Ocurrencia y disponibilidad
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EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS ACUÍFEROS EN ZONAS URBANAS UTILIZANDO COMO GEOINDICADOR EL NIVEL PIEZOMETRICO Marcela PEREZ(b), Ofelia TUJCHNEIDER (a,b), Marta PARIS(b) y Mónica D´ELIA (b) (a) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. (CONICET) (b) Grupo de Investigaciones Geohidrológicas. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Universidad Nacional del Litoral. C.C. 217. (3000) Santa Fe. Argentina. E-mail: [email protected] o [email protected] RESUMEN El creciente requerimiento de las aguas subterráneas trae aparejado efectos de diversa índole relacionados principalmente con su cantidad y calidad. Uno de los principales indicadores para evaluar el estado del recurso en relación a su cantidad es el nivel piezométrico(1), en particular su variación. Las variaciones de nivel piezométrico pueden deberse a causas naturales (recarga por incremento de las precipitaciones, períodos prolongados de sequías, etc.). Sin embargo, si se considera como período el de vida del hombre las principales variaciones son debidas a las acciones que éste ejerce sobre los sistemas acuíferos (extracción, inyección, irrigación, diques, entre otros). En este taller se presentan dos casos de estudio. El primero de ellos es una síntesis del trabajo presentado en el I Congreso Mundial Integrado de Aguas Subterráneas, XI de la Asociación Brasilera de Aguas Subterráneas (ABAS) y V de la Asociación Latinoamericana de Hidrología Subterránea para el desarrollo (ALHSUD) llevado a cabo en Fortaleza, Brasil, en el año 2000; y se toma como principal indicador el nivel piezométrico. El segundo caso de estudio se toman como indicadores, además del nivel piezométrico, las características constitutivas del material acuífero y la calidad de las aguas subterráneas. Este caso de estudio es una síntesis del trabajo presentado en el IV Congreso de la Asociación Latinoamericana de Hidrología Subterránea para el desarrollo (ALHSUD) llevado a cabo Montevideo, Uruguay en 1998. Ambos casos de estudio tienen el sustento de un riguroso modelo conceptual de funcionamiento del sistema hídrico subterráneo. Caso de Estudio 1: CAÑADA DE GÓMEZ, SANTA FE, ARGENTINA La ciudad de Cañada de Gómez se localiza a los 3248' de latitud sur y 6123' de longitud oeste a una altitud media sobre el nivel del mar que varía entre las cotas de 90 m y 77 m (Figura 1). El Municipio abarca una extensión de 524 km2 con una población de 28.610 habitantes. La actividad económica principal del área es la agricultura y ganadería. El abastecimiento de agua para consumo humano y otros usos se basa en la explotación de las aguas subterráneas con un incremento registrado que va desde los 2.175.566 m3 en 1968 a 4.097.096 m3 en 1998. De modo que, tomando un valor promedio entre las extracciones anuales del año 1966 y 1998 (3.136.331 m3/año), en Cañada de Gómez y sus inmediaciones se ha obtenido un volumen de agua subterránea del orden de los 100 hm3. Esta cantidad no incluye la producción de las perforaciones particulares. (1) El nivel piezométrico indica la altura de agua en una capa acuífera en un determinado lugar y en un cierto tiempo. Cañada de Gómez Figura 1: Ubicación del área de estudio En esta región los sistemas acuíferos están conformados por “multiunidades” sedimentarias con características diferenciales que le otorgan a cada unidad un comportamiento hidráulico distintivo. Si bien aquellas más cercanas a la superficie están vinculadas al arco meteórico del ciclo hidrológico, en profundidad poseen aguas con alto contenido salino, con las consecuencias respecto de la calidad que implica el extraer mayores caudales a los que permite la condición de equilibrio hidrodinámico. Debido al progresivo deterioro de la calidad del agua para consumo, la concesionaria del servicio de agua potable, construyó dos nuevas baterías de bombeo en la zona rural, con el fin de anular los pozos más “salinizados” y explotar al acuífero con un régimen de bombeo unitario menor, mediante captaciones más alejadas del área urbana. (Figura 2). 76000 75 74 73 72 71 79 80 78 57 77 7656 74000 72000 Ruta N aciona F.C.G 70000 6261 60 59 46 34 40 38 50 3731 36 30 27 4449 48 243521 22 l9 .B.M. 6766 68 69 65 64 63 70 55 9 8 5 16 7 10 51 11 3155354 58 14 20 19 1316 1217 28 26 68000 Cañada de Gómez Arroyo 66000 Captaciones actuales Cañad a de G ómez Nuevas captaciones 64000 60000 62000 64000 66000 0 68000 2000 70000 4000 72000 6000 74000 76000 8000 Figura 2: Ubicación de las captaciones (actuales y futuras) 78000 Ante esta situación los productores agropecuarios, a través de Federación Agraria Argentina, solicitaron al Grupo de Investigaciones Geohidrológicas de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas de la Universidad Nacional del Litoral (Santa Fe, República Argentina) la realización de estudios hidrogeológicos para establecer las condiciones hidrodinámicas e hidroquímicas previas a la puesta en explotación de las nuevas baterías de bombeo y efectuar una prognosis de evolución de los niveles piezométricos en el espacio y en el tiempo. El impacto que el nuevo emplazamiento del campo de bombeo produciría sobre la hidrodinámica del sistema acuífero se evaluó mediante la simulación del nuevo esquema de explotación para lo cual fue necesaria la elaboración del modelo conceptual de funcionamiento del sistema y su representación a través de la modelación matemática hidrogeológica. Modelo Hidrogeológico Conceptual. Estado Actual del Sistema El sistema acuífero aprovechable esta localizado en la parte superior de la columna estratigráfica y directamente relacionado con el arco meteórico del ciclo hidrológico del cual proviene su recarga. Los sedimentos que lo componen son de granulometría fina a muy fina (limos, limos arcillosos y arcillas) y, consecuentemente su comportamiento hace que su rendimiento sea de moderado a bajo dando lugar a un sistema acuífero de tipo multicapa, cuyo comportamiento hidráulico es libre o semilibre en la parte superior, tendiendo al semiconfinamiento de niveles relativamente más productivos en profundidad. La descarga artificial está concentrada en una zona muy próxima a la de descarga natural. Las aguas poseen contenidos salinos de moderados a altos, con progresivo aumento hacia las zonas de descarga y, más acentuadamente, en profundidad. En la zona de mayor explotación la extracción es superior a la afluencia horizontal y a la recarga vertical; en este caso el desequilibrio se compensa por afluencia de agua de niveles inferiores que, como ya se mencionó, son de mayor salinidad. Modelo Hidrogeológico Matemático. Prognosis de Evolución Con el objeto de evaluar la afectación que, sobre los niveles piezométricos del sistema acuífero del área considerada, produciría la puesta en servicio de las nuevas baterías de explotación, correspondientes al “Proyecto de renovación de las fuentes de agua” propuesto por la empresa prestataria del servicio se realizó la modelación matemática del sistema acuífero, representando al sistema real como así también a las acciones que se ejercen sobre él y las leyes que las relacionan. En función de lo enunciado, y de la información disponible se adoptaron las siguientes consideraciones: 53 el área modelada se encuentra comprendidad entre las coordenadas 60000 y 5378000 sobre la horizontal; y 6364000 y 6376000 sobre la vertical. Es decir, la superficie abarca 18 km en sentido E-W y 12 km en sentido N-S, lo que hace un total de 216 km2. la misma se discretizó en elementos rectangulares de 200, 250 y 500 m de lado. Los espaciamientos más pequeños se dispusieron en las zonas de mayor afectación de las perforaciones; acuífero libre, compuesto predominantemente por limos arenosos, con conductividades hidráulicas del orden de los 2 m/d, con niveles freáticos que varían entre 3 y 26 m de profundidad; transmisividad variable en función del espesor acuífero; aportes (entradas) y erogaciones (salidas) del sistema: recarga natural, condiciones de flujo regional, cursos de agua, aportes subyacentes. El modelo matemático se consideró calibrado al representar con fidelidad la configuración de las isopiezas presentadas en la Figura 3. Para esta calibración se tuvieron en cuenta además las extracciones producidas por la empresa prestataria del servicio, con el esquema de explotación actual (ubicación y caudales de explotación), perforaciones particulares, recargas y descargas laterales y en profundidad. 76000 74000 72000 Ruta N aciona l9 70000 F.C.G .B.M. 68000 Cañada de Gómez Arroyo 66000 64000 60000 62000 64000 66000 0 68000 2000 70000 4000 72000 6000 Cañad a 74000 d e Gó 76000 mez 78000 8000 Figura 3: Configuración de la superficie freática Para simular la respuesta del sistema acuífero ante el nuevo esquema de explotación propuesto por dicha empresa se consideraron períodos de 1, 2, 3, 5 y 10 años. Cabe destacar que las simulaciones se realizaron considerando: el esquema de explotación propuesto por la mencionada empresa en lo que hace a geometría, ubicación y caudales de extracción de cada perforación; que los filtros de las perforaciones se encuentran ubicados entre cotas 50m y 70m; que las condiciones climáticas, consideradas medias (sin eventos extremos), se mantendrán durante todo el período analizado; que no aumentarán ni el número de perforaciones ni los caudales de explotación establecidos en el esquema precitado. Analizando los descensos que se producirían con el nuevo emplazamiento de las perforaciones en el término 10 años se pudo constatar que los mismos alcanzarían en la batería ubicada al oeste valores de aproximadamente 10m mientras que en la otra batería valores de algo más de 15m. En la zona urbana los niveles piezométricos podrían recuperarse entre 5 y 10m. (Ver presentación en Power Point). Asimismo, examinando la evolución de los niveles dinámicos en función del tiempo para algunas perforaciones seleccionadas de ambas baterías se pudo observar que las depresiones son mayores en las captaciones localizadas en la zona central de los campos de bombeo lo que estaría indicando la interferencia que se produce entre las mismas. Los resultados obtenidos de la prognosis de evolución de los niveles piezométricos en el área de estudio han permitido evidenciar con claridad las consecuencias del esquema propuesto de aprovechamiento, tanto en el espacio como en el tiempo: el mapa isopotenciométrico elaborado para las condiciones actuales se modifica en toda la mitad norte del área de estudio; la mitad sur permanece sin alteraciones. Esto refleja la concentración de la explotación. los descensos son marcados al inicio de la explotación y se comienzan a estabilizar a partir de los 5 años, alcanzando valores para el final del período modelado (10 años) de entre 10 y 15 metros de profundidad. Como consecuencia de lo señalado, las captaciones menos profundas, de los establecimientos agropecuarios situados en las proximidades de las baterías de bombeo podrían quedar en seco o con muy poca columna de agua. la variación en el tiempo de los niveles dinámicos en los pozos propuestos para la explotación localizados en áreas periféricas y centrales muestran efectos de interferencia. en el área urbana, en el futuro sin explotación, se produciría una recuperación de niveles de aproximadamente entre 5 y 10 metros. Caso de Estudio 2: CIUDAD DE PARANA, ENTRE RIOS, ARGENTINA La ciudad de Paraná, capital de la provincia de Entre Ríos en la República Argentina se encuentra ubicada a los 31º 40’ de latitud Sur y a los 60º 32’ de longitud Oeste (Figura 4). Posee una población aproximada 210.000 habitantes y un radio urbanizado de 37 km2 sobre una superficie total de 137 km2. Si bien un alto porcentaje de esta población se abastece de agua potable de origen superficial, el resto de sus habitantes y la urbanización en constante expansión se sustenta en la explotación de las aguas subterráneas. La actividad industrial, los establecimientos de producción hortícola y una amplia región periurbana considerablemente poblada, depende de este recurso. Este proceso de ocupación territorial se ha efectuado previo a establecer las posibilidades de la fuente subterránea tanto en calidad como en cantidad. Los estudios llevados a cabo por el Grupo de Investigaciones Geohidrológicas bajo la dirección, en ese entonces, de Mario Fili, aportaron avances en el conocimiento de las características más sobresalientes de la compleja constitución hidrogeológica del sistema acuífero sobre el que se desarrolla la ciudad. Los rasgos más significativos, desde este punto de vista son: Contactos laterales y verticales de sedimentos fluviales y marinos; Variaciones hidroquímicas significativas, aún a cortas distancias; Desvinculación local con el arco atmosférico del ciclo hidrológico. lo que conforma un sistema de difícil caracterización, con limitantes para optimizar su exploración, explotación y preservación. Figura 4: Ubicación del área de estudio Hidrogeología El subsuelo de la ciudad de Paraná y sus alrededores presenta en sus 150 metros superiores dos columnas hidrogeológicas tipo; ambas representativas de una gran parte de la mitad occidental de la provincia de Entre Ríos. En la base de ambas columnas, desde alrededor de cota -30 metros hacia abajo, las perforaciones más profundas detectan una capa de arcillas verdes cuya potencia y continuidad la convierte en el basamento hidrogeológico de los acuíferos que se explotan en la región. Esas arcillas constituyen la sección basal de la Formación Paraná, depositada por una extensa ingresión marina durante el Mioceno. Por encima de esas arcillas la secuencia sedimentaria de la Formación Paraná presenta una constitución muy heterogénea, con capas de arenas finas y medianas, de tonalidad grisácea y espesores variables, con intercalaciones lenticulares de arcillas verdes y grises. En los sitios donde no ha sido mayormente erosionada, la parte superior de la Formación Paraná está compuesta predominantemente por arcillas, con incremento de niveles calcáreos fosilíferos (ostreas) hacia el techo. En gran parte del subsuelo de la ciudad de Paraná, la parte superior de los depósitos marinos ha sido erosionada y reemplazada por la Formación Ituzaingó (Pleistoceno). Esta unidad está compuesta en su parte media e inferior por arenas finas y medianas de origen fluvial, cuyo tamaño de grano aumenta hacia la base; en la parte superior presenta una alternancia de capitas delgadas de arena fina, arcilla y niveles calcáreos. En las perforaciones que atraviesan a la Formación Ituzaingó, que son mayoría en el área abarcada por el estudio, el techo de las arenas fluviales se alcanza regularmente alrededor de cota 30 a 35 metros y tienen espesores del orden de los 20 metros. El pase a la Formación Paraná, se manifiesta por la presencia de capas delgadas de arcilla o cambios en la coloración (pasan a tonos de grises) y granometría de las arenas. Este pase se registra alrededor de cotas 15 a 20 metros. En aquellas perforaciones donde está ausente la Formación Ituzaingó, la Formación Paraná comienza también alrededor de cota 30 metros o poco más. En estos casos se ha observado que la parte superior, por lo general, está constituida por arcillas y arcillas arenosas. La secuencia predominantemente acuífera presenta una morfología del techo muy irregular, variando pocos metros por encima o debajo de cota 0 metro. A excepción de lo que ocurre en las barrancas del Paraná y en los valles de los ríos y arroyos en las proximidades de sus desembocaduras -donde dichas formaciones pueden encontrarse aflorando o muy próximas a la superficie- en el resto del área considerada ambas formaciones descriptas subyacen a limos y arcillas con intercalaciones de niveles calcáreos, de tonalidad pardo rojiza, correspondientes casi en su totalidad a la Formación Hernandarias (Pleistoceno) de origen lacustre. El relieve topográfico profusamente disectado que caracteriza al paisaje de la región, hace que esta cubierta presente espesores que varían significativamente en muy cortas distancias. Desde faltar totalmente en las áreas señaladas precedentemente, hasta superar los 60 metros, como se registra en algunas de las perforaciones tratadas. En forma esquemática, en el subsuelo de la ciudad de Paraná se presentan dos columnas hidrogeológicas tipo con la secuencia y distribución areal que se muestra en la Figura 5. Figura 5: Columnas hidrogeológicas tipo y su distribución areal La hidrogeología esquematizada en la Columna 1 es representativa del dominio marino. Su parte superior está integrada por sedimentos de muy baja conductividad hidráulica predominantemente arcillas de las formaciones Hernandarias y Paraná. La parte media, acuífera, está compuesta por arenas predominantemente finas a medianas con intercalaciones arcillosas lenticulares. La parte inferior, constituida por arcillas con continuidad regional, que se localizan alrededor de cota -30 metros y tienen varias decenas de metros de espesor. La hidrogeología esquematizada en la Columna 2 es representativa del dominio continentalmarino. Su parte superior, acuitarda-acuícluda, está integrada principalmente por arcillas de la Fm. Hernandarias. La parte media, acuífera, la integran arenas finas a medianas de las formaciones Ituzaingó y Paraná, con intercalaciones lenticulares limo-arcillosas a profundidades variables. Esta secuencia culmina con el basamento acuícludo regional. Las arenas de ambas secciones acuíferas presentan conductividades hidráulicas que varían entre 15 y 30 m/día, según determinaciones realizadas mediante ensayos por bombeo en áreas vecinas del mismo ambiente geohidrológico. La discordancia erosiva que media entre las formaciones Paraná e Ituzaingó, así como las variaciones propias de cada unidad, hace que los pases -tanto laterales como en profundidad- sean de difícil identificación, principalmente por la deficiencia descriptiva de algunas de las perforaciones disponibles. No obstante, sobre la base de perforaciones con buen registro sedimentológico, complementado con perfilaje múltiple, se ha podido mejorar el conocimiento de la hidrogeología del área descripta en un trabajo precedente de los autores (Filí, et al 1993). Con la incorporación de nueva información, se ha podido realizar una demarcación más ajustada de los límites entre los denominados “dominio marino” y “dominio continental marino”. (Figura 5). En las secciones hidrogeológicas simplificadas que se muestran en las Figuras 6 y 7, pueden apreciarse las relaciones laterales y en profundidad de las unidades estratigráficas a que se hace referencia. Figura 6: Perfil Norte-Sur (Corte A-A´) Figura 7: Perfil Oeste-Este (Corte B-B´) Aguas subterráneas Ocurrencia y disponibilidad Las capas de arena de las formaciones Ituzaingó y Paraná integran, como un sólo sistema, al acuífero del que se abastece en gran proporción la ciudad y, de manera total, su región circundante. La urbanización en constante expansión, principalmente hacia el sudeste, recurre a la fuente subterránea para la provisión de agua a los nuevos asentamientos. Las industrias, los establecimientos de producción hortícola y una amplia región periurbana, considerablemente poblada, dependen de este recurso. Hasta el presente las captaciones, si están diseñadas y realizadas correctamente, por lo gene- ral tienen caudales característicos del orden de 6 m3/hora/m. Los niveles potenciométricos más altos se sitúan en el sector sudoriental de la zona de estudio, sobrepasando los 20 metros. El sentido general del flujo subterráneo indica como área de descarga regional al valle del Río Paraná. Hidroquímica La caracterización hidroquímica fue realizada sobre la base de análisis químicos correspondientes a 43 sitios de muestreo. En algunos casos la información cubre un período de alrededor de 10 años. El procesamiento comprendió metodologías clásicas y técnicas de clasificación automática o de agrupamiento. Dentro de las primeras cabe mencionar: aptitud para consumo humano; análisis de la evolución temporal de las características químicas; clasificación de las aguas según los criterios de Schöeller y Piper; mapeo de los contenidos de aniones y cationes principales; cálculo de relaciones iónicas de interés; mapeo de esas relaciones iónicas; procesamiento estadístico univariado. Las técnicas de agrupamiento abarcaron: análisis cluster entre variables y observaciones. En función de las normas de aptitud para consumo humano vigentes en la Provincia de Entre Ríos (COFES, 1996), la gran mayoría de las muestras analizadas son aptas para dicho uso. Existen, sin embargo, algunos sitios ubicados al NW del área de estudio donde los contenidos de sulfatos y cloruros superan los límites establecidos. Cabe aclarar que los mismos no corresponden a perforaciones actualmente en explotación. Al contarse con información que comprende un período de aproximadamente 10 años, se analizó la evolución de ciertos iones, como por ejemplo: bicarbonatos, cloruros y sulfatos, en forma conjunta con el residuo seco. Los avances en el conocimiento de este complejo sistema acuífero aportados por esta contribución han permitido: verificar y delimitar con mayor precisión los dominios hidrogeológicos denominados “marino” y “continental-marino” . (Figura 8); y tener una mayor definición de la constitución y de las relaciones espaciales de las unidades hidrogeológicas que conforman al sistema acuífero en dichos dominios y el correspondiente correlato con el comportamiento hidroquímico. El nivel de conocimiento alcanzado sobre este sistema permite fundamentar las siguientes apreciaciones que deberán ser adoptadas por los responsables de la gestión del recurso: Ante la creciente demanda, dispersa en la zona rural y concentrada en la zona urbana, se presenta un conjunto de factores adversos que aún no se han tenido debidamente en cuenta, tanto en los planes de urbanización como en el desarrollo general de la región. Estos factores son: El acuífero subyace, por lo general, a una potente cubierta impermeable, condición que se incrementa en la zona urbanizada. El espesor saturado ha decrecido en el tiempo. Actualmente se alcanza la zona saturada varios metros por debajo del techo de las arenas. La cubierta regional de características confinantes, y la alta densidad de drenaje, presuponen bajas posibilidades de que la recarga compense, al menos en parte, la extracción. La presencia de sedimentos marinos, en algunas zonas conteniendo agua de elevada salinidad, configuran un riesgo de contaminación natural. La falta de red cloacal en las áreas urbanas con mayor explotación del acuífero también constituye un riesgo de contaminación, en gran medida atenuado por la potencia y características hidrológicas de la cubierta. Figura 8: Delimitación de los dominios Marino, Continental Marino y zona de transición REFERENCIAS BIBLIOGRÁFIAS PEREZ, MARCELA, MARIO FILI, OFELIA TUJCHNEIDER, MÓNICA D´ELÍA y MARTA PARIS. 2000. “Planificación de la explotación de las aguas subterráneas en áreas urbanas de llanura” I Congreso Mundial Integrado de Aguas Subterráneas, XI de la Asociación Brasilera de Aguas Subterráneas (ABAS) y V de la Asociación Latinoamericana de Hidrología Subterránea para el desarrollo (ALHSUD). Fortaleza, Brasil. FILI MARIO, MARCELA PEREZ, OFELIA TUJCHNEIDER, MARTA PARIS Y MONICA D´ELIA. 1998. “Geohidrología del sistema acuífero en la ciudad de Paraná (Argentina) y sus alrededores”. Memorias IV Congreso Latinoamericano de Hidrología Subterránea. Volumen 1, páginas 460 a 468. Montevideo, Uruguay.