PAPEL DE LA GEOFISICA EN LA DETERMINACION DEL

PAPEL DE LA GEOFISICA EN LA DETERMINACION DEL FACTOR DE TRANSITO
ESTUDIO DE CASO
Bautista- Belmonte Aarón, Belmonte- Jiménez Salvador, Navarro - Mendoza Susana,
Sulik-Aragón Manuel, López - Garrido Pedro
*Cabildo Municipal de Juchitán de Zaragoza.
Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional
Instituto Politécnico Nacional – Unidad Oaxaca.
Hornos 1003, Sta. Cruz Xoxocotlán Oaxaca
Tel. 70400, 70610, FAX
[email protected]
RESUMEN
Se presenta la evaluación cuantitativa de un sitio propuesto por el municipio de Juchitán
de Zaragoza considerando los términos de la Norma Oficial Mexicana NOM-083-ECOL1996 que establece las características que debe reunir un sitio destinado a la disposición
final de residuos sólidos municipales. Realizando estudios hidrológicos, hidroquímicos,
edafológicos y, métodos geofísicos en dos niveles de alcance; que son técnicas que
aportan información sobre la existencia o no de un acuífero. Con los resultados obtenidos
se calculó el factor de tránsito y se aplicó el modelo de vulnerabilidad DRASTIC.
Correlacionando esta información se obtuvo el tiempo que tardaría un contaminante en
recorrer 5.5 m de la zona no saturada, antes de llegar al acuífero, el que presenta
características de acuitardo con zonas de baja, media y nula vulnerabilidad, determinando
en el sitio áreas con diferentes niveles para la disposición de residuos sólidos
municipales sin riesgo para la capa contenedora de agua.
INTRODUCCIÓN
No obstante los esfuerzos gubernamentales y sociales por mitigar los efectos de la
contaminación ambiental a través de la conscientización y educación, es necesario incidir
en aspectos clave como la prestación de servicios municipales tales como el suministro
de agua potable, la recolección y tratamiento de las aguas residuales y el manejo y la
disposición final de los residuos sólidos municipales y peligrosos a fin de alcanzar los
niveles de bienestar deseados para y por nuestras comunidades. Tal es el caso de
Juchitán de Zaragoza, comunidad zapoteca localizada en el Istmo de Tehuantepec en
donde al igual que un sin número de comunidades en nuestro país, la disposición final se
lleva a cabo en tiraderos a cielo abierto ubicados en diferentes puntos de la localidad con
los consecuentes problemas de contaminación. La característica que diferencia a esta
comunidad respecto al resto es su preocupación y la toma de acciones para proteger el
ambiente y todo lo que ello conlleva, por lo que solicitó al CIIDIR - OAXACA realizara los
estudios pertinentes con los cuales se conociera la potencialidad y seguridad del lugar
definido para disponer los residuos municipales de la comunidad citada; en donde fue
determinante la conjunción de diversas disciplinas y de manera imprescindible los
métodos geofísicos los cuales han sido frecuentemente utilizados en la exploración de
aguas subterráneas, y ahora con un potencial mayor al ser aplicados en la evaluación de
sitios para disposición de residuos sólidos municipales.
METODOLOGIA
La zona estudiada se localiza en Juchitán de Zaragoza cabecera municipal del municipio
y distrito del mismo nombre, en la Región del Istmo de Tehuantepec; sus coordenadas
geográficas son 16º 26' longitud norte y 95º 01' longitud oeste su altura sobre el nivel del
mar es de 30 metros fig.1 y 2. Hidrológicamente, se ubica en la región RH22.
El trabajo se realizó en cuatro etapas. Como fase inicial se hizo una evaluación preliminar
en la que predominan los recorridos de campo, poniendo especial atención en el uso de
suelo, áreas naturales protegidas, localización de infraestructura urbana, de servicios y
vías de comunicación. Esta etapa es muy importante pues es la misma quien define la
continuación o terminación de los trabajos.
En la segunda etapa y conjuntando información documental recopilada se evalúa
cualitativamente, ésta proporciona fundamentos para seleccionar equipos y materiales a
utilizar, así como la priorización de los trabajos de geofísica, hidrología y edafología. En
esta fase la evaluación respecto a las zonas de inundaciónes para lo cual se llevó a cabo
un análisis para verificar el potencial de la zona en estudio para un período de retorno de
10 – 100 años.
La evaluación cuantitativa se realiza siempre y cuando las anteriores cumplan los
términos generales de la norma. En este caso con el propósito de identificar las unidades
hidrogeológicas, su extensión y geometría, así como el tipo de acuífero, se inicio con el
estudio
geofísico que incluyó 6 sondeos eléctricos verticales y siete sondeos
electromagnéticos fig. 3. Para ello se emplearon los equipos EM-34 y BISON 2370 La
información aportada por los sondeos definió la ubicación y número de muestras de suelo
cuyo análisis en el laboratorio permitiera la caracterización elemental del subsuelo en la
zona no saturada, para ello se colectaron a dos metros de la superficie 12 muestras
alteradas fig. 4.y se les determinó el tipo de material, porosidad, capacidad de
intercambio cationico, pH y conductividad eléctrica.
Simultaneamente se realizaron pruebas de bombeo en dos pozos adyacentes para
determinar parámetros hidráulicos de las unidades hidrogeológicas, y la transmisibilidad,
correlacionándolas con las conductividades hidráulicas obtenidas del estudio de
geofísica.
Estos mismos pozos se muestrearon “in situ”
determinándose la conductividad
eléctrica, el pH, la temperatura y la concentración de sólidos disueltos totales como
indicadores de salinidad y/o contaminación. Asimismo, se tomaron muestras para
analizarse en laboratorio y determinar los componentes orgánicos e inorgánicos.
Modelo del acuífero. Los datos de los sondeos eléctricos verticales y electromagnéticos
se procesaron con Software Bobi y SEV´S (propiedad del CICESE )para la obtención de
los espesores que conforman el acuífero.
Evaluación del Potencial de Contaminación
Factor de tránsito.
A fin de evaluar el potencial de contaminación del sitio, se calculó el factor de tránsito a
partir de la siguiente expresión, tal como establece la Norma Oficial Mexicana
correspondiente:
f = K i/Ud.
donde: f = factor de tránsito (1/seg)
K= conductividad hidráulica en zona no saturada (m/s)
i = gradiente hidráulico (adimensional) = l/d
d= espesor de la zona no saturada (m)
U= porosidad efectiva (adimensional)
l = lámina de agua que se infiltrará (m)
El factor de tránsito está relacionado con la rapidez con la que un contaminante
llega de la superficie del terreno hasta la superficie del acuífero y la norma establece que
el tiempo mínimo debe ser de 100 años para el cual f presenta un valor de 3.0 x 10 –10
1/seg.
A VERACRUZ
CD. IXTEPEC
A CHIAPAS
N
ASUNCION
IXTALTEPEC
LA VENTOSA
ESPINAL
JUCHITAN DE
ZARAGOZA
A OAXACA
UNION
HIDALGO
TEHUANTEPEC
SANTA MARIA
XADANI
SALINA CRUZ
FIG. 1 LOCALIZACION DE JUCHITAN DE ZARAGOZA
FIG. 2 GEOLOGIA SUPERFICIAL DEL AREA EN DONDE SE
UBICA EL SITIO ESTUDIADO
Para calcularlo se hicieron las siguientes consideraciones que corresponden a las
condiciones más críticas obtenidas en los estudios realizados:
a)
b)
c)
d)
Que hay un acuífero libre
Que la profundidad de la zona no saturada es de 5.5 m
Que la conductividad hidráulica en la zona no saturada es de 2.6 x 10–8 m/s.
Que la porosidad efectiva tiene un valor del 30 %, no obstante que esta corresponde al
valor de la porosidad total, cuyo valor es mayor al de la efectiva, constituyendo esto un
factor de seguridad adicional.
e) Que la lámina de agua se considera la recarga neta anual después de un balance
hídrico en la zona, cuyo valor es de 0.07 m.
Modelo de Vulnerabilidad
En forma adicional a los requerimientos de la Norma Oficial Mexicana NOM-083-ECOL1996 que establece las condiciones que deben reunir los sitios destinados a la
disposición final de los residuos sólidos municipales, se aplicó para el caso de Juchitán
de Zaragoza, un modelo de vulnerabilidad que actualmente aplica el CIIDIR para evaluar el
riesgo de contaminación en el acuífero de Valles Centrales.
El modelo utilizado es conocido como DRASTIC y analiza diferentes elementos que
intervienen para hacer más o menos sensible un acuífero a ser contaminado, y considera
la profundidad del agua, la recarga neta, el medio del acuífero, el tipo de suelo, la
topografía, el impacto en la zona vadosa y la conductividad hidráulica; elementos cuyas
siglas en inglés dan el nombre del modelo, este modelo conjunta los resultados geofísicos,
hidrológicos y edafológicos realizados.
RESULTADOS Y ANALISIS
La evaluación preliminar arrojó los siguientes resultados.
a) está a más de 3000 m. del aeropuerto donde maniobran aviones de motor a
turbina.
b) está fuera del derecho de vía del ferrocarril.
c) está fuera del derecho de vía del camino secundario.
d) está fuera del derecho de vía de la línea de telégrafos.
e) no está dentro de un área natural protegida.
f) está alejado una distancia mayor de 1500 m. de la población a servir y de
cualquier población rural de hasta 2500 habitantes.
En cuanto a la cuantitativa:
a) Los resultados del análisis del potencial de la zona para un período de retorno
de 10 a 100 años indican que los escurrimientos potenciales generarían
láminas de lluvia que variarían entre 13 y 24 cm para el área tributaria
considerada. Aunque no existen elementos físicos que retengan los
escurrimientos en cualquier caso se requerirían de canales con 1.6 m2 de
sección hidráulica para conducirlos aguas abajo sin peligro de inundación.
b) Está fuera de zonas de pantanos, marismas o similares.
c) La distancia entre el sitio y los cuerpos de agua, es mayor a los 1000 m. y existe
área de amortiguamiento para conducir el agua generada por una lluvia con
periodo de 10 años.
d) Esta a más de 60 m de una falla activa.
e) Está fuera de zonas con taludes inestables que pudieran producir movimientos
de suelo.
f) Está fuera de zonas donde puedan existir asentamientos diferenciales que
provoquen fallas.
Evaluación cuantitativa
De acuerdo con los resultados de geofísica se establece en toda la zona una capa
superficial de baja permeabilidad representada por arenas y arcillas con un espesor casi
promedio de 1 m seguida por una capa de arcilla con arenas medianas, delgadas y
gruesas que varía de 1 a 20 m de profundidad; seguida por otra capa de arcillas y limos
que varía de 17 a 160 m. debajo de la cual se detectó arenisca porosa fig.5
De manera especial cabe mencionar que no se detecta la presencia de agua a reserva de
lo que parece trabajar como un acuitardo de baja capacidad con agua salobre y flujo de
norte a sur que bordea el perímetro del sitio seleccionado viniendo sobre el costado norte
y tomando el oriente hacia el mar. Dadas las características de las capas que subyacen
este almacenamiento, se considera que está semiconfinado.
Con base en esta estratigrafía se establece que los valores de porosidad en la zona no
saturada varia de 35 - 45 % y los de los de conductividad hidráulica entre 1.38 x 10-8 y
3.47 x 10 –8 m/s, mientras que en la zona saturada la conductividad hidráulica varia entre
1.15 x 10 –8 y 2.31 x 10–8 m/s.
Las pruebas de bombeo dieron valores muy bajos de transmisibilidad que oscilaron entre
1.9 y 3.0 m2/d ( 2.1 x 10-5 y 3.4 x 10-5 m2/s), así mismo muestran que el cono de
abatimiento es menor a 300 m y con ello que la distancia mínima entre pozo y el sitio debe
ser de 500 m.
Por otro lado, a partir de las conductividades hidráulicas obtenidas del estudio de
geofísica, y suponiendo el espesor de la zona no saturada como de 5.5 metros, se
obtienen valores de transmisibilidad de 7.59 x 10–8 y 19.0 x 10–8 m2/s.
Modelo del acuífero.
Con base en la información obtenida en los estudios realizados y de acuerdo a los
comentarios anteriores, se establece que en el sitio propuesto no existe un acuífero ya que
a profundidades mayores de 160 m no se detectó ninguna formación como tal. Sin
embargo, se detectó una capa que contiene agua con altas concentraciones de sal que
funciona como acuitardo y cuyo espejo se localiza entre los 6 y 28 m de profundidad, se
localiza en la periferia del sitio, al norte y oriente, y su potencial de flujo es de norte a sur
fig. 6
En cuanto a la zona no saturada, se tiene un espesor entre 6 y 28 metros con una litología
de arcilla-arena, con una porosidad representativa de 28%.
Los resultados obtenidos tanto en campo como en laboratorio, mostraron que la calidad
del agua en los pozos noria no solamente no es potable sino que no se considera no apta
para consumo humano fig. 7 y 8.
Por otra parte la textura del suelo y su porosidad lo clasifican como poco permeable y de
drenaje deficiente, en donde los valores de conductividad eléctrica reflejan su alto
contenido de sales disueltas. En especial, en cuanto a los valores de porosidad, más del
50% de las muestras analizadas presentan valores por arriba del 20 % fig. 9
Dada la alta capacidad de intercambio catiónico obtenida, se establece que el suelo tiene
un alto potencial de amortiguamiento a la contaminación vía el intercambio de cationes fig.
10
SEV2
Profundidad
0
0
1
4.5
S.elect 1
(RESISTIVIDAD3.5 - 15.5
S.elect 2
SEV4
O h m s-m)
0
1
2.5 - 5.0 O h m s - m )
5.5
ARCILLAS CON LIMOS Y ARENAS DELGADAS
17
20
SEV3
ARENA - ARCILLA
01
ARCILLAS CON ARENA DELGADA (RESISTIVIDAD
6
17.5
1
4.1
(RESISTIVIDAD
1.9
2
3 - 7 . 6 O h m s- m )
20
D
h
A
( RESISTIVIDAD 1 - 5.5
O h m s- m )
O
D
ARCILLAS CON LIMOS
I
N
S
A
T
S
I
V
I
60
43
m
- s
m
D
E
40
. )
2
7
28
R
E
S
81.5
(
A
R
E
80
95
100
105
120
140
150
A R E N I S C A P O R O S A
( R E S I S T I V I D A D D E 4 . 2 - 2 5 O h m s- m )
160
161
180
SEV (SONDEO ELECTRICO VERTICAL)
S . e l e c t. ( S O N D E O E L E C T R O M A G N E T I C O )
200
Nota:
La profundidad esta considerada a partir de la superficie del terreno.
Fig. 5 Sección Geoeléctrica
Fig. 6 Base del acuitardo
1819400
1819300
1819200
1
1819100
1819000 2
3
12
1818900
4
11
9
10
1818800
8
5
1818700
6
7
1818600
1818500
1818400
1818300
1818200
293400
293600
293800
294000
294200
FIG.No.
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA (milimhos/cm) EN
LA ZONA NO SATURADA, DEL SITIO EN ESTUDIO.
Fig. 7 Conductividad eléctrica en Milimhos/cm
del terreno estudiado
Fig. 9 Porciento de porosidad total
en el terreno estudiado
Fig. 8 Potencial Hidrógeno del terreno
estudiado
Fig.
Capacidad de Intercambio
Catiónico del terreno estudiado
Factor de tránsito.
Factor de tránsito. A partir de la información generada, se calculó que el tiempo una
partícula contaminante con una velocidad de 1.1 x 10 -9 m/s tardaría 158 años en
recorrer los 5.5 m de suelo supuesto, mayor de los 100 años establecidos por la norma.
Modelo de Vulnerabilidad
De los resultados obtenidos se puede observar que el modelo indica una zona de
vulnerabilidad baja conformada por los límites noreste y noroeste del sitio y una zona de
vulnerabilidad media ubicada al centro del límite noreste; indicando que el resto del sitio
no es vulnerable por ser impermeable.
De acuerdo con lo anterior, la zona marcada como de baja y media vulnerabilidad
coincide con la zona donde se localizó a través de geofísica, la capa que contiene agua
salobre fig. 11
Fig. 11 Vulnerabilidad del Acuífero a la contaminación potencial aplicando
el modelo DRASTIC
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La correlación de los resultados obtenidos en cada uno de los estudios con los términos
normativos se concluye que el sitio es apto para realizar la disposición final de los
residuos sólidos municipales generados en el municipio de Juchitán de Zaragoza.
No obstante lo anterior en la zona existen varios pozos noria que hacen que las
recomendaciones en cuanto a la distancia mínima a éstos no se cumpla por lo que se
considera que en este sentido el sitio no es apto.
Sin embargo, dadas las características de uso y calidad del agua de estas norias, se
considera que el sitio es apto siempre y cuando las norias identificadas como 1 y 2 sean
selladas de acuerdo con las recomendaciones establecidas en la Norma Oficial Mexicana
NOM-004-CNA-1996 que establece los requisitos para la protección de acuíferos durante
el mantenimiento y rehabilitación de pozos para la extracción de agua y para el cierre de
pozos en general.
En este caso, de acuerdo a la litologia observada , se recomienda empacar los pozos con
arcilla y arena delgada para luego sellarlos con bentonita y cemento; siguiendo los
procedimientos establecidos en la norma correspondiente.
A fin de minimizar los riesgos potenciales en la capa de agua detectada, se recomienda
que la ubicación del tiradero controlado o relleno sanitario dentro del sitio evaluado, se
realice de manera que los límites noroeste y noreste queden lo más alejados posible,
pudiéndose utilizar estas zonas como de amortiguamiento o bien para instalación de
estructuras complementarias como caseta de control o resguardo de la maquinaria
pesada.
Independientemente de los resultados obtenidos en esta evaluación, se recomienda que
en la etapa de diseño se considere la impermeabilización de la base del tiradero
aprovechando para ello las características del material de la zona.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
Aller, L., Beneth, T., Lee, H. Drastic Standardized System for Evaluating. Enviromental
Research Laboratory Office Research and Development. U.S.
Baver L.D., Gardner W. 1988. Física de suelos. Editorial Unión Topográfica. Primera
edición. México.
CAMPOS, A. 1992. Procesos del ciclo hidrológico. Universidad Autónoma de San Luis
Potosi
CEPEDA D. Juan. 1991. Química de Suelos. Editorial Trillas. Primera edición. México.
CHOW, V. 1980. Hidrológia Aplicada. Ed. Mc Graw Hill Book Company.
CHOZA, A. Estrategia de Protección para las Aguas Subterráneas en la Subcuenca
Oriental del Acuífero de Managua. Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales
(MARENA).
COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA.1997. Norma Oficial Mexicana NOM-004-CNA-1996,
Requisitos para la protección de acuíferos durante el mantenimiento y rehabilitación de
pozos de extracción de agua y para el cierre de pozos en general. Talleres Sobre Normas
Oficiales Mexicanas del Sector Hidráulico. Mexico.
CORAS M. 1987. Características y propiedades físicas del suelo en relación con el riego.
Editorial Gaceta. Primera edición. México.
CUSTODIO E. 1983. Hidrología subterránea. Editorial Omega. Segunda edición. España.
FREEZE, A. y CHERRY, J. 1986. Groundwater. Ed. Pretice Hall.
GAVANDE Sampat A., 1991. Física de suelos. Editorial Limusa. Primera edición. México.
GIBSON Urlic P. 1986. Manual de los pozos pequeños. Editorial Limusa. Primera edición.
México
JUDSON. Leet. 1986. Fundamentos de geología física. Editorial Limusa. Primera edición.
México.
KRININE D. , Judd W.R. 1975. Principios de geología y geotecnia para ingenieros.
Editorial Limusa. Cuarta edición. España.
LEON Arteta R. 1987. Nueva edafologia. Editorial gaceta. Primera edición. México
LEVINSON A. A. 1980. Introduction to exploration geochemistry. Applied publishing L.D.T..
Second edition. E.U.A.
LINSLEY, R., KHOLER, M. y PAULHUS J. 1977. Hidrología para Ingenieros.Ed. McGrawHill, Seg. Ed.Mexico.
MARGALEF Ramón. 1983. Limnologia. Editorial omega. Segunda edición. España
MASKEW G. Fair, GEYER J.C. 1989. Abastecimiento de aguas y remoción de aguas
residuales. Editorial Noriega. Primera edición. México
Mc Neill. 1980. Electrical Conductivity of solis and rocks. Tecnical note TN-5. Geonics
Limited. Canada.
ORELLANA, E. 1982. Prospección Geoeléctrica en Corriente Contínua. Ed. Paraninfo.
Seg. Ed.
PÉREZ, D. 1982. Hidráulica Subterránea. Ed. Científico-Técnica. Cd. De la Habana
Personal del laboratorio de sanidad de los EUA.1973. Suelos salinos y sódicos. L.A.
Richards editor. Editorial limusa. México
SCHWAB Glen, FREVERT R.k., E.T. 1990. Ingenieria de conservación de suelos y aguas.
Editorial Noriega. Primera edición. México.
Secretaría de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca. 1996. Norma Oficial
Mexicana NOM-083/ECOL-1996. Condiciones que deben reunir los sitios destinados a la
disposición final de los residuos sólidos municipales. Diario Oficial de la Federación.
Mexico.
Telford, W., Geldart,L. and Sherif, R. 1990. Applied Geophisics. Ed. Cambridge University
Press. Sec. Ed.