Cartografía de la vulnerabilidad de las aguas subterráneas a la contaminación por nitrato en la Demarcación Hidrográfica del Segura (España) mediante el Procedimiento LU-IV

Abstract

The lack of significant improvements in the year-on-year evolution of nitrate levels in the groundwater bodies of the Segura Hydrographic District underscores the need to review the Nitrate Vulnerable Zones (NVZs) designations and adopt additional measures. In this study, the digital map of groundwater vulnerability to nitrate pollution of the Segura Hydrographic District (LU-IV map), generated using the LU-IV Procedure, was employed to assess the appropriateness of the NVZs designated to date within the District. The procedure generates the map of specific vulnerability to nitrate pollution by combining a map of groundwater intrinsic vulnerability (based on four environmental parameters that represent the vulnerability associated with the lithology of the vadose zone, the depth of the water table, the topographic slope and the water inputs) and a map that assesses the vulnerability associated with land use (based on the annual N-surpluses for different types of crops) by using the Over tool of Spatial Analyst in ArcGIS. The high significance of the point-biserial correlation analyses (the first validation method for the vulnerability maps) confirmed the coherence of the spatial distributions of the designated NVZs and the areas of high to extreme vulnerability extracted from the LU-IV map, respect the nitrate distribution in groundwater bodies. However, the correlation matrix between the coverage percentages of NVZs, high to extreme vulnerability zones extracted from the LU-IV map and at-risk and polluted areas analysed by catchment areas (the second validation method for the vulnerability maps) revealed weak correlations of pollution indicators with NVZs, but strong correlations with vul­nerable zones extracted from the LU-IV map. The sensitivity of the LU-IV Procedure to the source-pathway-recep­tor approach explains these results (due to its high mobility, nitrate can move through the hydrological catchments from higher to lower elevation areas). The NVZs designated within the Segura Hydrographic District cover 34% of its surface area, whereas the high to extreme vulnerability areas resulting from the LU-IV Procedure cover 26%. Discrepancies between the two vulnerability maps arise from the differing criteria and methodologies. The high-to-extreme vulnerability map extracted from the LU-IV Procedure offers a much more precise representation, enabling the identification of new vulnerable zones (abundant and scattered) that have yet to be designated and highlighting the over-dimensioning of some of the existing NVZs. Given these results, the inadequacy of the designated NVZs cannot be considered a significant factor justifying the lack of improvements in contaminated aquifers. Nevertheless, NVZs could improve by introducing adjustments based on the LU-IV map. The authors recommend optimising the designations and focusing on the ineffectiveness or lack of implementation of action programmes within the NVZs.La ausencia de mejoras significativas en la evolución interanual de los niveles de nitrato en las masas de agua subterránea de la Demarcación Hidrográfica del Segura refuerza la necesidad de que se revisen las designaciones de las ZVNs y se adopten medidas adicionales. En esta investigación se ha utilizado el mapa digital de la vulnerabilidad de las aguas subterráneas a la contaminación por nitrato de la Demarcación del Segura (mapa LU-IV), generado mediante el Procedimiento LU-IV, como instrumento de valoración de la idoneidad de las ZVNs designadas hasta hoy en la Demarcación. Para obtener el mapa de la vulnerabilidad específica a la contaminación por nitrato, el procedimiento combina un mapa de la vulnerabilidad intrínseca de las aguas subterráneas (basado en cuatro parámetros del medio físico que evalúan las vulnerabilidades asociadas a la litología de la zona no saturada, la profundidad del nivel freático, la pendiente topográfica y los aportes de agua) y un mapa de la vulnerabilidad asociada a los usos del suelo (basado en los excedentes anuales de N de los diferentes tipos de cultivo) mediante la herramienta Over de Análisis espacial de ArcGIS. La alta significación de los análisis de correlación biserial puntual (primera vía de validación de los mapas de vulnerabilidad) confirma la coherencia de las distribuciones espaciales de las ZVNs designadas y de las zonas de vulnerabilidad alta a extrema extraídas del mapa LU-IV, respecto a la distribución del nitrato en las masas de agua. Sin embargo, la matriz de correlación de los porcentajes de cobertura de las ZVNs, de las zonas de vulnerabilidad alta a extrema extraídas del mapa LU-IV y de las zonas contaminadas y en riesgo, analizados por áreas de captación (segunda vía de validación de los mapas de vulnerabilidad), muestra significaciones débiles entre los indicadores de contaminación y las ZVNs, pero muy altas frente a las zonas vulnerables extraídas del mapa LU-IV, lo que se explica por la sensibilidad del Procedimiento LU-IV al enfoque fuente-vía-receptor (debido a su alta movilidad, el nitrato puede desplazarse a través de las cuencas hidrológicas desde las zonas de mayor a menor elevación). Las ZVNs designadas en la Demarcación del Segura cubren el 34% de su superficie, mientras que las zonas de vulnerabilidad alta a extrema resultantes del Procedimiento LU-IV cubren el 26%. Las discrepancias entre ambos mapas de vulnerabilidad son el resultado de los diferentes criterios y metodologías aplicados. El mapa de las zonas de vulnerabilidad alta a extrema obtenido a partir del Procedimiento LU-IV ofrece una representación mucho más precisa, posibilitando la identificación de nuevas zonas vulnerables (abundantes y dispersas) aún no designadas y dando visibilidad al sobredimensionamiento de alguna de las ZVNs designadas. Vistos los resultados, la falta de idoneidad de las ZVNs designadas no puede considerarse un argumento de peso que justifique la ausencia de mejoras en los acuíferos contaminados, si bien las ZVNs podrían mejorarse introduciendo ajustes a partir del mapa LU-IV. Se recomienda, por tanto, optimizar las designaciones y poner el foco sobre la ineficacia o falta de aplicación de los programas de acción en las ZVNs