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ANALISIS DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
SUBTERRÁNEAS, POR EL VERTIMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN
DIFERENTES UNIDADES CARTOGRAFICAS DE SUELOS – CASO DE ESTUDIO
VEREDA IGUACITOS (MUNICIPIO DE LERIDA) Y BUENAVISTA (MUNICIPIO DE
VENADILLO) EN EL DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
NELSON ENRIQUE. BAUTISTA PARRA COD. 560187
JORGE ALBERTO SANABRIA MORALES COD. 560184
IRAIDYS SIERRA GARZON COD. 560200
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS
BOGOTÁ D.C – 2014
ANALISIS DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS
SUBTERRÁNEAS, COMO CONSECUENCIA DEL VERTIMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES EN DIFERENTES UNIDADES CARTOGRAFICAS DE SUELOS – CASO
DE ESTUDIO VEREDA IGUACITOS (MUNICIPIO DE LERIDA) Y BUENAVISTA
(MUNICIPIO DE VANADILLO) EN EL DEPARTAMENTO DEL TOLIMA
NELSON ENRIQUE BAUTISTA PARRA COD. 560187
JORGE ALBERTO SANABRIA MORALES COD. 560184
IRAIDYS SIERRA GARZON COD. 560200
Trabajo de grado para obtener el título de especialista en Recursos Hídricos.
ASESOR: ALEX MAURICIO GONZALEZ
INGENIERO CIVIL, MSC.
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS
BOGOTÁ D.C – 2014
Nota de aceptación
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________
Presidente del Jurado
______________________________________
Jurado
______________________________________
Jurado
Bogotá D.C., noviembre de 2014.
Dedicatoria
A nuestras familias por su incondicional apoyo durante este y demás retos importantes en
nuestras vidas.
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................................. 12
1 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO ............................................................................... 13
1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................................................. 13
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................................................... 13
1.2.1 Pregunta de investigación ................................................................................................................................ 14
1.3 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................................. 14
1.4 OBJETIVOS ........................................................................................................................................................ 16
1.4.1 Objetivo general ............................................................................................................................................... 16
1.4.2 Objetivos específicos ........................................................................................................................................ 16
2 MARCOS DE REFERENCIA ................................................................................................................ 17
2.1 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................................................................................ 17
2.1.1 Unidades Cartográficas de suelos .................................................................................................................... 17
2.1.2 Propiedades físicas y químicas de los suelos ................................................................................................... 18
2.1.3 Aguas residuales .............................................................................................................................................. 19
2.1.4 Aguas Subterráneas .......................................................................................................................................... 22
2.2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................................... 23
2.2.1 Herramientas de simulación............................................................................................................................. 24
2.3 MARCO JURÍDICO .............................................................................................................................................. 26
2.4 MARCO GEOGRÁFICO ........................................................................................................................................ 26
3 METODOLOGÍA .................................................................................................................................... 29
3.1 CARACTERIZACION DEL AREA DE ESTUDIO ....................................................................................................... 29
3.2 CARACTERIZACION DE LAS UNIDADES CARTOGRAFICAS DE SUELOS .................................................................. 30
3.3 CARACTERIZACION DE LOS VERTIMIENTOS TIPO .............................................................................. 30
3.4 MODELACIÓN EN HYDRUS 1D ............................................................................................................................ 30
3.5 INSTRUMENTOS O HERRAMIENTAS UTILIZADAS................................................................................................. 34
4 CARACTERIZACION AMBIENTAL DEL AREA DE ESTUDIO ...................................................... 35
4.1 CLIMATOLOGÍA ................................................................................................................................................. 35
4.2 GEOLOGÍA LOCAL ............................................................................................................................................. 37
4.2.1 Abanicos Antiguos – Cono Aluvial de Lérida y/o Abanico de Lérida- (Qca) ................................................... 37
4.3 HIDROGEOLOGÍA ............................................................................................................................................... 38
5 CARACTERIZACION DE LAS UNIDADES CARTOGRAFICAS DE SUELO .................................. 40
5.1 UNIDAD PWFB1 (PUNTO DE CARACTERIZACION NUMERO 1) .................................................................. 40
5.1.1 Análisis Físico-Químicos ................................................................................................................................. 42
5.2 UNIDAD DE SUELO LWAD3 (PUNTO DE CARACTERIZACION 2)................................................................. 44
5.2.1 Análisis Físico-Químicos ................................................................................................................................. 46
6 CARACTERIZACION DE LOS VERTIMIENTOS TIPO .................................................................... 49
7 MODELACIÓN HYDRUS 1D ................................................................................................................ 53
7.1 UNIDAD PWFB1 (PUNTO DE CARACTERIZACION NUMERO 1) .................................................................. 53
7.1.1 CONCENTRACIÓN DE SOLUTOS EN LA UNIDAD PWFB1 ........................................................................ 54
7.2 UNIDAD DE SUELO LWAD3 (PUNTO DE CARACTERIZACION 2)................................................................. 57
7.2.1 CONCENTRACIÓN DE SOLUTOS EN LA UNIDAD LWAd3 ........................................................................ 57
8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................................... 60
9 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................... 62
ANEXOS ............................................................................................................................................................ 64
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. DIAGRAMA DE PRODUCCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS .................................................................. 23
FIGURA 2. LOCALIZACIÓN GENERAL DEL ÁREA DE ESTUDIO .................................................................................... 28
FIGURA 3. ESQUEMA METODOLOGICO. .................................................................................................................... 29
FIGURA 4. GEOMETRY INFORMATION. ..................................................................................................................... 31
FIGURA 5. TIME INFORMATION. ............................................................................................................................... 31
FIGURA 6. WATER FLOW PARAMETERS. ................................................................................................................... 32
FIGURA 7. TIME VARIABLE BOUNDARY CONDITIONS. .............................................................................................. 33
FIGURA 8. PERFIL DEL SUELO Y PUNTOS DE OBSERVACIÓN. .................................................................................... 34
FIGURA 9. INFILTRACIÓN POTENCIAL EN SUPERFICIE DE LA UNIDAD PWFB1 ........................................................... 53
FIGURA 10. CURVAS DE TRANSPORTE DE NITRATOS (NO3) EN UNIDAD PWFB1 .......................................................... 54
FIGURA 11. CURVAS DE TRANSPORTE DE AMONIACO (NH3) EN UNIDAD PWFB1 ........................................................ 55
FIGURA 12. CURVAS DE TRANSPORTE DE SULFATO (SO4-) Y CLORUROS (CL-) EN UNIDAD PWFB1 ............................. 56
FIGURA 13. INFILTRACION POTENCIAL EN SUPERFICIE DE LA UNIDAD LWAD3........................................................... 57
FIGURA 14. CURVAS DE TRANSPORTE DE NITRATOS (NO3) EN UNIDAD LWAD3 ......................................................... 58
FIGURA 15. CURVAS DE TRANSPORTE DE AMONIACO (NH3) EN UNIDAD LWAD3 ....................................................... 58
FIGURA 16. CURVAS DE TRANSPORTE DE SULFATO (SO4-) Y CLORUROS (CL-) EN UNIDAD LWAD3 ............................ 59
LISTA DE TABLAS
TABLA 1 NOMENCLATURA PARA UNIDADES CARTOGRÁFICAS DE SUELO ................................................................... 18
TABLA 2 LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO ........................................................................................................ 27
TABLA 3 LOCALIZACIÓN ESTACIÓN VENADILLO Y ESTACIÓN ARMERO ...................................................................... 35
TABLA 4 CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO ............................................................................... 36
TABLA 5 REGISTROS MULTIANUALES DE PRECIPITACIÓN DIARIA .............................................................................. 36
TABLA 6 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD HIDROGEOLÓGICA ......................................................................................... 39
TABLA 7 CLASIFICACIÓN DE SUELOS UNIDAD PWFB1 ................................................................................................ 40
TABLA 8 DESCRIPCIÓN DEL PERFIL DE SUELO UNIDAD PWFB1 ................................................................................... 41
TABLA 9 RESULTADOS DE DETERMINACIONES QUÍMICAS DEL PERFIL DE SUELO PRESENTE EN PUNTO NÚMERO 1 .... 42
TABLA 10 CRITERIOS DE CALIDAD DE LOS SEDIMENTOS, LÍMITES ESTABLECIDOS POR EPA ........................................ 44
TABLA 11 CLASIFICACIÓN DE LA UNIDAD DE SUELOS LWAD3 .................................................................................... 44
TABLA 12 DESCRIPCIÓN DEL PERFIL DE SUELO PARA EL PUNTO NÚMERO 2 ................................................................ 45
TABLA 13 RESULTADOS DE DETERMINACIONES QUÍMICAS DEL PERFIL DE SUELO PRESENTE EN PUNTO NÚMERO 2 .... 47
TABLA 14 CARACTERIZACIÓN DE LOS VERTIMIENTOS TIPO A MODELAR .................................................................... 49
10
RESUMEN
Este proyecto tiene como fin analizar la susceptibilidad a la contaminación de las aguas
subterráneas en diferentes unidades cartográficas de suelos, debido al vertimiento de aguas
residuales que cumplen con unos parámetros mínimos de calidad del vertimiento, establecidos en
el Decreto 1594 de 1984 respecto a la destinación del recurso hídrico en usos para consumo
humano, doméstico y agrícola.
El estudio se desarrolla sobre las unidades de suelo PWFb1 y LWAd3 ubicadas en los
municipios de Lérida y Venadillo respectivamente, en el departamento del Tolima. Para ello se
contó con unos análisis de laboratorio que establecen las propiedades físico químicas del suelo,
además de las características climáticas de la zona de estudio a partir de registros históricos de
las estaciones meteorológicas Armero Granja y Venadillo, así como la concentración permitida
para los solutos correspondientes a Amoniaco, Cloruros, Nitratos y Sulfatos, establecidos en el
Artículo 38 del Decreto 1594 de 1984.
A partir de esta información se desarrolló una modelación de flujo del agua a través de la
zona no saturada, para las unidades cartográficas de suelo mencionadas anteriormente, haciendo
uso del programa de modelación numérica HYDRUS 1D, que permite estimar la concentración
de los solutos a través del tiempo e identificar la posible profundidad que alcanzarían dichos
solutos en el suelo y a partir de este único criterio finalmente evaluar la susceptibilidad a la
contaminación de aguas subterráneas para las diferentes unidades de suelo.
Producto de este estudio, se pudo determinar que la unidad LWAd3 por sus
características fisicoquímicas es un mejor filtro para el acuífero libre ya que demora más el
transporte de los solutos contaminantes por el perfil del suelo y hace menos susceptibles las
aguas subterráneas estabilizando los niveles de concentración con el paso del tiempo.
Palabras clave: susceptibilidad, contaminación, aguas subterráneas, unidades
cartográficas de suelos, vertimiento.
11
ABSTRACT
The objective of this project is to analyze the susceptibility with groundwater
contamination in different soil mapping units, which is due to dumping of wastewater that meet
minimum quality parameters shedding and which are established in Decree 1594 of 1984,
regarding the destination of water resources in applications for human, domestic and agricultural
consumption.
The study is developed on the soil units LWAd3 and PWFb1, located in the
municipalities of Lérida and Venadillo respectively, in the department of Tolima. For this it was
necessary to have a lab test that establishes the physical and chemical properties of soil, plus the
climatic characteristics of the study area from historical records Weather Stations Armero Farm
and Venadillo and the allowable concentration for solutes corresponding to Ammonia, Chloride,
Nitrate and Sulfate, established in Article 38 of Decree 1594 of 1984.
On the basis of this information, a water flow modeling was developed through the unsaturated
zone to the soil mapping units mentioned above, using the program HYDRUS 1D numerical
modeling, which allows to estimate the concentration of solutes over time and identify possible
depth that could achieve these solutes in the soil and from this single criterion finally evaluate
the susceptibility to groundwater contamination for different soil units.
As a result of this study, it was determined that the LWAd3 unit is a better filter for the
unconfined aquifer due to their physicochemical characteristics as this takes longer transport of
pollutants solutes through the soil profile and which makes groundwater are less susceptible
stabilizing concentration levels over time.
Keywords: susceptibility, water pollution, groundwater, soil mapping units, shedding.
12
INTRODUCCIÓN
El vertimiento en suelos, es una de las alternativas más utilizadas para la disposición de
aguas residuales en áreas rurales que no cuentan con infraestructura de alcantarillado ni
tratamiento de aguas residuales; sin embargo, para poder realizar vertimientos de manera legal,
tal y como lo establece la legislación colombiana, se debe tramitar un permiso de vertimientos,
en los términos establecidos por el Decreto 3930 de 2010 en su Capítulo VII.
Uno de los requisitos que debe cumplir el vertimiento, está relacionado con la calidad de
las aguas residuales a verter; es decir la concentración de contaminantes máxima permitida
conforme el uso final del recurso; los cuales son definidos mediante el Decreto 3930 de 2010 y el
Decreto 1594 de 1984; bajo estas concentraciones, se asume que no existen mayores riesgos de
contaminación del recurso hídrico, que comprometan el uso final del mismo.
El suelo como cuerpo receptor, actúa como un filtro entre la superficie y el subsuelo; sin
embargo la variación de las propiedades físicoquímicas de las diferentes unidades cartográficas
de suelos, pueden inferir sobre la capacidad de dilución de los contaminantes; para ello, se
requirió de una caracterización físicoquímica de los perfiles de las unidades de suelo, un análisis
de los parámetros climatológicos del área, además del uso del programa Hydrus 1D, como
herramienta de simulación de la dispersión de solutos a través de la zona no saturada del suelo;
para posteriormente a partir de la descripción de las características geológicas e hidrogeológicas
del área de estudio y analizar la susceptibilidad a la contaminación de las aguas subterráneas,
como consecuencia del vertimiento de aguas residuales en diferentes unidades cartográficas de
suelo.
Producto de este estudio, se pudo determinar que la unidad LWAd3 por sus
características fisicoquímicas es un mejor filtro para el acuífero libre ya que demora más el
transporte de los solutos contaminantes por el perfil del suelo y hace menos susceptibles las
aguas subterráneas estabilizando los niveles de concentración con el paso del tiempo.
13
1 GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO
1.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
El presente trabajo de grado corresponde a la línea de investigación de Saneamiento
básico ya que trata temas relacionados con vertimiento de aguas residuales y la susceptibilidad a
la contaminación de las aguas subterráneas.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La legislación Colombiana mediante el Decreto 3930 de 2010, reglamenta los usos del
agua y los residuos líquidos y establece en su Capítulo VII el procedimiento y requisitos para la
obtención de los permisos de vertimiento, el cual debe ser tramitado por los generadores de
vertimientos a cuerpos de agua o al suelo que desarrollen actividades industriales, comerciales,
de servicios y provenientes de conjuntos residenciales.
Una de las alternativas más frecuentes para el vertimiento de aguas residuales,
corresponde a la disposición sobre suelos mediante campos de aspersión o ZODAR (zona de
disposición de aguas residuales), previo tratamiento de las aguas a verter y cumpliendo unos
parámetros mínimos de calidad, según el uso final del recurso hídrico y que se definen en el
Decreto 1594 de 1984.
Sin embargo, dichos vertimientos pueden llegar a alterar las características físicoquímicas
del suelo como cuerpo receptor; así como de las aguas superficiales y subterráneas mediante
procesos de filtración y escorrentía. Es así que para determinar la susceptibilidad de las aguas
subterráneas a la contaminación, es necesario evaluar tanto la concentración de contaminantes
del vertimiento, como la variabilidad de parámetros fisicoquímicos de las diferentes unidades
cartográficas de suelos, la topografía del área y su climatología entre otros.
Aunque el movimiento de un fluido puede tardar días o décadas a través del suelo, es
posible que ciertos contaminantes del vertimiento, puedan alcanzar la zona saturada del suelo y
14
poner en riesgo la calidad de las aguas subterráneas; las cuales se constituyen en una reserva
importante para el país como fuente principal de abastecimiento para el consumo humano y el
desarrollo económico de las regiones.
1.2.1 Pregunta de investigación
¿Es posible que la disposición de aguas residuales sobre diferentes unidades cartográficas
de suelo, pueda llegar a contaminar las aguas subterráneas?
1.3 JUSTIFICACIÓN
Colombia, por su localización geográfica y regímenes de precipitación, es considerado
como uno de los países con mayor oferta hídrica a nivel mundial; sin embargo la oferta hídrica
natural no se distribuye homogéneamente y existen necesidades hídricas insatisfechas en algunas
regiones; lo cual sumado a un creciente número de impactos de origen antrópico sobre el recurso
hídrico, deriva en que la disponibilidad del recurso sea cada vez menor. (Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010).
Tradicionalmente el agua superficial ha sido la principal fuente de abastecimiento; sin
embargo la mayor parte de los recursos hídricos utilizables en el planeta se encuentran en el
subsuelo y Colombia presenta similares condiciones con un gran potencial de aguas
subterráneas, donde aproximadamente el 75% del territorio cuenta con condiciones favorables
para el almacenamiento de aguas subterráneas (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo
Territorial, 2010); sin embargo “el aprovechamiento de las aguas subterráneas en la mayor parte
del territorio colombiano, es todavía muy incipiente, entre otras cosas, por desconocimiento del
potencial de tales recursos, tano a nivel regional como local” (IDEAM, 2010, pág. 112).
Para acotar dicha oferta al área de interés del presente proyecto, es pertinente relacionar
el convenio interinstitucional realizado entre INGEOMINAS y CORTOLIMA en el año de 1990,
el cual consistió en estimar la oferta del recurso hídrico subterráneo en la zona Norte del
departamento del Tolima y comprendió el área ubicada entre el río Guarinó al Norte y el río
15
Venadillo al sur y entre la falla de mulato y el río Magdalena al oriente, donde se encuentran
rocas sedimentarias del terciario superior y cuaternario, representadas estas últimas entre otros
por los conos o abanicos fluvio volcánicos Armero, Lérida, La Sierra y Venadillo
(CORTOLIMA, 2013, pág. 53).
De acuerdo a la información obtenida, son de gran interés hidrogeológico los sedimentos
de carácter arenoso que conforman los abanicos de Lérida y La sierra; ya que las aguas obtenidas
de dichas unidades son aptas para uso doméstico, aunque poseen algo de turbiedad, contenido de
hierro y color (CORTOLIMA, 2013, pág. 53).
Aunque la demanda hídrica en el departamento del Tolima aún es baja; efectos tales
como el cambio climático, el consumo insostenible del agua superficial, el crecimiento
poblacional y económico de la región, aumenta las prioridades sobre el recurso hídrico
subterráneo como una alternativa de abastecimiento hídrico durante los próximos años.
El escaso conocimiento, la falta de planificación y gestión para el manejo de los recursos
naturales y en particular de los acuíferos y las aguas subterráneas, están causando limitaciones de
uso por disponibilidad y deterioro de la calidad, como consecuencia del desarrollo de actividades
industriales, domésticas y agropecuarias, cuyo principal factor lo constituye el vertimiento de
aguas residuales; ya que tan solo el 8% de estas son tratadas, disminuyendo la productividad y
aumentando los costos de tratamiento del recurso. (INGEOMINAS, 2004, pág. 5).
Es así como la legislación Colombiana mediante el Decreto 3930 de 2010, reglamenta los
usos del agua y los residuos líquidos y establece en su Capítulo VII el procedimiento y requisitos
para la obtención de los permisos de vertimiento, el cual debe ser tramitado por los generadores
de vertimientos a cuerpos de agua o al suelo que desarrollen diferentes actividades.
Razón por la cual es importante determinar la susceptibilidad de las aguas subterráneas a
la contaminación la cual puede variar a partir de parámetros físicoquímicos de las diferentes
unidades cartográficas de suelos, la topografía del área y su climatología entre otros.
16
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo general
Analizar la susceptibilidad a la contaminación de las aguas subterráneas, como
consecuencia del vertimiento de aguas residuales en diferentes unidades cartográficas de suelos
de los municipios de Lérida y Venadillo en el departamento del Tolima.
1.4.2 Objetivos específicos
Caracterizar las condiciones climáticas, litológicas e hidrogeológicas del área de estudio.
Realizar una caracterización de las unidades cartográficas de suelo frente al potencial de
contaminación de estas por las actividades de vertimiento de aguas residuales.
Analizar la susceptibilidad a la contaminación de las aguas subterráneas en el área de
estudio, mediante la implementación de herramientas de modelación.
17
2 MARCOS DE REFERENCIA
2.1 MARCO CONCEPTUAL
La susceptibilidad a la contaminación de las aguas subterráneas, hace referencia al riesgo
previsible de la alteración de la calidad del agua, como consecuencia de actividades y/o
generadores de sustancias y agentes contaminantes. Para evaluar la susceptibilidad a la
contaminación de las aguas subterráneas derivada del vertimiento de aguas residuales, es
necesario conocer los siguientes conceptos.
2.1.1 Unidades Cartográficas de suelos
Las unidades cartográficas de suelos, se definen como “el conjunto de todas las
delineaciones o polígonos de suelos que están identificados por un mismo símbolo, cuya
nomenclatura ha sido previamente establecida” USDA, 1985, citado por (Instituto Geográfico
Agustín Codazzi - IGAC, 2009)
Según el Estudio General de Suelos, ejecutado por el Instituto Geográfico Agustín
Codazzi (IGAC, 1997); las unidades cartográficas de suelo se encuentran definidas por símbolos
que están compuestos por tres letras mayúsculas, una o más minúsculas y un número arábigo
como subíndice.
La primera letra mayúscula identifica el paisaje, la segunda el clima y la tercera el
contenido pedológico de la unidad de mapeo; las letras minúsculas indican fases por pendiente,
pedregosidad e inundación y el número arábigo determina el grado de erosión como se observa a
continuación. En la Tabla 1, se presenta las siglas utilizadas para realizar la nomenclatura de las
unidades de suelo.
18
Tabla 1 Nomenclatura para unidades cartográficas de suelo
ATRIBUTO SÍMBOLO DESCRIPCIÓN
PAISAJE
M Paisaje de montaña
L Paisaje de lomerío
P Paisaje de piedemonte
V Paisaje de valle
CLIMA
N Clima nival
A Clima subnival pluvial
D Clima extremadamente frío muy húmedo
G Clima muy frío y muy húmedo
K Clima frío húmedo y muy húmedo
Q Clima medio húmedo y muy húmedo
R Clima medio seco
V Clima cálido húmedo
W Clima cálido seco
PENDIENTE
a Con pendientes que van de 0 a 3 %
b Con pendientes que van de 3 a 7 %
c Con pendientes que van de 7 a 12 %
d Con pendientes que van de 12 a 25 %
e Con pendientes que van de 25 a 50 %
f Con pendientes que van de 50 a 75 %
g Con pendientes mayores a 75 %
EROSIÓN
1 Erosión ligera
2 Erosión moderada
3 Erosión severa
Fuente: IGAC. 1997
2.1.2 Propiedades físicas y químicas de los suelos
La definición del suelo corresponde a “los cuerpos naturales, compuestos por material
orgánico y mineral, que cubren la mayoría de la superficie terrestre, contienen materia viva y que
sostienen vegetación en campo abierto y en lugares transformados por la actividad humana. El
suelo consiste de los horizontes cercanos a la superficie terrestre los cuales, en contraste con el
material rocoso subyacente, han sido alterados por las interacciones, a través del tiempo, entre
19
clima, relieve, material parental y organismos vivos”. (Sistema de Información Ambiental de
Colombia, 2014)
La textura del suelo definida por la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura- FAO, 2014) como la proporción de componentes inorgánicos de
diferentes formas y tamaños, como arena, limo y arcilla, influye sobre la fertilidad, el
movimiento del agua en el suelo y su capacidad para retener agua, la conducción térmica, el
crecimiento radicular y la resistencia a la erosión la aireación y el contenido de materia orgánica
entre otras propiedades; es otro de los conceptos importantes a la hora de abordar este estudio.
El movimiento del agua en el suelo nos introduce al concepto de flujo saturado y no
saturado; el primero de ellos se presenta cuando los espacios porosos del suelo se encuentran
ocupados por agua; mientras que en el segundo, el contenido de agua en el suelo es menor a la
porosidad del mismo. Allí encontramos la zona no saturada, que comprende la sección del suelo
situada entre la superficie del mismo y la zona saturada, donde se producen flujos de materia y
energía, adsorción, transformación y cambios de fase, procesos biológicos etc. (Universidad de
Santiago de Compostela, 2013, pág. 5).
El transporte de contaminantes en la zona no saturada, se caracteriza por estar ligado a la
velocidad de percolación del fluido desde la superficie; por tanto el transporte es unidimensional
en la dirección descendente (Martin).
2.1.3 Aguas residuales
El Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS – 2000,
define las aguas residuales como aquellas aguas que contienen material disuelto y en suspensión,
después de ser usadas por una comunidad o industria (Ministerio de Desarrollo Económico,
2000). Después de su uso, las aguas residuales deben ser vertidas o entregadas al medio; para
ello existen diferentes alternativas de disposición como el vertimiento directo a cuerpos de agua
superficiales o marinos, alcantarillado público, disposición en suelos y la reinyección de aguas
20
provenientes del subsuelo durante las actividades de extracción de hidrocarburos y recursos
geotérmicos.
Las aguas residuales poseen compuestos de origen orgánico, inorgánico y mineral que
bajo cierta concentración pueden llegar a ser tóxicos o perjudiciales para un uso determinado del
recurso; ya que la calidad del agua es un concepto directamente ligado al uso final de la misma;
más aún si o se tiene control sobre la calidad del vertimiento de la misma.
La organización mundial de la salud, así como los gobiernos de diferentes países, han
determinado unos niveles máximos de contaminantes admisibles respecto a la calidad de las
aguas residuales.
En este sentido, la legislación colombiana mediante el Decreto 1594 de 1984 y el Decreto
3930 de 2010, estableció la norma de vertimiento, la cual se define como el conjunto de
parámetros y valores que debe cumplir el vertimiento en el momento de la descarga. Dentro de
esta, existen variaciones en cuanto a la calidad del vertimiento, dependiendo de la destinación del
recurso hídrico en el área donde se realice el vertimiento, tales como uso para consumo humano
y doméstico, agrícola, pecuario, recreativo e industrial entre otros.
En consecuencia, se considera que existe cierta concentración admisible de una sustancia,
elemento o compuesto en un líquido (agua) que en las proporciones establecidas en la norma y
dependiendo de la destinación del recurso, no pondrían en riesgo la calidad de este para un uso
específico.
Dentro del concepto de aguas residuales, es importante hablar de la forma de transporte
de los contaminantes o solutos dentro del sistema; la cual se encuentra relacionada con la
facilidad de un soluto (que para nuestro caso se refiere a las sustancias contaminantes) para
moverse en un disolvente determinado (el agua).
Las sustancias contaminantes pueden ser transportadas por difusión molecular y por
dispersión mecánica; la difusión molecular se refiere al movimiento del agua de los puntos de
21
mayor concentración a los de menor concentración. El flujo de masa por difusión está regido por
la primera ley de Fick (EC1); sin embargo, cuando se trata de difusión en un medio poroso
(suelo), la facilidad de movimiento de los solutos se dificulta y se hace necesario considerar las
características del medio; principalmente la porosidad eficaz y la tortuosidad; simplificando así
la ecuación (EC1) en función de la porosidad eficaz como se aprecia en la ecuación EC2.
(Sánchez, 2012):
(EC1), dónde:
F= Flujo de masa por unidad de tiempo y por unidad de sección perpendicular al flujo
(M/T), Dm= Coeficiente de difusión (L2/T)
1, C= Concentración (M/L
3), dC/dX= gradiente de
concentraciones; es decir entre dos puntos situados a una distancia dx, existe una diferencia de
concentraciones dC.
(EC2), dónde:
me= porosidad eficaz, c=coeficiente (1,8 a 2,0 para materiales consolidados y 1,3 para
arenas no consolidadas.
La dispersión mecánica se refiere al arrastre de una sustancia contaminante por el agua y
es provocada por el movimiento del fluido a través del medio poroso; esta puede darse en sentido
del flujo (longitudinal) y lateralmente (transversal). La dispersión longitudinal (αl), siempre es
mayor que la transversal (αt), por tanto la mancha contaminante adquirirá una forma alargada en
el sentido de flujo. Además de las variables relacionadas con el medio poroso, la dispersión
mecánica considera la velocidad del fluido; por cuanto la dispersión mecánica es igual al
producto de este coeficiente por la velocidad lineal media (EC3) (Sánchez, 2012).
(EC3), donde:
1 El valor del coeficiente de difusión Dm oscila entre 1x10
-9 y 9x10
-9 m
2/seg, para los iones comunes en el
agua y entre 1x10-10
y 9x10-9
m2/seg para compuestos orgánicos volátiles.
22
α= dispersividad dinámica (L), y v= velocidad lineal media (L/T)
2.1.4 Aguas Subterráneas
Se pueden definir las aguas subterráneas, como aquellas aguas que se encuentran bajo la
superficie del terreno, dentro de los poros o fracturas de las rocas o dentro de las masas de
regolitos (Gonzalo, 2013, pág. 399). Existen diferentes tipos de cuerpos rocosos que se clasifican
de acuerdo a la capacidad de almacenamiento y trasmisión de agua y se clasifican en acuíferos y
acuitardos; los primeros corresponden a rocas permeables que permiten la entrada de agua y su
movimiento con relativa facilidad; mientras que los segundos son rocas que pueden contener
agua, pero su baja permeabilidad no permite el flujo del agua subterránea. (Instituto de
Investigación de RecursosBbiológicos Alexander Von Humboldt, 2008).
Las aguas subterráneas se almacenan naturalmente en áreas denominadas acuíferos, los
cuales se clasifican dependiendo factores como la porosidad, permeabilidad, transmisibilidad
específica y coeficiente de almacenamiento (Julio, 2011). Estos factores, se encuentran
igualmente relacionados con la determinación del riesgo a la contaminación de las aguas
subterráneas; es decir la "vulnerabilidad del agua subterránea a la contaminación”, la cual puede
variar por las condiciones climatológicas específicas, los patrones de entrada del contaminante y
las escalas espacial y temporal de la evaluación.
Como lo cita (Martínez, 1998), Foster (1987), la vulnerabilidad de los acuíferos a la
contaminación, corresponde a aquellas características intrínsecas de los estratos que separan la
zona saturada de la superficie del terreno, que determinan su sensibilidad a ser adversamente
afectado por un contaminante externo. La vulnerabilidad puede ser intrínseca (condicionada por
las características hidrogeológicas del terreno) y específica cuando se consideran factores
externos como la climatología y el mismo contaminante. (Martínez, 1998, pág. 414).
Respecto a la zona saturada de las aguas subterráneas, esta se localiza justo debajo de la
zona no saturada de los suelos y donde los poros de la roca se encuentran totalmente llenos de
agua como se representa en la Figura 1. La zona no saturada de los suelos es la conexión
23
hidrológica entre los componentes del agua superficial del ciclo hidrológico y los componentes
de las aguas subterráneas (Jacques, 2007)
Figura 1. Diagrama de producción de las aguas subterráneas
Fuente: Adaptado de Water.usgs.gov
2.2 MARCO TEÓRICO
Las metodologías más usadas y reportadas en la literatura para el análisis y cuantificación
de la vulnerabilidad de acuíferos son las denominadas “de índice” y “superposición”, las cuales
asumen que algunos parámetros influyen más que otros en la determinación de la vulnerabilidad
del acuífero. Los métodos de índice como son GOD y DRASTIC, consideran las características
físicas propias del marco hidrogeológico que afecta el potencial de contaminación del agua. Una
limitación de estos métodos es la subjetividad al valorar los parámetros por ello es necesario
utilizar criterios homogéneos. (Martínez, 1998).
Existen además métodos estadísticos que relacionan la vulnerabilidad con la probabilidad
que un contaminante alcance el nivel freático y los modelos de simulación que estiman los
tiempos de viaje del contaminante a través de la zona no saturada (ZNS). (Ríos L, 2007).
Agua (no subterránea) que se mantiene unida a la
superficie de los huecos por atracción capilar Aire Aire
Nivel freático
Todos los huecos por debajo del nivel
freático se encuentran llenos de agua
subterránea
Zona no saturada
Zona Saturada
Agua subterránea
Superficie
de la tierra
Nivel freático
24
2.2.1 Herramientas de simulación
La utilización de modelos para la predicción de variables o simulación de procesos en la
ZNS es una práctica usual y cada vez más extendida, pero previamente requiere la calibración y
verificación de dichos modelos (Ritter A, 2009). La modelación de la zona no saturada, se suele
realizar con base en una discretización espacial unidimensional en la dirección vertical (Martin)
El modelo HYDRUS1D corresponde a un paquete de software que permite simular el
movimiento del agua y múltiples solutos en medios de saturación variable (Simunek, 2013). El
programa HYDRUS, resuelve numéricamente la ecuación de Richards (Ec1) por variabilidad del
flujo de agua y ecuaciones de tipo advección-dispersión para calor y transporte de solutos,
mediante la técnica de elementos finitos.
La ecuación que describe el transporte advectivo-dispersivo de un soluto no reactivo en
un medio poroso homogéneo bajo condiciones de flujo estacionario en el agua es (Alvarez):
(EC4), donde:
C= concentración del soluto en la disolución (ML-3
), X = distancia, V= promedio de la
velocidad instersticial del agua (Ll-1
), T = tiempo y D= coeficiente de dispersión axial (L2t-1
)
Para la estimación de D, es necesario considerar elementos de naturaleza físico química y
mecánica del medio, los cuales se encuentran en función de la composición del mismo y sus
propiedades tales como la porosidad y la tortuosidad del medio.
Entre otras aplicaciones, el programa puede simular el movimiento del agua y solutos
(sustancia contaminante) en medios porosos con saturación variables (no saturados, parcialmente
saturados y totalmente saturados). Aunque el software contempla ecuaciones para la regulación
del flujo de agua, ecuaciones para determinar el tiempo de absorción del agua por las raíces de
las plantas, de propiedades hidráulicas del suelo no saturado y de dependencia de la temperatura
de las funciones hidráulicas del suelo entre otras aplicaciones, aquellas que le atañen al presente
25
proyecto, están relacionadas con las dos primeras para un flujo de agua uniforme; por tanto la
ecuación base de nuestro análisis corresponde a:
(Ec1)
Donde h es la cabeza presión [L], θ es el contenido volumétrico de humedad [L3 L3], t
es el tiempo [T], x es la coordenada espacial [L] (positiva hacia arriba), S explica la absorción de
agua por las raíces de las plantas (Feddes et. al., 1978) [L3 L3T1]α, es el ángulo entre la
dirección del flujo y el eje vertical (α= 0° para flujo vertical, 90° para flujo horizontal, y 0° < α
<90° para flujo inclinado), y K es la conductividad hidráulica [LT1]. Tomado de (Ríos L, 2007,
pág. 24).
Para la simulación, el programa HYDRUS 1D utiliza parámetros conocidos del perfil y
horizontes de la unidad de suelo en estudio, tales como espesor, profundidad efectiva
(profundidad de las raíces), composición (material parental) y parámetros de la ecuación de
Richards (Ec1), que se obtienen de la base de datos del programa de acuerdo con el material del
horizonte del suelo. De igual manera se requiere introducir en el modelo, parámetros climáticos
conocidos del área tales como la precipitación y la temperatura.
El modelo matemático utilizado se basa en el concepto de flujo en dos regiones, este
concepto asume el fraccionamiento del agua entre la región móvil (flowing) θm, en la cual los
solutos son transportados por procesos de advección y dispersión y en la región inmóvil
(stagnant) θim, accesible por solutos a través de difusión molecular. (Jacques, 2007). Para efectos
de la modelación, se asume que los contaminantes van mezclados con el agua.
Para la modelación a través del programa HYDRUS 1D, es necesario conocer las
características de los suelos como son la curva de retención de humedad, la densidad aparente, la
conductividad hidráulica, el espesor de horizontes, la clase textural y la profundidad de raíces del
cultivo; información de carácter climatológico de precipitación, temperatura máxima,
26
temperatura mínima, velocidad del viento, humedad relativa, brillo y radiación solar; adicional a
los parámetros de la ecuación de Richards (1.931).
2.3 MARCO JURÍDICO
La legislación Colombiana mediante el Decreto 3930 de 2010, establece como alternativa
para la disposición de aguas residuales el vertimiento de aguas residuales sobre el suelo, siempre
y cuando se cumplan con unos parámetros mínimos de calidad del vertimiento definidos en el
Decreto 1594 de 1984; los cuales se encuentran en función del uso del recurso hídrico que se dé
en el área.
Dentro de los usos y destinación del recurso agua establecidos por el Decreto 1594 de
1984, se encuentran los correspondientes al uso doméstico y de consumo humano, el uso agrícola
y el uso pecuario; para los cuales se establecen unos parámetros mínimos de calidad del
vertimiento mediante los artículos 38, 39, 40 y 41 respectivamente.
De otra parte, el Artículo 42 del Decreto 3930 de 2010 establece los requisitos para la
obtención de un permiso de vertimiento, para lo cual entre otros requisitos, el interesado deberá
presentar la Evaluación Ambiental del Vertimiento – EAV ante la autoridad ambiental
competente conforme lo establece el Artículo 43 de este mismo Decreto. La EAV deberá ser
presentada por los generadores de vertimientos a cuerpos de agua o al suelo que desarrollen
actividades industriales, comerciales y de servicio, así como los provenientes de conjuntos
residenciales.
2.4 MARCO GEOGRÁFICO
El área de estudio se localiza en el departamento del Tolima en jurisdicción de los
municipios de Lérida y Venadillo, el punto de caracterización número 1 se encuentra ubicado en
27
la vereda Iguacitos en el municipio de Lérida, mientras que el punto de caracterización número
2, está localizado en la vereda Buenavista del municipio de Venadillo (ver Tabla 2).
Tabla 2 Localización del área de estudio
NOMBRE
Coordenadas Magna Sirgas Origen
Central VEREDA MUNICIPIO DEPARTAMENTO
ESTE NORTE
Punto 1 914567 1027160 Iguacitos Lérida Tolima
Punto 2 912060 1011164 Buenavista Venadillo Tolima
Fuente: Los autores, 2014
De igual manera en la Figura 2 se observa la ubicación geográfica de los puntos en mención, así
como las unidades territoriales a las cuales pertenecen.
28
Figura 2. Localización general del área de estudio
Fuente: Los Autores, 2014
29
3 METODOLOGÍA
Para el desarrollo de este proyecto grado se siguió el esquema metodológico presentado en la
Figura 3 y descrito posteriormente por cada una de las fases.
Figura 3. Esquema metodologico.
Fuente: Los Autores, 2014
3.1 CARACTERIZACION DEL AREA DE ESTUDIO
Con base en información secundaria existente del área de estudio e información primaria
disponible en estaciones climatológicas cercanas, se realizó una descripción geológica e
hidrogeológica en el área de interés, además de la caracterización de las variables climáticas mas
relevantes, finalmente se realizó un análisis estadístico de los registros diarios multianuales de
precipitación a partir de la información disponible en una de las estaciones.
30
3.2 CARACTERIZACION DE LAS UNIDADES CARTOGRAFICAS DE SUELOS
A partir de información primara recopilada en estudios realizados en el área de interés,
tales como la profundidad y las propiedades físico químicas de cada uno de los horizontes del
suelo de las unidades cartográficas en estudio; así como del uso actual del suelo y cobertura de la
tierra.
3.3 CARACTERIZACION DE LOS VERTIMIENTOS TIPO
Para el presente estudio se tomó como referencia los parámetros contaminantes y
concentración de los mismos a partir de los usos actuales del recurso hídrico en el área y de los
parámetros de calidad del vertimiento, establecidos por el Decreto 1594 de 1984, en las
cantidades admisibles para estas, establecidas por el artículo 40 de este mismo Decreto.
3.4 MODELACIÓN EN HYDRUS 1D
Con el fin de determinar la posible susceptibilidad a la contaminación de las aguas subterráneas
por el vertimiento de aguas residuales en las unidades de suelos seleccionadas, se escogió el
programa de modelación numérica Hydrus 1D.
En la aplicación del modelo de simulación se realizó el siguiente procedimiento:
Inicialmente se establecieron los parámetros básicos de modelación, los cuales
corresponden a tipo de modelación (Transporte de solutos), cantidad de horizontes que
conforman el perfil y su respectiva profundidad, tiempo de modelación (365 días), unidades de
longitud (cm).
En la Figura 4 y Figura 5 se aprecian algunos de los parámetros del programa que fueron
ingresados.
31
Figura 4. Geometry information.
Fuente: Los Autores, 2014
Figura 5. Time information.
Fuente: Los Autores, 2014
32
Para el desarrollo de la modelación se tuvo en cuenta como condición inicial, la
concentración de flujo constante atmosférico con precipitación para el límite superior y para el
límite inferior, gradiente cero (drenaje libre) con lámina de riego de 0.632 cm.
Se ingresaron al sistema los valores relacionados directamente con la unidad edafológica,
los cuales corresponden a capacidad de campo (Qs), densidad aparente (BD), punto de marchitez
permanente (Qr), conductividad hidráulica (Ks) y Textura (porcentaje de arena, limo y arcilla).
(Ver Figura 6).
Figura 6. Water flow parameters.
Fuente: Los Autores, 2014
En seguida se ingresaron valores de las concentraciones de los solutos a modelar y sus
respectivos coeficientes de dispersión molecular (Dw) en agua libre, obtenidos a partir de
información secundaria, así como los valores climatológicos de precipitación y evaporación
diaria multianual (ver Figura 7).
33
Figura 7. Time variable boundary conditions.
Fuente: Los Autores, 2014
Se procedió a elaborar la representación gráfica del perfil de suelo y se definieron los
puntos de observación o control para observar el recorrido de los solutos (ver Figura 8).
34
Figura 8. Perfil del suelo y puntos de observación.
Fuente: Los Autores, 2014
Finalmente se obtuvo el tiempo de viaje de los solutos en las unidades de suelos y las
curvas de transporte de solutos a lo largo del perfil y se procedió al análisis de resultados.
3.5 INSTRUMENTOS O HERRAMIENTAS UTILIZADAS
- Herramientas computacionales para el procesamiento de datos de climatológicos de
las estaciones Armero Granja y Venadillo.
- Resultados de laboratorio de los parámetros físico químicos para los diferentes
horizontes del suelo de las unidades cartográficas en estudio.
- Programa de modelación Hydrus 1D.
35
4 CARACTERIZACION AMBIENTAL DEL AREA DE ESTUDIO
4.1 CLIMATOLOGÍA
A partir de información secundaria, se realizó una caracterización climática general del
área para lo cual se determinó que la zona se encuentra en una zona de vida de bs-T, con una
temperatura promedio anual de 26.4 °C y una precipitación anual de 1565 mm.
Para la caracterización climatológica del área, se emplearon los datos de las estaciones
del IDEAM Venadillo y Armero, localizadas en los municipios de Venadillo y Armero
respectivamente, por corresponder a estaciones climatológicas cercanas al área de estudio. La
localización, descripción y datos relevantes de cada estación se aprecia en la Tabla 3.
Tabla 3 Localización Estación Venadillo y Estación Armero
ESTACIÓN VENADILLO
Estación Venadillo Código 21250460 Año instalación: 1974
Latitud Norte 04ᵒ 39’ Departamento Tolima Tipo de Estación PM
Longitud Oeste 74°55` Municipio Venadillo Fuente de datos IDEAM
Elevación 430 m.s.n.m Cuenca Rio Venadillo
ESTACIÓN ARMERO
Estación Armero Granja Código 21255090 Año instalación: 1986
Latitud Norte 05ᵒ 00’ Departamento Tolima Tipo de Estación CP
Longitud Oeste 74°54` Municipio Armero Fuente de datos IDEAM
Elevación 300 m.s.n.m Cuenca Rio Sabandija
Fuente: IDEAM, ajustado por los Autores, 2014
A partir de la información climatológica comprendida entre el año 1993 y 2012 se realizó
el cálculo del valor promedio mensual multianual para las variables de temperatura máxima,
temperatura mínima, humedad relativa, velocidad del viento y brillo solar, cuyos resultados se
presentan en la Tabla 4.
36
Tabla 4 Características climáticas del área de estudio
Fuente: IDEAM, ajustado por los Autores, 2014
Adicionalmente a continuación se presenta información disponible de precipitación diaria, para
el periodo comprendido entre los años 1993 y 2012 en la estación Venadillo (Ver ¡Error! No se
encuentra el origen de la referencia.).
Tabla 5 Registros multianuales de precipitación diaria
PRECIPITACIÓN DIARIA MULTIANUAL PERIODO 1993-2012 (mm)
DIA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
1 0,00 3,00 2,10 7,10 14,19 6,10 1,35 4,75 0,20 6,55 5,30 0,60
2 0,00 0,95 3,62 8,05 12,52 8,62 2,40 2,60 2,40 3,30 4,50 4,70
3 0,00 5,00 3,52 5,95 12,00 0,81 5,55 1,15 6,25 1,80 6,45 1,25
4 0,00 1,57 2,71 7,29 10,43 1,95 3,11 1,50 8,55 5,05 7,35 0,90
5 0,22 5,52 3,95 2,86 12,71 7,29 8,10 1,50 4,30 5,10 1,10 3,85
6 4,38 2,57 5,81 3,10 8,33 9,81 9,50 0,75 4,30 5,30 3,85 6,30
7 2,24 8,95 5,62 8,57 8,95 4,90 1,40 1,20 2,15 12,20 3,70 0,95
8 0,38 1,00 0,10 7,24 2,95 12,00 4,05 0,00 4,45 5,20 6,10 1,25
9 2,81 3,52 0,14 4,95 7,48 6,71 2,00 0,00 4,35 2,95 8,40 0,00
10 1,67 1,90 2,62 2,86 0,00 6,95 3,15 3,70 5,60 7,90 5,85 4,15
11 4,81 0,95 0,48 3,67 5,00 2,86 3,60 2,00 2,10 8,30 3,30 5,25
12 3,76 9,67 3,62 5,19 10,67 6,38 3,90 1,70 7,26 3,00 2,20 5,90
13 3,81 0,00 6,67 11,29 6,52 0,62 1,45 1,35 11,10 1,55 6,90 0,45
14 7,33 2,43 6,10 5,48 7,62 4,19 1,40 1,00 2,95 2,20 4,20 3,00
15 0,62 4,95 5,14 9,43 2,43 1,24 3,75 2,15 3,55 9,80 5,55 2,70
16 1,14 5,57 6,71 11,48 9,14 2,00 3,90 3,10 4,65 7,25 2,20 1,15
17 7,76 3,57 1,10 11,52 5,38 2,05 0,25 0,80 0,80 9,60 5,90 0,00
18 2,62 0,67 0,95 5,43 9,19 0,62 4,00 2,50 2,55 9,70 3,30 7,85
19 7,86 4,52 3,43 4,81 6,57 1,38 0,95 1,25 5,85 1,40 7,15 0,60
20 2,76 3,86 9,81 9,19 7,52 2,90 2,50 3,55 0,90 9,60 3,65 1,30
21 0,95 1,86 2,62 3,67 2,52 2,05 0,85 2,00 6,75 4,20 3,50 4,30
22 2,19 4,24 7,10 7,81 12,57 0,10 0,95 5,36 4,05 6,90 3,15 1,00
23 6,90 1,71 3,19 8,86 6,33 1,62 0,80 6,20 3,94 10,05 2,65 4,25
24 2,19 0,67 1,29 8,57 7,10 1,19 1,95 8,50 2,25 1,90 1,35 0,15
25 2,33 4,52 3,38 7,75 12,71 0,00 8,20 5,45 9,30 2,50 2,05 1,40
MESES TEMPERATURA
MAXIMA (°C)
TEMPERATURA
MINIMA (°C)
HUMEDAD
RELATIVA (%)
VELOCIDAD
VIENTO (Km/día)
BRILLO
SOLAR (Hr)
ENE 30,7 27,2 68 108,9 200,3
FEB 30,8 27,4 68 32,4 168,2
MAR 29,8 26,6 71 63,4 160,6
ABR 28,8 26,8 72 60,5 153,7
MAY 28,8 27,1 73 90,7 168,6
JUN 29,4 26,8 70 110,2 182,7
JUL 30,9 27,4 67 105,8 215,0
AGO 31,5 27,5 64 201,6 218,6
SEP 30,5 26,8 66 46,1 185,3
OCT 29,4 26,9 72 71,3 175,3
NOV 29,0 26,7 73 65,7 183,5
DIC 29,8 26,9 71 102,0 191,1
37
PRECIPITACIÓN DIARIA MULTIANUAL PERIODO 1993-2012 (mm)
DIA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
26 1,43 4,05 4,00 12,86 11,67 7,36 4,00 9,30 3,64 5,10 0,10 0,65
27 6,86 0,05 5,48 1,19 5,71 2,52 5,45 2,10 3,49 0,95 4,85 1,80
28 0,71 0,48 7,90 10,62 10,81 2,81 1,65 3,85 3,80 2,05 9,65 6,40
29 6,62 2,81 6,14 6,10 0,10 2,85 1,25 3,70 12,20 0,40 0,00
30 5,62 6,76 11,48 4,52 3,71 0,40 2,85 12,45 3,95 6,15 0,70
31 3,33 1,43 6,52 1,50 2,05 2,05 1,20
P MEDIA MENSUAL (mm) 3,01 3,13 3,88 7,15 7,94 3,69 3,06 2,76 4,59 5,47 4,36 2,39
Fuente: IDEAM, ajustado por los Autores, 2014
4.2 GEOLOGÍA LOCAL
4.2.1 Abanicos Antiguos – Cono Aluvial de Lérida y/o Abanico de Lérida- (Qca)
Esta unidad corresponde a un depósito de origen fluvio-volcánico que está constituido por
varios depósitos potentes de flujos de lodo de más de 80 metros de espesor (Mojica y otros,
1985ª), con cantos y bloques de rocas efusivas, pumitas, rocas metamórficas, rocas plutónicas y
cuarzo. El tamaño de los cantos y bloques es decimétrico a centimétrico, varían entre angulares y
subredondeados, con mala selección, caracterizada por la presencia simultánea de partículas de
tamaño arcilla, limo, arena, grava y bloques mezclados en forma desordenada. La secuencia
presenta, por lo regular, alta compactación (Mojica, 1985)
Dentro de la agenda ambiental del municipio de Lérida (CORTOLIMA, 2011, pág. 38),
se distinguen tres (3) partes en el abanico de Lérida. La parte inferior formada por arenas
tobáceas con fragmentos de rocas efusivas, intrusitas y metamórficas. Las primeras se encuentran
en proporción del 90% y corresponde a Andesitas y Dacitas provenientes del Volcán-Nevado del
Ruiz. Reposando sobre los depósitos anteriores aparecen arenas tobáceas que localmente pueden
distinguir franjas formadas exclusivamente por piedra pómez.
Las Arenas tobáceas con lentes de pumitas, localizada en la zona intermedia del cono son
sedimentos medianamente sentados, ligeramente sueltos, friables y porosos. Los lentes de pumita
que tienen es promedio 50cms de espesor y que las capas de areniscas, están constituidas por
fragmentos sueltos, fácilmente erosionables y altamente porosos y permeables. Estos niveles de
38
pumita requieren una observación especial para las obras civiles, ya que dada su permeabilidad,
puede permitir el flujo del agua. Igualmente debe dársele a las arenas tobáceas.
La parte superior del cono está continuada por una masa principalmente de rocas
efusivas. Las rocas ígneas y metamórficas se encuentran en proporciones inferiores al 10% de los
fragmentos de rocas efusivas alcanzan tamaños superiores a 1m.
En la región se practican las explotaciones agrícolas de carácter intensivo. Las
condiciones Geotécnicas nos muestra que la parte superior del cono de Lérida es permeable,
poco cementada y debajo cohesión.
Los conglomerados arenosos de la parte inferior del cono, son una masa rocosa bien
cementada compacta, impermeable, de alta cohesión y difícilmente erosionable. Las obras civiles
que se apoyen sobre estos sedimentos no tienen problemas de estabilidad y además dado su
carácter impermeable y su ausencia de fracturamiento, no permite la infiltración del agua hacia
los cauces subterráneos.
4.3 HIDROGEOLOGÍA
La identificación y caracterización de las unidades hidrogeológicas se realizó mediante la
conversión de las unidades geológicas en hidrogeológicas de acuerdo al predominio litológico
que permitiera la formación de acuíferos o no. Una vez definidas las unidades hidrogeológicas se
clasificaron tres categorías principales que dependen del tipo de porosidad de las rocas y la
ocurrencia o no de aguas subterráneas. Estas categorías se definen como: a) Sedimentos y rocas
con flujo intergranular, b) Rocas con flujos a través de fracturas y en sedimentos y c) Rocas con
limitados recursos de aguas subterráneas (prácticamente impermeables).
De acuerdo con la caracterización hidrogeológica, la profundidad de los pozos y aljibes
en el área y la prospección geofísica realizada para el área de interés por el laboratorio SGS en
agosto de 2014, se ha determinado que el nivel freático para la unidad hidrogeológica se
encuentra en el rango de 5.2 a 10 metros; como se resumen en la Tabla 6.
39
Tabla 6 Descripción de la unidad hidrogeológica
UNIDAD
GEOLÓGICA EDAD
ESPESOR
REPORTADO
TIPO DE SISTEMA
HIDROGEOLÓGICO
CARACTERÍSTIC
A DELACUÍFERO
PROFUNDIDAD
TABLA DE
AGUA
Depósitos fluvio –
volcánicos abanico
Lérida
Reciente 5 – 40 m Acuíferos libres
Sedimentos con flujo
esencialmente
intergranular
5.2 – 10 m
Fuente: Los autores, 2014
Según los resultados del Estudio de Zonificación de la Zona Plana del Norte realizado por
INGEOMINAS en cooperación con CORTOLIMA (1990), el cual consistió en determinar
posibles unidades hidrogeológicas, basadas en la resistividad de los materiales del suelo; según
los datos obtenidos para la Zona Norte, son de “gran interés hidrogeológico los sedimentos de
carácter arenosos no consolidados que conforman los abanicos de Lérida y La Sierra…
(CORTOLIMA, 2011, pág. 84).
El abanico de Lérida, corresponde a una unidad de depósitos con porosidad primaria, es
considerado como un acuífero discontinuo de extensión semiregional, conformado por
sedimentos consolidados, poco cementados, presenta una permeabilidad alta a moderada y
espesores entre 60 a 100 m, los cuales constituyen acuíferos importantes, que son aprovechados
en las zonas topográficamente altas, por medio de pozos profundos, de donde se extrae agua apta
para el consumo humano y caudales cercanos a los 30 LPS. Aunque la unidad ha sido afectada
por una fuerte disección, se constituye en una fuente de recurso hídrico con importancia
hidrogeológica moderada (Municipio de Venadillo Tolima, 2004).
40
5 CARACTERIZACION DE LAS UNIDADES CARTOGRAFICAS DE SUELO
5.1 UNIDAD PWFB1 (PUNTO DE CARACTERIZACION NUMERO 1)
El punto de muestreo número 1 está localizado en jurisdicción del Municipio de Lérida –
Tolima en la vereda Iguacitos. Fisiográficamente se encuentra sobre la unidad PWFb1
correspondiente a abanicos de terraza reciente, de relieve ligeramente inclinado y erosión ligera;
el material parental está constituido por flujos de lodos provenientes de los volcanes de Tolima y
Santa Isabel y por aluviones heterométricos, son suelos poco profundos y limitados por la
presencia de piedra y gravilla (Ver Tabla 7).
Tabla 7 Clasificación de suelos unidad PWFb1
PA
ISA
JE
CL
IMA
TIP
O D
E
RE
LIE
VE
MATERIAL
PARENTAL
CARACTERISTICA
DE LOS TIPOS DE
RELIEVE
UNIDAD
CARTOGRAFICA
CARACTERISTICAS
PRINCIPALES DE
LOS SUELOS
UNIDAD
CARTOGRAFICA
Pie
dem
on
te
Cál
ido
sec
o
Ab
anic
o t
erra
za a
luv
ial
reci
ente
Depósitos
fluviovolcánicos
recientes,
depositados en
forma caótica ,
constituidos por
un depósito
conglomerático
de origen
torrencial, con
cantos
redondeados
Relieve plano,
frecuente
Pedregosidad
superficial y erosión
ligera a moderada.
Lithic Ustorthents
Superficiales, limitados
por piedras; de texturas
medias a gruesas,
gravillosas, ligeramente
ácidos y de fertilidad
baja a moderada
PWFb1
Fuente: Los autores, 2014
Las características diagnósticas utilizadas para la clasificación taxonómica y la
descripción detallada del perfil del suelo realizado para esta unidad PWFb1se presenta en la
Tabla 8.
41
Tabla 8 Descripción del perfil de suelo unidad PWFb1
DATOS DE CAMPO
Perfil de suelo Punto 1 Símbolo PWFb1
Paisaje / relieve Paisaje de piedemonte /lomas Taxonomía Lithic Ustorthents
Pendiente Plana Erosión No apreciable
Material parental Depósitos fluviovolcanicos
(lodos volcánicos) Uso actual Pastos Ganadería extensiva
Vegetación natural Pasto natural carretero Limitantes de uso Suelo superficial y escasas
lluvias
Clima ambiental Cálido seco Zona de vida Bosque seco tropical
Régimen de temperatura Isohipertérmico Régimen de humedad Ustico
Drenaje natural Bien drenado Profundidad efectiva Superficial
Nivel freático Profundo Inundabilidad No hay
Aptitud de riego Mala Permeabilidad Moderadamente rápida
Precipitación 1000 – 2000 mm Horizonte diagnóstico Ocrico
PROPIEDADES FÍSICAS
Horizonte A C
Profundidad 00 –15 cm 15 – 100 cm
Limites Claro y ondulado Difuso
Color en húmedo munsell Pardo oscuro 10YR3/3 Gris oliva 5Y4/2
Textura Franco arenoso (FA) Franco arenoso (FA)
Estructura Bloque subangular Sin estructura
Densidad aparente 1,50 g/cm3 1,10 g/cm
3
Densidad real 2,63 g/cm3 2,66 g/cm
3
Macro organismos Si No
Capacidad de campo 12.37 6.69
Punto de marchitez 7.14 4.77
Raicillas Si No
Conductividad hidráulica
(cm/h) 10,98 9,85
PROPIEDADES QUÍMICAS
PH 7,0 8,2
CIC 10,8 mq/100g 5,5 mq/100g
Reactividad HCL No No
Reactividad H2O2 Moderada No
Reactividad NaF No No
RAS mmo/L 65 64
PSI 0,0% 0,0%
Cromo hexavalente <20 mg/Kg <20 mg/Kg
Hidrocarburos totales <0,1 mg/Kg <0,1 mg/Kg
42
DATOS DE CAMPO
Materia orgánica <1,80 Bajo <1.00 Bajo
DESCRIPCION PERFIL DEL SUELO
A Color en húmedo, pardo oscuro (10YR3/3), textura franco arenoso; estructura en bloques
subangular; consistencia friable, no pegajosa no plástica; buena aireación; baja presencia de raíces
y microorganismos. pH 7.0 00 -15 cm.
C Color en húmedo gris oliva (5Y4/2), textura franco arenoso; sin estructura, sin poros de material
compacto. No hay actividad de microorganismos, sin raíces. No presenta reacciones al HCl, H2O2 y
NaF pH 8.2. 15 – 100 cm.
Fuente: Resultados de laboratorio SGS, agosto de 2014 (Simunek, 2013)
5.1.1 Análisis Físico-Químicos
Los resultados de las pruebas de laboratorio realizadas a los dos horizontes del suelo
encontrados en el perfil modal (ver Tabla 9), indican que son suelos neutros en la parte
superficial y en horizonte C ligeramente alcalino; con valores de pH de 7.04, para el horizonte A;
8,2 para el horizonte C. Estos valores de PH hacen que hierro, manganeso cobre y zinc sean
insolubles, al ser retenidos por los coloides del suelo. En suelos alcalinos el fosforo es fijado por
el calcio.
La Capacidad de Intercambio Catiónico es baja, la CIC es un indicador de la capacidad
del suelo de mantener adecuadas cantidades disponibles a las plantas de cationes de calcio, sodio
y potasio, entre mayor sea la CIC del suelo mayor será la fertilidad del suelo. La relación Ca/Mg
se encuentra dentro del rango ideal del 3-6, la relación Mg/K, es baja, lo que representa una
pequeña deficiencia de potasio y magnesio, la relación Ca/K es alta lo cual nos muestra la
deficiencia de potasio en cuanto a la relación (Ca+Mg)/K, presenta un valor aceptable.
Tabla 9 Resultados de determinaciones químicas del perfil de suelo presente en Punto
número 1
HORIZONTES A C
Parámetro (Unidades) Método Resultado Resultado
Textura clase Bouyoucos FA FA
Textura – arena % Bouyoucos 68.3 76.5
Textura – limo % Bouyoucos 17.5 15.5
Textura – arcilla % Bouyoucos 14.2 8
Densidad real g/cm3 Método Gravimétrico 2.63 2.66
Limite liquido 28.77 NL
Limite plástico 17.52 NP
43
HORIZONTES A C
Parámetro (Unidades) Método Resultado Resultado
Índice de plasticidad 11.25 NP
% Carbón orgánico 1 0.07
PH unidades Relación 1:1
potenciómetro-IGAC 7 8.2
Ras mmo/l Cálculo 65 .0 64
Capacidad de intercambio catiónico meq/100 g IGAC 10.8 5.5
Calcio (cmol(+)/kg EPA 3050 A / 714 9.6 2.1
Magnesio (cmol(+)/kg Acetato de amonio-IGAC 2.1 3.4
Potasio mg k/kg Acetato de amonio-IGAC 0.3 0.08
Sodio meq/100g Acetato de amonio-IGAC 0.03 0.29
Saturación de bases % Acetato de amonio-IGAC SAT SAT
Nitrógeno mgnt/kg KJELDAHL 1654 2321
Fosforo disponible mg p/kg Molibdato – IGAC 24 21.1
Arsénico mg/kg <5 <5
Bario mg/kg 229 217
Cadmio mg/kg <1 <1
Cromo hexavalente mgcr6/kg 3.21 1.43
Mercurio mg/kg 0.03 0.05
Plomo mg/kg <1 1.73
Hidrocarburos totales mg/kg EPA 418.1 Modifi 15 21
Aceites y grasas mg/kg EPA 418.1 Modifi 123 212
Fuente: Resultados de laboratorio SGS, agosto de 2014
En general la saturación de bases es alta. Por otra parte la presencia de azufre es baja, es
buena la disponibilidad de fósforo, y el contenido de materia es bajo. Los valores de
conductividad eléctrica y relación de absorción de sodio no presentan problemas de salinidad en
el suelo.
Debido a la carencia de una regulación que determine límites permisibles para establecer
el nivel de contaminación de los suelos en Colombia, se utilizaron varias fuentes con el fin de
proporcionar una referencia para evaluar las concentraciones de los metales que pueden generar
un riesgo o representar un nivel de contaminación de suelos.
Entre las fuentes que se emplearon está el criterio de calidad de sedimentos propuesto por
EPA (The U.S. Environmental Protection Agency), que hace referencia a los límites o
concentraciones en mg/Kg (base seca) de los metales bajo los cuales los suelos no son
considerados contaminados y las concentraciones de estos elementos, a las que se considera el
suelo esta moderadamente y altamente contaminado. Adicionalmente se consideró en la
44
construcción de la Tabla 10 como criterio cualitativo la adsorción de los metales pesados por las
plantas, la cual está fuertemente condicionada por el pH.
Tabla 10 Criterios de calidad de los sedimentos, límites establecidos por EPA
EPA Criterio
de calidad de
los sedimentos
Zn
(Zinc)
Pb
(Plomo)
Cu
(Cobre)
Cd
(Cadmio)
Ni
(Níquel)
As
(Arsénico)
Hg
(Mercurio)
Cr
(Cromo)
Fe
(Hierro)
No
contaminado <90 <40 <25 - <20 <3 <1 <25 <17000
Moderadamente
contaminado
900-
200 40-60 25-50 - 20-50 8-Mar - 25-75
17000-
25000
Altamente
contaminado >200 >60 >50 >6 >50 >8 >1 >76 >25000
Grupo 3 2 3 4 3 2 2 1 -
Fuente: EPA, 1985
5.2 UNIDAD DE SUELO LWAD3 (PUNTO DE CARACTERIZACION 2)
La unidad de suelo del punto número 2 se encuentra ubicada en jurisdicción del
Municipio de Venadillo – Tolima, vereda Buenavista, los resultados muestran que dicha unidad
de suelos fisiográficamente corresponde a lomerío, LWAd3, el tipo de relieve predominante
corresponde a elevaciones suaves del terreno que generalmente son de forma redondeada,
proveniente de areniscas y arcillolitas con niveles de conglomerados que presentan gravas, la
topografía es plana con pendiente 1-3% y muy superficial limitados por piedra y gravilla. (Ver
Tabla 11).
Tabla 11 Clasificación de la unidad de suelos LWAd3
PA
ISA
JE
CL
IMA
TIP
O D
E R
EL
IEV
E
MATERIAL
PARENTAL
CARACTERISTI
CA DE LOS
TIPOS DE
RELIEVE
UNIDAD
CARTOGRAFIC
A
CARACTERISTIC
AS PRINCIPALES
DE LOS SUELOS
UNIDAD
CARTOGRAFIC
A
45
Lo
mer
ío
Cál
ido
sec
o
Lo
mer
ío
Areniscas y
arcillolitas,
niveles
conglomeratic
os presentan
gravas
Son elevaciones
suaves del terreno
que generalmente
son de forma
redondeada,
convexa, generadas
sobre rocas
terciarias, con
laderas levemente
inclinadas, erosión
moderada
Lithic Ustorthents
Superficiales,
limitados por piedras;
de texturas medias a
gruesas, gravillosas,
ligeramente ácidos y
de fertilidad baja a
moderada
.
LWAd3
Fuente: Los autores, 2014
Las características diagnósticas utilizadas para la clasificación taxonómica y la
descripción detallada del perfil del suelo realizado en el predio se describen en la Tabla 12.
Tabla 12 Descripción del perfil de suelo para el Punto número 2
DATOS DE CAMPO
Perfil de suelo Punto 2 Símbolo LloWAd3
Paisaje / relieve Paisaje de lomerío /lomas Taxonomía Lithic
Ustorthents
Pendiente Moderadamente plana Erosión No apreciable
Material parental Areniscas y arcillolitas con
presencia de gravas Uso actual
Pastos
Ganadería
extensiva
Vegetación natural Pasto natural carretero Limitantes de uso
Suelo
superficial y
escasas lluvias
Clima ambiental Cálido seco Zona de vida Bosque seco
tropical
Régimen de temperatura Isohipertérmico Régimen de humedad Ustico
Drenaje natural Bien drenado Profundidad efectiva Superficial
Nivel freático No se encontró Inundabilidad No hay
Aptitud de riego Mala Permeabilidad Moderadamente
rápida
PRECIPITACIÓN 1000 – 2000 mm HORIZONTE DIAGNÓSTICO Ocrico
PROPIEDADES FÍSICAS
Horizonte A C1
Profundidad 0 –25 cm 25 – 120 cm
Limites Gradual y ondulado Gradual y ondulado
Color en húmedo munsell Gris oscuro (10YR4/1) Pardo oliva (2.5Y5/4)
46
DATOS DE CAMPO
Textura Franco arcilloso arenoso (FarA) Franco arenoso (FA)
Estructura Sin estructura Sin estructura
Macro organismos Si Poca
Densidad real 2,61 2,72
Densidad aparente 1.12 g/cm3 1.32 g/cm
3
Capacidad de campo 21,21 11,97
Punto de marchitez 13,45 7,66
Raicillas Si abundante Regular cantidad
Conductividad hidráulica
(cm/h) 15,51 8,72
PROPIEDADES QUÍMICAS
PH 6.1 6.1
CIC 15.7 mq/100g 9.7 mq/100g
Reactividad hcl No No
Reactividad h2o2 Moderada No
Reactividad naf No No
Ras mmo/l 77 76
Psi 0,00% 0,00%
Cromo hexavalente 2.12 mg/Kg 1.34 mg/Kg
Hidrocarburos totales 18 mg/Kg 11 mg/Kg
Materia orgánica 1.9% medio 0.66% bajo
PERFIL DEL SUELO
DESCRIPCION PERFIL DEL SUELO
A Color en húmedo, Gris oscuro (10YR4/1), franco arcillosos arenoso, con presencia de gravas; sin
estructura en; consistencia muy friable, pegajosa no plástica; buena aireación; presencia de raíces y
microorganismos. pH 6.1 0 -25 cm.
C1 Color en húmedo Pardo oliva (2.5Y5/4), franco arenoso; sin estructura, sin poros de material
compacto. No hay actividad de microorganismos, sin raíces. No presenta reacciones al HCl, H2O2 y
NaF pH 6.1 25 – 120 cm.
Fuente: Resultados de laboratorio SGS, agosto de 2014
5.2.1 Análisis Físico-Químicos
La Tabla 13 presenta los resultados de las pruebas de laboratorio realizadas a los dos
horizontes del suelo encontrados en el perfil modal. En dichos resultados se aprecia una clase
texturil de franco arcillosos arenoso en el primer horizonte y franco arenosos en el segundo
horizonte, el contenido de humedad disminuye a medida que profundiza el perfil; el pH es
47
medianamente ácido y se mantiene a lo largo del perfil; el contenido de humedad disminuye a
medida que se profundiza el perfil.
La Capacidad de Intercambio Catiónico es media en el horizonte A y baja en el horizonte
C1; la CIC es un indicador de la capacidad del suelo de mantener adecuadas cantidades
disponibles a las plantas de cationes de calcio, sodio y potasio, entre mayor sea la CIC del suelo
mayor será la fertilidad del suelo. La relación Ca/Mg presenta resultados bajos en los dos
perfiles manifestando deficiencia en los cationes de calcio y magnesio, la relación Mg/K, es alta
en los dos horizontes, la relación Ca/K presenta una relación ideal en ambos casos y la relación
(Ca+Mg)/K, en el primer horizonte presenta un rango ideal y alto en el horizonte C1 lo que
representa una deficiencia de potasio. En general la saturación de bases es alta y el fosforo
disponible as bajo, el contenido de materia orgánica es medio en el primer horizonte y baja a
medida que desciende el perfil.
Tabla 13 Resultados de determinaciones químicas del perfil de suelo presente en Punto
número 2
HORIZONTES A C1
Parámetro (Unidades) Método Resultado Resultado
Textura clase Bouyoucos FArA FA
Textura - arena % Bouyoucos 56.7 76.4
Textura - limo % Bouyoucos 21.8 11.5
Textura - arcilla % Bouyoucos 22.5 12.1
Densidad real g/cm3 Método Gravimétrico 2.61 2.72
Contenido de humedad % 21.61 12.8
Limite liquido 42.71 NL
Limite plastico 21.08 NP
Indice de plasticidad 21.63 NP
% Carbón orgánico 1.9 0.66
PH Unidades Relación 1:1
potenciometrico-IGAC 6.1 6.1
RAS mmo/L Cálculo 77 76
Capacidad De Intercambio Cationico mEq/100 g IGAC 15.7 9.7
Calcio (cmol(+)/kg EPA 3050 A / 714 9.2 4.9
Magnesio (cmol(+)/kg Acetato de amonio-
IGAC 5 3.3
Potasio mg k/kg Acetato de amonio-
IGAC 0.44 1.17
Sodio meq/100g Acetato de amonio-
IGAC 0.03 0.29
Saturación de bases % Acetato de amonio-
IGAC SAT SAT
Nitrógeno mgnt/kg KJELDAHL 1654 2321
Fosforo disponible mg p/kg Molibdato - IGAC 3.0 13.3
48
HORIZONTES A C1
Parámetro (Unidades) Método Resultado Resultado
Arsénico mg/kg <5 <5
Bario mg/kg 409 257
Cadmio mg/kg <1 <1
Cromo hexavalente mgcr6/kg 2.123 1.34
Mercurio mg/kg 0.03 0.05
Plomo mg/kg 1.82 <1
Hidrocarburos totales mg/kg EPA 418.1 Modifi 18 11
Aceites y grasas mg/kg EPA 418.1 Modifi 165 109
Fuente: Resultados de laboratorio SGS, agosto de 2014
En este caso al igual que en el punto número 1, también se utilizaron los parámetros para
establecer los límites permisibles de contaminación de suelos emitidos por EPA (The U.S.
Environmental Protection Agency).
49
6 CARACTERIZACION DE LOS VERTIMIENTOS TIPO
La calidad del agua es una característica directamente ligada con el uso final del recurso;
para ello la legislación colombiana mediante el Decreto 1594 de 1984, establece unos parámetros
mínimos de la calidad del vertimiento, bajo los cuales se asume que no existe mayor riego de
contaminación de las aguas conforme a la destinación final del recurso.
Dentro de la definición de usos y destinación del recurso hídrico, encontramos aquellos
relacionadas con el uso doméstico y de consumo humano, el uso agrícola y el uso pecuario; los
cuales corresponden a los principales tipos de uso derivados de la actividad económica dentro del
área donde se desarrolla el presente proyecto; por tanto los posibles vertimientos, deben cumplir
con los parámetros mínimos de calidad definidos en los artículos 38, 39, 40 y 41 del mencionado
Decreto.
Para efectos del presente proyecto, se tomarán como referencia alguna de los parámetros
de calidad establecidos en el artículo 38 del Decreto 1594 de 1981 (destinación del recurso para
uso doméstico), que son abundantes dentro de la composición de las aguas residuales y que
pueden ser derivados tanto de aguas residuales domésticas como industriales. En la Tabla 14 se
presenta la concentración máxima de los contaminantes a utilizar durante el estudio y
posteriormente se realiza una descripción de estos, su origen y efectos sobre el uso actual del
recurso.
Tabla 14 Caracterización de los vertimientos tipo a modelar
CONTAMINANTE EXPRESADO
COMO
CONCENTRACIÓN
(mg/lt)
COEFICIENTE DE
DISPERSIÓN MOLECULAR
(Dw) (cm2/seg)
Amoniaco N 1.0 1.77 x 10-5
Cloruro Cl- 250.0 1.26 x 10-5
Nitratos NO3 10.0 0.17 x 10-4
Sulfatos SO2-- 400.0 0.10 x 10-4 Fuente: Los autores, 2014
La calidad deficiente del agua, puede traer efectos colaterales sobre la salud o afectar los
cultivos por acumulación de sales en la zona de la raíz, pérdida de la permeabilidad del
50
suelo por exceso de sodio o por la presencia de contaminantes tóxicos para las plantas o
los consumidores.
A continuación se presenta una breve descripción de dichos contaminantes a partir de las
definiciones dadas por (Barrenechea, S.F)
Amoniaco: el amonio es el producto final de la reducción de las sustancias orgánicas e
inorgánicas nitrogenadas y además del origen atmosférico por fijación química, su principal
origen está relacionado con la putrefacción mediante acción bacteriana, de las proteínas de
origen animal o vegetal y la reducción de Nitritos. El amoniaco se encuentra en cantidades
notables cuando el medio es fuertemente reductor. En un medio oxidante, el ion amonio se
transforma en nitrito, que al ser absorbido en la sangre convierte a la hemoglobina en
metahemoglobina, la cual se caracteriza por inhibir el transporte de oxígeno en la sangre,
especialmente en los niños.
Cloruros: Las aguas superficiales normalmente no contienen cloruros en concentraciones
tan altas como para afectar el sabor. A partir de ciertas concentraciones, los cloruros pueden
ejercer una acción disolvente sobre ciertas sales presentes en el agua y también sobre algunos
componentes del cemento, al impartirles una acción corrosiva y erosionante, en especial a pH
bajo. Para uso doméstico, los límites fijados en el agua por las normas de calidad se sustentan
más en el gusto que le imparten al agua que en motivos de salubridad; sin embargo, cuando
aumenta la concentración de cloruro, las plantas toman dicho cloruro en vez de los nutrientes
aniónicos esenciales, especialmente el nitrato, afectando el rendimiento y desarrollo de las
plantas.
Nitratos: la presencia de nitratos en aguas residuales se presenta por la oxidación
bacteriana de las materias orgánicas principalmente de las eliminadas por los animales. Aunque
los nitratos son un producto normal del metabolismo humano el agua con altas concentraciones
en nitratos representa un riesgo para la salud, especialmente en los niños. Si se bebe agua con
elevadas concentraciones de nitratos la acción de determinados microorganismos en el estómago
puede transformar los nitratos en nitritos, que al ser absorbido en la sangre convierte a la
51
hemoglobina en metahemoglobina. Después de la absorción, tanto nitratos como nitritos se
distribuyen con rapidez a todos los tejidos.
El uso excesivo de fertilizantes nitrogenados, incluyendo el amoniaco y la contaminación
causada por la acumulación de excretas humanas y animales pueden contribuir a elevar la
concentración de nitratos en agua. Generalmente, los nitratos son solubles, por lo que son
movilizados con facilidad de los sedimentos por las aguas superficiales y subterráneas.
Aunque los nitratos son un producto normal del metabolismo humano, el agua con altas
concentraciones en nitratos representa un riesgo para la salud, especialmente en los niños. Si se
bebe agua con elevadas concentraciones de nitratos la acción de determinados microorganismos
en el estómago puede transformar los nitratos en nitritos.
Sulfatos: los sulfatos se encuentran de manera natural en numerosos minerales, además se
utilizan en la industria química (fertilizantes, pesticidas, colorantes, jabón, papel, vidrio,
fármacos, etc.), como agentes de sedimentación (sulfato de aluminio) o para controlar las algas
(sulfato de cobre) en las redes de agua y como aditivos en los alimentos.
Se sabe que los sulfatos de sodio y magnesio pueden tener acción laxante. Se encuentra
disuelto en las a aguas debido a su estabilidad y resistencia a la reducción. Un alto contenido de
sulfatos puede proporcionar sabor al agua y podría tener un efecto laxante, sobre todo cuando se
encuentra presente el magnesio. Este efecto es más significativo en niños y consumidores no
habituados al agua de estas condiciones.
El sulfato tiende a formar sales con los metales pesados disueltos en el agua y debido a
que el valor del producto de solubilidad de dichas sales es muy bajo, contribuye muy
eficazmente a disminuir su toxicidad. Los niveles de concentración de sulfatos, se incrementan
debido al alto uso de estos compuestos como fertilizantes, elevando la concentración inicial de
sulfatos en el suelo.
52
Por sus efectos laxantes, su influencia sobre el sabor y porque no hay métodos definidos
para su remoción, la OMS recomienda que en aguas destinadas al consumo humano, el límite
permisible no exceda 250 mg/L, pero indica, además, que este valor guía está destinado a evitar
la probable corrosividad del agua.
53
7 MODELACIÓN HYDRUS 1D
Caracterizada el área de estudio en temas como geología, hidrogeología y clima, se
procedió a la modelación de los solutos en las unidades cartográficas de suelos PWFB1 y
LWAd3, obteniendo los siguientes resultados que permitieron determinar la susceptibilidad de
las aguas subterráneas.
7.1 UNIDAD PWFB1 (PUNTO DE CARACTERIZACION NUMERO 1)
Realizada la modelación, se observa que la infiltración potencial que se genera para la unidad
PWFB1 a lo largo de un año, podría alcanzar valores de 1.7 cm/día en el mes de abril y de 1.4
cm/día en el mes de octubre. Los meses con infiltraciones más bajas se dan en el mes de febrero
y agosto con valores aproximados de 0.1 cm/día (Ver Figura 9).
Figura 9. Infiltración potencial en superficie de la unidad PWFB1
Fuente: Los Autores, 2014
Los valores de infiltración potencial obtenidos de la simulación en Hydrus 1D están muy
marcados por régimen bimodal de la precipitación ya que la lámina de agua vertida es constante
a lo largo de los 365 días.
54
7.1.1 CONCENTRACIÓN DE SOLUTOS EN LA UNIDAD PWFB1
El vertimiento de aguas residuales debe cumplir con cantidades mínimas de solutos para poder
ser realizado. Dentro de los solutos seleccionados se encuentra el Nitrato (NO3) que puede estar
presente en el agua a ser vertida en una cantidad de 0.01 mg/cm3, lo que se considera el valor
inicial y está reflejado en la Figura 10-a.
En la Figura 10-a, se puede apreciar que la concentración de Nitrato (NO3) en la superficie
puede alcanzar niveles del orden de 0.045 mg/cm3 en el mes de agosto, claramente asociado al
régimen climático que genera los bajos niveles de infiltración en el mes de agosto. Así mismo se
puede apreciar en la Figura 10-b las concentraciones a lo largo del perfil del suelo en los 365 días
simulados, donde la concentración de Nitratos va aumentando en el tiempo debido al constante
vertimiento, pudiendo reportar cantidades de 0.02 mg/cm3 a 100 cm de profundidad, lo que
podría vulnerar las aguas subterráneas si el nivel freático ascendiera a esas profundidades en un
evento de precipitación máximo.
a)
b)
Figura 10. Curvas de transporte de Nitratos (NO3) en unidad PWFB1
Fuente: Los Autores, 2014
55
En la Figura 11, se observan las concentraciones de amoniaco (NH3) a lo largo de los 365 días,
identificando cantidades del orden de los 0.0045 mg/cm3 en la superficie y de 0.002 mg/cm
3 a
una profundidad de 100 cm en el mes de octubre; lo que indicaría que la alta infiltración
potencial registrada en dicho mes hace que este soluto pueda alcanzar este valor.
a)
b)
Figura 11. Curvas de transporte de Amoniaco (NH3) en unidad PWFB1
Fuente: Los Autores, 2014
Las concentraciones de Sulfatos (SO-) y Cloruros presentan comportamientos muy similares a
los solutos descritos anteriormente, tal como se puede apreciar en la Figura 12; lo que indicaría
que el principal factor para el transporte de cualquier soluto por la zona no saturada depende
principalmente de las propiedades físico químicas del suelo. A su vez, según la modelación, el
constante vertimiento de los solutos simulados hace que se presenten elevadas concentraciones
en el suelo, las cuales superan los límites permitidos para el consumo humano o doméstico.
56
a.
b.
c.
d.
Figura 12. Curvas de transporte de Sulfato (SO4-) y Cloruros (CL-) en unidad
PWFB1
Fuente: Los Autores, 2014
57
7.2 UNIDAD DE SUELO LWAD3 (PUNTO DE CARACTERIZACION 2)
Por encontrarse bajo el mismo régimen climático y por tener una clase textural muy
similar, esta unidad de suelo presta infiltraciones potenciales en superficie parecidas a la unidad
de suelos PWFB1. Tal como se puede apreciar en la Figura 13. Los valores máximos de
infiltración potencial están en el orden de 1.75 cm/día asociados al mes de abril y octubre.
Figura 13. Infiltracion potencial en superficie de la unidad LWAd3.
Fuente: Los Autores, 2014
7.2.1 CONCENTRACIÓN DE SOLUTOS EN LA UNIDAD LWAd3
La concentración de Nitratos en la unidad de suelo LWAd3 podrá alcanzar niveles de
0.039 mg/cm3 en superficie y de 0.018 mg/cm
3 en profundidad, tal como lo muestra la Figura 14-
a. Este suelo permite el vertimiento de Nitratos hasta por 100 días para que el soluto no sea
percibido en la profundidad, tal como lo muestra la Figura 14b.
58
Figura 14. Curvas de transporte de Nitratos (NO3) en unidad LWAd3
Fuente: Los Autores, 2014
El vertimiento de amoniaco en el suelo registraría valores de 0.0038 mg/cm3 en el mes de
agosto y un valor máximo en el mes de diciembre de aproximadamente 0.0017 mg/cm3. El suelo
en profundidad tendrá concentraciones no permitidas a partir del mes de agosto como se puede
observar en la Figura 15, por lo que se debe pensar en la disminución del vertimiento.
Figura 15. Curvas de transporte de Amoniaco (NH3) en unidad LWAd3
Fuente: Los Autores, 2014
59
Tal como se puede apreciar en la Figura 16, el transporte del Sulfato (SO4) y los cloruros
(CL-) tiende a ser de maneras muy similares, debido a su coeficiente de absorción o partición
(Kd). Así mismo como lo muestran las curvas de transporte en profundidad, después de cierto
tiempo de vertimiento la concentración va a ser casi homogénea a lo largo del perfil, que para el
caso de los sulfatos pueden llegar al orden de los 0.8 mg/cm3 y de los cloruros al orden de 0.5
mg/cm3 correspondientes a 500 mg/lt.
a)
b)
c)
d)
Figura 16. Curvas de transporte de Sulfato (SO4-) y Cloruros (CL-) en unidad
LWAd3
Fuente: Los Autores, 2014
60
8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La zona de estudio presenta un régimen climático de tipo bimodal y se localiza sobre la
unidad geológica del abanico de Lérida, considerado como de gran interés hidrogeológico con
una permeabilidad alta a moderada y con características propias de un acuífero libre; haciendo de
esta un área de mayor susceptibilidad a la contaminación de las aguas subterráneas.
Para el caso de las dos unidades de suelo evaluadas, aquellas que presentan textura
franco arenosa y de alta capacidad de retención de humedad, permiten que las aguas aplicadas
sobre el suelo no superen profundidades elevadas, indicando así que dichas unidades presentan
valores de infiltración básica moderada, teniendo en cuanta que la textura presenta alto contenido
de arena y corresponden a suelos bien estructurado.
La unidad LWAd3 por sus características fisicoquímicas es un mejor filtro para el
acuífero libre ya que demora más el transporte de los solutos contaminantes por el perfil del
suelo y hace menos susceptibles las aguas subterráneas a la contaminación, estabilizando los
niveles de concentración con el paso del tiempo.
El movimiento del agua a través de las unidades cartográficas de suelos y los perfiles
analizados, es dominado principalmente por las propiedades físicas de estos, lo anterior teniendo
en cuenta que el suelo es considerado como un sistema poroso que permite el tránsito de fluidos.
Aunque el nivel freático en las unidades de suelo seleccionadas se encuentra entre 5 y 10
metros de profundidad, la concentración en profundidad de los solutos simulados es muy alta
según los niveles permitidos y en caso de que la tabla de agua llegara a niveles de los 100 cm de
profundidad, las aguas subterráneas serían muy susceptibles a la contaminación.
Para efectos de mejorar resultados en la simulación con el programa Hydrus-1D se
recomienda la aplicación de análisis de laboratorio para determinar el coeficiente de absorción o
partición (Kd) de cada soluto para los diferentes horizontes del perfil del suelo.
61
En caso de realizar vertimiento en suelos, es necesaria la implementación de piezómetros
en el campo de aspersión o ZODAR con el fin de controlar la tabla de agua y así mismo poder
realizar un constante monitoreo que permita tomar decisiones respecto a continuar o detener el
vertimiento de las aguas residuales.
62
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ANEXOS
Anexo 1. Modelación Punto de muestreo 1
Anexo 2. Modelación Punto de muestreo 2
Anexo 3. Datos IDEAM
