidas medidos) • la concentración de determinadas sustancias de riesgo es inferior al valor umbral fijado por los Estados miembros; se trata, como mínimo, del amonio, arsénico, cadmio, cloruro, plomo, mercurio, sulfatos, tricloroetileno y tetracloroetileno • la concentración de cualquier otro contaminante se ajusta a la definición de buen estado químico enunciada en el anexo V de la Directiva marco sobre la política de aguas • en caso de superarse el valor correspondiente a una norma de calidad o a un valor umbral, una investigación confirma, entre otros puntos, la falta de riesgo significativo para el medio ambiente. Analizar el comportamiento estadístico de los datos procedentes de la red de seguimiento y control puede resultar considerablemente complejo, debido al sesgo positivo que suelen presentar dichos datos y a su distribución asimétrica, debido a la existencia de valores anómalos y diferentes tipos de suelos y mezclas de contaminantes. Además, la distribución de determinados componentes en el agua subterránea puede presentar concentraciones por debajo del límite de detección o no ser estacionaria debida a la existencia de tendencias lineales o estacionales. En el primer caso es necesario realizar estimaciones de esos valores desconocidos, mediante procedimientos que varían en función del porcentaje de valores por debajo del límite de detección y el número de límites de detección aplicables. En el segundo caso es necesario eliminar las tendencias de forma previa a la realización de contrastes de hipótesis sobre los residuos. Con esta tesis se ha pretendido establecer las bases estadísticas para el análisis riguroso de los datos de las redes de calidad con objeto de realizar la evaluación del estado químico de las masas de agua subterránea para la determinación de tendencias al aumento en la concentración de contaminantes y para la detección de empeoramientos significativos, tanto en los casos que se ha fijado un estándar de calidad por el organismo medioambiental competente como en aquéllos que no ha sido así. Para diseñar una metodología que permita contemplar la variedad de casos existentes, se han analizado los datos de la Red Oficial de Seguimiento y Control del Estado Químico de las Aguas Subterráneas del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (Magrama). A continuación, y dado que los Planes Hidrológicos de Cuenca son la herramienta básica de las Directivas, se ha seleccionado la Cuenca del Júcar, dada su designación como cuenca piloto en la estrategia de implementación común (CIS) de la Comisión Europea. El objetivo principal de los grupos de trabajo creados para ello se dirigió a implementar la Directiva Derivada de Agua Subterráneas y los elementos de la Directiva Marco del Agua relacionadas, en especial la toma de datos en los puntos de control y la preparación del primer Plan de Gestión de Cuencas Hidrográficas. Dada la extensión de la zona y con objeto de analizar una masa de agua subterránea (definida como la unidad de gestión en las Directivas), se ha seleccionado una zona piloto (Plana de Vinaroz Peñiscola) en la que se han aplicado los procedimientos desarrollados con objeto de determinar el estado químico de dicha masa. Los datos examinados no contienen en general valores de concentración de contaminantes asociados a fuentes puntuales, por lo que para la realización del estudio se han seleccionado valores de concentración de los datos más comunes, es decir, nitratos y cloruros. La estrategia diseñada combina el análisis de tendencias con la elaboración de intervalos de confianza cuando existe un estándar de calidad e intervalos de predicción cuando no existe o se ha superado dicho estándar. De forma análoga se ha procedido en el caso de los valores por debajo del límite de detección, tomando los valores disponibles en la zona piloto de la Plana de Sagunto y simulando diferentes grados de censura con objeto de comparar los resultados obtenidos con los intervalos producidos de los datos reales y verificar de esta forma la eficacia del método. El resultado final es una metodología general que integra los casos existentes y permite definir el estado químico de una masa de agua subterránea, verificar la existencia de impactos significativos en la calidad del agua subterránea y evaluar la efectividad de los planes de medidas adoptados en el marco del Plan Hidrológico de Cuenca. ABSTRACT Groundwater protection is a priority of the EU environmental policy. As a result, it has established a framework for prevention and control of pollution, which includes provisions for assessing the chemical status of waters and reducing the presence of contaminants in it. The measures include: • criteria for assessing the chemical status of groundwater bodies • criteria for identifying significant upward trends and sustained concentrations of contaminants and define starting points for reversal of such trends • preventing and limiting indirect discharges of pollutants as a result of percolation through soil or subsoil. The basic tools for the development of such policies are the Water Framework Directive and Groundwater Daughter Directive. According to them, the groundwater bodies are considered in good status if: • measured or predicted concentration of nitrate does not exceed 50 mg / l and the active ingredients of pesticides, their metabolites and reaction products do not exceed 0.1 mg / l (0.5 mg / l for total of pesticides measured) • the concentration of certain hazardous substances is below the threshold set by the Member States concerned, at least, of ammonium, arsenic, cadmium, chloride, lead, mercury, sulphates, trichloroethylene and tetrachlorethylene • the concentration of other contaminants fits the definition of good chemical status set out in Annex V of the Framework Directive on water policy • If the value corresponding to a quality standard or a threshold value is exceeded, an investigation confirms, among other things, the lack of significant risk to the environment. Analyzing the statistical behaviour of the data from the monitoring networks may be considerably complex due to the positive bias which often presents such information and its asymmetrical distribution, due to the existence of outliers and different soil types and mixtures of pollutants. Furthermore, the distribution of certain components in groundwater may have concentrations below the detection limit or may not be stationary due to the existence of linear or seasonal trends. In the first case it is necessary to estimate these unknown values, through procedures that vary according to the percentage of values below the limit of detection and the number of applicable limits of detection. In the second case removing trends is needed before conducting hypothesis tests on residuals. This PhD thesis has intended to establish the statistical basis for the rigorous analysis of data quality networks in order to conduct the evaluation of the chemical status of groundwater bodies for determining upward and sustained trends in pollutant concentrations and for the detection of significant deterioration in cases in which an environmental standard has been set by the relevant environmental agency and those that have not. Aiming to design a comprehensive methodology to include the whole range of cases, data from the Groundwater Official Monitoring and Control Network of the Ministry of Agriculture, Food and Environment (Magrama) have been analysed. Then, since River Basin Management Plans are the basic tool of the Directives, the Júcar river Basin has been selected. The main reason is its designation as a pilot basin in the common implementation strategy (CIS) of the European Commission. The main objective of the ad hoc working groups is to implement the Daughter Ground Water Directive and elements of the Water Framework Directive related to groundwater, especially the data collection at control stations and the preparation of the first River Basin Management Plan. Given the size of the area and in order to analyze a groundwater body (defined as the management unit in the Directives), Plana de Vinaroz Peñíscola has been selected as pilot area. Procedures developed to determine the chemical status of that body have been then applied. The data examined do not generally contain pollutant concentration values associated with point sources, so for the study concentration values of the most common data, i.e., nitrates and chlorides have been selected. The designed strategy combines trend analysis with the development of confidence intervals when there is a standard of quality and prediction intervals when there is not or the standard has been exceeded. Similarly we have proceeded in the case of values below the detection limit, taking the available values in Plana de Sagunto pilot area and simulating different degrees of censoring in order to compare the results obtained with the intervals achieved from the actual data and verify in this way the effectiveness of the method. The end result is a general methodology that integrates existing cases to define the chemical status of a groundwater body, verify the existence of significant impacts on groundwater quality and evaluate the effectiveness of the action plans adopted in the framework of the River Basin Management Plan.

El radón en suelos, rocas, materiales de construcción y aguas subterráneas de las Islas Canarias Orientales

Programa de doctorado: Física Fundamental y Aplicada. La fecha de publicación es la fecha de lectura

Ecosistemas dependientes de aguas subterráneas

Tiene habido muchas definiciones para el concepto de Ecosistemas Dependientes de Aguas Subterráneas (EDAS, GDE en inglés), pero resumiendo son ecosistemas que usan agua subterránea en alguna parte de su ciclo de vida o por toda una generación e donde esta es crítica para la existencia de esas especies. El uso del agua subterránea no equivale necesariamente a una dependencia de las aguas subterráneas (Colvin et al. 2003). Por dependencia se entiende que el ecosistema sería significativamente alterado o mismo irreversiblemente degradado si la disponibilidad o calidad del agua subterránea fuera alterada más allá de su rango "normal" de fluctuación, o sea, son ecosistemas que dependen en el todo o en parte de las aguas subterráneas para mantener un nivel adecuado de la función del ecosistema y el mantenimiento de la composición de la comunidad (Smith et al. 2006). La dependencia de los EDAS de las aguas subterráneas es muy variable, oscilando entre parcial y con poca frecuencia a continua y totalmente dependiente. Estos ecosistemas, incluyendo los humedales, vegetación en general, vegetación de manantiales, flujos de base de los ríos, ecosistemas de acuíferos y cuevas, vertidos salinos de lagunas costeras, manantiales, manglares, charcos en ríos, lagos en herradura y pantanos colgados (Sinclair Knight Merz 2001) y descargas de agua subterránea en el océano, representan componentes complejas e importantes de la diversidad biológica. Una de las clasificaciones posibles para los EDAS, sería considerar los sistemas terrestres, sistemas acuíferos y de cuevas, sistemas rivereños y lagunares interiores (incluyendo humedales y pantanos), sistemas costeros (lagunas y estuarios) y los sistemas marinos. Posibles amenazas a los EDAS incluyen la extracción y la contaminación química y con nutrientes del agua subterránea, la salinización, la alteración de la gestión de las aguas superficiales y subterráneas, las alteraciones climáticas, lo que puede afectar una cadena complexa de interacciones en el mundo natural.

Resultados preliminares de los análisis de contaminantes emergentes y sustancias prioritarias (2008/105/CE) en la red de control del Barranco de las Goteras (Gran Canaria)

[ES] En Gran Canaria, el uso de aguas regeneradas para el riego es una práctica utilizada desde hace más de treinta años, representando actualmente un 8% de los recursos hídricos utilizados (Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria, com.per.). Recientemente y como respuesta al uso de aguas regeneradas, existe un creciente interés por la presencia de los denominados contaminantes emergentes en las aguas subterráneas y superficiales. Algunos son altamente móviles con potencial de lixiviación a las aguas subterráneas, mientras que otros se pueden acumular en la capa superior del suelo gracias a su capacidad adsorbente o son biodegradados en este medio. Los contenidos de algunas de estas sustancias en el agua son objeto de control atendiendo al listado de sustancias prioritarias de la Directiva 2008/105/CE. El objetivo de este estudio es analizar la situación en la zona del campo de golf de Bandama (NE de Gran Canaria), que ha sido regado con aguas regeneradas desde 1976, donde se ha establecido una red de control de agua de riego y agua subterránea, a partir de la que se están analizando sistemáticamente 185 compuestos emergentes y prioritarios.

El acuífero costero del este de Gran Canaria: un ejemplo de salinización en un acuífero volcánico complejo

[ES] Las aguas subterráneas explotadas en la costa este de Gran Canaria (por debajo de la cota 300) muestran una notable salinización de origen múltiple y variable en el tiempo. Los estudios hidrogeológicos e hidrogeoquímicos llevados a cabo desde los años 1970 a la actualidad han permitido definir un sistema acuífero de gran complejidad geológica. Dicha complejidad es debida a las intercalaciones entre materiales sedimentarios y volcánicos de diversas edades y composiciones. En este sistema, la explotación ha dado lugar a amplias zonas con conos de descenso notables por debajo del nivel de mar, así como a una salinización progresiva de amplias zonas costeras debido a procesos de intrusión marina. Sin embargo, la salinización puede deberse también a procesos de aridificación de la recarga, retornos de riego y a aportes de CO2 endógeno. Todo ello configura un sistema muy complejo cuyo control debe ser exhaustivo antes de su posible declaración como zona sobreexplotada según la legislación vigente.

Temporal evolution of emerging contaminants, priority substances and heavy metals most frequently detected in reclaimed water and grounwater in a volcanic aquifer

[EN] The presence of emerging contaminants has been previously described in reclaimed water and groundwater of Gran Canaria (Spain). Despite of the environmental risk associated to irrigation with reclaimed water (R), this practice is necessary considering sustainability of the hydrological cycle in semiarid zones, especially regarding agricultural activity. The aim of this study was: i) to analyse the evolution during two years of contaminants of emerging concern, priority substances (2008/105/EC) and heavy metals in reclaimed water (R) and in a volcanic aquifer in the NE of Gran Canaria where a golf course has been irrigated with R since 1976 and ii) to relate this presence with physicochemical water properties and hydrogeological media. Reclaimed water and groundwater (GW) were monitoring quarterly from July 2009 to September 2011. Sorption and degradation processes in soil account for more compounds being detected in R. Diazinon and chlorfenvinphos were detected always in R and terbuthylazine, terbutryn and diuron at 90% of frequency. Considering all the samples, the most frequent compounds were chlorpyrifos ethyl, fluorene, phenanthrene and pyrene. Although their concentrations were frequently below 50 ngL-1, some contaminants, were occasionally detected at higher concentrations. Chlorpyrifos ethyl and diuron are priority substances detected frequently and at high concentrations so they must be included in monitoring studies. Geology and location seem to be related to the emerging compounds presence due to occasional contamination events (not related to R irrigation) and therefore not to an existence of a dangerous diffuse contamination level. Thus, it is preferable to select wells with less stable chemical water quality, in order to monitor the risk of emerging compounds presence. Considering the relationship between contaminant presence, chemical water quality, seasonal variation, hydrogeological characteristics and wells location we can conclude that chlorpyrifos ethyl and diuron were the most dangerous priority substances in terms of GW quality so they must be included in all of the monitoring studies, at least in Canary Islands.

Cuantificación de la recarga natural al acuífero del norte de Gran Canaria mediante el balance diario de agua en el suelo

[ES]La recarga al acuífero noreste de Gran Canaria ha sido calculada dentro del proyecto REDESAC mediante la realización de un balance diario de agua en el suelo. Para llevarlo a cabo ha sido necesario adaptar los datos de partida existentes referentes a la pluviometría, la evapotranspiración (ET0 y ETP) y los parámetros del suelo. La zona se ha dividido en subzonas según la situación de las estaciones pluviométricas y atendiendo a las características climáticas. Los cálculos realizados mediante la utilización del código Easy-Bal han arrojado una recarga de unos 15±4 hm3/a, lo que supone el 13±4% de la precipitación, la mayor parte de la misma concentrada en las zonas altas y de medianías

Funcionamiento hidrogeológico del área de los barrancos de Moya y Azuaje, Norte de Gran Canaria

Programa de doctorado: Física, Matemáticas, Geología y Clima. La fecha de publicación es la fecha de lectura

Radon in Groundwater of the Northeastern Gran Canaria Aquifer

[EN]Rn has been detected in 28 groundwater samples from the northeast of Gran Canaria (Canary Islands, Spain) utilizing a closed loop system consisting of an AlphaGUARD monitor that measures radon activity concentration in the air by means of an ionization chamber, and an AquaKIT set that transfers dissolved radon in the water samples to the air within the circuit. Radon concentration in the water samples studied varies between 0.3 and 76.9 Bq/L. Spanish radiological protection regulations limit the concentration of 222Rn for drinking water to 100 Bq/L, therefore the values obtained for all the analyzed samples are below this threshold. The hydrogeological study reveals a significant correspondence between the radon activity concentration and the material characteristics of the aquifer.

Estimating Natural Recharge by Means of Chloride Mass Balance in a Volcanic Aquifer: Northeastern Gran Canaria (Canary Islands, Spain)

[EN]The chloride mass balance method was used to estimate the average diffuse groundwater recharge on northeastern Gran Canaria (Canary Islands), where the largest recharge to the volcanic island aquifer occurs. Rainwater was sampled monthly in ten rainwater collectors to determine the bulk deposition rate of chloride for the 2008–2014 period. Average chloride deposition decreases inwardly from more than 10 g·m−2 ·year−1 to about 4 g·m−2 ·year−1 . The application of the chloride mass balance method resulted in an estimated average recharge of about 28 hm3 /year or 92 mm/year (24% of precipitation) in the study area after subtracting chloride loss with surface runoff.

Comments on Uncertainty in Groundwater Governance in the Volcanic Canary Islands, Spain

[EN]The uncertainty associated with natural magnitudes and processes is conspicuous in water resources and groundwater evaluation. This uncertainty has an essential component and a part that can be reduced to some extent by increasing knowledge, improving monitoring coverage, continuous elaboration of data and accuracy and addressing the related economic and social aspects involved. Reducing uncertainty has a cost that may not be justified by the improvement that is obtainable, but that has to be known to make the right decisions. With this idea, this paper contributes general comments on the evaluation of groundwater resources in the semiarid Canary Islands and on some of the main sources of uncertainty, but a full treatment is not attempted, nor how to reduce it.