Recarga gestionada de acuíferos (MAR): técnicas, diseño y marco legal

La recarga gestionada de acuíferos (MAR, por managed aquifer recharge) es la recarga intencional de agua a un acuífero para recuperarla después o para obtener un beneficio ambiental, controlando su cantidad y su calidad. Convierte el acuífero en un almacenamiento casi sin evaporación, que se llena cuando sobra agua y se explota cuando escasea.

Definición y objetivos

La definición de Dillon y otros (2009), adoptada por la Asociación Internacional de Hidrogeólogos (IAH), exige propósito: no son MAR la recarga incidental del riego o de fugas de redes ni la infiltración para disposición, como las fosas sépticas. «Gestionada» la distingue de la recarga artificial, término que no implica control de calidad y que aún usa la ley chilena. Sus objetivos principales son (Dillon y otros, 2022):

• Almacenamiento estacional, interanual o de emergencia. Un embalse en clima cálido y seco evapora del orden de 2 m al año (Bouwer, 2002); el acuífero, casi nada.
• Protección del acuífero: recuperar niveles, frenar la subsidencia y controlar la intrusión salina.
• Mejora de calidad por filtración natural, como en la filtración de ribera y el tratamiento suelo-acuífero (SAT), útil para el reúso.
• Caudal base de ríos y niveles de lagos y humedales dependientes del agua subterránea.

Es parte del uso conjunto de aguas superficiales y subterráneas. Según el informe de las Naciones Unidas sobre el agua de 2022, citado por la IAH, su aplicación se multiplicó por diez en 60 años y ronda los 10 km³/año, cerca del 1 % del uso mundial de agua subterránea. Frente a una presa cuesta menos y se construye por etapas, pero la permeabilidad limita la tasa de recarga.

Clasificación de técnicas

Dillon y otros (2022) agrupan las técnicas según cómo entra el agua; Dillon y otros (2019) suman la captación de escorrentía como grupo transversal. La elección depende sobre todo del tipo de acuífero.

En cauces, Bouwer (2002) describe vertederos bajos, presas inflables y diques de tierra de alrededor de 1 m que se rehacen tras cada crecida. Las zanjas de recarga miden menos de 1 m de ancho y hasta unos 5 m de profundidad, y los pozos secos, de 10 a 50 m; ninguno admite retrolavado, así que el agua debe llegar casi sin sólidos.

Criterios de selección de sitio

Como primer tamizaje, Bouwer (2002) indica conductividades de menos de 0,1 m/d en arcillas, 0,3 m/d en franco arenosos, 1 m/d en arenas finas y más de 10 m/d en arenas gruesas. Su regla es avanzar por etapas: ensayos, pilotos y luego el sistema completo.

Diseño de balsas de infiltración

Tasa de diseño

La infiltración de un suelo inundado decae hasta cerca de la conductividad de la zona mojada. Bouwer (2002) advierte que los cilindros de 30 cm, incluso con doble anillo, sobrestiman la tasa de áreas extensas por el flujo lateral; propone un cilindro de 60 cm corregido por divergencia y profundidad de mojado, y después balsas piloto de al menos 20 × 20 m operadas un año. En Phoenix, los cilindros dieron 40 cm/d y las balsas de prueba de 0,3 ha, 30 y 35 cm/d. El agua fría puede reducir la tasa invernal a cerca de la mitad, por lo que la capacidad se diseña con la condición de invierno.

Colmatación y ciclos de secado

La colmatación es el mayor desafío operacional de la MAR y puede ser física (sólidos y finos), biológica (algas y biopelículas), química (carbonatos, óxidos de hierro y manganeso) o mecánica (aire y gases) (Dillon y otros, 2022). La capa colmatante controla el flujo según la ley de Darcy (Bouwer, 2002):

donde $v_i$ es la tasa de infiltración (m/d), $K_c$ la conductividad de la capa (m/d), $L_c$ su espesor (m), de menos de 1 mm a algunos centímetros, $H_w$ la altura de agua (m) y $h_{ae}$ el valor de entrada de aire del suelo subyacente (m, negativo). Más carga no resuelve el problema: comprime la capa y favorece algas, por lo que se prefieren láminas de 0,5 m o menos. El control combina presedimentación, reducción de nutrientes y ciclos de secado en que la capa se agrieta y se retira con raspadores. Con agua clara y arena gruesa basta pocas veces al año; con agua turbia, tras cada inundación.

Carga hidráulica y área

Como la balsa pasa tiempo seca y su tasa decae, se diseña con la carga hidráulica media:

donde $q_h$ es la carga hidráulica (m/d), $v_0$ la tasa con fondo limpio (m/d), $f_c$ la razón entre la tasa media inundada y $v_0$, $f_o$ la fracción de días con agua, $A$ el área de fondo (m²), $V_r$ el volumen que debe llegar al acuífero (m³), $T$ la temporada (d), $V_d$ el volumen desviado (m³) y $\varepsilon$ la fracción evaporada, de 0,02 a 0,08 en balsas (Dillon y otros, 2022). En el ejemplo de Bouwer (2002), con $f_c$ = 0,75 y $f_o$ = 0,5, una tasa de 1 m/d da $q_h$ ≈ 0,37 m/d y 1 ha infiltra unos 3.700 m³/d. Sus cargas típicas van de 30 m/año en franco arenosos a 500 m/año en arenas gruesas limpias. Si hay capa colmatante y el nivel freático está a más de 1 m bajo el fondo, la tasa no depende de ese nivel.

Domo de agua subterránea

La recarga eleva el nivel freático en un domo que se estima con la solución de Hantush (1967). Esta supone un acuífero libre, homogéneo e isótropo, infinito, sobre base horizontal impermeable, con flujo horizontal y transmisividad constante, y puede subestimar la altura máxima hasta en 15 % frente a un modelo multicapa (Carleton, 2010). Bouwer (2002) añade que la porosidad por llenar suele superar el rendimiento específico y que en acuíferos potentes solo la parte superior conduce el flujo. La transmisividad debe venir de modelos calibrados, del domo de un piloto o de ensayos de bombeo. Si el domo es muy alto, se amplía o alarga el área, se reduce la tasa o se bombea cerca.

Pozos ASR y ASTR

Los pozos se usan en acuíferos confinados o profundos, o donde falta terreno. En un ASTR la extracción ocurre en otro pozo, típicamente a 90 m o menos, lo que hace más predecible la atenuación de contaminantes (ITRC, s. f.). La carga en la pared del pozo es mucho mayor que en una balsa, así que la colmatación es más probable y el pretratamiento más exigente. Según Bouwer (2002), bombear el pozo unos 15 min una a tres veces al día retrolava la capa, mientras que subir la presión de inyección acelera la colmatación.

La eficiencia de recuperación es la fracción del volumen recargado que se recupera con calidad apta:

donde $V_{rec}$ es el volumen bombeado antes de superar el umbral de calidad (m³) y $V_{iny}$ el volumen que ingresó al acuífero (m³). En acuíferos salobres la mezcla la reduce: en una caliza de Australia del Sur se alcanzaba el límite para riego tras recuperar cerca del 80 % de lo recargado (Dillon y otros, 2022). Una zona de amortiguación de agua dulce la mejora ciclo a ciclo.

Calidad del agua y monitoreo

El agua de recarga puede aportar patógenos, turbiedad, nutrientes y compuestos orgánicos, o movilizar arsénico, hierro y manganeso del acuífero. El pretratamiento depende de la fuente y del método: presedimentación para agua de río en balsas; tratamiento secundario o terciario de efluentes antes del SAT; y tratamiento terciario o avanzado antes de inyectar (Bouwer, 2002; Dillon y otros, 2022). El SAT reduce el carbono orgánico disuelto de 10–20 a 2–5 mg/L, pero no remueve sales (ITRC, s. f.).

La IAH distingue monitoreo de línea base, de validación, operacional y de verificación. En la práctica se miden caudales de entrada y recuperación, tasa de infiltración, niveles en piezómetros alrededor de la obra, presión de inyección y conductividad eléctrica del agua recuperada. Estos datos cierran el balance hídrico con que se acredita la recarga.

Marco legal en Chile

La Ley 21.435, de 2022, agregó al Código de Aguas tres artículos sobre recarga artificial:

• Art. 66 bis. Cualquier persona puede recargar un acuífero con informe favorable de la Dirección General de Aguas (DGA) sobre consumo humano y calidad; la recarga con aguas lluvias se considera natural y no lo requiere. Admite fines como evitar la intrusión salina o almacenar agua para reutilizarla, y el titular puede pedir ejercer su derecho sobre la mayor parte del agua recargada, descontadas las pérdidas.
• Art. 66 ter. Si el agua viene de otra cuenca o busca constituir nuevos derechos, requiere aprobación de la DGA.
• Art. 66 quáter. Ninguna obra puede operar con perjuicio de terceros.

El Decreto 203 del Ministerio de Obras Públicas, de 2013, regula la recarga artificial en sus artículos 47 a 50: exige memoria técnica, caracterización de la zona no saturada y de la calidad del agua, plan de monitoreo y plan ante contaminación, y la DGA aprueba la obra si no provoca colmatación del acuífero ni contaminación. Como es anterior a la Ley 21.435 y remite al texto previo del artículo 66, conviene confirmar con la DGA su aplicación actual.

Ejemplo resuelto

Datos ilustrativos, no de un proyecto real.

Parte (a): área de balsas

Datos. Deben infiltrarse 1.500.000 m³ en 120 d, con $v_0$ = 0,60 m/d medido, $f_c$ = 0,65, ciclos de 14 d con agua y 14 d secos ($f_o$ = 0,5) y $\varepsilon$ = 0,05.

1. Carga hidráulica. $q_h = 0{,}5 \times 0{,}65 \times 0{,}60$ = 0,195 m/d, unos 71 m/año.

2. Área. $A$ = 1.500.000 / (0,195 × 120) = 64.103 m², unas 6,4 ha, con la mitad inundada en cada momento.

3. Captación. $V_d$ = 1.500.000 / 0,95 = 1.578.947 m³, es decir, 0,152 m³/s continuos.

4. Sensibilidad. Área total (ha):

Sin reducciones bastarían 2,1 ha, un tercio de lo necesario; con una tasa invernal de 0,30 m/d se requieren 12,8 ha.

Parte (b): balance de un ASR

Datos. Un pozo en un acuífero salobre recibe 250.000 m³ netos por ciclo y se bombea hasta que la conductividad eléctrica llega al umbral para riego.

La eficiencia sube porque el agua remanente forma la zona de amortiguación; esos 270.000 m³ siguen almacenados, mezclados, y no son una pérdida física.

Errores frecuentes

• Diseñar con la tasa del ensayo sin reducir por colmatación y secado, lo que subdimensiona el área hasta tres veces.
• Profundizar la balsa colmatada: comprime la capa y la tasa puede bajar.
• Subir la presión de inyección en un pozo que se colmata.
• Diseñar con la tasa de verano donde el invierno es frío.
• Calcular el domo con la transmisividad de todo el espesor, que lo subestima en acuíferos potentes.
• Tratar el agua no recuperada como pérdida en un ASR salobre.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• Dillon, P., Stuyfzand, P., Grischek, T. y otros (2019). Sixty years of global progress in managed aquifer recharge. Hydrogeology Journal, 27, 1–30. doi.org
• Dillon, P., Alley, W., Zheng, Y. y Vanderzalm, J. (eds.) (2022). Managed aquifer recharge: overview and governance. IAH. recharge.iah.org
• Bouwer, H. (2002). Artificial recharge of groundwater: hydrogeology and engineering. Hydrogeology Journal, 10, 121–142. doi.org
• Carleton, G. B. (2010). Simulation of groundwater mounding beneath hypothetical stormwater infiltration basins (SIR 2010-5102). USGS. pubs.usgs.gov
• ITRC (s. f.). Managed Aquifer Recharge: Recharge Technologies. mar-1.itrcweb.org
• IGRAC (s. f.). Global Inventory of Managed Aquifer Recharge Schemes. un-igrac.org
• Chile. Código de Aguas. Biblioteca del Congreso Nacional. bcn.cl
• Ministerio de Obras Públicas (2013). Decreto 203: Reglamento sobre normas de exploración y explotación de aguas subterráneas. dga.mop.gob.cl