ascenso de los niveles freaticos en el centro arqueológico

ASCENSO DE LOS NIVELES FREATICOS EN EL CENTRO ARQUEOLÓGICO
CHAN CHAN (PERU). INVESTIGACIONES PRELIMINARES
(1)
Campos, Víctor ; Kruse, Eduardo
(2)
; Tosi, Luigi
(3)
; Mazzoldi, Andrea
(3)
; Teatini, Pietro
(3,4)
(1)
Departamento de Ingeniería Civil-Universidad Privada Antenor Orrego, 1075 Trujillo, Perú,
[email protected]
(2)
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Universidad Nacional de La Plata,
Paseo del Bosque s/n. (1900), La Plata. Buenos Aires, Argentina, [email protected]
(3)
Istituto di Scienze Marine-Consiglio-Nazionale Ricerche, Castello 1364/a, 30122 Venezia, Italy,
[email protected]
(4)
DMMMSA - Università di Padova, Via Trieste 63, 35121 Padova, Italy,
[email protected]
Resumen
En este trabajo se efectúa una evaluación preliminar del ascenso de los niveles freáticos en
el área arqueológica de Chan Chan (Perù). Este efecto se asocia, en parte, al trasvase de
las aguas del Río Santa realizado por el Proyecto Chavimochic. Se efectuó una
caracterización regional de las aguas subterráneas y superficiales. Además se realizó un
análisis preliminar de las variaciones de los niveles freáticos entre 1996 y 2003. Se
analizaron los efectos derivados de la alimentación a las aguas subterráneas que se
produce a partir de los canales de riego artificial construidos y de la mayor recarga
relacionada a fenómenos climáticos extremos (Niño). Los resultados indican que para la
preservación del sitio arqueológico son necesarias mediciones hidrológicas que posibiliten
planificar la gestión de los recursos hídricos. En particular, resulta imprescindible ajustar el
diseño de la red de monitoreo de las aguas subterráneas y superficiales. También es
necesario el control de las actividades de riego, los desplazamientos del terreno y los
parámetros meteorológicos. Se plantea la utilización de modelos matemáticos para elaborar
un plan que tienda a preservar el patrimonio cultural, que podrían incluir la instalación de
estructuras horizontales de drenaje y sistemas de bombeo en los pozos para la depresión de
los niveles freáticos.
Palabras claves: impactos en aguas subterráneas, obras de ingeniería, conservación de
patrimonio cultural
Abstract
The aim of this study is a preliminary evaluation of the impact of the water table rise on the
archaeological area of the Chan Chan (Perú). The aquifer recharge is due to the construction
of the aqueduct by the Chavimochic Project which purposes is to guarantee the water
availability in the low parts of the Libertad Region through a net of channels that capture
water from the Rio Santa. First, the regional characterization of the groundwater and surficial
water has been done with the emphasis on the natural conditions in the study area that is
typical of a semiarid climate. Than, a preliminary evaluation of the effects of the increased
groundwater availability, as the consequence of the leakage from the irrigation and artificial
channels constructed within the Chavimochic Project, has been performed. Finally, the
evaluation of the hydrologic balance in correspondence of extreme events such as those
related to the Niño has given. Preliminary results show that appropriate hydrologic
measurements for the management of the water resources have to be taken to preserve the
archeological site of Chan Chan from the degradation. In particular, it is urgently required to
establish an integrated monitoring network to control the groundwater levels and their
relationship with surficial watercourses, irrigation activities, land displacements and
meteorological parameters. Moreover, simulation mathematical models have to be used for
1
the correct plan of reclamation activity such as the establishment of horizontal drainage
structures and pumping wells.
Keywords: groundwater impacts, engineering infrastructures, cultural heritage conservation
1. INTRODUCCION
Las actividades del hombre destinadas a incrementar la disponibilidad de agua
pueden generar cambios significativos en el régimen hidrológico de una región. Ello incluye
a la interrelación entre aguas superficiales y aguas subterráneas y, en particular, al ascenso
del nivel freático debido a la recarga producida a partir de las obras de ingeniería.
En la región La Libertad (Perú), el proyecto Chavimochic constituye una obra
hidráulica que, mediante el trasvase de agua entre cuencas tiene por finalidad asegurar el
abastecimiento para la población y para riego a las partes bajas de la región. Chan Chan, es
un sitio arqueológico, situado en la zona de influencia del proyecto, cuyas estructuras de
tierra pueden ser dañadas por la erosión, las inundaciones y el ascenso de los niveles
freáticos.
El objetivo de este estudio es una evaluación preliminar del ascenso de los niveles
freáticos en dicha área arqueológica.
2. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO Y CONDICIONES CLIMATICAS
El área de estudio es adyacente al litoral del Océano Pacífico y se ubica 4 km al
Noroeste de Trujillo, en la provincia de Trujillo, departamento y región La Libertad (Errore.
L'origine riferimento non è stata trovata.).
La Libertad
Oceano Pacifico
PERU’
Figura 1 – Ubicación del área de estudio y mapa geológico
2
El complejo arqueológico se desarrolla en un ambiente llano sobre una terraza
ligeramente inclinada hacia el Oeste con una pendiente media que varía entre 0 y 2%. El
clima es semitropical, cálido y primaveral, con una temperatura promedio anual de 18,9ºC.
El sitio forma parte de la cuenca del Río Moche, que se caracteriza por presentar
fuertes variaciones areales en las precipitaciones, ya que los valores oscilan entre escasos
mm/año en la costa hasta un promedio de 1200 mm/año en la zona montañosa (a 4200 m.
snm). La cuenca se divide en dos sectores: uno seco, entre el nivel del mar y los 1500 m.
snm, con lluvias inferiores a 200 mm/año, y un sector húmedo, por encima de la cota citada,
con valores que van de 200 a 1200 mm/año (Municipalidad de Trujillo, 2002).
3. PARTICULARIDADES DEL CENTRO ARQUEOLOGICO
Chan Chan expresa el más alto grado de urbanización alcanzado por las
sociedades andinas de su época. Es la primera y más grande manifestación de una
arquitectura de América ejecutada con tecnología de tierra. En su máximo desarrollo ocupó
más de 20 km2, de los cuales solo conservan 14 km2, estimándose que la población llegó a
un promedio de 30.000 habitantes (Avendaño, 2004). Chan Chan (Figura 1), afronta serios
problemas de conservación debido a agentes ambientales y antrópicos que interactúan
sobre sus materiales y estructuras. Su proximidad al mar, los factores climáticos, la
naturaleza deleznable del adobe, las deficiencias de la construcción, las catástrofes
naturales como el Fenómeno del Niño (Figura 1), los sismos, y la elevación de la capa
freática, constituyen los agentes de degradación más importantes contra su preservación.
a)
b)
Figura 1 – a) foto de Chan Chan, construida íntegramente con tecnología de tierra; b) catástrofes
naturales Niño, Trujillo - 2001
4. CARACTERISTICAS DE LA CUENCA DE DRENAJE
Chan Chan se ubica en la parte baja de la cuenca del Río Moche. Este río tiene una
longitud total de 102 km y presenta una pendiente media de 4%, siendo su máxima de 16%.
Esta cuenca abarca desde la línea de cumbres de la Cordillera de los Andes, a
4200 m.s.n.m., hasta la desembocadura en el mar. Su forma es alargada, diferenciándose la
cuenca alta y la baja. Esta última, es de escasa variación de altura sobre el nivel del mar
(planicie costera). La cuenca alta, con fuertes pendientes topográficas se desarrolla por
encima de los 2000 m.s.n.m. Limita al norte con la cuenca del río Chicaza, al sur con la del
río Virú, al este con la del río Santa y al oeste con el Océano Pacífico. El área total es de
2708 km2, incluyendo una región húmeda de aproximadamente 1400 km2. El caudal medio
anual del Río Moche (1950 -2001) se estima en 8,8 m3/seg, con valores medios mensuales
que oscilan desde 0,5 m3/seg en Agosto hasta 31 m3/seg en Marzo (Municipalidad de
Trujillo, 2002) En los primeros cinco meses del año escurren el 86% del caudal total anual.
3
5. RASGOS HIDROGEOLÓGICOS
Desde el punto de vista hidrogeológico se identifican dos unidades, una incluye a
rocas mesozoicas (Jurásico y Cretácico) y la otra a depósitos sedimentarios cuaternarios.
Las primeras, abarcan rocas sedimentarias, volcánico sedimentarias y plutónicas, aflorantes
en serranías situadas al Norte de Trujillo y se caracterizan por su escasa permeabilidad
primaria (Figura). Estas rocas representan el basamento hidrogeológico sobre el cual se
apoyan sedimentos recientes compuestos por depósitos aluviales, coluvio – aluviales,
eólicos y marinos, con permeabilidad primaria. En la franja litoral se reconocen arenas finas
de origen marino. Desde el litoral hacia el continente se identifican mantos eólicos que
cubren hasta la parte media de los cerros que rodean el área urbana. En los cursos de las
numerosas quebradas que bajan de las serranías se sitúan sedimentos coluvio – aluviales.
Depósitos aluviales se reconocen en el cono de deyección del Río Moche. Estas unidades
sedimentarias permeables alojan a los principales niveles acuíferos de la región y en
particular al nivel freático.
La morfología freática indica una superficie plana, con gradientes hídricos que
disminuyen desde las partes altas hacia la planicie costera. Existe un flujo regional de Este a
Oeste, acompañando aproximadamente a la superficie topográfica. Se reconocen dos
zonas, la franja costera, con un gradiente hídrico mínimo (0,35%) y la zona media del valle,
donde se estrechan las unidades sedimentarias recientes por la presencia de las serranías
con un gradiente hídrico que puede superar 0,6%. En la franja costera el nivel freático se
encuentra a escasa profundidad, en algunos casos a menos de 1 m y en general no superan
los 2 m.
6. USO DEL AGUA
Una intensa explotación de aguas subterráneas para uso agrícola (cultivo de caña
de azúcar) y abastecimiento humano existió hasta 1996 (Salas y Linares, 2000) . A partir de
esa época se encuentra en funcionamiento del Proyecto Chavimochic, que deriva las aguas
del río Santa desde el sector Chuquicara para conducirlas hasta las pampas de Urricipe a la
margen derecha del valle Chicama: Estas aguas atraviesan los valles mediante un canal de
forma trapezoidal ("Canal Madre") con una longitud de 275 Km., distribuidos entre canales
abiertos, conductos cerrados y túneles, transportando un caudal de agua que varía desde 95
a 16 m3/s (FAO-CHAVIMOCHIC, 2000). Desde 1996 el "Canal Madre" se encuentra
construido hasta el valle de Moche (Figura 3).
Como consecuencia de las aguas aportadas por la obra, el aspecto desértico de la
región se modificó, para transformarse en una zona agrícola (Figura 3). A su vez, al contar
con las aguas provenientes del río Santa, se han dejado de explotar las aguas subterráneas
(Delgado, 2000). La agricultura es la actividad que demanda la mayor cantidad de agua en
esta parte del valle. En la parte baja de la zona de Chan Chan se observa en la actualidad
actividad agrícola, produciendo en su mayoría cultivos transitorios y de tallo corto (Pelaez y
Romero, 2003).
a)
b)
c)
4
Figura 3 – a) Foto del Canal Madre; aspecto de la región antes (b) y despues la realizacion de la obra
del proyecto Chavimochic(c).
7. VARIACIONES DE LOS NIVELES FREÁTICOS
En la región se ha instalado una red de monitoreo de aguas subterráneas (P.E.
Chavimochic, 2003) (Figura 5). Las variaciones de los niveles freáticos en algunas
perforaciones entre Noviembre/1996 y Octubre/2003 se muestran en la Figura 3. En los
pozos que presentan el nivel freático a una mayor profundidad, que son los que ubican a
mayor altura, se reconoce un rápido ascenso, alcanzando en algunos casos valores
próximos a la superficie del terreno (Figura 3). En aquellos con niveles freáticos situados a
una profundidad menor a 5 m, situados en la zona baja costera se registra una fuerte
recuperación hasta Diciembre de 1999 y luego se presenta un mantenimiento de la posición
en niveles muy cercanos a la superficie (Figura 3). Los datos medidos indican que a partir de
1996 se produce un aumento significativo en la recarga de las aguas subterráneas. En la
Figura 4 se han representado las variaciones de los niveles freáticos en términos anuales
(m/año). Se destacan los mayores incrementos entre 1996 y 1998 y entre 1999 -2000, que
en algunos sectores son superiores a 2,5 m/año. A partir de 2000, continúa el ascenso, pero
con una menor magnitud, con valores frecuentes de 1 m/año. El ascenso total entre 19962003 se muestra en la Figura 4. Los mayores ascensos son coincidentes con la importación
de aguas superficiales, a partir el inicio del funcionamiento del Proyecto Chavimochic.
Figura 2 - Ubicacion de los pozos de la red de monitoreo.
Debe considerarse que en la superficie predominan materiales de permeabilidad
media y alta (arenas y gravas), lo cual favorece la infiltración rápida hacia el subsuelo. Debe
tenerse en cuenta que la distribución del agua es mediante canales que no siempre están
revestidos (Figura 5). De modo que el agua fluye directamente sobre estos materiales más
permeables, haciendo que un volumen importante recargue las aguas subterráneas.
5
También debe considerarse en la respuesta de los niveles freáticos, el efecto de
recarga generado por las lagunas de tratamiento de vertidos cloacales, que se sitúan en el
área y cuya operación data de una época similar a la de los canales de riego (Figura 5).
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
0
0
5
5
M-35
Chayhuac
M-40
10
m
m
10
15
15
M-140
M-172A
20
M-181
20
M-45A
25
A-Tschudi
25
Figura 3 – Variaciones de la profundidad del nivel freático (1996-2003) en pozos ubicados a) a mayor
altura topográfica; b) en la zona costera.
El segundo factor que afecta el ascenso del nivel freático es la recuperación por el
cese en el bombeo de las aguas subterráneas. Al dejarse de explotar gran cantidad de
pozos, el acuífero tiende a un nuevo estado estacionario marcado por una extracción de
aguas mucho menor.
Figura 4 – Monitoreo 1996-2003 del agua subteranea: a), b), c), d) e): ascenso medio de los niveles
freáticos (m/año); f) ascenso total 1996-2003 (m)
a)
b)
c)
6
Figura 5 – a) Foto de en canal secundario que aporta hacia la zona de Chan Chan que presenta
filtraciones de agua hacia el subsuelo; b), c) laguna cloacales que infiltran agua hacia el subsuelo
Esto produce un ascenso de niveles que debido a la baja explotación del acuífero
tenderán a situarse en los niveles previos a la explotación.
En el mapa isofreático de Julio/2003 se observa que el flujo se produce hacia la
zona natural de descarga. Las zonas agrícolas implantadas en el sector costero evidencian
la influencia de la recarga del agua. Se presenta una inflexión de la curvas en Trujillo como
consecuencia del bombeo de pozos que permanecen en funcionamiento.
Un tercer factor se vincula con las condiciones hidrometeorológicas que afectan el
área. Ello se refiere a situaciones extremas de altos valores de precipitación vinculadas al
fenómeno de El Niño, que genera mayores posibilidades de recarga. Ello es evidente en El
Niño 1997 – 98, donde las intensas lluvias torrenciales han provocado importante desbordes
en el Río Moche. Los caudales registrados en este río en 1998 superan a los valores medios
y a los de años anteriores. En Marzo/1998 es caudal medio fue de 213 m3/seg, que es más
de 10 veces superior al de Marzo/1996, en el que fluyeron 20 m3/seg. La influencia de este
período húmedo se puede considerar que representa a una parte del el ascenso de los
niveles freáticos, que han alcanzado a valores superiores a 3,5 m/año en dicho período. Las
lluvias ocurridas en 2002 como consecuencia del mismo fenómeno han tenido una
respuesta menor en la elevación del agua subterránea.
Figura 6 – Mapa isofreático (en
m s.n.m.) de Julio de 2003.
8. MONITOREO YGESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS
Para una correcta gestión geoambiental es indispensable el monitoreo de los
procesos que afectan la zona costera. Dicho monitoreo debería incluir, además de las aguas
subterráneas y superficiales, a parámetros altimétricos, meteomareológicos, variaciones
batimétricas y de la línea de playa.
La modelación de dichos procesos será indispensable para la simulación y
prevención de la preservación del sitio arqueológico.. A escala regional, la red de monitoreo
de aguas subterráneas debe densificarse y extenderse hacia el sector costero septentrional
y meridional. Deben realizarse investigaciones para la determinación de las características
de los acuíferos profundos para posibilitar un adecuado manejo de los recursos hídricos.
En el sitio de Chan Chan la red de monitoreo deberá ser ampliada, incluyéndose
algunos pozos con monitoreo continuo. En paralelo se debería instalar una estación de
registros meteo mareográficos.
7
A partir de los datos existentes (estratigrafía, variaciones de niveles freáticos,
características hidrológicas) se puede desarrollar un modelo matemático para la simulación
de la evolución espacio – temporal del flujo subterráneo. Podría realizarse aplicando un
código bidimensional o tridimensional de elementos finitos / diferencias finitas para la
simulación del flujo en un medio poroso a saturación variable (ecuación de Richards). El
primer paso será representar la construcción del modelo estático de las unidades
hidrogeológicas. Si se utilizan las mediciones freatimétricas, los resultados de ensayos de
bombeo, los análisis de laboratorio, la estimación de la recarga del acuífero por
precipitaciones y por el canal de riego, el modelo será calibrado de modo de reconstruir la
evolución del nivel freático.
Una vez calibrado el modelo podrá ser utilizado para evaluar la eficacia de
intervenciones de control del ascenso de los niveles freático y para preservar el sitio
arqueológico. La aplicación del modelo podrá ser en dos escalas. A la escala regional (área
de influencia de Trujillo), con una aplicación tridimensional para estimar un balance global de
los recursos hídricos subterráneos. Posteriormente una simulación de mayor detalle incluiría
el área del sitio arqueológico.
En este caso un mayor conocimiento incluirá un estudio más preciso para la gestión
del problema relacionado a la preservación. Para este modelado de detalle, será necesaria
una investigación destinada a profundizar el conocimiento de las unidades estratigráficas e
hidrogeológicas del subsuelo mediante sondeos y relevamientos geofísicos. A partir de los
resultados se podrá plantear un manejo racional del agua subterránea, lo cual podría incluir
la instalación de estructuras horizontales de drenaje y sistemas de bombeo en los pozos
para la depresión de los niveles freáticos.
9. CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos de la elaboración de los datos disponibles evidencian un
ascenso significativo de los niveles freáticos. Los factores concurrentes para esta situación
incluyen a la recarga preferencial por pérdidas de canales de riego (Proyecto Chavimochic)
y lagunas de tratamiento de líquidos. El cese de bombeo de aguas subterráneas en
numerosas perforaciones también favorece el fenómeno. A su vez, eventos de
precipitaciones extremas (El Niño) tienen efectos en el aumento de la recarga subterránea.
Las variaciones de mayor magnitud se han verificado en los sectores distales a la
costa donde los niveles se encuentran a mayor profundidad. Actualmente la velocidad de
ascenso ha disminuido, pero el nivel freático está próximo al nivel de terreno. La zona
costera, en las partes bajas, muestra un alto grado de riesgo de anegamientos e
inundaciones, con especial referencia a la persistencia de eventos meteoclimático extremos.
Este alto riesgo incluye al área de Chan Chan donde la posición de los niveles
freáticos es preocupante por su probable afectación a las estructuras del sitio arqueológico.
El nivel freatimétrico actual indica la presencia de extracciones de agua subterránea en el
sector urbano de Trujillo (por la presencia de un cono de depresión de los niveles) y una
recarga importante de agua en el sector dedicado a la agricultura.
Para preservar el sitio arqueológico de Chan Chan de la degradación son
necesarias mediciones hidrológicas adecuadas que posibiliten planificar la gestión de los
recursos hídricos. En particular, resulta imprescindible densificar la red de monitoreo
integrado para el control de los niveles de las aguas subterráneas y su relación con los
cursos de agua superficiales, las actividades de riego, los desplazamientos del terreno y los
parámetros meteorológicos. La utilización de modelos matemáticos de simulación permitirán
elaborar un plan para la preservación del patrimonio cultural.
8
10. Referencias
Avendaño, G. 2004. Estudio de la elevación de la napa freática en la ciudadela de Chan Chan,
I Congreso Latinoamericano de Estudiantes de Ingeniería Civil, Trujillo.
Delgado, Clavo. 2003. Propuestas para un adecuado control del nivel freático en el valle de
Moche. SPGA.
FAO Y CHAVIMOCHIC. 2000. El aprovechamiento de los Recursos de Aguas Subterráneas en
el ámbito del P.E. CHAVIMOCHIC: Las Napas Freáticas después del traspase de aguas del río
Santa. Trujillo – Perú.
Municipalidad de Trujillo. 2002. Atlas Ambiental de la Ciudad de Trujillo. Agenda 21 de
Trujillo. Perú.
P.E. CHAVIMOCHIC. 2003. Monitoreo del Nivel Freático. Valle de Moche – Distrito de
Huanchaco. Oficina de Desarrollo Agrícola y Medio Ambiente.
Pelaez Lezcano, Romero Rodríguez. 2003. Tesis: Evaluación del comportamiento de la
elevación de la Napa Freática en la ciudadela Chan Chan. Universidad Nacional de Trujillo.
Salas Ortega, Linares Pajuelo. 2000. Tesis: “Efecto del Recurso Hídrico del Proyecto Especial
CHAVIMOCHIC en el nivel de la Napa Freática y propuestas del Sistema de Drenaje necesario para
los valles de Chao y Viru”. Universidad Nacional de Trujillo.
Agradecimientos
Este trabajo fue realizado en el marco del Proyecto “Riesgos hidrológicos y costeros en el area litoral
de la Region de La Libertad” a partir de un acuerdo de cooperación científica entre la Universidad
Privada Antenor Orrego (Perú), la Universidad Nacional de La Plata (Argentina) y CNR-ISMAR
(Venezia, Italia). Por la valiosa información proporcionada los autores expresan su agradecimiento al
Proyecto Chavimochic, Empresa de Servicio de Agua y Desagüe La libertad (SEDALIB), Ministerio de
Agricultura – Instituto de Recursos Naturales Nacional (INRENA), Instituto Nacional de Cultura – La
Libertad (INC) y el Colegio Profesional de Ingenieros – La Libertad.
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