CAPITULO 7.- HIDROLOGIA SUBTERRANEA 7.1.- MODELO

ESTUDIO HIDROGEOLOGICO SILAO-ROMITA, 1998

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CAPITULO 7.- HIDROLOGIA SUBTERRANEA 7.1.- MODELO CONCEPTUAL DE FUNCIONAMIENTO DEL ACUIFERO El valle de Silao-Romita, tiene una forma prácticamente plana. El subsuelo esta constituido por una alternancia de materiales aluviales, sedimentos lacustres y coladas de lava que en su mayoría se comportan como permeables y permiten la infiltración y circulación de agua en el subsuelo. Presentan intercalaciones de horizontes arcillosos que provocan el almacenamiento de agua a diferentes profundidades. El valle se encuentra semi-limitado al oeste por los lomeríos de La Muralla, al norte y este por la Sierra de Guanajuato y al sur por las sierras de Pénjamo y El Veinte. Estas sierras con excepción de la de Guanajuato, se encuentran constituidas por rocas ígneas estrusivas existiendo dos tipos principales, basaltos y riolitas. En general las elevaciones topográficas permiten la infiltración del agua de lluvia y constituyen zonas de recarga al acuífero. Las Sierras de Guanajuato corresponden a un complejo principalmente igneo-sedimentario que se comporta como impermeable. En la mayor parte de la zona de estudio existe una capa de arcillas impermeables a alrededor de los 30 metros de profundidad, que ocasiona la formación de un horizonte acuífero superficial cuyo nivel se establece a entre 2 y 15 metros de profundidad. Se le denominó horizonte acuífero somero. Su principal zona de afloramiento se ubica en el cauce del Río Guanajuato, aguas debajo de la presa Purísima. Este acuífero se ilustra en las figuras 7.1 a 7.4. Entre los 30 y 120 metros de profundidad, se encuentra otro horizonte arcilloso impermeable que en ocasiones pasa lateralmente a un basalto compacto también impermeable. Estos materiales ocasionan la formación de una zona acuífera denominada aquí acuífero intermedio cuyo nivel se encuentra a profundidades variables, predominando el rango de 25-60 metros. Los pozos que se encuentran explotando a este acuífero alcanzan profundidades del orden de 80-120 metros. Durante la década de los 70’s, el Valle de Silao-Romita se encontraba explotado por un gran número de pozos que extraían agua de este horizonte acuífero, empezando a mostrar signos de


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sobreexplotación que repercutían en el abatimiento de los niveles. Por ello, la exSecretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos estableció veda a la perforación de nuevos pozos. Ya para dicha década de los 70´s, se conocía que a mayor profundidad existían sedimentos lacustres y lavas riolíticas con potencial geohidrológico y que frecuentemente presentaban termalismo. La exSARH emitió criterios para el otorgamiento de permisos para perforación, que indicaban que los pozos nuevos deberían explotar la zona acuífera de mayor profundidad, para lo cual deberían cementar la porción superficial del pozo y evitar así aumentar la sobreexplotación de los acuíferos superficiales. En los estudios que realiza la CEASG se observa que, en la mayor parte de la zona de trabajo, los horizontes acuíferos identificados como somero e intermedio han quedado agotado en varias zonas y, en otras, se encuentran a punto de secarse. Así mismo, que el horizonte de mayor extracción corresponde al denominado acuífero profundo. En los incisos 7.2 y 7.4 se amplía la información sobre profundidad al nivel estático y volúmenes de extracción, que confirman la diferenciación de horizontes acuíferos. 7.2.- PROFUNDIDAD AL NIVEL ESTATICO La profundidad al nivel estático se midió en un gran número de aprovechamientos durante el inventario realizado, así como en visitas posteriores para la realización de la piezometría y pruebas de bombeo. Se hace notar que la zona presenta un desarrollo agrícola intensivo en el que, durante la temporada de estiaje, la gran mayoría de los pozos se encuentran en operación continua, lo que dificulta la obtención de niveles estáticos. Se trazaron configuraciones a partir de los resultados de la piezometría de estiaje 2000, que se presentan en la figura 7.5. Este incluye datos que permitieron el trazo de curvas al norte de Silao, donde se marcaron las curvas de 30 a 50 metros de profundidad correspondientes al acuífero intermedio. En relación al acuífero profundo, este se detecta en prácticamente todo el valle, presentando una profundidad al nivel estático entre 60 a 138 metros, las zonas de mayor profundidad se delimitan en el norte del área, en el municipio de Silao.


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7.3.- ELEVACION DEL NIVEL ESTATICO A partir de las mediciones de profundidad al nivel estático y las cotas del terreno, se calculó la elevación del nivel estático respecto al nivel del mar. Se formó una red de pozos piloto para mediciones piezométricas que sufrió varias modificaciones durante el desarrollo del trabajo debido a dificultades que se presentaban en los pozos para su medición. La red piezométrica final está constituida por 71 pozos, 57 de ellos representativos del acuífero profundo, en los que se procuró que existiera una distribución espacial que cubriera todo el valle y que cada sitio cumpliera con las condiciones mínimas para poder efectuar mediciones periódicas y representativas del acuífero (Tabla 7.1). Se trazó una configuración de la elevación del nivel estático para el acuífero profundo figura 7.6, con valores del mes de mayo del 2000, en la cual se observa que existen curvas que van de 1665 a 1770 metros. Los valores mayores se encuentran en las estribaciones de las elevaciones topográficas del norte, a partir de donde descienden gradualmente hacia el centro del Valle de Silao-Romita, donde se llegó a trazar la elevación 1665 msnm. A partir de las sierras, se trazaron las curvas 1770-1680 msnm que desciende al centro del valle a 1665, de donde se deduce un flujo de agua subterránea de la sierra hacia el centro del valle. El cono de abatimiento es amplio y abarca la zona donde se localizan el mayor número de aprovechamientos de uso agrícola, al sur de Silao, abarcando Romita hasta la comunidad de Trejo, Santa Bárbara y San Antonio el Rico. 7.4.- VOLUMENES DE EXTRACCIÓN (HIDROMETRIA SUBTERRANEA) Para cada uno de los aprovechamientos inventariados se calculó el volumen de extracción tomando en cuenta el caudal y el tiempo de operación, obtenidos durante el censo. Los registros y cálculos se incluyen en las hojas de censo (anexo 1). Se llevo a cabo una clasificación de los pozos de acuerdo a su volumen de extracción. Por una parte, los que presentan volúmenes de extracción mayores de 200,000 m3/año. Se marcaron con un circulo observándose que se encuentran en gran parte del valle de Silao-Romita.


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Por otra parte, se diferenciaron los pozos que presentan volúmenes reducidos de extracción de agua subterránea, entre 1,000 y 150,000 metros cúbicos anuales. Se marcaron estos pozos con un triángulo, observándose que predominan en el cauce del Río Guanajuato, aguas abajo de la presa Purísima. Se marcó a aquellos pozos que presentan un caudal de extracción intermedio entre los dos mencionados anteriormente y que corresponde al rango entre 151,000 y 200,000 m3/año. Finalmente, se marcaron los pozos que se encuentran sin uso actual, observándose que la mayor parte de ellos se presenta principalmente en una franja alargada que se extiende desde Silao hacia el sur figura 7.7. Se hace notar que el abatimiento de los niveles ha provocado el agotamiento de los horizontes acuíferos somero e intermedio principalmente en la parte central del valle, obligando a los agricultores a profundizar sus pozos. En la periferia del valle aún se presenta el acuífero intermedio y sus niveles se confunden con el profundo. Se calculó el volumen de extracción de agua subterránea en cada pozo cuyos datos se presentan en las tablas del anexo 1. La extracción total para el año de 1998 fue de 408.4 millones de m3/año. En capítulos posteriores se describirá el área de balance, en donde la extracción para el 2000 fue de 381.1 millones m3/año. Los volúmenes de extracción de acuerdo al uso que se le destina, se incluye en la figura 7.8 7.5.- EVOLUCION DEL NIVEL ESTATICO Se recopiló la información piezométrica, de volúmenes de extracción y geohidrológica en general, de la zona de estudio y que se presenta en estudios realizados en años anteriores. La información existente es de tipo general. Se mencionan volúmenes de extracción para años anteriores englobando a los horizontes acuíferos somero, intermedio y profundo. La extracción principal en décadas anteriores, correspondía a los horizontes intermedio y somero.


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Estudio realizado en fechas más recientes correspondientes al programa PROMMA de la CNA, incluye datos piezométricos de gran utilidad para el año de 1996, aunque mezcla datos de los diferentes horizontes acuíferos. Dichos datos se reinterpretaron y a partir de ellos se obtuvo una zonificación de la evolución del nivel estático para el período 1996-1998. Tomando en cuenta la información disponible se calculó la evolución sufrida por el nivel estático del acuífero profundo entre 1999 al 2000. Se determinó que el área de Silao – Romita se caracteriza por un abatimiento promedio de - 2 metros. En la zona de La Gavia el abatimiento promedio es de - 3 metros. 7.6.- PRUEBAS DE BOMBEO La prueba de bombeo consiste en la observación de las fluctuaciones del nivel piezométrico en un pozo durante el abatimiento o recuperación producido por el bombeo. Al iniciarse el bombeo en un pozo, el nivel del agua sufre un abatimiento el cual es mayor en el propio pozo y decrece conforme aumenta la distancia. La fuerza que induce a que el agua se mueva hacia el pozo, es el gradiente que se genera entre las cargas hidráulicas del propio pozo y las próximas a él. El agua fluye a través del acuífero aumentado su velocidad conforme se acerca al pozo. La Ley de Darcy expresa que en un medio poroso el gradiente hidráulico es directamente proporcional a la velocidad. El abatimiento en la superficie piezométrica forma un cono de depresión, cuyo tamaño y forma dependen del caudal, tiempo de bombeo y características del acuífero. El objetivo principal de las pruebas de bombeo es estimar las características hidrodinámicas de la formación acuífera como son transmisibilidad y coeficiente de almacenamiento. También se pueden llegar a definir el tipo de acuífero, la existencia de barreras laterales, recarga de ríos o manantiales, radio de influencia del pozo, factor de infiltración y predicción del comportamiento de los niveles piezométricos. Con las observaciones realizadas se construye, la gráfica de variación del nivel dinámico en relación al tiempo. 7.6.1.- REGIMEN ESTABLECIDO Cuando se bombea agua de un pozo, esta proviene del almacenamiento del acuífero. En tanto no exista una recarga vertical, se formará un cono de depresión que se ira extendiendo,


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decreciendo su magnitud a medida que el área afectada es mayor, hasta que la superficie piezométrica se estabiliza en las proximidades del pozo y se llega a una condición de flujo establecido. Existen dos ecuaciones básicas para un pozo descargando bajo condiciones de flujo establecido; una para acuíferos libres y otra para acuíferos confinados. Para un acuífero libre, la ecuación es. h2

2 - h2 1 = Q L r2 --------------------------------------------- (1)

πK r1 En la cual: h1 = Altura piezométrica a la distancia r1 del pozo de bombeo. h2 = Altura piezométrica a la distancia r2 del pozo de bombeo. Q = Caudal de bombeo K = Permeabilidad L = Logaritmo base "e" La fórmula correspondiente a un acuífero confinado es:

h1 – h2 = Q L r 1 --------------------------------------------- (2) 2π Kb r2

en la cual b es el espesor del acuífero.

7.6.2.- REGIMEN TRANSITORIO En 1935, C.V. Theis inició el estudio de la hidráulica de pozos en régimen transitorio al desarrollar la fórmula que lleva su nombre. Mediante esta fórmula pueden deducirse los valores de los coeficientes de transmisibilidad y almacenamiento a partir de los abatimientos registrados en uno o varios pozos de observación para diferentes tiempos de bombeo. La solución desarrollada por Theis, es:

a = Q W (µ) -----------------------------------------(3) 4 π T


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Despejando T:

T = Q W (µ) 4π a

Donde: a es el abatimiento registrado a la distancia r del pozo de bombeo; Q, es el caudal, T la transmisibilidad; W (µ) es la función de pozo.

Por otra parte.

µ = r2 S -------------------------------------------(4) 4 Tt

Despejando S S = 4Tt u r2

Donde: r es la distancia al pozo de bombeo; t el tiempo de bombeo; S el coeficiente de almacenamiento y T la transmisibilidad.

Con los valores de la función de pozo en relación con los de u, vaciados sobre una gráfica de W(u) contra 1/u, se obtiene una curva "tipo" para la interpretación de pruebas de bombeo en pozos totalmente penetrantes en acuíferos confinados.

En general, en este método debe darse menor peso a los puntos correspondientes a los tiempos más cortos, ya que en esta parte de la prueba pueden tenerse las mayores discrepancias entre las condiciones reales y las hipótesis establecidas para obtener la fórmula. Hay cierto retraso entre el abatimiento de la superficie piezométrica y la liberación del agua, el cual puede ser mayor en esta parte de la prueba en la que los niveles se abaten rápidamente. También el caudal puede variar apreciablemente por el incremento brusco de la carga de bombeo. Para tiempos mayores de bombeo, estas discrepancias se van minimizando y se tiene un mejor ajuste entre la teoría y las condiciones reales. 7.6.3.- FÓRMULA MODIFICADA RÉGIMEN TRANSITORIO Un método sencillo para la interpretación de las pruebas de bombeo fue desarrollado por Jacob, quien observó que para tiempos largos (t>5 Sr2 /T), la ecuación (3), puede modificarse sin un error significativo a la forma siguiente: a = 2.3 Q log 2.25 Tt ----------------------------------(5)


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4π T r2 S A partir de esta fórmula, se desarrolló el método gráfico de interpretación que lleva su nombre, Método de Jacob.. Si la pendiente de la recta abatimiento-tiempo es ∆s, la transmisibilidad puede obtenerse de la expresión. T = 0.183 Q --------------------------------(6) ∆s 7.6.4.- ACUÍFEROS SEMICONFINADOS Al ser bombeado un acuífero semiconfinado, se provocan abatimientos de sus niveles piezométricos generándose una diferencia vertical de cargas que induce el flujo descendente del agua a través del semiconfinante. La cantidad de agua que circula a través de éste, es directamente proporcional a la diferencia de cargas entre las superficies freática y piezométrica e inversamente proporcional a la resistencia hidráulica del mismo estrato. En este sistema solo una parte del volumen bombeado procede del acuífero, el resto, es aportado por el estrato adyacente semiconfinante, por lo que el abatimiento de los niveles piezométricos es menor que en el caso del acuífero confinado. Como la aportación vertical aumenta con el tiempo, el abatimiento de los niveles piezométricos va decreciendo hasta que la aportación vertical equilibra el caudal de extracción, momento en que los niveles piezométricos se estabilizan. La solución correspondiente a este sistema es la siguiente: a = Q W (u, r/B) 4 π T despenjando T T = Q W (u r/B) 4π a Donde B = T b'/K'


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Siendo K' y b' la permeabilidad vertical y el espesor del estrato semiconfinante. Por otra parte el coeficiente de almacenamiento se obtiene de la ecuación: S = 4Tt µ r2 7.6.5.- INTERPRETACION DE LAS PRUEBAS El graficado de las pruebas de bombeo se utilizó el programa de computación Groundwater por Windows, publicado por la Organización de las Naciones Unidas este programa tiene facilidades para interpretar las pruebas por los métodos de Hantush, Jacob y Theis. Los resultados del paquete de cómputo de las pruebas se calibraron con interpretaciones manuales. Los datos obtenidos se muestran en la tabla 7.2.

TABLA 7.2.- RESUMEN PRUEBAS DE BOMBEO ZONA SILAO-ROMITA, GTO.

Pozo TRANSMISIBILIDAD COEFICIENTE No Abatimiento Recuperación Promedio DE

m2/día m2/seg. m2/día m2/seg m2/día m2/seg. ALMACENAMIENTO

68 75.24 0.000871 75.21 0.000870 67-OBS 41.99 0.000486 41.99 0.000486 0.11

71 12.91 0.000149 12.91 0.000149 296 0.77 0.000009 0.77 0.000009 378 1.16 0.000013 1.6 0.000019 1.38 0.000016 418 N.I. N.I. 502 14.67 0.000170 19.04 0.000220 16.855 0.000195 545 7.19 0.000083 5.5 0.000064 6.345 0.000073 942 35.47 0.000411 35.47 0.000411 0.03

942-OBS 981.38 0.011359 981.38 0.011359 1319 4.42 0.000051 2.92 0.000034 3.67 0.000042 1335 210.83 0.002440 58.8 0.000681 134.815 0.001560

1384-OBS 24.58 0.000284 24.58 0.000284 0.00002 1384 72.71 0.000842 72.71 0.000842

1406-OBS 31.80 0.000368 31.80 0.000368 0.00002 1407-OBS 386.99 0.004479 386.99 0.004479 0.00003

1526 5058.60 0.058549 5058.60 0.058549 1530 14.73 0.000170 14.73 0.000170

1530-OBS 539.30 0.006242 539.30 0.006242 0.03 1585 25.92 0.000300 25.92 0.000300 1916 4.86 0.000056 4.86 0.000056 1930 2.48 0.000029 2.06 0.000024 2.27 0.000026 1940 0.27 0.000003 0.467 0.000005 0.3665 0.000004


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DISCUSION Los datos de campo fueron en general pobres, debido al agudo estiaje que se presentó durante los trabajos de campo, así como a varios problemas entre los que destacan los siguientes: En muchos de los pozos de agua potable seleccionados, la duración de la prueba de bombeo estuvo influenciada por las necesidades de agua del sistema. Cuando se encontraron pozos de reposición cercanos al de bombeo que podrían utilizarse como de observación, estos presentaban poca profundidad total y no reflejaban el acuífero profundo explotado por el pozo. Otro factor que afecto los datos de campo, fue la presencia de escurrimientos de agua dentro del pozo, del acuífero superficial hacia el profundo Los valores de transmisibilidad obtenidos van de 11 x 10-3 a 0.3 x 10-4 m2/seg. El coeficiente de almacenamiento calculado para el acuífero libre vario de 0.03 a 0.11 y, para el acuífero semiconfinado de 0.00002 a 0.00003. Las gráficas y datos de las pruebas se incluyen en el anexo 5. Con los resultados obtenidos de las pruebas de bombeo y tomando en cuenta la variación litológica de los materiales existentes en el área estudiada, se delimitaron zonas con diferentes transmisibilidades, las que se muestran en la. Dicha zonificación fue la base de las conductividades hidráulicas de partida para la calibración del modelo matemático de simulación de flujo.

VOLUMENES DE EXTRACCION DE ACUERDO A SU USOVALLE SILAO-ROMITA, GTO.

POTABLE

25.912 Mm3/AÑO

ABREVADERO

0.520 Mm3/AÑO

INDUSTRIAL

2.685 Mm3/AÑO

AGRICOLA

379.277 Mm3/AÑO

EXTRACCION TOTAL 408.395 MILLONES m3/AÑO FIGURA 7.8

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