IV
SEMINARIO-TALLER. PROTECCIÓN DE ACUÍFEROS FRENTE A LA
CONTAMINACIÓN: PROTECCIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA
Lima,
Perú, Abril 2004
ALTERNATIVAS DE GESTIÓN SUSTENTABLE DE RECURSOS
HÍDRICOS EN UN ACUÍFERO SOMETIDO A SOBREEXPLOTACIÓN, CUENCA DE
LA INDEPENDENCIA, GUANAJUATO, MÉXICO
 Por: |
|
Garfias
J.(1)
Navarro de Leon, I.(2)
Mahlknecht
J.(3)
Llanos
H.(4) |
(1) Facultad de Ciencias de la Tierra,
Universidad Autónoma de Nuevo León, Nuevo León, México.
(2)
Facultad de
Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de México. Toluca,
México.
(3) Facultad de Ingeniería en Geomática e Hidráulica,
Universidad de Guanajuato, Guanajuato, México
(4) Dpto. de Geodinámica, Universidad del País Vasco.
Vitoria-Gasteiz.
(México)
RESUMEN
El agua subterránea constituye la principal
fuente de agua potable en el estado de Guanajuato, y por
consecuencia es uno de los que primeramente ha resentido los
efectos de la sobreexplotación, uno de los cuales es el
objetivo del presente estudio. En particular esta
investigación centra su atención en la Cuenca de la
Independencia (CI), la cual cubre una extensión de 6,840
Km2, donde se observan descensos en el nivel piezométrico
que van de 2 a 5 m/año. De particular interés del presente
estudio es proponer un esquema de manejo del agua
subterránea en la CI. La investigación involucra en primera
instancia el análisis de la información histórica.
En segundo término, el desarrollo de un
modelo conceptual del funcionamiento hidrogeológico, con
base en evidencias de campo bajo el concepto de flujo
regional del agua subterránea. Finalmente, la aplicación de
un modelo numérico que reproduzca las condiciones
estacionarias y transitorias, posibilitando reproducir los
descensos del nivel del agua subterránea por efecto del
bombeo y permita conocer la disponibilidad del agua
subterránea.
La dinámica de los sistemas de flujo indica
que el tiempo promedio de renovabilidad completa para el agua
subterránea en la CI es de aproximadamente 6,000 años, lo
que convierte al agua en un recursos vulnerable a su
agotamiento, con una renovabilidad muy limitada bajo las
condiciones semiáridas de la región. Adicionalmente, los
tiempos de tránsito promedio determinados en la CI son
compatibles con los obtenidos por el método de 14C en la
cuenca de Villa de Reyes, San Luis Potosí.
En general, la correspondencia de las zonas de
recarga y descarga con las manifestaciones descritas en el
modelo conceptual, confirma que el modelo de flujo es capaz
de reproducir las condiciones del régimen hidrogeológico
natural, con sus patrones de flujo subterráneo.
PALABRAS
CLAVE
Sobreexplotación,
sustentabilidad, acuífero, modelación, flujo regional,
México
INTRODUCCIÓN
La amenaza de una escasez de agua dulce es un
riesgo muy serio. Por un lado, los recursos no son infinitos,
sino por el contrario son frágiles y limitados. Por otro, el
consumo a escala planetaria es siete veces superior al de
principios de siglo, mientras que la población mundial sólo
se ha triplicado, por consiguiente, el aumento de la demanda
va unido al mejoramiento del estilo de vida determinado por
el desarrollo socioeconómico.
Es una evolución inquietante ya que, como es
de esperarse, el aumento del nivel general de vida debería
persistir. Este recurso colectivo escasea por la explotación
excesiva a que lo somete una humanidad numerosa, consumista y
contaminante. Las señales de alarma son diversas:
agotamiento de los mantos freáticas, desecamiento de lagos y
ríos, contaminación creciente, desertificación en aumento.
Esta escasez tiene un alto costo humano que se agrava:
desnutrición, enfermedades sanitarias, éxodo rural y
sobrepoblación urbana.
En vista de ello, el desarrollo sustentable
(duradero) y el uso de los recursos de aguas subterráneas
debe tener lugar en el amplio contexto de la gestión
integrada de los recursos de agua. Esto significa que “la
cantidad de agua subterránea que se puede extraer legalmente
de una cuenca hidrológica a largo plazo no debe causar
consecuencias severas de índole económica, social,
ecológica e hidrológica”. No obstante, lo anterior
constituye una definición rígida del uso sustentable y es
posible que existan circunstancias que justifiquen el bombeo
excesivo de un acuífero. No es posible asegurar que, en
todos los casos, el agua que entra al acuífero deba ser
igual a la cantidad que se extrae.
En diferentes regiones del mundo se han
documentado casos dramáticos de sobreexplotación del agua
subterránea similares al mostrado en el presente estudio
(Sophocleous, 2000). En particular, esta investigación
centra su atención en la Cuenca de la Independencia, la cual
cubre una extensión de 6,840 km2 y se localiza en la
porción nororiental del estado de Guanajuato. La
investigación involucra tres componentes principales.
Primero, el
análisis de la información histórica (que aporta un
contexto de soporte para el estudio y valiosos datos
físicos de la situación hidrogeológica regional), para
lo cual fueron recopilados y revisados reportes de
instancias gubernamentales y consultores.
En segundo
término, el desarrollo de un modelo conceptual del
funcionamiento hidrogeológico, con base en evidencias de
campo bajo el concepto de flujo regional del agua
subterránea.
Finalmente, la
aplicación de un modelo numérico que reproduce las
condiciones estacionarias y transitorias, los descensos
del nivel freático por efecto del bombeo y permite
conocer la disponibilidad del agua subterránea.
DESCRIPCIÓN
DE LA ZONA DE ESTUDIO
Guanajuato es el estado de la República
Mexicana que encabeza la lista con el mayor número de
acuíferos sobreexplotados, entre los que destaca el
acuífero de la CI. La CI cubre una extensión de 6,840 Km2 y
se localiza en la porción nororiental del Estado de
Guanajuato (Figura 1). El interior de la CI es una planicie
con una elevación que varía de 1,900 a 2,100 msnm, rodeada
por montañas que alcanzan los 3,300 msnm. La CI pertenece al
sistema hidrológico Lerma-Chapala y su límite nororiental
forma parte de la divisoria continental con la cuenca del
río Pánuco.
Figura 1: Localización de la Cuenca de
la Independencia en el estado de Guanajuato.
Es una cuenca con una altura mayor que los
sistemas acuíferos vecinos (acuíferos de Villa de Reyes,
León-Río Turbio, Guanajuato, Celaya y Querétaro), por lo
que la recarga de la cuenca queda limitada prácticamente a
lo que pueda captar de la precipitación directa sobre ella.
El clima es semi-árido con una precipitación pluvial
promedio anual de 600 mm en las montañas y de 400 mm en las
partes bajas.
Estas condiciones evitan que se formen
corrientes superficiales permanentes importantes, en la
época de lluvias el agua es captada mediante presas y bordos
para su aprovechamiento en uso agrícola, pecuario y
doméstico. Al igual que la mayor parte de la región, en la
cuenca se observan dos unidades hidrogeológicas. Un
acuífero fracturado consistente en todos los emplazamientos
volcánicos afectuados por esfuerzos extensivos y un
acuífero granular, compuesto por los sedimentos que
rellenaron la cuenca.
PROBLEMÁTICA
DEL AGUA SUBTERRÁNEA EN LA CUENCA DE LA INDEPENDENCIA (CI)
A partir de la información proporcionada por
los estudios previos en la región se reconstruyó la
historia de extracción del agua subterránea, dicha
información es presentada en la figura 2. El déficit en el
balance de agua subterránea no se ha dado de manera uniforme
en la cuenca, la recarga es menor en el noreste y la mayor
concentración de aprovechamientos ocurre en la porción
oriental de la misma.
Figura 2: Volumen anualmente extraído
durante los últimos 50 años en la CI. La tendencia
observada durante el período de 1970 al 2000 está
representada por la línea continua y la tendencia proyectada
es mostrada con línea punteada.
Como resultado de lo anterior, las primeras
evidencias de este déficit se presentaron en la región de
Laguna Seca en 1955 de acuerdo con el estudio de SRH (1970),
extendiéndose posteriormente a otras regiones. Esto
concuerda con la distribución de volúmenes extraídos y
tendencias históricas por región ilustradas en la figura 2,
donde las regiones de mayor explotación son: Laguna Seca,
Dolores Hidalgo, San José Iturbide - Doctor Mora y San
Miguel de Allende.
A pesar de que no se hace una diferenciación
explícita del uso de aprovechamientos en el estudio de SRH
(1970), es evidente que el sector de mayor demanda es el
agrícola (figura 2). En el año de 1981, el número de
aprovechamientos activos dedicados al riego agrícola y
actividades pecuarias era de 1,093; 12 pozos profundos
abastecían a las industrias establecidas en la cuenca y 59
estaban destinados al uso doméstico.
Para 1987 y 1992, las captaciones agrícolas
se incrementaron a 1,158 y 1,333, respectivamente; las
industriales pasaron a ser 14 y 16 en esos períodos; las de
uso doméstico/público fueron 76 y 109; las de uso
recreativo se incrementaron a 8 captaciones en ambos
períodos (CNA, 1999). En el 2000, existía un total de 1,837
captaciones para uso agrícola y pecuario, 17 para uso
industrial, 133 destinadas al abastecimiento doméstico y
público y 8 de tipo recreativo.
En general, el porcentaje promedio de
captaciones para los períodos se distribuye de la siguiente
manera: 92.08 % uso agrícola, 0.85 % uso industrial, 6.66 %
uso doméstico/público y 0.40 % para uso recreativo. No
obstante, se aprecia una ligera variación en el uso
doméstico/público en el 2000 con respecto a 1981, el
porcentaje para este rubro se ha incrementado de 4.77 % a
6.66 %, en respuesta al crecimiento poblacional y al aumento
en el porcentaje de cobertura del servicio de agua potable.
Desde la perforación de los primeros pozos a principios del
siglo XX, su numero ha venido incrementándose en forma
exponencial y actualmente existen más de 2,400 pozos en
operación. Este notable incremento en el numero de pozos ha
provocado descensos importantes en los niveles piezométricos
que van de 2 a 5 m por año.
METODOLOGÍA
Considerando la importancia que reviste la
extracción de agua subterránea en la CI como resultado de
la sobreexplotación de los recursos hídricos, en primera
instancia se procedió al análisis de la información
histórica, para lo cual fueron recopilados y revisados
reportes de instancias gubernamentales y consultores. En
segundo lugar, se desarrolló un modelo conceptual del
funcionamiento hidrogeológico, con base en evidencias de
campo bajo el concepto de flujo regional del agua
subterránea (Tóth, 1999).
Estas dos fuentes de información se
utilizaron para cuantificar los parámetros hidráulicos como
la conductividad hidráulica, coeficiente de almacenamiento y
transmisividad para el acuífero granular y el fracturado.
Finalmente, se utilizó un modelo de flujo que reproduce las
condiciones iniciales del acuífero, con la distribución
natural de las cargas hidráulicas.
El modelo aplicado en estado estacionario
asegura que los parámetros y la magnitud de la recarga sean
consistentes. Posteriormente, la modelación de flujo en
condiciones transitorias, permitió reproducir los descensos
del nivel del agua subterránea por efecto del bombeo,
conocer la disponibilidad del agua subterránea y determinar
los descensos piezométricos, considerando diferentes
escenarios de explotación y manejo.
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
La utilización de modelos matemáticos para
estudiar el régimen de las aguas subterráneas constituye un
modo eficaz de determinar la disponibilidad de los mismos con
arreglo a distintas modalidades de utilización (Anderson y
Woessner, 1992; El-Kadi, 1995; Bredehoeft, 2002). En tal
sentido, el dominio del modelo comprende completamente la
planicie y se extiende al pie de las montañas que la rodean,
es decir, el acuífero granular y parte del acuífero
fracturado. Verticalmente, el dominio ha sido establecido
desde la superficie del terreno hasta una profundidad de 700
m con base en información geológica directa a partir de
perforaciones.
En general, la correspondencia de las zonas de
recarga y descarga con las manifestaciones descritas en el
modelo conceptual, confirman que el modelo numérico es capaz
de reproducir las condiciones del régimen hidrogeológico
natural con sus patrones de flujo subterráneo.
La configuración de la carga hidráulica
simulada por el modelo muestra un patrón de flujo similar a
las direcciones del drenaje superficial. Los mayores
gradientes hidráulicos se presentan al pie de las montañas,
en los bordes del modelo, lo que en cierto modo explica la
abundancia de descargas de aguas subterráneas (manantiales),
al intersectar el nivel potenciométrico con el topográfico.
Entre el valle central y Laguna Seca, en su
porción septentrional, se presenta una pequeña divisoria de
aguas subterráneas, que provoca gradientes hidráulicos
inversos a la dirección general de flujo, esto confirma la
existencia de sistemas de flujo local. La reducción del
espesor del acuífero granular juega un papel determinante en
el cambio de las direcciones de flujo, pues parte del sistema
profundo (intermedio y regional) asciende y descarga en una
zona que inicia en la región central y continua hasta la
salida de la cuenca.
Figura 3: Trayectorias de partículas
conservativas obtenidas mediante el trazado inverso. Los
indicadores sobre las líneas de trazado corresponden a 1,000
años de tránsito.
La dinámica de los sistemas de flujo indica
que el tiempo promedio de renovabilidad completa para el agua
subterránea en la CI es de aproximadamente 6,000 años, lo
que convierte al agua en un recurso vulnerable a su
agotamiento, con una renovabilidad muy limitada bajo las
condiciones semiáridas de la región. Los resultados
obtenidos mediante el trazado inverso de partículas
conservativas colocadas en el acuífero granular, muy cerca
de la superficie a lo largo del río Laja y en la zona de
descarga indican que los recorridos más largos del agua
subterránea tardarían alrededor de 13,000 años.
Los tiempos de residencia promedio obtenidos
con el modelo de flujo concuerdan con las edades obtenidas
con 14C por Mahlknecht (comunicación personal). Asimismo,
las edades del agua subterránea en la CI son similares a las
determinadas en la cuenca vecina de Villa de Reyes, San Luis
Potosí donde los tiempos de residencia del agua en el
acuífero profundo oscilan en el rango de 3,600 a 16,000
años (Carrillo-Rivera et al., 1992). Las mayores
discrepancias entre los niveles calculados y observados
comúnmente se presentan en los pozos de observación
ubicados en el borde del acuífero granular, donde las
interferencias con el acuífero fracturado y las condiciones
de frontera tienen mayor efecto.
El análisis detallado de la evolución de la
explotación y disponibilidad del recurso en condiciones
transitorias, revela que los volúmenes extraídos se han
hecho principalmente a expensas del almacenamiento de los
acuíferos. Tomando en cuenta la complejidad del modelo, las
dimensiones de la región de estudio, el intervalo de tiempo
analizado y la cantidad de aprovechamientos simulados, los
resultados se consideran aceptables para los propósitos del
presente trabajo.
CONCLUSIONES
Como
conclusión general cabe señalar que los resultados
obtenidos mediante la utilización de un modelo de flujo para
estudiar el régimen de las aguas subterráneas son, en
cierto modo, satisfactorios y apoyan la validez de los
métodos de análisis. De todo ello se puede concluir que las
condiciones climáticas semiáridas, la limitada
renovabilidad del recurso hidráulico y las bajas tasas de
recarga hacen de la CI un sistema de frágil equilibrio.
El
equilibrio entre las aportaciones y las descargas de agua
subterránea se mantuvo hasta la década de los 50’s,
cuando comenzaron a observarse los primeros abatimientos
importantes en el valle de Laguna Seca. Esta situación ha
ido mermando la capacidad de almacenamiento del acuífero,
impulsando a que se adopten medidas apropiadas para
garantizar la continuidad de los sistemas hidrológicos
actuales y las actividades humanas que dependen de ellas.
Con
base en el conocimiento de las características
hidrogeológicas e hidrodinámicas del acuífero, se espera
que esta investigación sea un catalizador para la acción de
personas y organizaciones que están en condiciones de
contribuir a la solución de problemas vinculados al agua. Al
mismo tiempo será preciso hacer hincapié en estrategias de
gestión que provean recursos hídricos duraderos en la CI y
cuencas aledañas, así como una distribución equitativa de
esos recursos entre los habitantes.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
Anderson, M.P. y
Woessner, W.W. (1992). Applied groundwater modeling.
1st Edition, Academic Press, San Diego, CA, USA,
381 p.
Bredehoeft, J.D. (2002).
The water budget myth revisited: Why hydrogeologist model.
Ground Water, v. 40, n. 4, p. 340-345.
Carrillo-Rivera, J.J., Clark,
I.D. y Fritz, P. (1992). Investigating recharge
of shallow and paleogroundwaters in the Villa de Reyes basin,
SLP, México, with environmental isotopes. Applied
Hydrogeology, v. 4, p. 35-48.
CNA (Comisión Nacional del
Agua) (1992). Diagnóstico de las condiciones
geohidrológicas actuales y de las alternativas de operación
del acuífero de la Cuenca Alta del Río Laja, Estado de
Guanajuato. Estudio realizado por Consultores en
Geología, S.A. de C.V., México, D-F. 108 p. + anexos.
El-Kadi, A.L. (1995).
Groundwater models for resources análisis and management.
1st Edition, CRC Press Inc., Boca Ratón, FL, USA,
367 p.
Sophocleous, M. (2000).
From safe yield to sustainable development of water
resources: the Kansas nexperience. Journal of
Hydrology, Vol. 235:27-43.
SRH (Secretaría de Recursos
Hidráulicos) (1970). Estudio Geohidrológico de
la cuenca grande del Río Laja, Guanajuato. Realizado
por la Empresa Hidrotec S.A. para la Dirección General de
Estudios de la Secretaría de Recursos Hidráulicos, bajo el
contrato EI-71-35, clave no. AS-95, México, D.F., 213 p.
Tóth, J. (1999). Groundwater
as a geologic agent: An overview of the causes,
processes, and manifestations. Hydrogeology
Journal, v. 7, n. 1, p. 1-14.
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