CALIDAD QUÍMICA Y BACTERIOLÓGICA DEL AGUA SUBTERRÁNEA EN ELPRINCIPAL CAMPO DE POZOS PARA EL ABASTECIMIENTO DE MÉRIDA,

YUCATÁN, MÉXICO

Elías Cuevas1; Julia Pacheco1,2; Armando Cabrera1; Víctor Coronado1;Juan Vázquez1; Manuel Comas1

1Universidad Autónoma de Yucatán. Facultad de Ingeniería.Av. Industrias no contaminantes por Anillo Periférico Norte,

Mérida, Yucatán, México. Tel. (999)9410191, ext. 129Fax (999)9410189; E-mail: pavila@tunku.uady.mx

2Universidad Nacional de México. Instituto de Geofísica.Circuito Exterior, Ciudad Universitaria CP. 04510. México, D.F.

RESUMEN

En el estado de Yucatán, el agua subterránea es vulnerable a la contaminación debido a lascaracterísticas cársticas que permiten la infiltración y el arrastre de los contaminantes. Esteestudio evaluó la calidad química y bacteriológica del agua subterránea en un área al sur de laciudad de Mérida, en la que se encuentra el principal campo de pozos. Se tomaron muestras en 41pozos durante las temporadas de estiaje y lluvia, determinándose los parámetros de campo y losiones mayoritarios. Los resultados mostraron que la calidad química del agua en la región deestudio, es de buena calidad excepto para los nitratos en los pozos someros en los que se excedeel valor establecido en la Norma Oficial Mexicana; respecto a la calidad bacteriológica, en elnivel freático se tuvo contaminación fecal y los pozos profundos ubicados en los alrededores delcampo de pozos presentaron contaminación por materia fecal.

INTRODUCCIÓN

El acuífero del estado de Yucatán, en especial el de la ciudad de Mérida, es considerado como unacuífero vulnerable a todo tipo de contaminación, como consecuencia de sus característicashidrogeológicas, entre las que se pueden mencionar: la carstificación extensiva que conlleva a lafalta de corrientes superficiales debido al desarrollo de fracturas y canales de disolución, laausencia de la cubierta de suelo y los grandes volúmenes de precipitación, que dan lugar a unarápida infiltración que propicia el arrastre de los contaminantes hacia el acuífero. Lascaracterísticas descritas hacen que el acuífero yucateco sea la principal fuente de abastecimiento,el receptor de las aguas de desecho y el único recurso para la dilución de los contaminantes. Elacuífero abastece la totalidad del agua para el consumo de la población, se extraen actualmente265 millones de metros cúbicos por año; de los cuales 124 se aprovechan para el riego, 76 sonsuministrados a las poblaciones urbanas, con 40 se satisfacen las necesidades de la poblaciónrural y 25 son utilizados en las instalaciones industriales (Pacheco, 1998). Para la ciudad deMérida, el 65% del abastecimiento urbano se obtiene de dos campos de pozos ubicados en lazona sur de la ciudad, y el 35% restante se obtiene de un tercer campo de pozos al este del áreaurbana (Méndez y Quintal, 1995).

Los principales iones y parámetros que frecuentemente dan idea de la calidad del agua son: calcio(Ca++), magnesio (Mg++), sodio (Na+) potasio (K+) bicarbonatos (HCO3

-), sulfatos (SO4=),

cloruros (Cl-), nitratos (NO3-) y como parámetros de campo, la conductividad eléctrica, la

temperatura, el contenido de oxígeno disuelto, el pH y la densidad de bacterias coliformesfecales.

MÉTODOS

Reconocimiento de campo

La zona de estudio comprende los centros poblacionales de Thadzibichén, Molas, San PedroChimay, San Ignacio Tesip, San José Tzal, Santa Cruz Palomeque, Dzoyaxché, Itzincab Cámara,Subinkankab, Timucuy, San Antonio Tehuitz, Tekik de Regil, Petak, Texan Cámara, Yaxnic ylas haciendas de Uxectamán, Oxtapacab y Tzacalá (Fig. 1).

Figura 1. Localización del área de estudio.

Hidrogeología

El acuífero del Estado de Yucatán es de tipo libre en condiciones naturales. En la porción central,se aprecia una zonificación horizontal en su calidad; en la parte superior, se tiene agua dulce conun espesor aproximado de 40 m, la cual descansa sobre una zona de mezcla o interfase salina y auna profundidad aproximada de 60 m comienza el agua salada (SARH, 1989). Debido a la granmagnitud de la extracción de agua subterránea se puede crear un domo por debajo de la ciudad,como resultado de la recarga. Esta situación puede ocasionar que el gradiente del nivel freáticosea revertido localmente, permitiendo que el agua subterránea contaminada, principalmente por laagricultura, por el uso de fertilizantes y plaguicidas, y otras actividades antropogénicas (Sauri,1984; Velázquez, 1986; Pacheco y Cabrera, 1996), fluya hacia la zona sur, en los campos depozos y en la periferia, existiendo un riesgo real de que se pudiera obtener agua contaminada(Pacheco, 1998, Graniel, 1999).

Determinación de una red de monitoreo

Se hizo con base en reconocimientos de campo, monografías editadas por el Gobierno del Estado,el INEGI (1996) y otras fuentes regionales. Los pozos de monitoreo, que fueron seleccionadosverificando el acceso oportuno para la realización de los muestreos. En total se censaron 57pozos, entre someros y profundos.

Realización del muestreo general

Se efectuó un muestreo durante los meses de septiembre y octubre de 1999, con la finalidad deconocer de manera general la calidad del agua en el área de estudio. Los resultados mostraron lassiguientes características: una concentración de oxígeno disuelto con un valor promedio de 2.73ppm, un valor promedio de 1124.7 �mhos para la conductividad eléctrica, una temperaturapromedio de 27.4 °C y un rango de pH entre 6 y 8, siendo el valor promedio 7.45 (Escalante,2000).

Diseño de la red de monitoreo

Basándose en resultados obtenidos del muestreo general, en las características de ubicación yfacilidades de acceso que permiten un monitoreo continuo y en el apoyo económico otorgado, sedeterminó el número de fuentes para el muestreo sistemático. Se determinaron 41 pozos, de loscuales 17 son someros y 24 profundos.

Muestreos y preservación de muestras

Los muestreos se realizaron durante los meses de marzo y octubre del 2000, correspondientes alas épocas de estiaje y lluvia, respectivamente. En los sistemas de abastecimiento, la colecta delas muestras de agua de los pozos se realizó antes de pasar por el sistema clorador, estando labomba en operación y dejando fluir el agua cinco minutos, con el fin de desalojar el agua de latubería. En los muestreos en pozos someros, en los que no se tenía bomba de extracción paramuestras de agua, se utilizó una cubeta de plástico con capacidad de diez litros y para prevenircualquier alteración de la muestra, la cubeta fue lavada con agua destilada antes de la toma demuestra. El material de los recipientes donde se colectaron las muestras fue polietileno, el

volumen de muestra colectada en las botellas para análisis fisicoquímicos en laboratorio fue deun litro sin adicionar alguna sustancia para preservación, ya que los análisis se realizaron en unperíodo no mayor de 48 horas; únicamente para el análisis de nitratos, la muestra fue colectada enuna botella de plástico de 250 ml, adicionándole ácido sulfúrico hasta un pH de 2 y puesta a bajatemperatura para preservar la muestra hasta la realización del análisis.

Análisis de campo y de laboratorio

En cada sitio, se determinaron los parámetros de campo: temperatura, pH, conductividadeléctrica, salinidad y oxígeno disuelto, para conocer las características del acuífero al momentodel muestreo. Se realizaron análisis químicos (Tabla 1) a las muestras de agua colectadassiguiendo las técnicas descritas en el Standard Methods (APHA, AWWA, WEF, 1992).

Aseguramiento de la calidad de los análisis químicos

Después de la realización de los análisis químicos, se verificó la calidad de los análisis químicos,mediante el cálculo del balance iónico (porcentaje de error) aceptando como máximo un valor de10%; de tal manera, que las muestras que rebasaron este límite no fueron consideradas para finesde interpretación. La fórmula para el balance iónico es la siguiente (APHA, AWWA, WEF,1992):

% de error = 100 Aniones Cationes

Aniones - Cationes×

+∑ ∑∑ ∑

Tabla 1. Técnicas analíticas

Análisis Técnicas analíticasAlcalinidad F Titulación con ácido sulfúrico 0.02NAlcalinidad M Titulación con ácido sulfúrico 0.02NDureza de total Titulación con EDTADureza de calcio Titulación con EDTACloruros Titulación con nitrato de plataSulfatos Método turbidimétricoNitratos Método de la brucinaSodio Absorción atómicaPotasio Absorción atómica

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Parámetros de campo

Los resultados mostraron que con respecto a la temperatura, potencial de hidrógeno y oxígenodisuelto, existió una marcada tendencia a mantener sus valores con poca variabilidad, oscilandoéstos alrededor de 27ºC, 7 unidades de pH y 3 mg/l, respectivamente; sin embargo, laconductividad eléctrica mostró un rango amplio de valores, de 1000 a 1760 micromhos por cm(Fig. 2). Con respecto a la densidad de organismos coliformes fecales, las mayores densidades setuvieron en las aguas de los pozos someros (Fig. 3), con una variación entre 0 y 30000 (UFC /100 ml) y en los pozos profundos, la variación fue sensiblemente menor, entre 0 y 55 mg/l y lasmayores densidades se obtuvieron durante la época de lluvia, debido al arrastre de materia fecal.

Figura 2. Valores promedio de la conductividad eléctrica (micromhos/cm).

Figura 3. Densidad de coliformes fecales (UFC/100 ml) en pozos someros.

Cationes

El comportamiento de los iones calcio y magnesio fue similar en pozos someros y pozosprofundos, ya que para ambos se observó una dilución ocasionada por el período de lluviarespecto al período de estiaje. Los pozos profundos mostraron concentraciones elevadas (de 90 a120 mg/l para el calcio y de 10 a 70 mg/l para el magnesio) más frecuentemente que los pozossomeros, esto debido a que en los pozos profundos el agua tiene un mayor período de contactocon la roca caliza, favoreciendo la disolución de la misma. La similitud entre el comportamientode los cationes calcio y magnesio se debe a que estos iones tienen una geoquímica muy parecida,sin embargo sus diferencias cuantitativas son resultado del mayor grado de solubilidad delcarbonato de calcio respecto al carbonato de magnesio.

De acuerdo con los resultados obtenidos, el ion sodio presentó una dilución ocasionada por elperíodo de lluvia, tanto en los pozos someros como en los profundos; sin embargo, las mayoresconcentraciones se obtuvieron en los pozos profundos (de 30 a 130 mg/l), debido a la mayorcercanía de la interfase salina, principal aportador de sodio.

El comportamiento del ion potasio fue similar al comportamiento del sodio, pero por lo generallas concentraciones de potasio (de 0 a 35 mg/l) se encuentran inferiores a la concentración delsodio, debido a la baja movilidad del potasio. Los resultados indicaron que el potasio alcanzó susmayores concentraciones durante el periodo de estiaje, esto para ambos tipos de pozos; durante elperíodo de lluvia, se observó una dilución en las concentraciones. Se observó que las mayores

concentraciones de potasio se obtuvieron en los pozos profundos, lo que podría estar relacionadocon la aportación de minerales de la interfase salina.

Aniones

El ion bicarbonato mostró un comportamiento similar en los pozos someros y en los profundos,ya que para ambos, las mayores concentraciones fueron obtenidas durante el período de lluvia,debido a que durante este período ocurre la mayor disolución de la roca caliza. Las mayoresconcentraciones de bicarbonatos fueron obtenidas en los pozos profundos, debido a que en estosel agua tiene un mayor período de contacto con la roca.

El comportamiento de ion cloruro fue similar en ambos tipos de pozos ya que durante el períodode lluvia se observó una ligera dilución respecto al período de estiaje. Es de notar que en lospozos profundos se observaron las mayores concentraciones de este anión (Fig. 4), debido a quelos pozos profundos tienen mayor cercanía con la interfase salina, principal fuente del ioncloruro.

Figura 4. Isoconcentraciones del ion cloruro (mg/l) en pozos profundos.

El ion sulfato presentó un comportamiento similar en pozos someros y pozos profundos, ya queal no haber una aporte significativo de sulfatos en nuestro medio, la dilución tiene lugar duranteel periodo de lluvia.

Las mayores concentraciones de ion nitrato se observaron en los pozos someros (Fig. 5), estodebido a que los nitratos pueden ser producto de la descomposición de materia orgánica,contaminación urbana, industrial, ganadera y abonos agrícolas a los que se encuentran expuestosen forma directa este tipo de pozos. Los pozos profundos mostraron sus mayores concentracionesdurante el período de lluvia, esto como resultado del arrastre y lavado de los terrenos, no obstanteen la región de estudio los nitratos se encuentran en concentraciones aceptables de acuerdo con lanorma NOM-01-SSA-94, la cual establece el límite máximo permisible para nitratos de 45 mg/lt.La concentración promedio de la concentración de nitratos en los pozos profundos fue de 22mg/lt.

Figura 5. Isoconcentraciones del ion nitrato (mg/l) en pozos someros.

CONCLUSIONES

El agua subterránea de la región de estudio, presenta valores casi constantes para la temperatura,el pH y el oxígeno disuelto; no así para la conductividad eléctrica, la cual mostró un amplio rangode valores.

El comportamiento catiónico del agua subterránea mostró gran similitud, ya que existió unamarcada tendencia a disminuir sus concentraciones durante la temporada de lluvia, comoresultado de la dilución ocasionada por éstas.

Algunos iones como el sodio, potasio, sulfato y cloruro mostraron sus concentraciones mayoresen las muestras de agua obtenidas de los pozos profundos, esto, debido a la mayor cercanía con lainterfase salina, principal aportador de estos iones en nuestro medio.

El ion nitrato, principal indicador de la contaminación, presenta sus concentraciones más altas enlos pozos someros, ya que este tipo de pozos se encuentra expuesto a todo tipo de contaminación,principalmente la antropogénica. Los pozos profundos en promedio presentaron concentracionesde nitratos inferiores a las establecidas en la norma NOM-01-SSA-94, la cual establece 45 mg/lcomo límite máximo permisible para agua potable.

La calidad química del agua en la región de estudio, es de buena calidad excepto para los nitratosen los pozos someros en los que se excede el valor establecido en la Norma Oficial Mexicana;respecto a la calidad bacteriológica, a nivel somero se tiene contaminación fecal y en los pozosprofundos, aquellos ubicados en la zona rural alrededor del campo de pozos y que no cuentan conprotección sanitaria, presentaron coliformes fecales.

AGRADECIMIENTO

Al Sistema de Investigación Regional Justo Sierra del CONACyT, por el financiamientoeconómico para la realización del proyecto "Delimitación de una zona de reserva hidrogeológicapara el abastecimiento de agua potable a la ciudad de Mérida, Yucatán", Clave 980607. AlCONACYT, por el financiamiento del proyecto "Determinación y prueba de un índice decontaminación por nitratos en el acuífero kárstico de Yucatán", Clave 27912T. J. Pacheco,agradece al CONACYT, la beca otorgada para la realización de estudios de doctorado y a losparticipantes en el proyecto por el trabajo.

REFERENCIAS

APHA, AWWA, WEF. (1992). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater.Clesveri L.S., Eaton A.D. y A.E. Greenberg.

Escalante, Z.A. (2000). “Diagnóstico Preliminar Para la Delimitación de una Zona de ProtecciónHidrogeológica al Sur de la Ciudad de Mérida, Yucatán”, Tesis profesional, UniversidadAutónoma de Yucatán, Yucatán, México.

Graniel, C,E., Cardona, A., Carrillo, J. (1999). Hidrogeoquímica en el Acuífero Calcáreo deMérida Yucatán: Elementos Traza. Revista de Ingeniería Hidráulica en México, Vol.XIV, No. 3, 19-28 pp.

INEGI (1996). Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Anuario Estadístico delEstado de Yucatán. Gobierno del estado de Yucatán. México.

Méndez, N.R., Quintal F.C. (1995). Estimación del Consumo Doméstico per Cápita de AguaPotable Para la Ciudad de Mérida Yucatán México. Boletín Académico de la FIUADY.

NOM-127-SSA1 (1994) Norma Oficial Mexicana. Secretaría de Salubridad y Asistencia. SaludAmbiental, agua para uso y consumo humano – límites permisibles de calidad ytratamientos a que debe de someterse el agua para su potabilización.

Pacheco, A. J. (1998). Delimitación de una Zona de Reserva Hidrogeológica Para la Zona Sur dela Ciudad de Mérida, Yucatán. Protocolo de Investigación. Sistema de InvestigaciónRegional Justo Sierra del CONACYT.

Pacheco, A. J., Cabrera S.A. (1996). Efecto del Uso de Fertilizantes en la Calidad del AguaSubterránea en el Estado de Yucatán. Revista de Ingeniería Hidráulica en México. Vol.Xi, Núm. 1, 53-60 pp.

SARH (1989) Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. Sinopsis Hidrogeológica de laPenínsula de Yucatán. México. 49 p.

Sauri, R. M. (1984). “Metales Pesados en el Agua Subterránea de la Ciudad Industrial FelipeCarrillo Puerto, de Mérida”. Tesis de Maestría, Universidad Autónoma de Yucatán,Yucatán, México.

Velásquez, L. (1986). Aplicación de Principios Geoquímicos en la Hidrológia Cárstica de laPenínsula de Yucatán. Revista de Ingeniería Hidráulica en México, II Época, Vol. 1, No.3, 21-29 pp.