Recarga Artificial

(ejemplo de la Comarca Lagunera)

Carlos Gutiérrez Ojeda cgutierr@tlaloc.imta.mxLa Serena, ChileMayo 2016

INTRODUCCIÓN

� Agua subterránea con elevadas concentraciones de ar sénico se han reportado en la Comarca Lagunera desde 1962

� El agua proviene de un acuífero libre aluvial, el c ual constituye la principal fuente de agua potable en la región

� El arsénico ha originado problemas de salud a gente y animales

� Estudio hidrogeoquímico y isotópico (IMTA, 1990): � Grandes áreas tienen As > 0.05 mg/l� rango de 0.003 a 0.443 mg/l

INTRODUCCIÓN

• Como una alternativa para el control de dicho avanc e se

implementaron en los años de 1991 y 2000 en forma c onjunta con

la Comisión Nacional del Agua, dos programas de rec arga

artificial mediante embalses de infiltración constr uidos sobre el

lecho del río Nazas.

PRESENTACIÓN

• ANTECEDENTES DE LA COMARCA LAGUNERA

• OBJETIVO DEL TRABAJO

• EXPERIMENTO DEL AÑO 1991

• EXPERIMENTO DEL AÑO 2000

• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Antecedentes de la Comarca Lagunera

Antecedentes de la Comarca Lagunera

EDO. DE CHIHUAHUA

EDO. DE COAHUILA

GUANACEVI

EL PALMITO

NAZAS

RODEO

CUENCAME

EDO. DE DURANGO

EDO. DE ZACATECAS

PARRAS

DELICIAS

SAN PEDRO

VIESCA

TORREON

MAPIMI

GOMEZ

TLAHUALILO

• Situada en una gran cuenca cerrada en la parte central del norte de México

• Cubre 12,000 km2 de los estados de Coah., Dgo y Zac.

• 90,000 ha se riegan cada año con agua superficial y subterránea

• Principales ciudades: Torreón, Gomez Palacio y Lerdo (2 millones de habitantes)

• Clima típico de las regiones áridas del norte del país:

Muy seco

Temperatura 25°C/año

Precipitación: 220 mm/año

Evaporación: 2,400 mm/año

Localización de la Región Lagunera

Región Hidrológica # 36 "Nazas-Aguanaval"

Agua superficial - Ríos Nazas y Aguanaval - Nazas

• Cubre 63% de toda la cuenca • Principal fuente de agua superficial

• Regulado por:

o Palmito o Fco Zarco (1968)

235 Mm3

o L. Cárdenas (1946) 2,777 Mm 3 o Alrededor de 600 – 830 Mm 3 se

Usan cada año para riego Distribuidas por Rio Nazas - Canal Sacramento

Elevación del nivel freático en condiciones naturales, en msnm

Agua Subterránea (acuífero):

• tipo libre

• Compuesto de depósitos aluviales y lacustres de orígen sedimentario

• Se extiende en el 50% de toda el área

• Contribuye con el 50% de toda el agua utilizada para fines domésticos, agrícolas e industriales

• Fuente de recarga: río Nazas y retornos de riego

• Dirección natural del flujo: SW -> NE

(estimado)

Elevación del nivel freático en 1991, en msnm.

Agua subterránea (acuífero):

• La sobreexplotación del acuífero ha causado:

•Abatimientos de mas de 100 m en menos de 50 años

•Migración de agua con elevadas concentraciones de As.

• 1986: extracción tres veces más grande que la recarga

•Extracción 1000 Mm3/año por mas de 4,800 pozos

•Recarga 300 Mm3/año

• Dirección general del flujo: de los bordes a la parte central de la región.

Ubicación de pozos muestreados en 1990.

Parámetro Min. Media Max. DS Límite

T (°C) 22 42

pH 6.91 7.54 8.50 0.37

Conductividad ( µS/sec) 299 1,663 15,650 2,004

STD (mg/l) 205 1,274 14,210 1,836 500

Dureza (mg/l) 14.46 485.63 2,281.55 545.92 120

Alcalinidad CaCO 3 (mg/l) 38.00 129.20 316.00 46.48 600

Cl (mg/l) 4.30 72.00 709.74 106.15 250

SO4 (mg/l) 29.37 674.55 7,384.81 1,043.87 250

HCO3(mg/l) 46.40 157.02 385.60 55.48 50-350

NO3 (mg/l) 0.50 50.82 508.93 80.34 10

Na (mg/l) 19.90 219.61 3,972.00 455.01 100

K (mg/l) 1.15 5.77 16.54 3.56 100

Ca (mg/l) 3.73 142.85 633.26 157.01 100

Mg (mg/l) 0.28 31.25 196.87 42.93 30-40

F (mg/l) 0.07 2.48 6.97 1.41 1.5

B (mg/l) 0.11 0.67 6.01 0.81 5

Li (mg/l) 0.02 0.10 0.34 0.07 0.05

Fe (mg/l) 0.04 0.15 3.72 0.47 0.30

Pb (mg/l) < 0.20 0.20 0.20 0.00 0.05

Mo (mg/l) < 0.20 0.20 0.20 0.00 0.05

Hg (mg/l) 0.00 0.01 0.15 0.03 0.002

As (mg/l) 0.00243 0.07497 0.44300 0.10044 0.05

Nota: Concentraciones por arriba del límite estable cido

Resúmen de los análisis físico-químicos

Niveles de arsénico en 1990, en mg/l

• Concentraciones reportadas:

0.003 a 0.443 mg/l

• Criterio de calidad

As < 0.05 mg/l (1991)

As < 0.025 mg/l (2006)Como detener el avance del frente del arsénico?

Objetivo del trabajo Objetivo del trabajo

Recargar artificialmente el acuífero principal de l a Comarca Lagunera

con agua de la Presa Francisco Zarco mediante embal ses con el

propósito de recuperar los niveles del agua subterr ánea,

preservando además la calidad del recurso subterrán eo.

Experimento del año 1991 Experimento del año 1991

ACTIVIDADES

1. Selección del sitio

Cauce del río Nazas: Vecindad del poblado Bella Unión

2. Caracterización

SitioPruebas de infiltración (3)Piezometría: antes, durante y después del experimento

Agua Análisis físico – químicos del agua por infiltrar y subterránea

3. Sitio del experimento

Rehabilitación del desfogue 11+420 del canal SacramentoLevantamiento topográficoConstrucción de bordos de sección homogénea Determinación de las curvas de elevación – área - vol. almacenado

La Laguna, Croquis de localización

Infiltrometros de doble anillo

Infiltration test

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

time (min)

Infil

trat

ed la

yer

(cm

)

Prueba de infiltración No. 1

EXPERIMENTO

Primera etapa

Inicio: 14:00 hrs del 22 julio 1991 Gasto de 1.2 a 2.0 m3/s

Fin: 20:00 hrs del 24 de julio de 1991Falla de la estructura vertedora

Segunda etapa

Inicio: 10:00 hrs del 29 julio 1991 Gasto de 1 a 4 m3/s

Fin: 15:10 hrs del 11 de agosto de 1991Descargas de la presa el Palmito

Recuperación de Niveles Estáticos (m)

No. Periodopozo 22/jul – 29/jul 22/jul – 05/ago 22/jul – 12/ago

52513433443473483493513523533573583598551631163219422016203523563518

1.660.860.71

0.060.770.900.89

1.709.64

0.282.851.100.93

2.44

0.481.421.261.20

RESULTADOS

� Tiempo: 18 días

� Volumen extraído del canal Sacramento: 3.4 Mm3

� Ascenso de los niveles piezométricos de los pozos ubicados en

la vecindad de los poblados Bella Unión y La Conchita Roja.

Experimento del año 2000 Experimento del año 2000

SITIO DE RECARGA Y RED DE MONITOREO

SITIO DE RECARGA

G. PALACIO, DURANGO

CANAL SACRAM

ENTO

RIO NAZASTORREON, COAHUILA

SCALE

Localización de piezométros y estanques

Estanque No. 1

Estanque No. 2

Estanque No. 3

Piezómetro 1

Piezómetro 2

C. S

ACR

AMEN

TO

Localización de las pruebas de infiltración

a

Canal 3+500

a

a

a

p. infiltración 1

p. infiltración 2

p. infiltración 3

Capacidad de infiltración en el estanque No. 1.

Sitio Capacidad de infiltración

(mm / h)

Volumen de infiltración (miles de m 3/ha/día)

1 2 3

240 410 730

57.6 98.4 175.2

Levantamientos topograficos en el embalse de infiltración No. 1

1,115.0

1,116.0

1,117.0

1,118.0

1,119.0

1,120.0

1,121.0

1,122.0

1,123.0

1,124.0

0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000

Capacity (m3)

Ele

vatio

n (

m)

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

160,000

180,000

Are

a (m

2)

ElevaciónAreaELevation

Curva Elevación – área – capacidades en el embalse No 1.

PROGRAMA DE MONITOREO

� Volumen vertido a los embalses

� Niveles del agua en los embalses (regletas)

� Datos climatologicos (evaporación y lluvia)

� Niveles piezométricos en la red de observación

� Calidad del agua de la presa, canales y acuífero

PROGRAMA DE OPERACIÓN

Presa

Canal

Estanque No. 2

Pond No. 1

Bordo

Pond No. 1 Est No. 1Pond No. 1Pond No. 1Pond No. 1Canal 3+500

500 - 600 m

Canal

Bordo

Bordo

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 500 1000 1500 2000 2500

Time (hours)

Acc

um

ula

ted V

olu

me

(M

m3)

RESULTADOS

Grafico de volumen acumulado vs. tiempo (embalse 1).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

19/05/00 8/06/00 28/06/00 18/07/00 7/08/00 27/08/00 16/09/00

Time (days)

Ele

ctric

con

duct

ivity

Zarco3+500229240241247342841154922973885Chorr 251 Chorr 351Chorr 2016

Evolution of electric conductivity

( µS

/cm

)

1 Presa F. ZarcoCentro (6)

Cálcica

2 Canal 3+500 (5) Sulfatada3 a PO 1 N1m. (10) Clorurada3 b PO 1 N15m. (10) Bicarbonatada3 c PO 1 N21m. (10) Sulfatada-Clorurada-

Cálcica4 a PO 2 N1m. (10) Bicarbonatada-Cálcica4 b PO 2 N10m. (10)4 c PO 2 N20m. (10)10 Pozo 342 (10)13 Pozo 2297 (10)14 Chorr. 251 (10)15 Chorr. 351 (10)16 Chorr. 2016 (10)17 21 Simas (10)18 29 Simas (10)19 31R Simas (10)20 35 Simas (10)21 36 Simas (10)22 12 Sideapa (10)23 15 Sideapa (10)24 19 Sideapa (10)

Diagrama de Piper de las muestras de agua

de octubre

OCTUBRE

20

80

40

60

60

40

80

20

100

SO4+Cl

100

0

0

80

20

60

40

40

60

20

80

0

0

100

Ca+Mg

CO3+HCO3Na+K

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80100

Mg

Ca

CATIONES

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

SO4

Cl

ANIONES

2

2

2

1

1

1

4a

4a

4a

4b

4b

4b

4c

4c

4c

13

13

13

24

24

24

15

15

15

10 10

10

16

16

16

3a

3a

3a

3b

3b

3b

3c

3c

3c

19

19

19

17

17

17

21

21

21

18

18

18

20

20

20

14

14

14

23

23

23

22

22

22

OCTOBER

CATIONS ANIONS

Modelo conceptual

Piezometro 3

Canal 3 + 500

Siphon Río Nazas

Est. 2

Est. 1Piezómetro 1

Piezómetro 2

Acuífero someroCapa arcilla

Dirección del flujo subterráneo

Nivel freático regional

Acuífero profundo regional

1119.5

1120

1120.5

1121

1121.5

1122

1122.5

1123

1123.5

0 500 1000 1500 2000 2500

Time (hours)

Ele

vaci

ón (m

snm

)

1,110.0

1,111.0

1,112.0

1,113.0

1,114.0

1,115.0

1,116.0

1,117.0

1,118.0

1,119.0

1,120.0

Embalse Piezómetro 1

Evolución de los niveles del agua en el embalse y piezométro 1.

Conclusiones y recomendacionesConclusiones y recomendaciones

� La recarga artificial vía embalses de infiltración es viable

técnicamente para el sistema acuífero de la Comarca Lagunera

� Los sitios seleccionados son adecuados, ya que tienen

características hidrogeológicas apropiadas, áreas libres y cuentan

con la infraestructura necesaria para el manejo y conducción del

agua a los embalses de infiltración.

La principal motivación para el estudio del AS es su importancia como recurso:

Estimación del balance de agua del mundo (Nace, 197 1)

Parámetro Área (km2)x106

Volumen (km3)x106

Volumen (%)

Tiempo de residencia

Océanos y lagos Lagos y presas Pantanos Ríos Humedad del suelo A.S. Hielo y glaciares Agua atmosférica Agua de la biosfera Suma

361 1.55 <0.1 <0.1 130 130 17.8 504 <0.1

1370 0.13

<0.01 <0.01 0.07 60 30

0.01 <0.01 1460

94 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01

4 2

<0.01 <0.01

∼ 4000 años ∼ 10 años 1-10 años ∼ 2 semanas 2 semanas-1 año 2 semanas-10,000 años 10-1,000 años ∼ 10 días ∼1 semana

Si no tomamos en cuenta a los océanos (por sus altos niveles de salinidad) el AS representa aproximadamente 2/3 del agua fresca del mundo. Si tomamos en cuenta sólo el agua utilizable, (es decir, despreciamos / quitamos las capas de hielo y los glaciares y las aguas de la atmósfera y de la biosfera) el AS representa el 95%, los lagos, pantanos, presas y ríos el 3.5% y la humedad del suelo el 1.5%.

Balance Mundial y en M éxico del Agua

BENEFICIOS• Incremento en la disponibilidad de agua• Estabilización/aumento de los niveles piezom étricos• Aumento del flujo de base (gasto ecológico) en ríos• Control de la intrusión salina• Reducción de la subsidencia del terreno • Fuente sostenible de agua subterránea• Sostenibilidad de áreas irrigadas• Estabilización de la erosión del suelo• Análisis positivo de la relación costo-beneficio• Mejoramiento del nivel de vida• Mitigación de inundaciones• Control de la contaminación• Ahorro de espacio superficial para el almacenamiento de l agua

Siempre es necesario empezar por un proyecto piloto y después proceder a su implementación a una escala mayor.

Source SHW Vol 7