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UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales
Trabajo Fin de Grado
Hidrogeología e hidrogeoquímica de
manantiales en las zonas de falla de Torreperogil y
Sabiote (Provincia de Jaén)
Alumna: Lorena Martínez Gutiérrez
Julio, 2014
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Hidrogeología e hidrogeoquímica de
manantiales en las zonas de falla de Torreperogil y
Sabiote (Provincia de Jaén)
Fac
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UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales
Trabajo Fin de Grado
Alumna: Lorena Martínez Gutiérrez
Julio, 2014
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Resumen:
La reciente serie sísmica de Sabiote y Torreperogil nos lleva a estudiar
esta zona con en el principal objetivo de analizar la influencia de los terremotos
en las propiedades hidrogeológicas de los acuíferos de la zona, con el fin de
caracterizar la forma en que estos procesos pueden afectar a la circulación de
las aguas subterráneas. Se ha realizado un inventario de puntos de agua
ligados a las principales zonas de falla y una caracterización hidrogeológica e
hidrogeoquímica de las muestras tomadas.
Abstract:
The recent seismic series in Torreperogil Sabiote leads us to study this
area with the main aim of analyzing the influence of earthquakes in the
hydrogeological properties of aquifers in the area, in order to characterize how
these processes may affect the movement of groundwater. An inventory of
water sampling points linked to major fault zones have been made and a
hydrogeological and hydrogeochemical characterization of the samples were
carried out.
Palabras clave: Torreperogil, Sabiote, Terremotos, Acuíferos.
Keywords: Torreperogil, Sabiote, Earthquakes, Aquifers.
4
ÍNDICE
1.Introducción .................................................................................................. 5
1.1 Objetivos ................................................................................................. 8
2.Geología e hidrogeología de la zona .......................................................... 9
2.1 Geología .................................................................................................. 9
2.2 Sismicidad ............................................................................................. 11
2.3 Hidrogeología ........................................................................................ 13
3.Metodología y materiales ............................................................................ 15
3.1 Trabajo de campo ............................................................................... 15
3.2 Trabajo de laboratorio ......................................................................... 19
3.3 Trabajo de gabinete ............................................................................. 22
4.Resultados ................................................................................................... 23
4.1 Datos climáticos .................................................................................... 23
4.1.1 Evapotranspiración potencial y evapotranspiración real ............. 23
4.2 Datos hidroquímicos .............................................................................. 26
4.3 Análisis del Boro .................................................................................... 32
4.4 Mapas de isocontenidos ........................................................................ 33
5. Conclusión ................................................................................................. 34
6. Bibliografía ................................................................................................. 35
7. Anexos ....................................................................................................... 37
7.1 Mapas de isocontenidos ........................................................................ 37
5
1. INTRODUCCIÓN
El área de estudio del presente Trabajo de Fin de Grado se localiza en la
zona de Torreperogil y Sabiote en la provincia de Jaén. El hecho de que se
eligiera dicha zona está relacionado con el importante episodio sísmico
acaecido en estos municipios de la Loma de Úbeda. El 20 de octubre de 2012,
se produjo el comienzo de los movimientos sísmicos y los efectos de lo que
hoy llamamos la “serie sísmica de Torreperogil-Sabiote”. Estos terremotos
generaron una gran alarma social entre la población, a pesar de que la
intensidad de los mismos no era muy alta, aunque si eran sentidos
ampliamente por los habitantes de los pueblos. Tras un importante estudio de
dicha serie y de la geología de la zona por parte de diferentes investigadores
de distintos organismos públicos (IGN, IGME, Universidad de Jaén, etc.), se
llegó a la conclusión de que el origen de estos terremotos estaba relacionado
con una serie de fallas, desconocidas hasta el momento, y que provocaban
toda esta actividad sísmica, por lo que se puede afirmar que el origen de los
movimientos sísmicos es totalmente tectónico (Sanz de Galdeano y Peláez,
2011).
Para la determinación de su evolución, al tratarse de una zona de baja
sismicidad y baja peligrosidad sísmica, fue necesario comparar secuencias de
terremotos similares en España y en otros lugares del mundo. Finalmente, la
evolución y estudio de la serie sísmica ha dado como resultado algo similar a lo
previamente estimado.
Pero desde el punto de vista hidrogeológico, es importante comprender de
qué manera pueden afectar los movimientos sísmicos a los acuíferos de la
zona, y más concretamente analizar cómo los diferentes manantiales del área
de estudio han podido verse afectados, con cambios en el caudal y/o en la
composición de sus aguas.
Por tanto, el principal objetivo de este proyecto de Trabajo Fin de Grado, es
la necesidad e interés en estudiar el estado de las aguas subterráneas.
Comprender de qué manera pueden afectar los movimientos sísmicos a los
6
manantiales es el principal motivo de este proyecto en el entorno de la zona de
Torreperogil y Sabiote.
La zona de estudio relacionada con la serie sísmica de Torreperogil-
Sabiote pertenece al dominio geológico de la Depresión del Guadalquivir, que a
su vez, constituye la cuenca de antepaís de la Cordillera Bética, situándose
entre el Macizo Ibérico al norte y, la propia Cordillera Bética al sur.
Teniendo en cuenta que el ámbito de estudio corresponde a regiones
afectadas por fallas activas como las de Torreperogil y Sabiote, se debe tener
presente que el funcionamiento de los sistemas acuíferos se puede ver
afectado por procesos geológicos como la nucleación y propagación de
movimientos sísmicos (Hernández et al., (en prensa)).
Debido a éste último proceso geológico, los movimientos sísmicos, originan
cambios hidrológicos como el aumento del caudal de los manantiales,
modificaciones en el transporte térmico regional, y variaciones e
incorporaciones de algunos parámetros hidrogeoquímicos en las aguas
subterráneas (Brumm et al. 2009, Italiano et al. 2010, Montgomery y Manga
2003, Manga y Rowland 2009).
Por otra parte los parámetros hidroquímicos del agua también se ven
afectados por la sismicidad. Entre éstos podemos distinguir la conductividad
eléctrica (C.E.), la cual disminuye debido a la fracturación de las rocas y
posteriormente aumenta por el agua contenida en los poros o fracturas de la
roca.
Por último, otra modificación hidrogeoquímica que se produce es la
incorporación de trazas de boro a la composición química de las aguas. El boro
en aguas subterráneas se encuentra normalmente en muy bajas
concentraciones.
Estos cambios hidrológicos que siguen a los movimientos sísmicos podrían
tener su origen en:
7
1) Alteraciones en la permeabilidad producidos por la apertura o cierre de
fracturas y barreras como consecuencia del incremento de la presión de
poro motivada por la deformación cosísmica (Brumm et al. 2009, Aquilina y
Dreuzy 2011).
2) Liberación de agua y otros fluidos motivada por la consolidación o
licuefacción de sedimentos próximos a la superficie y por reacciones de
deshidratación de minerales de la arcilla que ocurren en zonas más
profundas (Bousquet et al. 2009, Vidal y Dubacq 2010).
Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, estos son los motivos por
los que hemos decidido llevar a cabo un estudio de la zona mediante la toma
de muestras en distintos puntos de los términos de Torreperogil y Sabiote
(Fig1). El proceso ha requerido la salida al campo varios días para el
reconocimiento y estudio de las zonas de falla, toma de muestras de agua y
obtención de datos in situ, así como su posterior estudio en laboratorio.
Finalmente se ha realizado el trabajo de gabinete donde se han ordenado
el conjunto de datos correspondientes a cada muestra y se han obtenido los
resultados con sus determinadas conclusiones.
Figura 1: Representación de los puntos de muestreo. Google Earth 2014.
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1.1 Objetivos
Como se dijo anteriormente, lo primordial en esta investigación es realizar
el estudio de las aguas subterráneas de la zona de Torreperogil y Sabiote, y
analizar las muestras de manera que comprobemos que los movimientos
sísmicos que se están produciendo recientemente no afecten a los acuíferos.
A continuación se citan los principales objetivos del proyecto:
El principal objetivo de este trabajo es analizar la influencia de los
terremotos en las propiedades hidrogeológicas de los acuíferos de
la zona.
Conocer la geología e hidrogeología del área de estudio.
Aprender a realizar los análisis determinantes para las muestras
tanto in situ como en el laboratorio, por medio de aparatos y
técnicas de uso complejo.
Obtener resultados mediante la utilización de programas
informáticos y modelos numéricos.
Interpretación correcta de los resultados y obtención de
conclusiones coherentes.
9
2. GEOLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA DE LA ZONA
2.1 Geología
La zona de Torreperogil-Sabiote se sitúa en la parte nororiental de la
Cuenca del Guadalquivir, formada por sedimentos marinos terciarios, que se
originó como cuenca de antepaís entre el Macizo Ibérico y el Frente de la
Cordillera Bética.
Los principales materiales que componen la zona de estudio (Fig 2) son
los siguientes (Rey et al, 1998; García Tortosa et al., 2013):
Zócalo Paleozoico: En esta unidad se distinguen formaciones menos
deformadas, como las del Carbonifero y otras más plegadas formadas por
rocas metapelíticas (filitas grises y cuarcitas intensamente plegadas en su
mayoría durante la Orogenia Hercínica), intruidas por un batolito granítico.
Triasico: se trata de la denominada cobertera tabular de la Meseta, constituida
por sedimentos triásicos subhorizontales (arcillas rojas y/o a veces verdosas,
areniscas, conglomerados y niveles evaporíticos intercalados).
Jurásico: Encima se encuentran los sedimentos calizos fuertemente
brechificados y dolomitizados del Jurásico, subhorizontales en su gran mayoría,
con un espesor máximo de 80 m en esta zona. Estos materiales confieren una
importante porosidad secundaria a la zona.
Cretácico: Sobre dolomías liásicas aparecen calizas silíceas y margas
arenosas con tonalidades blanquecinas y rosadas, cuyos restos de fósiles
indican una edad de un Cretácico Superior.
Mioceno: Se trata fundamentalmente de margas y limos con intercalaciones de
areniscas de tonos claros, con un espesor máximo en torno a 500m, que
descansan discordantemente sobre la serie infrayacente, sin apenas
deformación aparente, con buzamientos muy suaves hacia el SE casi
horizontales. Incluido en este nivel estratigráfico se debe mencionar el nivel del
Tortoniense Superior-Andaluciense constituido esencialmente por margas y
margoarcilllas, de colores gris-amarillentos y el Andaluciense compuesto de
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calizas toscas y areniscas con intercalaciones margosas, a la vez que corona
los depósitos marinos del valle del Guadalquivir.
Fig 2: Leyenda MAGNA 50_906 Úbeda. IGME.
Figura 3: Mapa geológico de la zona de Torreperogil y Sabiote. Modificado del MAGNA 50_906
Úbeda. IGME.
11
2.2 Sismicidad
Los municipios de Torreperogil y Sabiote se localizan en la región
epicentral de la actual serie sísmica (Fig 4), con más de 2200 terremotos
comprendidos entre 2012 y 2013 y catalogada como de baja peligrosidad
sísmica.
Figura 4: Mapa de localización geográfica de Torreperogil y Sabiote.
Esta zona se localiza en la Depresión del Guadalquivir y está formada
por los materiales miocenos anteriormente descritos. La mayor parte de estos
materiales aparecen poco deformados y presentan una estratificación
subhorizontal, con buzamientos menores de 20º.
Desde el punto de vista tectónico, destaca la zona de falla de Arroyo de
Sabiote (García Tortosa, et al., 2013) (Fig 5) situada al Este de las poblaciones
de Torreperogil y Sabiote, coincidente con el área donde se han localizado un
mayor número de terremotos.
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Figura 5: Mapa que representa el arroyo de Sabiote. Las líneas continuas señalan lo observado
in situ, líneas alternas señalan lo supuesto. Revista de la Sociedad Geológica de España, 2014
Esta zona de falla se caracteriza por un bandeado en ocasiones muy
marcado, aunque los clastos mayores provienen esencialmente de la
fragmentación de niveles de areniscas o margocalizas la matriz es muy
abundante y está formada por las arcillas de la secuencia sedimentaria.
En la parte superior de la zona de falla de Arroyo de Sabiote la
deformación afecta a un material de tonos más rojizos, en ocasiones más
oscuro, con algunas características edáficas, como módulos carbonatados, que
aunque esencialmente es también arcilloso, no se corresponde con ningún
nivel conocido del Mioceno y, por lo tanto podría atribuirse al Plioceno o más
reciente.
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Figura 6: Perfil sísmico entre Sabiote, Úbeda y Torreperogil realizados por la Chevron Oil
Company of Spain en 1984. Revista de la Sociedad Geológica de España, 2014.
2.3 Hidrogeología
La zona de estudio se localiza en el Acuífero Mioceno de la Loma de
Úbeda (ITGE, 1997). Este acuífero se sitúa entre los valles de los ríos
Guadalimar y Guadalquivir, en el sector conocido como la Loma de Úbeda,
incluyendo entre otros, los importantes núcleos urbanos de Úbeda y Baeza.
A nivel regional se ubica entre el borde de la Meseta, la Depresión
Neógena del Guadalquivir y las estribaciones septentrionales de la Cordillera
Bética. Se encuentra atravesado por una red hidrográfica de arroyos que
vierten hacia el norte siendo tributarios del Guadalimar o hacia el sur siendo
tributarios del Guadalquivir.
Está constituido, en términos generales, por una serie detrítica de hasta
100 metros de espesor si bien los horizontes permeables no suelen superar los
20 ó 30 metros. Se trata de un acuífero detrítico multicapa constituido por
bancos de areniscas, areniscas margosas y calcarenitas del Mioceno superior,
intercaladas en el seno de una formación esencialmente margosa. El acuífero
aflora, de forma casi continua, en aproximadamente 168 km2, quedando
definidos sus límites impermeables por el contacto con las margas azules del
Tortoniense superior en todo su entorno, que constituyen a su vez el substrato
de baja permeabilidad que lo separa del acuífero confinado del Jurásico. Este
paquete de margas azules, cuyo espesor puede alcanzar los 500 m, alberga,
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ocasionalmente, niveles discontinuos de arenas que pueden alcanzar los 50
metros de espesor y niveles conglomeráticos en su base de entre 10 y 20
metros de espesor. Toda la serie presenta una estructura tabular con
buzamiento suave (5-10º) hacia el sur y se apoya discordantemente en los
materiales mesozoicos del borde de la meseta.
La alimentación se produce por la infiltración del agua de lluvia caída
sobre sus afloramientos permeables y sus recursos renovables, aunque no han
sido estudiados en detalle, podrían situarse entre 15 y 20 hm3/año. Su
descarga se produciría de forma natural por numerosos manantiales de escasa
entidad situados en sus bordes a cotas muy dispares, por extracciones en
pozos y sondeos y, posiblemente por flujo difuso hacia el acuífero jurásico. El
agua se destina fundamentalmente a regadíos.
.
Figura 7: Acuífero de Úbeda. Tomado y modificado del Atlas Hidrogeológico de la provincia de
Jaén (ITGE, 1997).
15
3. METODOLOGÍA Y MATERIALES
3.1 Trabajo de campo
Para llevar a cabo un trabajo en Hidrogeología, es necesario realizar una
planificación de puntos de muestreo de agua en la zona de estudio, por lo
tanto, en primer lugar hay que seleccionar los puntos donde deseamos obtener
las muestras. En este proyecto nos hemos centrado en los principales puntos
de agua disponibles, tanto manantiales como pozos y sondeos.
Posteriormente, es necesario seguir un protocolo de muestreo (Pulido
Leboeuf y Pulido Bosch, 2001). A continuación se resumen las principales
tareas para llevar a cabo un muestreo de forma correcta:
Preparar una lista de los pozos, sondeos y manantiales que se pretende
muestrear.
Comprobar con el dueño del punto de muestreo si se puede tener
acceso al lugar en el tiempo previsto.
Preparar las botellas necesarias con un tamaño apropiado y, disponer
de tapones y etiquetas para identificar correctamente las muestras.
Preparar una nevera de campo para la conservación en frio de las
muestras a T<4ºC.
Disponer de hojas de campo con los datos de cada punto de muestreo.
Preparar todo el equipo necesario y comprobar su correcto
funcionamiento, así como calibrar los aparatos de medida.
Comprobar que se dispone de suficiente cantidad de material
consumible, es decir, filtros y jeringas, bolígrafos, rotuladores indelebles,
agua destilada, cuaderno de campo, etc.
Hay una serie de normas comunes a todos los muestreos de agua, como
evitar la contaminación de la muestra y asegurar el almacenamiento correcto
de las mismas. Es importante filtrar las muestras para evitar que se incluya
materia en suspensión en la muestra de agua, ya que afectaría los resultados
analíticos. Antes de llenar las botellas se deben enjuagar la jeringa y botella
con agua de la misma muestra.
16
Las muestras tienen que ser etiquetadas claramente para identificar el
punto de muestreo. Además hay que anotar cuidadosamente todos los valores
de los parámetros medidos en el campo, así como todos los datos de interés
del punto de muestreo en el cuaderno de campo. Es importante transportar
rápidamente las muestras al laboratorio para evitar cambios químicos
significativos en el agua.
Para realizar estas medidas en el momento de la toma de muestras se han
usado los siguientes aparatos y técnicas:
HI 9828 Multiparamétrico de, HANNA INSTRUMENTS.
Es un medidor multi-paramétrico portátil capaz de controlar una cantidad
elevada de parámetros diferentes de la calidad del agua. Gracias a su GPS
incorporado podemos localizar a la perfección la zona de muestreo.
Permite obtener valores de:
pH: Medida de acidez o alcalinidad de una disolución
ORP: Potencial de reducción, tendencia de las especies químicas para
adquirir electrones.
% Saturación OD: Porcentaje de oxígeno contenido en una muestra de
agua, relacionado con la cantidad de oxígeno presente en la misma en
su punto de saturación a la temperatura y presión especificada.
Mg/l OD: Oxigeno disuelto medido en mg/l.
C.E. (Conductividad eléctrica): Refleja la capacidad del agua para
conducir corriente eléctrica.
TDS: Total de sólidos disueltos. Medida de las sustancias orgánicas e
inorgánicas, que contiene el agua.
Salinidad: Contenido de sales minerales disueltas en una muestra de
agua.
Presión atmosférica: Fuerza por unidad de superficie que ejerce
el aire sobre la superficie terrestre.
Temperatura: Magnitud escalar relacionada con la energía interna de un
sistema termodinámico
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Antes de ser usado se debe calibrar, para ello se presiona la opción de
calibración y automáticamente se estandarizan los niveles de pH,
conductividad, y oxigeno. A continuación la sonda multisensor se introduce en
un recipiente con la muestra y tras una leve espera aparecen los resultados en
la pantalla del instrumento.
Figura 8: Pantalla multiparamétrico y práctica in situ.
HI 3818 Equipo de Análisis para dióxido de Carbono de, HANNA
INSTRUMENTS.
Es natural que el agua de ríos, lagos y aguas subterráneas contenga ciertos
niveles de dióxido de carbono, no sobrepasando generalmente la cantidad de
10 mg/l. Por el contrario aguas contaminadas y estancadas pueden contener
grandes cantidades de esta sustancia, haciendo de éstas que sean corrosivas
y tóxicas.
Para llevar a cabo este método, en primer lugar debemos rellenar un vaso
previamente enjuagado con la muestra con 5 ml de la misma, y poner la tapa
que trae el vaso. A continuación añadimos una gota del reactivo 1 a través del
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orificio de la tapa; al quedarse la disolución incolora interpretamos que debe
haber presencia de dióxido de carbono, ya que si no lo hubiera la muestra
adopta color rojizo.
Con la jeringa de medición introducimos el émbolo completamente en el
reactivo 2 y extraemos éste hasta que la parte inferior del mismo esté en la
marca 0 mL de la jeringa. En el orificio de la tapa del vaso se pone la jeringa y
vamos añadiendo gota a gota a la vez que agitamos hasta que la muestra
adquiere color rosa.
Por último leemos los milímetros de la escala de la jeringa que han sido
vertidos y multiplicamos por 100 de manera que obtenemos los mg/l (ppm) de
CO2.
Obtención de Bicarbonatos. Test de alcalinidad de AQUAMERCK.
La medición de alcalinidad se realizó para cada muestra mediante
valoración ácido-base. El procedimiento se basa en valorar 5 ml de muestra
con ácido, utilizando como indicador colorimétrico la fenolftaleína. Esta
medición permite conocer el contenido en bicarbonatos a partir de la medida
del volumen de ácido consumido en la valoración (Titración).
Cálculo del caudal en manantiales:
Para llevarlo a cabo se llena un recipiente (en este caso era un cubo con 6
litros de volumen) y se mide el tiempo que se tarda en llenar. Finalmente se
dividen los 6 litros entre el tiempo en segundos y se obtiene el caudal.
Figura 9: recogida de agua para el
cálculo del caudal.
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3.2 Trabajo de laboratorio
HI 38074 Boro Test Kit de, HANNA INSTRUMENTS.
El boro puede presentarse de forma natural en el agua o debido a la
presencia de desechos industriales. Un exceso de boro de 2,0 mg/l puede ser
un riesgo muy perjudicial.
Figura 10: Cálculo de la presencia de boro en las muestras en el laboratorio.
El procedimiento llevado a cabo para detectar su presencia es el siguiente:
1- Calibrar el electrodo de pH con las soluciones 4 y 7.
2- Llenar el vaso con 50 ml de muestra.
3- Añadir tres gotas del reactivo HI 38074A-0 y mezclar con la muestra.
4- Tras consultar con el electrodo de pH y comprobar que sale mayor de 7
se añade reactivo HI 38074B-0 gota a gota hasta que el pH es inferior a
7.
5- Se añaden gotas del reactivo HI 38074C-0 hasta que se alcanza un pH
con el valor de 7,8±0,2. Se debe anotar el valor de pH exacto el cual
será el pH inicial.
6- A continuación se añade un sobre de reactivo Mannitol haciéndolo girar
hasta que se disuelve.
7- Por último se mide el pH; si éste es inferior al inicial añadimos el reactivo
Boro HI 38074E-0 gota a gota llevando un recuento exacto de la
cantidad de gotas vertidas hasta que el pH sea mayor que el inicial. Con
20
ayuda de la Tabla de conversión del Boro convertimos el número de
gotas añadidas en mg/l de Boro.
En las muestras del presente proyecto la mayoría de las veces no cambiaba
el pH tras la adicción del sobre de Mannitol lo que indica que en todas mis
muestras la presencia de este compuesto es igual o inferior a 0,2 mg/l.
Cromatógrafo 858 Professional Sample Processor de, METHROM.
Mediante la cromatografía iónica se determinan aniones, cationes, hidratos
de carbono y sustancias polares en una gran variedad de matrices.
Dependiendo de la aplicación, se deben analizar muestras sólidas, líquidas o
gaseosas.
La completa automatización de estas determinaciones adquiere una
importancia cada vez mayor, por muy buenas razones: la automatización
reduce al mínimo las operaciones manuales y permite obtener resultados más
exactos y con una mejor reproducibilidad.
El cromatógrafo trabaja por detección de conductividad, por lo tanto, para
poder analizar algunas de las muestras que superan el rango de conductividad
hay que diluirlas.
Las muestras se diluyeron cinco veces, en un matraz de 50 ml (10 ml de
muestra y 40 ml de agua mQ). Para la extracción de los 10 ml de muestra
usamos micropipetas, vertiéndolo en el matraz y enrrasando con agua mQ.
Una vez diluidas las muestras depositamos en contenido en tubos de plástico
aptos para el cromatógrafo, diferenciando uno para aniones y otro para
cationes, así como se incluyó el nombre de la muestra y su disolución.
Una vez preparadas las muestras analizamos en primer lugar los cationes
presentes; para ello hay que seguir un procedimiento:
1- Preparar el eluyente catiónico: Dipicolínico y Ácido nítrico 1 Molar.
2- Antes de empezar a analizar muestras hay que llevar a cabo un lavado
del cromatógrafo con agua mQ. El agua expulsada se recoge en un
recipiente, donde se comprueba que el pH es neutro.
21
3- Las muestras se colocan en sus correspondientes posiciones en el
automuestreador, siendo la posición 1 ocupada por agua del grifo para
comprobar que el cromatógrafo funciona debidamente y los picos tienen
lugar en su tiempo correcto. Cuando el aparato coge muestra a
continuación para eliminarla inyecta disolución Agua-Metanol 50-50, la
cual hay que ir rellenando cada determinado tiempo.
4- Para empezar a usar el cromatógrafo se deja que el eluyente catiónico
circule por éste y cuando el pH sea ácido está listo para usar.
Los aniones fueron analizados al día siguiente. Su procedimiento es
similar al de los cationes pero con su propio protocolo:
1- Preparación del eluyente para aniones: Sodio Carbonato + Sodio
Bicarbonato
2- Lavado con agua mQ hasta que el pH sea neutro para poder empezar a
trabajar con el cromatógrafo. Previamente hay que extraer la columna ya
que no puede estar en contacto con agua mQ.
3- Cuando se van a analizar los aniones debe haber supresión química,
acción que provoca la formación de CO2 + H2O. La supresión química
consta de tres fases; en la primera mete todos los protones y elimina el
carbonato del eluyente, en la segunda fase entra el ácido sulfúrico que
produce una mayor separación de los compuestos con ayuda del
“dosino” que extrae de 1 a 3 ml en cada inyección. En la tercera fase se
regenera agua mQ.
4- Una vez finalizado el lavado colocamos la columna de aniones y
cambiamos la botella de agua mQ por la de eluyente. Se deja correr el
eluyente hasta que obtenemos un pH básico.
5- Para terminar debemos conectar los cables específicos a la columna. La
precolumna siempre colocada hacia abajo ya que el flujo avanza hacia
arriba.
22
Figura 11: Fotos donde se observa el cromatógrafo completo (1ª), espacio donde se colocan
las columnas (2ª) y donde se colocan las muestras (3ª).
3.3 Trabajo de gabinete
Para la redacción y tratamiento de los datos de este proyecto se han
utilizado los programas Word, Excel y Power Point dentro del paquete Microsoft
Office.
Todo el procedimiento para el tratamiento de imágenes y modificación
de las mismas ha sido realizado con el programa Paint de Windows.
El Surfer 8, es un programa que genera mapas de isocontenidos, en 2D
y 3D, a partir de los puntos experimentales por medio de la información
georeferenciada de las muestras. En concreto, en este studio se han obtenido
mapas de los diferentes parámetros hidrogeoquímicos de cada muestra usando
la información espacial de los 12 puntos de muestreo.
La representación de los diagramas de Piper y Schoeller-Berkaloff ha
sido realizada con la ayuda del programa Easy-Quim, plataforma donde se
introducen en celdas, cuyo formato es similar al de Excel, el nombre,
coordenadas, parámetros físico-químicos e iones mayoritarios de cada
muestra, y automáticamente aparecen representados los diagramas.
La obtención de los datos climáticos se ha llevado a cabo a partir de la
página de “estaciones agroclimáticas” de la Junta de Andalucía. Una vez
23
ordenados se han incorporado al programa con formato excel “hoja para
cálculo de la ETP y balance del suelo” donde se han obtenido las gráficas que
representan los balances hídricos de Torreperogil y Sabiote.
Por último se ha usado Google Earth, para representar sobre las
imágenes de la zona de estudio los distintos puntos de muestreo.
4. RESULTADOS
En este capítulo se procede a la exposición de los resultados deducidos a partir de los diferentes datos obtenidos, tanto en el muestreo como a partir de la información meteorológica de la zona de estudio.
4.1 Datos climáticos
En este apartado se presentan las características más relevantes desde el punto de vista hidrometeorológico.
4.1.1. Evapotranspiración potencial y evapotranspiración real
Para el cálculo de la evapotranspiración potencial (ETP) se ha utilizado
el método de Thornthwaite, el cual cuantifica los distintos componentes del
balance hídrico en el suelo, entre los cuales está la recarga a los acuíferos.
(Thornthwaite, C. W. 1948).
El cálculo de la evapotranspiración real (ETR) se ha realizado utilizando
el método de balance de agua con el suelo. Con este procedimiento se
obtienen los valores de evapotranspiración real mensual a partir de las
precipitaciones medias mensuales y de los valores de ETP mensual calculados
anteriormente mediante el método de Thornthwaite.
Es necesario conocer la “capacidad de campo” del suelo, ya que
representa el volumen de agua disponible para la vegetación que por unidad de
superficie puede retener la columna de suelo frente a la acción gravitatoria. De
este modo, conociendo la capacidad de campo y considerando que la reserva
del suelo se encuentra agotada a final de septiembre, se ha establecido un
balance de agua en el suelo para cuantificar los excedentes hídricos
mensuales.
24
Para la capacidad de campo del suelo se han usado valores de áreas
próximas a la zona de estudio de este proyecto, en concreto, 60 mm (depósitos
aluviales) y 125 mm (materiales de naturaleza margoso-arcillosa).
Observando la Tabla 1 correspondiente a los valores mensuales de
Torreperogil durante el último periodo de siete años, podemos observar como
las precipitaciones totales son de 116 mm, produciéndose un déficit de 772
mm en conjunto, ya que los únicos meses que no presentan déficit son en la
estación de invierno, más concretamente, diciembre, enero y febrero
correspondiente a los meses de mayor precipitación y menor ETR.
Respecto a Sabiote (Tabla 2) las medias mensuales han sido realizadas
en los últimos 10 años, y podemos observar como la precipitación total es de
160 mm, mientras que los déficits son de 650 mm. En este caso los meses que
no presentan déficits son diciembre, enero, febrero y marzo, coincidiendo como
en el caso de Torreperogil, que son los meses con mayor precipitación y menor
ETR correspondientemente.
En conjunto cabe destacar que ningún término presenta excedentes ya
que la precipitación media anual es escasa y la evapotranspiración es elevada
a lo largo del año.
Meses ETP mm P mm ETR mm Déficit mm Excedentes mm
Octubre 54,18 9,48 9,48 44,70 0,00
Noviembre 21,21 12,22 12,22 8,99 0,00
Diciembre 9,51 13,80 9,51 0,00 0,00
Enero 8,77 13,15 8,77 0,00 0,00 Febrero 14,77 13,99 14,77 0,00 0,00
Marzo 27,89 14,44 22,33 5,56 0,00
Abril 50,76 13,78 13,78 36,98 0,00
Mayo 84,96 11,53 11,53 73,44 0,00
Junio 139,48 2,64 2,64 136,84 0,00
Julio 174,48 0,17 0,17 174,30 0,00 Agosto 148,15 2,26 2,26 145,89 0,00
Septiembre 105,63 8,55 20,40 85,23 0,00
TOTAL 839,78 116,00 127,85 711,93 0,00
25
Tabla 1: Valores mensuales de ETP, precipitación, ETR, déficit y excedentes hídricos, calculados para capacidades de campo 125 y 60 mm en Torreperogil.
Balance hídrico correspondiente a las capacidades de campo 60 y 125 mm.
Meses ETP P ETR Déficit Excedentes
Octubre 57,41 16,94 16,94 40,47 0,00
Noviembre 23,82 19,26 19,26 4,56 0,00
Diciembre 12,89 21,33 12,89 0,00 0,00
Enero 10,93 10,81 10,93 0,00 0,00
Febrero 15,00 17,00 15,00 0,00 0,00
Marzo 27,71 18,86 27,71 0,00 0,00 Abril 45,31 21,19 22,65 22,66 0,00 Mayo 76,94 14,83 14,83 62,11 0,00 Junio 129,10 3,43 3,43 125,67 0,00 Julio 160,06 0,34 0,34 159,72 0,00
Agosto 147,96 3,27 3,27 144,69 0,00 Septiembre 106,40 12,71 20,40 86,00 0,00
TOTAL 813,53 159,97 167,65 645,87 0,00
Tabla 2: Valores mensuales de ETP, precipitación, ETR, déficit y excedentes hídricos, calculados para capacidades de campo 125 y 60 mm en Sabiote.
0
2040
6080
100
120140
160180
200O
ctub
re
Nov
iem
bre
Dic
iem
bre
Ene
ro
Feb
rero
Mar
zo
Abr
il
May
o
Juni
o
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
mm
TORREPEROGIL Capacidad de campo: 125 y 60 mm
ETP
P
ETR
26
Balance hídrico correspondiente a las capacidades de campo 60 y 125 mm.
4.2 Datos hidroquímicos
Con los datos obtenidos del cromatógrafo (iones mayoritarios), podemos
interpretar a primera vista los valores correspondientes a cada muestra (Tabla
3). Posteriormente se obtendrán los diagramas de Piper y Schoeller-Berkaloff
que favorecerán una mejor interpretación de las características de las aguas
subterráneas de la zona de estudio.
La Conductividad eléctrica está muy relacionada con la totalidad de
sólidos disueltos (TSD) en el agua, especialmente las sales minerales; ya que
la conductividad eléctrica refleja la capacidad del agua para conducir corriente
eléctrica. Por lo que de las 12 muestras, 8 de ellas tienen una conductividad
eléctrica elevada superior a 1000 µS/cm coincidentes con los valores más
altos de TSD, lo que demuestra que son aguas de dureza elevada.
El pH presenta unos resultados muy próximos al estado neutro, 7,
aunque tienden hacia valores básicos, ya que algunas muestras alcanzan un
pH 8.
0
20
40
6080
100
120140
160
180
Oct
ubre
Nov
iem
bre
Dic
iem
bre
Ene
ro
Feb
rero
Mar
zo
Abr
il
May
o
Juni
o
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
mm
SABIOTE Capacidad de campo: 125 y 60 mm
ETP
P
ETR
27
Respecto a los aniones cabe destacar los bicarbonatos ya que son
elevados, siendo mayores en las aguas de Torreperogil donde alcanzan
valores en torno a los 400 mg/l y en las de Sabiote a los 200 mg/l.
En relación con los cationes, tanto el Magnesio como el Calcio tienen
unos valores altos en todas las muestras, siendo en alguna como TOR 6.2
especialmente elevados.
Tabla 3: Datos hidroquímicos obtenidos del cromatógrafo.
28
Figura 12: Diagrama de Piper
Sab 1.5 Sab 3.5 Sab 4.4 Sab 6.2 Sab 9 Tor 3.2
Tor 5.2 Tor 6.2 Tor 9 Tor 10 Tor 11 Tor 12
DIAGRAMA DE PIPER
100
100
100 100
100 100
0 0
0 0
0 0
0 0
SO4 + Cl Ca + Mg
Mg SO4
ClCa
Na + K CO3 + HCO3
CATIONES ANIONES
29
El diagrama de Piper es una representación compuesta por dos
diagramas triangulares y uno en forma de rombo resultante de la combinación
de ambos. En este tipo de diagramas se representan los principales iones
disueltos (iones mayoritarios) en las aguas en miliequivalentes por litro.
La posición de los puntos en el diagrama de Piper permite determinar la
facies principal del agua representada, la cual vendrá definida por los iones
más abundantes.
Tras la interpretación del diagrama de Piper realizado con los valores
químicos, obtenidos con diferentes análisis de las 12 muestras, hemos podido
determinar cuatro tipos de aguas, dos carbonatadas y dos sulfatadas:
Grupo A (bicarbonatadas cálcicas) y Grupo B (bicarbonatadas
magnésicas) situados en la parte central izquierda del romboide, y Grupo C
(sulfatadas cálcicas) y Grupo D (sulfatadas magnésicas) ubicados en la parte
superior del romboide.
A BICARBONATADAS-CÁLCICAS TOR 3.2 TOR 10 TOR 5.2
B BICARBONATDAS-MAGNÉSICAS
SAB 1.5
C SULFATADAS-CÁLCICAS SAB 9 TOR 11 SAB 4.4 SAB 6.2 TOR 9 SAB 3.5
D SULFATADAS- MAGNNÉSICAS
TOR 12 TOR 6.2
30
Figura 13: Diagrama Schoeller-Berkaloff
0,1
1,0
10,0
100,0
1000,0Sab 1.5
Sab 3.5
Sab 4.4
Sab 6.2
Sab 9
Tor 3.2
Tor 5.2
Tor 6.2
Tor 9
Tor 10
Tor 11
Tor 12
DIAGRAMA DE SCHOELLER-BERKALOFF
meq/l Ca Mg Na Cl SO4 HCO3
meq/l Ca Mg Na Cl SO4 HCO3
31
En los diagramas de Schoeller o de Columnas verticales se representa
el valor en miliequivalentes por litro de distintos aniones y cationes, utilizando
una escala logarítmica, y uniendo puntos mediante una secuencia de líneas. Es
muy útil para representar en un mismo diagrama aguas con distintas
propiedades y observar la relación entre los iones asociada a la inclinación de
la líneas.
En este caso, el diagrama de Schoeller-Berkaloff (Fig 13) corrobora los
datos obtenidos en el diagrama de Piper (Fig 12).
Ligado al diagrama Schoeller-Berkaloff y consultado los datos en mg/l de
las diferentes muestras (Tabla 3) podemos compararlos con los limites de
potabilidad establecidos y obtener el grado de potabilidad de las muestras.
LÍMITE DE POTABILIDAD:
Ca 250 mg/l
Mg 50 mg/l
Na 200 mg/l
Cl 400 mg/l
SO4 400 mg/l
NO3 50 mg/l
Muestras que no superan los límites establecidos por lo que podrían
considerarse potables:
SAB 3.5
SAB 4.4
SAB 9
Muestras que superan los límites establecidos:
SAB 1.5: Los nitratos están 2 mg/l por encima del límite. SAB 6.2: Los sulfatos superan 25 mg/l el límite. TOR 3.2: Nitratos en el límite justo. TOR 5.2: Nitratos 19 mg/l por encima. TOR 6.2: Magnesio supera 73 mg/l el límite y nitratos 90 mg/l por
encima.
32
TOR 9: Magnesio 29 mg/l por encima, sulfatos 88 mg/l y nitratos 51 mg/l por encima.
TOR 10: Nitratos 14 mg/l por encima del límite. TOR 11: Se superan los límites en Magnesio 12 mg/l, sulfatos 36 mg/l y
nitratos 90 mg/l. TOR 12: En Magnesio 71 mg/l y nitratos 54 mg/l se superan los límites.
4.3 Análisis del Boro
El Boro es necesario en cantidades relativamente pequeñas,
volviéndose tóxico cuando sobrepasa estos niveles. El nivel esencial de Boro
en el agua es de 0,2 mg/l, siendo las concentraciones entre 1 a 2 mg/l tóxicas.
Los problemas de toxicidad se producen más frecuentemente a causa del Boro
contenido en el agua que en el suelo.
A continuación se representan las cantidades obtenidas de este
compuesto en el laboratorio (Tabla 4).
MUESTRAS BORO
SAB 1.5 (Corregidora) < 0,2
SAB 3.5 (La canal) 0,2
SAB 4.4 (Chiringote) 0,2
SAB 6.2 (Pilarillos) 0,2
SAB 9 (Torremocha) < 0,2
TOR 3.2 (Sondeo Junco) < 0,2
TOR 5.2 (Fuente Santiago) < 0,2
TOR 6.2 (San Marcos) 0,2
TOR 9 (Sondeo Miguel) < 0,2
TOR 10 (Villa S.José) 0,2
TOR 11 (Sondeo Andrés) 0,2
TOR 12 (Fuente Salamanca) 0,2
Tabla 4: Datos de Boro.
33
Como se puede observar en ninguna muestra se sobrepasan los 0,2
mg/l de boro, al contrario, tienden a estar compuestas por una cantidad menor
de 0,2 mg/l. Por lo que la concentración de boro en las muestras es mínima.
4.4 Mapas de isocontenidos
Se ha llevado a cabo la realización de mapas de cada ion mayoritario,
con los datos correspondientes a cada muestra. Al localizarse las muestras
mediante coordenadas, resulta mucho más sencillo interpretar cada mapa, ya
que la variación en la anchura de las líneas vendrá determinada por la geología
de la zona; así en un área donde haya yesos habrá más proximidad en las
líneas cuando hablemos de sulfatos, entre otros.
Respecto a la conductividad eléctrica, bicarbonatos, sulfatos y nitratos se
debe mencionar que se han obtenido unos niveles muy altos.
Para comprender la distribución espacial de los compuestos químicos
hay que pensar que están relacionados con los minerales a partir de los que se
disuelven. Así, con las calizas relacionaremos los bicarbonatos, el calcio y el
magnesio. Donde se encuentren las mayores concentraciones de yeso
veremos como en los mapas de sulfatos y calcio las líneas están más juntas.
Por el contrario donde haya presencia de halita se verá una mayor
concentración en el cloro y el sodio.
Analizando los mapas de contenidos de los diferentes compuestos
químicos, se observa los elevados valores de conductividad eléctrica en la
zona sur del área de estudio, en el entorno de Torreperogil. Teniendo en
cuenta que este parámetro se relaciona con el contenido iónico de las aguas
subterráneas, nos indica zonas de alta mineralización. Además, esta área
aparece con valores elevados en la mayoría de los elementos químicos. Se
trata de un área con mayor concentración de fallas y con rocas ricas en
minerales solubles, tales como la halita o el yeso, en relación con materiales
margosos del relleno de la Depresión del Guadalquivir.
Los mapas se pueden ver en el anexo de este proyecto.
34
5. CONCLUSONES
El importante episodio sísmico que ha tenido lugar en la zona de
Torreperogil y Sabiote en los dos últimos años y la preocupación social que ha
generado, nos ha llevado al interés de estudiar los efectos que pueden llegar a
producir estos “movimientos” en el comportamiento y variación en la
composición de los manantiales.
Tras una gran cantidad de investigaciones por parte de organismos
públicos, se llegó a la conclusión de que el origen se encuentra en una serie de
fallas, desconocidas hasta el momento, que provocan toda esta actividad
sísmica. Por lo tanto, los principales cambios que se pueden observar desde el
punto de vista hidrológico, son aumento del caudal y modificaciones en el
transporte térmico regional.
Con los datos climáticos podemos deducir que la precipitación en el área
de estudio es escasa, produciéndose déficits en la gran mayoría de los meses
excepto en diciembre, enero, febrero y marzo; este último mes solo en Sabiote,
donde la precipitación es mayor que la evapotranspiración real. Tanto en
Torreperogil como en Sabiote no se producen excedentes ya que la
precipitación es muy escasa a lo largo del año.
Respecto a los parámetros hidrogeoquímicos del agua subterránea, se
puede ver afectada la conductividad eléctrica de manera que disminuyen los
valores debido a la fracturación, aumentando posteriormente por el agua
contenida en los poros o fractura de la roca.
En relación con los parámetros hidrogeoquímicos cabe destacar la
presencia de Boro en las muestras tomadas. La concentración de boro en
aguas subterráneas se encuentra normalmente en concentraciones muy bajas,
como ion minoritario o como elemento traza. A partir de este dato se puede
deducir que la sismicidad, por el momento, no está alterando las características
del agua de los manantiales ya que en ningún momento se superan los 0,2
mg/l de Boro.
35
Con el Diagrama de Piper se pudo determinar que las muestras se
distribuyen en cuatro tipos de aguas: bicarbonatadas cálcicas, bicarbonatadas
magnésicas, sulfatadas cálcicas y sulfatadas magnésicas.
Los mapas de isocontenidos nos muestran elevados niveles de
conductividad eléctrica indicando a su vez una alta mineralización en la zona
de Torreperogil. Al tratarse de un área con una mayor concentración de fallas,
aparecen valores elevados en la mayoría de los elementos químicos.
Analizando los límites de potabilidad se puede comprobar que la gran
mayoría de las muestras tienen altos los niveles de nitratos, situación que
podría deberse al uso de fertilizantes, ya que en general las tierras están
destinadas a uso agrícola.
Con los datos obtenidos y analizando las diferentes referencias
bibliográficas, actualmente las aguas del entorno de Sabiote y Torreperogil
parecen no estar afectadas por la acción de la actividad sísmica, sino que su
composición y comportamiento se debe a la naturaleza geológica de los
materiales acuíferos y a la influencia de las actividades humanas, tales como el
cultivo. A lo largo del tiempo, y con muestreo más largos y periódicos, quizás si
sean más evidentes los efectos de los terremotos en los manantiales.
6. BIBLIOGRAFÍA
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Grado en Ciencias Ambientales. Universidad de Jaén.
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2014]. Disponible en: http://es.envirotecnics.com/upload/producte/08-06-
medidor-multiparametrico.pdf
36
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Comarca de La Loma de Úbeda. En: Informe del Grupo de Trabajo
Interinstitucional sobre la Actividad Sísmica en la Comarca de La Loma (Jaén),
Dirección Nacional del Instituto Geográfico Nacional, Ministerio de Fomento,
pp.3-10.
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Rinconada- Sevilla. En: Baena, R., Fernández, J.J., y Guerrero, I. El
Cuaternario ibérico: Investigación en el siglo XXI, pp. 181-185.
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Grado en Ciencias Ambientales. Universidad de Jaén.
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Universidad de Jaén. [Consultado: 24 de julio de 2014]. Disponible en:
http://www.ujaen.es/investiga/rnm024/Torreperogil-Sabiote.htm
- Thornthwaite, C. W. (1948). An approach toward a rational classification of
climate. Geographical Review, 38, pp 55–94.
37
7. ANEXOS
7.1 Mapas de isocontenidos
38
39