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Sistema para la recarga del manto fretico en unacomunidad del
Distrito de Tlacolula, Oaxaca, Mxico
Manuel Dino Aragn-Sulik, Valentn Juventino Morales-Domnguez y
Tertuliano Caballero-Aquino
CIIDIR Unidad Oaxaca IPN, Hornos 1003, Sta. Cruz Xoxocotln,
Oaxaca, Mxico, CP 71230
E-mail: [email protected]
Resumen
En la mayora de las comunidades de los Valles Centrales de
Oaxaca, existe una demanda hdricaque es creciente, y sta ha
empezado a afectar los mantos acuferos de la regin. El CIIDIROaxaca
participa en la bsqueda de nuevas alternativas para mejorar la
recarga de los mantosfreticos, y en convenio con la comunidad de
Santa Cruz Papalutla, Oaxaca, se realizaron lostrabajos necesarios
de mecnica de suelos e hidrologa, y se aplicaron tcnicas
constructivas paramejorar la recarga natural de ese lugar. Se
construy un sistema de recarga que se adecu a lascaractersticas
propias del subsuelo, y a las del rgimen de flujo del arroyo
Grande. Este sistemapermite desviar una parte del flujo superficial
y subsuperficial que anteriormente se perda. Elsitio presenta
suelos arenosos con conductividades hidrulicas que varan de
9.36Ex10-9 a2.45Ex10-5 ms-1. Debido al proceso lento inherente a la
recarga, este sistema se encuentra enevaluacin.
Palabras clave: infiltracin, escurrimiento superficial, presa
subterrnea.
Abstract
In most of the communities of Central Valleys of Oaxaca exist a
demand for water that is growingand begins to affect the aquifers
of the region. CIIDIR Oaxaca, a branch of National
PolitechnicInstitute of Mexico, participates searching for new
alternatives to improve the groundwaterrecharge, and in agreement
with the community of Santa Cruz Papalutla, Oaxaca, the
necessarystudies of soils mechanics and hydrology were carried out;
Constructive techniques were alsoapplied to improve the natural
recharge in that place. A recharge system was built and adaptedto
the characteristics of the underground, and the flow regime of the
Arroyo Grande community.The system has allowed deviate the
superficial and subsuperficial flow that formerly was lost.The
place displays sandy grounds with hydraulic conductivities that
vary of 9.36Ex10-9 to2.45Ex05-5 ms-1. Due to the slow inherent
process of the aquifer recharge this system is presentlyunder
evaluation.
Key words: infiltration, surface runoff, underground dam.
Introduccin
El incremento en la demanda de agua, las variacionesclimticas
(calentamiento global), as como la prdida enla calidad de las
fuentes superficiales en las comunidadesde Oaxaca, actualmente
ponen en riesgo elaprovechamiento de las fuentes hdricas
subterrneas.En el Valle de Oaxaca, la profundidad al nivel
freticocada ao es mayor, lo cual se demostr en
investigacionesrealizadas por el CIIDIR-Oaxaca con abatimientos
hastade 80 cm anuales no recuperables (Belmonte et al., 2001).En
este escenario, se requieren mecanismos que mejoren
deforestacin y el desarrollo urbano (Carrasco, 1999).Para los
Valles Centrales de Oaxaca con una precipitacinpromedio anual de
615 mm calculada con el registrohistrico de estaciones
climatolgicas cercanas (IMTA,1999), los cambios ambientales
incrementaron losvolmenes del proceso de escurrimiento superficial,
loque origina que el ro Atoyac tenga trnsitos de avenidascon gastos
mayores en tiempos relativamente cortos, yesto no da oportunidad a
que se realice el proceso derecarga debido solamente a la
percolacin del ro (Aragnet al., 2003).la recarga natural, la cual
se ve afectada an ms, por la
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Figura 1. Ubicacin de la presa subterrnea en SantaCruz
Papalutla, Oax.
La recarga natural en el Valle de Oaxaca ocurre en
diversaszonas. Al norte, en reas forestales y afectadas por lafalla
normal Donaj; existe la contribucin lineal de larecarga de los
mantos freticos a travs de los ros Atoyacy Salado, y la red de
escurrimientos intermitentes de lassierras que rodean al Valle
contribuyen a la recarga enmenor escala.
Una de las formas de recuperacin de los mantosacuferos, es
mediante la recarga artificial; sta se definecomo el aumento del
movimiento natural del aguasuperficial hacia las formaciones
subterrneas saturadaspor algn mtodo constructivo, y que se alcanza
por ladisposicin de agua en la cuenca o por el cambio de
lascondiciones naturales (Asano, 1985).
Murillo et al.(2002) menciona que existen dos mtodospara la
recarga: por filtracin en la superficie y porintroduccin directa
del agua hasta cierta profundidad.En el primer grupo se utilizan
canales y represas, con elfin de aumentar el tiempo y rea de
contacto entre elagua y el terreno; en el segundo se realizan
sondeos atravs de los cuales se inyecta el agua a capaspermeables;
para lo que se requiere de un cierto volumenalmacenado.
En la comunidad de Santa Cruz Papalutla, Tlacolula,Oaxaca,
perteneciente a la cuenca del ro Salado (figura1), existe escasez
de agua para riego, se manifiestanfrentes salobres consecuencia de
aportaciones
subterrneas de otras cuencas. La corriente superficialms cercana
a la comunidad (arroyo Grande) tiene unflujo intermitente durante
el ao, lo cual no favorece larecarga de los mantos freticos. Por lo
anterior se planeel diseo y construccin de un sistema de recarga,
elcual combina los dos mtodos propuestos por Murillo etal.
(2002).
La geologa del sitio presenta suelos de caractersticasaluviales,
producto de la transportacin por el viento ylos arrastres
fluviales, observndose suelos decaractersticas arcillosas y
orgnicas, as como arenosas,en estado suelto y semisuelto, con
horizontes arenogravosos variables (INEGI, S.D. 1981).
Las caractersticas fisiogrficas de la zona en estudiomuestran
una planicie donde no existen elevacionesimportantes, con una
pendiente del terreno de 2- 4%. Alnoroeste del poblado riega sus
limitadas aguas el roSalado, en el lado poniente pasa el ro Grande,
en el ladosur el ro Instancia y arroyo Seco, por el lado oriente
elro Seco de la Barranca. Aunque estos afluentes llevan elnombre de
ros, en realidad son arroyos de temporal quellevan agua slo en
pocas de lluvia (Secretara deGobernacin, 1988).
Se tiene en la cuenca un rea de captacin de 5728.93 hacon un
permetro de 35,860 m. La longitud del cauceprincipal tiene un
desarrollo de 17.782 km; y con elmtodo del hidrograma triangular,
se determin un tiempode concentracin de la cuenca de 1.715 h
(Fuentes et
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Figura 2. Instalacin de piezmetrosen la zona de estudio.
al., 1981). Por lo anterior, se clasifica como una cuencapequea,
con la posibilidad de que la avenida mximapueda presentarse en un
corto tiempo (Campos, 1992).Lo mencionado sustenta la seleccin del
sitio apto pararecarga de mantos freticos.
Materiales y mtodos
Es un estudio multidisciplinario (mecnica de suelos ehidrologa)
que sirvi para caracterizar la zona y aplicartcnicas constructivas
en el desarrollo de un sistema derecarga. Se emplearon datos
histricos de estacionesclimatolgicas cercanas para determinar la
precipitacin(promedio anual de 587.71 mm). La evapotranspiracinreal
promedio calculada con el mtodo de Thornthwaite(Snchez et al.,
2003), fue de 62.201 mm por ao, siendola mayor en el mes de mayo
(87.807 mm).
Con el fin de tener un parmetro de comparacin, sedetermin la
recarga natural con el mtodo deThorntwaite-Matters (Snchez et al.,
2003), por lascaractersticas del terreno plano con cultivos de
racesde profundidad moderada a someras, predominantes enel sitio,
se consider una retencin de humedad de suelode 79 mm (Ruiz, 1998).
La lmina de recarga obtenida fuede 33.47 mm por ao, esta lmina es
baja y se corrobora
por los descensos en los niveles estticos en los pozosmedidos
peridicamente en la zona.
Mediante la determinacin de la conductividad hidrulica,se
estableci la capacidad del subsuelo para permitir larecarga al
acufero, un material impermeable dificulta larecarga natural o
artificial de la zona. Heralt and Musiake(1987) mencionan que la
conductividad hidrulica de unsuelo es una propiedad clave en la
descripcin de losprocesos de infiltracin y redistribucin del agua
en elsuelo, motivo por el cual, su conocimiento es esencial enel
diseo de obras de infiltracin. Con el fin de tener unmuestreo
representativo, se emple una red deinfiltrmetros de 5.08 mm de
dimetro a diferentesprofundidades (cuadros 1 y 2). Se realizaron
pruebas deinfiltracin a carga variable en la poca de sequa, debidoa
que el contenido de humedad de los suelos es nulo.
Durante la perforacin de los piezmetros, se tomaronmuestras del
suelo lavado a cada 1.5 m de profundidadpara realizar una
clasificacin somera, complementndosecon sondeos exploratorios
empleando el equipo depenetracin estndar (SPT) para determinar
laestratigrafa del sitio (figura 3), estos sondeos seefectuaron a
una profundidad de ocho metros.
As tambin, se observ el comportamiento del arroyoGrande, el cual
tiene un rgimen de flujo alto en pocasde avenidas, mientras que en
pocas de sequa nopresenta flujo. No existen datos histricos del
flujo, sinembargo por las caractersticas de la microcuenca sepuede
inferir un hidrograma de este escurrimiento, de talforma que el
gasto mximo o pico se presenta en un tiemporelativamente corto
(tiempo de concentracin).
En la dcada de los noventas, en el arroyo Grande seconstruy una
obra para retencin y desvo del agua,sin embargo por el rgimen del
flujo fue arrastrada ydestruida. Con los antecedentes mencionados,
se diseuna estructura de concreto y mampostera en arco quedesva
parte del agua de escurrimiento a canales lateralesque son los que
inducen la recarga natural al subsuelo.El sistema de recarga del
acufero se localiza a doskilmetros al suroeste de la poblacin de
Santa CruzPapalutla, en las coordenadas geogrficas 16572.11latitud
norte y 963518.17 longitud oeste, tomadas conun GPS porttil marca
Magellan con el DATUM WGS84.
La estructura est formada por una pantalla curva deconcreto
armado de 15 m de claro, 0.15 m de espesor, yuna altura total de
4.40 m, con un vertedor central de 7.00
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Figura 3. Perfil estratigrfico en la margen izquierda del ro
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Figura 4. Estructura en arco de concreto y mampostera.
por 1.60 m. y desplantado en una losa de cimentacin deconcreto
armado de 2.20 m de ancho ( figura 4). La pantallasobresale 0.60 m
a partir del fondo del cauce y aguasarriba se construy un muro
trapezoidal de mamposterapara rigidizar la obra. En los costados de
la pantalla, seconstruyeron cajas de captacin que funcionan
comosedimentadores (figura 5). El agua se conduce hacia loscanales
de infiltracin, mediante tubos de concreto de38.1 cm de
dimetro.
La obra de inundacin y recarga est compuesta decanales de 175 m
de longitud en la margen derecha y de
225 m en la margen izquierda, ambos con 3 m de ancho y3.5 m de
profundidad.
Para conocer la evolucin de los niveles estticos en eltiempo se
realizaron mediciones en una red de pozosnoria del lugar en los
meses de junio y octubre del 2003,as como en noviembre del 2004.
Para comprobar lasrecuperaciones del nivel esttico, se compararon
losvalores de las mediciones de estos niveles para
diferentesperiodos de sequa y de lluvia.
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Figura 5 Proceso constructivo y en operacin de la presa
subterrnea
Resultados y discusin.
Los datos de la conductividad hidrulica se analizaroncon las
ecuaciones de Hvorslev y Darcy para laconductividad hidrulica
vertical (Freeze, 1979), y Porchetpara la conductividad hidrulica
media (Custodio, 1976).
Los resultados de la conductividad hidrulica semuestran en los
cuadros 1 y 2.
Los valores de la conductividad hidrulica media calculada, se
compararon con la clasificacin propuesta por Arroyo (1996),de tal
comparacin resulta lo siguiente:K=1E-09 m/s corresponde a
sedimentos, loess,K=1E-06 m/s corresponde a arena con
sedimentos,K=1E-04 m/s corresponde a arenas limpias
Cuadro 1. Conductividad hidrulica media (m/s)
Cuadro 2. Conductividad hidrulica vertical (m/s)
Los valores de la conductividad hidrulica en el lado dela margen
izquierda del arroyo son mayores, corroboradopor el tipo de suelo
extrado (arena arcillosa); adems, elvalor de la infiltracin es
menor entre los tres y cuatrometros de profundidad, posiblemente
por la intercalacinde lentes arcillosos.
Coordenadas planas UTM Piezmetro X Y Z
Profundidad muestreada
(m)
Conductividad hidrulica media (ms-1)
A 756579 1875859 1596 1.66 6.38Ex10-8 B 756573 1875784 1615 4.47
9.36Ex10-9 D 756481 1875766 1564 3.01 3.30Ex10-9 E 756488 1875776
1564 5.5 3.00Ex10-6 J 756334 1875827 1611 4.35 2.45Ex10-5
Coordenadas planas UTM Piezmetro X Y Z
Profundidad muestreada
(m)
Conductividad hidrulica vertical (ms-1)
C 756460 1875753 1560 1.66 1.69Ex10-5 G 756291 1875839 1615 5.66
4.56Ex10-6 H 756305 1875831 1613 4.23 2.46Ex10-4
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Con las muestras obtenidas con el equipo de penetracinestndar se
realizaron pruebas de laboratorio:granulometra, densidad y lmites
de consistencia, seelaboraron los perfiles estratigrficos, en donde
seobserva que predominan suelos granulares,principalmente arenas,
que al mezclarse con gravas, limosy arcillas, forman estratos con
diversas caractersticas(figura 3).
En el lecho del cauce del ro se encuentran arenas degrano medio
y fino, lavadas y depositados por losescurrimientos temporales de
agua; estos depsitos dearena estn subyacidos por materiales mas
firmes desuelos arcillo limosos.
La heterogeneidad de los materiales encontrados y queson
principalmente permeables como lo demuestran los
valores de la conductividad hidrulica, aseguran latransmisin del
flujo hacia los mantos acuferos.
Con el conocimiento de las caractersticas del subsueloen la
zona, as como el rgimen de flujo en el arroyoGrande se procedi a la
construccin de la presa opantalla subterrnea y los canales de
infiltracin. Seobserv que en pocas de lluvia, la pantalla
subterrnea,adems de recolectar el agua superficial que transita
enel cauce, retienen el flujo subsuperficial para que serealice el
proceso de recarga (figura 6).
Las curvas de la profundidad al nivel esttico muestranque en
periodo de junio a octubre de 2003, existi unarecuperacin que en
algunos sitios alcanz niveles de 5m (figura 7); sin embargo, en el
periodo de octubre de
Figura 6. Canales de infiltracin en construccin (margen
izquierda) y en operacin (margen derecha).
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2003 a noviembre de 2004 se muestran abatimientos hastade 11 m.
(figura 8).
Por la escasa informacin recabada en los periodosmencionados, no
se puede concluir que la recuperacin
del acufero es consecuencia del sistema de recarga o esproducto
de la recarga natural.
En este trabajo se presentan los estudios necesarios
paraplantear un sistema de recarga, y aun cuando el sistemase
encuentra en evaluacin, se observ que el subsuelomantiene su
humedad durante un mayor tiempo que antesde construirse el sistema
de recarga.
Conclusiones
Con la finalidad de aportar una alternativa de solucin ala falta
de fuentes hdricas para su aprovechamiento, sepropuso la
construccin de un sistema que permita captarel agua del arroyo
Grande e inducirla a canales parainfiltrarla. Es una zona donde las
caractersticas depermeabilidad del terreno, condiciones del rgimen
delcauce, y topografa de la zona permitieron la instalacinde este
tipo de obra.
Con los resultados obtenidos de los muestreos sedetermin que
existe una heterogeneidad que no permiteuna recarga uniforme, an
cuando se definieron estratoscon caractersticas granulares que
facilitan la infiltracindel agua al subsuelo.
Como el proceso de recarga es lento, se requiere de unmayor
tiempo de evaluacin de la obra como lo sealanlos niveles estticos
medidos. De observaciones hechasa la obra en funcionamiento se
corrobora que del flujoanteriormente perdido, buena parte es
desviada a loscanales de infiltracin.
La sustitucin del suelo impermeable por rellenos dematerial
granular en los canales de infiltracin, permitendisminuir los
efectos de evapotranspiracin que ocurregeneralmente en
embalses.
Por otra parte, los arrastres de partculas finas y
basuraorgnica, disminuyen la eficiencia del sistema, debido aque
tapan las rejillas de acceso, por lo que este tipo deobras requiere
de un mantenimiento peridico.
Es benfico realizar este tipo de obras que contribuyena la
retencin, desvo e infiltracin del agua de lluviapara recargar los
mantos freticos que actualmente estnsiendo sobreaprovechados, con
sus consecuentesefectos negativos tanto para la disposicin de agua
parariego como para uso humano.
Figura 7. Diferencia en la profundidad al nivel esttico paralos
meses de junio a octubre del 2003, los valores positivos
son recuperaciones.
Figura 8. Diferencia en la profundidad al nivelesttico para los
meses de octubre del 2003 a noviembre del
2004
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Literatura citada
Aragn, S. M., Belmonte, J. S., Navarro, M. S., Bautista,B. A. e
I. Valeriano. 2003. Caracterizacin geohidrolgicadel sistema crstico
en los Valles Centrales de Oaxaca.Informe Tcnico Final CGPI
20010870. InstitutoPolitcnico Nacional. Mxico.
Arroyo, C., A. 1996. Bases tericas e interpretacin deregistros
geofsicos de pozos: Divisin de Ciencias de laTierra. UNAM. Mxico.
pp 23-29.
Asano, Takashi. 1985. Artificial Recharge of
Groundwater.California State Water Resources Control Board
andDepartment of Civil Engineering University of CaliforniaDavis.
California. Butterworth Publishers. USA.
Belmonte, J. S., Aragn, S. M., Navarro, M. S., Bautista,B. A. e
I. Valeriano. 2001. Evaluacin del riesgo decontaminacin del sistema
acufero de los Valles Centralesde Oaxaca. Informe Tcnico Final CGPI
980033. InstitutoPolitcnico Nacional. Mxico.
Campos, A. D.. 1992. Procesos del ciclo hidrolgico.Universidad
Autnoma de San Luis Potos. Mxico. pp2:1-27.
Carrasco, T. 1999. Los productores del campo en
Oaxaca,Alteridades 9(17). Mxico. pp 95-104.
Custodio E., Llamas R. 1976. Hidrologa Subterrnea. Vol.I y II,
Editorial Omega, Espaa. 1157 pp.
Freeze A., J. Cherry. 1979. Groundwater. Prentice-Hall,xvi, 604
pp.
Fuentes, M. O., Domnguez, M. R., y V. Franco.,1981.Relacin entre
precipitacin y escurrimiento. Manual deObras Civiles, tomo A.1.5.
Comisin Federal deElectricidad, Mxico.
Herat, S., Musiake, K. 1987. Analysis of infiltration
facilityperformance based on in-situ permeability test. Proc.
4thInternational Conference on Urban Storm Drainage,Lussane.
INEGI. S.D. Carta Geolgica Oaxaca. E14-12. escala1:250000
Murillo, D. J., Lpez, G. J., Martn, M. M., Rubio, C.
J.,Mediavilla, L. C. y P. Peinado. 1991 Tecnologa bsicapara la
recarga de acuferos. Instituto TecnolgicoGeominero de Espaa.
Madrid. Espaa. 54 pp.
Ruiz, V.J. 1998 Zonificacin agroecolgica del maztemporal en los
Valles Centrales de Oaxaca. I.Determinacin del potencial
productivo. TerraLatinoamericana 16 (3). 269-275.
Snchez, G. J., Gonzlez de la Fuente, R., Garca, G. C.,Morales,
E. R., Pineda, B. L., e I. Semadeni. 2003. Manejode Residuos
Industriales. Universidad Autnoma deAguascalientes, Mxico.
Secretara de Gobernacin, Centro Nacional de EstudiosMunicipales,
Gobierno del Estado de Oaxaca, 1988. LosMunicipios de Oaxaca,
Enciclopedia de los Municipiosde Mxico. Talleres Grficos de la
Nacin, Mxico, D.F.
