Diseño de bajo impacto: Los sensores validan la gestión de los recursos de aguas subterráneas de California

Estructuras de diseño de bajo impacto

Los recursos globales de aguas subterráneas en entornos urbanos y costeros son muy vulnerables a la creciente presión humana y a la variabilidad climática. Las superficies impermeables, como edificios, carreteras y aparcamientos, impiden la infiltración, reducen la recarga de los acuíferos subyacentes y aumentan los contaminantes en la escorrentía superficial, que a menudo desborda los sistemas de alcantarillado. Para mitigar estos efectos, las ciudades de todo el mundo están adoptando enfoques de diseño de bajo impacto (LID) para dirigir la escorrentía hacia sistemas naturales con vegetación, como los jardines de lluvia, que reducen, filtran y ralentizan la escorrentía de las aguas pluviales. El diseño de bajo impacto aumenta hipotéticamente las tasas de infiltración y recarga de los acuíferos.

Infiltración y recarga

Michelle y el equipo de la Universidad Estatal de San Francisco, asesorados por el Dr. Jason Gurdak, se dieron cuenta de que se desconocían los efectos de la LID sobre las tasas y la calidad de la recarga, en particular durante los episodios de precipitaciones intensas para las ciudades de la costa del Pacífico en respuesta a la variabilidad interanual de El Niño Oscilación del Sur (ENOS). Utilizando sensores METER de potencial hídrico (succión del suelo) y contenido de agua, pudo cuantificar los índices actuales y previstos de infiltración y recarga del sistema acuífero de la cuenca costera occidental de California. El equipo comparó una zanja de infiltración LID rodeada de un jardín de lluvia con un césped tradicional en San Francisco.

Ciudades como San Francisco están implantando estas estructuras LID, y queríamos comprobar la cantidad de agua que las atravesaba. Nos interesaban específicamente distintos escenarios climáticos, como El Niño frente a La Niña, porque los episodios de lluvia son mucho más intensos durante los años de El Niño y podrían causar inundaciones repentinas o problemas de desbordamiento de contaminantes superficiales."

Los sensores cuentan la historia

El equipo de investigación analizó las diferencias en la cantidad de agua que las estructuras LID podían dejar pasar. Michelle afirma: "Los sensores de potencial hídrico y humedad del suelo arrojaron datos que demostraban que las zonas LID eran eficaces para captar el agua, infiltrarla más lentamente y, esencialmente, almacenarla en el acuífero." El equipo probó cómo una zanja de infiltración de estilo de desarrollo de bajo impacto se comparaba con un césped de regadío y descubrió que la eficiencia de recarga de la zanja de infiltración, del 58% al 79%, era mucho mayor que la del césped, del 8% al 33%.

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Los pluviómetros dan sorpresas

Aunque no formaba parte del plan original de los investigadores, utilizaron pluviómetros para medir las precipitaciones, lo que arrojó algunos datos sorprendentes.

Michelle comenta: "Íbamos a utilizar sólo la base de datos de San Francisco, pero fue necesario utilizar los pluviómetros debido a toda la niebla. La niebla trajo consigo mucha precipitación que no llegó en forma de gotas de lluvia. Al condensarse en las hojas, aportó una parte sustancial del agua del presupuesto, y eso me sorprendió. El pluviómetro captó el condensado en el embudo del instrumento, así que pudimos ver que entraba cierta cantidad de agua que se suele pasar por alto en muchos estudios."

Precipitaciones futuras de El Niño

Michelle también encontró algunos resultados realmente interesantes en relación con El Niño y La Niña. Hice un análisis histórico para establecer las líneas de base de la frecuencia, intensidad y duración de las precipitaciones durante los años de El Niño y La Niña. A continuación, pasé los datos climáticos proyectados por un modelo Hydrus-2D, y los modelos mostraron que con las futuras intensidades de El Niño, las tasas de recarga eran efectivamente más altas para un determinado evento de precipitación. Durante estos episodios, en los entornos urbanos típicos, el agua escurre tan rápido que sólo estos jardines de lluvia y zanjas serían capaces de capturar la lluvia que, de otro modo, se perdería en el océano. Esto contrasta con un escenario climático de La Niña, en el que suele llover menos y de forma más difusa. La mayor parte de esa lluvia puede acabar perdiéndose por evaporación durante los años secos. Así que utilizando sensores y modelización 2D hemos validado la hipótesis de que las estructuras LID prestan un servicio de almacenamiento de agua, sobre todo durante los años de El Niño, en los que se producen tormentas de lluvia más intensas."

La investigación de Michelle ha tenido cierta repercusión en Internet y también ha aparecido en el AGU EOS Editor's spotlight. Sus resultados se publicaron en la revista Water Resources Research.

Descargar la "Guía completa del investigador sobre el potencial hídrico"