EVALUACIÓN GEOHIDROLOGICA DE UNA ZONA ACUIFERA PRESENTA: M.C. J. ALFREDO OCHOA G. UNIVERSIDAD DE SONORA División de Ciencias Exactas y Naturales Departamento.

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1 EVALUACIÓN GEOHIDROLOGICA DE UNA ZONA ACUIFERA PRESENTA: M.C. J. ALFREDO OCHOA G. UNIVERSIDAD DE SONORA División de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Geología MATERIA HIDROGEOLOGIA

2 EVALUACIÓN GEOHIDROLOGICA DE UNA ZONA ACUIFERA CONTENIDO 1. GENERALIDADES. Antecedentes. 1.1. Localización 1.2. Situación administrativa del Acuífero 2. ESTUDIOS TÉCNICOS REALIZADOS CON ANTERIORIDAD 3. FISIOGRAFÍA 3.1. Provincias Fisiográficas 3.2. Clima 3.3. Hidrografía 3.4. Geomorfología 4. GEOLOGÍA 4.1. Estratigrafía 4.2. Geología estructural 4.3. Geología del subsuelo 5. HIDROGEOLOGIA 5.1. Tipo de acuífero 5.3. Piezometría 5.4. Comportamiento hidráulico 5.4.1. Profundidad al nivel estático 5.4.2. Elevación del nivel estático) 5.4.3. Evolución anual del nivel estático 5.5. Hidrogeoquímica y calidad del agua subterránea 6. CENSO DE APROVECHAMIENTOS E HIDROMETRÍA 7. BALANCE DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

3 7.2.3. Evapotranspiración (ETR) 7.3. Cambio de almacenamiento V(S) 8. DISPONIBILIDAD 8.1. Recarga total media anual (Rt) 8.2. Descarga natural comprometida 8.3. Volumen concesionado de aguas subterráneas 8.4. Disponibilidad de aguas subterráneas 9. BIBLIOGRAFIA 7. BALANCE DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

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5 LONGITUD OESTELATITUD NORTE VERTICEVERTICE GRADOSMINUTOSSEGUNDOSGRADOSMINUTOSSEGUNDOS 11105 5.95.9 30303232 20.420.4 2 6 50.750.7 30302424 27.227.2 3 9 25.025.0 30302020 27.827.8 411011011 5.35.3 3018 55.255.2 511011014 51.651.6 3022 25.225.2 611011023 26.026.0 3027 52.252.2 711011026 31.431.4 3031 47.747.7 811011025 35.035.0 3035 46.946.9 911011034 22.422.4 3044 23.323.3 1011011030 6.06.0 48 9.19.1 1111011023 21.121.1 3059 6.86.8 1211011013 55.055.0 3054 16.816.8 1311011011 49.049.0 3042 2.42.4 111055.95.9 3030323220.420.4 Coordenadas geográficas de la poligonal simplificada del acuífero ACUIFERO 2628 RIO BACANUCHI

6 Plano Geológico del acuífero Río Bacanuchi

7 Sección hidrogeológica esquemática orientada SO-NE

8 Profundidad al Nivel estático Comportamiento Hidráulico

9 Elevación del Nivel Estático

10 BALANCE DE AGUAS SUBTERRÁNEAS La diferencia entre la suma total de las entradas (recarga), y la suma total de las salidas (descarga), representa el volumen de agua perdido o ganado por el almacenamiento del acuífero, en el periodo de tiempo establecido La ecuación general de balance, de acuerdo a la ley de la conservación de la masa es la siguiente: Entradas (E) - Salidas (S) = Cambio de almacenamiento Aplicando esta ecuación al estudio del acuífero, las entradas están representadas por la recarga total, las salidas por la descarga total y el cambio de masa por el cambio de almacenamiento: Recarga total - Descarga total = Cambio de almacenamiento

11 Entradas De acuerdo con el modelo conceptual de funcionamiento hidrodinámico del acuífero, la recarga total que recibe el acuífero (Rt) ocurre por tres procesos naturales principales: por infiltración de agua de lluvia en el valle, por infiltración de los escurrimientos de los arroyos principales, que en conjunto se consideran como recarga vertical (Rv), y por flujo subterráneo (Eh). Recarga vertical (Rv) Es uno de los términos que mayor incertidumbre implica su cálculo. Debido a que se tiene información para calcular el cambio de almacenamiento ( V), así como las entradas y salidas por flujo subterráneo, su valor será despejado de la ecuación de balance definida por la expresión: Rv + Eh – B – Sh – ETR = ± V(S) (1) Donde: Rv: Recarga vertical Eh: Recarga por flujo horizontal B: Bombeo Sh: Salidas por flujo horizontal ETR: Evapotranspiración real en niveles someros V(S): Cambio en el volumen almacenado De esta manera, despejando la recarga vertical: Rv = B + Sh + ETR ± V(S) – Eh (2)

12 ENTRADAS POR FLUJO HORIZONTAL (Eh) La cuantificación del caudal de agua subterránea que participa como flujo de entrada subterránea horizontal al acuífero, para un período considerado, se realiza aplicando la Ley de Darcy a la red de flujo a través de una sección limitada por dos isolíneas equipotenciales y dos líneas de corriente, definidas en la configuración de elevación del nivel estático para el período analizado. La ley de Darcy, se expresa de la siguiente manera: El cálculo de entradas por flujo horizontal se realiza con base en la Ley de Darcy, partiendo de la configuración de elevación del nivel estático. De acuerdo con la ecuación de Darcy para medios porosos: Q = V · A 2 2

13 Considerando una sección, con una longitud (B) y ancho (a), con una diferencia de alturas de (h) El área de la sección quedará definida por: A= B · a Mientras que la velocidad será: V= K · i Donde: K= Coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica. i = Gradiente hidráulico ( h / L) h y L son la diferencia y distancia respectivamente entre las equipotenciales (h) que conforman el canal de flujo.

14 Sustituyendo en la ecuación de continuidad: Q= B.a.K.i Ya que la transmisividad T = K · a, la ecuación queda reducida a: Q = T · B · i Donde: T = transmisibilidad en m2/s B= Longitud de la celda en m i= Gradiente Hidráulico en m Para el cálculo es necesario conocer el espesor saturado del acuífero (b) y su coeficiente de permeabilidad (K), o bien, el valor de transmisividad (T). Los demás datos se obtienen de la piezometría. Las celdas se trazan a partir de la configuración de elevación del nivel estático y la geología, y se calcula el flujo a través de cada una de ellas. El coeficiente K, se obtiene a partir de las pruebas de bombeo de las cuales se obtiene el valor de transmisividad (T), que es el producto de la conductividad hidráulica (K) por el espesor saturado: T= K.b

15 Elevación del Nivel Estático

16 De acuerdo con la configuración del nivel estático para el año 2012, las entradas se localizan sobre el cauce del Río Bacanuchi y los principales arroyos tributarios. El cálculo del flujo en las celdas de entradas se muestra en las tabla 2, en la que se puede observar que su valor total anual es de 16.1 hm3 anuales. Tabla 2. Cálculo de entradas por flujo subterráneo para el 2012 CANAL CANAL LONGITUD B (m ) ANCHO a (m ) h2-h1h2-h1 Gradiente i TCAUDAL QVOLUMEN (m )( m 2/s )( m 2/s )(m 3 /s )(hm 3/año)(hm 3/año) E1E12700196040400.02040.00200.11023.53.5 E2E25000220040400.01820.00100.09092.92.9 E3E34500260040400.01540.00150.10383.33.3 E4E42000340040400.01180.00100.02350.70.7 E5E52100310040400.01290.00200.05421.71.7 E6E62350112040400.03570.00150.12594.04.0 E7E75650125040400.03200.00100.18085.75.7 Total entradas16.1 Los valores de T utilizados para el cálculo de las entradas y salidas subterráneas fueron tomados de los resultados promedio de las pruebas de bombeo realizadas para la SRH en 1970 (Ariel Construcciones, S.A), así como los provenientes de estudios realizados en los acuíferos vecinos Río Bacoachi, Río Sonora, Río San Miguel, Magdalena, Cocóspera y Cuitaca; adaptados al espesor saturado del acuífero en las celdas de flujo definidas.

17 Salidas La descarga del acuífero ocurre principalmente: por bombeo (B), salidas por flujo subterráneo horizontal (Sh) y evapotranspiración (ETR) en zonas con niveles someros. No existen manantiales ni descarga por flujo base. Bombeo(B) Como se menciona en el apartado de censo e hidrometría, el valor de la extracción por bombeo asciende a 4.1 hm3/año. Salidas por flujo subterráneo horizontal (Sh) Las salidas subterráneas fueron calculadas de la misma manera como se evaluaron las entradas subterráneas, a partir de la configuración de elevación del nivel estático mostrada en la figura 5. Su valor es de 2.7 hm3 anuales, tal como se muestra en la tabla 3. Tabla 3. Cálculo de salidas por flujo subterráneo para 2004 CANAL CANAL LONGITUD B (m ) ANCHO a (m ) h2-h1h2-h1 Gradiente i TCAUDAL QVOLUMEN (m )( m 2/s )( m 2/s )(m 3 /s ) (hm 3/año)(hm 3/año) S1S13600508040400.00790.00300.08502.72.7 Total salidas 2.72.7

18 Evapotranspiración (ETR) Este parámetro es la cantidad de agua transferida del suelo a la atmósfera por evaporación y transpiración de las plantas, por lo tanto es considerada una forma de pérdida de humedad del sistema. Existen dos formas de Evapotranspiración: la que considera el contenido de humedad en el suelo y la que considera la etapa de desarrollo de las plantas (Evapotranspiración Potencial y la Evapotranspiración Real), el escurrimiento y el volumen de evapotranspiración real (ETR). Este parámetro es utilizado para la recarga potencial de infiltración. Para la obtención de este parámetro se puede utilizar la ecuación empírica de Turc, que se muestra a continuación, considerando los valores medios anuales de temperatura = 17.6 °C y precipitación= 530.4 mm. La lámina de ETR que se obtiene es de 489.4 mm.

19 T (°C) =17.6 P(mm) =P(mm) =530.4530.4P2 =P2 =281324.16281324.16 L =L =1012.5888L2 =L2 =1025336.11025336.1 ETR (mm) ETR (mm) 489.4 489.4

20 El cálculo de la evapotranspiración corresponde con aquella pérdida de agua freática somera y que se aplica al balance de aguas subterráneas, considerando que el concepto tiene influencia hasta una profundidad máxima de 10 m, hasta la que penetra la vegetación en este tipo de climas, bajo el siguiente proceso: En zonas donde el nivel estático se encuentra a una profundidad menor a 10 m, se calcula el valor de ETR exclusivamente para estas zonas de niveles someros y se pondera el valor del volumen obtenido, partiendo de una relación lineal inversa entre la profundidad al nivel estático (PNE) y el % de ETR. Suponiendo una profundidad límite de extinción de 10 m para el fenómeno de ETR, a menor profundidad mayor será él % de ETR, de tal manera que a 10 m el valor de ETR es nulo y a 0 m el valor es del 100 %, a 5 m el 50%, a 2 m el 80% etc. Si se considera que en una superficie de 50 km2 a lo largo del Río Bacanuchi (entre 16 de Septiembre, Bacanuchi y Arizpe) se registran niveles freáticos someros, con cobertura vegetal cuyas raíces son suficientemente largas y susceptibles a evapotranspirar, en la que la profundidad promedio al nivel del agua subterránea es de 5 m y una lámina de evapotranspiración real obtenida es de 489.4 mm, de acuerdo con la gráfica anterior: ETR = 50 km2 (0.4894 m) (0.5) = 12.2 ETR = 12.2 hm3 anuales

21 Solución a la Ecuación del Balance Una vez calculados los valores de las componentes de la ecuación de balance, el único parámetro de los que intervienen y que falta por determinar es la infiltración vertical (Rv), por lo que despejando este término de la ecuación definida, se tiene: Rv = B + Sh + ETR + V(S) – Eh (2) Sustituyendo valores : Rv = 4.1 + 2.7 + 12.2 + 0.0 – 16.1 Rv = 2.9 hm³/año Por lo tanto la recarga total es igual a Rt = Rv +Eh Rt = 2.9 + 16.1 Rt = 19.0 hm3 anuales Donde: Rv: Recarga vertical Eh: Recarga por flujo horizontal B: Bombeo Sh: Salidas por flujo horizontal ETR: Evapotranspiración real en niveles someros V(S): Cambio en el volumen almacenado De esta manera, despejando la recarga vertical: Rv = B + Sh + ETR ± V(S) – Eh (2)