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LAS AGUAS SUBTERRANEAS Y EL CAMBIO CLIMÁTICO EN MEXICO
COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA Subdirección General Técnica
Gerencia de Aguas Subterráneas
Ing. Rubén Chávez Guillén.
Simposio: Las Ciencias de la Tierra en el Estudio del Agua Subterránea. Febrero 2011
LA IMPORTANCIA CRECIENTE DE LA RESERVA DE AGUA SUBTERRANEA
Después de los casquetes polares, el subsuelo contiene la mayor reserva de agua dulce del planeta.
Esta reserva, en gran parte no renovable, reviste importancia para compensar las variaciones de la disponibilidad de agua superficial y para dar flexibilidad al manejo integrado de los recursos hídricos.
La reserva de agua subterránea (en gran parte no renovable) permite regular las variaciones – estacionales, anuales y de largo plazo- de la precipitación pluvial. Pero este recurso estratégico se está minando al ritmo de 5,400 hm3/a.
El cambio climático global afectará la renovación y la calidad del
agua subterránea. La importancia de la reserva será aún mayor donde se acentúen las sequías a causa del cambio climático global.
La evapotranspiración: componente dominante del ciclo hidrologico
Precipitación (100%)
Evapotranspiración (70-95%)
Infiltración (3-10%) Escurrimiento (10-25%)
Relación Evapotranspiración-Precipitación-Temperatura
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 500 1000 1500 2000 2500
P
Er
T = 10T = 20T = 30
Relacion precipitacion – evapotranspiracion real - temperatura
Er = P / (0.9 + (P/L)² )½ L= 300 + 25T+ 0.05T³
Er = P – s
P: Precipitación pluvial s: Escurrimiento superficial Er: Evapotranspiración real.
Corriente Superficial Cuenca
Er = P
El incremento de la temperatura se traducirá en un decremento de la precipitación excedente que genera la infiltración y el escurrimiento, con mayor impacto en las zonas áridas.
Zonas aridas
Tendencia de la temperatura Tendencia de la precipitacion pluvial
El impacto negativo será mayor en las zonas donde se combine el incremento de la temperatura con el decremento de la precipitación.
Impacto sobre la disponibilidad de agua
Evaporacion Potencial(ep)
Factores que la controlan (atmosféricos): Temperatura Humedad relativa Presión barométrica Velocidad y turbulencia del viento Intensidad luminosa
Medición: Evaporímetros Estimación: Fórmulas empíricas EP = f(T°)
Evapotranspiracion Real (er)
Factores que la controlan: Atmosféricos Hidrogeológicos: contenido de humedad y
características del suelo y de la zona no saturada, profundidad al nivel freático, altura capilar.
Fisiológicos: tipo y densidad de vegetación.
Medición: lisímetros Estimación: Fórmulas empíricas: Er = % EP
Pluviómetro
Colector Lisímetro
Es un modelo de procesamiento de imágenes de satélite desarrollado en Holanda por Bastiaanssen (1995), que permite calcular la evapotranspiración real (ETR) y potencial (EP) así como otros intercambios de energía entre la superficie de la tierra y la atmósfera, a partir del análisis de la radianza espectral de las porciones del espectro que corresponden al visible, infrarrojo cercano e infrarrojo térmico.
Método Sebal (Surface energy balance algorithm for land)
Los resultados obtenidos pueden ser aplicados a numerosos problemas hidrológicos, ambientales, agrológicos e hidrogeológicos.
* Radianza espectral: Energía irradiada por unidad de área, por unidad de tiempo y por intervalo de longitud de onda, por un cuerpo negro a temperatura T, como función de la longitud de onda l.
Aplicación a la cuenca del río Nilo, Egipto.
Modelo digital de elevación
Uso del suelo
Cobertura vegetal
Aplicación al estado de Sonora
Evapotranspiración real total (Octubre 2002 - Septiembre 2003)
Evapotranspiración real de la vegetación y terreno natural, estimada mediante análisis de NOAA y MODIS.
Resultados de la interpretación.
Determinación de las superficies de riego y estimación de los volúmenes de agua consumidos por los cultivos. Análisis de gran cobertura regional con periodicidad opcional determinada por la frecuencia de las imágenes.
ENSENADA MANEADERO
CAMALU COL. VICENTE GUERRERO
SAN QUINTÍN
SANTO DOMINGO
LA PAZ
LOS PLANES
SONOYTA-PTO. PEÑASCO
CABORCA
COSTA DE HERMOSILLO
VALLE DE GUAYMAS
SAN JOSÉ DE GUAYMAS
SANTIAGO SALAGUA
COSTERA DE VERACRUZ
COSTERA DE COATZACOALCOS
MULEGÉ
Acuíferos afectados por intrusión salina Límites de acuíferos
Impacto sobre los acuíferos costeros
El ascenso del nivel del mar afectará a los acuíferos costeros, inutilizando pozos cercanos a la costa y reduciendo el espesor de agua dulce. Se acentuará la intrusión salina en los acuíferos costeros ya sobreexplotados.
Nivel medio del mar (n.m.m)
“pie” de la interfase
Interfase salina
Agua marina
Base del acuífero
Acuífero
Descarga natural de un acuífero costero al mar
L
Zona de descarga
L = f (b, gradiente hidráulico)
Nivel medio del mar (actual)
“pie” de la interfase
Interfase salina actual
Agua marina
Acuífero
El ascenso del nivel del mar modificará la posición de equilibrio de la interfase agua marina/agua dulce, provocando su migración gradual hacia tierra adentro. Una estimación simplista: ¡por cada decímetro de ascenso del nivel del mar, la interfase ascenderá 4 m!
Impacto sobre los acuíferos costeros
Nivel medio del mar a futuro
Interfase salina futura
Agua dulce
TICUL
Sierrita de Ticul S
N
Golfo de México
La península de Yucatán: una región especialmente vulnerable
0
75
150
Mérida
Condición natural actual: Reducida carga hidráulica sobre el nivel del mar Alta transmisividad Presencia de la interfase salina a poca profundidad Espesor reducido de agua dulce (decenas de metros)
Debido a esta combinación de factores, el ascenso del nivel del mar se traduciría en una notable reducción del espesor aprovechable de agua dulce
Distancia (km)
Ele
vaci
ón (m
snm
)
0 35 100
Descarga natural de un acuífero costero al mar
“pie” de la interfase
Interfase salina
Base del acuífero
Acuífero
Zona de descarga
Mar
Agua marina
Nivel medio del mar (n.m.m)
Evolución de la interfase provocada por la extracción de agua subterránea
Nivel medio del mar (n.m.m)
“pie” de la interfase
Interfase salina
Base del acuífero
Acuífero
Zona de descarga
Mar
Agua marina
Extracción
“pie” de la interfase
Interfase salina
Base del acuífero
Acuífero
Zona de descarga
Mar
Agua marina
Extracción
Nivel medio del mar (n.m.m)
“pie” de la interfase
Interfase salina
Base del acuífero
Acuífero Mar
Agua marina
Extracción
Nivel medio del mar (n.m.m)
Superficie freática
Interfase salina
Base del acuífero
Acuífero
Mar
Agua marina
Extracción
Nivel medio del mar (n.m.m)
Siete Cerros
Acuífero (< 500 ppm)
Arcilla
Nivel
Freático
100
- 200
- 100
- 300
0
0 10 20 30 40 50 60 (Km)
Agua marina
(± 35,000 ppm)
(m.s.n.m)
Agua Salobre
(± 2,000 - 8,000 ppm)
Distancia a la costa
Elevación sobre el nivel del mar (m
)
mar
La intrusión salina ha afectado una faja de unos 15 Km a partir del litoral, donde la salinidad del agua varía entre 2,000 y 10,000 ppm.
Acuífero costa de Hermosillo condiciones actuales (año 2006)
1941
2006
Estrategia integral para el manejo sustentable de los acuíferos
Manejo de la demanda:
Participación social
Cambios de uso suelo/agua
Ordenamientos de acuíferos
Recarga artificial
Desalación
Uso conjunto agua subterránea/superficial
Presas subterráneas
Tecnificación del riego y reconversión de cultivos
Monitoreo y evaluación del recurso
Cada acuífero requiere de una estrategia diseñada a su medida, que en adelante deberá incluir acciones para, en su caso, atenuar el impacto del cambio climático.
Manejo de la evapotranspiración
Inundación o sobre riego
Tirante de agua
Superficie del terreno
Estanque de infiltración
Fuente de agua de recarga
Nivel Estático
Acuífero Pozos para recuperación
Bordo
Cauce
Acondicionamiento de cauces
Estanque de infiltración
Toma
Sedimentación
Ademe
Acuífero confinado
Cementación
Cedazo
Engravado
Nivel estático
Concreto
Estrato semiconfinante
Agua de recarga
2rw Zona no saturada
Nivel freático Acuífero
Agua de recarga
Superficial
Subsuperficial
Directo
Incremento de la disponibilidad de agua: recarga artificial
Las lagunas anaeróbicas y facultativas, están impermeabilizadas en el fondo y los taludes con telas de polipropileno, además los taludes tienen enrrocamiento para evitar erosion y pérdidas por infiltracion.
Lagunas de infiltración y canal alimentador en construcción.
Laguna de infiltración.
120m X 120m , superficie 14,400 m2, si consideramos una lamina de 50 cm tenemos un volumen de 7,200 m3. Si tomamos en cuenta que la laguna de infiltración tendrá un aporte de 345 lps al término de las 24 horas de operación se habrán infiltrado 29,808 m3 equivalentes a 4.14 veces el volumen almacenado.
Laguna facultativa en operación.
Lagunas anaeróbicas
Lagunas facultativas
Lagunas de maduración
Estanques de infiltración
Tratamiento secundario Infiltración
“Recarga artificial con agua residual tratada San Luis Río Colorado, Son.
Disposición a suelo y subsuelo de agua de lluvia y escurrimiento superficial
Restricciones:
Sólo permitido en zona no saturada,
Requiere pre tratamiento,
Remoción >30% de contaminantes,
Monitoreo en superficie,
Monitoreo del acuífero si Q>100 lps
Cosecha de agua de lluvia
Restricciones: sólo requiere de pre tratamiento.
zona no saturada
acuífero acuífero pozo de inyección
Faja capilar
Nivel freático
Incremento de la disponibilidad: manejo de la evapotranspiración
Las freatofitas y la descarga de los acuíferos
Xerofitas
Palmeras Mezquite Torote blanco (Prosopis glandulosa)
(Erythea armata) (Pachycormus discolor) Forma bosques en malpaíses y coladas volcánicas.
Gobernadora (Larrea tridentata). Agave
(Agave cerulata)
Desarrollo urbano, turístico e industrial
Acuacultura
Incremento de la disponibilidad de agua: desalación
n.m.m
-60
Agua dulce
Planta desaladora
Agua marina
Interfase Salina
mar
El desarrollo de la desalación y la gradual disminución de su costo, han incrementado la factibilidad de utilizar agua salada, abriendo amplias perspectivas para impulsar sectores de alta rentabilidad.
Punta prieta
Pichilingue
Localización de los sitios de proyecto
Valle de la paz
3
7
-1
3
-5
-1
-1
-1
-5 -5
-7
0 0
-4 -8
-4 -6
0
-14
-10
-4 -10
0 0
-4
Configuración de niveles del agua subterránea
1990 2010 Valores en metros sobre el nivel medio del mar
Salinidad del agua subterránea
2010
Valores en partes por millón Conforme a la Norma, la concentración máxima permisible es de 1,000 ppm.
El alto consumo de energía que requiere la desalación contribuye al calentamiento. Otras fuentes de energía (mareas, viento,.…).
Disposición del agua de rechazo.
Captación de agua en la faja costera puede afectar a los ecosistemas costeros.
Restricciones ecólogicas
n.m.m
-60
Agua dulce
Agua marina
Interfase Salina
mar
Agua de rechazo
Generación de calor
Planta desaladora
Afectación a ecosistemas
• Técnicas de construcción • Costos de materiales, maquinaria y mano de obra • Diseño del cuerpo de la presa (profundidad, espesor , longitud, etc.)
•Condición socioeconómica •Hidrometeorológico •Agua Subterránea •Geológico y Geofísico •Topográfico •Exploración geotécnica •Modelo de simulación de flujo
Diseño (proyecto ejecutivo)
Análisis de factibilidad (técnica, socioeconómica y
ambiental) Estudios básicos
Construcción
Presas subterráneas
Sistemas de recirculación: ¿una medida extrema?
Planta de Tratamiento Agua Residual
Agua Tratada
Pozos de Inyección
Recuperación Acuífero
Retos y planteamientos adicionales a futuro
Para el agua como recurso natural: ¿Qué instrumentación específica deberá instalarse para identificar el impacto del cambio climático sobre los acuíferos, con independencia de los efectos antropogénicos y de la variabilidad natural actual de los fenómenos hidrológicos? ¿Cuáles serán los cambios en el balance hídrico de cuencas y acuíferos y en la resultante disponibilidad de agua? ¿Qué adaptaciones tendrán que hacerse en el régimen de extracción de los acuíferos y en su manejo sustentable, en condiciones de menor disponibilidad de agua?
Continúa…
Línea de costa
Agua salada
Zona de reserva
ecológica
Basamento Granítico
Océano Interfase salina
Monitoreo en zona costera
Mareógrafo
RECA
RGA
RECA
RGA
INDU
CIDA
RECARGA
EXTR
ACCI
ÓN
FLUJ
O BA
SEEV
APOT
RANS
PIRA
CIÓN
HUM
EDAL
ACUIFEROENTRADA SUBTERRÁNEA
RECA
RGA
RECA
RGA
INDU
CIDA
RECARGA
EXTR
ACCI
ÓN
FLUJ
O BA
SEEV
APOT
RANS
PIRA
CIÓN
HUM
EDAL
ACUIFEROENTRADA SUBTERRÁNEA
DESCARGA
RECARGA
Monitoreo en zona de recarga
Gracias por su atención