I
SEMINARIO-TALLER. PROTECCIÓN DE ACUÍFEROS FRENTE A LA
CONTAMINACIÓN: METOLODOGÍA.
Toluca, México. 20-22 de Junio de 2001
VALIDACIÓN
DE MAPAS DE VULNERABILIDAD EN MEDIOS URBANOS
 Por: |
Alfredo Baez
Vazquez |
Instituto de
Geofísica - Universidad Nacional Autónoma del México
México D.F.
Telefono: 562 24 131
(México)
RESUMEN
Los mapas de vulnerabilidad acuífera, permiten
conocer que tan susceptibles son los sistemas acuíferos de
incorporar solutos provenientes de fuentes potenciales y
activas de contaminación localizadas en la superficie, lo
que originaría alteraciones en la calidad del agua
subterránea. 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 regionales.
La mejor manera de presentar la vulnerabilidad del
acuífero es en forma de mapas temáticos, que muestran como
varían espacialmente los diferentes grados de
vulnerabilidad, mediante isolíneas, que enmarcan áreas que
representan el valor de los tiempos de transito, los cuales
pueden ser “traducidos” como índices de
vulnerabilidad. Esto es de particular relevancia en el
municipio de León ya que las fuentes de abastecimiento del
agua de consumo humano en la ciudad de León en un 95%
provienen de aguas subterráneas. León además reúne
aproximadamente el 20% de la población Guanajuatense. Su
desarrollo industrial en la ultima década es importante.
En este estudio se muestran los mapas de
vulnerabilidad elaborados por la metodología del índice AVI
para la CEASG (Comisión de Agua y Saneamiento de
Guanajuato), en el área que cubren las fuentes de
abastecimiento de la ciudad de León. Con los datos de la
calidad del agua de los pozos administrados por SAPAL
(Sistema de Agua Potable y Alcantarillado de León), como son
cloruros, conductividad, sólidos disueltos totales y
nitratos se elaboraron los mapas de isoconcentraciones. Con
estos elementos se realiza un análisis, en secciones
definidas, de las tendencias de los parámetros, a efecto de
establecer una correlación fuente - contaminación acuífera
que valide los mapas de vulnerabilidad elaborados.
Se seleccionaron tres zonas, en donde se presentaban
máximos de vulnerabilidad AVI. Dos de ellas localizadas en
la mancha urbana de León. Se elaboraron perfiles AVI
transversales a las áreas vulnerables. Con la información
química se estructuraron también perfiles de
concentraciones. El análisis se complementó con la
incorporación de líneas de flujo preferencial y con la
correlación con fuentes localizadas en las zonas
vulnerables.
Los resultados muestran que en las zonas vulnerables
seleccionadas ya existe afectación a la calidad del agua
subterránea. El sistema fluvial Los Gómez – León.
–Turbio se comporta como una fuente lineal que incorpora
principalmente cloruros y SDT a los sistemas acuíferos
vulnerables.
Se realizó una descripción de las principales fuentes
potenciales de contaminación en el área que incluye los
principales solutos asociados a ellas.
ABSTRACT
The vulnerability maps allow knowing the
susceptibility of the aquifer systems to incorporate solutes
coming from potential and active sources. The migration of
solutes could provoke alterations of the groundwater quality.
The vulnerability zoning can be obtained by the AVI (Aquifer
Vulnerability Index). The knowledge of the vulnerability
status permit a reconsideration of the soil uses in an
integral way, preserving the water quality of the regional
aquifer systems.
One of the best ways to represent the vulnerability
is in thematic maps. The mapping shows how varies the
vulnerability. The areas represent the calculated transit
time that is translated as vulnerability.
The vulnerability zoning is of particular concern
for the Leon Municipality because the main urban water supply
is groundwater, 95 %. This urban area represents about the 20
% of the total inhabitants of the Guanajuato State. Leon is
also important due to the important industrial development of
the last 2 decades.
For this study the AVI vulnerability zoning obtained
for the CEASG was taken. The selected area cover the well
fields that supply water to Leon City. The water quality data
were provided by SAPAL, then local water institution. The
data were chlorides, electrical conductivity, TDS and
nitrates. Isoconcentration maps were elaborated. Some
profiles were selected. Tendency parameter analyses were done
to validate the obtained vulnerability maps. Correlations
between potential sources and aquifer contamination were
checked.
Three vulnerability maxim zones were chosen. Two of
them located in the urban area. On those areas AVI and
concentrations profiles were elaborated. This analysis was
complemented with the incorporation of preferential flow
lines and correlation with potential sources located over
such areas.
The results showed that in the chosen vulnerable
areas exist ground water quality alterations. Los Gomez
– León – Turbio River is acting as an active
linear source. It is incorporating to the vulnerable aquifer
chlorides and TDS.
A description of the main potential sources of
aquifer pollution in the study area was realized. It included
the more important solutes related to them.
INTRODUCCIÓN
El Sistema de Agua Potable y Alcantarillado de León
(SAPAL) es el organismo descentralizado de la administración
pública que tiene como misión “Servir a la población
urbana de León en sus necesidades de agua potable con la
cantidad, calidad y oportunidad requeridos; conducir
reciclar las aguas residuales y encausar las pluviales,
planear, desarrollar, mantener y operar la infraestructura
bajo principios ecológicos de productividad y eficiencia,
lograr el desarrollo integral de personas con alto grado de
responsabilidad, compromiso y garantizar su integridad
física, obtener los recursos económicos suficientes para
asegurar la prestación de nuestros servicios, a través de
una relación de intercambio entre ciudadanía, autoridades y
la institución”. De aquí resalta la importancia
que para el SAPAL tiene, el suministrar a los usuarios
un agua con la calidad establecida por la normatividad
vigente.
Las fuentes de abastecimiento empleadas por el SAPAL
en un 95% provienen de pozos profundos y el 5% restante
corresponde a una fuente de abastecimiento superficial, la
presa El Palote (Documento “León 2020, SAPAL”).
Por su ubicación son expuestos a diferentes fuentes de
contaminación. Cabe destacar que en la mancha urbana se
tiene una amplia y diversificada industria y empresas de
servicio cuyos residuos líquidos y sólidos constituyen una
fuente potencial de contaminación, por la inadecuada
disposición de los mismos. Se tienen pozos en la mancha
urbana que inyectan directamente a la red de distribución,
encontrándose también pozos en la zona rural de León, San
Francisco del Rincón y Purísima del Rincón agrupados por
baterías, en donde el agua se reúne y se conduce hasta
centros de almacenamiento y rebombeo para su distribución a
la comunidad leonesa.
En este sentido, el empleo de los mapas de
vulnerabilidad, constituye una herramienta importante en los
mecanismos a desarrollar a efecto de prevenir la
contaminación de las aguas subterráneas preservando y
garantizando la calidad del agua suministrada para el consumo
humano.
Los mapas de vulnerabilidad acuífera, permiten
conocer qué tan susceptibles son los sistemas acuíferos de
incorporar solutos provenientes de fuentes potenciales y
activas de contaminación localizadas en la superficie, lo
que originaría alteraciones en la calidad del agua
subterránea.
El conocimiento de la vulnerabilidad de un acuífero
se enmarca en el contexto de una adecuada administración del
agua subterránea, en donde la sustentabilidad significa una
limitación en la extracción a un valor menor al estimado de
recarga a largo plazo. Los aspectos de vulnerabilidad se
incorporan al tratar de garantizar no sólo cantidad sino
también calidad. Esto es de particular relevancia en el
municipio de León ya que reúne el 20% aproximadamente de la
población guanajuatense y el desarrollo industrial que ha
tenido en la ultima década destacando la industria
predominante, la curtidora.
DELIMITACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
La extensión y diversidad geográfica del
Territorio Nacional, dan como resultado una distribución
restrictiva e irregular del agua; restrictiva porque
aproximadamente la mitad norte del país, experimenta un
déficit constante de precipitaciones, mientras en el sur y
sureste, éstas son abundantes e irregulares porque los
niveles de concentración demográfica de los distintos
sectores económicos, no tienen un enfoque sustentable, ya
que por lo general, estas áreas favorecidas con mayor
disponibilidad o facilidad en el aprovechamiento de este
recurso, no cuentan con un armónico desarrollo económico.
El agua es un bien indispensable pero escaso, que
desigualmente repartido ha propiciado en México una
constante y creciente explotación hidráulica, muchas veces
en forma incontrolada e incluso perjudicial para la
recuperación del equilibrio del ciclo natural.
Guanajuato es uno de los estados más productivos
del país, ya que destaca en los primeros lugares dentro de
algunos renglones de la economía nacional, tales como la
industria minera, petroquímica, curtiduría, calzado,
agricultura, ganadería y turismo. La población total
del Estado, según datos del Conteo General de Población y
Vivienda 1995 (datos preliminares) es de 4’406,568
habitantes (INEGI 1998).
 |
|
 |
|
Figura 1a: Estado
de Guanajuato. |
|
Figura
1B: Localización
del área de estudio |
El área de estudio se encuentra delimitada dentro
de los puntos geográficos que se muestran:
Tabla 1: Delimitación del área de
estudio.
| Vértice |
Latitud Norte |
Latitud Este |
| A |
101º 56’19” |
21º 11’ 31” |
| B |
101º 33’ 12” |
21º 11’ 31” |
| C |
101º 33’ 12” |
20º 47’ 07” |
| D |
101º 56’ 19” |
20º 47’ 07” |
MAPA DE VULNERABILIDAD - AVI
Para la elaboración de los mapas de vulnerabilidad
se trabajó en la integración de la base de datos con la
localización georeferenciada, de los pozos que contaban con
información útil. Se utilizó la información del anexo del
estudio de Guysa (1998). Al recabar información, se
obtuvieron pozos sin coordenadas, los cuales se descartaron,
algunos pudieron ser localizados e incluidos en la
información para la elaboración de los mapas temáticos.
La información piezométrica seleccionada para el
área de León, fue la obtenida en el estudio de Guysa
(1998) que corresponde al comportamiento del nivel estático
de Noviembre de 1998. Información adicional, del mismo
periodo, fue recopilada del Sistema de Agua Potable y
Alcantarillado de León (SAPAL), sobre todo en aquellos
sitios en donde Guysa no reporta mediciones.
Para conocer la hidroestratigrafía de las áreas de
estudio, se obtuvieron cortes litológicos de pozos, algunos
de ellos de bases de datos proporcionadas por Guysa. Otros
cortes fueron recabados en los archivos de la CEAG y de
SAPAL. En la zona de estudio, deben de existir mas de 3,000
pozos en operación, la gran mayoría de ellos de uso
agrícola, de los cuales no fue posible obtener información.
Se consultaron también reportes de instituciones de
investigación y empresas consultoras que han desarrollado
proyectos en las áreas de estudio (Armienta y Rodríguez,
1992; BGS, 1996; Castelan y Villegas, 1996; Rodríguez et al,
1991).
Con los datos de los cortes estratigráficos,
conjuntamente con la información de modelos geofísicos
obtenidos por diferentes autores, principalmente de métodos
eléctricos y electromagnéticos (Guysa, 1998; Rodríguez et
al, op. cit.) y con información general sobre la Geología
de las zonas de estudio (Ariel, 1969; Ariel, 1982; GEOPSA,
1998; Martínez, 1986; Nieto, 1992; Quintero, 1986), se
conceptualizó la estratigrafía del área estudiada.
Figura 2: Estratigrafía del area estudiada.
Su análisis y discusión conjunta facilita el
manejo de los máximos y mínimos de vulnerabilidad
obtenidos. Cabe hacer notar que del estudio de vulnerabilidad
AVI, la mancha urbana de la ciudad de León, se encuentra
asentada en una zona de alta vulnerabilidad, con tiempos de
transito menores a 22 días, incluyendo una área de baja y
media, 45 a 30 días, al noroeste donde se ubica una zona
habitacional. El riesgo de contaminación acuífera, se
debe sobre todo por las redes de drenaje que conducen las
descargas de aguas residuales urbano-industriales, que se
encuentran en malas condiciones.
Para el desarrollo del presente estudio, se toma
como área de estudio la que comprende los pozos empleados
por SAPAL como fuente de abastecimiento. De aquí se toman
tres, una que se sitúa sobre la mancha urbana de la ciudad
de León Guanajuato y la otra localizada sobre el valle de
León con el análisis de cuatro cortes.
Figura 3: Area de Estudio.
METODOLOGÍA
Del trabajo desarrollado en la elaboración de los
mapas temáticos de vulnerabilidad en las zonas de
Silao-Guanajuato-Romita, Valle de León y Río Turbio, se
considera el área que ubica los pozos empleados como fuentes
de abastecimiento de León a través del SAPAL, para generar
el mapa de vulnerabilidad de Índice AVI. De esta área
se seleccionan tres zonas a efecto de trazar cuatro secciones
que permitirán el análisis de las tendencias y la
concordancia con el valor del índice AVI en cada punto de la
sección elegida. De la información proporcionada por
S.A.P.A.L. y correspondiente al año de 1999 se consideran
cuatro parámetros que aunados a los del índice AVI de la
zona sirven de base para la generación de graficas y mapas
para la realización del presente análisis. Los parámetros
son: cloruros, conductividad, sólidos disueltos totales y
nitrógeno de nitratos. Con los valores de los parámetros se
generan los mapas con las curvas de isoconcentración para
cada uno de ellos,
Se eligen tres áreas donde se tienen variaciones
en la vulnerabilidad y basándose en la información de la
calidad del agua de los pozos, se elaboran los mapas con las
curvas de isoconcentraciones para: sólidos disueltos
totales, conductividad, cloruros y nitrógeno de nitratos. Al
trazarse las secciones de estudio se obtienen valores que se
grafican a fin de analizar las tendencias. Los resultados se
analizan y discuten a efecto de observar la correlación con
el índice AVI. Se desarrolla una descripción de las
principales fuentes potenciales de contaminación para
concluir en una serie de recomendaciones para el
establecimiento de áreas de protección en los pozos.
Índice de vulnerabilidad AVI
El AVI es uno de los métodos más sencillos,
fáciles y rápidos de 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 = Sum [bi /
Ki] para las capas 1,2,3,...,i |
|
| |
|
|
Donde:
bi - es el espesor de
cada capa sobre el acuífero
Ki - es la conductividad
hidráulica de cada capa
c es la resistencia hidráulica
total (inverso de la conductividad hidráulica, tiene
dimensiones de 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.
A mayor resistencia hidráulica c,
menor vulnerabilidad.
Para construir el mapa de vulnerabilidad se
necesitan las coordenadas del pozo en cuestión y se utiliza
el log c para cada pozo; se interpolan los valores de
log c. Esto da como resultado una zonificación de
resistencias hidráulicas, las cuales están directamente
relacionadas con la vulnerabilidad.
Se muestra como ejemplo del calculo del índice de
vulnerabilidad AVI, el caso del pozo 30 ciudad del SAPAL.
Tabla 2: Ejemplo del calculo del índice
de vulnerabilidad AVI.
CONCLUSIONES
La validación de cuantificaciones de
vulnerabilidad, es un tema que esta resurgiendo a la luz de
las discusiones sobre la validación o no de modelaciones
matemáticas. La verificación de comportamientos de
vulnerabilidad en una zona puede realizarse de una manera
sencilla; si existen fuentes contaminantes activas sobre
zonas de vulnerabilidad alta, los solutos asociados a ellas
pueden encontrarse presentes en el flujo subterráneo.
En el presente estudio se tomaron las
cuantificaciones de vulnerabilidad AVI realizadas en el
estudio de la CEASG (Rodríguez et al, 1999). En zonas
vulnerables seleccionadas se analizó el comportamiento de
algunos solutos, principalmente cloruros y SDT y se
correlacionaron sus tendencias con la hidrodinámica local y
con fuentes contaminantes superficiales. Esto permitió la
validación de los mapas de vulnerabilidad elaborados. En los
siguientes párrafos se concluirá sobre cada una de las
zonas objeto de estudio, tomando como base los mapas y
graficas generados y mostradas en los anexos.
1.- Zona urbana 1
En la zona urbana 1 se tiene un corte según la
línea A-A’ que parte del sureste al noroeste (figura
A.11). En la grafica 7.1 se observa un incremento mas o menos
constante en la vulnerabilidad creciendo hacia el extremo
A’ y la tendencia de los contenidos de cloruros y la
conductividad van en sentido contrario, figuras 7.1 y 7.2,
por lo que es necesario considerar que hacia el extremo A del
perfil, es donde se localiza la zona de tenerías donde la
carga es mayor y además constante y aunque la zona no sea
tan vulnerable los contenidos van a ser mayores a los
esperados.
Ahora bien en el punto A’ los valores de
cloruros y conductividad tienden a disminuir debido a que en
esa zona no hay aportaciones de solutos y los flujos
incorporan aguas con menores contenidos de cloruros y
conductividad pues provienen de zonas de recarga donde no hay
incorporación de solutos y eso explica la disminuciones en
una zona mas vulnerable de estos elementos. El mismo
comportamiento se observa en los nitratos, figura 7.4, con
máximos relativos corridos hacia la parte donde están las
tenerías que aparentemente son las zonas menos vulnerables y
disminuyen con la misma tendencia de cloruros y conductividad
hacia la zona mas vulnerable por las aportaciones que se
tienen de flujos no contaminados de la zona de recarga de la
parte norte hacia el sur. Sí en esta zona A’ se
localizaran fuentes importantes de solutos seguramente las
tendencias también tenderían a crecer. Ver figura A.30.
Zona Urbana 2
El perfil se muestra en la figura A.20 con la
sección D-D’, tiene una dirección del noreste al
suroeste y se localiza sobre una zona habitacional y una zona
de industria seca en donde no se manifiestan fuentes
potenciales de contaminación con influencia directa sobre la
calidad del agua. La tendencia de la vulnerabilidad en este
perfil, figura 7.5, muestra un mínimo, máximo y mínimo,
figura A.23, observándose la máxima vulnerabilidad relativa
en el área que ocupa la zona industrial e influenciada por
el pozo 39 ciudad debida principalmente a las
características del sustrato. Los cloruros muestran una
tendencia similar a la de la vulnerabilidad, figura A.26, con
un desfasamiento hacia el suroeste y que es afectado por el
pozo 25 ciudad, que es afectado por la zona de riego con
aguas residuales y por el flujo preferencial que aporta agua
con menores contenidos de aquellos. La conductividad con una
tendencia similar a la de los cloruros, figura 7.6, también
es influenciada por el pozo 25 ciudad y con una aportación
adicional provocada por el pozo 8 ciudad y es afectado por la
dirección del flujo preferencial.
En los sólidos disueltos totales, figura 7.7, se
observa una tendencia de incremento con una pendiente
pequeña que es influenciada principalmente por el pozo 42
ciudad no siendo tan significativa. En relación a los
nitratos parte de mínimo a máximo, mínimo y máximo
con una tendencia similar a la conductividad siendo
influenciada en gran medida por el flujo preferencial que
viene del pozo 8 ciudad. Ver figura A.31.
Resumiendo podemos concluir que los cambios en la
calidad del agua subterránea son causados directa o
indirectamente por procesos naturales o por la actividad
humana, interviniendo también factores geoquímicos,
físicos e hidrogeológicos, que influyen en la
vulnerabilidad del acuífero. Cabe destacar que el método
mostrado constituye una herramienta que puede ayudar a
implementar medidas de prevención para la protección de las
fuentes de abastecimiento empleadas para consumo humano.
BIBLIOGRAFÍA
ALLER L.T., Bennet, J. H. Lehr, R. J. Petty, and G.
Hackett., DRASTIC; A Standard System for Evaluation
Grondwater Pollution using Hydrogeologic Setting,
Publicación EPA/600/2-85/081 US,1985.
ARIEL Construcciones, Estudio Geohidrológico
Formal en la zona del Valle de León y Río
Turbio, SARH Reporte Técnico, México, 1969.
ARMIENTA A., et. al., Identification of the main
sources of chromium pollution from varíous potential
sources. Groundwater in the Urban Environmental Problems,
Proceses and management, 1997,V. 1 pp. 365-370.
BGS, CNA, y SAPAL., Effects of wastewater reuse on
urban resources of Leon, Mexico BGS Technical Report
WD/95/64, 1996.
CIVITA M., Chiappone A. Falco
M. and Jarre P., Preparazione della carta di Vulnerabilita
per la rilocalizzazione de un impianto pozzzi
dell’acquedutto di Torino. Proceedings Ist. Conv. Naz. ,
Morano sol panero, 1990,V. 2 pp 461-452.
GUYSA., Estudio hidrogeológico y modelo
matemático del acuífero del Valle de
León, México, CEASG-APA-GTO-97-023.
1998.
INEGI., Estudio Hidrológico del Estado de
Guanajuato, 1998,192 pp,
JAROSLAV, Vrba and Alexander Zoporozec, Guidebook
on Mapping Groundwater Vulnerability. International
Assosiation of Hydrogeologists, Series Editorial Board, 1994,
Volume 16.
MARTÍNEZ, R. J., Geología
de la Sierra de Guanajuato. Proceedings Simposium de
Geología Regional de México, Instituto de Geología UNAM,
1986.
QUINTERO O.,. Geología de los alrededores de
Comanja de Corona, Edo. de Jalisco, Primer Simposio de
Geología Regional de México. Instituto de Geología, UNAM.
1986.
RAMOS L., J. A. y Rodríguez C., R.. Análisis de
la vulnerabilidad del sistema acuífero del Valle del Río
Turbio, Estado de Guanajuato, Proceedings 4º Latinoamerican
Congress of Ground Water, ALSHUD, Montevideo Uruguay. 1998
RODRÍGUEZ, Ramiro., et al., Estudio
Hidrogeoquímico y Modelación Matemática del Acuífero del
Río Turbio, para definir las acciones encaminadas a proteger
de contaminantes la fuente de abastecimiento de la Cd. de
León, Gto., Reporte Técnico, IGF-UNAM, CNA-SARH. México,
1991,140 pp.
RODRÍGUEZ , Ramiro. y Gutiérrez E., Inference of
aquifer hydraulic behavior from a groundwater pollution
process, Tracer Hydrology, 1997 , Pp. 197-201.
VAN STEMPVOORT, D., L., Ewert and L. Wassenaar.,
AVI: A method for Groundwater Protection mapping in the
Praire Province of Canada, PPWB Report No. 114, National
Hydrogeology Research Institute, Saskatoon
Saskatchewan, Canada, ,1995.
FIGURAS
Figura
4: Mapa
indice AVI con pozos
Figura 5: Zona Urbana 1
Figura 6: Zona Urbana 2 - Mapa avi con
fuentes potenciales y pozos
Figura 7: Zona Urbana 1 - Gráfica de
tendencias de solutos
Figura 8: Zona Urbana 2 - Gráfica de
tendencias de solutos
| Indice | Presentación | Contenidos
Didácticos | Investigación |
| Noticias | Sitemap | Master | Redes
de Control | Enlaces | Actualizaciones |
| Ponencias en
esta web | Bases de Datos | Foro | Punto
de Encuentro |
| Inicio Página | Volver a Tierra | I
Seminario-Taller |
Ultima actualización: 11 Abril
de 2004.©
Paginas elaboradas por J.
Martínez-Frías y F. López Lunar
Pagina actualizada y corregida por A.
Pelayo Martínez
HidroRed 