ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE INGENIERIA ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA VULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL WASHINGTON XAVIER COELLO RUBIO DIRECTOR: REMIGIO H. GALÁRRAGA-SÁNCHEZ, Ph.D Quito, marzo 2002 i DECLARACIÓN Yo, Washington Xavier Coello Rubio, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, citando al autor en futuros trabajos que se derivaran del presente, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente. Washington Xavier Coello Rubio _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] ii CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Washington Xavier Coello Rubio, bajo mi supervisión. ________________________________ Remigio H. Galárraga-Sánchez, Ph.D. _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] iii DEDICATORIA A Katy, mi complemento, por tus consejos y el apoyo paciente, incondicional y unificador, que me brindas siempre. A Katy Daniela, mi hija, su ternura y amor me dieron la fuerza y la valentía para seguir adelante. A mis padres y hermanas, aquí su esfuerzo y dedicación. A mis padres políticos, por su ayuda y comprensión. Xavier Esta es la página más importante de este estudio _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] iv AGRADECIMIENTO El presente estudio, no hubiese sido posible sin el apoyo de Remigio Galárraga Sánchez, Ph.D, por sus consejos, confianza y sabiduría. Gracias de todo corazón. A la Escuela Politécnica Nacional, por recibirme y formarme con sabiduría y humildad. Al Centro Interamericano de Recursos del Agua-CIRA de la Universidad Autónoma del Estado de México, en especial a Jaime Gárfias-Solís, Ph.D, por recibirme y complementar mi formación profesional. Al Programa Hidrológico Internacional (PHI-UNESCO), por el financiamiento parcial para la consecución de este estudio, en especial al hidrólogo regional Carlos Fernández-Jáuregui, Ph.D. A la Red Iberoamericana de Vulnerabilidad CYTED y el Subprograma XVII por el financiamiento parcial para la consecución de este estudio, en especial a Fernando López-Vera, Ph.D. A Waterloo Hydrogeologic Inc, en especial a Sonia Portillo, por el soporte técnico y las facilidades prestadas para acceder al Paquete VISUAL MODFLOW 2000. Al Departamento de Aguas Subterráneas del INAMHI, al Ing. Napoleón Burbano. A las Unidades de Hidrogeología, Geoprocesamiento y Macromedición de la EMAAP-Q, en especial al Ing. Rafael Alulema. A la Unidad de Sistemas de Información Geográfica e Inteligencia Artificial UNISIG-EPN, en especial al Ir. Peter Willems. Al Ing. Giovanni Taco, por su ayuda y consejos. A Freddy Yugsi, por sus consejos y ayuda incondicional. A Edison Heredia-Calderón, Ph.D, por sus consejos y ayuda para la presentación de este estudio. Al Ing. Galo Plaza N. y al Dr. Marco Castro, por sus valiosos aportes y revisión de este estudio. A todos aquellos amigos que con sus palabras y apoyo hicieron posible la culminación de este trabajo. _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] v CONTENIDO CAPITULO 1. Introducción y revisión del estado del arte 1.1 Introducción 1 1.2 Objetivos 2 1.2.1 Objetivo General 2 1.2.2 Objetivos Específicos 2 1.3 3 Información disponible 1.3.1 Hidrometeorología 3 1.3.1.1 Meteorología 3 1.3.1.2 Hidrometría 5 1.3.2 6 Geología 1.3.3 Hidrogeología 6 1.3.4 Hidroquímica 7 CAPITULO 2. Definiciones relacionadas a Vulnerabilidad de acuíferos 2.1 Conceptos y definiciones fundamentales 8 2.2 Índices de Vulnerabilidad y de Riesgo 9 2.2.1 Método del índice DRASTIC 9 2.2.2 Método del índice GODS 14 2.2.3 Método del mapa de vulnerabilidad AVI 16 2.3 Mapeo de la vulnerabilidad de aguas subterráneas 17 2.4 Modelación hidrodinámica de acuíferos 20 CAPITULO 3. Condiciones hidrogeológicas del Acuífero Norte de Quito 3.1 Descripción de la zona de estudio. 21 3.1.1 Localización 21 3.1.2 Geomorfología de la zona de estudio 23 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] vi 3.1.3 Estratigrafía de la zona de estudio 24 3.1.4 Delimitación del Acuífero Norte de Quito 25 3.2 Geología local de la zona de recarga del ANQ 26 3.2.1 27 Descripción de la zonificación de los depósitos de cobertura (suelos) 3.3 Características hidrogeológicas del ANQ 29 3.3.1 Conductividad Hidráulica 29 3.3.2 Transmisibilidades 29 3.3.3 Almacenamiento 29 3.4 Niveles de pozos 31 CAPITULO 4. Modelación de las características físicas del acuífero. 4.1 Introducción 34 4.2 El modelo de simulación Visual Modflow 36 4.3 Ecuaciones de gobierno del flujo de aguas subterráneas 38 4.3.1 La ley de Darcy 38 4.3.2 La ley de Darcy en tres dimensiones 40 4.3.3 La fuerza potencial de Hubbert 41 4.3.4 La ecuación de continuidad para el flujo en estado continuo 41 4.3.5 La ecuación de Laplace 43 4.4 Aplicación al acuífero de Quito 45 4.4.1 46 Modelo conceptual del acuífero 4.4.1.1 Elementos del modelo conceptual 46 4.4.1.2 Desarrollo del modelo conceptual 48 4.4.2 Condiciones de frontera 48 4.4.3 Definición del tipo de malla a utilizar 49 4.4.4 Superficie del terreno 50 4.4.5 Definición de la base impermeable 53 4.4.6 Definición del techo impermeable 54 4.4.7 Cuerpos hídricos 56 4.4.8 Pozos 58 4.4.9 Conductividad Hidráulica 60 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] vii 4.4.10 Recarga 61 4.4.11 Parámetros hidrogeoquímicos 62 4.5 Calibración del modelo matemático 65 CAPITULO 5. Aplicación de los índices de vulnerabilidad al acuífero de Quito 5.1 Metodología del índice DRASTIC 74 5.1.1 Profundidad del nivel piezométrico 74 5.1.2 Recarga Neta 75 5.1.3 Recarga del acuífero 75 5.1.4 Naturaleza del suelo 76 5.1.5 Topografía 76 5.1.6 Impacto en la zona vadosa 77 5.1.7 Conductividad Hidráulica 77 5.2 Metodología del índice GODS 87 5.2.1 Tipo de acuífero 87 5.2.2 Litología 87 5.2.3 Profundidad del nivel piezométrico 88 5.3 Metodología del mapa de Vulnerabilidad AVI 95 CAPITULO 6. Comparación de resultados 6.1 Análisis de resultados obtenidos 101 6.1.1 Mapa de vulnerabilidad utilizando en índice DRASTIC 101 6.1.2 Mapa de vulnerabilidad utilizando en índice GODS 102 6.1.2.1 Primer escenario 102 6.1.2.2 Segundo escenario 103 6.1.3 103 Mapa de Vulnerabilidad AVI 6.2 Comparación de resultados 104 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] viii CAPITULO 7. Conclusiones y recomendaciones 7.1 Conclusiones 108 7.2 Recomendaciones 113 CAPITULO 8. Referencias Bibliográficas 116 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] ix LISTA DE TABLAS Tabla Nº 1.1 Estaciones meteorológicas del área de estudio 3 Tabla Nº 2.1 Rangos de clasificación de la Vulnerabilidad, para índice DRASTIC. 10 Tabla Nº 2.2 Valores para la estimación del Índice DRASTIC. 11 Tabla Nº 3.1 Valores de transmisividades y almacenamientos Actualizados al año 2001. 30 Tabla Nº 3.2 Inventario de los puntos de agua 32 Tabla Nº 3.3 Localización de las vertientes en la zona de estudio 33 Tabla Nº 3.4 Períodos de registro para las 3 estaciones de monitoreo comunes entre el INAMHI y la EMAAP-Q. 33 Tabla Nº 4.1 Cuadro resumen de propiedades hidráulicas del acuífero 45 Tabla Nº 4.2 Dominio del modelo 49 Tabla Nº 4.3 Información estratigráfica para cada uno de los pozos del área de estudio. 56 Tabla Nº 4.4 Medidas hidrogeoquímicas de los pozos existentes en el ANQ 64 Tabla Nº 4.5 Escenarios desarrollados con los criterios de calibración obtenidos. 66 Tabla Nº 5.1 Pesos asignados a los parámetros del índice DRASTIC 74 Tabla Nº 6.1 Reclasificación de los valores de vulnerabilidad para el Índice DRASTIC 101 Tabla Nº 6.2 Porcentajes de grados de vulnerabilidad 104 Tabla Nº 6.3 Factores determinantes observados en el índice DRASTIC 105 Tabla Nº 6.4 Porcentajes de coincidencia entre métodos 107 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] x LISTA DE FIGURAS Figura Nº 2.1 Caracterización de los componentes de la vulnerabilidad del acuífero según el método del índice GODS Figura Nº 2.2 Sistema GODS para la evaluación del índice de vulnerabilidad de un acuífero Figura Nº 2.3 15 Leyendas para los mapas de vulnerabilidad de recursos hídricos subterráneos Figura Nº 3.1 15 19 Localización del Área de estudio con respecto a América del Sur 22 Figura Nº 3.2 Componentes de la zonificación de la Cuenca de Quito 28 Figura Nº 4.1 Mallas en 2-D para diferencias y elementos finitos 35 Figura Nº 4.2 Experimento de Darcy 39 Figura Nº 4.3 Volumen de cubo elemental para el análisis de la ecuación de continuidad. 42 Figura Nº 4.4 Modelo Conceptual teórico del Acuífero Norte de Quito 47 Figura Nº 4.5 Malla utilizada en la definición del modelo conceptual del ANQ. 50 Figura Nº 4.6 Superficie del terreno bajo el cual está ubicado el ANQ. 51 Figura Nº 4.7 Vista en tres dimensiones de la zona de estudio 52 Figura Nº 4.8 Isolineas que representan el fondo impermeable 54 Figura Nº 4.9 Isolineas que representan el techo impermeable 55 Figura Nº 4.10 Ubicación del cuerpo hídrico principal en el dominio del acuífero Figura Nº 4.11 58 Isolineas del Nivel freático con los respectivos pozos monitoreados en el año 1995 59 Figura Nº 4.12 Zonas de igual Conductividad Hidráulica 60 Figura Nº 4.13 Polígonos de recarga generados y ponderados con el área 62 Figura Nº 4.14a Líneas equipotenciales 1er escenario de calibración er 67 Figura Nº 4.14b Valores calculados vs. Observados 1 escenario 67 Figura Nº 4.15a Líneas equipotenciales 2do escenario de calib. 68 Figura Nº 4.15b Valores calculados vs. Observados 2do escenario 68 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] xi Figura Nº 4.16a Líneas equipotenciales 3er escenario de calib. er 69 Figura Nº 4.16b Valores calculados vs. Observados 3 escenario 69 Figura Nº 4.17a Líneas equipotenciales 4to escenario de calib. 70 Figura Nº 4.17b Valores calculados vs. Observados 4to escenario 70 Figura Nº 4.18a Líneas equipotenciales 5to escenario de calib. 71 Figura Nº 4.18b Valores calculados vs Observados 5to escenario 71 Figura Nº 4.19 Vectores de velocidad del modelo calibrado 72 Figura Nº 5.1 Corte esquemático del Acuífero Norte de Quito 76 Figura Nº 5.2 Imagen Raster de la Profundidad del acuífero(Drastic) 79 Figura Nº 5.3 Imagen Raster de la Recarga del acuífero (dRastic) 80 Figura Nº 5.4 Imagen Raster de la Naturaleza del Acuífero (drAstic) 81 Figura Nº 5.5 Imagen Raster del Tipo de suelo (draStic) 82 Figura Nº 5.6 Imagen Raster de la Topografía (drasTic) 83 Figura Nº 5.7 Imagen Raster del Impacto de la zona No Saturada(drastIc) Figura Nº 5.8 84 Imagen Raster del Impacto de Conductividad Hidráulica(drastiC) 85 Figura Nº 5.9 Mapa de Vulnerabilidad del ANQ (Índice DRASTIC). 86 Figura Nº 5.10 Imagen Raster del tipo de acuífero 89 Figura Nº 5.11 Imagen Raster de la litología de la zona de estudio 90 Figura Nº 5.12 Imagen Raster de la profundidad del nivel piezométrico 91 Figura Nº 5.13 Imagen Raster del tipo de suelo 92 Figura Nº 5.14 Mapa de Vulnerabilidad del ANQ según índice GODS 93 Figura Nº 5.15 Mapa de Vulnerabilidad del ANQ según índice GOD 94 Figura Nº 5.16 Resistividades Hidráulicas capa 1 96 Figura Nº 5.17 Resistividades Hidráulicas capa 2 97 Figura Nº 5.18 Resistividades Hidráulicas capa 3 98 Figura Nº 5.19 Mapa de vulnerabilidad del ANQ, método AVI 99 Figura Nº 6.1 Esquema del procedimiento utilizado en el cálculo de los índices de vulnerabilidad 100 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] xii Figura Nº 7.1 Mapa de Vulnerabilidad y valores de corrosividad que exceden la norma Figura Nº 7.2 112 Mapa de Vulnerabilidad y valores de dureza que exceden la norma Figura Nº 7.3 112 Esquema del sistema de información del Acuífero Norte de Quito (SIANQ) 115 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] xiii LISTA DE MAPAS Mapa Nº 1 Estaciones Meteorológicas existentes en la zona de estudio 121 Mapa Nº 2 Isoyetas anuales 122 Mapa Nº 3 Isotermas anuales 123 Mapa Nº 4 Ubicación de la ciudad de Quito con respecto al Distrito Metropolitano de Quito 124 Mapa Nº 5 Ubicación y delimitación del Acuífero Norte de Quito 125 Mapa Nº 6 Litología regional y local de la zona de estudio 126 Mapa Nº 7 Ubicación de los pozos perforados en el A.N.Q. 127 Mapa Nº 8 Mapa de vulnerabilidad – índice DRASTIC. 128 Mapa Nº 9 Mapa de vulnerabilidad – índice GODS. 129 Mapa Nº 10 Mapa de vulnerabilidad – índice GOD. 130 Mapa Nº 11 Mapa de vulnerabilidad – AVI 131 LISTA DE ANEXOS Anexo 1. Mapas temáticos generados 120 Anexo 2. Datos hidrometeorológicos de las estaciones 132 Anexo 3. Datos de caudales, Estación El Colegio S2 138 Anexo 4. Normas de calidad del agua para suministro de agua Potable 143 Anexo 5. Perfiles estratigráficos 148 Anexo 6. Transparencias para comparación del índice de vulnerabilidad 158 _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] xiv RESUMEN El objetivo de este estudio es analizar la vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito, es decir determinar entre diferentes métodos, la facilidad o dificultad que un contaminante tiene para viajar a través de las diferentes capas que subyacen al acuífero y contaminarlo. El estudio se desarrolló sobre la base de información existente en la EMAAP-Q, el INAMHI y en la EPN, utilizando datos químicos, isotópicos, geológicos, hidrogeológicos e hidrológicos. El área de estudio se halla delimitada desde el sector de El Labrador al Sur hasta la población de San Antonio de Pichincha al Norte, al este se halla definido por el Horst que separa el Valle de Quito con el de Guayllabamba, al Oeste por las partes bajas de los volcanes Pichincha y Casitagua. Se modelaron las características físicas del acuífero, para comprender la dinámica del mismo, y para dejar las bases, sobre las cuales se desarrollarán los futuros modelos de transporte de contaminantes, indispensable para el estudio de Análisis de Riesgo a la contaminación que deberá realizarse posteriormente. Sobre la base de la información recopilada y del modelo matemático desarrollado, se obtuvieron los mapas de vulnerabilidad por medio de tres índices: DRASTIC, GODS y AVI, para efectos de compararlos entre sí y seleccionar el mejor método para evaluar la vulnerabilidad de los acuíferos ubicados en medios urbanos. Se desprende que la metodología DRASTIC es el más adecuado para ambientes urbanos. _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] xv PRESENTACIÓN El interés que la comunidad científica mundial ha puesto en los recursos hídricos subterráneos, tiene su origen en la creciente demanda del agua a escala mundial, acompañado de la disminución de su disponibilidad como consecuencia directa de la desigual distribución tempo-espacial de la precipitación, la contaminación de las fuentes, y quizá a la influencia de los cambios globales. Los estudios base con los cuales se desarrolló este estudio son: El INAMHIEMAAP-Q-CEEA(2000), el cuál es un estudio hidrológico-isotópico del acuífero de Quito; el estudio del acuífero de Quito realizado por el MAG-PRONAREG en el período de 1981 a 1985; el estudio de Estimación de la recarga del acuífero de Quito, usando Sistemas de información Geográfica, desarrollada como tesis de grado en la Universidad Central. Para el desarrollo de este estudio se tomaron como referentes los datos del monitoreo del año 1995, que realizaron la EMAAPQ y el INAMHI. Los 23 pozos de los cuales se extrajo la información resultaban insuficientes, debido a que no se tenía una distribución espacial uniforme. No existía información en la zona del callejón de Parcayacu, por lo que se recurrió a datos existentes en las carpetas de la EMAAP-Q y en la Agencia de Aguas de Quito. El desarrollo del modelo conceptual y la modelación de las características físicas del acuífero se lo hizo en el programa VISUAL MODFLOW 2.8.2, a partir de lo cual se obtuvieron predominantes de los flujo, valores líneas de velocidades equipotenciales. máximas, Para la direcciones calibración se desarrollaron 5 escenarios, variando la conductividad hidráulica de la zona vadosa y las áreas de recarga. Para la generación de los mapas de vulnerabilidad se utilizó el Programa ArcView®, se generaron imágenes raster de cada una de las variables de los índices, mediante álgebra de mapas se obtuvieron los índices y estos se implantaron en una cartografía base. Finalmente se compararon los resultados obtenidos y se analizaron los datos de calidad de agua con respecto al mapa de vulnerabilidad desarrollado. _________________________________________________________________________ ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Xavier Coello R. [email protected] 1 INDICE CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN Y REVISIÓN DEL ESTADO DE ARTE 1.1 INTRODUCCIÓN El interés que la comunidad científica mundial ha puesto en los recursos hídricos subterráneos, tiene su origen en la creciente demanda del agua a escala mundial, acompañado de la disminución de su disponibilidad como consecuencia directa de la desigual distribución tempo-espacial de la precipitación, la contaminación de las fuentes, y quizá a la influencia de los cambios globales, que ha hecho que el hombre ponga sus esfuerzos en buscar fuentes alternativas de agua, orientándose nuevamente hacia el aprovechamiento de las aguas subterráneas, las cuales pueden estar afectados por un mal uso, tanto del suelo como del agua, haciéndose notoria y necesaria la determinación de la vulnerabilidad de los acuíferos a la contaminación. La importancia del Acuífero Norte de Quito (ANQ) está en que es una fuente potencial y relativamente segura con que cuenta la ciudad, y podría proveer de agua, que actualmente es abastecida por los proyectos Papallacta y La Mica Quito–Sur, para el caso en que estos dejen de funcionar o sean insuficientes de acuerdo con el crecimiento poblacional. El Acuífero Norte de Quito se deterioró debido a la sobreexplotación que fue sometido en la década de los 80; sin embargo, a partir de los años 90, el acuífero forzadamente ha estado sometido a un proceso de recarga que se puede considerar como natural, y a la potencial contaminación debido, especialmente, al mal funcionamiento del sistema de alcantarillado y a poluciones puntuales en los sectores industriales, por lo que se torna indispensable el evaluar la vulnerabilidad _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] 2 del acuífero a la contaminación y así tener una fuente alternativa segura para la cuidad. Debido a esto se investigará el mejor método para evaluar y/o analizar la susceptibilidad de un acuífero a la contaminación, lo cual servirá como una herramienta para los planificadores en el análisis de la vulnerabilidad de un acuífero a escala local por parte de la Empresa Metropolitana de Alcantarillado y Agua Potable de Quito (EMAAP-Q). Para la consecución de este proyecto se modelará el flujo en el acuífero con la ayuda del sistema de modelación VISUAL MODFLOW, el cual contiene varios módulos e interfases, como el Modflow y Flowpath, lo que permitirá determinar los flujos preferenciales de contaminación, así como el mapeo tridimensional del acuífero. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 OBJETIVO GENERAL Comparar varias metodologías de vulnerabilidad aplicadas al Acuífero Norte de Quito (ANQ), que subyace a una zona urbana importante, y de esta manera determinar la susceptibilidad del mismo a la contaminación. 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. i) Sobre la base de un análisis comparativo, determinar el índice de vulnerabilidad más adecuado para acuíferos en zonas urbanas, ii) Obtener un mapa de vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito, que proporcione las condiciones de calidad del agua existentes. iii) Coadyuvar al conocimiento de las metodologías existentes, aplicarlas a casos urbanos y fortalecer este campo en el contexto Iberoamericano. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] 3 1.3 INFORMACIÓN DISPONIBLE 1.3.1 HIDROMETEOROLOGÍA 1.3.1.1 Meteorología La red meteorológica de la ciudad de Quito, dispone de un buen número de estaciones de larga y mediana duración, de las que se puede observar que el gradiente de precipitación se incrementa fuertemente de norte a sur. Las estaciones más representativas de la zona de estudio son las enunciadas en la Tabla Nº 1.1. Estación Código IZOBAMBA INAMHI-IÑAQUITO QUITO-OBSERVATORIO AEROPUERTO-DAC UYUMBICHO CHIRIBOGA COTOCOLLAO GRANJA-ALOAG QUITO-U.CENTRAL M003 M024 M054 M055 M113 M116 M342 M350 M606 Registro precipitación 1962 1975 1891 1947 1962 1962 1963 1963 1964 2000 2000 1989 1989 2000 2000 1983 1994 1973 Tabla Nº 1.1.- Estaciones meteorológicas del área de estudio. La estación Izobamba está situada a 3060 msnm, en el borde meridional de la hoya, lo que le da el carácter de zona de montaña, las demás están situadas en el eje de la depresión central a alturas muy cercanas, apenas superiores a los 2800 msnm. En el mapa Nº 1 se presentan las ubicaciones de las estaciones meteorológicas existentes. En la zona de estudio es posible distinguir dos tipos de climas: El "clima ecuatorial mesotérmico semi-húmedo", el más frecuente en la zona andina, en el rango de elevaciones menores a los 3200 msnm. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] 4 • La cantidad de lluvia anual, distribuida en las dos estaciones lluviosas está comprendida entre los 500mm y 2600mm, las isoyetas medias anuales generadas se presentan en el mapa Nº 2. • La temperatura media se sitúa entre los 11 y 14ºC, el mapa de isotermas medias anuales se presentan en el mapa Nº 3. El clima ecuatorial de alta montaña, está localizado sobre los 3200 m.s.n.m. • La cantidad de lluvia anual está comprendida entre 500 y 2400 mm. • La temperatura media es de 8ºC con registros máximos de 20ºC y mínimos cercanos a 0ºC. Por su situación geográfica, la región interandina y particularmente la zona de Quito, está bajo la influencia alternativa de las masas de aire oceánicas y de las masas de aire amazónicas. Por eso los regímenes lluviosos se caracterizan por poseer dos períodos lluviosos: • Una de febrero a mayo • Otra de octubre a noviembre, De la misma manera se identifican dos períodos secos: • Un primer período seco de junio a septiembre. • El segundo período seco entre diciembre y enero. Es importante señalar que en la zona de estudio, el gradiente de temperaturas medias es de 1ºC, según INAMHI-EMAAPQ-CEEA (2000), lo que indica que la zona de estudio no está sujeta a grandes fluctuaciones térmicas. En la zona norte de Quito la humedad relativa está en el rango comprendido entre el 70% y el 80%, observándose un aumento de la humedad en las noches y los más bajos durante el medio día. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] 5 Así mismo, la velocidad del viento se ubica entre los 2.6 a 2.8 m/s en el período seco. La dirección del viento predominante es en sentido Norte. Finalmente en la zona de estudio la distribución espacial de las lluvias está relacionada con la presencia de la Cordillera Occidental (Volcán Guagua Pichincha), la que se convierte en una barrera natural para los vientos húmedos que vienen del sur - este. Esto explica que la parte norte de la ciudad de Quito tenga menos lluvia que las partes central y sur. 1.3.1.2 Hidrometría El río Las Monjas, el cual drena el norte de la ciudad, nace en las Laderas del Volcán Rucu Pichincha, se extiende hasta la confluencia del Río Guayllabamba. Los datos característicos de la cuenca son los siguientes: Área de drenaje = 173km2 Longitud del cauce principal: 31.4 km Pendiente media del cauce: 9.2% En el límite norte del acuífero, es decir en la población San Antonio de Pichincha el caudal medio es de 1.5 m3/s el cual es usado para riego y generación hidroeléctrica. La cobertura vegetal es pobre, con pastizales y bosques en la zona de las Laderas del Pichincha. También se puede decir que el porcentaje de urbanización es del 50 al 60%, según lo expresado por Proaño, Montalvo (1999). El flujo de aguas subterráneas según el estudio del INAMHI-EMAAPQCEEA(2000), es en dirección Norte hacia el río Monjas, encontrándose además que el sistema de alcantarillado que evacua al mismo tiempo las aguas lluvias y las aguas servidas, circula en esa dirección tomando en cuenta además que el mismo se encuentra deteriorado (Salazar 2001), lo que indica que este sea un contaminante potencial del Acuífero. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] 6 1.3.2 GEOLOGÍA Las formaciones geológicas regionalmente identificadas por el INAMHI-EMAAPQCEEA (2000) son las siguientes: Paquete cretácico el cual contiene lavas del tipo básico-intermedio. Paquete terciario, identificado por un período volcánico difundido y prolongado, de composición intermedia-ácida Paquete cuaternario, formaciones volcánicas de origen explosivo que constituyen los depósitos superficiales. El Acuífero Norte de Quito está ubicado hacia el noroccidente del graben de Quito el cual se extiende hasta el valle de Pomasqui y entre una altura comprendida entre las cotas 2400 y 2600 msnm. El detalle del mapa geológico se muestra en la mapa Nº 6 del anexo. 1.3.3 HIDROGEOLOGÍA De acuerdo al INAMHI-EMAAPQ-CEEA (2000), la unidad norte del acuífero de Quito, está localizada en la cuenca superior del Río Monjas, su área superficial alcanza los 45 km2. Se encuentra limitada de la siguiente manera: • Al Norte: a la altura de San Antonio de Pichincha, • Al Sur: se extiende hasta el sector de El Labrador (Límite hidrogeológico), • Al Occidente: alcanza hasta las partes bajas del volcán Casitagua, y • Al Oriente: constituye el Horst que separa el Graben del Guayllabamba. En esta unidad hidrogeológica se encuentran tres niveles de agua subterránea: el primero, superior, poco extenso cuyo espesor medio es de 25m. a una profundidad media desde la superficie de 17 m; un segundo, intermedio, de 46 m de profundidad y una potencia de 30 m; y finalmente, un tercer nivel a una profundidad de 90 m con un espesor de 23 m. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] 7 En la parte superficial se identifica un acuitardo, con un nivel freático que oscila entre los 17 y los 60 m. El cual está formado de cangahua, lo que protege al acuífero de la contaminación en la mayoría del área superficial; sin embargo, se han identificado ciertas zonas de fracturamiento por las cuales los contaminantes fluyen (INAMHI-EMAAPQ-CEEA, 2000). 1.3.4 HIDROQUÍMICA Los resultados obtenidos en el análisis Físico Químico y Bacteriológico realizado por el INAMHI (1999), en su Estudio Hidroquímico del Acuífero de Quito, y en los resultados obtenido por el INAMHI-EMAAPQ-CEEA (2000), de cada pozo del acuífero de Quito, indican que los Pozos Urico I y El Peaje, no presentaron problemas con el contenido permitido de metales, sin embargo se evidencian la presencia de coliformes totales. Se menciona también que el pozo Liga excede las normas para contenido de Hierro, Magnesio, Manganeso y de dureza; además el pozo Pintex excede la norma de contenido de Aluminio. Los análisis realizados para las vertientes del ANQ, la vertiente San Antonio, presenta altos contenidos de Hierro, Manganeso y Magnesio y la dureza del agua tiene valores altos. En la vertiente el PINAR, los parámetros de Aluminio y Arsénico esta fuera de la norma, lo que es peligroso para la salud humana. La ubicación de los pozos en el área de estudio se encuentra en el mapa Nº 7 _______________________________________________________________________________________ Capítulo 1 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 8 CAPITULO 2. DEFINICIONES RELACIONADAS A VULNERABILIDAD DE ACUÍFEROS 2.1 CONCEPTOS Y DEFINICIONES FUNDAMENTALES La vulnerabilidad de los acuíferos frente a la contaminación es una propiedad intrínseca del medio que determina la sensibilidad a ser afectados negativamente por un contaminante externo (Foster, 1987). Es una propiedad relativa, no medible y adimensional y su evaluación se realiza admitiendo que es un proceso dinámico e iterativo. La vulnerabilidad puede ser intrínseca, condicionada por las características hidrogeológicas del terreno, y específica cuando se consideran factores externos como la climatología o el propio contaminante. Desde otro punto de vista la vulnerabilidad es una propiedad intrínseca de los sistemas subterráneos, debido a que esta depende de la sensibilidad de los acuíferos a acciones antrópicas o naturales que alteran sus condiciones naturales. De la misma manera, la vulnerabilidad es función de varios factores hidrogeológicos que determinan tanto la capacidad de infiltración de contaminantes así como su capacidad de atenuación en las diversas capas que lo cubren, dentro de lo cual el medio físico, en términos generales, protege al acuífero, en el sentido que es un medio que purifica el agua contaminada, al percolarse por la zona vadosa en algunos casos. Las propiedades del medio varían de un punto a otro lo que hace que unas áreas sean más susceptibles que otras, por esto existen zonas de mayor o menor sensibilidad. Tomando en cuenta estos criterios es posible determinar la vulnerabilidad en forma relativa en una determinada área de estudio. Si se establece como hipótesis de partida que el riesgo de los acuíferos frente a un determinado contaminante es equivalente a la vulnerabilidad de los mismos, estos índices se podrán utilizar para evaluar el riesgo, por lo que riesgo y vulnerabilidad están estrechamente relacionados. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 9 2.2 ÍNDICES DE VULNERABILIDAD Y DE RIESGO 2.2.1 METODO DEL INDICE DRASTIC. El método DRASTIC (Aller et al., 1987) clasifica y pondera parámetros intrínsecos, que reflejan las condiciones naturales del medio y es el más difundido para determinar la vulnerabilidad de acuíferos. La metodología DRASTlC es un sistema paramétrico de evaluación que incluye siete características fundamentales, a las que asigna valores, y un multiplicador o índice de ponderación, según su importancia. Las características son: D - Profundidad al acuífero (Depth to water) R - Recarga neta (Recharge) A - Tipo de acuífero (Aquifer media) S - Tipo de suelo (Soil media) T - Topografía, Pendiente (Topography) I - Impacto del tipo de zona vadosa (lmpact of the Vadose Zone Media) C - Conductividad hidráulica (Hydraulic Conductivity of the aquifer) Para describir cada una de estas propiedades son necesarios estudios detallados, los que para efectos de ejecución del presente proyecto, tendrán como base los estudios desarrollados por el INAMHI, la EMAAP-Q y la CEEA. Las hipótesis en las que el índice DRASTIC se basa son las siguientes: El contaminante debe ser introducido en la superficie del terreno, El contaminante penetra con el agua de recarga, El contaminante tenga la movilidad del agua, El área evaluada sea mayor o igual a 45 Ha. Cuando no se cumplen estas condiciones, la evaluación del potencial de contaminación del agua subterránea mediante este método, no es confiable. La valoración de los parámetros permite acotar los intervalos de vulnerabilidad a la contaminación y delimitar áreas de mayor riesgo frente a un contaminante _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 10 potencial. El índice DRASTIC permite encontrar un valor numérico para cada punto del área de trabajo mediante la siguiente ecuación: Índice de vulnerabilidad = D R D W + R R R W + A R A W + S R S W + T R T W + IRIW + CRCW donde los subíndices R y W son el puntaje (Rating) y el peso de ponderación (Weight) respectivamente. Esta suma expresa la conjunción de las valoraciones de cada propiedad, aportadas por el método, y el conocimiento del acuífero particular del que se trata por parte de quienes lo aplican. Los intervalos de vulnerabilidad o riesgo se definen en función de la aplicación. Para el caso de la vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito, se establecen los rangos de vulnerabilidad, enunciados en la Tabla Nº 2.1, las cuales son tomadas de Martínez y Delgado (1998). Clasificación de la vulnerabilidad <100 Despreciable 101-119 Muy baja 120-139 Baja 140-159 Moderada 160-179 Alta 180-199 Muy alta >200 Extrema Tabla Nº 2.1 Rangos para la clasificación de la vulnerabilidad para el Valor del índice método DRASTIC. Tomado de Martínez y Delgado (1998) Los valores o puntajes de los 7 parámetros considerados por este método se indican en la Tabla Nº 2.2, a partir de los cuales se hace posible la determinación de la vulnerabilidad. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 11 D.- PROFUNDIDAD DEL R.- RECARGA NETA ACUÍFERO RANGO (m) < 1.5 1.5-5.0 5.0-10.0 10.0-20.0 20.0-30.0 > 30.0 RANGO (mm) 0-50 50-100 100-180 180-255 >255 VALOR 10 9 7 5 2 1 VALOR 1 3 6 8 9 A.- NATURALEZA DEL ACUÍFERO DESCRIPCIÓN a) Arcillas, limos, margas b) Rocas igneas, metamórficas c) Rocas igneas, metamórficas alteradas d) Alternancia de areniscas, arcillas y calizas e) Areniscas masivas f) Calizas masivas g) Arenas, gravas y conglomerados h) Volcánico i) Calizas carstificadas. RANGO (m) 1-3 2-5 3-5 5-9 4-9 4-9 4-9 2-10 9-10 VALOR 2 3 4 6 6 6 8 9 10 S.- NATURALEZA DEL SUELO TIPO DE SUELO Arcilla No expansiva y agregada Suelo orgánico Marga arcillosa Marga limosa Marga Marga arenosa Arcilla expansiva y/o agregada Turba Arena Grava Delgada o ausente T.- TOPOGRAFÍA VALOR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 I.- IMPACTO DE LA ZONA VADOSA DESCRIPCIÓN Arcilla, limo, marga Esquitos, pizarras Calizas Areniscos Alternancias: calizas, areniscos y arcillas Arenas y gravas arcillosas Rocas: igneas, metamórficas Arenas, gravas Volcánica Calizas carstificadas RANGO (%) 0-2 2-6 6-12 12-18 > 18 VALOR 10 9 5 3 1 C.- PERMEABILIDAD RANGO (m) 1-2 2-5 2-7 4-8 VALOR 1 3 6 6 RANGO (m/dia) <4 4-12 12-28 28-40 VALOR 1 2 4 6 4-8 6 40-80 8 4-8 6 > 80 10 2-8 4 6-9 2-10 8-10 8 9 10 Tabla Nº 2.2 Valores para la estimación del Índice DRASTIC Tomado de Martínez y Delgado (1998) _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 12 Definición y valores de los parámetros del índice DRASTIC Profundidad del nivel del agua (D) Este parámetro considera la profundidad del nivel piezométrico en el caso de un acuífero libre o del techo del acuífero para uno confinado, que en el caso del Acuífero Norte de Quito, este, varia desde los 17 hasta los 60 m. Como criterio inicial, se asume que la vulnerabilidad disminuye con la profundidad. En su valoración se emplean datos de puntos de agua (pozos en el área de estudio), estudios hidrogeológicos y medidas de campo. Se dispone de una serie temporal de variaciones del nivel piezométrico proporcionado por la Unidad de Hidrogeología del INAMHI, a partir del cual se considera el nivel más alto al ser éste, el más desfavorable (para acuíferos libres). En el caso de un acuífero sobreexplotado que ha cambiado su funcionamiento hidráulico de confinado a libre, será preferible tomar la profundidad del techo impermeable del acuífero. Recarga (R) Considera la recarga anual. Sin embargo, para tramos sin acuíferos se toma el valor mínimo y para tramos con acuíferos de interés local se valorará en función de su litología. En el caso del Acuífero Norte, según Proaño, Montalvo (1999), se toma como valor de la recarga 550 mm/año. Litología del acuífero (A) Valora la litología que constituye el acuífero, considerándose que a mayor granulometría y fracturación, mayor permeabilidad y por tanto un grado de vulnerabilidad más elevado. Cuando existen varios acuíferos superpuestos como es el caso del Acuífero Norte, se valora el superior. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 13 Para su determinación se emplea la cartografía geológica existente, como paso previo a un reconocimiento de campo de las litologías de los tramos peor definidos. Naturaleza del suelo (S) El suelo influye en el desplazamiento vertical del contaminante hacia el acuífero. Para este parámetro se considera la porción alterada del suelo que soporta la actividad biológica. Este parámetro se obtiene de las calicatas realizadas en los levantamientos geotécnicos, realizados por el INAMHI-EMAAPQ-CEEA (2000). Topografía, % de pendiente máxima (T) Pueden efectuarse mediante levantamientos topográficos, que pueden emplearse para la estimación de las pendientes correspondientes, directamente con la función Derive Slope de un Sistema de Información Geográfica, que tiene relación directa con el ancho del píxel seleccionado, que para el presente se tomó un pixel de 50 m x 50 m. Zona no saturada (I) La zona no saturada influye en los procesos de atenuación en la trayectoria del agua hacia la zona saturada. Este parámetro contempla la existencia de acuíferos libres confinados y semiconfinados, al valorar el tipo de materiales existentes en la zona no saturada. Si el acuífero es libre, corresponde a la propia litología del acuífero y para los otros dos casos corresponde a los materiales suprayacentes confinantes. Permeabilidad (C) La valoración de este parámetro es compleja si no se dispone de ensayos de bombeo que hayan determinado parámetros hidráulicos, por ello se pueden emplear los valores teóricos relativos estimados para las diferentes litologías, estableciendo rangos en función de la propia litología, número de captaciones existentes, caudal explotado y otras observaciones realizadas en el campo. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 14 2.2.2 METODO DEL INDICE GODS. El método G.O.D., desarrollado por Foster (1987), estima la vulnerabilidad de un acuífero, multiplicando tres parámetros que representan tres tipos de información espacial con el rango de índice determinado (Verba y Zaporozec, 1994). G (Groundwater ocurrance) O (Overlying lithology) D (Depth to Groundwater) El producto de estos tres componentes es un índice de vulnerabilidad que puede variar entre 0 y 1 a diferencia del índice de vulnerabilidad DRASTIC cuya valoración puede llegar a ser mayor a 200, indicando vulnerabilidad desde despreciable hasta extrema. El factor de suelo es un parámetro esencial que considera la capacidad de atenuación y el grado de fisuración del suelo. Para la evaluación de este parámetro se considera principalmente la textura del suelo: Textura Franco arcillosa (FA) Textura Franco arcillosa arenosa (FAa) Textura Franco arenosa (Fa) Los índices de vulnerabilidad de los acuíferos semiconfinados multicapas en el área de estudio se determinarón incorporando el factor suelo: Índice de vulnerabilidad = G*O*D*S En las figuras 2.1 y 2.2, se indican los componentes del índice GODS, sus características y valoraciones, así como las secuencias lógicas de ocurrencia, las mismas que fueron aplicadas para el caso del ANQ. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 15 Figura Nº 2.1 Caracterización de los componentes de la vulnerabilidad del acuífero según el método del índice GODS (Foster, 1987). Figura Nº 2.2 Sistema GODS para la evaluación del índice de vulnerabilidad de un acuífero (Foster, 1987) _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 16 2.2.3 METODO DEL MAPA DE VULNERABILIDAD AVI. El AVI (Aquifer Vulnerability Index) es uno de los métodos más sencillos, fáciles y rápidos para cuantificar la vulnerabilidad, tan solo utiliza la conductividad hidráulica y el espesor de las capas de diferente material que se encuentran sobre el nivel del agua. Es un índice para cuantificar la vulnerabilidad de un acuífero (Van Stempvoort, et al., 1992), por medio de la resistencia hidráulica "c,' al flujo vertical del agua al pasar por los diferentes materiales sobre el acuífero. La resistencia hidráulica “c” se calcula por la expresión: C = Σbi / Ki para las capas 1, 2, 3,...,i donde: bi: es el espesor de cada capa del acuífero Ki: es la conductividad hidráulica de cada capa c: es la resistencia hidráulica total (inverso de Ki, [TIEMPO]) indica el tiempo aproximado de flujo por unidad de gradiente de carga que atraviesa el agua hacia abajo al pasar por varias capas de sedimentos, por encima del acuífero. La consecuencia directa de lo expuesto, se resumen que: A mayor resistencia hidráulica c, menor vulnerabilidad. Para construir el mapa de vulnerabilidad se necesitan las coordenadas del pozo bajo análisis y se utiliza el log c para cada pozo, seguidamente se interpolan los valores de log c, esto da como resultado la zonificación de resistencias hidráulicas, las cuales están directamente relacionadas con la vulnerabilidad por su carácter representativo. La interfase se la realizará mediante el análisis espacial del Paquete ArcView. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 17 2.3 MAPEO DE LA VULNERABILIDAD DE AGUAS SUBTERRÁNEAS. Como resultado de la evaluación de la vulnerabilidad pueden obtenerse mapas que indican las zonas con mayor o menor susceptibilidad a la contaminación, los que generalmente se construyen para el acuífero superior. Estos niveles permiten valorar la vulnerabilidad en forma relativa entre las regiones que integran el área de estudio, pero no podemos hablar de ellos en forma absoluta. La confección de un mapa de vulnerabilidad implica combinar varios mapas temáticos, correspondientes a los diferentes factores hidrogeológicos elegidos para la evaluación. Los cambios en el sistema acuífero hacen que el mapa de vulnerabilidad no sea estático, sino que pueda ser actualizado periódicamente. Los mapas de vulnerabilidad tienen múltiples propósitos y son útiles sobre todo a escala gubernamental. Su principal cometido es servir de guía en la planificación del uso de las tierras, siendo una herramienta fundamental para definir qué utilización pueden tener determinadas zonas; y en el desarrollo de políticas de protección para las aguas subterráneas. Procedimientos Cartográficos para el mapeo de la vulnerabilidad de aguas subterráneas. Se recomienda mapear el índice de vulnerabilidad del acuífero a la escala seleccionada de trabajo. Los mapas deberán ser sombreados en tonos de rojo, indicando la vulnerabilidad creciente con una mayor intensidad de color. Los aspectos hidrogeológicos básicos y las obras hidráulicas (por lo general sacados directamente del mapa hidrogeológico) y los datos claves hidrogeológicos sobre los que se ha basado el índice deberían conservarse en el mapa de vulnerabilidad, para uso en posteriores investigaciones más detalladas del riesgo de contaminación de aguas subterráneas en las áreas seleccionadas. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 18 En el caso de la carga contaminante al subsuelo de las fuentes puntuales de contaminación, se debería producir un inventario y localizarlos en un mapa de la misma escala como aquel usado para representar la vulnerabilidad del acuífero. Para fuentes de contaminación multipuntual dispersa como el sistema de alcantarillado o industrias puntuales, generalmente es más práctico delinear la extensión de las actividades relacionadas en el mapa de carga contaminante, con sombreado para representar la intensidad relativa con respecto a los principales contaminantes persistentes y registrar los datos que servirán de consulta en el inventario tabulado. En la mayoría de los casos, se usa la categorización del peligro potencial para los diversos componentes de la carga contaminante al subsuelo, por lo tanto la categoría de peligro potencial puede entonces ser sobrepuesta en los mapas de vulnerabilidad del acuífero, de acuerdo a lo expresado por Jaroslav, (1994). Evaluación Final del Riesgo El uso potencial que se da a un mapa de vulnerabilidad está ligado a la toma de decisiones en cuanto a lo relacionado a ordenamiento territorial, y los procesos involucrados como son: el uso del suelo y el tipo del suelo. La existencia de una categoría de peligro potencial alto o moderado en áreas con vulnerabilidad del acuífero media, alta o extrema sirve para dar una indicación preliminar del riesgo de contaminación de las aguas subterráneas, lo que servirá como fuente de consulta y/o guía para la elaboración de mapas de Riesgos Naturales Asociados y estudios científicos en general, para limitar ciertas actividades y usos del agua y del territorio. Los mapas de vulnerabilidad, deberán ser entendibles para la interpretación del mismo por no especialistas, por lo cual de acuerdo a lo recomendado por Foster (1987), se indica a continuación en la Figura Nº 2.3, las leyendas estandarizadas a nivel mundial. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 19 Figura Nº 2.3 Leyendas para los mapas de vulnerabilidad.(Foster,1987) _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] 20 2.4 MODELACIÓN HIDRODINÁMICA DE ACUÍFEROS A partir de las ecuaciones constitutivas de la hidrodinámica subterránea, de sus restricciones y condiciones iniciales y de frontera, se hace posible el desarrollo de modelos matemáticos, numéricos y conceptuales lo más cercanos a la realidad, que permitan el análisis cualitativo de los sistemas, investigar sus características, comportamientos y de manera teórica resolver problemas de transporte y atenuación de contaminantes. Toda la teoría de modelación matemática está basada en desarrollos discretos de diferencias finitas y elementos finitos, también métodos finitos mixtos híbridos que permiten su trascripción o adaptación numérica para el desarrollo de programas computacionales a través de los cuales se puede simular el comportamiento hidrodinámico de sistemas subterráneos, el transporte de solutos y energía, efectos de interacción química y mecánica con las matrices sólidas, etc. (Layedra 1998). Para la modelación hidrodinámica del Acuífero Norte de Quito se tomó como base el paquete computacional VISUAL Modflow. Sin embargo el paquete GMS 3.1, presenta las mismas capacidades, tomando en cuenta que este programa utiliza como fuente el programa MODFLOW. Finalmente es importante mencionar que para que un modelo matemático hidrodinámico funcione, es imprescindible la comprensión de muchos factores, como son, la hidrogeología y la geología de la zona, además de los otros factores que intervienen en el flujo de aguas subterráneas. La comprensión de lo antes mencionado, debe estar plasmada en el MODELO CONCEPTUAL DEL ACUÍFERO, que se ha desarrollado en el capítulo 4 del presente estudio. _______________________________________________________________________________________ Capítulo 2 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 21 CAPITULO 3. CONDICIONES HIDROGEOLÓGICAS DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO 3.1 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO. La zona de estudio se encuentra en la ciudad de Quito, la capital de la República del Ecuador. La ciudad está localizada en la parte central de la Cordillera de los Andes y se caracteriza principalmente por estar rodeada por volcanes (5). La figura Nº 3.1 indica la ubicación tanto del acuífero como de la ciudad respecto al Ecuador y a América del Sur. 3.1.1 LOCALIZACIÓN Desde el punto de vista morfológico, la ciudad de Quito, calificada como área de recarga, es una cuenca sedimentaria alargada en dirección general Sur-Norte. Se halla ubicada a lo largo de un valle limitado por las Laderas del Pichincha al Oeste y por el graben (una serie de elevaciones de origen tectónico) que dividen la ciudad de los valles de Los Chillos y de Tumbaco al Este, y de Norte a Sur la franja longitudinal que se forma entre los barrios de Cotocollao y Guamaní respectivamente, lo que la califica como un conjunto de cubetas por estar interrumpida en el centro de la cuenca por el Panecillo (de origen volcánico) y otros levantamientos del terreno en la parte central de la ciudad. Este conjunto de cubetas, reciben las aguas lluvia, que escurre e infiltra el agua que se deposita en la ciudad. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 22 AMERICA CENTRAL Mexico Bahamas, The Cuba Haiti Honduras Nicaragua ECUADOR Islas Galapagos St. Lucia Trinidad yTobago Venezuela Panama Acuífero Norte de Quito Puerto Rico Guyana Colombia # Quito Ecuador Peru Brazil # Bolivia Guayaquil Pa r ag AMERICA DEL SUR Chile Argentina N W ua y Uruguay E S Islas Malvinas 22 Figura Nº 3.1 Localización del Área de estudio con respecto a América del Sur _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 23 La orografía de la ciudad es irregular, caracterizada por: Una explanada de menos de 4 km. de ancho por aproximadamente 40 km. de longitud sobre la cual se halla ubicada la zona urbana de la ciudad de Quito. El área urbana del acuífero norte de Quito es de aproximadamente 25 km2. Una zona de ladera montañosa y rural que se caracteriza por una cobertura vegetal relativamente rica que actúa como zona de recarga. El área no urbana del acuífero de Quito es de aproximadamente 13 km2. Levantamientos (Colinas y montículos) en la parte central que actúan como divisorias del gran acuífero de Quito, el más característico de estos levantamientos es el cerro de El Panecillo, que divide el acuífero Sur de la ciudad con el Acuífero Centro-Norte. Geográficamente la zona de estudio se ubica desde las coordenadas UTM 778750 hasta los 785000 Este y desde los 9 977 500 hasta los 10 000 000 Norte, altitudinalmente se halla localizada entre las cotas 2750 y 4400 m.s.n.m. 3.1.2 GEOMORFOLOGÍA DE LA ZONA DE ESTUDIO. Según Proaño, Montalvo (1999), área de estudio está ubicada dentro de la zona principal Norte, la cual constituye una subcuenca, con una depresión controlada y moderada en su parte occidental por el cono aluvial antiguo de la quebrada Rumipamba. En la cuenca o cubeta norte se puede identificar dos grandes drenajes: la quebrada el Colegio (quebrada Rumiurcu) al norte y la quebrada El Batán hacia el este. Esta cuenca esta perturbada por las elevaciones de la zona del barrio el Inca, la cual en complemento con la presencia de un alto morfológico transversal existente en las inmediaciones del aereopuerto de la ciudad, constituyen una divisoria de aguas de los drenajes naturales y artificiales del sector norte de la _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 24 ciudad. Hacia el Norte de esta divisoria, la morfología identificada corresponde a zonas planas conformada por sedimentaciones o aluviales de las subcuencas de San Antonio de Pichincha y Pomasqui, limitadas hacia el este por el Río Pusuquí Monjas que baja desde la cuenca norte de Quito, y hacia el oeste por los volcanes Casitagua y Pululahua. La zona de Pomasqui se asienta sobre una gran terraza aluvial que forma una extensa planicie y hacia el norte, San Antonio de Pichincha, se ubica sobre un gran cono aluvial que desciende desde el flanco norte del volcán Casitagua y que se extiende hacia el este, terminando en el río Monjas. De las observaciones de campo realizadas, las características topográficas relevantes se enuncian a continuación: En el lado Occidental de la ciudad; las laderas del Pichincha están orientadas hacia la parte baja de la ciudad. En el lado Oriental; escarpadas pendientes bajan hacia los valles localizados a lo largo de los límites orientales de la ciudad. Al Norte; pendientes bajan por las afueras de Quito hacia el Norte. 3.1.3 ESTRATIGRAFÍA DE LA ZONA DE ESTUDIO. De acuerdo a los estudios realizados dentro del Proyecto Microzonificación sísmica de Quito (EPN,2001), se establece que el basamento rocoso todavía no ha sido identificado y su profundidad es aún desconocida, pero el espesor de la corteza continental a nivel de Quito ha sido estimado en aproximadamente 50 kilómetros (Robalino, 1976). Los sedimentos volcánicos constituyen una unidad geológica importante encontrada en las perforaciones de la zona de estudio, están formadas de capas decimétricas hasta métricas de arenas con pómez de grano medio a grueso, intercaladas con capas de cantos andesíticos y gravas, apareciendo en forma local limos y arcillas. La descripción estratigráfica de la cuenca de Quito, recogida de los estudios geológicos (CODIGEM-DHA-UNDRO, 1993), indican que: “El espesor del manto de sedimentos volcánicos es de aproximadamente de 140 m (eje de cuenca Norte). Estos volcano-sedimentos se intercalan o pasan a depósitos de cono _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 25 aluvial en las laderas del Pichincha. Un depósito lacustre aflora al Norte y se extiende a lo largo de la zona de estudio, desde Carcelén hacia el sector de El Labrador”. Según Lecaro (1987), el espesor del depósito lacustre es variable en el eje de la cuenca norte. Se constituye básicamente de cenizas, arena arcillosa, conglomerados finos, capas de pómez, capas vegetales, arenas y arcillas intercaladas. El mismo autor establece que los depósitos coluviales o de movimientos en masa son frecuentes en las zonas de taludes fuertes. Estos materiales se localizan en las laderas orientales del Pichincha. Por otra parte el más importante de los conos aluviales esta relacionado con la Qda. Ingapirca en las faldas del Pichincha, límite hidrogeológico del ANQ. Este depósito presenta una clara morfología y ha sido detectado en los estribos occidentales de la zona norte de la cuenca de Quito. La Cangahua es la unidad geológica de más amplia distribución en la ciudad de Quito y cubre periclinalmente toda la zona de estudio y está constituida por depósitos de cenizas y tobas, con capas centimétricas y hasta decimétricas de limos arenosos o arcillosos, formando un manto variable de 5 a 30 m de espesor, que descansa sobre las rocas más antiguas. La litología predominante corresponde a toba de grano medio, intercalaciones de capas de aspecto de cangahua, que incluyen cantos de andesita y pómez en porcentajes variables interpretadas como flujos de lodo o cangahua retrabajada (antigua). Menos frecuentes son las capas de limo de color oscuro, con presencia de material orgánico. Se pueden definir varios tipos de cangahua litológicamente, pues presentan diferentes características de acuerdo a su edad geológica. La granulometría se la define como arena fina variando a limosa y arcillosa. 3.1.4 DELIMITACIÓN DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO A partir de las consideraciones enunciadas en los numerales 3.1.2, 3.1.3, se define la unidad hidrogeológica norte del acuífero de Quito, la cual se ubica en la _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 26 cuenca superior del río Monjas, el cual a su vez se origina de la formación de la quebrada Rumiurcu, estableciéndose claramente el límite hidrogeológico norte del acuífero. Al Sur, según INAMHI-EMAAPQ-CEEA (2000), el límite Sur está claramente identificado entre los sectores del Labrador y el aereopuerto en el alto morfológico identificado en el numeral anterior. Al oeste se identifica como limite las faldas del volcán Casitagua y finalmente al este el graben o elevación que separa la ciudad del valle de Guayllabamba. En el mapa Nº 5, se puede apreciar la delimitación del acuífero norte de Quito. 3.2 GEOLOGÍA LOCAL DE LA ZONA DE RECARGA DEL ANQ. De acuerdo al estudio de Microzonificación sísmica de la ciudad de Quito (EPN, 2001), en el área de estudio afloran principalmente materiales de origen volcánico: lavas, depósitos de avalancha, caídas de ceniza y volcano-sedimentos, con edades entre Plio - Pleistoceno a Pleistoceno superior, así también, rocas detríticas producto de la erosión por parte de importantes sistemas de quebradas, que retrabajaron y transportaron rocas volcánicas antiguas y las depositaron en la parte central de la cuenca de Quito y como relleno del Valle de los Chillos, estos depósitos corresponden a volcano-sedimentos, depósitos fluviátiles, depósitos de cono aluvial, cangahua y flujos de lodo. La cangahua se encuentra muy distribuida en el área de estudio y se compone de material volcánico meteorizado in situ o retrabajado (transportado) en períodos donde la actividad volcánica fue mínima o inexistente. Estos últimos depósitos (transportados) tienen edades entre Pleistoceno superior a Holoceno. En la parte norte en las poblaciones de Pomasqui y San Antonio de Pichincha, afloran los Volcánicos Pululahua de edad Holoceno, que corresponden a depósitos de flujos piroclásticos, lahares, colapsos de domos y productos detríticos que rellenaron los valles adyacentes, estos depósitos se encuentran sobrepuestos por cangahuas jóvenes. En las zonas altas de las laderas existen suelos volcánicos que forman las laderas del Pichincha y que afloran sobre los 3400 msnm. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 27 En el mapa Nº 6 se indican los componentes de la geología de la zona de estudio (litología y edades), los cuales fueron tomados de EPN-DGP (2001). 3.2.1 DESCRIPCIÓN DE LA ZONIFICACIÓN DE LOS DEPÓSITOS DE COVERTURA (SUELOS). A partir de un análisis geológico y topográfico, se puede señalar la existencia de tres depósitos de suelo primarios localizados a lo largo de la ciudad. Los flancos orientales del Pichincha (F), depósitos lacustres en la depresión central de la ciudad (L) y cenizas volcánicas con formaciones de cangahua (Q) al lado este de Quito. Los flancos del Pichincha están formados por depósitos aluviales y principalmente de cangahua y cenizas volcánicas. Las zonas de mayor representatividad de este tipo de depósitos son las F4 y F6 que se aprecian en la figura Nº 3.2. La zona F5 puede estar formada de depósitos aluviales en varios de sus extremos, fácilmente comprobable con una observación de campo. Es posible observar que la zona F2 y F3 presentan características similares y las zonas F5, F6 y F7 pueden ser compatibles. La zona L3 está localizada en la parte norte de la ciudad y se la relaciona con un depósito lacustre superficial. El mayor nivel freático es posible encontrarlo en la zona L4, donde los primeros estratos de suelo son de gran espesor y de poca resistencia. La zona L5 está formada por material aluvial de la zona F5 y está cubierta por la zona L3 en sus estratos más superficiales. Se puede decir que las zonas L4 y L5, presentan similares características basándose en un análisis de sus perfiles estratigráficos.(Valverde, 2001) Al Este de la ciudad es posible encontrar zonas elevadas morfológicamente conformadas en su totalidad por cangahua (Q). Las zonas Q1 y Q2 presentan zonas muy similares de suelo. La zona Q3 es una formación de cangahua con depósitos de suelo suave en la superficie. Q4 es una zona relacionada con _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 28 depósitos de cangahua más reciente cubierta por un poco de arena volcánica de poca resistencia. Del proyecto "Manejo del Riego Sísmico de la ciudad de Quito" (1994), en la figura Nº 3.2 se detallan los componentes de la zonificación de la cuenca de Quito, la que servirá para identificar la composición de los suelos de la zona superior del acuífero de Quito. q4 q2 f6 l5 f5 N q3 l3n E f4 W l3s S f7 f2 q2 l4 f3 q1 l2 l1 f1 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 l1 l2 l3n l3s l4 l5 pn q1 q2n q2s q3 q4 q5 q5 Figura Nº 3.2 Componentes de la zonificación de la Cuenca de Quito Tomado de EPN-GHI(1994) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 29 3.3 CARACTERÍSTICAS HIDROGEOLÓGICAS DEL ANQ 3.3.1 CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA Tomando en cuenta que el tipo de suelo en su mayoría en la zona de estudio es de origen volcánico, se asumen los valores de permeabilidad para diferentes tipos de roca (Castany, 1971), por lo tanto se puede estimar, para este tipo de sedimentos, un rango de permeabilidad de 10-4 cm/s a 10-7 cm/s. 3.3.2 TRANSMISIBILIDADES Mediante pruebas de bombeo realizadas por la EMAAP-Q, se han obtenido valores de transmisibilidad usando el Método de Theis. Los valores difieren de acuerdo a la zona en la que fueron perforados los pozos, desprendiéndose de lo expuesto que desde eje de la cubeta, hacia el este los valores de transmisividades disminuyen, por la simple razón de que hacia el este de la ciudad el material predominante del suelo es cangahua, observándose lo contrario hacia el Oeste, lugar en el cual el material predominante son depósitos volcánicos permeables y transmisibles. Los valores de transmisibilidad para los pozos monitoreados hasta el año 2001, se encuentran listadas en la tabla Nº 3.1. 3.3.3 ALMACENAMIENTO El almacenamiento es el parámetro hidráulico calculado a partir de las pruebas de bombeo. De los valores obtenidos en la tabla Nº 3.1 se desprende que los valores de transmisibilidades están en el rango de 10-1 en la zona del Aeropuerto, es decir en la zona más permeable, de 10-3 en la zona de Cotocollao y de 10-7 en la zona del Batán. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 30 No.2001 Sector Cota T S 8 13 15 16 17 20 21 22 23 28 29 31 35 37 38 39 40 42 42A 44 49 50 50A 57 58 58 -1 63 65 69 72 73 81 84 85 P. Julio Andrade. Aeropuerto Cotocollao El Batán El Batán Quito Norte 10 de Agosto Urb. Baker II Rumiñahui Aeropuerto Aeropuerto Aeropuerto Cotocollao El Inca Cotocollao Estadio de Liga Estadio de Liga Peaje Cordova Galarza Peaje Cordova Galarza Carcelén La Ofelia Agua Clara Agua Clara Peaje Cordova Galarza Carcelén Carcelén El Condado El Condado Carcelen El Condado Parque de Cotocollao Cotocollao El Inca El Inca 2792.5 4.93E-03 2.16E-03 1.18E-03 2.85E-03 2.87E-03 2.88E-03 5.50E-03 6.26E-03 1.06E-03 1.47E-03 2.33E-03 5.77E-03 7.98E-03 7.31E-04 3.24E-04 1.91E-03 1.61E-03 2.90E-03 4.61E-03 8.59E-03 2.90E-03 3.78E-03 3.71E-03 4.38E-03 1.25E-03 2.39E-03 2.40E-03 3.41E-04 7.09E-04 5.80E-04 3.44E-03 2.50E-03 2.81E-03 4.60E-05 7.77E-07 1.28E-01 4.37E-03 3.94E-06 3.63E-16 86 109 110 111 115 130 Monjas Parcayacu Cotocollao Av La Prensa (junto a cuartel) H.Arturo Suarez El Inca 2790 2791 2788 2780 2790 2748.5 2832.7 8.69E-05 5.59E-03 5.70E-03 1.51E-03 3.78E-05 1.26E-03 4.42E-02 8.41E-11 1.23E+01 5.76E-07 1.30E-08 4.59E-147 3.08E+00 3.11E-05 1.08E-12 3.05E-02 1.43E-09 1.24E-08 4.08E-11 1.58E-06 4.02E-02 6.44E-15 2.20E-06 1.16E-11 3.07E-04 1.10E-06 7.37E-06 7.50E-05 Tabla Nº 3.1 Valores de Almacenamientos y Transmisibilidades en los pozos del área de estudio. Fuente: Registros de EMAAPQ-INAMHI Modificado por el Autor. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 31 3.4 NIVELES DE POZOS De acuerdo a la información encontrada en el INAMHI y en la EMAAP-Q, existen 33 pozos en el área de estudio (ANQ) monitoreados por la EMAAP-Q y 3 pozos monitoreados por el INAMHI, los cuales son comunes, estos pozos son: 13, 15 y 22. El detalle del inventario de los pozos existentes se encuentra en la tabla Nº 3.2, de la misma manera en el mapa Nº 7 se presenta la ubicación de los pozos en el área de estudio. Enunciados como las profundidades a las que se encuentra el nivel freático con respecto a un nivel de referencia, los niveles medios mensuales varían entre los 5 y los 75 metros. En la zona de estudio se hallan identificadas 10 vertientes (ver tabla Nº 3.3) de las cuales no existen datos de almacenamientos ni transmisibilidades, únicamente existen valores esporádicos de cotas del nivel freático, que serán útiles en el caso de la calibración en la modelación matemática de las características físicas del acuífero. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 21 POZO LOCALIZACION TYARCO Y LUIS TUFIÑO 15 LA PRENSA Y FERNANDEZ S. 21 GUARDERAS Y CAPITAN RAMOS 22 R. BORJA URB. BAKER II 23 COORDENADAS LATITUD LONGITUD PROF-NF. m INAMHI 9986475 779625 41.9 EMAAP/INAMHI 9985625 779150 54.9 EMAAP-Q 9983800 780425 34.6 INAMHI 9984725 780175 42.0 AV DEL MAESTRO Y QUITUMBE EMAAP-Q 9986725 779425 42.3 26 CAP. RAMOS RAFAEL EMAAP-Q 9983750 780125 36.6 28 RAFAEL AULESTIA EMAAP-Q 9985600 779900 56.6 29 M. ZAMBRANO Y C. BORJA EMAAP-Q 9985150 780025 48.8 31 OLIVA Y CHIRIBOGA (PARQUE LA CONCEPCIÓN) EMAAP-Q 9983750 779575 44.2 32 AV. 6 DE DICIEMBRE Y RÍO COCA EMAAP-Q 9982275 781300 32.0 35 NAVARRETE Y CHIRIBOGA EMAAP-Q 9987850 779250 26.8 36 AV. LA PRENSA Y ECHEVERRIA EMAAP-Q 9982100 790960 29.1 37 AV. EL INCA Y LOS NOGALES EMAAP-Q 9983250 781675 41.8 38 GONZALO GALLO Y MACHALA EMAAP-Q 9984825 778900 74.3 48 VICENTE ANDA Y MENDOZA EMAAP-Q 9985750 778625 22.1 50 AGUA CLARA EMAAP-Q 9987875 779700 18.8 57 TRAS FCA. ADAMS EMAAP-Q 9989575 779950 7.3 58 TRAS FCA. ADAMS (ANTIGUO) EMAAP-Q 9989625 779950 4.0 69 SECTOR AV DE VASQUEZ FRENTE ESTADIO LIGA EMAAP-Q 9988900 779350 22.0 72 CONDADO 2 EN URB. CONDADO EMAAP-Q 9989150 778350 19.0 73 PARQUE DE COTOCOLLAO EMAAP-Q 9987650 778750 59.9 84 LIZARZABURU Y SUMAITA (CDLA. DAMMER) EMAAP-Q 9983900 781375 59.6 109 FRENTE COLEGIO MILITAR NUEVO EMAAP-Q 9990546 780090 47.0 110 AV. OCCIDENTAL - QUEBRADA RUMIHURCO EMAAP-Q 9988800 779390 18.8 111 JUNTO CUARTEL VENCEDORES (PINTEX) EMAAP-Q 9985310 779236 74.4 115 HOSPITAL PABLO ARTURO SUAREZ EMAAP-Q 9986201 778834 70.5 130 LAS MAGNOLIAS Y CHAUPICRUZ (COCA COLA -NORT EMAAP-Q 9983330 780950 43.7 Tabla Nº 3.2 Inventario de los pozos existentes en la zona de estudio. Fuente: Registros EMAAPQ-INAMHI. Modificado por el Autor _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] 32 13 Institución responsable 33 32 UTM POZO LOCALIZACION LATITUD LONGITUD 113 URB. EL PINAR 9981930 774997 114 HDA. PELILEO 9979194 781401 115 FINCA GUADALUPE 9979040 781370 117 TORUCO 9978671 781803 118 COTOCOLLAO 9988260 779514 119 COTOCOLLAO (ATUCUCHO) 9985802 775863 120 COTOCOLLAO 9987031 776823 121 HDA. EL CONDADO 9988936 778710 148 MONJAS 9976090 781400 151 HDA. EL CARMEN 9967579 772086 Tabla Nº 3.3 Localización de las vertientes en la zona de estudio Fuente: Registros EMAAPQ-INAMHI. Modificado por el Autor De los pozos a ser utilizados, en la tabla Nº 3.4, se encuentran los períodos de registro para las 3 estaciones de monitoreo que serán las que se usarán como datos de calibración del modelo matemático. POZO 13 15 22 LOCALIZACION TYARCO Y LUIS TUFIÑO LA PRENSA Y FERNANDEZ S. R. BORJA URB. BAKER II COORDENADAS LATITUD LONGITUD 9986475 779625 9985625 779150 9984725 780175 AÑOS DE REGISTRO DESDE HASTA Sep-91 Oct-01 Feb-94 Oct-94 Jun-91 Dic-00 Tabla Nº 3.4 Períodos de registro para las 3 estaciones de monitoreo comunes entre el INAMHI y la EMAAP-Q. Fuente: Registros EMAAPQ-INAMHI. Modificado por el Autor _____________________________________________________________________________________ Capítulo 3 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 34 CAPITULO 4. MODELACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL ACUÍFERO. 4.1 INTRODUCCIÓN Partiendo de la definición de modelo, el presente capítulo se desarrolla en torno a la simulación de un fenómeno que no puede ser observado directamente. Tal es el caso de los sistemas de transporte y movimiento de aguas subterráneas, los cuales no pueden ser medidos u observados directamente, sino a través de indicadores indirectos o conjuntos de procesos físicos, como la precipitación, la evaporación, la transpiración, la humedad del suelo, el caudal base de los ríos, entre otros procesos, a partir de los cuales se obtienen las magnitudes de los flujos de aguas subterráneas. La estimación del tiempo de viaje de una partícula por medio de estudios isotópicos del agua a partir de los cuales se puede estimar con un grado de confiabilidad bastante alto el tiempo de viaje de una masa de agua, entre otras propiedades físicas. Los modelos pueden ser usados de manera interpretativa para aumentar la comprensión de los fenómenos que controlan un determinado lugar. Se pueden utilizar como herramienta para recopilar y organizar los datos del terreno para formular ideas acerca del sistema dinámico dentro del cual están enmarcadas las aguas subterráneas. Los modelos, desde el punto de vista experimental pueden necesitar calibración o ajuste a condiciones reales; sin embargo, existen los modelos Interpretativos, genéricos, análogos, que no necesitan calibración por que para cumplir su función, no necesitan afinar los resultados obtenidos. En las dos últimas décadas los modelos matemáticos han tenido una mayor aceptación, estos incluyen modelos numéricos y analíticos que simulan procesos reales, consisten de un conjunto de ecuaciones que son conocidas, tienen solución y gobiernan el flujo de agua. Dentro de este tipo de modelación, tenemos los siguientes tipos de discretizaciones (Ver figura Nº 4.1). _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 35 Modelo de Diferencias Finitas1 Modelo de Elementos Finitos. Modelo Integral de Diferencias Finitas. Modelo de Ecuación de Límite Integral. Modelo de Elementos Analíticos. Figura Nº4.1 Mallas en 2-D para diferencias finitas y elementos finitos. (tomado de Layedra, 1998) 1 La figura 4.1.a representa el modelo de diferencias finitas que fue utilizado en el desarrollo de este estudio. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 36 La tendencia en la modelación de aguas subterráneas está dirigida a predecir las consecuencias de una acción externa específica, por ejemplo la acción o efectos de un contaminante sobre el sistema de Aguas Subterráneas, la acción de la explotación excesiva de un acuífero, la recuperación quasi repentina de un sistema acuífero y sus efectos en las edificaciones, entre otros. 4.2 EL MODELO DE SIMULACIÓN VISUAL MODFLOW® El modelo VISUAL MODFLOW® (Vmflow), agrupa a un conjunto de programas que, en términos cercanos a la realidad, puede desarrollar una representación del sistema de aguas subterráneas bastante acorde con las condiciones actuales, a partir del cual se pueden obtener las características físicas como son la velocidad y la dirección de flujo de las aguas subterráneas. El modelo de simulación VMflow, es un paquete que provee herramientas para cada fase de la simulación de las aguas subterráneas, el cual incluye la caracterización del sitio, desarrollo del modelo, post-procesamiento, calibración y visualización. Los componentes que hacen del modelo versátil y práctico son: 1. Modflow®.- Es la interfase gráfica sobre la cual se inicia la modelación. En este subcomponente se definen y editan los niveles existentes en el modelo conceptual, celda por celda, basados en cada nivel de la malla en la cual se ha dividido el acuífero. Permite obtener las características hidráulicas como dirección y velocidad del flujo, tasas de recarga y bombeo óptimos, utiliza el método de discretización de las diferencias finitas. 2. Modpath®.- A partir de las soluciones del componente MODFLOW, puede desarrollarse el análisis de la ruta de transporte del contaminante, con lo cual se puede obtener el desplazamiento de la pluma o mancha contaminante en el tiempo, y de esta manera evaluar si un contaminante afectará al suministro _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 37 de agua por efectos de contaminación de la zona de captura, así también permite estimar el tiempo de viaje de un contaminante. 3. MT3D99®.- Realiza la modelación del transporte de un contaminante de manera personalizada. Incluye soluciones explicitas e implícitas en el tiempo. 4. PEST®.- Es un componente que sirve para modelar varios escenarios a la vez, con el objeto de encontrar el mejor conjunto de parámetros y llegar a la calibración de manera óptima. El tiempo de trabajo de este componente es de varias horas en función del número de escenarios y la complejidad del sistema de aguas subterráneas y su componente antrópico. 5. Aquifer test.- Este componente sirve esencialmente para el análisis gráfico de pruebas de bombeo y de permeabilidad tipo slug tests. Puede ser aplicado a acuíferos libres, confinados y semiconfinados. Para las pruebas de bombeo consta de un gran respaldo de métodos de solución de pruebas de bombeo, entre estos: Theis, Cooper y Jacob (tiempo-distanciaabatimiento), Neumann, entre otros. Para métodos de solución de pruebas de permeabilidad utiza los métodos de Hvorslev y el de Bowler y Rise. 6. Visual HELP.- De sus siglas en inglés, Hydrologic Evaluation of Landfill Performance, se desprende que es un programa que sirve para diseñar, evaluar y optimizar la hidrología de rellenos sanitarios, así como para calcular las tazas de recarga de agua subterránea. Es un modelo quasi bidimensional y de capas múltiples que requiere como datos de entrada datos básicos como: datos hidrológicos temporales, propiedades del suelo y la información sobre el diseño del relleno sanitario. Este programa utiliza técnicas de solución numérica que consideran efectos del almacenamiento superficial, nieve derretida, escurrimiento, infiltración, evapotranspiración y un conjunto de características del relleno sanitario. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 38 4.3 ECUACIONES DE GOBIERNO DEL FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS De acuerdo a Layedra (1998), el flujo en un medio poroso está gobernado por un conjunto de leyes que pueden llegar a conformar algoritmos, los cuales a su vez provienen de funciones diferenciales que definen y gobiernan el flujo de aguas subterráneas. Estas leyes son: a) La Ley de Darcy b) La Ley de Darcy en tres dimensiones c) La Fuerza Potencial de Hubbert d) La Ecuación de continuidad para el flujo en estado continuo e) La Ecuación de Laplace 4.3.1 LA LEY DE DARCY En 1856 Darcy, quién, sobre la base de ensayos realizados en diferentes medios porosos con la ayuda de manómetros de acuerdo a la Figura Nº 4.2, encontró los factores y las relaciones que definen el flujo de aguas subterráneas con la ayuda de un filtro de arena. El experimento demuestra que la velocidad v es proporcional a ∆h = h1-h2 cuando L se mantiene constante, también demuestra que v es proporcional a 1/ (∆L= L1L2), cuando ∆h es constante, de lo que se desprende que: V α − ∆H (1) V α 1 / ∆L (2) Consecuentemente la ley de Darcy se expresa como: V = − K * dh / dL (3) Donde: v: velocidad de flujo K: Constante de proporcionalidad = Conductividad hidráulica, dh/dl= cte dh/dL: Gradiente hidráulico _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 39 El signo negativo significa que el flujo de agua subterránea se mueve en dirección del menor potencial. Para efectos de desarrollo de este estudio, se empleó el valor de la transmisibilidad proporcionada por la EMAAP-Q para obtener los valores de la conductividad hidráulica. Donde: T = K *b (4) Donde: K: Conductividad Hidráulica b: Espesor del acuífero El rango de validez de la ley de Darcy está definido por el número de Reynolds pudiendo ser el flujo laminar en la mayoría de los casos y en otros turbulento, que depende esencialmente de las características geométricas del medio (Vermeulem, 1993; Layedra, 1998). Figura Nº 4.2. Experiencia de Darcy, 1856 _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 40 4.3.2 LA LEY DE DARCY EN TRES DIMENSIONES Para el caso de flujo tridimensional, es necesario generalizar la ecuación unidimensional de Darcy para tres dimensiones, por lo tanto: Vx = − Kx * ∂h / ∂x Vy = − Ky * ∂h / ∂y Vz = − Kz * ∂h / ∂z De manera general se tiene que: Vi = − Ki * grad (h) (5) De donde, cada componente de V es el mismo número escalar múltiplo de K del correspondiente vector (-grad h) por lo tanto los vectores V y grad h están en la misma dirección. Donde: V i= Velocidad del flujo en la dirección i K i= Conductividad hidráulica en la dirección i h= f(x,y,z), se debe usar derivadas parciales, por lo tanto: Vx = − Kxx * ∂h / ∂x − Kxy * ∂h / ∂z − Kxz * ∂h / ∂z (6) Vy = − Kyz * ∂h / ∂x − Kyy * ∂h / ∂z − Kyz * ∂h / ∂z (7) Vz = − Kxz * ∂h / ∂x − Kzy * ∂h / ∂z − Kzz * ∂h / ∂z (8) Estas componentes colocadas de manera matricial forman un vector tensor simétrico de segundo rango conocido como Tensor de conductividades Hidráulicas. Para el caso de que las componentes i,j del tensor sean igual a cero, se tiene la ley generalizada de Darcy (Galárraga, 1999): 0 Vx Kxx Vy = 0 Kyy Vz 0 0 0 ∂h / ∂x 0 * ∂h / ∂y Kzz ∂h / ∂z (9) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 41 4.3.3 LA FUERZA POTENCIAL DE HUBBERT La fuerza impulsora del flujo de agua en el subsuelo es el potencial o carga hidráulica y causa el movimiento del agua subterránea. Si el fluido tiene la misma carga en cualquier punto, no hay flujo, pero si hay diferencia de carga en el espacio, el agua fluye en la dirección en que disminuye la carga hidráulica. En 1940, Hubbert define el concepto de potencial de agua y lo relaciona con la carga hidráulica de Darcy y menciona: “El potencial del agua subterránea en un punto, es la energía que se requiere para transportar una unidad de masa de agua desde un punto que tiene un estado de referencia estándar hacia la nueva posición. Este potencial se denomina potencial de fuerza porque su derivada espacial tiene unidades de fuerza por unidad de masa. Finalmente, lo expuesto se sustenta en que la caída de potencial de la Ley de Darcy es proporcional a la energía perdida por efecto de la fricción de los fluidos que se produce a través de los lados de los canales porosos. La ley de Darcy es una expresión del factor que mueve al agua subterránea en una dirección de decaimiento energético es decir de una zona de mayor a menor potencial. 4.3.4 LA ECUACIÓN DE CONTINUIDAD PARA EL FLUJO EN ESTADO CONTINUO En la ecuación de continuidad, la ley de Darcy (ec. 3) compila la física del flujo de agua subterránea por la relación del vector velocidad para el gradiente del potencial. Es importante señalar que la consideración básica de gobierno del flujo de agua en la ecuación de continuidad es que: “La existencia del estado continuo implica que el potencial es independiente del tiempo”. Las simplificaciones a las que está sometida la ecuación de continuidad son: • El agua es incompresible por lo tanto la masa de agua que entra por una sección y sale por otra se conserva. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 42 • En el volumen elemental (ver figura Nº 4.3) no existe adiciones o remociones de agua, para nuestro caso particular: precipitación, evapotranspiración, bombeo de pozos, entre otras. De acuerdo a la figura Nº 4.3, el volumen del cubo elemental es igual a: ∆V = ∆x * ∆y * ∆z (10) El balance de masa de agua será igual a la suma del análisis que debe realizarse para cada uno de los lados del cubo elemental. qy : Porcentaje del volumen del flujo por unidad de área Figura Nº 4.3 Volumen de cubo elemental para el análisis de la ecuación de continuidad. La descarga a través de las caras derecha e izquierda, es igual al producto del porcentaje del flujo por el área por la cual atraviesa el flujo en este caso ∆x * ∆z El cambio neto en el porcentaje o fracción en la dirección y es: _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 43 ∂q ∂q y ∆y * (∆x * ∆z ) = y ∆V ∂y ∂y (11) En x: ∂q x ∆V ∂x (12) En z: ∂q z ∆V ∂z (13) Tomando en consideración el estado continuo, tenemos que la suma de las ecuaciones 11, 12 y 13 es igual a cero, y si se divide esta sumatoria para ∆V se obtiene la ecuación de continuidad. ∂qx ∂q y ∂qz + + = 0 =div q ∂x ∂y ∂z (14) Div q, representa el cambio neto de porcentaje del volumen de flujo por unidad de volumen. 4.3.5 LA ECUACIÓN DE LAPLACE La ecuación de Laplace une la ecuación de continuidad (ec. 14) y la Ley de Darcy (ec. 3): ∂h ∂ ∂h ∂ ∂h ∂ − K * + − K * + − K * = 0 ∂z ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z (15) Donde: K = Kx = Ky = Kz = f(x,y,z). En la cual cuando la región es homogénea e isotrópica, entonces se tiene: ∂ 2 h ∂ 2 h ∂ 2h ∂x 2 + ∂y 2 + ∂z 2 = 0 (16) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 44 Esta es la ecuación de Laplace para el análisis de un flujo a través de un acuífero isotrópico y homogéneo. Para el caso de un medio poroso homogéneo, anisotrópico y el tipo de flujo no permanente, se puede tomar en consideración los siguientes aspectos: El principio de conservación de masa en un flujo no permanente – saturado sugiere que el cambio temporal de masa en el volumen unitario de control sea igual al flujo neto de masa que entra al volumen unitario de control. Este cambio neto de masa de agua se justifica plenamente por la compresibilidad del flujo en un medio al tener una carga de agua variable en el volumen unitario de control y se expresa por: ∂h ∂ ( ρn) = ρ * Ss * ∂t ∂t (17) Donde: Ss: almacenamiento específico del medio n: porosidad del medio A partir de lo expuesto la ecuación de conservación de masa para un medio homogéneo y anisotrópico es la siguiente: ∂h ∂qx ∂q y ∂qz + + = W− Ss * ∂t ∂x ∂y ∂z (18) Donde: W: Caudal por unidad de volumen del medio poroso. qi: Porcentaje del volumen del flujo por unidad de área (i*j) Finalmente la ecuación de flujo para un medio poroso anisotrópico y homogéneo con flujo tridimensional no permanente se expresa en la siguiente ecuación: 2 2 2 ∂ 2h 2 2 Kxx + ∂ h Kyy + ∂ h Kzz + 2 ∂ h Kxy + 2 ∂ h Kxz + 2 * ∂ h Kyz − W = Ss ∂h ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 ∂x∂y ∂x∂z ∂y∂z ∂t (19) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 45 Esta es la ecuación que el modelo MODFLOW (Laplace II) utiliza para la determinación de las características físicas del flujo de aguas subterráneas por ser la que refleja todas las condiciones in situ que se presentan en la realidad. 4.4 CARACTERÍSTICAS HIDRODINÁMICAS DEL ANQ Como se mencionó anteriormente a partir de que el avance de la urbanización impermeabilizara el eje superficial del acuífero y las zonas aledañas a éste, la recarga del ANQ, proviene esencialmente de las Laderas del Volcán Guagua Pichincha (Proaño, Montalvo 1999), así como de las zonas de esparcimiento como parques, zonas de recreación, terrenos sin uso y una parte que en área representa aproximadamente el 30% del área no urbanizada respecto del área total del acuífero, localizada en el tramo comprendido desde Parcayacu hasta San Antonio de Pichincha. La descarga del acuífero se produce en el río Monjas por lo tanto la dirección predominante del flujo de aguas subterráneas es de norte a sur en el cual la profundidad del nivel piezométrico esta en el intervalo comprendido entre los 5 a los 75 metros, con una profundidad media de 38 m (INAMHI-EMAAPQ-CEEA, 2000). Las propiedades hidráulicas se resumen en la tabla Nº 4.1. Limite inferior Propiedad Hidráulica 6.0E-07 ≤ 0.01 Almacenamiento Limite superior ≤ 1.0E-03 ≤ Transmisibilidad(m2/s) Caudales de ≤ 40 explotación pozos(l/s) Conductividad 2.6E-04 ≤ ≤ 4.3E-04 Hidráulica (m/s) 10 ≤ Tabla Nº 4.1 Cuadro resumen de propiedades hidráulicas del acuífero. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 46 4.4.1 MODELO CONCEPTUAL DEL ACUÍFERO Un modelo conceptual es una simplificación de las condiciones reales tanto geológicas como hidrogeológicas en la que se incluyen aspectos esenciales del sistema hidrogeológico con relación a interrogantes que deben ser respondidas. El modelo conceptual es la base sobre la cual se sustenta el éxito o fracaso de una modelación, debido a que involucra el entendimiento claro y la comprensión sencilla del sistema dinámico de aguas subterráneas; por esto. el modelo conceptual debe ser definido y entendido, tomando en cuenta la mayor cantidad de datos disponibles y considerando todos los aspectos físicos e hidráulicos del contorno, para asegurar una buena aproximación de los resultados. 4.4.1.1 Elementos del modelo conceptual El modelo conceptual de un terreno agrupa los elementos geológicos, geográficos e hidrogeológicos de un acuífero, muchos de ellos han sido ya abarcados en el desarrollo del presente proyecto. Estos elementos son: 1. Geografía 2. Hidroestratigrafía 3. Hidrología 4. Características hidrogeológicas del acuífero 5. Calidad del agua e isotopía. En un sistema de aguas subterráneas existen tres partes fundamentales: 1. Zona de recarga 2. Zona de almacenamiento y transmisión del agua 3. Zona de descarga El complemento se da cuando se identifica y relaciona los elementos del modelo conceptual con los componentes del sistema de aguas subterráneas. Por ejemplo, _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 47 la hidroestratigrafía con la zona de almacenamiento y transmisión de agua, la geografía y la hidrología con la zona de recarga, etc. En otras palabras se trata de expresar de manera cercana a la realidad el conjunto de elementos físicos, hidrogeológicos e hidroquímicos. Por ello en la figura Nº 4.4 se presenta el modelo conceptual que lo denominaremos “teórico” en el que se indican las principales capas hidrogeológicas, zonas preferenciales de recarga, direcciones de flujo y las condiciones de frontera propias de un modelo. Figura Nº 4.4 Modelo Conceptual teórico del Acuífero Norte de Quito (Tomado de INAMHI-EMAAPQ-CEEA, 2000) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 48 4.4.1.2 Desarrollo del modelo conceptual experimental. Para la definición del modelo conceptual del Acuífero Norte de Quito, se toma como medio de desarrollo de éste, el sistema VISUAL MODFLOW®, apoyados en herramientas como el paquete SURFER®, que permite trabajar en entornos definidos por mallas, el cual procesó los resultados del modelo y del 3-D Analyst componente del sistema de información geográfica ArcView 3.2 ®. 4.4.2 CONDICIONES DE FRONTERA Para llegar a la delimitación más cercana a la realidad se tuvo que realizar visitas de campo, investigaciones en el CODIGEM, consultas a conocedores y estudiosos del acuífero de Quito del INAMHI y de la EMAAP-Q, debido a que la información existente en los estudios de los proyectos ARCAL (2000) y MAGPRONAREG (1985) es muy difusa y no se puntualiza o se aproxima la definición de estos limites. Sobre la base de lo expuesto, los límites definidos para este estudio, se muestran en el mapa Nº 3 del anexo de mapas, en el cual los límites tangibles son los siguientes: Al Norte: En las inmediaciones de San Antonio de Pichincha en la ordenada 999750 que es un límite hidrogeológico. Al Sur: En El Labrador al final del Aereopuerto Mariscal Sucre en la ordenada 9983000 como un límite hidrogeológico. Al Este: Se define en los siguientes sectores desde El Inca, continuando por la avenida 6 de Diciembre y atravesando el sector del Parque de los Recuerdos y continuando por las partes bajas del sector de Carcelén. Finalmente este límite lo conforman las partes bajas de la montaña (Horst) que lo separan del valle de Guayllabamba pasando por el club LDU. Al Oeste: La Avenida Vencedores de Pichincha (ex Av. Occidental) es el límite físico que define al acuífero de Quito. En la zona lagunar de Parcayacu hacia San _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 49 Antonio de Pichincha el límite físico se define en las partes bajas del volcán Casitagua. Con esta definición de los límites del acuífero de Quito fue posible establecer y asegurar la modelación en términos reales. 4.4.3 DEFINICIÓN DEL TIPO DE MALLA A UTILIZAR La malla de diferencias finitas que se utilizó en la modelación del Acuífero Norte de Quito, se definió sobre la base de la zona del área de estudio y de acuerdo a los limites hidrogeológicos definidos en el numeral 3.1.4. Un primer resultado se muestra en la figura Nº 4.5 en la que se indica la malla final de 50 filas por 22 columnas, con un intervalo en la dirección X de 477m y en la dirección Y de 350m, dando un total de 1100 celdas. Se refinó esta malla del entorno del modelo en la zona de interés, esta es de 99 filas por 40 columnas, dando un total de 3960 celdas. Esto se realizó en el modelo Visual MODFLOW que permite afinar el entorno de modelación con la opción “redefine by 2”. El dominio del modelo se halla enunciado en la tabla Nº 4.2. El sistema de coordenadas utilizado no es el UTM (Universal Transverse Mercator) sino el sistema de coordenadas de la ciudad, es decir las coordenadas que utiliza el Municipio de Quito y la EMAAP-Q para referenciar todos los proyectos y obras. El factor de conversión no se expresa en este plan de titulación por motivos de confidencialidad de la información. Eje X Y Esquina inferior Esquina superior izquierda derecha 498000 9982500 508500 10000000 Tabla Nº 4.2 Dominio del modelo Es importante acotar que la forma natural como se define el acuífero, es decir formando un ángulo obtuso, hace que la malla no sea tomada exclusivamente hasta los limites del acuífero. Inclusive si se tomaba el caso de la malla inclinada, _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 50 ésta no se ajustaba a los límites del modelo, quedando por lo tanto señalar la puntualización de la zona de validez de la malla, los límites del acuífero. 9998000 9996000 9994000 9992000 9990000 9988000 9986000 9984000 500000 502000 504000 506000 Figura Nº 4.5 Malla utilizada en la definición del modelo conceptual del Acuífero Norte de Quito 4.4.4 SUPERFICIE DEL TERRENO Con la ayuda de los Sistemas de información Geográfica ArcView® de ESRI (Environmental Systems Research Institute) y de IDRISI® de Clark University fue posible manejar los datos superficiales del terreno, a través del manejo de datos _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 51 espaciales y con la generación de archivos vectoriales se obtuvo la superficie del terreno en formato raster (puntos) que se utilizaron en la generación de la malla de superficie con atributos espaciales. Esta malla fue importada al modelo Visual MODFLOW ® para la definición del acuífero y sus límites superficiales. Se presentan dos figuras, la primera en dos dimensiones la que fue utilizada para la definición del modelo conceptual del acuífero (figura N° 4.6), la segunda en tres dimensiones ilustrativa, la que nos da la visión espacial de la superficie del terreno bajo el cual está el acuífero (figura N°4.7). 9998000.00 3000.00 9996000.00 2950.00 2900.00 9994000.00 2850.00 2750.00 2700.00 9990000.00 msnm 2800.00 9992000.00 2650.00 2600.00 9988000.00 2550.00 2500.00 9986000.00 2450.00 2400.00 9984000.00 500000.00 504000.00 Figura N° 4.6 Superficie del terreno bajo el cual está ubicado el acuífero (msnm) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] Figura N° 4.7 Vista en tres dimensiones de la zona de estudio(MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN) Aereop uerto Carcelen San Antonio de Pichincha 52 _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 53 4.4.5 DEFINICIÓN DE LA BASE IMPERMEABLE La base impermeable se definió a partir de la información existente en el INAMHIEMAAPQ-CEEA (2000) y MAG-PRONAREG (1985), tomando las correlaciones estratigráficas realizadas e interpoladas en estos estudios. Con esto se tenía definida la base impermeable hasta la zona de Parcayacu quedando sin información desde este punto hasta San Antonio de Pichincha. Para esto se tomó como referentes los estudios realizados por la dirección de Hidrogeología de la EMAAP-Q para dotación de agua potable a esta población (EMAAP-Q, 2001), así como de las carpetas de información acumulada de los dos pozos perforados en la década de los 80’s en la zona del complejo de LDU. La información extraída se encuentra listada en la tabla N°4.3 (pag. 56) y presenta la ubicación de cada uno de los pozos en donde existe información, la cota del fondo impermeable, del techo impermeable y de la superficie de terreno. Las copias de los cortes estratigráficos y la ubicación de los perfiles se encuentran en el anexo Nº 5. El fondo impermeable, resultado de la interpolación se encuentra en la figura N° 4.8. Esta interpolación se realizó en el programa SURFER v 7.0. La definición de este fondo impermeable esta limitada a la zona del ANQ por la restringida información con que se cuenta. Por lo que se incorporaron puntos hipotéticos, con el criterio del promedio de los puntos más cercanos. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 54 10000000.00 9998000.00 2750.00 9996000.00 2700.00 9994000.00 2650.00 2600.00 9992000.00 2550.00 2500.00 9990000.00 2450.00 2400.00 9988000.00 2350.00 2300.00 9986000.00 2250.00 9984000.00 498000.00 502000.00 506000.00 Figura N° 4.8 Isolineas que representan el Fondo impermeable (arcilla /roca) 4.4.6 DEFINICIÓN DEL TECHO IMPERMEABLE Continuando con la definición del modelo conceptual se construye ahora el techo impermeable del acuífero, es decir el techo en el cual inicia la zona saturada. La forma de obtenerlo fue de la misma manera que la base impermeable del acuífero, el detalle de las profundidades en cada uno de los pozos se halla listada en la tabla N° 4.3 (Pág.56) y la representación del techo impermeable se muestra en la figura N° 4.9. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 55 10000000.00 9998000.00 9996000.00 2800.00 2750.00 9994000.00 2700.00 2650.00 9992000.00 2600.00 2550.00 9990000.00 2500.00 9988000.00 2450.00 2400.00 9986000.00 2350.00 9984000.00 498000.00 502000.00 506000.00 Figura Nº 4.9 Isolineas que representan el techo impermeable del acuífero (roca-arena) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 56 Well ID 13 15 22 23 26 28 29 30 38 40 42 45 49 50 58 64 65 69 72 73 82 84 85 109 110 130 133 SAP2** SAP3** SAP4* * ** Top of Ground Top of x-coord (m) y-coord (m) Sand/Gravel Surface (m) Bedrock (m) (m) 501345 9986557 2798.10 2722.26 2705.44 500871 9985741 2817.45 2768.68 2704.45 501901 9984802 2825.00 2744.54 2722.70 501119 9986843 2793.26 2749.98 2683.26 501840 9983750 2795.94 2732.94 2681.22 501612 9985768 2810.84 2720.84 2684.44 501732 9985200 2804.47 2731.47 2677.57 502822 9983358 2792.41 2742.41 2739.00 500608 9984933 2830.71 2734.02 2692.78 501435 9989171 2815.00 2724.00 2652.05 501465 9989494 2810.00 2703.00 2592.73 500619 9985760 2822.24 2735.00 2650.00 501390 9987575 2768.45 2729.55 2653.75 501415 9987875 2780.00 2730.00 2665.30 501665 9989625 2670.00 2632.00 2589.34 500293 9988780 2745.33 2689.00 2629.00 501468 9989992 2677.66 2601.46 2580.12 501644 9988465 2755.54 2683.54 2627.54 499870 9989164 2752.64 2683.99 2644.79 499868 9987188 2793.21 2717.21 2656.21 502840 9985450 2855.86 2841.58 2827.37 503076 9983751 2810.26 2741.26 2664.26 503541 9984857 2857.64 2843.35 2829.14 501805 9990546 2650.68 2592.78 2499.68 501105 9988800 2870.00 2829.60 2813.14 502665 9983330 2790.00 2722.60 2664.34 500363 9985402 2790.00 2754.00 2692.00 507166 9997669 2415.00 2387.56 2344.88 507166 9997669 2410.00 2383.50 2330.00 505657 9999592 2440.00 2364.73 2327.00 Fuente EMAAP-Q Junta de Aguas Tabla Nº 4.3 Información estratigráfica para cada uno de los pozos del área de estudio. 4.4.7 CUERPOS HÍDRICOS La orografía de la zona de estudio se caracteriza por ser irregular y poco marcada en el eje del acuífero, por ello la presencia de quebradas es abundante en la parte occidental del acuífero, las cuales, para efectos de este estudio, están consideradas como zonas de recarga, por los conos de deyección que se han formado a la salida de cada una de estas. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 57 Sin embargo, existen dos cauces principales: el de la unión de las quebradas San Antonio, La Carnicería y Rancho Grande, que a su vez se une con el cauce proveniente de la quebrada Rumiurcu y forman el río Carcelén. Este río después de recibir las aguas producto del escurrimiento de la parte alta del Volcán Casitagua, se convierte en el río Monjas, principal cuerpo hídrico de las condiciones de contorno del modelo porque entorno a él se van a establecer las diversas hipótesis de flujo. El río Monjas fluye en dirección noreste hasta la confluencia con el río Guayllabamba a 5 Km de San Antonio de Pichincha. La longitud del cauce principal es de 31.4 Km., la pendiente media es de 9.2% y el caudal medio mensual es de 1.5 m3/s. El área desde de la confluencia es de 173 km2 de la cual el 50% corresponde al área urbana ( INAMHI-EMAAPQ-CEEA, 2000). En el punto de cierre de la cuenca de este río se encuentra la estación S2 El Colegio, a partir de la cual Proaño, Montalvo en 1999, determinaron el caudal base del río por el método de la Curva de Duración General (ver anexo N° 3), de la cual para la hipótesis de que la probabilidad del aporte del acuífero al río sea del 90%, obtuvo un caudal base de 0.257 m3/s. Este caudal que se consideró para la determinación de la carga o nivel del agua, a partir de la cual se definió la condición de carga constante, calculando el calado normal bajo la hipótesis de que el flujo es uniforme, de ahí se tomó el mismo calado para todos los elementos de las mallas y se adicionó a la cota de cada elemento de la malla. En la figura N° 4.10 se presenta el río Monjas dentro del dominio del ANQ. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 58 RIO LAS MONJAS San Antonio de Pichincha 9998000 9996000 9994000 9992000 9990000 9988000 Aereopuerto Mariscal Sucre 9986000 9984000 500000 502000 504000 506000 Figura N° 4.10 Ubicación del cuerpo hídrico principal en el dominio del modelo 4.4.8 POZOS El punto importante de la modelación fue discutido en el acápite 2.4 (Pág.20), sin embargo es necesario definir los pozos con su cota y el nivel de agua observado. De acuerdo con lo expresado anteriormente, no existe información de los puntos de agua, niveles, transmisibilidades, almacenamientos y/o conductividades desde la zona de Parcayacu hasta el complejo de LDU, por lo que se asume como válida la interpolación que por el método de Krigging, se realizó con la información _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 59 existente. En la figura N° 4.11 se presentan las isolineas del nivel freático con los respectivos pozos para los datos del año 1995 que la EMAAP-Q y el INAMHI proporcionaran para el del presente estudio. 10000000 548 Río Monjas 9998000 550549 9996000 2800.00 9994000 2750.00 2700.00 9992000 2600.00 109 42 65 5859 4440 57 9990000 72 64 2550.00 39 110 69 63 35 50 49 9988000 2500.00 2450.00 73 9986000 23 20 14 115 13 484515 28 47 46111 29 38 22 9984000 498000 31 2621 500000 2400.00 Pozos 82 2350.00 2300.00 84 30 130 502000 504000 506000 508000 Figura N° 4.11 Isolineas del Nivel freático con los respectivos pozos monitoreados en el año 1995. Fuente: Registros EMAAPQ-INAMHI. Modificado por el autor. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] msnm 2650.00 60 4.4.9 CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA La conductividad hidráulica del ANQ se obtuvo a través de los valores de transmisibilidad que la EMAAP-Q entregó para el desarrollo de este estudio, a partir de lo cual y con el valor del espesor saturado para cada punto de muestreo (pozo), se obtuvo ésta. Para generalizar este resultado a todo el acuífero y aplicarlo al modelo, se realizo una interpolación en SURFER y el resultado se muestra a continuación en la figura N° 4.12. 10000000.00 9998000.00 9996000.00 0.000075 9994000.00 0.000060 9992000.00 0.000045 9990000.00 0.000030 9988000.00 0.000015 9986000.00 0.000000 9984000.00 498000.00 502000.00 506000.00 Figura N°4.12 Zonas de igual conductividad hidráulica (m/s) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 61 4.4.10 RECARGA De acuerdo a Proaño, Montalvo (1999), las zonas de recarga lo constituyen básicamente los sectores no urbanizados, también se consideran como zonas potenciales de recarga los ápices de los conos de deyección de todas y cada una de las quebradas, por ser material aluvial conformado por arena y grava. En términos generales, Proaño, Montalvo (1999), manifiestan que “se considera que la recarga natural se inicia por las estribaciones de las laderas del Pichincha y del Casitagua a través de los materiales heterogéneos como son los conos de deyección y depósitos de pendientes que permiten el movimiento del agua hacia los estratos más bajos y hasta el centro de la cuenca”. Para el presente estudio no se ha realizado el balance hídrico de la zona de interés, debido a que el objetivo de este proyecto de titulación es analizar la vulnerabilidad por los distintos métodos, compararla y validar el mejor. Por esto la información del balance hídrico será tomada del estudio de Proaño, Montalvo (1999), en el cual se llega a una relación de 80’000.000 metros cúbicos anuales de agua infiltrada en toda la cuenca de Quito. A través de una interpolación lineal simple se pasaron estos datos a la determinación de la recarga en la zona de estudio, con las siguientes consideraciones: El Área de todo el Acuífero de Quito es de 145km2 aproximadamente El área del Acuífero Norte es de 35 km2 La recarga no es uniforme debido al proceso de urbanización de la ciudad El área urbana del ANQ es de 25 km2 En función de lo expuesto se ha obtenido una recarga neta del acuífero de 550mm/año. La distribución espacial de la misma se encuentra expresada en la figura Nº 4.13. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] XWWWWWWW \WYWW W \W [WWW \W]WWW \W_ WWW \WWWWW \WYWW W \W [WWW \W]WWW \W_ WWW ```_WWW \WWWWW ```_WWW XWWWWWWW 62 ```]WWW ```]WWW ```[WWW ```[WWW ```YWWW ```YWWW ```WWWW ```WWWW ``__WWW ``__WWW ``_]WWW ``_]WWW ``_[WWW ``_[WWW ``_YWWW ``_YWWW Figura Nº 4.13 Polígonos de recarga generados y ponderados con el área 4.4.11 PARÁMETROS HIDROGEOQUÍMICOS Existen resultados de dos campañas de monitoreo de calidad del agua ejecutadas por la EMAAP-Q y por el INAMHI, sin embargo de lo cual, no existen suficientes datos distribuidos para poder desarrollar un mapa de calidad del agua. Los datos encontrados se presentan en la tabla Nº 4.4. A continuación se presenta la descripción de los parámetros encontrados, de acuerdo a la Norma INEN 1 108 y _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 63 a los artículos 19 y 22 de la norma para suministro de agua potable de la Organización Panamericana de la Salud (Ver anexo Nº 4) El pH (Potencial Hidrógeno) que se ha encontrado está dentro de las Normas, los pozos más críticos son: el 45, 69, 85, 109, 111. Sin embargo no se los considera como nocivos para la salud. La presencia de cloro según la norma INEN no debe exceder de 50 mg/l. De los datos recopilados, ningún pozo supera la norma, encontrándose valores bajos, por lo que se considera al acuífero libre de cloruros. Los valores de sulfatos, carbonatos, no superan la norma. Dentro de los metales, el Calcio, indicador importante al momento de caracterizar las aguas, supera los límites deseables en los pozos 29 y 115, valores que no superan el máximo permisible, este ión presenta problemas de incrustaciones cuando se producen cambios de presión y temperatura. Todos los valores medidos de magnesio, exceden el valor límite deseable, es decir 12 mg/l. Merecen especial atención los pozos 29 y 115 pues superan el máximo permisible, esto puede estar causado por la disolución de, silicatos magnésicos o ferromagnésicos. En cuanto al hierro, los valores medidos en los pozos 29, 44, 59, 63, 69, 111 y 115, exceden el valor máximo permisible de la Norma INEN, encontrándose el consiguiente problema de alta turbiedad. Encontramos problemas de dureza en los pozos 13, 20, 22, 29, 38, 115 pues el valor mínimo, del registrado en estos pozos es 150, lo que los cataloga de aguas duras no aptas para el consumo humano. Finalmente el índice Lagelier medido nos indica que se presentan problemas de corrosividad en todos los pozos en los cuales se midió este índice, excepto en el pozo 115 que presenta problemas del tipo incrustante. El pozo 85 está dentro de la norma. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 64 _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 65 4.5 CALIBRACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO. A partir de que el modelo ha sido creado y corrido, por primera vez, se obtiene el resultado preliminar de la modelación, que se la entiende como la primera aproximación del modelo a las condiciones reales. La calibración garantiza un mejor acercamiento a las condiciones reales. Para lograr esto se tomaron como puntos de control, los expuestos en las tablas Nº 3.2 y 3.4 del capitulo anterior. Estos datos fueron medidos por el INAMHI y la EMAAP-Q, y corresponden al año 1995. Cambiando y combinando algunas condiciones de entrada, se desarrollaron 5 escenarios, los cuales fueron calibrados individualmente. Las condiciones que variaron son: la conductividad hidráulica y la recarga, proveniente esencialmente de las montañas al este del modelo. El programa Visual MODFLOW, considera dos criterios estadísticos básicos para lograr una buena calibración como son Error y RMS (root mean squared) y el criterio que se debe usar para la calibración, es aquel en el cual, Error sea cercano a cero y RMS menor al 10 %. El procedimiento utilizado es el siguiente: a) Se cambia la recarga b) Se corre el modelo c) Se comparan los niveles piezométricos d) Se revisan las salidas del resultado estadístico del programa. Si satisfacen los criterios de Error, el modelo está calibrado, caso contrario, e) Se cambia la recarga en los mismos límites, y se repiten los tres pasos anteriores, hasta que el modelo haya alcanzado los criterios estadísticos adecuados. En la tabla Nº 4.5 se presentan los escenarios desarrollados con los criterios de calibración obtenidos. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 66 Calibración Escenario K Recarga Error (m) RMS Nº Puntos 1 k2=k3 - 2.929 59.05 22 2 - Ajuste de area de recarga 0.728 45.6167 25 3 k2=0.00025 -0.217 5.14 8 4 k3=0.00003 -0.156 3.98 22 5 k1=1e-6 -0.16 3.96 22 Area rec: zonas sin urbanización Tabla Nº 4.5 Escenarios desarrollados con los criterios de calibración obtenidos Para cada escenario se han graficado valores observados versus valores calculados, en los cuales en cada paso se va afinando la linealidad de esta curva, lo que nos indica que el modelo ya está calibrado. El intervalo de error se redujo de 59 a 4 %, cambiando la conductividad hidráulica de la zona vadosa, el modelo arrojaba un valor de flujo = 0, lo que indicaba que la conductividad hidráulica tenía un valor muy bajo. Como complemento, se ajustó las zonas de recarga de acuerdo al porcentaje de urbanización, a las áreas de recreación. El punto importante de este numeral está en que la calibración final nos aclara el movimiento del flujo de agua en la zona del callejón de Parcayacu, los vectores velocidad del modelo calibrado se presentan en la figura Nº 4.19, en la cual la velocidad máxima de flujo es de 0.014m/s para el escenario calibrado. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] Calculated Calculated vs. vs. Observed Observed Head Head :: Steady Steady state state Extrapolated [Head] Interpolated [Head] 95% confidence interval 3. 5 3 2 ) sr et e3. m (5 2 d2 a e H . cl a C 3. 5 1 2 3. 5 0 2 205.3 215.3 225.3 Obs. Head (meters) 235.3 Num.Points : 22 Mean Error : 2.929725 (meters) Mean Absolute : 11.03261 (meters) Standard Error of the Estimate : 2.71421 (meters) Root mean squared : 12.77846 (meters) Normalized RMS : 59.05018 ( % ) de calibración Figura Nº 4.14B Valores calculados vs Observados 1er escenario _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 67 Figura Nº 4.14A Líneas equipotenciales 1er escenario Calculated Calculated vs. vs. Observed Observed Head Head :: Steady Steady state state Extrapolated [Head] Interpolated [Head] 95% confidence interval )3. sr5 et2 2 e m ( d a e H . cl a C3 . 5 1 2 3. 5 0 2 205.3 215.3 225.3 Obs. Head (meters) Num.Points : 25 Mean Error : 0.7283206 (meters) Mean Absolute : 9.124046 (meters) Standard Error of the Estimate : 2.357637 (meters) Root mean squared : 11.57296 (meters) Normalized RMS : 45.6167 ( % ) 68 Figura Nº 4.15A Líneas equipotenciales 2do escenario Figura Nº 4.15B Valores calculados vs Observados de calib. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 2do escenario Calculated Calculated vs. vs. Observed Observed Head Head :: Steady Steady state state Extrapolated [Head] Interpolated [Head] 95% confidence interval 0 0 6 ) 8 sr9 et5 e m ( d a e H . cl a C6 9 5 4 9 5 2 9 5 592 594 596 598 Obs. Head (meters) 600 Num.Points : 8 Mean Error : -0.217037 (meters) Mean Absolute : 0.2625095 (meters) Standard Error of the Estimate : 0.1454751 (meters) Root mean squared : 0.4418665 (meters) Normalized RMS : 5.143964 ( % ) Figura Nº 4.16B Valores calculados vs Observados Figura Nº 4.16A Líneas equipotenciales 3 escenario de calib. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 3er escenario 69 er Calculated Calculated vs. vs. Observed Observed Head Head :: Steady Steady state state Extrapolated [Head] Interpolated [Head] 95% confidence interval 4 0. 1 0 6 ) sr et e m ( d a e H4 .0 cl6. a9 C5 4 0. 1 9 5 591.04 596.04 Obs. Head (meters) 601.04 Num.Points : 22 Mean Error : -0.1559584 (meters) Mean Absolute : 0.2322414 (meters) Standard Error of the Estimate : 0.08299409 (meters) Root mean squared : 0.4110613 (meters) Normalized RMS : 3.987016 ( % ) Figura Nº 4.17A Líneas equipotenciales 4 escenario de calib. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 4to escenario 70 Figura Nº 4.17B Valores calculados vs Observados to Calculated Calculated vs. vs. Observed Observed Head Head :: Steady Steady state state Extrapolated [Head] Interpolated [Head] 95% confidence interval 3 4. 0 0 6 ) sr et e m ( d a e H . cl a C3 4. 5 9 5 3 4. 0 9 5 590.43 595.43 Obs. Head (meters) 600.43 Num.Points : 22 Mean Error : -0.1633205 (meters) Mean Absolute : 0.2143397 (meters) Standard Error of the Estimate : 0.08351822 (meters) Root mean squared : 0.4161187 (meters) Normalized RMS : 3.903552 ( % ) Figura Nº 4.18B Valores calculados vs Observados Figura Nº 4.18A Líneas equipotenciales 5 escenario de calib. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] 5to escenario 71 to 72 Figura Nº 4.19 Vectores de velocidad del modelo calibrado. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 4 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 73 CAPITULO 5. APLICACIÓN DE LOS INDICES DE VULNERABILIDAD AL ACUÍFERO DE QUITO El objetivo de este capítulo está en proponer una herramienta que facilite la toma de decisiones en cuanto a aspectos básicos primordiales como son la planificación y el ordenamiento territorial para el emplazamiento de industrias, hospitales, botaderos de desechos sólidos, estaciones de servicio e inclusive el paso de oleoductos y gasoductos que de una u otra manera pueden ser una fuente potencial de contaminación del suelo y del recurso hídrico subterráneo. Para esto se proponen tres metodologías para la caracterización hidrogeológica y valoración de la posible afectación a las aguas subterráneas por agentes externos, cada una de estas metodologías da como resultado un mapa de vulnerabilidad que será la herramienta que esta investigación aporta a la ciudad y a la conservación de los recursos hídricos, especialmente los subterráneos. Estas metodologías están de acuerdo a lo expuesto en el numeral 2.2 de este estudio. Si se establece como hipótesis de partida que el riesgo de los acuíferos frente a un determinado contaminante es equivalente a la vulnerabilidad de los mismos, siempre y cuando se involucre a un agente que produzca el riesgo, este agente es la carga contaminante, entonces estos índices se podrán utilizar para evaluar el riesgo. Bajo esta consideración, riesgo y vulnerabilidad están estrechamente relacionados. Para el desarrollo de esta investigación, de acuerdo al objetivo propuesto, se evaluará la vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito sin riesgo de contaminación, tema que deberá ser desarrollado en una investigación posterior para complementar este primer paso y llegar a la determinación de un mapa de peligrosidad de aguas subterráneas. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 74 5.1 METODOLOGÍA DEL ÍNDICE DRASTIC Es uno de los métodos paramétricos mas conocidos y aplicados, por relacionar los parámetros que directamente se involucran con el transporte de contaminantes dentro del medio acuífero. La valoración de los parámetros permite acotar los intervalos de vulnerabilidad a la contaminación y delimitar áreas de mayor riesgo frente a un contaminante potencial a lo largo de la zona de interés. Para aplicar este método debe asumirse que el posible contaminante tiene la misma movilidad en el medio poroso que en el agua, que se introduce por la superficie del terreno y se incorpora al agua subterránea mediante la infiltración desde las zonas de recarga. A cada uno de los siete parámetros considerados por este método se les asigna un valor en función de los diferentes tipos y rangos definidos en la tabla N° 2.1 (Pág 10). Además, al valor de cada parámetro se aplica un peso entre 1-5 que cuantifica la importancia relativa entre ellos, y que puede modificarse en función del contaminante y del criterio profesional. Los valores asumidos se muestran en la tabla N° 5.1. Los valores que se han tomado para cuantificar los parámetros son los expresados en la tabla N° 2.2 (Pág 11), estos parámetros serán explicados a continuación. Parámetro D R A S T I C Peso (W) 5 4 3 3 1 5 3 Tabla N° 5.1 Pesos asignados a los parámetros del índice DRASTIC. 5.1.1 PROFUNDIDAD DEL NIVEL PIEZOMÉTRICO Sobre la base de la información existente en el INAMHI y en la EMAAP-Q se utilizaron los datos puntuales de la campaña de monitoreo que estas dos _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 75 instituciones llevaron a cabo en el año 1995, debido a que en este año se monitorearon 20 pozos en la zona de estudio. Se excluyeron los datos de la campaña del año 2000 porque el número de pozos monitoreados no superaban los 5, a esto hay que añadir que desde la zona de Parcayacu hasta San Antonio de Pichincha, no existen datos, por lo que se recurrió a las carpetas de dos pozos existentes en el complejo LDU y al informe de perforaciones realizadas en San Antonio de Pichincha por la EMAAP-Q para suministrar agua potable a esa población en el año 2001. Los datos de los niveles utilizados se presentan en la tabla N° 3.2(Pág. 32). El procedimiento que se siguió fue realizar una interpolación por el método de Krigging para toda la zona de estudio. Se creo una imagen raster con celdas de ∆x = ∆y = 50 metros, que de acuerdo a esto y a la extensión de la zona de estudio, se obtuvieron 55257 celdas, de las cuales 14080 celdas correspondes al área de estudio, la diferencia se debe a la forma angular de la cuenca hidrogeológica de la zona de estudio. El resultado de la malla interpolada y multiplicada por el peso se encuentra en la figura Nº 5.2. 5.1.2 RECARGA NETA El valor de la recarga neta encontrada por Proaño, Montalvo (1999) para todo el acuífero de Quito y distribuida en el presente estudio para el Acuífero Norte de Quito es de 550 (mm/año). Este valor al distribuirlo como tal, exageraba el componente de recarga del Indice Drastic en alrededor de 100%, ante lo cual, se distribuyó este valor mediante la generación de polígonos de Thiessen como se puede apreciar en la figura Nº 5.3. 5.1.3 NATURALEZA DEL ACUÍFERO Debido a la diversidad litológica encontrada en la zona de estudio y para efectos de simplificar la naturaleza del acuífero, se tomó en cuenta la simplificación _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 76 realizada por el INAMHI-EMAAPQ-CEEA (2000) y que se expresa en la figura Nº 5.1 en la cual el acuífero propiamente dicho se encuentra en la zona de depósitos detríticos es decir la matriz predominante es de gravas, arenas y limos, en este orden de cuantificación (Ver figura Nº 5.4). El complejo subterráneo del acuífero de Quito está limitado en la parte superficial por depósitos eólicos es decir depósitos arrastrados por el viento. En el fondo se halla limitada por la presencia de depósitos volcánicos y por la formación Macuchi, es decir roca ígnea sólida. Figura Nº 5.1 Corte esquemático de la Litología del Acuífero Norte de Quito Tomado de: INAMHI-EMAAPQ-CEEA. 5.1.4 NATURALEZA DEL SUELO (S) Se introdujo los valores referentes a la textura de suelo y los límites fueron tomados de acuerdo al estudio geológico del proyecto de Microzonificación Sísmica de Quito (2001). En la figura Nº 5.5 se presenta la malla de tipo del suelo generada para la evaluación del componente suelo. 5.1.5 TOPOGRAFÌA Para obtener el mapa de pendientes (SLOPES), se recurrió al mapa base digital entregado por la EMAAP-Q con curvas de nivel cada 50 metros y complementado _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 77 con el existente en la Unidad de Inteligencia Artificial y Sistemas de Información Geográfica (UNISIG-EPN), dando como resultado un mapa base con curvas cada 20 m. A partir de este primer resultado, se convirtieron de archivos *.dwg a *.shp, con la ayuda de los paquetes AUTOCAD e IDRISI®, con el objeto de poder generar redes de triángulos irregulares en el paquete ARCVIEW ® y con la ayuda de los componentes Spatial Analyst® y 3-D Analyst® los cuales generan el mapa de pendientes, reclasificar los rangos de salidas en porcentajes conocidos en función de la tabla Nº 2.2 (Pág.11). El resultado de este procedimiento, se complementó con la transformación del mapa de pendientes a una malla de ∆x = ∆y = 50 m en el área de dominio del modelo. La figura Nº 5.6 representa el mapa de pendientes en una malla, con los valores del componente de Topografía para la determinación del índice DRASTIC. 5.1.6 IMPACTO EN LA ZONA VADOSA Se procedió de la misma manera que la seguida para determinar la malla del numeral 5.1.4, con la variante de que la zona vadosa representa un horizonte no saturado y en términos normales no existen variaciones de la geología en esta zona. El resultado se indica en la figura Nº 5.7 5.1.7 CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA. Como se expresó anteriormente la limitada cantidad de puntos de muestreo hacen que al momento de generar isolíneas de conductividad hidráulica se utilice un método u otro en particular. La técnica utilizada es la de generar polígonos de Thiessen, con la ayuda del paquete ArcView. Se generó una malla con el resultado anterior basados en el atributo no espacial de la valoración del componente conductividad hidráulica para la determinación del índice DRASTIC, _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 78 finalmente se la reclasificó para efectos de poder sectorizar los resultados obtenidos en la rasterización. En la figura Nº 5.8 se presenta el resultado de este procedimiento. Es importante señalar que las imágenes raster presentadas a continuación son el resultado de una valoración cualitativa de acuerdo a las condiciones reales, por lo tanto los mapas son adimensionales. El mapa de vulnerabilidad obtenido se presenta en la figura Nº 5.9 así como en el mapa Nº 10 a mayor escala. La discusión de los resultados obtenidos se realizará en el siguiente capítulo. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 79 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Leyenda: Pichincha N Complejo LDU ð ```_WWW ```_WWW ð Referencias Gridprof111 3.3 - 27 27 - 50.6 50.6 - 74.3 No Data ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.2 Imagen Raster de la Profundidad del acuífero. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 80 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Leyenda: Pichincha N Complejo LDU ð ```_WWW ```_WWW ð Referencias Gridrecarga1 4 24 32 No Data ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.3 Imagen Raster de la Recarga del Acuífero _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 81 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Leyenda: Pichincha ```_WWW N Complejo LDU ð ```_WWW Referencias Gridacuifero 24 No Data ð ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.4 Imagen Raster de la Naturaleza del Acuífero _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 82 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Leyenda: Pichincha N Complejo LDU ð ```_WWW ```_WWW ð Referencias Gridsuelo111 6 - 14 14 - 22 22 - 30 No Data ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.5 Imagen Raster del tipo de suelo _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 83 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Leyenda: Anq.shp ```_WWW Pichincha Volcán Casitagua ð 3 5 9 10 No Data Complejo LDU ð ```_WWW ð Referencias Gridtopo111 ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW N ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.6 Imagen Raster de la Topografía (Pendiente) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 84 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Leyenda: Referencias Gridvadosa1 5 15 30 40 45 No Data Pichincha N Complejo LDU ð ```_WWW ```_WWW ð ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.7 Imagen Raster del Impacto de la zona No Saturada _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 85 XWWWWWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW XWWWWWWW [`]WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio deð Pichincha N Complejo LDU ð ```_WWW ```_WWW Leyenda: ð Referencias Reclass of Gridch1 3 4 6 12 No Data ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW ```]WWW ```]WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_[WWW ð ``_YWWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW [`]WWW ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð \W[WWW \W]WWW Figura Nº 5.8 Imagen Raster de la Conductividad Hidráulica _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 86 [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W_WWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio de ð Leyenda: ð Referencias Zona Urbana de Quito Indice DRASTIC 1 Vulnerabilidad Baja 2 Vulnerabilidad moderada 3 Vulnerabilidad Alta Pichincha ð ```]WWW ```]WWW Complejo LDU ```_WWW ```_WWW \W]WWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`]WWW N ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```[WWW Parcayacu ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW Aereop ``_]WWW uerto ð ``_]WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ``_[WWW ``_YWWW [`]WWW [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca ``_YWWW Intercambiadorð El Labrador ``_[WWW ð \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura 5.9 Mapa de Vulnerabilidad del Acuífero norte de QUITO(Ind. DRASTIC) _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 87 5.2 METODOLOGÍA DEL ÍNDICE GODS La vulnerabilidad del acuífero puede ser caracterizada por factores naturales como, el acceso de la zona saturada a la penetración de contaminantes y capacidad de atenuación, resultante de la retención físico-química de elementos contaminantes. Para la determinación de este índice, se tomó la información base que se utilizó para el cálculo del Índice DRASTIC, afectados por supuesto por los factores definidos por Foster (1987) y que se presentan en las figuras Nº 2.2 y 2.3 (Pág 19). El valor 1 representa la vulnerabilidad más elevada, 0.016 la más baja y 0 la noexistencia de vulnerabilidad. Para efectos de comparación se desarrollo el índice de vulnerabilidad GOD y se comparó con el índice GODS, es decir se realizaron dos escenarios: uno tomando en cuenta las características del suelo (cobertura) y otro sin tomarlo en cuenta. 5.2.1 TIPO DE ACUÍFERO Para la definición del tipo de acuífero se tomaron los comentarios realizados por la unidad de hidrogeología del INAMHI en el sentido de que el tipo de acuífero era mixto, debido a que en los sectores en donde el tipo de material era aluvial el acuífero era semiconfinado y en las zonas restantes confinado. En la figura Nº 5.10 se presenta la imagen raster del tipo de acuífero valorada de acuerdo a las consideraciones realizadas por Foster (1987). 5.2.2 LITOLOGÌA Se desarrolló tomando en cuenta los aspectos indicados en el numeral 5.1.6 y valorado con las consideraciones realizadas por Foster y por lo recomendado por González (2001). La imagen raster de este componente se presenta en la figura Nº 5.11. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 88 5.2.3 PROFUNDIDAD DEL NIVEL PIEZOMÈTRICO Se reclasificaron y se valoraron los resultados obtenidos en el numeral 5.1.1, de acuerdo a las recomendaciones realizadas por Foster (1987), (figuras Nº 2.1 y 2.2, Pág. 19), para lo cual se introdujo en la tabla de atributos no-espaciales las valoraciones para este componente, se rasterizó esta imagen y se reclasificó en cuatro grupos de datos. La imagen raster de este componentes se presenta en la Figura Nº 5.12. 5.2.4 TIPO DE SUELO Se consideró una distribución de tipo de suelo no uniforme limitada por las consideraciones realizadas en el mapa de geología (MSQ), a partir de esto el tipo de material oscila entre: Franco Arcilloso Arenoso y Franco arenoso (Ver figura Nº 5.13). De la misma manera los resultados de los dos índices se presentan en la Figura 5.14 y 5.15 respectivamente y a mayor escala en los mapas Nº 11 y 12 del Anexo. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 89 \WYWWW \W[WWW \W]WWW Leyenda: MITAD DEL MUNDO ð Puntos de Referencia Groundwater Ocurrence 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 No Data \W_WWW ð ð San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW N ```[WWW ```[WWW ð ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ð pu erto A ereo ``_]WWW ``_]WWW ``_[WWW ð ``_[WWW ð ðRedondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW \WYWWW Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura Nº 5.10 Imagen Raster del tipo de acuífero _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 90 \WYWWW \W[WWW \W]WWW Leyenda: MITAD DEL MUNDO ð Puntos de Referencia Overlying Litology 0.5 0.7 0.8 0.9 No Data \W_WWW ð ð San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW N ```[WWW ```[WWW ð ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ð pu erto A ereo ``_]WWW ``_]WWW ``_[WWW ð ``_[WWW ð ðRedondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW \WYWWW Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura Nº 5.11 Imagen Raster del carácter litológico de la zona de estudio _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 91 \WYWWW \W[WWW \W]WWW Leyenda: ð Puntos de Referencia Depth to Groundwater 0.5 0.7 0.9 No Data MITAD DEL MUNDO \W_WWW ð ð San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW N ```[WWW ```[WWW ð ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ð pu erto A ereo ``_]WWW ``_]WWW ``_[WWW ð ``_[WWW ð ðRedondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW \WYWWW Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura Nº 5.12 Imagen Raster dela profundidad del nivel piezométrico _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 92 \WYWWW \W[WWW \W]WWW Leyenda: Puntos de Referencia Soil Type Factor 0.6 0.7 0.8 No Data ð MITAD DEL MUNDO \W_WWW ð ð San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW N ```[WWW ```[WWW ð ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ð pu erto A ereo ``_]WWW ``_]WWW ``_[WWW ð ``_[WWW ð ðRedondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW \WYWWW Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura Nº 5.13 Imagen Raster del tipo de suelo _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 93 \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW \W_WWW \XWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW LEYENDA: Puntos de Referencia Zona Urbana de Quito INDICE G.O.D.S. 1 Baja 2 Media 3 Alta No Data MITAD DEL MUNDO ð ð San Antonio de Pichincha ```_WWW ```_WWW ð Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```[WWW ```[WWW ð ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ``_]WWW erto ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ð [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW ``_YWWW ``_YWWW Intercambiador El Labrador ``_[WWW A ere opu ð \XWWWW Figura Nº 5.14 Mapa de Vulnerabilidad del ANQ según el índice GODS _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 94 \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW LEYENDA: MITAD DEL MUNDO Puntos de Referencia Zona Urbana de Quito INDICE G.O.D 1 Baja 2 Media 3 Alta No Data \XWWWW ð ð San Antonio de Pichincha ```_WWW ```_WWW ð \W_WWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```[WWW ```[WWW ð ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ``_]WWW erto ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ð [`_WWW \WWWWW \WYWWW ðRedondel Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW ``_YWWW ``_YWWW Intercambiador El Labrador ``_[WWW A ere opu ð \XWWWW Figura Nº 5.15 Mapa de Vulnerabilidad del ANQ según el índice GOD _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 95 5.3 METODOLOGÍA DEL MAPA DE VULNERABILIDAD AVI La zonificación relativa de la vulnerabilidad puede obtenerse mediante el índice AVI (Aquifer Vulnerability Index) que puede permitir, además, una reconsideración sobre los usos de suelo de una manera integral, tomando en cuenta la preservación de la calidad del agua de los sistemas acuíferos. Para la elaboración de los mapas de vulnerabilidad se trabajó en la integración de la base de datos con la localización georeferenciada, de los 23 pozos monitoreados en el año 1995. La información piezométrica seleccionada fue la obtenida en el estudio del Proyecto Acuífero de Quito y en INAMHI-EMAAPQCEEA, que corresponde al comportamiento del nivel estático de 1995. Se procedió de acuerdo a la metodología expuesta en el numeral 2.2.3. Los resultados de las resistividades hidráulicas por capas se presentan en las figuras 5.16, 5.17 y 5.18. y el mapa de vulnerabilidad se presenta en la figura Nº 5.19 _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 96 \WYWWW \W[WWW Leyenda: \W]WWW ð ð Puntos de Referencia á Resistencia Hidr ulica C1 13.25 - 891676.625 891676.625 - 1783340 1783340 - 2675003.375 2675003.375 - 3566666.75 No Data ð \W_WWW MITAD DEL MUNDO San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW ```[WWW ```[WWW ```YWWW ð ðComite del pueblo # 3 ```YWWW Parcayacu ð Carcelèn ```WWWW ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ð ``_]WWW uerto Aereop ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ``_[WWW ð Redondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW ð \WYWWW ð Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura 5.16 Resistividades Hidráulicas de la capa 1. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 97 \WYWWW \W[WWW Leyenda: \W]WWW ð Puntos de Referencia Resistencia Hidr ulica capa 2 (s/m) 3.179 - 86.759 86.759 - 170.34 170.34 - 253.92 253.92 - 337.5 No Data á ð ð \W_WWW MITAD DEL MUNDO San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW ```[WWW ```[WWW ```YWWW ð ðComite del pueblo # 3 ```YWWW Parcayacu ð Carcelèn ```WWWW ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ð ``_]WWW uerto Aereop ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ``_[WWW ð Redondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW ð \WYWWW ð Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura 5.17 Resistividades Hidráulicas de la capa 2. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 98 \WYWWW \W[WWW Leyenda: \W]WWW ð ð Puntos de Referencia á Resistencia hidr ulica Capa 3 (s/m) 549000 - 9601750 9601750 - 18654500 18654500 - 27707250 27707250 - 36760000 No Data ð \W_WWW MITAD DEL MUNDO San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW ```[WWW ```[WWW ```YWWW ð ðComite del pueblo # 3 ```YWWW Parcayacu ð Carcelèn ```WWWW ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ð ``_]WWW uerto Aereop ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ``_[WWW ð Redondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW ð \WYWWW ð Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura 5.18 Resistividades Hidráulicas de la capa 3. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] 99 \WYWWW \W[WWW Leyenda: \W]WWW ð Zona Urbana de Quito ð Puntos de Referencia MAPA DE VULNERABILIDAD AVI 4 Alta 3 Media 2 Moderada 1 Baja No Data ð \W_WWW MITAD DEL MUNDO San Antonio de Pichincha ```_WWW Complejo LDU ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW ```[WWW ```[WWW ```YWWW ð ð ```YWWW ðComite del pueblo # 3 Parcayacu Carcelèn ```WWWW ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ð ``_]WWW uerto Aereop ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ``_[WWW ð Redondel Intercambiador El Labrador [`_WWW \WWWWW ð \WYWWW ð Av. El Inca \W[WWW \W]WWW \W_WWW Figura 5.19 Mapa de Vulnerabilidad del ANQ, método AVI. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 5 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 100 CAPITULO 6. COMPARACIÓN DE RESULTADOS La presentación de los resultados numéricos de las ecuaciones de los tres índices, obtenidos para cada escenario (en este caso para los datos del año 1995), se realiza en forma de mapas que muestran los factores hidrogeológicos divididos en subzonas con características intrínsecas. La matriz de todos ellos caracteriza los diferentes escenarios hidrogeológicos con un índice de vulnerabilidad (MAPA AVI, DRASTIC, GODS, entre otros). El procedimiento seguido se plasma a continuación en la figura Nº 6.1. Figura Nº 6.1 Esquema del procedimiento utilizado en el cálculo de los índices de vulnerabilidad Finalmente esos índices numéricos, se jerarquizan con grados de vulnerabilidad alta, media y baja y se expresan sobre una base cartográfica georeferenciada de la zona de estudio. Su distribución espacial representa la probabilidad relativa de que el agua subterránea sea afectada por cualquier contaminante. Sobre la base de lo expuesto, a continuación se presenta un análisis de los resultados obtenidos en cada uno de los métodos para evaluar la vulnerabilidad, que de ninguna manera representa el riesgo al que realmente está sometido el ANQ. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 101 6.1 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS 6.1.1 MAPA DE VULNERABILIDAD UTILIZANDO EL ÍNDICE DRASTIC Un primer paso para la evaluación será la estimación de las áreas totales de vulnerabilidad de acuerdo a la reclasificación hecha en ArcView® con los siguientes rangos: Rango de clasificación De A 90 119 120 160 159 202 Tipo de Vulnerabilidad Grado BAJA MEDIA ALTA 1 2 3 Tabla Nº 6.1 Reclasificación de los valores de vulnerabilidad para el Índice DRASTIC De acuerdo a esta reclasificación, se calcularon las áreas para cada grado de vulnerabilidad encontrándose que el 15% corresponde a zonas de baja vulnerabilidad, esta zona esta dispersa en toda el área de estudio, tomando como áreas importantes: San Carlos, entre las Av. Fernández Salvador y Carlos Quinto bajo la Av. Occidental hasta la calle Manuel Herrera. El Labrador en el área de influencia del pozo Nº 133 (Coca Cola) Ponciano Alto, limitado al Norte por Parcayacu y al Sur por la Av. Occidental y al este por la Av. Manuel Córdova Galarza. Esta descripción es aproximada, el detalle se encuentra en el mapa Nº 12, por lo que podrían variar en función de nuevos escenarios o del refinamiento de estudios, como geológicos estratigráficos y estudios de evolución de niveles piezométricos. La zona de mediana vulnerabilidad a la contaminación lo constituyen las zonas de cangahua expuestas en el mapa Nº 6 del anexo, exceptuando las zonas de baja vulnerabilidad expuestas en el párrafo anterior que en porcentaje ocupa 43% del _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 102 total. La definición de estas zonas está marcada por la taza de recarga anual, la pendiente baja y la conductividad hidráulica medida en los pozos de la zona. Las zonas de alta vulnerabilidad lo constituyen las zonas de baja pendiente como la localizada en el callejón de Parcayacu en el tramo comprendido entre el barrio Comité del Pueblo Nº 3 y el límite rural de la parroquia Pomasqui en dirección Norte y el de la Escuela Militar en Parcayacu al Sur, los parámetros dominantes son: la conductividad hidráulica, la recarga y el tipo de suelo de la zona vadosa. Continuando hacia el Norte a partir de la Cooperativa de Vivienda Señor del Árbol hasta San Antonio de Pichincha los índices de vulnerabilidad son de 168 y 196 respectivamente. También constituyen zona de alta vulnerabilidad el área de depósito de material aluvial a la salida de la quebrada Rumiurcu, la cual viene acompañada de una pendiente suave (Índice Drastic = 201.8) El porcentaje de área de alta vulnerabilidad es del 42% del total, lo que nos indica que una gran cantidad de área es altamente vulnerable a la contaminación, aspecto que es importante al momento del ordenamiento y manejo del territorio, por parte de la Dirección Metropolitana de Territorio y Vivienda (ex Dirección General de Planificación) del Municipio de Quito y la EMAAP-Q, para la definición de sitios de perforación de pozos para suministro de agua potable. 6.1.2 MAPA DE VULNERABILIDAD UTILIZANDO EL ÍNDICE GODS Para este índice se decidió calcular éste con dos escenarios. El primero incluyendo el factor suelo y el segundo sin él. En el punto 6.2 del presente capítulo se compararán los resultados obtenidos. 6.1.2.1 Primer escenario: Incluyendo el factor suelo El área de baja vulnerabilidad abarca el 85% del total, que traducido a sectores vulnerables, hablamos de la zona de estudio excluyendo el depósito aluvial de la _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 103 quebrada Rumiurcu y una parte del depósito aluvial proveniente de las estribaciones del volcán Casitagua. La zona de peligrosidad media-moderada alcanza el 11% del total, localizándose en la parte norte desde las inmediaciones del parque de San Antonio de Pichincha hacia el límite hidrogeológico definido en el presente estudio. También dentro de este grado de vulnerabilidad se incluye el área de deposito de la quebrada Rumiurcu, excepto el área de depósito de la quebrada El Rancho (ver mapa Nº 9). El 4% corresponde a un área con vulnerabilidad alta – extrema, y corresponde al área de deposito de la Qda. El Rancho. En la definición de esta zona, tiene importancia la litología de este sector, que, como se mencionó anteriormente, corresponde a una zona de depositación aluvial con alta conductividad hidráulica. 6.1.2.2 Segundo escenario: Sin el factor suelo Las áreas de vulnerabilidad en comparación con el método anterior, en general no cambian, la zona de baja vulnerabilidad en la cual el porcentaje de área respecto del prácticamente el mismo en los dos escenarios. En la zona de mediana y baja vulnerabilidad se observa que el área disminuye ligeramente, respecto del escenario anterior. 6.1.3 MAPA DE VULNERABILIDAD AVI El porcentaje de vulnerabilidad media (29%), abarca el campo sur de Parcayacu, la población de San Antonio de Pichincha, y la parte oriental del acuífero hasta el sector del Aeropuerto. Los porcentajes de áreas de vulnerabilidad, son de 65% para baja vulnerabilidad. Para la vulnerabilidad alta (poca resistencia hidráulica) se observa que el 6% _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 104 respecto del total está ubicada en el área de depositasión de la quebrada El Rancho, en el sector de El Condado. A continuación en la tabla Nº 6.2 se presentan los porcentajes para cada método y para cada grado de vulnerabilidad. Area total Método DRASTIC GODS GOD AVI 3548.6 ha Vulnerabilid Area(ha) ad 1 2 3 1 2 3 1 2 3 3 2 1 540 1511.75 1497 2999.75 399 149.25 3022.75 376 149.25 2315.25 1035.25 197.5 Porcentaje /total 15 43 42 85 11 4 85 11 4 65 29 6 Tabla Nº 6.2 Porcentajes de áreas para diferente grados de vulnerabilidad 6.2 COMPARACIÓN DE RESULTADOS En general el índice DRASTIC, por la cantidad de parámetros directos e indirectos que usa para su determinación, presenta una discretización mayor a los tres índices restantes, caracterizando a las diferentes áreas determinados parámetros que en función del peso asignado, demuestran su intensidad o grado de vulnerabilidad, así: _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 105 DRASTIC Baja Pendiente Tipo de suelo, zona vadosa. Media Alta Recarga, conductividad hidráulica, Profundidad del nivel freático. Tipo de suelo, Pendiente, zona vadosa, profundidad del nivel freático. GODS AVI Conductividad hidráulica, espesor de la capa i º Vulnerabilidad Tipo de acuífero, Sustrato litológico, distancia al agua tipo de suelo. Factor determinante Tabla 6.3 Factores determinantes observados en los índices de vulnerabilidad aplicados. La diferencia está en que el índice DRASTIC, comparado con el índice GODS, involucra parámetros importantes como por ejemplo la recarga, condición intrínseca de una zona en particular. También, si tomamos en cuenta, por ejemplo, la pendiente del terreno, factor que es importante porque involucra el encharcamiento del agua de lluvia como medio de transporte de los contaminantes y como condición directa de la infiltración. En la tabla Nº 6.3 se observa que en los métodos GODS, y AVI, los factores determinantes son fijos, en cambio se observa la interacción entre los diferentes factores en cada grado de vulnerabilidad. Sin embargo de que el índice DRASTIC toma en cuenta parámetros importantes, deja de lado, por ejemplo la capacidad de resistencia de un punto o celda definida en el dominio del acuífero en particular, involucra la conductividad hidráulica para la zona saturada, toma en cuenta el impacto en la zona vadosa, pero no toma en cuenta directamente la conductividad o la resistencia hidráulica en la zona vadosa y en las capas de menor conductividad de la zona saturada. Ahora si comparamos el Índice GODS, con los restantes aplicados, la diferencia fundamental está en que se incluye el factor del tipo de acuífero. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 106 Bajo esta premisa se evalúa la coincidencia de áreas. Observándose que en la zona de depósito de la Qda. Rumiurcu, el grado de vulnerabilidad coincide en 12% aproximadamente; sin embargo en el índice GODS, en el sector del Condado el área de vulnerabilidad alta, es para el índice DRASTIC de grado mediano. El área restante difiere en un alto porcentaje, como ya se explicó por los 7 parámetros que utiliza. Ahora comparando entre los índices DRASTIC y AVI, se observa que el grado de comparación es similar al del expresado en el párrafo anterior, difiriendo únicamente en la zona de pozo 133 donde para el Índice Drastic existe una moderada vulnerabilidad mientras que para el Índice GODS existe baja vulnerabilidad. Las áreas comunes de baja vulnerabilidad entre los diferentes métodos fueron comparadas mediante transparencias, las cuales constan en el anexo 6 y lo extraído se indica en la tabla Nº 6.4, de lo que se concluye que para la vulnerabilidad baja el porcentaje de coincidencia es del 40 al 60%. Para vulnerabilidad media, el grado de coincidencia es 12 al 31% y para vulnerabilidad alta la coincidencia entre métodos es relativamente nula. Comparando los escenarios propuestos en los numerales 6.1.1.2 y 6.1.2.2, se puede observar que al incluir el factor suelo, la vulnerabilidad disminuye un 40%, lo cual indica y recuerda, la capacidad de atenuación natural que tienen los suelos especialmente en la zona vadosa, indirectamente está involucrada la presencia de material orgánico (raíces, etc.) que ayudan a la auto-recuperación de los suelos componentes de la zona vadosa. Físicamente las áreas son semejantes, por esto, desde este punto de vista no se puede establecer un criterio de diferencia entre los índices. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] 107 Indice DRASTIC GODS AVI Vulnerabilidad Baja % coincidencia DRASTIC GODS 40 100 40 100 60 72 AVI 60 72 100 Indice DRASTIC GODS AVI Vulnerabilidad Media % coincidencia DRASTIC GODS 12 100 12 100 52 31 AVI 52 31 100 Indice DRASTIC GODS AVI Vulnerabilidad Alta % coincidencia DRASTIC GODS 5 100 5 100 0 80 AVI 0 80 100 Tabla Nº 6.4 Porcentajes de coincidencia entre métodos Finalmente tomando los resultados de los mapas de vulnerabilidad, el índice de vulnerabilidad ideal será aquel que combine el Índice DRASTIC con el Índice AVI, quedando abierta la posibilidad de desarrollar un método nuevo resultante de añadir o modificar la forma de valorar la componente conductividad hidráulica comparándola con la resistividad hidráulica en cada capa componente del sistema acuífero. Compilando los criterios vertidos en este capítulo, el índice de vulnerabilidad más apropiado para la evaluación de la vulnerabilidad en medios urbanos es el índice DRASTIC, pues considera la mayoría de los aspectos directos e indirectos que se relacionan con los procesos que se producen en el sistema de aguas subterráneas. Desde el punto de vista económico, la determinación del índice DRASTIC, requiere el desarrollo de estudios hidrológicos (Recarga), geológicos (impacto en la zona No saturada) y cartográficos (topografía) mas a detalle, lo que implica que el costo es mayor. Consecuentemente el índice de más económico es el índice AVI, pues requiere únicamente de dos parámetros. _____________________________________________________________________________________ Capítulo 6 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 108 CAPITULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1 CONCLUSIONES 1. Sobre la base de las visitas de campo efectuadas, se establece que para las dimensiones y características del acuífero, con los dos pozos que actualmente se monitorea (13 y 15), se observa que, para futuras modelaciones, no esta garantizada la calidad de las modelaciones porque estos no están ubicados en toda la zona. 2. La vertiente San Antonio, presenta altos contenidos de Hierro, Manganeso y Magnesio y la dureza del agua tiene valores altos, por lo que el agua que se extraiga para consumo humano deberá estar acompañada de un sistema de oxidación y ablandamiento de aguas de acuerdo a la comparación de los datos de laboratorio de Fe y Mg. 3. El desarrollo y ejecución de infraestructura (obras civiles, de desarrollo económico como plantaciones, centros turísticos, oleoductos) causan un impacto en el medio que los rodea. Este se evalúa mediante Estudios de Impacto Ambiental, que en la actualidad no toman en cuenta la afectación al recurso hídrico subterráneo. Por lo tanto, los índices de vulnerabilidad analizados en este trabajo, se constituyen en una herramienta decisiva para los auditores ambientales. 4. De la misma manera los índices de vulnerabilidad sirven como herramienta en la gestión, manejo y ordenamiento territorial, ayudando en la definición de sitios aptos para la implantación de zonas industriales, pudiendo ser estos sitios de vulnerabilidad media-baja. ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 109 5. La zonificación de los diferentes índices de vulnerabilidad con pocos parámetros (GODS, AVI) es en general simple y dependen de todos sus factores en conjunto, el índice DRASTIC presenta mayores valores de discretización por lo tanto más refinada. 6. La recarga y la pendiente del terreno son parámetros decisivos y determinantes al momento de evaluar la vulnerabilidad del acuífero, factores que directamente no se toman en cuenta en los índices de pocos parámetros. 7. Todos los parámetros que el índice DRASTIC toma en cuenta (7), se podrían decir que casi son suficientes para definir la vulnerabilidad. Sin embargo, deja de lado, por ejemplo, la resistencia hidráulica de un punto o celda, definida en el dominio del acuífero en particular. Involucra la conductividad hidráulica para la zona saturada, el impacto en la zona vadosa; pero no toma en cuenta directamente la conductividad o la resistencia hidráulica en la zona vadosa y en las capas de menor conductividad de la zona saturada. 8. Comparando el Índice GODS, con los restantes aplicados, la diferencia fundamental está en que se incluye el factor del tipo de acuífero en el cual indirectamente se está involucrando la capacidad de auto-recuperación del medio. 9. El porcentaje de área de alta vulnerabilidad es del 42% del total, según el Índice DRASTIC, 4 % para el Índice GODS y 5.6% para el AVI. La razón fundamental está en la cantidad de parámetros que utiliza cada uno de los métodos y la manera de aplicarlos a las condiciones reales del acuífero. 10. De la comparación multicriterio se observa que para la vulnerabilidad baja el porcentaje de coincidencia es del orden del 50%. Para vulnerabilidad ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 110 media el grado de coincidencia es de alrededor del 15% y para vulnerabilidad alta la coincidencia entre métodos es relativamente nula. La interrelación entre los métodos se puede pensar como válida entre las zonas de mediana y baja vulnerabilidad por el grado de exactitud que por definición se maneja en este tipo de mapas; sin embargo, para las zonas de alta vulnerabilidad la distancia de la media esperada entre los dos métodos se da como válida por tratarse de datos cualitativos, para valorar cada variable. 11. El índice DRASTIC debe aplicarse a los sectores semiconfinados de un acuífero, siempre y cuando la parte semiconfinada forme parte de un acuífero libre o confinado, tomando en cuenta que deben valorarse de manera que puedan adaptarse a uno de los tipos definidos. 12. De lo expuesto en las conclusiones anteriores el índice de vulnerabilidad más apropiado para la evaluación de la vulnerabilidad en medios urbanos es el índice DRASTIC, como se observa en los resultados obtenidos. La discretización que se obtiene con el índice DRASTIC nos asegura un mayor refinamiento de los resultados; sin embargo la capacidad predictiva o de prevención de los métodos GODS y AVI nos dan una visión rápida de la vulnerabilidad de la zona. 13. La dirección predominante del flujo se halla dividido por tramos, en la dirección sur-norte, desde el labrador hasta la confluencia del acuífero con el río Carcelén, en este tramo se presenta un aporte del acuífero al río, En la zona del callejón de Parcayacu, el flujo subterráneo se acelera por el estrechamiento geográfico e hidrogeológico que el acuífero sufre. A partir de ahí y hasta llegar a San Antonio de Pichincha, las líneas equipotenciales son más profundas, es decir definen el flujo de aguas subterráneas con un gradiente fuerte en dirección a la estación S2. ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 111 14. Al sobreponer el mapa de vulnerabilidad según el índice DRASTIC con los valores de corrosividad (Figura Nº 7.1), se observa que 4 de los pozos están ubicados sobre una zona de alta vulnerabilidad, lo que nos indica que la zona afectada ya no es únicamente una zona vulnerable sino de riesgo. También vemos que 8 pozos están en la zona de vulnerabilidad media, y 4 pozos en la zona de vulnerabilidad baja es decir el mismo porcentaje que los de alta vulnerabilidad. Tomando los criterios de determinación del riesgo propuesto por Foster (1987), se observa que no existe relación directa entre la vulnerabilidad y el riesgo, en función de la carga contaminante 15. En la figura Nº 7.2 se observa que los 5 pozos que exceden la norma de dureza permitida en el agua, están ubicados en la zona de vulnerabilidad media, pudiendo convertirse estas zonas en zonas de riesgo medio-alto, en función del grado de amenaza que sobreyace a estas zonas. ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 112 ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 113 7.2 RECOMENDACIONES 1. Se recomienda realizar un refinamiento o ampliación de los estudios geológicos, estratigráficos, de determinación de parámetros hidrogeológicos y de la evolución de niveles piezométricos. De la misma manera se debe contar con una restitución aerofotogramétrica a escala 1:5000 para que el factor topográfico tenga una mejor aproximación. 2. Se recomienda establecer una zona industrial en el área correspondiente al límite sur de Parcayacu, porque el índice de vulnerabilidad es bajo (110), en la que podrían implantarse industrias que no viertan contaminantes peligrosos por ejemplo metales pesados, entre otros. 3. En función del índice de vulnerabilidad calculado para la zona de San Antonio de Pichincha se recomienda no autorizar el emplazamiento de industrias u otros agentes, por ejemplo: gasolineras, curtiembres, talleres de mantenimiento, industrias químicas, las cuales potencialmente pueden contaminar el sistema de aguas subterráneas y por consiguiente algunos de los componentes del ciclo hidrológico (caudal base, por ejemplo) del sector, aún si considerásemos la capacidad auto-depuradora de los componentes del sistema. Esto, tomando como premisa importante que se está iniciando la explotación de este recurso para suministro de agua potable por parte de la EMAAP-Q. 4. Como aporte para la determinación de la vulnerabilidad en zonas urbanas se recomienda el uso del ÍNDICE DRASTIC, con la premisa de que la recarga sea baja en las zonas netamente urbanas por la impermeabilización que ha sufrido. 5. Se recomienda realizar el ANÁLISIS DE RIESGO POR CONTAMINACIÓN, del Acuífero Norte de Quito, el cual tendrá como base las zonas ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 114 vulnerables obtenidas en el presente estudio. Este estudio deberá realizar investigaciones de campo para el levantamiento de información real sobre fuentes contaminantes, acompañado de un modelo de transporte de contaminantes en la zona; esta modelación tendrá como objetivo la determinación de las zonas en riesgo y su zonificación. 6. El monitoreo que conjuntamente vienen realizando la EMAAP-Q con el INAMHI, no debe centrarse únicamente a los pozos 13 y 22, los cuales se encuentran a 300 metros el uno del otro, deben monitorearse todos los pozos que no estén tapados, estos datos son importantes para futuros estudios en los que se intenten desarrollar modelaciones de flujo o de transporte de contaminantes. La calidad del agua debe efectuarse por lo menos una vez al mes para poder establecer posibles correlaciones entre estos doce eventos y el comportamiento del sistema de aguas subterráneas del ANQ. 7. Se recomienda ampliar el estudio a las zonas Centro, Sur, Cumbayá y Tumbaco, para efectos de desarrollar un mapa de vulnerabilidad de todo el Distrito Metropolitano de Quito. 8. Existen muchas incertidumbres que deben ser absueltas por medio de estudios isotópicos y por modelación hidrogeológica por ejemplo: a. El acuífero de Calacalí es parte del ANQ? b. El Acuífero de Calderón es parte del ANQ? 9. En el sector del callejón de Parcayacu, hasta el complejo de LDU, se recomienda realizar cortes estratigráficos longitudinales y transversales, así como un seguimiento a las vertientes existentes en el sector, como se expresó en el capítulo 4 en este sector no existen datos registrados de ninguna naturaleza, lo que serviría para afinar los resultados de la modelación y de los índices de vulnerabilidad en ese sector. ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] 115 10. Se recomienda adquirir las licencias profesionales permanentes de los paquetes VISUAL MODFLOW, MT3D, VISUALHELP, AQUIFER TEST, SURFER, ARCVIEW, 3D ANALYST, AUTOCAD, paquetes indispensables en la continuación de la investigación del Acuífero Norte de Quito. 11. Para efectos de divulgación se recomienda desarrollar un sistema de información del acuífero de Quito, el cual estará conformado de la siguiente manera: Usuarios: EPN EMAAP-Q DGP-DMQ INAMHI CEEA CNRH CPP Sitio web: a.) Acceso para b.) Acceso para información general Bases de datos: Químicas Hidrometeorología Hidrogeología Medio Físico Información No espacial. Etc. OPEN-GIS Figura Nº 7.3 Esquema del sistema de información del Acuífero Norte de Quito (SIANQ) ____________________________________________________________________________________ Capítulo 7 Xavier Coello R. [email protected] INDICE 116 CAPITULO 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alulema, Rafael; “Estudios Hidrogeológicos en la Parroquia de San Antonio para la explotación del agua subterránea”, EMAAP-Q, Quito, 2001. CODIGEN-DHA/UNDRO, “Peligrosidad de terrenos Inestables en Quito Detección y Mitigación”, Quito, 1993 Echeverri, Gloria; “Aspectos Teóricos sobre el fenómeno de Contaminación de Aguas subterráneas”, Revista Universidad EAFIT, Chile 1998 Escuela Politécnica Nacional, Dirección General de Planificación; Microzonificación Sísmica de los suelos del Distrito Metropolitano de Quito, Quito, 2001. Escuela Politécnica Nacional, Geohazards International, Ilustre Municipio de Quito, Orstom, Oyo Corporation ", The Quito - Ecuador, Earthquake Risk Management Project", Geohazards International Publication, Quito, 1994 Escuela Politecnica Nacional, Geohazards International (GHI), Ilustre Municipio de Quito, ORSTOM, OYO CORPORATION "The Quito - Ecuador, Earthquake Risk Management Proyect an Overview", Geohazards International Publication, Quito, 1994 Escuela Politécnica Nacional-VVOB, Ciclos de Cursos sobre aplicaciones Computacionales en Aguas Subterráneas, Modulos I, II, III y IV; Quito, 1999. Foster, Stephen; Ricardo Hirata, “Determinación del riesgo de contaminación de aguas subterráneas: una metodología basada en datos existentes”, OPS-CEPIS, 1987. ____________________________________________________________________________________ Capítulo 8 Xavier Coello R. [email protected] 117 Galárraga, Remigio; Giovanni Taco, “ Aportación de los GIS a la Protección de acuíferos”, Quito-Ecuador 2001 Hoyos,Fabián, “Geotécnica-Diccionario Básico” Universidad Nacional de Colombia, Medellín, 2001 IGM-IPGH-IRD, Atlas Infográfico de Quito, Quito-Ecuador, 1992 INAMHI-EMAAP-Q-CEEA, Proyecto Arcal ”Estudio Hidrológico-Isotópico del Acuífero de Quito”, Quito-Ecuador, 2000. INAMHI-EMAAP-Q, Boletín Semestral: Variación de niveles estáticos del acuífero de Quito” Julio-Diciembre-1995; Julio Diciembre-2000 INAMHI, “Estudio Hidroquímico: Unidades Acuíferas del distrito Metropolitano de Quito”, Diciembre-1999. 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[email protected] INDICE ANEXO MAPAS TEMÁTICOS GENERADOS 121 []WWWW [_WWWW \WWWWW \YWWWW LEYENDA: M210 ð I aquito M054 Observato M055 Aereopuer M113 Uyumbicho M210 Vindobona M229 HCJB-ANTE M335 La Chorre M342 Cotocolla M345 Calder n M350 Aloag M354 Chillogal M356 CANAL 4 M357 CANAL10 M606 Universid M954 Cruz Loma ñ M024 M342 ð M345 ð ó Acu fero Norte de Quito Zona Urbana de Quito í XWWWWWWW ``_WWWW Izobamba M055 ð M229 M024 ð ð ð ð M954 M335 ð M356 ð M054 ð ð M606 ``_WWWW M331 ð M354 ð ``]WWWW []WWWW [_WWWW ``[WWWW M003 ð M113 ð M350 ð ``[WWWW ``]WWWW M003 XWWWWWWW ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð XWWYWWWW XWWYWWWW ó Estaciones meteorol gicas M Tola La Tola \WWWWW \YWWWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Estaciones Meteorológicas Existentes en la zona de estudio Fuente: Inamhi Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Escala Gráfica Mapa Nº 01 122 []WWWW [_WWWW \WWWWW \YWWWW LEYENDA: M024 I aquito M054 Observato M055 Aereopuer M113 Uyumbicho M210 Vindobona M229 HCJB-ANTE M335 La Chorre M342 Cotocolla M345 Calder n M350 Aloag M354 Chillogal M356 CANAL 4 M357 CANAL10 M606 Universid M954 Cruz Loma M210 ð ñ Izobamba 500 ó M342 ð Acu fero Norte de Quito Isoyetas anuales Zona Urbana de Quito M345 ð 800 1000 0 130 120 0 00 16 M331 ð ``]WWWW 00 18 00 20 0 220 00 24 ``]WWWW 600 ``_WWWW M055 ð M229 M024 ð ð ð ð M954 M335 ð14M356 ð 00 M054 ð ð M606 0 150 ``_WWWW í XWWWWWWW M003 XWWWWWWW ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð ð XWWYWWWW XWWYWWWW ó Estaciones meteorol gicas M Tola La Tola M354 ð ``[WWWW []WWWW [_WWWW ``[WWWW M003 ð M113 ð M350 ð \WWWWW \YWWWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Isoyetas Anuales Fuente: Inamhi- Emaap-q Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Escala Gráfica Mapa Nº 02 123 []WWWW [_WWWW \WWWWW \YWWWW LEYENDA: ñ 15 13 ó 9 M345 ð M055 ð M229 M024 ð ð ð ð M954 M335 ð M356 ð M054 ð ð M606 M331 ð ``]WWWW M354 ð 1 1 10 ``[WWWW []WWWW ``[WWWW M003 ð M113 ð M350 ð 12 ``_WWWW º í M342 ð ``_WWWW ``]WWWW 14 XWWWWWWW XWWWWWWW M210 ð XWWYWWWW XWWYWWWW ó Estaciones meteorol gicas ð M Tola La Tola ð M003 Izobamba ð M024 I aquito ð M054 Observato ð M055 Aereopuer ð M113 Uyumbicho ð M210 Vindobona ð M229 HCJB-ANTE ð M335 La Chorre ð M342 Cotocolla ð M345 Calder n ð M350 Aloag ð M354 Chillogal ð M356 CANAL 4 ð M357 CANAL10 ð M606 Universid ð M954 Cruz Loma Acu fero Norte de Quito Isotermas ( C) Zona Urbana de Quito [_WWWW \WWWWW \YWWWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Isotermas Anuales Fuente: Inamhi-Emaap-q Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Escala: Gráfica Mapa Nº 03 124 [_WWWW \WWWWW \YWWWW XWWYWWWW XWWYWWWW []WWWW San José de Minas Pacto Atahualpa Perucho Nanegal Gualea Puellaro XWWWWWWW Calacalí San Antonio de Pichincha Lloa Kennedy Puembo Checa Iñaquito Cumbaya Yaruquí Puengasí Tumbaco ``]WWWW Pifo ``]WWWW Conocoto La Merced Turubamba ``_WWWW ``_WWWW Pomasqui Guayllabamba Calderón Nono El Quinche XWWWWWWW Nanegalito Amaguaña ``[WWWW ``[WWWW Pintag Ciudad de Quito []WWWW [_WWWW \WWWWW \YWWWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Ubicación de la ciudad de Quito Con respecto al DMQ Fuente: EMAAP-Q. Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga PhD. Escala: Gráfica Mapa Nº 04 125 []WWWW [_WWWW \WWWWW \YWWWW MITAD DEL MUNDO Y # Y # XWWYWWWW XWWYWWWW San Antonio de Pichincha Complejo LDU XWWWWWWW XWWWWWWW Y # Comite del pueblo # 3 Y # Parcayacu ``_WWWW ``_WWWW Y # Barrio Carcelèn Y # Y # ``]WWWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``]WWWW ``[WWWW ``[WWWW Y # Aereopuerto Y # Y # Intercambiador el Labrador []WWWW [_WWWW Y # Redondel Av. El Inca \WWWWW \YWWWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Ubicación y delimitación del Acuífero Norte de Quito Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: Gráfica Mapa Nº 05 126 [_\WWW [`WWWW \X\WWW form. macuchi cono aluvial í Acu fero Norte form. de Quito silante Y Puntos de Referencia # Litolog a cangahua cono aluvial depos. coluvial depos. lacustre depos. lahar tic derrumbe-coluvia fluviatil Quito form. macuchi form. silante lavas aflorantes volcanicos pich relleno san miguel sedimentos chich suelos in situ-c terraza aluvial volcanicos Ilal volcanicos pich volcanicos pulul volcanosedimento volcguayllabamba # Y Y # MITAD DEL MUN DO depos. lacustre í Sa n Anto nio de Pichin cha Y # Comple jo L DU depos. coluvial raz a a lu via l í ig ue l t er cangahua Y # # Y Y # terraza aluvial m Comite de l pu eb lo # 3 sa n Pa rc aya cu Ba rr io Car celè n relleno En tr ad a co lec tor Q da . R umiur cu. ```\WWW \XWWWW ```WWWW ó Y # Y # relleno Cono Aluvial ``_\WWW ``_\WWW \W\WWW volcanicos pululahua ```\WWW ```WWWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW Leyenda: [`\WWW cangahua # Y Y Y# # Ae re op ue rto lavas aflorantes Red on del Av . El I nca sedimentos chich cono aluvial ``_WWWW ``_WWWW Inte rc ambia do r el L ab ra dor derrumbecoluvia re fluviatil Quito ac us t volcanicos Ilaló suelos in situ-c cangahua ``]\WWW ``]\WWW de po s. l ``^WWWW ``^WWWW ``^\WWW ``^\WWW volcanosedimento depos. laharític ``]WWWW ``]WWWW [_\WWW [`WWWW [`\WWW \WWWWW \W\WWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Litología Regional y Local de la zona de estudio Fuente: EPN-DGP \XWWWW \X\WWW Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: Gráfica Mapa Nº 06 127 \WYWWW \W[WWW \W]WWW Y # Y # LEYENDA: SAP4 \W_WWW \XWWWW MITAD DEL MUNDO Y # San Antonio de Pichincha ```_WWW Pozos perforados Acu fero Norte de Quito Puntos de Referencia Zona Urbana de Quito í Y # Y # SAP 2SAP-3 Y # Y # Complejo LDU ```]WWW ```]WWW ```_WWW \WWWWW XWWWWWWW XWWWWWWW [`_WWW ```[WWW ```[WWW Y # Y # ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Parcayacu Barrio Carcelèn Y # 109 ``_]WWW ```WWWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ``_]WWW ``__WWW Y # #42 Y 65 58 Y # Y59 Y# 57# 44 40 Y72 # Y # Y # 110 64 Y# # Y # 39 Y #Y 69 Y # 63 Y 50 # 35 Y # Y # 49 Y # Cono 73 Y # 23 Aluvial Y1314 20 # Y # # Y 115 Y # 48 28 45 15 Y # 46 # Y Y # Y # Y # 133 111 47 Y # # 29 Y # Y Y # 38 22 Y # Y # ```WWWW Y # Y # 82 Aereopuerto ``_[WWW Y Y Y # ## 31 26 21 Y # Intercambiador el Labrador [`_WWW \WWWWW \WYWWW ``_[WWW Y # Y # 84 13030 Y # ## Y Y Redondel Av. El Inca \W[WWW \W]WWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Ubicación de los pozos perforados en el ANQ Fuente: EMAAP-Q \W_WWW \XWWWW Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: Gráfica Mapa Nº 07 128 [`_WWW \WWWWW \WYWWW \W[WWW \W]WWW \W_WWW \XWWWW Complejo LDU Mapa base ANQ 7 ð Referencias Indice DRASTIC 1 Vulnerabilidad Baja 2 Vulnerabilidad Media 3 Vulnerabilidad Alta ð ```]WWW ```[WWW Parcayacu ð ð Comite del pueblo # 3 ```YWWW ```YWWW ```[WWW ```]WWW LEYENDA: ```_WWW ```_WWW San Antonio deð Pichincha ð Barrio Carcelèn ```WWWW ```WWWW ``__WWW ``_]WWW uerto Aereop ð ``_]WWW rada colector a. Rumiurcu. ``__WWW ð ``_[WWW Intercambiadorð [`_WWW \WWWWW \WYWWW ``_[WWW ð ðRedondel Av. El Inca \W[WWW \W]WWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL MAPA DE VULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO. Indice: DRASTIC \W_WWW \XWWWW Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: 1: 75000 Mapa Nº 8 129 \WYWWW \W[WWW \W]WWW \W_WWW \XWWWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio de Pichincha ```_WWW ```_WWW XWWWWWWW \WWWWW XWWWWWWW [`_WWW Complejo LDU ð LEYENDA: Mapa base ANQ CN ```]WWW ```]WWW ð Puntos de Referencia INDICE G.O.D.S. 1 Vulnerabilidad Baja 2 Vulnerabilidad Media 3 Vulnerabilidad Alta No Data ```[WWW ```[WWW ð Parcayacu ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ``_]WWW pu erto A ere o ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ð Intercambiador [`_WWW \WWWWW \WYWWW ``_[WWW ð ðRedondel Av. El Inca \W[WWW \W]WWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL MAPA DE VULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO Indice: GODS \W_WWW \XWWWW Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: Gráfica Mapa Nº 9 130 \WYWWW \W[WWW \W]WWW \W_WWW \XWWWW MITAD DEL MUNDO ð San Antonio de Pichincha ```_WWW ```_WWW XWWWWWWW \WWWWW XWWWWWWW [`_WWW Complejo LDU ð LEYENDA: Mapa base ANQ CN Puntos de Referencia INDICE G.O.D 1 Baja 2 Media 3 Alta No Data ```]WWW ```]WWW ð ```[WWW ```[WWW ð Parcayacu ```WWWW Barrio Carcelèn ð ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ð ```YWWW ```YWWW Comite del pueblo # 3 Entrada colector Qda. Rumiurcu. ``__WWW ð ``_]WWW pu erto A ere o ``_]WWW ``__WWW ð ``_[WWW ð Intercambiador [`_WWW \WWWWW \WYWWW ``_[WWW ð ðRedondel Av. El Inca \W[WWW \W]WWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL MAPA DE VULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO Indice: GOD \W_WWW \XWWWW Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: Gráfica Mapa Nº 10 131 \WYWWW \W[WWW \W]WWW San Antonio de Pichincha Complejo LDU Mapa base ANQ CN ð Puntos de Referencia MAPA DE VULNERABILIDAD AVI 1 Vulnerabilidad Alta 2 Vulnerabilidad Media 3 Vulnerabilidad Baja ð ```]WWW ```]WWW ```_WWW LEYENDA: \W_WWW MITAD DEL MUNDO ð ```_WWW XWWWWWWW \WWWWW XWWWWWWW [`_WWW ```[WWW ```[WWW ```YWWW ð ```YWWW ðComite del pueblo # 3 Parcayacu ð ```WWWW ```WWWW Autopista Mitad del Mundo ``__WWW Entrada colector Qda. Rumiurcu. ð ``_]WWW Aereop ``_]WWW ``__WWW ð uerto ``_[WWW ``_[WWW ð Redondel [`_WWW Intercambiador \WWWWW ð \WYWWW ð Av. El Inca \W[WWW \W]WWW ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL MAPA DE VULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO NORTE DE QUITO. Indice AVI \W_WWW Quito, DM, Marzo -2002 Dibujó: Revisó: _____________ Xavier Coello R. _____________ Remigio Galárraga Análisis Comparativo de la Vulnerabilidad del Acuífero Norte de Quito Escala: Gráfica Mapa Nº 11 132
