IMPACTOS ENTRE AGUA SUBTERRÁNEA Y OTROS

IMPACTOS ENTRE AGUA SUBTERRÁNEA Y OTROS
COMPONENTES DEL AMBIENTE EN MÉXICO
JJ Carrillo Rivera
San Martín, Texmeluca, Puebla,
mayo 22, del 2008
IMPACTOS ENTRE AGUA SUBTERRÁNEA Y OTROS COMPONENTES
DEL AMBIENTE EN MÉXICO
Contenido
1. Introducción (el agua, sistemas de flujo)
2. Impactos al agua subterránea por
actividades en la parte externa del ambiente
3. Impactos al ambiente por actividades en el
agua subterránea
4. Conclusiones
EXTRACCIÓN Y USO DEL AGUA EN MÉXICO
USO DEL AGUA
ORIGEN DEL
AGUA
72 km3
SUPERFICIAL
25% URBANO
25% INDUSTRIAL
<67% AGRÍCOLA
44 km3 Superficial
28 km3 Subterránea
SUBTERRÁNEA
75% URBANO (75 x 106
PERSONAS)
75% INDUSTRIAL
Y LOS ECOSISTEMAS ?
>33% AGRÍCOLA
Distribución del agua en el mundo
< 0.1%
94 %
2%
≈4 %
Agua superficial (ríos, lagos, atmósfera, suelo, biósfera)
agua del mar
hielo y glaciales
Agua subterránea
Agua dulce en el continente
≈ 99.0% Agua subterránea
≈ 1 % Agua superficial
• Cambios menores en el volumen de agua subterránea afectan en
forma severa al agua superficial y a la matriz acuífera
• El agua subterránea es crucial para mantener el funcionamiento de
ecosistemas y necesidades vitales de la población
Funcionamiento del flujo subterráneo
A
A’
Funcionamiento del flujo subterráneo
Flujo local
Flujo
intermedio
basamento
Flujo regional
EVAPOTRANPIRACIÓN RECARGA
EXTRACCIÓN
FLUJO LATERAL
DE AGUA
SUBTERRÁNEA
±
ROCA BASEMENTO?
Teoría de los Sistemas de Flujo (Tóth, 1963, 1995)
A) Impactos al AS por actividades en la parte externa del ambiente
i) Inducción de agua subterránea con calidad no deseable por
inadecuada extracción
En el Centro de México en los
últimos 20 años:
temperatura del agua de pozos
aumentó más de 15oC
El contenido de F- y Na se ha
incrementado a más de 5 (0.4)
and 60 (15) mg/l, respectivamente
Carrillo-Rivera, Cardona y Edmunds, 2002
DISTRIBUCIÓN NATURAL DE FLUORURO
EN AGUA DE CONSUMO HUMANO
PRESENCIA EN TODA
LA ENTIDAD
BAJA CALIFORNIA NTE.
DURANGO
ZACATECAS
AGUASCALENTES
GUANAJUATO
MIXTA
SONORA
CHIHUAHUA
COAHUILA
NUEVO LEON
SINALOA
SAN LUIS POTOSÍ
JALISCO
MICHOACAN
QUERETARO
MÉXICO
HIDALGO
PUEBLA
AUSENCIA EN TODA LA
ENTIDAD
BAJA CALIFORNIA SUR
NAYARIT
COLIMA
GUERRERO
MORELOS
OAXACA
CHIAPAS
QUINTANA ROO
YUCATAN
CAMPECHE
TABASCO
VERACRUZ
TAMAULIPAS
DISTRITO FEDERAL
TLAXCALA
Secretaría de Salud (2004), Centro Nacional de Vigilancia
Epidemiológica y Control de Enfermedades.
DISTRIBUCIÓN NATURAL DE FLUORURO
EN AGUA PARA CONSUMO HUMANO
Valle de Guadiana (Durango)
>12 mg/l
Alarcón–Herrera, 2001
En Aguascalientes (estado) 44% del
agua suministrada tiene >1.5 mg/l
Bonilla-Petriciolet, 2002
En SLP Cd, 44% del agua
suministrada tiene 3 – 4 mg/l
17% entre 1 – 2 mg/l
Medellín et al 1990
AUSENCIA
47%
PRESENCIA MIXTA
37%
PRESENCIA EN TODA LA ENTIDAD 16%
Lagos de Moreno, 1.66 – 5.88 mg/l
Teocaltiche, 3.82 – 18.58 mg/l
Encamación de Díaz, 2.58 – 4.40 mg/l
Tepatitlan de Morelos, 6.54, 13.47 mg/l
Hurtado el al., 2004
FUENTE CENTRO NACIONAL DE VIGILANCIA EPIDEMIOLOGICA Y CONTROL DE ENFERMEDADES
CONTROL
NATURAL DEL
FLUORURO
4.0
3.5
Caso (d)
Fluoruro (mg/l)
3.0
Caso (c)
2.5
Caso (a)
2.0
1.5
Caso (e)
Regional
Intermedio
Mezcla
1.0
Caso (b)
0.5
0.0
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Litio (mg/l)
45
R egional
Interm edio
M ezcla
Temperatura (ºC)
40
T = 3.5622F +25.005
C oeficiente de correlación = 0.799
35
30
C oncentración m axim a perm isib le
para agua potable
25
20
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
F lu oru ro (m g/l)
Carrillo-Rivera, Cardona y Edmunds, 2002
A) Impactos al AS por actividades en la parte externa del ambiente
ii) Reducción de descarga al continente (y zonas costeras)
reduciendo lagos, humedales, manantiales
Ejemplos de áreas afectadas
• Lago de Cuitzeo
• Lago de Patzcuaro
• Xochimilco (manantiales y lago)
• Humedales del Alto Lerma
• Manantiales de Aguascalientes
A) Impactos al AS por actividades en la parte externa del ambiente
ii) Reducción de descarga a zonas costeras afectando
ecosistemas marinos y potencial intrusión de agua salada
Litoral continental y perímetro de islas: 9,903 km
Superficie de plataforma continental: 431,051 km2
Laguna costera
Intrusión de agua de mar
A) impactos al AS por actividades en la parte externa del ambiente
iii) contaminación por agua negra y residuos sólidos
B) Impactos al ambiente por actividades en el agua subterránea
i) Incremento en la erosión resultado de la desaparición de
cubierta vegetal debido a la reducción del nivel freático
Xoxtla, Puebla,
México
B) Impactos al ambiente por actividades en el agua subterránea
ii) Ascenso del nivel freático debido a importación de agua
Profundidad al nivel freático
era de 70 m en los 1940´s,
hoy está arriba del suelo
El Valle del Mezquital
recibe de Ciudad de
México 40 m3/s de agua
residual sin tratamiento
B) Impactos al ambiente por actividades en el agua subterránea
iii) el descenso de carga hidráulica por extracción ineficiente
requiere de mayor gasto de energía para bombear (se extrae
agua con calidad no deseable para salud y agricultura)
B) Impactos al ambiente por actividades en el agua subterránea
iv) Hundimiento del suelo por extracción ineficiente de agua
subterránea
Sitios principales
con subsidencia
en México
Extracción,
m3/s
Velocidad de subsidencia = f (Extracción)
60
40
20
0
0
5
10
15
20
Velocidad de subsidencia, cm /año
Subsidencia por extracción de agua subterránea en zonas de descarga
Localidad
Efecto
Adicional
Velocidad
de subsidencia
(cm/año)
Número
de pozos
Extracción
(m3/s)
Aguascalientes, Ags.
Celaya, Gto.
Cerro Prieto, B.C.
Chalco, E.M.
León, Gto.
México City
Morelia, Mich.
Toluca, E.M.
Salamanca, Gto.
Queretaro, Qto.
movimiento de falla geológica
crecimiento de falla geológica, fracturas
crecimiento de falla geológica, fracturas
crecimiento de falla geológica, fracturas
consolidación
crecimiento de falla geológica, fracturas
crecimiento de falla geológica, fracturas
fracturas
fracturas en rocas volcánicas
crecimiento de falla geológica, fracturas
6
15
8
20
7
13.00
5
n.d.
6
n.d.
n.d.
n.d.
127
14
n.d.
6000*
n.d.
n.d.
1600
n.d.
0.24
n.d.
3.2
3.00
0.18
55.5
n.d.
12.1
n.d.
n.d.
25
Consolidación – es el proceso de compactación de un volumen de suelo debido
al cambio en el esfuerzo efectivo que se manifiesta como
pérdida del agua de saturación
Consolidación es causada por:
1) Reducción de presión de poro debida a extracción local
Esfuerzo total = Esfuerzo efectivo + Presión del fluido
(Freeze & Cherry, 1979)
2) Reemplazo de agua fría por caliente
Presión del fluido = f(Temperatura)
(Sierra
3) Construcción de infraestructura
sobre el suelo
4) Cambio en dirección del flujo de agua
subterránea (efecto de flujo regional)
5) Migración de agua de una unidad geológica
de la C
ruces)
(Sierra
Rio Fr
ío)
¿Es posible controlar la
subsidencia?
El caso de Xochimilco
Nivel freático a 70m de
profundidad
¿Es posible controlar la subsidencia?
K1, ne1, i1
K2, ne2, i2
Q = K*i*A
K1 < K2
ne1 < ne2
C
C
o
o
tr
trn
n
e
ld
0
2
0
2
S
0
4
0
4
a
e
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rc
tu
ls
0
6
0
)6
(%
lo
e
u
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h
h
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n
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m
m
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n
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0
8
0
1
0
1
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to
k,n
0
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9
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2
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1
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2
0
2
k
=
Q
*A
i
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k<
1
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2
e
e
3
k,n
s
)s
-1
)
-1
+
2
-4
E
.0
1
+
2
-4
E
.0
1
(m
lc
iru
h
d
a
(m
lc
iru
h
d
a
6
8
-2
E
.0
1
6
8
-2
E
.0
1
tiv
c
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d
n
o
C
tiv
c
u
d
n
o
C
4
6
8
-2
E
.0
1
4
6
8
-2
E
.0
1
0
0
Kns
K3, ne3, i3
Q = Kns*i*A
Kns Dependiente de
la saturation
Grado de Saturación del material
Periodo
1980’s
1990’s
2000
Velocidad de subsidencia
–0.49 a –0.25 m/año
–0.28 a –0.22 m/año
–0.18 y 0.02 m/año
Velocidad de subsidencia es
ahora reducida en Xochimilco
debido a las condiciones
presentes de no-saturación
B) Impactos al ambiente por actividades en el agua subterránea
v) Desaparición de ecosistemas por extracción excesiva
Xochimilco, Zumpango,
Apan, Tecocomulco,
Almoloya, entre otros
A MANERA DE CONCLUSIONES
GENERAL
El agua se mueve en tres dimensiones lo que obliga a entender su
funcionamiento dentro de las escalas local a regional
Es necesario entender al agua subterránea, como parte
fundamental del ambiente para evaluar satisfactoriamente la
problemática ambiental y definir soluciones integralmente viables
Al igual que con el agua superficial, es factible definir y controlar impactos
ambientales si se definen las condiciones de control del flujo subterráneo
PARTICULAR
Es apremiante aplicar el control de los flujos subterráneos a la calidad del
agua en términos de su funcionamiento en tiempo y espacio
La consolidación, es más activa en zonas de descarga y no guarda
relación con el caudal de extracción, en condiciones como en ciudad de
México, el abatimiento es positivo para su control.