Boletín Gresia_6 by FONDO EDITORIAL UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

Boletín N° 6 Enero - diciembre de 2013 ISSN 2145-0846

En este número: Editorial / Tema Central:Crisis agrícola en Colombia: una visión ingenieril sobre el problema de los fertilizantes - Una mirada al arbolado en la ciudad de Bogotá / Nota de actualidad: Revisión de aproximaciones conceptuales asociadas a flujos de densidad variable: Caso intrusión salina / Punto de vista: Fracturamiento hidráulico: análisis de las perspectivas en el contexto colombiano / Semillero de investigación: Observatorio de ríos urbanos, herramienta integradora para el recurso hídrico de Bogotá / Enlaces de interés

GRESIA

Editorial

Boletín No. 6 ISSN: 2145-0846 Enero - Diciembre de 2013

Ing. Diana Isabel Quintero Torres. Decana Facultad de Ingeniería Ambiental

Directivos UAN Desde tiempo remotos, el hombre se ha beneficiado de la capacidad generadora de la tierra, no sólo con aquellos servicios de origen natural sino de aquellos que se producen desde la intervención antropogénica; esta relación casi parásita se ha dado desde épocas primitivas, tanto así, que las relaciones familiares, sociales y económicas emergieron fundamentalmente a partir de las dinámicas en torno al trabajo con la tierra, actividad que hoy en día se reconoce como el de ser campesino.

Rectora Marta Losada Vicerrector Académico Víctor Hugo Prieto Vicerrector de Ciencia Tecnología e Innovación Carlos Arroyave Posada Vicerrector Administrativo Ariel Vega

A pesar de la tradición histórica de las labores de siembra y recolección como mecanismo de supervivencia, es innegable el impacto que estas actividades han generado en el ambiente y en la salud de quienes las ejercen, pero es también indiscutible el carácter evolutivo en las que han estado inmersos, el campesino de hoy no es el mismo campesino de ayer.

Secretaria General Martha Carvalho Directora Fondo Editorial Lorena Ruiz Serna

Fenómenos tales como la violencia, eventos ambientales, procesos migratorios, el deterioro de las mismas tierras, la expansión de las ciudades, la globalización, la firma de Tratados de Libre Comercio, las posturas estatales frente al campo, el auge de la biotecnología, en parte, han contribuido con la transformación del campesino y, por supuesto, de la forma como estos, hoy en día construyen su relación con la tierra.

Decana Facultad Ingeniería Ambiental Diana Quintero Torres Director Unidad para el Desarrollo de la Ciencia y la Investigación Juan Daniel Valderrama Editor Anibal Pérez Asistente editorial César Augusto Buitrago Consejo Editorial Diana Quintero, Edwin González, Valderrama, David Aperador

Juan

Corrector de estilo Carlos Almeyda Diseñador Gráfico César Augusto Bran Tarazona Impresión Digiprint Las fotografías han sido suministradas por los autores Foto de portada tomada de http://pixabay.com/es/

La academia no debe ser ajena a estas dinámicas, y es desde ella, en la que se deben generar escenarios no sólo de difusión sino de análisis y reflexión. Coherentes con lo anterior, la Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Antonio Nariño, mediante su boletín Gresia, decide divulgar una reflexión muy profunda sobre el impacto de los fertilizantes, consolidando como tema central de la presente edición el artículo “Crisis agrícola en Colombia: una visión ingenieril sobre el problema de los fertilizantes”. Como complementa al tema relacionado con la problemática de los campesinos, en este número se abordan otros temas ambientales de relevancia para el país que responden a diversos focos de atención. El lector podrá encontrar temas variados que incluyen análisis relacionados con el fracturamiento hidráulico, intrusión salina, arbolado urbano y ríos urbanos.

Tema Central Crisis agrícola en Colombia: una visión ingenieril sobre el problema de los fertilizantes Juan Valderrama, PhD Docente Investigador Facultad Ingeniería Ambiental juanvalderramar@uan.edu.co

Recientemente los medios de comunicación han hecho un cubrimiento muy amplio sobre el paro campesino y la crisis que enfrentan los agricultores en nuestro país. Sin embargo, aparte de los problemas evidentes de orden público y los numerosos enfrentamientos entre la fuerza pública y los manifestantes, ¿qué sabemos realmente sobre las causas del paro y de la crisis? Como ingenieros, esta pregunta es muy relevante dado que somos los primeros llamados a proponer soluciones viables y efectivas a los numerosos problemas relacionados con la crisis. En general, se han contemplado dos aspectos importantes como posibles causas: los Tratados de Libre Comercio (TLC) y los precios de los productos agroquímicos. Los diversos TLC firmados por nuestro país constituyen principalmente cambios en las reglas de juego aplicables sobre el intercambio comercial con otros países. Estas reglas, en condiciones ideales, deberían significar una ventaja competitiva y una oportunidad para nosotros como ingenieros, con miras a aprovecharlas de la mejor manera posible, independientemente de que estemos de acuerdo o no con ellas, es parte de nuestra labor. Por otra parte, un suelo fértil es indispensable para la producción agrícola y teniendo en cuenta el uso intensivo que se hace de los suelos en la actualidad, los nutrientes deben reponerse constantemente de manera artificial. Existen dos macronutrientes esenciales para los vegetales en el suelo: nitrógeno y fósforo; además del potasio, que no es un metabolito principal, pero es indispensable para el

avance de múltiples reacciones enzimáticas en las plantas. Por tal razón, estos tres elementos son los componentes principales de los fertilizantes tipo NPK, que no resultan indispensables para el crecimiento de las plantas pero sí esenciales para que éstas permanezcan saludables y logren mantener una capacidad productiva óptima (Dawson & Hilton, 2011). El nitrógeno es un elemento muy abundante en la atmósfera terrestre, ocupando el 80% de la misma. No obstante, ningún vegetal es capaz de aprovechar el nitrógeno atmosférico de manera directa para su crecimiento, por lo que dependen completamente de microorganismos que convierten el nitrógeno atmosférico en amoniaco a través de un proceso denominado fijación de nitrógeno (Madigan, 2012). Por esta razón, hasta hace apenas 100 años, no sólo las plantas, sino todos los habitantes del planeta (incluido el hombre), dependían completamente del proceso de fijación de nitrógeno para subsistir, dado que este elemento es un componente indispensable en las proteínas. Sin embargo, a mediados de 1909, Fritz Haber descubre un proceso que permite la reacción directa del nitrógeno atmosférico con hidrógeno molecular para producir amoniaco. Este proceso fue adquirido por BASF, quién contrató al ingeniero Carl Bosch para escalar el proceso de laboratorio hasta un nivel industrial. Esta fijación de nitrógeno artificial se denomina el proceso de Haber-Bosch, el cual se usa aún en la actualidad (Appl, 2000).

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Dentro de este orden de ideas, resulta interesante analizar la forma en que ha cambiado el crecimiento de la población humana entre el siglo XVIII y el siglo XX (Figura 1), observándose un incremento claro y pronunciado en la pendiente de esta curva, asociado precisamente al desarrollo del proceso Haber-Bosch; lo que sugiere que la disponibilidad actual de alimentos depende, en gran medida, de nuestra capacidad de utilizar directamente el nitrógeno de la atmósfera (Smil, 1999).

desechado tanto por éstas como por animales y, finalmente, algunos organismos desnitrificadores devuelven ese nitrógeno (Figura 2) a la atmósfera (Grizzetti, Pretato, Lassaletta, Billen & Garnier, 2013). Un ciclo similar, en el caso del fósforo, demora miles de años, lo cual puede ser preocupante si se tiene en cuenta que las reservas mundiales calculadas de fósforo serían suficientes apenas para entre 300 a 400 años (IFDC, 2010).

Figura 1. Crecimiento de la población mundial durante los últimos 3 siglos (adaptado de Allianze Knowledge Site: http:// knowledge.allianz.com/)

Por su parte, el fósforo, que también es un componente de los fertilizantes NPK, tiene un comportamiento muy diferente al del nitrógeno. Mientras que las fuentes de nitrógeno son virtualmente ilimitadas, las fuentes de fósforo son limitadas y se localizan principalmente en yacimientos de China, Rusia, Estados Unidos y Túnez (Esterl, 2013), razón por la cual, el fósforo podría llegar a escasear en el futuro si no se planea su uso de manera adecuada. Además, el ciclo de vida (ciclo biogeoquímico) del fósforo está enmarcado dentro de una escala de tiempo de milenios, mientras que el ciclo del nitrógeno se asocia a tiempos del orden de décadas, a un par de siglos (Dawson & Hilton, 2011). Esto significa que, en menos de 100 años, el nitrógeno pasa de la atmósfera al suelo, es asimilado por las plantas, es consumido por animales, es Universidad Antonio Nariño - UAN

Figura 2. Ciclo del Nitrógeno (adaptado de http://www. miliarium.com/proyectos/nitratos/Nitrato/Ciclo_Nitrogeno.jpg)

Estos datos nos deberían llevar a reflexionar sobre el manejo que se da al fósforo en la agricultura, especialmente si se considera que los yacimientos encontrados hasta el momento en Colombia no son muy grandes, y se componen principalmente de roca fosfórica, la cual debe modificarse químicamente antes de ser apta para el uso agrícola (Osorno Henao, 2012). Las anteriores razones hacen que la recuperación y reciclaje del fósforo ganen importancia con miras a preservar la sostenibilidad de la actividad agrícola nacional. Además, para los ingenieros locales es importante comprender en profundidad estos

ciclos biogeoquímicos como parte integral y fundamental del ambiente, con el fin de estar en capacidad de dar respuesta a estos desafíos que ponen en riesgo nuestra seguridad alimentaria y, que de no ser abordados a tiempo, seguirán reduciendo aceleradamente la competitividad de nuestros agricultores.

ya, 2013). Más desconcertante aún es que las razones para este uso excesivo no son del todo claras, pues algunos argumentan que las características ácidas de nuestros suelos demandan mayores cantidades, mientras otros aseguran que el desconocimiento de las dosis adecuadas constituye la razón principal.

En concreto, el costo de los fertilizantes y otros agroquímicos en Colombia es aproximadamente un 50% más alto que el promedio internacional, por lo que el gobierno propone reducir aranceles con el fin de mitigar el problema (Eslava, 2013). No obstante, una mejor solución sería producir amoniaco a nivel local, para lo cual se requiere principalmente gas natural y nitrógeno atmosférico; pero desafortunadamente altos funcionarios, tanto del gobierno como de asociaciones de agricultores privadas, enfatizan que “carecemos de la infraestructura” (Diario del Huila, 2013), situación que es decepcionante teniendo en cuenta que el proceso Haber-Bosch tiene más de un siglo de antigüedad.

Todos estos datos y cifras nos permiten tener un mejor acercamiento al problema, además de facilitar la proposición de soluciones. El proceso Haber-Bosch requiere de un suministro constante de metano, altas presiones y temperaturas moderadamente elevadas, lo que dificulta su implementación desde el punto de vista de la inversión inicial. Sin embargo, se está investigando sobre alternativas biotecnológicas para captura de nitrógeno ambiental con base en recursos fácilmente renovables y condiciones que demandan inversiones menores en infraestructura. El aprovechamiento de microorganismos fijadores de nitrógeno no es una idea nueva; por el contrario, antes del siglo XX la rotación de cultivos, incluyendo plantas leguminosas en los ciclos, era una práctica común para mantener los niveles de nitrógeno en el suelo, gracias a microorganismos fijadores de nitrógeno que viven en simbiosis con las raíces de estas plantas. En la actualidad, aunque se está considerando nuevamente esta práctica, existe un debate sobre la sostenibilidad del proceso, donde algunos académicos señalan que el tamaño de la población mundial supera la capacidad de carga; mientras que otros argumentan que, bajo condiciones óptimas en la cosecha y transporte con baja pérdida de producto, acompañado de periodos con suelo sin capa vegetal reducidos al mínimo, el uso de leguminosas todavía es una opción atractiva para reemplazar un gran porcentaje de los fertilizantes químicos (Crews & Peoples, 2004).

Otra situación preocupante tiene que ver con el uso exagerado de fertilizantes en el país. Según datos del Banco Mundial,1 Colombia es uno de los países con mayor uso de fertilizantes por hectárea en el mundo, únicamente superado por países como China y Malasia, además de países desérticos como Bahréin, Emiratos Árabes Unidos y Kuwait (Revista Portafolio, 2013). Es también sorprendente que otros países del área andina usen varias veces menos fertilizantes (Colombia: 578.6kg/Ha; Bolivia: 9kg/Ha; Brasil: 142.5kg/Ha, Ecuador: 252.1kg/Ha; Perú: 100.3kg/Ha), lo que, sumado a los altos precios, hace que en Colombia los fertilizantes constituyan entre el 15% y el 30% del costo de producción, mientras que en Brasil y Perú esta cifra no supera el 10% (Suárez Monto1

http://datos.bancomundial.org/indicador/AG.CON.FERT.ZS

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Cianobacterias Tomado de: http://2.bp.blogspot.com/_HVzA5Yib4Mk/S9IV9gIf7SI/AAAAAAAAABk/MTbIyX0Dp7k/s1600/I11-30-cyanobacteria.jpg

Por otra parte, se tienen los biofertilizantes como alternativa. Estos biofertilizantes son básicamente microorganismos cultivados en el laboratorio, los cuales se aplican directamente sobre el cultivo. Entre estos microorganismos, un grupo interesante lo constituyen las cianobacterias debido a que son organismos autótrofos (utilizan dióxido de carbono como fuente de carbono), fotosintéticos (capturan energía directamente de la radiación solar) y fijadores de nitrógeno (Bothe, O. Schmitz, Yates & Newton, 2010). Estas tres características permiten que estos organismos puedan ser aprovechados para captura de CO2 y fijación de nitrógeno utilizando luz solar como principal fuente de energía, requiriendo sólo fósforo como macronutriente adicional, además de micronutrientes y elementos traza, los cuales podrían Universidad Antonio Nariño - UAN

ser obtenidos a partir de aguas residuales (Rothermel, 2011). Por tal motivo, el cultivo de cianobacterias resulta una opción económicamente viable para atrapar una gran diversidad de nutrientes esenciales, a partir de fuentes de costo mínimo, en un medio sólido (microorganismos) de fácil manipulación y que puede ser aplicado directamente a los cultivos de plantas alimenticias. En ese sentido, como miembros de la Facultad de Ingeniería Ambiental y Civil, tenemos la oportunidad de trabajar en varios aspectos de estas soluciones biotecnológicas; estudiando diseños de fotobiorreactores de bajo costo y altas productividades, analizando muestras ambientales en busca de cianobacterias autóctonas que den rendimientos óptimos bajo las condiciones de clima y radiación solar de nuestro país; estableciendo

condiciones de cultivo que permitan atrapar la máxima cantidad de CO2 utilizando aire como fuente de nitrógeno y aguas residuales como fuente de otros nutrientes; estableciendo métodos adecuados de almacenamiento, transporte y aspersión de estos biofertilizantes y procurando estudiar de forma detallada el comportamiento de estos organismos después de ser liberados al ambiente. En síntesis, un solo enfoque de solución permite abordar el problema desde numerosas perspectivas, donde todos tenemos la oportunidad de participar.

Osorno Henao, H. (2012). “Mitos y realidades de las calles

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Tema Central Una mirada al arbolado en la ciudad de Bogotá Alcibíades Bohórquez Bonilla Investigador Facultad de Ingeniería Ambiental – UAN investigador.ambiental@uan.edu.co

Fuente: Las fotografías del siguiente artículo fueron suministradas por el autor.

Resumen Los árboles en el contexto urbano son plantados para el mejoramiento paisajístico y ambiental siempre y cuando se den direccionamientos técnicos que armonicen con el desarrollo de la ciudad. Actualmente la planificación se extiende al arbolado urbano, con metas puntuales presentadas por la actual administración distrital en su Plan de Desarrollo “Bogotá positiva, para vivir mejor”, que fomenta la arborización de la ciudad mediante la formulación del primer Plan Distrital de Arborización Urbana con una meta de plantación cercana a los 100.000 árboles en espacios públicos y 35.000 m2 de zonas urbanas con jardín. Palabras clave: Arbolado, arbolado urbano, especies nativas. Abstract

The trees in the urban context are planted for the landscape and environment improvement provided that technical management which harmonize with the city development exists. Currently the planning expands to the urban woodland, with exact objectives presented by Universidad Antonio Nariño - UAN

the district management in its development plan called “Bogotá positiva, para vivir mejor”, which foments green zones in the city through the first district plan of urban woodland formulation with a plantation objective close to 100.000 trees in the public places and 35.000 m2 of urban zones with garden. Keywords: Woodland, urban woodland, native species. Introducción Los ecosistemas metropolitanos albergan áreas con relictos de bosques naturales, caracterizados por la poca intervención de la ciudad, dando a estos espacios características que deben ser referenciadas y resaltadas como zonas de alta fragilidad y preservación. De otro lado, se encuentran los ecosistemas denominados semi-naturales en los cuales se han desarrollado programas de reforestación con especies foráneas como el caso de urapanes, pinos, eucaliptos y acacias en sistemas alternos y con especies autóctonas de los ecosistemas alto-andinos; otros representantes del arbolado urbano se encuentran en parques metropolitanos y barriales que incluyen en sus diseños individuos arbóreos

y arbustivos, nativos y no nativos, que pretenden recrear con sus siembras ambientes anteriores al desarrollo actual de la ciudad. Claro ejemplo de esta política de manejo es la condición de ecosistemas protectores que han adquirido últimamente los humedales y corredores verdes en los ríos que cruzan la ciudad, además de las propuestas ambientales para su conservación. Así como la ciudad amplía sus fronteras, las autoridades ambientales locales extienden sus líneas de trabajo hacia la protección de la flora, los ecosistemas, el arbolado… es el caso de los programas de arborización urbana, de restauración ecológica, de agricultura urbana y de jardinería urbana adelantados por el Jardín Botánico de Bogotá como encargado del manejo del arbolado de la capital. De igual manera, la Alcaldía Mayor en el Plan de Desarrollo “Bogotá positiva, para vivir mejor” viene fomentando la arborización de la ciudad mediante la formulación del primer Plan Distrital de Arborización Urbana con una meta de plantación cercana a los 100.000 árboles en espacios públicos y 35.000 m2 de zonas urbanas con jardín, sumado esto al manejo y mantenimiento de todo el arbolado. Por otra parte, la administración distrital y la autoridad ambiental deberán encargarse de controlar la violación de las normas en lo concerniente a la construcción en zonas de preservación ambiental y la regulación del uso de los espacios verdes, priorizando aquellas zonas de fragilidad.

pacio público. A nivel mundial la relación es de 9 m2 de zonas verdes por habitante. Las localidades de Bosa, Ciudad Bolívar y Mártires poseen el menor número de árboles de la ciudad, a diferencia de Teusaquillo y Santafé que cumplen con los estándares internacionales. Para el año 2002 la ciudad contaba con 4.82 m2 de zonas verdes por habitante y en 2008 esta cifra ascendió a 4.93 m2. En la ciudad de Curitiba (Brasil), existe la relación más alta: 52 árboles por habitante; en París 11 árboles por habitante, en Santiago de Chile 10 árboles por habitante y en México, 3 árboles por habitante.

Algunas cifras de interés Según la OMS, debería existir una relación árbol/persona de 1:3, pero en Bogotá la relación es de apenas un árbol por cada siete habitantes. Además, se calcula que en Bogotá existen 1.3 m2 de espacio verde por cada habitante y alrededor de 1.114.763 árboles en el esGRESIA - Boletín de la Facultad de Ingeniería Ambiental

Algunos representantes del arbolado en Bogotá Nombre común

Nombre científico

Nombre común

Nombre científico

Araucaria

Araucaria excelsa

Caucho sabanero

Ficus soatensis

Holly liso

Cotoneaster multiflora

Holly espinoso

Pyracantha coccinea

Ficus

Ficus benjamino

Croto

Croton funkianus

Ciprés

Cupressus lusitanica

Camelia

Camellia japonica

Cerezo

Prunus serotina

Mimbre

Salix viminalis

Eugenia

Eugenia myrtifolia

Buganvil

Bouganvillea glabra

Gaque

Clusia multiflora

Durazno común

Prunus persica

Guayacán de Manizales

Lafoensia speciosa

Alcaparro doble

Senna viarum

Urapán

Fraxinus chinensis

Tíbar

Escallonia paniculata

Abutilón

Abutilon insigne

Ciruelo

Prunus domestica

Calistemo

Calistemo viminalis

Jazmín de la China

Ligustrum lucidum

Palma de yuca

Yucca arborescens

Pino romerón

Nageia rospigliosii

Cheflera

Schefflera actinophylla

Arrayán

Myrcianthes leucoxyla

Caucho de India

Ficus elástica

Sietecueros nazareno

Tibouchina urvilleana

Feijoa

Acca sellowiana

Carbonero

Callandria pittieri

Chicalá

Tecoma stans

Corono

Xylosma spiculiferum

Pino libro

Thuja orientalis

Sombrilla japonesa

Euphorbia pulcherrima

Cayeno

Hibiscus rosasinensis

Palma fénix

Phoenix canariensis

Acacia gris, negra

Acacia decurrens

Acacia japonesa

Acacia melanoxylon

Roble

Quercus humboldtii

Alcaparro enano

Senna multiglandulosa

Falso pimiento

Schinus molle

Hayuelo

Dodonaea viscosa

Sauco, Tilo

Sambucus peruviano

Sietecueros nativo

Tibouchina lepidota

Cajeto

Cytharexylum subflavescens

Eucalipto común

Eucaliptus globulus

Duraznillo

Abatia parviflora

Cedro negro

Juglans neotropica

Laurel huesito, Jazmín del Cabo

Pittosporum undulatum

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Fuente: Autor

Manejo integral del arbolado Anteriormente, las plantaciones de los árboles de la ciudad se realizaban sin ningún tipo de programación o lineamiento por parte de las instituciones encargadas, sin tener en cuenta la ubicación del sitio de siembra, la especie a utilizar ni sus características, al momento de la siembra, tampoco se articuló un protocolo de manejo para la implementación de las mismas. En la actualidad, esta situación se ve reflejada en la intervención que las entidades a cargo del manejo del arbolado están obligadas a realizar, a causa de volcamiento, rompimiento de vías, interacción con redes eléctricas e hidráulicas, etc. El árbol urbano requiere de un manejo especial, toda vez que se planta en espacios que ya han sido alterados por proyectos urbanísticos que, al momento de implementar una siembra, generan gran impacto ya sea por el empobrecimiento de los suelos, por la construcción de vías, por la exposición a contaminantes atmosféricos encontrados en la ciudad o por obras de infraestructura que limitan el desarrollo radicular de la especie a plantar. Adicional a estas afectaciones de tipo antrópico, es necesario valorar un hecho indispensable en la ciudad como es la siembra en zonas cercanas a redes eléctricas, las cuales someten al arbolado a un programa continuo de podas y talas.

Afectaciones sobre el arbolado bogotano Según evaluación realizada por la Secretaría Distrital de Ambiente (SDA), pudo establecerse que las afectaciones más comunes o causas de sustitución de la cobertura arbórea y arbustiva de la ciudad se deben a factores relacionados con mal manejo y problemas sanitarios, tales como: • Inclinación: Está dada por el mal manejo en las podas de formación o por sombrío, cuando los individuos son plantados en cercanía a edificaciones que limitan la producción de ramas. • Árboles secos y/o muertos: Se dan principalmente por causas abióticas o daño mecánico como el anillado en la base del tronco, por socavamiento basal realizado al momento de hacer podas con guadaña en las zonas verdes aledañas. • Daño por obras de infraestructura: Se trata de la eliminación de árboles debido a desarrollos urbanísticos. • Daño por podas: Como consecuencia del mal manejo de las podas de formación y, en algunos casos, por contacto con redes eléctricas.

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• Chinche del urapán Tropydosteptes chapingoense: Que puede considerarse como el causante de la desaparición de estos árboles en la ciudad. • Gomosis: Esta afectación de carácter fisiológico se caracteriza principalmente por necrosis, especialmente en especies como el eucalipto.

Recomendaciones para la implementación de siembras arbóreas en Bogotá El proceso debe iniciarse con el reconocimiento del sitio de la implementación y de las especies a usar, teniendo en cuenta los siguientes criterios: • Ecológicos: Entender la ciudad como un ecosistema que genera servicios ambientales y, que en esta medida, puede satisfacer necesidades ambientales. • Paisajísticos: Aportar armonía al paisaje de la ciudad, minimizando el impacto visual generado por las intervenciones de obra civil. • Sociales: Involucrar a la población en el trabajo de arborización, promoviendo el buen uso de los espacios verdes. • Urbanísticos: Relacionados con los aspectos técnicos y normativos.

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Una vez realizada la plantación, es menester iniciar con el mantenimiento básico consistente en las labores de riego, fertilización, replante, deshierbe, podas, bloqueo y traslado, tala y manejo integrado de plagas y enfermedades.

Se tendrán en cuenta además la relación de las formas, los tamaños y el espacio disponible, y aquellas sensaciones aportadas por el árbol plantado: aromas, sonidos, floración llamativa, etc., elementos que pueden inducir al descanso y al disfrute, así como al reconocimiento de la norma vigente y su relación con el trabajo a desarrollar. Los aspectos de localización se refieren a la ubicación de la zona de estudio, evaluando la presencia de superficies verdes y duras, recorridos y pasos peatonales, construcciones e infraestructura aérea (redes). Con la información de base de la localización se procede al diseño. En esta etapa se tiene en cuenta la volumetría del árbol, su función urbana y sus posibles afectaciones sobre el espacio y la visibilidad, así como su complementariedad con los elementos del entorno. En la etapa de plantación, es decir, durante el establecimiento del material vegetal en el sitio definitivo, se tendrá en cuenta la preparación del terreno de siembra mediante limpieza, nivelación, señalización y aislamiento, ahoyado y trazado.

Conclusiones Los árboles en el ámbito urbano y rural son benéficos, toda vez que actúan como reguladores climáticos moderando la temperatura, las corrientes de aire, la estabilidad de los suelos y taludes, la protección de humedales y cuencas. Adicional a estos beneficios se suma el aporte a la avifauna local sirviendo como nicho, refugio y algunas veces como alimento.

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Los árboles aportan estética, psicológica y físicamente (atenuación de partículas, vientos, vectores, olores y ruido) con el entorno natural, enriquecen también, como aportes productivos, la propiedad privada y el espacio público. Los árboles brindan a la ciudad toda suerte de beneficios en la salud, ya que actúan como filtro al retener, en su follaje, gran cantidad del material particulado emitido por las dinámicas productivas de la ciudad. Estos beneficios se dan en la ciudad siempre y cuando el árbol goce de un estado sanitario adecuado y un manejo técnico de podas que le permitan perdurar. Para la FAO es de vital importancia la siembra de árboles en centros urbanos para mantener espacios verdes con zonas saludables que a la vez mejoren y enriquezcan el paisaje. Bibliografía CÁMARA DE COMERCIO DE BOGOTÁ (2009). Evaluación de los cambios en la calidad de vida en Bogotá. CAMARGO, Germán. (2008-2011). Estado y perspectivas de los ecosistemas urbanos de Bogotá: prioridades. CONCEJO DE BOGOTÁ, D.C. Proyecto de Acuerdo 252 de 2008 “Por medio del cual se dictan normas para la creación, fomento y conservación de pulmones verdes en el Distrito Capital y se dictan otras disposiciones”. DAMA. (2006). Documento de arborización urbana: importancia de los árboles en el contexto urbano. JARDIN BOTÁNICO DE BOGOTA (2009). Manual de silvicultura urbana para Bogotá.

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Infante Betancourt, Jhon, & otros (2008). Árboles y arbustos más frecuentes de la Universidad Nacional. Ed. Unibiblos. Molina, Luís F. y otros. (1995). Guía de árboles de Santafé de Bogotá. DAMA

Punto de Vista Revisión de aproximaciones conceptuales asociadas a flujos de densidad variable: Caso intrusión salina Vanessa Rodríguez Rueda Estudiante de Ingeniería Ambiental, Universidad Antonio Nariño vanrodriguez@uan.edu.co

Resumen

En la actualidad, la demanda global de recursos naturales se ha incrementado debido a diversos factores como el aumento de la población y la mayor demanda de bienes y servicios, así como la consecuente necesidad de proveer a estas grandes poblaciones de aquellas herramientas necesarias para su supervivencia y calidad de vida. Sin duda alguna, el recurso más importante para la supervivencia de los seres vivos en general es el agua, la cual es extraída y explotada por medio de diversos métodos. Uno de ellos es la extracción de agua subterránea mediante el uso de pozos.

se encuentran expuestas a mayores impactos de origen antrópico y naturales y, que las hace más susceptibles a contaminarse. Aunque este argumento se ha validado por mucho tiempo, la realidad actual demuestra que las aguas subterráneas no son ajenas a contaminantes de origen superficial o subsuperficial, ya que mediante pruebas de bombeo se han identificado grandes extensiones de acuíferos confinados que se han contaminado difusamente. Uno de estos casos es el de la presencia de aguas salobres o con altos contenidos de sales en acuíferos costeros, principalmente relacionado al proceso denominado intrusión salina que se define como el proceso (temporal o permanente) en el que las aguas marinas desplazan el agua dulce y se adentran en el conteniente dando avance del agua salada en acuíferos costeros. Dentro de las principales causas de este proceso tenemos: (i) La sobreexplotación del acuífero que afecta el equilibrio de agua dulce que es vertida al mar; (ii) el cambio climático que en temporadas secas implica una mayor sobreexplotación del acuífero y un aumento en las temperaturas que intensifica el proceso de evaporación derivando en una mayor concentración de sales; (iii) el aumento en el nivel de los mares en las costas, y la afectación del ciclo hidrológico del área determinada, causada por la disminución de la zona de recarga, disminución de precipitaciones, afectación a cuerpos de agua superficiales e interrupción del flujo de agua dulce hacia el mar.

Este tipo de extracción ha ganado hoy día gran importancia debido a la mejor calidad que caracteriza este tipo de fuentes de agua, en comparación con fuentes superficiales que

Estos hechos de contaminación de acuíferos costeros son uno de los principales temas de análisis y estudio por parte de diferentes centros de investigación en hidrogeología ambiental.

El presente artículo se basa en el estudio del modelo de flujo de densidad variable, mostrando su importancia con respecto a casos relacionados con problemas e impactos ambientales, a causa de la contaminación de acuíferos costeros asociados a la mezcla de agua dulce con agua salada. Para ello, se parte desde la descripción del movimiento del fluido y los tipos de modelos que intervienen en estos casos, hasta la descripción específica del modelo de densidad variable, su notación matemática, su posible representación en modelos de programación, y su aplicación actual. Palabras clave: Agua subterránea, modelo densidad variable, intrusión salina. Introducción

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La mayoría de estos esfuerzos se han concentrado, ya sea en el desarrollo de modelos conceptuales y numéricos o en el perfeccionamiento de técnicas de manejo, control y mitigación de los impactos de la intrusión marina. En el caso de los modelos numéricos, se pueden encontrar algunos esfuerzos encaminados a desarrollar simulaciones que permitan determinar el avance de la intrusión en un determinado periodo. Sin embargo, la simulación de dinámicas de flujo de densidad variable es uno de los problemas más complicados en la mecánica de fluidos ya que, en comparación con otros sistemas naturales, implican un mayor número de variables lo que aumenta la complejidad del sistema de ecuaciones que se requiere resolver. Descripción del movimiento del flujo Para describir el movimiento de cualquier clase de fluido a través de un medio poroso se utiliza la ecuación de la Ley de Darcy que nos permite conocer su velocidad de movimiento:

vD ≈

−∇( pq ) =

variación de masa debido a los flujos entrantes y salientes. pQ = presión y caudal de recarga. Siendo las ecuaciones 1 y 2 la base para el diseño de la formulación adecuada de las principales relaciones algebraicas que resuelven modelos de densidad variable de flujo. Tipos de modelos en que interviene la variación de la densidad Para analizar el contexto de un problema en que se busque analizar el avance de una cuña salina en un acuífero costero, es necesario analizar el tipo de modelo a estudiar que está definido por las variables que controlan el movimiento del agua salobre en relación al agua dulce, el cual podemos definir como:

(1) κ ρ ρ ∇ − g ( ) µ

κκEn=donde: Tensor ρρ −− ρρ ggde)) permeabilidad. vvD ≈ ((∇ ∇Viscosidad. D ≈ µ= κ µ

vD ≈ ( ∇ρ = − ρGradiente g) de presiones. κ vD ≈ µ ∇ρ = − ρDensidad g) del fluido. ( κ ≈ ( ∇ρµ− ρ g= ) Gravedad.

La ecuación de flujo se describe como: (2) d ( sρ ) = −∇ ( ρ q ) + ρ Q dt En donde: d ( sp ) = dt

la derivada o razón de cambio de la porosidad y densidad del flujo con respecto al tiempo. 16 Universidad Antonio Nariño - UAN

Figura 1. Modelo de definición de tipo de movimiento del flujo.

∂P

∂p ∂c

 pK



= ∇  que( ∇ p + ρ g∇ ε ) + pQ A partir de la ρς figura 1+ podemos decir para =z Gravedad. µ ∂t ∂c ∂t   describir de manera  pK de in ∂P adecuada ∂p ∂c el proceso +ε =∇  el (sistema ∇p + ρ g ∇z = + pQ ρς es necesario trusión salina, considerar de alturas. ) Gradiente t c t µ ∂ ∂ ∂   con dos  pKgenerando depen ∂P fluidos ∂p ∂diferentes, c + εflujo en la=densidad, ∇ + ρobliga g ∇z ) al+ pQ = Caudal de recarga. ρς del ( ∇lopque dencia ∂t ∂c ∂t  µ variable.  uso de un modelo de densidad En esta nueva ecuación definida como difeModelo de densidad variable rencial parcial (al incluir términos asociados a derivadas parciales) encontramos una variable El modelo de densidad variable para flui- dependiente en función de dos variables indedos miscibles de agua dulce y agua salada, se pendientes, implican el uso de la densidad no estudia en una sola fase como un fluido en como una constante sino como una variable, condiciones de densidad variable en donde la surgiendo la necesidad dentro del análisis de ecuación de continuidad para intervención de la formulación de una nueva ecuación para mezcla de agua dulce y salada (Guerrit Jous- calcular la distribución de densidad. ma, 1988) está dada por: Esto es posible a partir de relacionar la den(3) sidad con la concentración de sal presente en  pK  ∂P ∂p ∂c +ε =∇  ρς ( ∇p + ρ g∇z ) + pQ el fluido mezclado, creando así la ecuación de ∂t ∂c ∂t  µ  transporte de soluto (sal). En donde: La ecuación del soluto se puede representar ρ = Densidad. como:

ς = Almacenamiento elástico debido a la va-

riación de la presión. ∂P ∂t

po. ε

= Derivada de presión con respecto al tiem-

∂p ∂c

= Porosidad en factor de la derivada de la densidad del fluido con respecto a la concentración de sal. ∂c

(4) ∂c = −v∇c + ∇ ( D∇c ) + Qc * ∂t En donde: ∂c ∂t = Derivada de la concentración con respecto

al tiempo.

= −v∇ + ∇ ( D∇cmedia * fluido. ) + Qcdel =cVelocidad ∂ t Derivada de la concentración de sal∂en c el = −v∇c +=∇Gradiente Qcconcentración * fluido con respecto a l tiempo. de sal en el ( D∇c ) + de ∂t fluido. ∂c ∂t =

 pK = Tensor de permeabilidad  ∂p ∂c intrínseca del ∂c =∇  medio + ρ g ∇z )  + pQ ( ∇pporoso. =cTensor = −v∇c + ∇ ( D∇ ) + Qc *de dipersividad. µ ∂∂cp ∂∂tc   pK   ∂ t =∇  ( ∇p + ρ g∇z ) + ∂pQ c ∂c ∂t = −v∇c + ∇ ( D∇c ) + Qc * = Caudal y concentración de sal al exterior  µ = Viscosidad cinemática.  ∂t

 pK  p ∂c =∇  g ∇z )  + pQ de presión ( ∇p +=ρGradiente c ∂t  µ 

del fluido.

17 GRESIA - Boletín de la Facultad de Ingeniería Ambiental

Modelo de densidad variable en relación al balance de solutos En relación al balance de solutos de la ecuación de flujo para fluidos miscibles, es posible expresar la relación anterior con respecto a otras variables (Ramírez, 2006) como la adsorción, advección, difusión y dispersión al definir la ecuación de flujo a partir de: Balance de masa:

ε Swρ )

∂ ( ε Swρ ) = −∇ ( ε Swρ ∪ ) Qp + γ (4) ∂t

= −∇ ( ε Sw ρ ∪ ) Qp + γ = Porosidad. ∂t Swρ ) = −∇ ( ε Sw= ρ∪ Grado ) Qp +deγ saturación del agua. ∂t ρ) = −∇ ( ε Swρ = ∪ )Densidad Qp + γ del fluido.

−∇ ( ε Swρ ∪ ) Qp + γ del agua. = Flujo

−∇ ( ε Swρ ∪ ) Qp + =γFuente de masa del fluido.

ε Swρ ∪ ) Qp + γ = Fuente de masa de solutos. Balance de solutos:

∂ (ε Sw ρC ) = − f − ∇ ( ε S w ρ ∪ C ) + ( ε S w ρ ( Dml + D ) + ( ε S w ρ ∪ Cγ ) + Q p ∂t

(5)

En donde cada expresión representa:

∂ (ε Sw ρC ) = −f = − ∇Adsorción. (ε Sw ρ ∪ C ) + (ε Sw ρ ( Dml + D ) + (ε Sw ρ ∪ Cγ ) + Qp ∂t ρC ) = − f − ∇ ( ε S w ρ ∪ C ) +=( εAdvección. S w ρ ( Dml + D ) + ( ε S w ρ ∪ Cγ ) + Q p

∇ ( ε S w ρ ∪ C ) + ( ε S w ρ ( Dml + D ) = + (Difusión, ε S w ρ ∪ Cγdispersión, ) + Qp en donde Dm representa en coeficiente de difusión y D, el coeficiente de difusión efectiva.

ρ ( Dml + D ) + ( ε S w ρ ∪ Cγ )= + QDegradación. p ε S w ρ ∪ Cγ ) + Q p = Fuente.

Obteniendo así un sistema de dos ecuaciones no lineales con derivadas parciales de compleja solución que hacen necesaria la aplicación de modelos que permitan hallar una solución aproximada para cada caso en específico. Universidad Antonio Nariño - UAN

Uso de modelos numéricos Como se evidenció en el numeral previo, la solución de estos sistemas de ecuaciones implica el uso de modelos numéricos aplicados que buscan la solución aproximada de las variables principales, mientras que las secundarias son halladas por medio de técnicas como la discretización e interpolación. Estos códigos de representación numérica programados están en la capacidad de solucionar las ecuaciones diferenciales base para la modelación del movimiento del flujo bajo las condiciones de densidad variable. Por lo tanto, los métodos de solución pueden mostrar de acuerdo a su escala un bajo o alto nivel de error. Si se estudia, por ejemplo, un caso en el que el flujo de contaminación de agua salada pasa a través de las aguas subterráneas de un acuífero de gran tamaño, este posee una franja de estudio muy grande y pueden presentarse más errores a diferencia de casos locales con resultados más precisos. Cobran de este modo mayor importancia el método de solución numérica, así: - Diferencias finitas: caracteriza el acuífero en celdas, utilizando en cada una de ellas un balance independiente del movimiento del soluto. - Modelo de elementos finitos: usa una solución de tanteo por medio de una interpolación. Actualmente existen diversos programas que permiten realizar este tipo de modelaciones, algunos de los más utilizados son: FEFLOW: Resuelve problemas de flujo y transporte con densidad variable en 2D y 3D. Los procesos de transporte de solutos miscibles que considera son advección y dispersión

hidrodinámica. Las condiciones de contorno que permite representar el programa son muy variadas. HGS: Por medio del uso de HGS y MATLAB es posible resolver casos de intrusión marina. Inicialmente HGS nos muestra la aplicabilidad de su modelo en 3 niveles de pruebas de código: • Comparación de soluciones analíticas disponibles. • Problemas prácticos con complejidades que impiden soluciones analíticas. • Aplicaciones de campo o experimentales. MODFLOW: Resuelve problemas de flujo por diferencias finitas, este programa fue desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos, el cual se basa en un código fuente que resuelve, mediante interacciones, la ecuación de flujo del agua subterránea (Unidos., 2008). SEEWAT: Se trata del programa más apto que existe en el mercado para la modelación de intrusión salina en acuíferos costeros porque ha sido desarrollado específicamente para simular problemas de densidad variable y flujo transitorio en medios porosos de agua subterránea en tres dimensiones. SIMTRA: La aplicación informática SIMTRA (Simulación Matemática de la Intrusión Marina) es una interfaz numérica y gráfica con la que es posible simular procesos de intrusión marina en modelos de acuíferos de parámetros distribuidos. Para representar el flujo utiliza el código MODFLOW y para resolver la ecuación de transporte el código MT3D. La combinación de las funcionalidades de ambos programas MODFLOW y MT3D permite resolver la ecuación de flujo y de conservación de la masa de forma iterativa y simultánea teniendo en

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cuenta los cambios de densidad que supone la variación en la concentración de solutos.2 Aplicación de uso de los modelos asociados a casos de intrusión marina Existen diversos estudios en los que se ha implementado el uso de esta herramienta de modelación para la caracterización de acuíferos costeros asociados a contaminación con agua de mar, iniciando con la presentación de un método para resolver las ecuaciones que rigen el tiempo dependiente, flujo incomprensible de densidad variable en dos o tres dimensiones en una jerarquía de adaptación de rejillas (Ann S. Almgren, 1997), pasando por la comparación de resultados de técnicas numéricas. La demostración de este modelo se basa en la formulación de diseños experimentales que han demostrado –mediante problemas convencionales de flujos de sal, como el uso de programadores y ensayos físicos de verificación–, la validez de estas pruebas analíticas. Siendo algunas de aplicaciones más importantes en la actualidad: El desarrollo de un nuevo algoritmo en el que se facilite la solución de la ecuación de flujo en el sistema de dos ecuaciones expuestas anteriormente. Este modelo se desarrolló y comprobó mediante el uso de una cámara que simulaba, en tiempo real, el comportamiento y movimiento de agua salada inyectada en un tanque de agua dulce, con el fin de verificar la veracidad del uso de este nuevo algoritmo. (Philippe Ackerer, 2004). De acuerdo con la dificultad que implica la presencia de ecuaciones diferenciales parciales, se hace necesaria la revisión de todos los métodos usados actualmente para identificar aquel que 20

se acople a las necesidades del problema y arroje resultados reales. Para esto, fueron investigadas las tres técnicas numéricas diferentes disponibles en los programas SEAWAT/MT3DMS, códigos usados mediante la simulación de datos experimentales de densidad variable de flujo y transporte. Los experimentos fueron diseñados para representar tres técnicas numéricas utilizadas en la simulación de estos mismos experimentos: El método de las características de enfoque (MOC), el de variación decreciente (TVD) y las diferencias finitas (FD). Los análisis indicaron que los tres métodos numéricos poseen limitaciones y no fueron capaces de reproducir satisfactoriamente las inestabilidades observadas en los conjuntos de datos experimentales. Los resultados muestran la necesidad de mejorar la exactitud de las técnicas numéricas que, en la actualidad están siendo utilizadas para la solución de problemas de flujo de agua subterránea de densidad variable (Chao-Ying Jiao1, 2004). El uso de este tipo de modelos también se adapta para buscar otras herramientas que faciliten el uso de un programa y permitan obtener datos duros en el área de estudio, un ejemplo de ello es una técnica simple que implementa el uso de una hoja de cálculo, un código de Visual Basic y el software de mapas, para representar adecuadamente el flujo de direcciones y corregir las diferencias de densidad en el acuífero (Arif Alkalali, 2003). Por otra parte, existen proyectos que van más allá de la teoría y tratan de aplicar los conceptos a casos de intrusión marina en el mundo. Uno de ellos es la intrusión de agua de mar que contamina las reservas de aguas dulces subterráneas en los acuíferos costeños en Pioneer Valley, noreste de Australia. Allí se ha implementado un modelo tridimensional de intrusión de agua de mar mediante el uso de código

Tomado de: Instituto Geológico y Minero de España (IGME). Proyecto SIMTRA de código libre (http://www.igme.es/internet/productos_ descargas/aplicaciones/simtra.htm).

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MODHMS para explorar procesos de escala regional y para asistir la evaluación de estrategia en el manejo del sistema, generando un mapa de intrusión de agua de mar potencial. Otro caso de estudio compete al sistema hidrogeológico de la laguna de Fuente de Piedra (Málaga, España), en donde las salmueras en la zona de descarga alcanzan una salinidad 10 veces superior a la del agua de mar. Por ello, se adelantan estudios de intrusión mediante la aplicación de técnicas hidrogeoquímicas y análisis de isotopos ambientales para la recolección de datos. Se busca entonces el desarrollo de un modelo de análisis de la distribución espacial de la salinidad de las aguas subterráneas. Para ello se midieron perfiles de conductividad y temperatura en pozos y piezómetros. Los perfiles de estos dos parámetros permiten evaluar la distribución espacial de los diferentes tipos de aguas subterráneas (Heredia, Araguás-Araguás & Ruiz, 2003).

AnnS.Almgren, J. (1997). “A Conservative Adaptive

Conclusiones

Miscible Displacements in Porous Media with Variation of

En el presente artículo se recalcó la importancia de aplicar el método de densidad variable a casos de contaminación de acuíferos costeros por intrusión salina. Partiendo desde el hecho de la importancia de definir la descripción del modelo de flujo, como punto de partida para la resolución de la ecuación de flujo y transporte del contaminante, en aras de justificar el uso de programadores que permitan encontrar dichas soluciones, se demostró el que uso de este método resulta una medida de modelación efectiva del comportamiento del fluido miscible.

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22 Universidad Antonio Nariño - UAN

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Nota de Actualidad Fracturamiento hidráulico: análisis de las perspectivas en el contexto colombiano Sharel Charry Estudiante Ingeniería Ambiental, Universidad Antonio Nariño scharry@uan.edu.co

Resumen La explotación de gas en yacimientos no convencionales por medio de tecnologías como la fracturación hidráulica, comúnmente conocida como fracking, ha evolucionado como una economía emergente en el marco mundial, la cual posiblemente determine una transición a la energía renovable futura dejando de lado la dependencia de los combustibles fósiles convencionales. En Latinoamérica su implementación es aún prematura aunque países como Argentina y Uruguay presentan avances prometedores. En Colombia, esta alternativa de explotación se encuentra en su fase inicial y su investigación se encuentra bajo la responsabilidad de autoridades ambientales como la Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH) y la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA). Estas fases buscan el desarrollo de un diagnóstico del potencial de hidrocarburos en la roca madre de las estructuras geológicas presentes en suelos colombianos. El país posee un alto potencial de yacimientos aprovechables no convencionales de gas de esquisto pero las implicaciones ambientales y económicas serán puntos definitivos para su implementación. Palabras clave: Fractura hidráulica, yacimientos no convencionales, riesgos ambientales. Fracking, hydrofracking, unconventional reservoirs, environmental risks. Introducción Los esquistos y lutitas son las rocas más abundantes en la corteza terrestre (Arthur, 2008),

son rocas sedimentarias generadas como consecuencia de la deposición lenta y continua de sedimentos principalmente marinos, por lo que contienen aproximadamente 95% de materia orgánica (Blanco Ybáñez & Vivas Hohl, 2012). En las formaciones geológicas de esquisto se encuentra contenido gas natural conocido comúnmente como Shale Gas, siendo una mezcla natural de gases orgánicos, primariamente de metano y menores proporciones de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, radón radiactivo, propano, y otros gases (Blanco Ybáñez & Vivas Hohl, 2011). Los yacimientos de gas de esquisto son considerados no convencionales debido a su poca factibilidad económica ya que llegar a ellos implica acceder directamente a la roca donde se encuentra el recurso (Oliver & Kuuskraa, 1989). Consecuentemente, durante las décadas 1940- 1970 se desarrollaron dos métodos propiciados por el progreso tecnológico conocidos como tecnologías de perforación direccionada (perforación horizontal) y fractura hidráulica (fracking) (Groat, 2012), los cuales son incorporados sucesivamente. Estos métodos se utilizaron para la estimulación de la roca de manera que su permeabilidad aumente ya que el esquisto posee una porosidad y permeabilidad natural baja que puede estar en rangos de nano-darcy (Soliman, Doral, & East, 2012), siendo esto último una limitante para el proceso de extracción (Arthur, 2008). A partir de este punto histórico, se generó un incremento dramático en la extracción de gas natural a nivel mundial (Osborna, Vengosh, Warner, & Jacksona, 2011) (Mckenzie, Witter, Newman, & Adgate, 2012).

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1. Hidrocarburos no convencionales La fractura hidráulica consiste básicamente en la inyección o bombeo de un fluido acuoso, con aditivos químicos y de forma presurizada con el fin de producir y ampliar las fracturas en el sustrato rocoso para aumentar la superficie de contacto de los poros que encierran el gas. Después de la fracturación, se reduce la presión provocando un reflujo o retorno del fluido que luego pasará por una purga en donde se procesa la mezcla y se separa el gas. El fracturamiento en pozos horizontales posee grandes complicaciones relacionadas con la mecánica de roca, el cambio de las tensiones en torno a las fracturas creadas y el flujo del fluido (Soliman, Doral, & East, 2012). Durante la expansión de las fracturas, la presión dentro de esta aumenta las fugas del fluido por lo que la tensión normal disminuye y su conductividad se acrecienta; ello aumenta la permeabilidad global de la formación y crea circuitos de flujos preferenciales ya que se desestabiliza la hidráulica existente en el medio con un cambio de regímenes de presión. Las fracturas generadas son altamente anisotropías, es decir, la conductividad es di-

ferente en todas las direcciones (Warpinsky & Natl, 1991). Los mayores productores de Shale gas de esquisto que emplean fracking son América del norte y Asia (Clarkson, 2013), particularmente en Estados Unidos, en la zona de Texas y Pennsylvania (Eaton, 2013), siendo EE.UU. actualmente, el primer productor de gas natural en el mundo junto con Canadá. El 25% de la producción mundial de gas natural se concentra en estos dos lugares (Speight, 2013). Sin embargo, se estima que las mayores reservas están localizadas en China (Bocora, 2012). En Latinoamérica, el fracking se ha implementado en Argentina en formaciones como la Vaca Muerta y los Molles. En México se han perforado de igual manera algunos pozos exploratorios y 175 pozos están planteados para el 2015. En Uruguay existen reservas potenciales y territorios comprometidos para dicha actividad. La distribución de las reservas de gas de esquisto recuperable se presenta en la figura 1.

Figura 1. Gas de esquisto, reservas técnicamente recuperables (Fuente: Word Shale Gas Resources, EIA (2011); BP Statistic Analysis, Arthur D. Little).

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Colombia es un país con significantes cuencas sedimentarias comúnmente asociadas a la extracción de gas de manera convencional con alrededor de 1.036.450 km2 de área superficial. En la actualidad existe un naciente interés en la exploración y explotación de yacimientos no convencionales de gas de esquisto, esta gestión es adelantada por la Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH) y la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA) referida a los retos ambientales y sociales de este tipo de actividades, los que incluyen estudios de campo y análisis de laboratorio, perforación de pozos estratigráficos con la articulación del marco legal, jurídico, técnico y ambiental del país.

Figura 2. Áreas potenciales de hidrocarburos no convencionales en Colombia (Fuente: ANLA 2011).

Las áreas de yacimientos de gas de esquisto en Colombia presentadas en la figura 2 muestran que, para la zona del Catatumbo y en el departamento del Cesar, existen aproximadamente 31.7 trillones de pies cúbicos (TFC) y para la zona del Valle Medio del Magdalena (VMM) 29 TFC, lo que representa un alto potencial de hidrocarburos aprovechables. Para la implementación de estas alternativas de exploración y explotación de yacimientos no convencionales en Colombia se deben analizar los siguientes aspectos:

• Contaminación del recurso hídrico y sistemas de abastecimiento: Durante la fracturación hidráulica se requiere una demanda de entre 7500 - 38.000 m3 por pozo (Eaton, 2013). El consumo de estas grandes cantidades de agua pueden afectar los caudales base y almacenamiento asociados a cuencas hidrográficas. Esta agua es inyectada a gran presión como un fluido mezclado con un agente de apuntalamiento (arena) a un 98%, y un 2% restante son aditivos químicos que previenen incrustaciones, proliferación bacteriana y corrosión en los ductos perforados. Las cantidades

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de aditivos químicos son, más o menos, de 0.1 a 0.5 litros por metro cuadrado (Hammes, 2004) (Groat, 2012). Después de la fracturación, cuando baja la presión, hay un retorno del fluido por el pozo, en este proceso se retorna entre el 15% al 80% del flujo inyectado (Blanco Ybáñez & Vivas Hohl, 2011). El fluido contiene gas, agua y arena como también contiene metales pesados (plomo, arsénico, cromo, mercurio, etc.) produciendo un aumento en salinización. Estas sustancias pueden ser transportadas por la roca fracturada a los acuíferos (Myres, 2012). Las aguas residuales de retorno resultantes se conducen a balsas de evaporación para su tratamiento con la amenaza de desbordamiento y vertido a suministros de agua potable. La industria del fracking no ha tenido en cuenta las consideraciones necesarias respecto a la cantidad de aditivos químicos que se usan y las características que poseen como cancerígenos, mutágenos, y teratógenos. Adicionalmente existe la presencia de disruptores endocrinos como otras sustancias altamente tóxicas que presentan riesgos para la salud pública (Eaton, 2013).

• Afectaciones en acuíferos: La extracción de Shale Gas puede generar un riesgo potencial de la contaminación de aguas subterráneas (Myres, 2012) (Vengosh, Warner, Jackson, & Darrah, 2013), como por ejemplo la intrusión de metano en los acuíferos (Osborn, 2011) que puede dar lugar a explosiones en lugares aledaños y la migración del gas a pozos de agua potable debido a su grado de volatilidad. Estudios realizados por científicos del área ambiental de la Universidad de Duke (Carolina del Norte) que midieron concentraciones de metano en 127 muestras de pozos de Universidad Antonio Nariño - UAN

agua dulce en los Estados de Pensilvania y Nueva York, han reportado concentraciones por encima del límite permisivo de metano en 51 muestras, siendo este de origen termogénico, es decir, proveniente de las formaciones de esquisto, esto por posibles liberaciones a través de las grietas y fisuras de los pozos (Warner, y otros, 2013). • Emisiones de gases de efecto invernadero: En casi todo el proceso están involucrados los camiones, equipos de perforación, procesamiento y transporte de gas, que a su vez generan ruido y liberan material particulado (polvos y humos de los motores), dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, compuestos orgánicos volátiles, etc., también hay emisiones desde la bolsas de evaporación de aguas residuales. En toda la vida útil de los pozos se generan también emisiones de metano y dióxido de carbono, aproximadamente el 30% más que en los yacimientos convencionales, las emisiones más altas son las que se producen en los pozos en el momento de ser fracturados hidráulicamente (Howarth, Santoro, & Ingraffea, 2011). El metano se emite en mayores cantidades por la composición del gas natural, siendo este el gas de efecto invernadero más fuerte y dañino en la atmósfera (Ross, 2010). Con la extracción de Shale gas se viene alterando el ciclo del carbón así como acelerando el cambio climático. Entre otras consideraciones menos científicas del fracking podemos contar los intereses económicos y políticos. El crecimiento acelerado de esta práctica en el mundo está asociada a factores económicos, siendo el rápido agotamiento de los pozos no convencionales el más evidente, lo que hace que aumenten los cos-

tos relacionados con estudios geológicos más complejos, la construcción de gran número de plataformas de perforación, la implementación de nuevas tecnologías y la inversión en investigación (Bocora, 2012), así como la adopción de políticas relacionadas con el uso de los recursos del agua y la energía, y sus respectivas prioridades. Colombia está incursionando en una normativa estándar internacional desarrollada por la ISO (Organización Internacional para la Estandarización), titulada la ISO 50001, en donde se establecen lineamientos para la gestión de energía apuntando específicamente a la reducción de utilización de energía, los costos relacionados y la emisión de gases de efecto invernadero, la cual podría resultar como una justificación para que el país implemente fracking, como una transición a una economía limpia.

Existen falencias en cuanto a investigaciones geológicas para saber el alcance real de las prácticas de fracking en yacimientos no convencionales. Esta práctica trae más beneficios económicos y políticos que ambientales, aunque el gas no convencional se comercialice como una mejor alternativa limpia, barata, segura y suministro estable de energía en relación al convencional. En algunos países se espera que este sea el paso para superar la crisis energética y declarar el comienzo de una era dorada para los combustibles fósiles, es decir, que se enriquezca la seguridad energética para mejorar el desarrollo económico. Sin embargo, las preocupaciones ambientales deben ser analizadas más a fondo antes de promover la explotación de este tipo de hidrocarburos.

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env.2012.02.018

Universidad Antonio Nariño - UAN

Semillero de Investigación Observatorio de ríos urbanos, herramienta integradora para el recurso hídrico de Bogotá Aperador Rodríguez David Ingeniero Ambiental de la Universidad Antonio Nariño, con Maestría en Desarrollo Sustentable y Gestión Ambiental de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Docente investigador de la Universidad Antonio Nariño. Yorlady León Valencia, Jenny Delgado y Jenny Fajardo Moreno Estudiantes de Ingeniería Ambiental de la Universidad Antonio Nariño.

Resumen La resignificación del territorio que hace referencia a las cuencas y microcuencas urbanas constituye un elemento fundamental para los habitantes de la ciudad. En ese sentido, el reconocimiento e interpretación de los sistemas hídricos loticos establecen directrices hacia el control y formulación de propuestas que coadyuven al mejoramiento de los cuerpos de agua en el marco de las políticas públicas y la gestión ambiental. Es así que el Observatorio de Ríos Urbanos de la Universidad Antonio Nariño (ORU-UAN), por medio de herramientas técnicas in situ y en laboratorio, caracterizan los ríos, quebradas y canales para su posterior georeferenciación e incluirlos en el Sistema de Información Geográfica, el cual puede ser consultado por los ciudadanos para conocer en detalle las dificultades, así como las potencialidades, de estos, dentro de la ciudad. Palabras clave: Cuencas urbanas, calidad del agua, población civil, gestión ambiental. Antecedentes La identificación y caracterización de los ecosistemas en áreas urbanas ha sido una herramienta fundamental para la formulación de estrategias hacia el cumplimiento de las políticas públicas en materia ambiental (Gutiérrez & Sánchez, 2009). Bogotá, la ciudad más grande y poblada de Colombia, con más de 37 mil hectáreas de área urbana, ha sufrido trasformación drástica en

su territorio desde inicios del siglo XX, donde su densificación derivada del conflicto armado civil nacional, la industrialización de la ciudad, crecimiento económico (Suárez, 2009), entre otros factores fue modificando su territorio y por ende sus componentes naturales, incluido su sistema hídrico. En los últimos años, los procesos de planificación territorial, como es el caso de los Planes de Ordenamiento Territorial, en el marco de la Ley 388 de 1997, han incluido dentro de sus esquemas el componente ambiental como un eje trasversal hacia la construcción integral de una política pública de gestión y uso adecuado de los recursos naturales.

Figura 1. Mapa de Bogotá del año 1960.

En el caso de Bogotá, el recurso hídrico constituye un factor de gran importancia ambiental, tomando en consideración la ubicación estratégica geográfica de la ciudad, integrada por la cuenca media del Río Bogotá, y esta a su vez, por las subcuencas de los Ríos Tunjuelo, Fucha, Torca y Salitre, las cuales recorren la ciudad desde los cerros orientales, donde estos posee un potencial ecosistémico por su heterogeneidad

GRESIA - Boletín de la Facultad de Ingeniería Ambiental

montañosa, hasta llegar a las aguas del río principal de la gran urbe, el Río Bogotá, tomando en consideración que los sistemas bióticos son elementos en los cuales se presenta un flujo continuo de materia, energía e información, necesarios para el correcto funcionamiento de los procesos que se desarrollan en ellos (Molles, 1987). Las entidades gubernamentales como las Secretarias de Planeación Distrital (SPD) y la Secretaria Distrital de Ambiente (SDA), han definido estrategias para el control y manejo ambiental hacia el monitoreo de los recursos naturales, que en el caso del recurso hídrico, se han definido proyectos y estrategias hacia el cumplimiento de las metas propuestas dentro de sus planes de gobierno y políticas públicas al mediano y largo plazo (Rodríguez, 2012).

Como herramienta para el cumplimiento de dichas acciones administrativas estatales, se han creado plataformas virtuales en las cuales los ciudadanos pueden acceder a la información técnica respecto a la situación de los recursos naturales como el portal SINUPOT de la SPD y el Observatorio Ambiental de Bogotá (OAB) de la SDA. En el caso del (OAB), se encuentra el Sistema de Información Geográfica (SIG) de Bogotá, y este a su vez posee el sistema hídrico urbano. En dicha herramienta se georreferencia la situación de los ríos principales de la ciudad, cuyo parámetro de calidad es el WQI (wáter Quality Index), y respecto a sus afluentes estos carecen de información puntual pues al mirarse desde un contexto global se denota que son aportantes de contaminación de alto impacto, los cuales deben tener un seguimiento paralelo y continuo. Es así que el ORU-UAN consolida el trabajo técnico, estatal y comunitario hacia el seguimiento del comportamiento ambiental de los ríos, canales y quebradas urbanas de Bogotá para establecer o definir, posteriormente, propuestas estratégicas para Universidad Antonio Nariño - UAN

la mitigación del conflicto hídrico en el marco de la gestión ambiental territorial en las cuencas urbanas.

Figura 2. Toma de muestras en campo (Foto: ORU-UAN, 2013).

Trabajo en campo La planeación del trabajo en campo se elabora conforme a los protocolos definidos por el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater y a la Guía para el monitoreo de vertimientos, aguas superficiales y subterráneas del IDEAM, donde se definen los procedimientos y adecuación de equipos y materiales a utilizar. Para la caracterización y toma de muestras en los ríos, quebradas y canales urbanos, se definen tres puntos estratégicos (parte alta, media y baja), los cuales son establecidos por medio de la revisión bibliográfica y recorridos previos para el reconocimiento de la zona a investigar. Una vez obtenidas las muestras (Figura 2), son trasportadas y procesadas el mismo día en el laboratorio de ingeniería ambiental de la UAN, donde se analizan las muestras obtenidas para el posterior estudio de los resultados. Procesamiento de muestras en laboratorio Al igual que el trabajo en campo, para el análisis en laboratorio de las muestras obtenidas en los ríos, quebradas y canales en el área urbana,

se realiza el procesamiento conforme al protocolo del Standard Methods para obtener resultados confiables que permitan su posterior discusión y publicación en medios digitales y el SIG del ORU-UAN. Los datos obtenidos evidencian cuantitativamente el impacto del desarrollo urbanístico sobre el sistema hídrico, con variables tangibles como aguas residuales domésticas reflejadas en la siembra de medios de cultivos de colonias en cajas petri, sólidos sedimentables, variabilidad en el pH, oxígeno disuelto, identificación microbiológica, conductividad, además de la clasificación de las aguas por punto de muestreo, es decir, si es un vertimiento puntual de una zona residencial o de un sector industrial. Figura 4. Prueba comparación sólidos sedimentables aguas arriba y abajo quebrada La Vieja (Foto: ORU-UAN, 2013).

Georreferenciación y SIG

Figura 3. Prueba comparación medios de cultivo de colonias aguas arriba y abajo quebrada La vieja (Foto: ORU-UAN, 2013).

Los resultados evidencian la degradación de la calidad hídrica desde la zona alta (cerros orientales), hasta la desembocadura al río Salitre (parte baja). En la Figura 3 se observa, de izquierda a derecha, el comportamiento de proliferación de colonias en medios de cultivo donde aguas arriba (izquierda) la muestra representa el sector límite urbano al oriente de la ciudad, y el extremo derecho aguas abajo netamente en el área urbana de Bogotá, donde hay presencia de vertimientos puntuales del sistema de alcantarillado de la ciudad a los cauces y canales.

Por medio de superposición de mapas en diferentes programas como Arcgis, Google Earth pro, y plataformas virtuales como Google Maps, se elaboró el SIG hídrico urbano de la cuenca del Río Salitre cuya información es corroborada con trabajo en campo, con GPS y registro fotográfico. A cada cuerpo de agua (shape) se le anexa la información correspondiente a la revisión bibliográfica (información secundaria), así como los datos obtenidos en campo y laboratorio de ingeniería ambiental de la Universidad Antonio Nariño. Una vez consolidada la información, es publicada en la web (Google Maps, y blogs) al alcance de la ciudadanía con conexión a internet y de manera gratuita para ser divulgada y discutida en diferentes escenarios que lo soliciten.

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SIG ORU-UAN La plataforma virtual del ORU-UAN (Figura 5) es actualizada trimestralmente para tener datos más concretos con los cuales definir indicadores de cumplimiento de los instrumentos de gestión como la Política de Salud Ambiental, los Planes de Desarrollo Locales y Distritales, así como la investigación y análisis del comportamiento de los ríos urbanos en Bogotá.

Figura 5. SIG cuencas urbanas (Imagen: ORU-UAN, 2013).

Socialización del observatorio Apoyado por los diferentes espacios, tanto de participación ciudadana como de escenarios académicos (por ejemplo EXPOCIENCIA 2013), la información del ORU-UAN entra en la discusión de la ciudadanía, con el ánimo de visibilizar las dificultades así como las potencialidades que trae consigo el sistema hídrico urbano, consolidando estrategias para su posterior recuperación y conservación.

En dichos escenarios de discusión, se logra articular esfuerzos conjuntamente con líderes comunitarios ambientales en zonas rurales y urbanas, así como en escenarios académicos Universidad Antonio Nariño - UAN

con docentes y estudiantes de universidades tales como la Universidad Libre y la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, quienes tras aunar esfuerzos fortalecen la investigación de los cuerpos hídricos superficiales loticos de las cuencas y subcuencas en la ciudad de Bogotá. Conclusiones Como herramienta académica al alcance de la población en general, el ORU-UAN establece una estrategia, tanto de reconocimiento territorial, como de comprensión de las características técnicas básicas que poseen los ríos urbanos dentro del contexto de la demo-

Figura 6. Socialización del ORU-UAN ante la comunidad (Foto: ORU-UAN, 2013).

Figura 7. ORU-UAN en la emisora SUBA AL AIRE 88.4 FM (Foto: ORU-UAN, 2013).

cratización del conocimiento, que debe estar al alcance de todos los ciudadanos para que entiendan y opinen, con criterio sustentado en la lógica, sobre la situación de las cuencas dentro de la ciudad y la incidencia de las mismas sobre el quehacer de la ciudadanía y las entidades administrativas.

Bibliografía

Como un elemento integrador, el ORUUAN articulará el proceso comunitario con la academia haciendo de esto un elemento fundamental hacia la construcción de estrategias concretas con el sentido de quien convive con los ríos urbanos (ciudadanía en general) y el profesional que estudia las aguas que atraviesan la ciudad y determina su grado de afectación (la academia), todo en aras de la construcción de propuestas que idealicen la mitigación del impacto negativo sobre el recurso hídrico.

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33 GRESIA - Boletín de la Facultad de Ingeniería Ambiental

Enlaces de Interés Cambio climático • Agencia de protección medioambiental de los Estados Unidos (EPA) (United States Environmental Protection Agency) http://www.epa.gov/climatechange/ghgemissions/

En este portal se encuentra información sobre el cambio climático; recolecta datos sobre la emisión de gases que ocasionan el efecto invernadero, promueve algunas estrategias para lograr una tecnología más limpia, evalúa algunas de las políticas públicas a este respecto y publica los últimos hallazgos sobre estas temáticas. Finalmente, proporciona información sobre lo que se puede hacer desde nuestras oficinas, hogares e instituciones educativas, y presenta algunos recursos educativos que explican este fenómeno y la manera como el planeta está siendo afectado.

• GLOBAL CLIMATE CHANGE publicado por National Aeronautics and Space Administration (NASA) http://climate.nasa.gov/

En este sitio, dedicado al tema del cambio climático, puede encontrar varios recursos interactivos, imágenes y videos de energías alternativas tanto para niños, como para docentes y personal experto en el tema.

Publica evidencias del deterioro ambiental con indicadores como: la medición de concentración de dióxido de carbono, la temperatura superficial del planeta, el nivel del mar y el descongelamiento de los glaciares, además, de enfatizar las causas y sus efectos. Universidad Antonio Nariño - UAN

Biodiversidad • Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (Smithsonian Tropical Research Institute) http://www.stri.si.edu/index.php

El instituto es el centro de investigación más reconocido en la biodiversidad biológica en los Trópicos, en su sitio presenta los resultados de sus investigaciones tendientes a replantear las estrategias de conservación de la biodiversidad con la intención de evitar el aumento en los niveles de extinción de algunas especies. Publica becas, cursos de campo, seminarios, red de colaboradores internacionales, el laboratorio marino, bases de datos científicas sobre biodiversidad y oportunidades de empleo, entre otros.

Energías Renovables • Comisión Europea de Energía http://ec.europa.eu/energy/renewables/index_en.htm

La página de la Comisión Europea de Energía presenta información sobre las proyecciones de utilización de las energías renovables como la energía eólica, solar, hidroeléctrica, geotérmica y de las mareas, para diferentes periodos en toda Europa. Una serie de planteamientos para reducir las emisiones de efecto invernadero e impulsar la industria de energías renovables, fomentando la innovación tecnológica, la sostenibilidad y el empleo. Publica informes periódicos sobre la evolución en el manejo de la energía renovable y los avances que los Estados miembros de la Comunidad Económica han experimentado en términos de consumo, obedeciendo a los objetivos planteados a 2020.

Exhibe exposiciones de especies milenarias que contienen su evolución histórica y las causas de su extinción, y algunas investigaciones sobre especies no muy conocidas que se ubican en zonas costeras centroamericanas.

• Revista Renewable energy http://www.sciencedirect.com/science/journal/09601481

Es una revista internacional de alto impacto que publica investigaciones sobre energías renovables, cubre áreas como conversión de biomasa, tecnologías geotermales, eólicas, desalinización, arquitectura con energía solar, políticas socioeconómicas de las energías renovables, entre otros. Usted puede consultar desde el campus universitario todos los números de las revistas incluso los que están aún pendientes de su publicación.