cuantificaciondelarecargaporinundacionesenelacuiferodecliza.pdf

UNIVERSIDAD MAYOR MAYOR REAL PONTIFICIA PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL PROYECTO DE GRADO

“CUANTIFICACIÓN CUANTIFICACIÓN

DE LA RECARGA POR INUNDACIONES INUNDACIONES EN EL

SISTEMA ACUÍFERO DE LA COMUNIDAD DE CLIZA” POSTULANTE: Univ. Mario Esteban Huarita Velásquez TUTOR:

Ph. D. Lawrence Bentley M. Sc. Ing. Corina Hernández Oña Sucre: Bolivia 2015

PRÓLOGO

Las aguas subterráneas son una fuente imprescindible para el abastecimiento de agua en zonas donde existe escases de agua superficial. Es un elemento clave para el desarrollo de las actividades sociales y económicas como la agricultura e industria en zonas urbanas y rurales. Los acuíferos son un factor importante en el estudio de la hidrogeología. La determinación de cuánta agua ingresa al acuífero es crucial para un buen uso del agua subterránea en el futuro. El proyecto describe el proceso para la obtención del valor de recarga existente en el acuífero de Cliza por las inundaciones, al no contar el municipio con este parámetro importante para el correcto uso del agua subterránea y así evitar su desperdicio. Se determinaron cuatro zonas inundadas (A1, A2, A3, A4,) cada una con diferentes características. Primeramente con la facilitación de registros pluviográficos de la estación de San Benito, se determinaron valores de precipitaciones medias mensuales en año hidrológico del 2014 que se tomaron como aportes a la zona inundada. Posteriormente con la facilitación de datos de GPS para la delimitación de las zonas inundadas se determinaron las áreas y volúmenes de las zonas para obtener una lámina o altura representativa de cada zona que se tomaron como un aporte existente por los ríos Siches y Sulty. De esta manera se determinó que las zonas inundadas eran abastecidas por precipitación y por desborde de río. Una vez determinados los aportes, se obtuvieron valores de parámetros que no aportan al abastecimiento de la zona inundada ni a la recarga del acuífero refiriéndonos más  propiamente a la Evapotranspiración Evapotr anspiración Potencial existente en la zona, definida por el método de Thornwaite y Mather. También fue necesaria la determinación de la infiltración o flujo de Darcy para saber cuánta agua infiltra al acuífero, la cual necesita para su determinación los datos de tasas de infiltración del terreno, que fueron obtenidos en campo por los métodos del Permeámetro de Guelph y las Anillas de infiltración. Por último se estableció el cambio de almacenamiento en la zona no saturada. i

La obtención de estos datos tenía como fin utilizar el método del Balance Hídrico  propuesto por Thornwaite y Mather para hallar los valores de recarga en el acuífero de Cliza. Se llegó a la conclusión que el aporte de las cuatro zonas inundadas al acuífero es relativamente medio, esto debido a las características de la zona semi-arida.

ii

AGRADECIMIENTOS

-

A la Universidad San Francisco Xavier de Chuquisaca y la Facultad de Ingeniería Civil por haberme acogido en sus aulas estos años como estudiante y haberme enseñado continuamente valores cognoscitivos así como éticos y profesionales.

-

A la Universidad de Calgary por brindarme la oportunidad de realizar el presente  proyecto

-

Al equipo de la maestría en recursos hídricos, Ph. D. Lawrence Bentley M.Sc. Ing. Corina Hernández Oña, M.Sc. Ing. Ronald Zapata V, Ing. Maritza Huarita Velásquez e Ing Sergio Zapata V. por apoyarme con sus conocimientos y enseñarme sobre la investigación en el desarrollo de la tesis.

-

A mis padres Ing. Mario Huarita Salamanca, Profa. Esperanza Velásquez Garnica y hermanas Dunetchka, Maria Eugenia y Maritza, por todo el estímulo, apoyo y amor  brindado en toda mi vida como estudiante, y haberme enseñado que el secreto del éxito es tener personas por las cuales esforzarse.

-

A mi hermana Ing. Maritza Huarita Velásquez un agradecimiento especial por su infinita paciencia, haberme encaminado, ayudado y guiado en todo el transcurso de mis estudios.

iii

INDICE PRÓLOGO ............................................................................................................................ I AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................... III INDICE DE TABLAS .................................................................................................... VIII INDICE DE FIGURAS ..................................................................................................... IX INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... X ANTECEDENTES ................................................................................................................ x OBJETIVOS...................................................................................................................... xiii Objetivo General ............................................................................................................. xiii Objetivos Específicos ...................................................................................................... xiii

JUSTIFICACION DEL TEMA........................................................................................ xiv APORTES A LA DISCIPLINA........................................................................................ xiv SUPUESTOS Y ESPECTATIVAS.................................................................................... xv ALCANCES DEL ESTUDIO ............................................................................................ xv DISEÑO DE LA INVESTIGACION ............................................................................... xvi Marco Teórico .................................................................................................................. xvi Marco Práctico ................................................................................................................. xvi

MARCO TEÓRICO: HIDROGEOLOGÍA Y RECARGA DE ACUÍFEROS ............... 1 1.1

Formaciones Geológicas ............................................................................................ 2

1.1.1

Acuíferos .............................................................................................................. 2

1.1.2

Acuitardos............................................................................................................. 2 iv

1.1.3

Acuicludos ............................................................................................................ 3

1.1.4

Acuifugos ............................................................................................................. 3

1.2

Definición de recarga ................................................................................................. 3

1.2.1

Tipos de recarga ................................................................................................... 3

1.2.2

Factores que influyen en los procesos de recarga ................................................ 4

1.2.3

Áreas de recarga y descarga ................................................................................. 5

1.2.4

Variabilidad espacial y temporal .......................................................................... 6

1.3

Recarga por inundación ............................................................................................ 6

1.3.1

Zonas de inundación ............................................................................................. 6

1.3.2

Zonas con amenaza de inundación ....................................................................... 6

a) Inundables ante la ocurrencia de crecientes ordinarias: ........................................... 7  b) Inundables ante la ocurrencia de crecientes ordinarias extremas: ........................... 7 c) Inundables ante la ocurrencia de crecientes excepcionales históricas. .................... 7

CAPÍTULO II: MARCO CONTEXTUAL DEL LUGAR DE APLICACIÓN DEL PROYECTO .......................................................................................................................... 9 2.1.

Ubicación de Cliza ..................................................................................................... 9

2.2.

Límites territoriales ................................................................................................. 10

2.3.

Extensión................................................................................................................... 11

2.4.

Fisiografía ................................................................................................................. 12

2.4.1.

Altitudes ............................................................................................................. 12

2.4.2.

Relieve ................................................................................................................ 12

2.4.3.

Topografía .......................................................................................................... 12

2.5.

Demografía ............................................................................................................... 13

2.5.1.

2.6.

Población ............................................................................................................ 13

Servicios Básicos ...................................................................................................... 13

2.6.1.

Fuentes de agua, disponibilidad y características ............................................... 13 v

2.6.2.

2.7.

Pozos de riego y agua potable ............................................................................ 14

Actividades económicas ........................................................................................... 15

2.8.

2.7.1.

La tierra como base de la economía. ........................................................... 15

2.7.2.

Tamaño y uso de tierra. ............................................................................... 15

2.7.3.

Agricultura .................................................................................................. 16

Hidrología ................................................................................................................. 17

2.8.1.

2.9.

Subcuenca Cliza – Sulty ..................................................................................... 17

Geología de Cliza ..................................................................................................... 17

2.9.1.

Rocas pre-cuaternarias ........................................................................................ 17

2.9.2.

Sedimentos cuaternarios ..................................................................................... 18

2.10. Hidrogeología ........................................................................................................... 21 2.10.1. Características hidrogeológicas Área Cliza ........................................................ 21 i)

Acuíferos ................................................................................................................ 21

ii) Transmisibilidad ..................................................................................................... 21 iii)

Perspectivas futuras para la explotación de aguas subterráneas ......................... 24

iv)

Recarga y descarga en la zona de Cliza.............................................................. 24

CAPÍTULO III: INGENIERÍA DEL PROYECTO ........................................................ 27 3.1.

Introducción ............................................................................................................. 27

3.2.

Método de balance hídrico ...................................................................................... 28

3.2.1.

Recarga efectiva ................................................................................................. 29

a) Precipitación, evapotranspiración potencial y volúmenes de zonas inundadas ..... 32  b) Lámina de agua ................................................................................................ ...... 33 c) Infiltración. Ley de Darcy ...................................................................................... 33 c.1)

Conductividad hidráulica (k) ......................................................................... 34

c.1.2.) Cálculo de la tasa de infiltración ................................................................ 35 c.1.2.1.) Anillas de infiltración .......................................................................... 35 c.1.2.2.) Permeámetro de Guelph ....................................................................... 36 vi

c.2) Gradiente hidráulico vertical (i)....................................................................... 39 c.2.1) Equipotenciales y redes de flujo ............................................................... 42 d)

s) ...................................................... 43

d.1.) Cálculo de la capacidad máxima de campo (Hmax) ....................................... 43 d.2.) Cálculo del cambio del almacenamiento en la zona no saturada .................... 44

CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIONES ...................................................... 45 4.1.

Introducción ............................................................................................................. 45

4.2.

Construcción del modelo conceptual de recarga para la zona de estudio .......... 46

4.3.

Recarga en el acuífero de Cliza mediante el balance hídrico .............................. 47

4.3.1.

Estimación de los componentes de recarga ........................................................ 47

a) Recarga efectiva ..................................................................................................... 47  b) Volúmenes de las zonas inundadas ........................................................................ 47 c) Infiltración .............................................................................................................. 47 c.1)

Conductividad Hidráulica ............................................................................... 47

c.2)

Gradiente hidráulico vertical .......................................................................... 52

c.3)

Equipotenciales y Redes de flujo .................................................................... 53

d) Cambio del almacenamiento en la zona no saturada ............................................. 56

CONCLUSIONES .............................................................................................................. 60 RECOMENDACIONES .................................................................................................... 62 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 63 ANEXOS .............................................................................................................................. 65

vii

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Límites y superficies por distrito ............................................................................ 11 Tabla 2: Población por distritos ............................................................................................ 13 Tabla 3: Pozos de agua para consumo humano y para riego ................................................ 14 Tabla 4. Principales cultivos y variedades ............................................................................ 16 Tabla 5: Características hidráulicas de pozos excavados ..................................................... 22 Tabla 6: Características hidráulicas de pozos perforados ..................................................... 23 Tabla 7: Categorías de medios porosos usados para la estimación de a* ............................. 39 Tabla 8: Capacidad de retención de agua de acuerdo al tipo de suelo según textura ........... 44 Tabla 9: Áreas y volúmenes de las zonas inundadas ............................................................ 47 Tabla 10: Valores de conductividades hidráulicas obtenidas por el permeámetro de guelph y las anillas de infiltración ................................................................................................ 49 Tabla 11: Valores de conductividades hidráulicas pertenecientes a cada zona de inundación  ....................................................................................................................................... 50 Tabla 12: Valores de gradiente hidráulico vertical ............................................................... 53 Tabla 13: Capacidad de retención de agua de acuerdo al tipo de suelo según textura ......... 56 Tabla 14: Balance hídrico a1 en (mm/mes) .......................................................................... 57 Tabla 15: Balance hídrico a2 en (mm/mes) .......................................................................... 57 Tabla 16: Balance hídrico a3 en (mm/mes) .......................................................................... 58 Tabla 17: Balance hídrico a4 en (mm/mes) .......................................................................... 58 Tabla 18 Recarga total por el método de balance hídrico en el acuífero de cliza ................ 59

viii

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Tipos de acuíferos, figura modificada y adaptada de zapata (2010). ......................2 Figura 2: Ubicación del área de estudio. ............................................................................... 10 Figura 3: Mapa geológico de cliza ........................................................................................ 20 Figura 4: Mapa de áreas inundadas. ..................................................................................... 31 Figura 5: Esquema de un ejemplo de una zona inundada considerando rebalse y escorrentía  ....................................................................................................................................... 32 Figura 6: Permeámetro guelph (elrick y reynolds, 1992) ..................................................... 37 Figura 7: Escala del factor c en función de h/a (reynolds y elrick, 1987) ............................ 39 Figura 8: Esquema del pozo.................................................................................................. 40 Figura 9: Mapa de ubicación de pozos de monitoreo ........................................................... 41 Figura 10: Esquema de equipotenciales y líneas de flujo ..................................................... 42 Figura 11: Modelo conceptual .............................................................................................. 46 Figura 12: Mapa de pruebas de infiltración .......................................................................... 48 Figura 13: Mapa de división de áreas por polígonos de thiessen ......................................... 51 Figura 14: Mapa de pozos de monitoreo utilizados .............................................................. 52 Figura 15: Mapa de superficie potenciométrica y dirección de flujo ................................... 54 Figura 16: Mapa de superficie potenciométrica y dirección de flujo ................................... 55

ix

INTRODUCCIÓN

El trabajo de investigación que se desarrollará como proyecto de grado para la Facultad de Ingeniería Civil perteneciente a la Universidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca (UMRPSFXCH), abarca un contexto especifico de la hidrogeología, con la aplicación de métodos para la medición de tasas de infiltración y consecuentemente la recarga por inundación en el acuífero de Cliza –  Cochabamba.

ANTECEDENTES La Recarga es un proceso hidrológico muy importante, difícil de comprender y cuantificar. El proceso de movimiento de agua de la superficie hacia el subsuelo es definida como infiltración, mientras que recarga es definida como agua que es añadida a un acuífero. Las excepciones a este supuesto están en regiones áridas con zonas no saturadas extremadamente profundas, en las cuales hasta los más profundos drenajes no podrían

x

convertirse en recargas. El entendimiento de dónde, cuándo y cuánta agua recarga un acuífero es crítica para el conocimiento de la calidad y cantidad del agua subterránea1. La necesidad de conocer el potencial de aguas subterráneas para ser explotadas mediante  pozos, conlleva a estimar la recarga de acuíferos en e n proyectos hidrogeológicos, un u n ejemplo muy significativo fue el estudio de la infiltración infiltración y los mecanismos de recarga en el Sistema Acuífero Guaraní uno de los acuíferos transfronterizos más importantes del mundo, ubicado en el territorio de cuatro países, Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay. El estudio estuvo basado en el monitoreo hidrogeológico, evapotranspiración y balance de hídrico en una cuenca piloto. La fluctuación del nivel de agua fue utilizada para estimar la recarga profunda y la variación del depósito subterráneo. El método utilizado para estimar la recarga directa adoptó la hipótesis que la recesión del nivel del agua subterránea obedece una función tipo ley de potencia2. La recarga artificial por inundación, consiste en un incremento considerable del flujo de agua de lluvia al manto freático, guiándola a galerías filtrantes verticales (Zanjas de absorción) o a pozos de luz en desuso para que el agua llegue al acuífero y se convierta en agua subterránea. Un ejemplo claro de recarga por inundación se ubica en la población de Sonora en el país de México donde llueve de 300 y 600 mm al año. Presenta varias zonas de fuerte inundación en verano pero que sufren sequías. Se rigen bajo los objetivos de controlar inundaciones bajo eventos extremos y aprovechar tal control para aumentar la captación de agua dulce superficial y subterránea con cosecha de lluvia y su recarga natural y artificial3. Schwartz B and Schreiber M. 2002, Quantifying Potential Recharge in in Mantled Sinkholes Using ERT, 1-12

1

 Nimmo, J.R., Healy, R.W., and Stonestrom, D.A., 2005, Aquifer Recharge, Rechar ge, University of Sao Paulo, Department of Hydraulics and Sanitary Engineering, 1-18

2

M.C. Landavazo G.O.,2005, Cosecha y Recarga de agua en eventos de Precipitación  Extrema, Universidad de Sonora Olanda, 1-16 3

xi

Bolivia tiene un gran potencial de agua subterránea. La mayoría de los centros poblados utilizan, aunque en diferentes porcentajes, el agua subterránea para abastecimiento de agua  potable, uso agropecuario, industrial, recreación y otros. Si bien Bolivia es un país con un gran potencial comprobado de recursos hídricos subterráneos, no tiene un conocimiento a cabalidad de la calidad y cantidad de los mismos. Se hizo un estudio sobre este problema en la municipalidad de Tiquipaya, situado en el valle central de Cochabamba (Bolivia).

La precipitación media anual es 600-1000

milímetros / año. Cuando llueve en la Cordillera los ríos fluyen al valle con una velocidad muy alta, causando grandes problemas con la erosión. El acuífero es recargado a través de infiltración de los ríos de montaña, de la precipitación sobre el valle y por la irrigación. Para entender si la reserva de acuífero está disminuyendo o no, fue calculado un balance hídrico. Como conclusión se determinó que la situación actual en Tiquipaya es insostenible. La reserva de agua subterránea está disminuyendo y no puede proporcionar suficiente agua  para la municipalidad. Se recomendó pruebas geofísicas, pruebas de bombeo e investigaciones de campo para obtener estos datos4. Cliza es otro municipio de Cochabamba que debido a características de su entorno natural exigen tener un amplio conocimiento sobre la disponibilidad del recurso hídrico subterráneo, para el desarrollo de las actividades de orden productivo. El conocimiento sobre recarga en el acuífero de Cliza es imprescindible para determinar la cantidad y rapidez con la cual éste se sustenta y de esta manera encontrar la mejor disponibilidad posible, Las inundaciones existentes en Cliza son eventos que causan

Borggrén E. And Franck L.T. 2005-12-19, A conceptual model of the aquifer in Tiquipaya, Bolivia, 1-52 4

xii

estragos en la comunidad pero también son una fuente importante de recarga para el acuífero del cual extraen agua para diferentes beneficios como abastecimiento y riego. Por todo lo mencionado, el planteamiento del problema científico de la investigación puede ser expresado de la siguiente forma:

 ¿D  ¿ D e qué manera nera se pued uede cono conoce cerr la cap capaci dad hídr hídr i ca prove rovenient nientee de las las i nun nund dacione cioness en el acuí acuíffer o de C liza li za?? Como respuesta al problema planteado los objetivos de investigación se describen a continuación.

OBJETIVOS Objetivo General Estimar la recarga proveniente de las inundaciones en el sistema del acuífero de Cliza

Objetivos Específicos 

Establecer los conceptos de Recarga y Aguas subterráneas en general y debido a inundaciones.



Describir la situación actual e identificar las áreas inundadas en el municipio de Cliza.



Definir la metodología, ecuaciones y fundamentos que serán utilizados para la obtención de los datos necesarios.



Determinar tasas de infiltración en las áreas inundadas utilizando los métodos de anillas de infiltración y el permeámetro de Guelph.

xiii

JUSTIFICACION DEL TEMA Las aguas subterráneas representan un recurso crucial para el Municipio de Cliza. Su aprovechamiento tiene una relación directa con la demanda generada por el crecimiento de la población y la actividad industrial y agropecuaria La cantidad de pozos privados en los diferentes distritos, es mayor a los de carácter comunal, lo que puede constituirse a la larga en un problema pues a mayor cantidad de  pozos abiertos, menor caudal en cada uno de ellos e indudablemente las limitaciones que supone su distribución a los sectores productivos fundamentalmente5. La disponibilidad a largo plazo de los suministros de agua subterránea para la creciente  población sólo puede garantizarse si se desarrollan sistemas de gestión eficaces que sean  puestos en práctica, por lo que cuantificar la recarga aprovechando el problema de la inundación al ser una fuente más de recarga que por un determinado tiempo o para un  periodo especifico incrementan la cantidad de agua que puede ser explotada del acuífero y explotar eficientemente el recurso hídrico subterráneo es importante para el desarrollo sostenible de esta región.

APORTES A LA DISCIPLINA Se pretende proporcionar un conocimiento amplio y conciso sobre recarga debido a inundaciones e infiltración que se verá plasmada en brindar documentación científica que  podrá ser utilizada en un futuro no muy lejano para el buen uso y distribución del agua subterránea en la región. Estudio que ayudará a determinar con cabalidad los caudales existentes en pozos del municipio, cantidad y calidad de agua disponible para cierto número de personas. Al no Plan de Desarrollo Municipal, 2010 –  2015, Instrumento de planificación de la gestión del desarrollo, CLIZA-COCHABAMBA, 1-225 5

xiv

contar con datos suficientes para realizar un balance hídrico, ni un balance anterior, se  podrá comparar los datos obtenidos de recarga con dichos caudales de extracción. Conocida la infiltración, se puede realizar un balance de suelos para estimar el agua que queda libre  para recargar el acuífero que se encuentra debajo del suelo analizado. Este estudio, favorecerá directamente a los ingenieros civiles hidrogeólogos para el cálculo óptimo de pozos que se hagan en el futuro y así obtener resultados más certeros en su trabajo y favorecerá indirectamente a la población de Cliza para así organizar un plan confiable de distribución del agua subterránea y evitar su desperdicio.

SUPUESTOS Y ESPECTATIVAS Como supuestos que se asumen al emprender el presente trabajo, se encuentran: 

La información otorgada por la alcaldía de Cliza sobre los mapas limitados de inundación y la información litológica de los pozos es confiable y representativo



La información proporcionada por el Servicio nacional de Meteorología e Hidrología SENAHMI, está correctamente registrada y por tanto es confiable

Como expectativas que se esperan lograr al emprender está investigación, se encuentran: 

Se pretende contribuir con la información generada en estudios similares de recarga donde además de inundación se toman en cuenta otros aspectos.



Contar con un documento que sirva de referencia para futuras investigaciones.

ALCANCES DEL ESTUDIO 

Hacer una interpretación y caracterización de sectores vulnerables a inundaciones existentes al acuífero de Cliza.



Se obtendrán tasas de recarga en las áreas inundadas del municipio de Cliza.

xv



Representación de datos de campo en gráficas, tablas, etc. Para su posterior utilización en la metodología de investigación.



Se determinará la cantidad de agua proveniente de inundaciones que recarga el acuífero de Cliza.

DISEÑO DE LA INVESTIGACION La investigación se realizará mediante el método analítico-deductivo, ya que extraída la información necesaria, se pretende establecer claramente los fundamentos teóricos para observar las causas, la naturaleza y los efectos de los resultados para luego compararlos a fin de extraer particularidades significativas para finalmente explicar, hacer analogías, y establecer teorías específicamente de nuestra área de estudio.

Marco Teórico Para la realización de la parte teórica de este proyecto, se buscará información documental, como ser libros de información de conceptos, definiciones; por otra parte se utilizarán artículos, manuales de paquetes informáticos y proyectos de análisis de regímenes hidrogeológicos determinados para el área de estudio.

Marco Práctico Para la obtención de los datos de campo se utilizara el permeámetro de Guelph y las anillas de infiltración para parámetros de cálculo. Para la interpretación y análisis de resultados se hará uso de software come ser el ArcGis (SIG). También se utilizaran planillas de campo, cronómetro, regla metálica, bidón de agua, cinta aislante, GPS, como instrumentos de apoyo.

xvi

CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO: HIDROGEOLOGÍA Y RECARGA DE ACUÍFEROS

La hidrología subterránea o hidrogeología es la rama de la hidrología que interviene en el ciclo hidrológico y trata del agua subterránea, su yacimiento, movimiento, recarga descarga, propiedades de las rocas que influyen en su ocurrencia y almacenamiento así como métodos empleados para la investigación, utilización y conservación de la misma. Del volumen llovido de una zona dada, una parte se infiltra en el subsuelo recargando a los acuíferos a un cierto grado que depende de las condiciones climatológicas del lugar. Este volumen infiltrado no puede ser cuantificado directamente, por lo que es necesario determinarlo del estudio del comportamiento del acuífero frente a la acción combinada de su recarga y descarga. Es una disciplina que en los últimos años ha experimentado un notable desarrollo a causa de la creciente utilización de estos recursos hídricos (tras los hielos polares, los acuíferos

constituyen el mayor reservorio de agua dulce), a la urgente necesidad de proteger y recuperar a los acuíferos frente a los procesos de contaminación y a las repercusiones de la explotación y contaminación de las aguas subterráneas sobre los ecosistemas acuáticos continentales (humedales y ríos)6.

1.1 Formaciones Geológicas 3800

Escala gráfica horizontal 0

500

1000 metros

Exageración vertical 20x

Parte media

Parte distal

Parte proximal

3750

Acuitardos ) .m n. s. m(

re Acuí fero lib

n 3700 ói c

Acuí fero do semicon fina a v el E

a Acuicludo (cap  )  te n con fina 3650

 d o  o n f  in a  e r o c   f  í  u  c A

Acuifugo Acuicludo

3600

0

1

2

3

4

Distancia (km)

Figura 1: Tipos de acuíferos, figura modificada y adaptada de Zapata (2010). 1.1.1 Acuíferos Son aquellas formaciones geológicas capaces de almacenar y transmitir agua.

1.1.2 Acuitardos

6

Moral. 2011/2012. Álvarez. 2011/2012 Geodinámica Externa. Universidad de Sevilla

5

Son aquellas formaciones semipermeables que, conteniendo agua incluso en grandes cantidades, la transmiten muy lentamente.

1.1.3 Acuicludos Consiste en aquellos estratos o formaciones porosas pero impermeables y que por lo tanto,  pueden almacenar agua pero no transmiten a su través.

1.1.4 Acuifugos Serian rocas con porosidad nula, y por lo tanto, incapaces de almacenar y transmitir agua.

1.2 Definición de recarga Se denomina recarga a la entrada de agua que efectivamente contribuye al almacenamiento de los acuíferos7. Normalmente la recarga se expresa como un flujo volumétrico, en términos de volumen por unidad de tiempo, o en términos de superficie por unidad de tiempo.

1.2.1

Tipos de recarga

La recarga a un acuífero de acuerdo a la fuente de procedencia se clasifica de la siguiente manera8. 

 Recarga directa o difusa: proveniente de la precipitación o el riego uniforme en

grandes áreas. 

 Recarga localizada:  producto de las depresiones en la topografía de la

superficie, tales como arroyos, lagos y playas.

7

 Freeze RA, Cherry JA (1979) Groundwater. Prentice-Hall, Engle-wood Cliffs, NJ, 604 p  Balek, J. (1988) Groundwater recharge concepts. En: Estimation of Natural Groundwater Recharge. Boston: Ed. Reidel, NATO ASI Series, pp. 3 – 9. Simmers, I. (1990) Aridity, groundwater recharge and water resources management. In Groundwater Recharge, A Guide to Understanding and Estimating Natural Recharge. 8



 Recarga indirecta: agua que se recarga a través de ríos, lagos y otros depósitos

de agua superficial. 

 Recarga lateral: agua subterránea proveniente de otros acuíferos.



 Recarga artificial:  recarga de agua subterránea como resultado de las

actividades del hombre (ejemplo: fugas de redes de abastecimiento y alcantarillado).

1.2.2

Factores que influyen en los procesos de recarga

Los factores que pueden influir en el proceso de recarga son: clima, geología, topografía, hidrología, vegetación y uso del suelo9, en el caso de estudio se consideraron todos estos factores, tomando en cuenta la necesidad de información de cada método o técnica utilizada. -

Topografía

La superficie topográfica de la tierra juega un rol muy importante para recarga difusa y localizada. Las pendientes pronunciadas tienden a tener tasas bajas de infiltración y altas tasas de escorrentía. Las superficies de terreno plano que tienen un pobre drenaje en la superficie son más conductivas a recarga difusa; estas condiciones son incluso favorables a la inundación. Delin. et al. (2000) 10  mostró que aún con suelos altamente permeables, ligeras depreciaciones en un suelo aparentemente uniforme causan escorrentía para ser localizada en ciertas áreas con el resultado que la infiltración (y recarga) en esas áreas fueron substancialmente altas que aquellas en el resto del suelo11.

9

 Zheng, Ch. y Bennet G.D. (1995) Applied contaminant transport modeling. Wiley, New York, USA. Bredehoeft, J. (2005) The conceptualization model problem-surprise. Hydrogeology Journal, Vol. 13, pp. 37-46. 10

 Delin, G.N., Healy, R.W., Landon, M.K., Böhlke, J.K. (2000) Effects of topography and soil properties on recharge at two sites in an agricultural field. J. Amer. Water Resource. Assoc., Vol. 36, pp. 1401 – 1416. 11   Healy, W.R. y Scanlon B.R. (2010) Estimating Groundwater Recharge. (1st ed.). New York: United States of America by Cambridge University Press.

-

Suelos y geología

La permeabilidad de los suelos superficiales y los materiales subterráneos pueden afectar altamente el proceso de recarga. La recarga es más probable de ocurrir en áreas que tienen vetas gruesas, suelos con alta permeabilidad, a áreas con vetas finas y suelos con baja  permeabilidad. Los suelos con vetas gruesas tienen relativamente alta permeabilidad y son capaces de transmitir agua rápidamente. La presencia de estos suelos promueven la recarga  porque el agua puede infiltrarse rápidamente y drenar a través de las zonas de las raíces, antes de ser extraídas por las raíces de las plantas12. -

Vegetación

La vegetación y el uso de suelo pueden tener efectos profundos en los procesos de recarga. Los tipos y densidades de vegetación influencian las características de evapotranspiración. Una tierra con vegetación típicamente tiene una tasa de evapotranspiración alta que una tierra sin vegetación bajo similares condiciones. La profundidad a la cual las raíces de las plantas se extienden, influencian la eficiencia con la que las plantas pueden extraer agua de la tierra subterránea13.

1.2.3 Áreas de recarga y descarga El conocimiento de las áreas de recarga o descarga es de gran importancia para realizar un manejo sostenible de los acuíferos14. Las áreas de recarga y descarga pueden determinarse mediante redes de flujo, con las que se pueden distinguir sistemas locales, intermedios y regionales de flujo de agua subterránea, según Tóth (1963)15. 12

 Swenson, (1968); Downey, (1984) Estimating Groundwater Recharge.   Scanlon, B.R., Keese, K.E., Flint, A.L., Flint, L.E., Gaye, Ch.B., Edmunds W.M.,Simmers I.(2006) Global synthesis of groundwater recharge in semiarid and arid regions. Hydrological Processes, Vol. 20, pp. 3335 – 3370. 14   Scanlon, B.R., Healy, R.W., Cook P.G. (2002) Choosing appropriate techniques for quantifying groundwater recharge. Hydrogeology Journal, Vol. 10, pp. 18-39. 13

15

  Tóth, J. (1963) A theoretical analysis of groundwater flow in smalldrainage basins. Journal Geophys, Res 68, pp. 4795 –  4812.

1.2.4 Variabilidad espacial y temporal La recarga a un acuífero depende de muchas variables que en muchas ocasiones no se determinan de manera exacta y aquellas que pueden medirse de manera directa como datos  puntuales que deben extenderse a grandes áreas o relacionar la distribución temporal de la recarga con observaciones en determinados intervalos de tiempo16.

1.3

Recarga por inundación

Mientras la mayoría de las inundaciones pueden causar daños catastróficos y perdidas, también pueden recargar los suplementos de agua subterránea en acuíferos. Las inundaciones son también importantes para la conducción de filtración de agua subterránea hacia los ríos las cuales sustentan el flujo de agua en la superficie durante periodos secos17.

1.3.1

Zonas de inundación

Las llanuras de inundación son en general, aquellos terrenos sujetos a inundaciones recurrentes con mayor frecuencia y ubicados en zonas adyacentes a los ríos y cursos de agua. Las llanuras de inundación son, por tanto, "propensas a inundación" y un peligro para las actividades de desarrollo si la vulnerabilidad de éstas excede un nivel aceptable17.

1.3.2

Zonas con amenaza de inundación

Comprenden los terrenos que en mayor o menor medida están afectados por acción del río;  por las particularidades geomorfológicas y la actividad hídrica se distingue las siguientes zonas:17

16

Custodio, E., Llamas, M.R., Sauquillo, A. (2000) Retos de la hidrología subterránea Ingeniería del Agua, Vol.7, no.1.

Barbeito y Ambrosino, 2005. Evaluación De Umbrales De Inundaciones Extremas Y Desastres, Mediante El Empleo Del Criterio Geomorfológico, Las Técnicas De Teledetección E Información Histórica 17

a) Inundables ante la ocurrencia de crecientes ordinarias: Corresponden con el Lecho Ordinario y canal de estiaje claramente definido desde el punto de vista geológico y geomorfológico con actividad ligada a crecidas ordinarias de recurrencia anual. Patrones fotogeológicos y fotogeomorfológicos claros (trazas de escorrentía, presencia de materiales aluvionales: arenas, gravas, bloques, ausencia de vegetación, etc.)17.

b) Inundables ante la ocurrencia de crecientes ordinarias extremas: Estas áreas se corresponden con el ámbito del lecho de inundación periódico, con actividad hidrológica ligada a caudales que superan la capacidad de conducción del lecho ordinario, su funcionalidad puede ser parcial y/o total en crecidas ordinarias máximas (Barbeito y Ambrosino, 2005)17.

c) Inundables ante la ocurrencia de crecientes excepcionales históricas. Estas áreas desde el punto de vista hidrogeomorfológico corresponden con el ámbito del lecho de inundación episódico o histórico, cuya actividad está ligada a la ocurrencia de crecientes excepcionales de alta recurrencia17. Las condiciones geomorfológicas y la información histórica, constituyen los aspectos de mayor peso para su reconocimiento, definición y evaluación17. Debido a la alta recurrencia con que estos ámbitos se activan, la omisión del peligro por desconocimiento por parte del hombre, potencia la amenaza y el riesgo17. En este ámbito las condiciones geomorfológicas ligadas a estadios evolutivos antecedentes y su potencial de evolución, juegan un rol fundamental en la dinámica, alcance y probables efectos destructivos de las inundaciones. En tal sentido se distinguen dos subzonas17:

c1)

Inundables por el avance frontal de las ondas de crecida.

La dinámica fluvial se caracteriza por el predominio del avance frontal de la crecida con fuerte poder destructivo, en situaciones tales como: estrangulamientos o sobrepaso y/o desbordes de meandros, sobrepaso de curvas cerradas en cursos contorneados, activación de brazos de crecida (paleocauces), etc.17

c2)

Inundables por el avance lateral de las ondas de crecida.

Se incluyen los sectores en donde la dinámica fluvial se caracteriza por la expansión lateral de las crecidas con situaciones de inundabilidad que no implican encauzamiento y poder destructivo (desbordes laterales del lecho ordinario y/o periódico en trazos rectilíneos, curvas internas de sinuosidades, desbordes laterales de brazos de crecida, etc.)17.

Barbeito y Ambrosino, 2005. Evaluación De Umbrales De Inundaciones Extremas Y Desastres, Mediante El Empleo Del Criterio Geomorfológico, Las Técnicas De Teledetección E Información Histórica 17

CAPITULO II CAPÍTULOII:

2.1.

MARCO CONTEXTUAL DEL LUGAR DE APLICACIÓN DEL PROYECTO

Ubicación de Cliza

El Municipio de Cliza primera sección de la Provincia Germán Jordán del Departamento de Cochabamba, se encuentra ubicado en los paralelos 17º 35’ 05’’ de latitud sud y 65º 57’ 15’’ de longitud oeste, abarca la parte central de la subregión del Valle Alto del departamento de Cochabamba a 37 Km. De la capital departamental18. El Municipio tiene 4 distritos (Distrito unidad geográfica que sustituye al Cantón –  NCPE.) geográficos, 50 Organizaciones Territoriales de Base (OTB) y 5 Juntas Vecinales18

18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

El municipio cuenta con 6 distritos municipales: Cliza, Huasa Calle, Ucureña, Norte, Santa Lucia, Chullpas18.

2.2.

Límites territoriales

La localización geográfica del municipio lo convierte en el corazón del valle Alto al registrar límites con municipios con los que está articulado directa y dinámicamente18.

.

Figura 2: Ubicación del área de estudio.  PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

18

Cliza limita al Norte con los municipios de San Benito y Tolata, al Este con el Municipio de Punata, al Oeste con los Municipios de Tarata y Arbieto y, al Sur con el Municipio de Toco18

2.3.

Extensión

El municipio de Cliza tiene una superficie de 68,15 Km2, distribuidas de la siguiente manera18

Tabla 1: Límites y Superficies por Distrito Distrito Distrito A –  A  –  Cliza  Cliza

Distrito B –  B  –  Huasa  Huasa Calle

Distrito C –  C –  Ucureña

Distrito D –  D  –  Norte  Norte

Distrito E –  E  –  Santa  Santa Lucia

Distrito F –  F  –  Chullpas

Limites

Superficie (km2)

% Superficie

4.11

6.02

9.92

14,6

7.97

11,7

17.19

25,2

14.44

21,2

14.51

21.29

68.15

100

- Al norte con el Distrito D y el río Cliza - Al sud con los distritos B y F - Al este con el distrito F - Al oeste con los Distritos D y C - Al norte con el Distrito C - Al sud con el Municipio de Toco - Al este con el Municipio de Punata y el río Sulty - Al oeste con los Distritos A y F - Al norte con el Distrito D - Al sud con el Distrito B - Al este con el Municipio de Punata y el río Sulty - Al oeste con los Distritos D y A - Al norte con el Municipio de Tolata - Al sud con el Distrito A y F - Al este con el Municipio de San Benito - Al oeste con el Distrito E - Al norte con el Municipio de Tolata - Al sud con el Distrito F y el Municipio de Tarata - Al este con el Distrito D - Al oeste con el Municipio de Arbieto - Al norte con el Distrito D - Al sud con el Municipio de Toco - Al este con el Distrito A - Al oeste con el Municipio de Tarata Total

Fuente: Gobierno Municipal –  Municipal  –  Dirección  Dirección de planificación, 2009. 18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

2.4.

Fisiografía

2.4.1. Altitudes El Municipio de Cliza se encuentra a una altura promedio de 2.722 metros sobre el nivel del mar (medido en el centro de la Plaza Principal), se circunscribe a un sistema de llanuras, rodeada de elevaciones que se encuentran fuera de territorio municipal, sin embargo en las  postrimerías de su territorio cuenta con una muy mu y pequeña elevación que provoca una un a ligera inclinación en dirección sudoeste18.

2.4.2. Relieve Durante el trabajo de campo, se caracterizó la dinámica del relieve; se comprobó la génesis de las unidades y se verificó los tipos de relieve. A continuación, se hace una breve descripción de los tipos de capas principales, que se pudieron observar en las calicatas realizadas en cada distrito compatibilizadas con los análisis de suelos correspondientes18.

2.4.3. Topografía El 100% de los suelos del Municipio están conformados por llanuras sin pendientes que generan conflictos por los anegamientos y salinización de la capa arable que afecta la fertilidad de los suelos. Los diferentes procesos geomorfológicos que tuvieron lugar en el territorio del Municipio, han dado lugar al desarrollo de una fisiográfica de paisajes homogéneos con características de valles semi seco18.

18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

2.5.

Demografía

2.5.1. Población El municipio de Cliza Cliza tiene una población de 21.735 habitantes, de los cuales el 51% son mujeres y el 46% son hombres. La distribución de la población por distritos se detalla en la Tabla 2.

Tabla 2: Población por distritos Distritos

Subtotal

Distrito “A” URBANO  URBANO 

10,565

Distrito “B” Huasacalle  Huasacalle 

1,326

Distrito “C” Ucureña  Ucureña 

3,477

Distrito “D” Norte  Norte 

3,136

Distrito “E” Santa Lucia  Lucia 

2,400

Distrito “F” Chullpas  Chullpas 

2,828

Total

21,735

Fuente: PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001. Para el periodo 1992 –  1992 –  2001  2001 se ha establecido que la tasa promedio anual de crecimiento es de 1.43 %, mientras que para el periodo 2001  –   2010 es de 0.9 % lo significa que la intensidad de crecimiento del municipio se redujo, si bien hay un crecimiento este es menor a la unidad, esto redunda en factores de disponibilidad de capacidad productivas, pero más aún en los factores que intervienen en la necesidad de inversión pública18.

2.6.

Servicios Básicos

2.6.1. Fuentes de agua, disponibilidad y características Dentro el sistema de los recursos hídricos cobra notable importancia la identificación de las fuentes de provisión para el uso del recurso hídrico para consumo humano y/o para riego, en el caso de la comunidad de Cliza la fuente principal de agua es la subterránea18. 18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

2.6.2. Pozos de riego y agua potable Las aguas subterráneas constituyen uno de los recursos más importantes en el Municipio de Cliza, su aprovechamiento tiene una relación directa con la demanda generada por el crecimiento de la población y la actividad industrial y agropecuaria. En función a la identificación de los pozos por distrito, se ha realizado una complementación con la información existente en el Inventario Nacional de Sistemas de Riego realizado por el PRONAR el año 2000, donde se identifica la categoría de la fuente de agua y los caudales de dichos pozos y es en base a esta información que se ha determinado el promedio de cobertura y los caudales disponibles por distrito y a nivel municipal. De acuerdo al trabajo de campo realizado en el municipio, se han identificado una totalidad de 145 pozos utilizados para riego y agua potable de acuerdo al siguiente detalle.

Tabla 3: Pozos de Agua para Consumo Humano y para Riego

DISTRITOS

“A” CLIZA “B” HUASA CALLE “C” UCUREÑA “D” NORTE “E” SANTA LUCIA “F” CHULLPAS Sub Total TOTAL

N° POZOS DE RIEGO

 N° POZOS AGUA POTABLE

Total

COMUNALES 0

PRIVADOS 3

4

7

4

13

2

19

8 17 12 10 51

15 30 0 6 67

4 9 5 3 27

27 56 17 19 145

145

Fuente; PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a informes de perforaciones de pozos, dirección de desarrollo productivo 2009 y talleres comunales.

La cantidad de pozos privados en los diferentes distritos, es mayor a los de carácter comunal, lo que puede constituirse a la larga en un problema pues a mayor cantidad de  pozos abiertos, menor caudal en cada uno de ellos e indudablemente las limitaciones que supone su distribución a los sectores productivos fundamentalmente18.

2.7.

Actividades económicas

En este sector se presenta un análisis de los principales componentes de la vida económica de las familias de la jurisdicción municipal, la información utilizada viene de las encuestas comunales y por muestreo, el análisis se ha completado con informes técnicos de diferentes instituciones de desarrollo y el municipio18. Cabe mencionar, que la familia es la base principal de los procesos económicos,  productivos, comerciales y de migración que genera un gran potencial, pero tiene también elevados costos personales y una buena política de desarrollo humano sería potenciar el aspecto positivo, tratar de reducir, paliar los problemas que se generan18.

2.7.1. La tierra como base de la economía. La tierra si bien es un recurso valioso, económicamente no es el más importante para la subsistencia de las familias del municipio, a excepción de aquellas que cuentan con riego  para su producción o tengan un sistema de cosecha de agua como represas, atajados, lo cual pueda paliar las necesidades de los productores agropecuarios del municipio de Cliza.

2.7.2. Tamaño y uso de tierra. En la jurisdicción municipal de Cliza el acceso a la tierra es por comunidades los cuales están divididos en tierras de propiedad familiar. En el municipio el recurso tierra se usa en la agricultura de subsistencia cultivando maíz papa, haba, alfalfa, principalmente; de acuerdo a los factores climáticos como las precipitaciones pluviales (lluvias), y el tamaño 18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

de la propiedad familiar se estima como promedio de 1@ (arrobada) que significa 3650 m218. Por otro lado, en algunos sectores se han identificado sistemas de riego rústicos canales de riego sin revestimiento donde la captación, conducción, distribución y el uso del agua está dirigida a la producción de maíz principalmente a la alfalfa y papa que estos sistemas se encuentran en mal estado disminuyendo la cantidad de agua disponible para la irrigación de los cultivos por infiltración al sub.-suelo18.

2.7.3. Agricultura Tabla 4. Principales cultivos y variedades Especie

Cultivos

Variedades

Gramínea

Maíz

Choclero, blanco Waltaco, amarillo, gris y rosado

Tubérculo

 papa

Holandesa –   desdiere- waycha

Leguminosa

haba

Criolla y habilla

alfalfa

Bolivia 2000 y ribera

Durazno

Gumucio reyes, ulincate, blancona y criolla

manzana

Princesa y eva

Frutales

Fuente; PDM de Cliza 2010 La información generada por las encuestas comunales, realizadas en los 6 distritos del Municipio de Cliza, muestran que los cultivos más relevantes de acuerdo al orden de importancia económica que tienen para el campesino, en el sistema productivo agrícola son el maíz para choclo y grano, la papa, haba, alfalfa y los frutales de durazno que son destinados a la comercialización en épocas de buena cosecha. Entre las variedades más utilizadas en los diferentes cultivos se muestran en la Tabla 4

18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

2.8.

Hidrología

Según la “DELIMITACION DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS DE BOLIVIA” realizada  por el Viceministerio de Recursos Naturales y Medio Ambiente a través del Plan Nacional de Manejo de Cuencas Hidrográficas (PLAMACH, 1997), el 100% del territorio del Municipio de Cliza se encuentra ubicado en la Cuenca Grande –   Caine, formando parte de la subcuenca Sulty18.

2.8.1. Subcuenca Cliza –  Sulty La subcuenca del río Cliza-Sulty está dentro de las subcuencas hidrográficas del río CaineGrande y abarca una superficie de 2046 km2 aproximadamente, las altitudes dentro de esta cuenca varían de 4,662 a 2,660 m.s.n.m, comprende las provincias de Arani, Esteban Arce, Germán Jordán, Punata y Tiraque principalmente18. Los tributarios del Cliza-Sulty son Jounkha-Thaqui, Kekoma mayu, Luchani, Uma Pirhua, Vilaque, Siches, Chaqui mayu, Calicanto, Quinsa palka, Escalera, Pocoata, Wasa mayu. El río Cliza provee de agua para riego suplementario a las comunidades; Tojlo Rancho, San Isidro y Presa Pata, del distrito E y el Río Sulty provee agua a una pequeña proporción del territorio de las Islas Malvinas ubicada en el distrito B18.

2.9.

Geología de Cliza

2.9.1. Rocas pre-cuaternarias La mayor parte de las rocas pre-cuaternarias existentes han sido determinadas como  pertenecientes al paleozoico (Ordovícico y Silúrico), tales rocas afloran y delimitan la parte marginal de la cuenca, mientras que los sedimentos cuaternarios cubren la parte central de la misma. Las rocas del basamento se consideran generalmente impermeables, pero la fracturación debido al tectonismo y a la meteorización ha creado localmente una 18

PDM de Cliza 2010. Elaboración en base a datos INE, 2001.

 permeabilidad secundaria en las formaciones rígidas como son las areniscas y las cuarcitas, lo que permite la infiltración del agua de lluvia y el alumbramiento de pequeñas vertientes19. Las rocas del basamento no constituyen acuíferos explotables económicamente, por ello no son investigadas en detalle, mientras que los sedimentos cuaternarios, por su mayor  permeabilidad en relación al Paleozoico, sí son investigados con mayor interés19.

2.9.2. Sedimentos cuaternarios Los sedimentos cuaternarios están ampliamente difundidos en la zona, en extensión y espesor, mientras que los depósitos morrénicos y aluviales, por su escasa extensión carecen de importancia hidrogeológica, y por lo tanto, se omite al describirlos. El mapa de infiltración de la cuenca de Punata –   Cliza pone en evidencia las características hidrogeológicas de los depósitos cuaternarios. De tal mapa se puede observar que a lo largo de una faja que hace de límite morfológico transicional entre la llanura y la montaña, se encuentran sedimentos de origen aluvial que están constituidos por depósitos de gran variedad litológica, desde cantos rodados hasta arena gruesa, arena fina, limo y arcilla. Los más gruesos están localizados en la parte ata de los numerosos abanicos aluviales19. El tamaño del material disminuye progresivamente hacia la parte central del valle, mezclándose con los sedimentos lacustres, arcillo-limosos, grisáceos, por esta razón es difícil poner un límite entre los materiales aluviales y lacustres19 . La textura de los sedimentos está en relación con la capacidad de transporte de los ríos, la cual disminuye progresivamente, depositándose en la parte inferior sedimentos arcilloarenosos en predominancia. En la zona del valle donde no hay aporte de material grueso, el espesor de la arcilla puede extenderse, desde la superficie hasta el contacto con las rocas del Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

 basamento, las cuales se encuentran a profundidades variables que en algunos casos pueden llegar hasta 800 m, según el informe de geofísica de la CGG19. Las áreas más importantes para una explotación económica del agua subterránea, mediante  pozos de media a alta capacidad, están localizadas en la zona del abanico de Punata y en menor extensión en el área de Cliza –  Tarata19. La parte central de la cuenca está formada por arcillas de origen lacustre de color grisazuláceo. En el período de lluvias se encuentra sujeta a inundaciones, lo que incrementa la salinización principalmente debido a la evaporación de las aguas. Los pozos excavados que existen en esta zona tienen rendimiento bajo y alto contenido de sales19. El Proyecto Integrado de Recursos Hídricos –   Cochabamba PIRHC, perforó el pozo BC-9 en la parte central de la cuenca (sector del río Sulty), donde se comprobó el incremento de la salinidad con la profundidad. A 50 metros del pozo BC.9, perforado hasta 60 m, existe un pozo excavado de 6 m de profundidad, en el cual la conductividad específica del agua es de 3500 micromhos/cm, mientras que el agua del anterior registró 6500 micromhos/cm. Por lo anteriormente expuesto, se considera esta área de escaso interés hidrogeológico, debido al bajo rendimiento y la mala calidad química de los acuíferos19.

Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

Figura 3: Mapa geológico de Cliza

2.10. Hidrogeología 2.10.1. Características hidrogeológicas Área Cliza Esta área está densamente poblada, sin embargo, la agricultura, principal actividad de los  pobladores, es predominante de secano. Los aspectos geológicos, morfológicos y climáticos son comunes a los de la parte restante de la cuenca19. i)

Acuíferos

Se puede ver que existe un acuífero superior que es principalmente libre y que en algunas  partes es semiconfinado, y un acuífero semiconfinado con sectores confinados. El acuífero superior alcanza espesores variables en las distintas áreas, así en el área de Cliza su espesor llega hasta 20 m y posiblemente aumenta hacia el contacto con el paleozoico y hay áreas donde su espesor es reducido de 2 –  3 m hasta desaparecer. En el acuífero inferior, en la parte central se presenta en forma de lentes de potencia variable; en el área de Cliza, el espesor de este acuífero varía de 4 a 14 m. Al tratar de correlacionar las variaciones de tamaño del grano con la profundidad, se encuentra una tendencia progresiva y cíclica que de sedimentación sin embargo, no ha sido comprobado todavía si hay conexión hidráulica entre los acuíferos del área de Cliza19. ii)

Transmisibilidad

Los datos de algunas pruebas de bombeo actuales se encuentran aún en proceso de estudio sin embargo algunas pruebas hechas en 1978 se encuentran resumidas en las tablas 5 y 6 En los pozos que están ubicados en la parte central de la zona de Cliza, la transmisibilidad (T) fue de 175, 400 y 120 m2/día en los pozos BC-10 y BC-47 respectivamente, en cambio Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

en aquellos pozos que estén fuera de la influencia del río Cliza, los valores son más bajos habiéndose calculado en 60, 70 y 190 m2/día en los pozos BC-6, BC-33, BC-50 respectivamente. Los valores del coeficiente de almacenamiento en la zona de Cliza fluctúan de 3.0x10-4 (BC-50) a 7.3x10-3 (BC-10), en cambio en el pozo BC-4 de la localidad de Arbieto (Tarata) es de 1.6x10-4, indicando que se trata de acuíferos confinados y semiconfinados19.

Tabla 5: Características hidráulicas de pozos excavados Q

N.E.

N.D.

T

C.E.

Tiempo

(l/s)

(m)

(m)

(m2/d)

(l/s/m)

(min)

E-204

0.50

3.98

5.41

10.0

0.35

42

E-195

0.50

3.65

4.39

18.0

0.68

70

E-242

2.50

1.99

3.65

34.61

1.50

50

E-256

1.79

3.15

-

9.72

0.41

34

E-327

0.80

2.65

5.10

6.50

0.32

55

Pozo N°

Fuente: Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. Q= Caudal  NE= Nivel estático CE=Capacidad específica T=Transmisibilidad  ND= Nivel Dinámico

Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

Tabla 6: Características hidráulicas de pozos perforados Tiempo Pozo N°

Q

N.E.

N.D.

(l/s)

(m)

(m)

S

T

C.E.

de

(m2/d)

(l/s/m)

bombeo (min)

BC-4

8.6

20.61

35.58

1.6x10-4

70

0.6

532

BC-10

19.0

Surg.

15.32

7.3x10-3

175

1.2

7620

BC-30

20.0

4.75

9.75

400

4.0

4320

BC-33

7.5

12.05

29.68

70

0.4

1440

BC-47

16.0

10.40

27.04

120

0.9

1440

BC-50

14.0

4.72

18.84

3.0x10-4

660

0.9

660

BC-6

8.0

9.83

16.45

2.8x10-5

60

1.2

Fuente: Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. Q= Caudal  NE= Nivel estático  ND= Nivel Dinámico T=Transmisibilidad CE=Capacidad específica S= Coeficiente de almacenamiento

iii)

Perspectivas futuras para la explotación de aguas subterráneas

La recarga total del área de Cliza, según la estimación obtenida de la fluctuación de los niveles de agua, es de 1x106 m19. Considerando que los pozos han sido construidos para la explotación de los acuíferos superiores principalmente y también porque los pozos están localizados a lo largo del cauce del río Cliza, una explotación de 1x106 m3 por medio de tales pozos puede ser más alta que la recarga anual, obteniendo un abatimiento constante de la napa freática, por tal consideración será necesario tener bajo observación la zona cuando los pozos sean intensamente explotados, durante tal período no es aconsejable perforar otros pozos. Esta limitación se aplica a una faja de por lo menos 1.5 km al Este y Oeste del río Cliza y tiene que ser tomada en cuenta hasta cuando sea estudiada la reacción del acuífero a la explotación y hasta cuando se llegue a un equilibrio con niveles no muy bajos19. En los que concierne a los acuíferos someros parece que hay todavía posibilidades de extraer 0.2 - 0.3 x106 m3  por medio de pozos someros, distribuidos en la zona. El desarrollo del agua subterránea del acuífero superior tendría que ser programado después de haber llevado a cabo ensayos de bombeo en pozos excavados seleccionados empezando con los pozos que ya tienen bombas instaladas19.

iv)

Recarga y descarga en la zona de Cliza

Los sedimentos aluviales no están bien definidos ya que se encuentran parcialmente cubiertos por arcillas lacustres. El área de recarga se extiende principalmente, a lo largo de los cauces permeables de estos ríos, en ambos casos la infiltración mayor ocurre en las secciones cerca del basamento, mientras que en las secciones medias y bajas, al encontrarse Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

los cauces en material semipermeable de origen fluviolacustre, la infiltración es de moderada a baja19. Sin embargo, estudios recientes demostraron que los ríos de la parte baja del valle están adquiriendo agua del acuífero “Flujo Base”. Mientras que en la parte alta del valle, los ríos están recargando al acuífero. El objetivo del proyecto es precisamente determinar cuánta agua se recarga al acuífero. Si existe infiltración dependerá de la localización de la capa freática19. En el caso de la zona de Cliza, los pozos localizados cerca del cauce del río indican buenas condiciones hidrogeológicas, sin embargo, no se conoce hasta donde se extienden estas condiciones en dirección Este y Oeste. El flujo subterráneo en esta zona es de Sur a Norte con un gradiente hidráulico de 1.5 ‰. Asumiendo que existen buenas condiciones hidrogeológicas en dirección Este –   Oeste del río, a lo ancho de una sección de 2.5 km, el flujo Este –   Oeste del río, a lo ancho de una sección de 2.5 km, el flujo subterráneo estaría en el orden de 0.5 x 106 m3/año con una transmisibilidad no superior a 400 m2/día. En el caso que la recarga por medio del río Cliza es mayor 0.5x106 m3, entonces buena parte del agua recarga los acuíferos someros durante el período de lluvia, los cuales a su vez contribuyen al flujo base del mismo río durante el período de estiaje. El cambio de almacenamiento durante el período 1975/76 en los acuíferos someros fue entre 1 y 1.2x106 m3 con un promedio de fluctuación de 0.75 m19. Como es de conocimiento común, buena parte del área está cubierta por material arcilloso y  por lo tanto, la recarga por lluvia que llega a los acuíferos profundos es de escasa importancia19. A lo largo de algunos ríos el flujo base se manifiesta principalmente durante e inmediatamente después del período lluvioso. En el río Cliza resultó de 20 ml/seg en agosto Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

 Geobol-Naciones Unidas.1978. Investigaciones de aguas subterráneas en las cuencas de Cochabamba. 19

de 1976 aforado en la localidad El Vado. En 1976 se realizaron varios aforos en el mismo río, en la localidad de Monte Siches Khora donde en el mes de junio se midió un caudal  promedio de 28 l/seg y en julio de 9 l/seg19. El río Vilaque aforado en la quebrada del cerro Tajra Tajra muestra un caudal de 5 –  6 l/seg en el mes de julio. En el río Calicanto se midió un caudal en el mes de junio de 1.5 –  2 l/seg en las inmediaciones del convento de Tarata. En el río Ferel Mayu, en el camino Tarata –  Azul Khocha se registró un caudal aproximado de 5 l/seg en julio19. En el río Mayu se aforaron algunos ojos de agua a la altura de Tarata midiendo un caudal de 5 l/seg (9-VI-75) que en el mes de septiembre bajó a 2 l/seg19.

CAPITULO III CAPÍTULO III: INGENIERÍA DEL PROYECTO

3.1.

Introducción

Existen diversas técnicas y métodos para cuantificar la recarga, elegir los apropiados es a menudo difícil, entre las consideraciones a tener en cuenta para la selección, están la escala espacial y temporal debido a que el rango, fiabilidad de las estimaciones de recarga e incertidumbres asociadas a las mismas, generan la necesidad de aplicar diversos métodos y técnicas de estimación además de una comprensión completa de los mismas18. Entre los métodos existentes podemos mencionar : el balance hídrico, técnicas basadas en estudios de aguas superficiales como medidores de infiltración, técnicas de trazadores como el balance de cloruros o muestreo isotópico, técnicas físicas como la Ley de Darcy y

Scanlon, B.R., Healy, R.W., Cook P.G. (2002) Choosing appropriate techniques for quantifying groundwater recharge. Hydrogeology Journal, Vol. 10, pp. 18-39. 18

fluctuación de niveles y la aplicación de técnicas basadas en modelación numérica20. La información básica necesaria para estimar la recarga es extremadamente valiosa, el desarrollo de un modelo conceptual para el proceso de recarga es indispensable como paso  principal para la estimación de la misma19, el modelo debe ser necesariamente desarrollado al comienzo de la investigación, sin embargo puede ser reajustado en función a los datos e información obtenida durante el proceso de investigación20. En el desarrollo de un modelo conceptual de recarga se deben tomar en cuenta factores que incidan directamente en la elaboración del mismo como el clima, geología, topografía, hidrología, vegetación y uso de la tierra,21  de esta forma el modelo desarrollado  proporcionará información que permita escoger técnicas y métodos adecuados para estimar la recarga dependiendo de las características de la zona.

3.2.

Método de balance hídrico

La mayoría de los modelos hidrogeológicos derivan de un balance hídrico basado en el  principio de conservación de masa, aplicado a una cierta región de volumen conocido con condiciones de frontera y período de tiempo definidos21 Los métodos de balance ofrecen gran disponibilidad de datos, son fáciles de aplicar, rápidos y de bajo costo; toman en cuenta toda el agua que entra al sistema y están disponibles para todas las fuentes de recarga21

Healy, W.R. y Scanlon B.R. (2010) Estimating Groundwater Recharge. (1st ed.). New York: United States of America by Cambridge University Press. 20  Zheng, Ch. y Bennet G.D. (1995) Applied contaminant transport modeling. Wiley, New York, USA. 19

El primer paso del método de balance es seleccionar uno o más volúmenes de control los cuales dependiendo de las escalas temporales y espaciales se dividen en: local , correspondiente a pequeñas parcelas de campo, donde estimaciones puntuales de los componentes de la ecuación son suficientes; meso escala, correspondiente a una cuenca de 1 a 1000 km de longitud, en el que se requieren diversas mediciones puntuales de los componentes distribuidos en toda el área y macro escala que se refiere a escalas de longitud regionales, continentales y mundiales, donde se suelen aplicar las herramientas de teledetección.21 Es importante mencionar que las zonas inundadas reciben un gran aporte por desborde de los ríos Siches y Sulty pero debido a la falta de datos de río, es muy difícil determinar la cantidad exacta, sin embargo, para no despreciar esto, el volumen representativo de la zona inundada, da una estimación de cuánta agua existirá. En el modelo de balance hídrico de acuerdo a la ecuación (3.1), se expresará la precipitación y la lámina de agua representativa del volumen de la zona inundada como lo componentes que representan las entradas de agua, mientras que las pérdidas llegan a ser la evapotranspiración potencial y el cambio en el almacenamiento en la zona no saturada.

3.2.1. Recarga efectiva Para la estimación de la recarga efectiva se utilizó el método de Thornthwaite y Mather (1955), realizando un balance mensual hídrico y un modelo específico para el periodo y el lugar de estudio (Anexo B Información generada en campo). La ecuación de balance de Thornthwaite y Mather (1955) para el modelo de estudio se detalla a continuación:

 =+∆

3.1

Healy, W.R. y Scanlon B.R. (2010) Estimating Groundwater Recharge. (1st ed.). New York: United States of America by Cambridge University Press. 21

Dónde: R e= recarga efectiva P = precipitación, Lam= Lamina representativa de la zona inundada ETP= Evapotranspiración potencial S= Cambio en el almacenamiento en la zona no saturada.



Sin embargo, se deberá considerar que no toda el agua disponible entra a recargar el acuífero, debido al factor infiltración, es por esto que el agua sobrante pasa a ser parte del siguiente mes, y la verdadera ecuación de recarga efectiva será la siguiente:

 =  ∆

3.2

Dónde: R e= Recarga efectiva

= Volumen real infiltrado S= Cambio en el almacenamiento en la zona no saturada.



El volumen real infiltrado será la cantidad de agua que el suelo permite infiltrar.

 =   = 

  >    < 

3.3

Dónde:

= Volumen real infiltrado = Volumen disponible q = Descarga efectiva o flujo de Darcy El volumen disponible será la cantidad de agua que se encuentra en la zona inundada después de ser afectada por la evapotranspiración.

 =+

3.4

Figura 4: Mapa de áreas inundadas.

Como se puede apreciar en la figura 4, las zonas inundadas reciben un aporte de los ríos Siches y Sulty debido a que en épocas de lluvia, los ríos se desbordan por el exceso de agua. Lo cual nos indica que existirá un rebalse en las zonas al igual que una escorrentía, sin embargo, el modelo indica que al ser un aporte de río muy grande, entrará suficiente agua a la zona de inundación que se escurrirá superficialmente de la zona inundada, de esta manera, el nivel de agua en la zona seria constante hasta que exista una infiltración hacia el acuífero y el rebalse de río se simplificaría con la escorrentía (figura 5).

Río

Precipitación

ETP Escorrentía

Rebalse de río

Figura 5: Esquema de un ejemplo de una zona inundada considerando rebalse y escorrentía

a) Precipitación, evapotranspiración potencial y volúmenes de zonas inundadas Para la caracterización de la precipitación y evapotranspiración potencial, para el periodo de estudio, se utilizaron los datos de la estación San Benito (Anexo A), que cuenta con información meteorológica, comprendida desde el año 1966 hasta el año 2015. Los valores de evapotranspiración potencial fueron determinados mediante el método de Thornthwaite:

 10×  =16×    

3.5

Dónde: ETP = evapotranspiración de potencial (mm/día), tm = temperatura media (ºC), I = índice calórico anual y a = coeficiente que depende de I. Los valores de evapotranspiración, para cada zona, fueron obtenidos del balance de Thornthwaite y Mather (Anexo B. información generada en campo). Los volúmenes de todas las zonas inundadas se determinaron con una modelación haciendo uso del programa ArcGis, como se observa en la Tabla 9 y la Figura 4.

b)

Lámina de agua

Se determinaron las áreas de las zonas inundadas y sus volúmenes respectivos. Con la utilización de estos parámetros se obtuvo una lámina de agua representativa de la zona inundada en milímetros, según la siguiente ecuación.

 . =  

3.6

Donde: Lam. de agua: Lámina de agua representativa de la zona inundada (mm)

: Volumen de la zona inundada (mm³)   : Área de la zona inundada (mm²) c)

Infiltración. Ley de Darcy

El principio básico que rige el agua en el seno del acuífero es la ley de Darcy, que establece que el flujo a través de un medio poroso es proporcional a la perdida de carga a la sección considerada y la conductividad hidráulica según la ecuación.

= hl 

3.7



Donde:

 = Caudal de agua  = Sección de flujot  = Conductividad hidráulica  

= Perdida de carga

Como las unidades del caudal Q son

 , la sección es  e

h e l son longitudes se



comprueba que las unidades de permeabilidad (K) son las de una velocidad expresión correcta de la ley de Darcy es la siguiente

 la

=∗

3.8

Donde:

 = Descarga efectiva o flujo de Darcy que circula por m2 de sección (⁄)  = Conductividad hidráulica (⁄) i = Gradiente hidráulico vertical expresado en incrementos infinitesimales (adimensional)

c.1)

Conductividad hidráulica (k)

La conductividad hidráulica es una propiedad muy importante de los medios porosos, que indica la movilidad del agua dentro del suelo y depende del grado de saturación y la naturaleza del mismo. Las utilidades del conocimiento del valor de la conductividad hidráulica, son innumerables, de ahí la importancia de su estimación. Dentro de estos  beneficios se puede resaltar, que sirve como indicador de la hidrodinámica del agua subterránea, y este entendimiento es fundamental para analizar problemas hidrogeológicos en relación con las obras civiles, como en presas y embalses; problemas hidrogeológicos en estudios geotécnicos y de minería; y el diseño de drenajes22 22

Donado, L.D Colmenares J.E. Modelo de conductividad hidráulica en suelos (2004)

c.1.2.)

Cálculo de la tasa de infiltración

La estimación de la conductividad hidráulica saturada y la tasa de infiltración, es importante para entender los procesos de recarga.23 Para estimar las propiedades hidráulicas de la zona no saturada, se realizaron 14 mediciones distribuidas en todo las zonas inundadas (Figura 12), con el uso de anillas de infiltración (Fotografía II.c.  –   Anexo C) y el permeámetro de Guelph (Fotografía I.b. –   Anexo C), efectuadas entre julio del 2014 y agosto de 2014.

c.1.2.1.)

Anillas de infiltración

Horton supuso que el cambio en la capacidad de infiltración puede ser considerada  proporcional a la diferencia entre la capacidad de infiltración actual y la capacidad de infiltración final, introduciendo un factor de proporcionalidad final k.

  =  +      ∗  − 

3.9

Dónde: F = capacidad de infiltración en el tiempo (mm/h). K = constante que representa la tasa de decrecimiento de la capacidad (constante de recesión). Fc = capacidad de infiltración final (mm/h). Fo = capacidad de infiltración inicial (para t=0),(mm/h). T = tiempo transcurrido desde el inicio de la infiltración. (minutos).

23

 Arriaga, F.J., Kornecki T.S., Balkcom K.S., Raper R.L. (2010) A method for automating data collection from a double-ring infiltrometer under falling head conditions. Soil Use and Management, Vol. 26, pp. 61-67.

c.1.2.2.)

Permeámetro de Guelph

El permeámetro Guelph se utiliza para la medida en el campo en zona insaturada de la conductividad hidráulica saturada de campo (Kfs). Aunque con el permeámetro Guelph se  puede medir la infiltración acumulada y la tasa de infiltración, usualmente se puede determinar in situ la conductividad hidráulica saturada. La Ks medida es llamada comúnmente ‘conductividad hidráulica saturada en campo’ “Kfs”. Esto es en reconocimiento del hecho que normalmente las burbujas de aire son atrapadas en el medio poroso cuando el suelo se satura por la infiltración de agua, particularmente cuando la infiltración ocurre en condiciones anegadas, por lo tanto el contenido de agua del medio poroso a ‘saturación de campo’ es más bajo que a saturación completa o verdadera saturación24. Dependiendo de la cantidad de aire atrapado, Kfs puede ser una o dos veces más bajo que la verdadera conductividad hidráulica saturada Ks. Es un permeámetro de pozo de carga constante que hace uso del principio Mariotte. Con este aparato se mide la penetración a velocidad constante de agua en el suelo no saturado desde un pozo cilíndrico, en el cual se mantiene una carga constante de agua25. En el suelo se forma un bulbo con dimensiones que depende de tipo de suelo, radio del pozo y de la carga de agua en el pozo (Figura 6). Este método se sustenta en los análisis efectuados por Richards, que ha encontrado una solución efectiva de cálculo de la conductividad hidráulica saturada (Kfs), considerando el flujo tridimensional del agua en el suelo, a partir de un hoyo en donde se mantiene una carga hidráulica (h) constante según Reynolds et al., 2002. 24

 Reynolds, W.D., Elrick, D.E., Topp, G.C. (1983) A reexamination of the constant head well permeameter method for measuring saturated hydraulic conductivity above the water table. Soil Sci., Vol. 136, no. 4, pp. 250 – 268. Reynolds, W.D., Elrick, D.E., Topp, G.C. (1983) A reexamination of the constant head well permeameter method for measuring saturated hydraulic conductivity above the water table. Soil Sci., Vol. 136, no. 4, pp. 250 – 268. 25

Mientras el agua fluye a través del suelo, la columna de agua en los reservorios del  permeámetro desciende, manteniendo estable la altura de h. Esta velocidad de descenso es registrada por medio de una escala graduada a 0,1 cm, en intervalos constantes de tiempo,  permitiendo las lecturas correctas aún a muy bajos caudales. Cuando las velocidades de descenso se estabilizan obteniendo 3 ó 4 valores iguales o con diferencias menores al 5% se termina la medición. Con el valor de velocidad de descenso estable obtenido se procede al cálculo de la Kfs26 Tubo de aire

H1=h1 Reservorio H2=h2

Superficie del suelo

Zona de humedecimiento

H2 H1 a H1

H2

Frente de humedecimiento

Bulbos Saturados

Figura 6: Permeámetro Guelph (Elrick y Reynolds, 1992) La conductividad hidráulica saturada (Kfs) puede calcularse resolviendo la ecuación de Richards:

Cerana, J., Duarte, O., Fontanini, P., Rivaola, S., Díaz, E.,Benavidez, R. (2002) Medición de parámetros hidráulicos en suelos expansivos. Implementación de la metodología del  permeámetro de Guelph para la determinación de Kfs en suelos arroceros de la provincia de Entre Ríos. XVIII Congreso Argentino de Ciencia del Suelo. Pto. Madryn, Chubut.DD9. 26

 =

   ℎ   2ℎ + +2 ∗

3.10

Dónde: C = factor de forma adimensional obtenido de h/a  A = área de la sección transversal del reservorio del permeámetro (m2) q = estado estable de la caída del nivel de agua en el reservorio del permeámetro (m s-1) h = profundidad de agua en el pozo (controlada por la altura del tubo de aire) (m) a = radio del pozo (m).

a*= parámetro de textura/estructura (m-1) El parámetro textura/estructura (a*) puede ser obtenido de la tabla 7; mientras que el factor de forma (C) se puede conseguir en la figura 7. Cuando se mide el flujo estable para dos potenciales de agua diferentes (cargas) aplicadas secuencialmente a la superficie de infiltración, la conductividad hidráulica saturada de campo puede estimarse mediante la siguiente expresión:

 =  ∗    ∗    = 2ℎℎℎ  ℎℎ+²ℎ     ℎ  =  ℎℎ  

3.11 3.12 3.13

Siendo Q la descarga (m3 s-1) cuando el flujo es estable

 =  ∗    =  ∗ 

3.14 3.15

C

FACTOR C

3.0

1. Arena 2. Suelo arcillo limoso estructurado

1 2

3. Suelo arcillo limoso no estructurado

3

2.0

1.0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

h/a

Figura 7: Escala del factor C en función de h/a (Reynolds y Elrick, 1987) Tabla 7: Categorías de medios porosos usados para la estimación de a* Categoría del medio poroso

*Materiales compactados, materiales arcillosos o limosos poco

Valor de a* (m-1)

1

estructurados, tales como sedimentos marinos o lacustrinos, materiales de relleno, etc. *Suelos que tienen textura fina y sin estructura

4

*La mayor parte de los suelos estructurados desde arcillas,

12

 pasando por francos; además incluyendo arenas finas y gruesas desestructurados. Categoría más frecuentemente aplicada a suelos agrícolas *Suelos pedregosos y arenas gruesas, pueden además incluir algunos

36

suelos con buena estructura con grandes grietas y macroporos Fuente: Elrick et al, 1989

c.2) Gradiente hidráulico vertical (i) El gradiente hidráulico se define como el cambio que se produce en la nivel piezométrico asociado con el cambio en la distancia en la dirección la cual da una tasa máxima de disminución de este nivel. El gradiente hidráulico puede ser determinado a partir de mapas

de niveles de agua o superficies potenciométricas utilizando medidas de niveles de agua tomadas en el lugar objeto de estudio durante un tiempo específico. Es importante estimar valores de los gradientes hidráulicos tanto verticales como laterales del lugar. Los gradientes verticales son útiles en la evaluación del potencial para analizar las direcciones de flujo por capas superiores o inferiores así como la capacidad de fluir del agua subterránea entre acuíferos adyacentes. Los gradientes hidráulicos verticales pueden ser determinados mediante comparación de niveles de agua en múltiples pozos con supervisión en puntos individuales a diferentes profundidades verticales.27 Elev.Suelo

Elev. Pot



Filtro

Figura 8: Esquema del pozo

 =  ∆    Donde:

  = Elevación potenciométrica del primer pozo (msnm)   = Elevación potenciométrica del segundo pozo (msnm) 27

Donado, L.D Colmenares J.E. Modelo de conductividad hidráulica en suelos (2004)

3.16

∆= Distancia de la superficie hasta la rejilla La ubicación de los pozos de monitoreo se encuentran mostrados en la figura 9

Figura 9: Mapa de ubicación de pozos de monitoreo

c.2.1) Equipotenciales y redes de flujo En sistemas de flujo de Agua Subterránea es necesario conocer la dirección de flujo o la carga hidráulica en cualquier lugar de la formación.28 Para condiciones estacionarias, podemos representar gráficamente el flujo de un sistema en dos dimensiones usando un grupo de líneas que se intersectan: líneas de flujo y líneas equipotenciales. Este grupo se denomina red de flujo.28 En realidad, una red de flujo es una solución gráfica de la ecuación de flujo de Aguas subterráneas en estado estacionario28 -

Líneas de flujo: Indican la trayectoria que una partícula de agua va a seguir a medida que se mueve

-

Líneas equipotenciales: Líneas de control de igual carga hidráulica en el subsuelo. Intersectan a las líneas de flujo.

Lineas de Flujo (flow lines) Trayectoria que recorrerá una partícula de fluido

Lineas Equipotenciales (equipotencial lines) H es constante a lo largo de esta línea

Figura 10: Esquema de equipotenciales y Líneas de flujo 28

 Zapata R. (2013) Redes de flujo de Agua Subterránea. USFX. Posgrado de la Carrera de Ingeniería Civil

Es necesaria la utilización de pozos de monitoreo (figura 9) en los cuales se tengan medidas de carga hidráulica para la correcta gráfica de líneas equipotenciales y redes de flujo.

d)

s)

El cambio del almacenamiento en el suelo, fue calculado a través del balance hídrico de Thornthwaite y Mather, para cada zona subdividida del área de estudio; la metodología se describe a continuación.

d.1.)

Cálculo de la capacidad máxima de campo (Hmax)

Cuando en un mes se producen más entradas que salidas (Entradas>ETP), una parte del agua sobrante pasa a formar parte de la reserva en el suelo,y la otra parte pasa al mes siguiente, sin embargo, debe considerarse que cuando se alcanza la capacidad de retención máxima del suelo, el exceso de agua escurre superficialmente o en profundidad, por lo que el concepto de reserva máxima o cantidad de agua por unidad de superficie (mm) que el suelo es capaz de almacenar en su perfil, debe ser determinada previamente. La capacidad máxima de campo para las diferentes zonas subdivididas en el área de estudio, se determinó mediante la siguiente ecuación:

 =×

3.17

Donde: Hmax = Capacidad máxima de campo (mm) WHC = capacidad de retención de agua (mm/mm) d = profundidad de la zona radicular (mm) La capacidad de retención de agua para el tipo de suelo se obtuvo de los valores propuestos  por McDole, et al. (1974), mostrados en la Tabla 8 y la profundidad de la zona radicular, se obtuvo de acuerdo al tipo de cultivo principal para cada zona subdividida de las áreas inundadas, mostradas en la Figura 4

Tabla 8: Capacidad de retención de agua de acuerdo al tipo de suelo según textura Tipo de suelo según textura

Capacidad retención de agua (plg/pie)

Arenoso Arenoso franco Franco arenoso Franco Franco limoso Limoso Franco arcilloso Franco areno arcilloso Franco limo arcilloso Arcillo arenoso Arcilloso Fuente: McDole, et al. (1974)

d.2.)

0.43 0.94 1.67 1.67 2.10 2.44 2.12 2.0 –  2.16 2.16 2.04 1.94

Cálculo del cambio del almacenamiento en la zona no saturada

En el balance hídrico propuesto por Thornthwaite y Mather, el almacenamiento se calcula agregando los incrementos (Vdisp-ETP) cuando estos son positivos, de esta forma el almacenamiento en el mes "i" (en función de la del mes anterior "i-1") será:

  =− + (   )  0 < − + (  ) < á  3.18   =   − + (   ) > á  3.19   = 0  0 > − + (  ) 3.20 Los valores del almacenamiento se acumularon mes a mes en el período húmedo, según los incrementos Vdisp - ETP > 0 y disminuyeron al llegar el período seco, decreciendo mes a mes según los valores mensuales Vdisp - ETP < 0. Como se aprecia en la fórmula, se necesita el almacenamiento del mes anterior para comenzar el cálculo, por esta razón, se asumió que después del período seco, el almacenamiento del suelo es nulo.

CAPITULO IV CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1.

Introducción

Las aguas subterráneas son una fuente importante de agua dulce en todo el mundo, a medida que la población mundial siga creciendo, se requerirá el uso de fuentes de agua subterránea, especialmente en las zonas áridas y las zonas semiáridas, por lo que la cuantificación de las tasas naturales de recarga de agua subterránea es imprescindible para la gestión eficiente de aguas subterráneas29. En este capítulo, se constituye y observa y analiza toda la información generada correspondiente a datos climatológicos, características de las zonas inundadas, suelo, infiltración, con el fin de obtener tasas de recarga distribuidas en el área de estudio. 29

 Simmers, I. (1990) Aridity, groundwater recharge and water resources management. In Groundwater Recharge, A Guide to Understanding and Estimating Natural Recharge

4.2.

Construcción del modelo conceptual de recarga para la zona de estudio

 =+∆ Precipitación

ETP

Zona Inundada Lámina de agua

Infiltración .

Almacenamiento

Acuífero

Figura 11: Modelo Conceptual

4.3.

Recarga en el acuífero de Cliza mediante el balance hídrico

4.3.1. Estimación de los componentes de recarga a)

Recarga efectiva

Primeramente al cálculo de recarga por inundación se obtuvieron las precipitaciones mensuales en Cliza según a la estación de San Benito, tomando en cuenta solo el año 2014 como año hidrológico, siendo este el año en el que ocurrió la mayor inundación registrada, adquiriendo así las precipitaciones medias mensuales que se tomarán en cuenta para el  balance hídrico como factor que aporta a la inundación de la zona.

b)

Volúmenes de las zonas inundadas

Para los volúmenes inundados se determinaron las áreas de las zonas inundadas de la localidad de Cliza. Las áreas delimitadas por GPS fueron suministradas por el municipio. Una vez obtenidas, se determinaron los volúmenes de las zonas inundadas mediante modelación utilizando el programa ArcGis. (Anexo B información generada en campo) Obteniendo los siguientes resultados mostrados en la Tabla 9

Tabla 9: Áreas y volúmenes de las zonas inundadas Cota

Volumen

Ref.

(m3)

A1

2693

593859.92

A2

2694

A3 A4

ID

lámina

lámina en

Vol. Adoptado

(m)

(mm)

(m3)

803773.92

0.74

738.84

593859.92

977720.07

1103897.00

0.89

885.70

977720.07

2696

234747.26

249738.60

0.94

939.97

234747.26

2700

700715.17

561802.72

1.25

1247.26

700715.17

Área (m2)

La lámina obtenida en milímetros de agua será la altura representativa de la zona inundada.

c) c.1)

Infiltración Conductividad Hidráulica

Los lugares donde se realizaron las pruebas de infiltración con el permeámetro de guelph y las anillas se encuentran ubicados en la figura 12

Figura 12: Mapa de pruebas de infiltración

Tabla 10: Valores de conductividades hidráulicas obtenidas por el permeámetro de Guelph y las anillas de infiltración ID P2

Permeámetro Anillas de de Guelph infiltración Kfs m/dia fc m/día 0.0102 0.020

P3

0.2201

0.050

P4

0.0231

0.010

P5

0.1629

0.050

P6

0.1271

0.040

P7

0.1334

0.070

P8

0.0062

0.040

P9

0.0531

0.040

P10

0.0057

0.200

P11

0.2238

0.100

P12

0.2111

0.100

P13

0.0113

0.001

P14

0.5877

0.030

Ambos métodos son válidos para realizar el cálculo de la conductividad en el acuífero, se  puede observar en la tabla 10 que los valores obtenidos para el permeámetro son similares a los obtenidos por las anillas pero debido a que el permeámetro es un instrumento con mayor precisión, se tomaron en cuenta para el cálculo de la descarga efectiva o flujo de Darcy. Las pruebas de infiltración se realizaron dispersamente en las 4 zonas de estudio como se muestra en la Tabla 11.

Tabla 11: Valores de conductividades hidráulicas pertenecientes a cada zona de inundación ID

Areas

kfc

kfc real

kfc real

mm2

mm/día

mm/día

mm/mes

P6

5.75274E+11

127.10

P9

9.31616E+11

53.10

P10

1.20957E+12

5.67

72.44

2173.12

P5

7.44594E+11

162.86

P2

9.2991E+11

10.25

P3

2.20363E+11

220.09

P4

7.43722E+11

23.08

63.32

1899.59

P7

1.17165E+12

133.44

P8

6.55569E+11

6.23

P13

5.31371E+11

11.33

P14

4.69821E+11

587.70

281.80

8453.95

P12

4.7227E+11

211.06

P11

8.11188E+11

223.81

219.12

6573.55

Pruebas

A1

A2

A3 A4

El valor de conductividad mínimo obtenido, como se muestra en la tabla 11 fue de 63.32 mm/día ubicado en el área A2 y el valor máximo obtenido fue de 281.80 mm/día ubicado en las áreas A3.

El valor de las áreas respectivas a cada prueba de infiltración, se determinaron haciendo el uso de los Polígonos de Thiessen como se muestra en la figura 13

Figura 13: Mapa de división de áreas por Polígonos de Thiessen

c.2)

Gradiente hidráulico vertical

En el proyecto se utilizó para las zonas A1, A2, A3, y A4 los pozos P014, P050(PM1), PM14, PM17 respectivamente al ser los más cercanos a las zonas inundadas, (figura 14)

Figura 14: Mapa de pozos de monitoreo utilizados

Los planos de pozos se muestran en el Anexo A, los valores de gradientes y flujo de Darcy se detallan en la tabla 12.

Tabla 12: Valores de gradiente hidráulico vertical Elev. de

Elev. De la Lámina Area

A1 A2 A3 A4

Mes

Superficie de agua

la zona

Distancia

inundada

ΔZ (m)

Elev. Potenciométrica

(adim.)

(m)

(m)

Enero

2695

0.74

2695.74

32.75

2685.00

0.33

Febrero

2695

0.74

2695.74

32.75

2686.00

0.30

Enero

2695

0.89

2695.89

25.00

2685.80

0.40

Febrero

2695

0.89

2695.89

25.00

2686.56

0.37

Enero

2700

0.94

2700.94

57.50

2692.74

0.14

Febrero

2700

0.94

2700.94

57.50

2693.59

0.13

Enero

2700

1.25

2701.25

34.00

2692.70

0.25

Febrero

2700

1.25

2701.25

34.00

2693.49

0.23

(m)

(m)

Gradiente i

Los valores obtenidos de flujo de Darcy se detallan en el balance hídrico propuesto por Thornwaite y Matter.

c.3)

Equipotenciales y Redes de flujo

Se hizo uso de veinte pozos de monitoreo (figura 9), de los cuales ocho tienen información litológica mostrada en el Anexo A. Se construyeron dos mapas de redes de flujo  pertenecientes a los meses de enero y febrero del año 2014 con ubicaciones de transversales del río Siches que fueron determinadas en el mes de junio solo por carácter informativo del río. (Figuras 15 y 16, anexo D planos).

µ 2685 2690

2695

2700

LEYENDA

!  A  !

POZOS DE MONITOREO UBICACIÓN DE TRANSVERSALES LINEAS DE FLUJO EQUIPOTENCIALES RIOS CURVAS DE NIVEL CADA 20 M  AREAS INUNDADAS

0 0.5 1

2

3

4

LIMITE MUNICIPAL CLIZA

Kilometros

Figura 15: Mapa de superficie potenciométrica y dirección de flujo Enero 2014

µ 2690

2695

2700

LEYENDA

!  A  !

POZOS DE MONITOREO UBICACIÓN DE TRANSVERSALES LINEAS DE FLUJO EQUIPOTENCIALES RIOS CURVAS DE NIVEL CADA 20 M  AREAS INUNDADAS

0 0.5 1

2

3

4

LIMITE MUNICIPAL CLIZA

Kilometros

Figura 16: Mapa de superficie potenciométrica y dirección de flujo Febrero 2014

d)

Cambio del almacenamiento en la zona no saturada

Para el cálculo del cambio de almacenamiento en la zona no saturada, por el método de Thornthwaite y Mather, para cada zona subdividida del área de estudio, se calculó la capacidad de máxima de campo (Tabla 4.4), con la capacidad de retención de agua para el tipo de suelo de la zona de estudio (observado durante las pruebas de infiltración) y la  profundidad de la zona radicular 30, de acuerdo al tipo de cultivo principal para cada zona subdividida. (Tabla 4.4, Figuras 2.3 y 3.2).

Tabla 13: Capacidad de retención de agua de acuerdo al tipo de suelo según textura Tipo de suelo Área

según textura

Capacidad Cultivo

Profundidad

de agua

principal

radicular (pies -m)

Alfalfa

5 - 1.52

10.8 - 274.32

Alfalfa

5 - 1.52

10.8 - 274.32

Maíz

3.5 - 1.06

7.56 - 192.02

Papa

2.95 - 0.9

6.37 - 161.80

(plg/pie)

A1 A2

Capacidad

retención

Franco limo

retención de agua (plg - mm)

2.16 A3

arcilloso

A4

Con los valores obtenidos de los componentes del balance propuesto por Thornthwaite y Mather, se obtuvieron los siguientes valores de recarga por precipitación en las diferentes zonas inundadas de Cliza como se muestra en las Tablas de Balance Hídrico para cada área respectiva (A1, A2, A3, A4).

30

 McDole, R.E., McMaster, G.M., Larsen, D.C.(1974) Available water-holding capacities of soils in southern Idaho. Current Information Series 236, Univ. of Idaho Agric. Exp. Stn.,Moscow

Tabla 14: Balance hídrico A1 en (mm/mes) Capacidad máxima de A1

274.3 mm

campo (Hmax)= OCT

NOV

DIC

ENE

FEB

MAR

738.8

147.8

0.0

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

Lam. de Agua P

41.5

35.0

104.0

209.5

43.5

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

Entradas

41.5

35.0

104.0

948.3

191.3

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

ETP

72.8

79.6

83.9

78.2

67.4

69.5

57.8

45.4

34.6

36.6

45.7

56.2

72.8

79.6

V disp

0.0

-44.6

20.1

870.1

123.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.4

i(adim)

0.0

0.0

0.0

0.3

0.3

0.3

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Kfc

2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1 2173.1

q

0.0

0.0

0.0

717.1

651.9

586.7

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

VR inf

0.0

-44.6

0.0

717.1

123.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.0

ALM

0.0

0.0

20.1

274.3

274.3

241.3

188.9

154.5

119.9

83.3

37.6

0.0

0.0

0.4

VALM

0.0

0.0

20.1

254.2

0.0

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-37.6

0.0

0.4

REC

0.0

-44.6

-20.1

462.9

123.9

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

-10.6

-47.8

-0.4

REC

0.0

0.0

0.0

462.9

123.9

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Recarga total = 586.8 mm/año Tabla 15: Balance hídrico A2 en (mm/mes) A2

Capacidad máxima de 274.3 mm

campo (Hmax)= OCT

NOV

DIC

ENE

FEB MAR

885.7

257.1

0.0

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

Lam. de Agua P

41.5

35.0

104.0

209.5

43.5

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

Entradas

41.5

35.0

104.0 1095.2

300.6

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

ETP

72.8

79.6

83.9

78.2

67.4

69.5

57.8

45.4

34.6

36.6

45.7

56.2

72.8

79.6

V disp

0.0

-44.6

20.1 1017.0

233.3

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.4

i (adim)

0.0

0.0

0.4

0.3

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Kfc

0.0

0.4

1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6 1899.6

q

0.0

0.0

0.0

759.8

702.9

645.9

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

VR inf

0.0

-44.6

0.0

759.8

233.3

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.0

ALM

0.0

0.0

20.1

274.3

274.3

241.3

188.9

154.5

119.9

83.3

37.6

0.0

0.0

0.4

VALM

0.0

0.0

20.1

254.2

0.0

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-37.6

0.0

0.4

REC

0.0

-44.6

-20.1

505.6

233.3

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

-10.6

-47.8

-0.4

REC

0.0

0.0

0.0

505.6

233.3

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Recarga total = 738.9 mm/año

Tabla 16: Balance hídrico A3 en (mm/mes) Capacidad máxima de A3

192.0 mm

campo (Hmax)= OCT

NOV

DIC

ENE

FEB

MAR

940.0

0.0

0.0

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

Lam. de Agua P

41.5

35.0

104.0

209.5

43.5

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

Entradas

41.5

35.0

104.0 1149.5

43.5

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

ETP

72.8

79.6

83.9

78.2

67.4

69.5

57.8

45.4

34.6

36.6

45.7

56.2

72.8

79.6

V disp

0.0

-44.6

20.1 1071.3

-23.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.4

i (adim)

0.0

0.0

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Kfc

0.0

0.1

8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0 8454.0

q

0.0

0.0

VR inf

0.0

-44.6

ALM

0.0

0.0

20.1

VALM

0.0

0.0

REC

0.0

REC

0.0 1183.6 1099.0

169.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0 1071.3

-23.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.0

192.0

168.1

135.1

82.7

48.3

13.7

0.0

0.0

0.0

0.0

0.4

20.1

171.9

-23.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-13.7

0.0

0.0

0.0

0.4

-44.6

-20.1

899.3

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

-22.9

-45.7

-48.2

-47.8

-0.4

0.0

0.0

899.3

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Recarga total = 899.3 mm/año Tabla 17: Balance hídrico A4 en (mm/mes) Capacidad máxima de A4

161.8

campo (Hmax)= OCT

NOV

DIC

ENE

FEB

MAR

940.0

0.0

0.0

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

Lam. de Agua P

41.5

35.0

104.0

209.5

43.5

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

Entradas

41.5

35.0

104.0 1149.5

43.5

36.5

5.4

11.0

0.0

0.0

0.0

8.0

25.0

80.0

ETP

72.8

79.6

83.9

78.2

67.4

69.5

57.8

45.4

34.6

36.6

45.7

56.2

72.8

79.6

V disp

0.0

-44.6

20.1 1071.3

-23.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.4

i (adim)

0.0

0.0

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Kfc

0.0

0.1

6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6 6573.6

q

0.0

0.0

0.0 1643.4 1511.9 1380.4

VR inf

0.0

-44.6

ALM

0.0

0.0

20.1

VALM

0.0

0.0

20.1

REC

0.0

REC

0.0

0.0 1378.5

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

-23.9

-33.0

-52.4

-34.4

-34.6

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

0.0

161.8

137.9

104.9

52.5

18.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.4

141.7

-23.9

-33.0

-52.4

-34.4

-18.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.4

-44.6

-20.1 1236.9

0.0

0.0

0.0

0.0

-16.5

-36.6

-45.7

-48.2

-47.8

-0.4

0.0

0.0 1236.9

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

Recarga total = 1236.9 mm/año

Tabla 18 Recarga total por el método de balance hídrico en el acuífero de Cliza

Área

Recarga Total (mm/año)

A1

586.8

A2

738.9

A3

899.3

A4

1236.9

Los datos de recarga obtenidos nos indican que existe una cantidad considerable de agua infiltrada al acuífero en las zonas inundadas lo cual es lógico debido a que se tratan de zonas en las cuales el terreno tiene un grado considerable de permeabilidad lo cual se demuestra en los datos de infiltración obtenidos mediante el permeámetro de Guelph y las anillas de infiltración Como se observa en las Tablas de Balance hídrico, las áreas en las que existe mayor recarga por precipitación y aporte de río en la zona de estudio, son las áreas A3 y A4, debido a que el volumen que alberga el agua es mayor por la profundidad de las zonas. La lamina representativa del área A4 es relativamente alta con una altura de 1247.3 mm En las áreas A1, A2 la recarga son menores, a pesar de tener un área mayor pero una capacidad mucho menor de almacenar agua.

CONCLUSIONES

-

Las áreas de estudio se determinaron por medio de su ubicación geográfica, del cual  para hacer el trabajo de campo se seleccionaron puntos proporcionalmente distribuidos en cada sector.

-

Se aplicaron los métodos de las anillas de infiltración y del permeámetro de Guelph  para la determinación de la tasa de infiltración que por medio del ajuste de Horton en el caso de las anillas y de la resolución de la ecuación de Richard en el caso del  permeámetro de Guelph, se obtuvieron resultados aproximadamente cercanos entre uno y otro método, de esta manera se corroboró que los resultados obtenidos son más reales.

-

Comparando con algunos estudios realizados en lugares con características  parecidas a la zona de estudio de Cliza (zona semi-arida), se encontró que las tasas de recarga obtenidas se aproximan. Un estudio realizado de recarga en zonas semiaridas:

“Groundwater recharge in irrigated semi-arid áreas. Quantitative

hydrological modelling and sensitivity analysis” by  Jimenez J, Candela L: determinó recargas alrededor de 397 mm/año por precipitación afirmando que estos valores pueden aumentar en épocas de eventos extremos de lluvias. El valor mínimo obtenido para Cliza fue de 586.8 mm/año. Se debe considerar que el estudio fue realizado en El Campo Cartagena, una zona con características muy similares a Cliza. -

Es muy importante mencionar que en la zona 4 donde se obtuvo la tasa más alta de recarga, tiene una capacidad basta de almacenaje de agua, en este caso, de agua que se desbordó del río y que llegó por precipitación, es por eso que la lámina representativa supera el metro de altura, y debido a esto podría decirse también que fue un factor que insidió en el resultado.

-

Las zonas inundadas demostraron tener una infiltración muy buena, lo cual permitió que gran parte del agua que se encontraba en las zonas infiltre sin problemas hacia el acuífero, de este modo también podría explicarse los valores elevados de recarga obtenidos

-

Las láminas de agua son valores representativos de los volúmenes de las zonas inundadas determinados con el software ArcGis 9.3 que se aproximan a las referencias brindadas por las autoridades y los pobladores. Se optó por este método  para determinarlas debido a la falta de datos de niveles de agua.

-

Las ecuaciones del balance hídrico utilizadas, fueron planteadas mediante un razonamiento lógico e hipotético tomando en cuenta las características de la zona y su modelo conceptual, cabe mencionar que las características de toda zona en el mundo son únicas y particulares, debido a esto las investigaciones de recarga en otros sectores, pueden ser utilizados como referencia pero no de marea determinística.

RECOMENDACIONES

-

Realizar estudios sobre hidrología e hidrogeología en las zonas de inundación debido a la importancia de las inundaciones que se presentan en ese sector y la  presencia de acuíferos subterráneos, para la perforación de pozos y la extracción y aprovechamiento de aguas subterráneas para consumo o riego.

-

Seleccionar un método apropiado y eficaz para la determinación de los valores de las tasas de infiltración en el momento de realizar el trabajo de campo, debido a que  buenos resultados son indispensables para los cálculos posteriores.

-

Utilizar diferentes métodos de cálculo para tasas de infiltración con el fin de hacer comparaciones de resultados obtenidos en el presente proyecto y corroborar datos de campo.

-

Hacer un estudio de resistividad para determinar la conductividad hidráulica de la zona y poder tener una mayor idea de los estratos existentes en Cliza y así definir  parámetros y características del acuífero. De este modo se podrá corroborar los datos de perfiles y cortes longitudinales.

-

Si se requieren valores más certeros sobre niveles de agua, es importante hacer levantamientos topográficos tanto de las zonas inundadas como del río. También realizar aforos si se quiere adentrar más al estudio del río.

BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS ANEXO A: INFORMACIÓN RECOPILADA Los siguientes datos de información pluviográfica fueron obtenidos del SENHAMI

Estación:

San Benito

Latitud Sud: Longitud Oeste: Altura m/s/n/m:

Departamento: Cochabamba Provincia:

Punata

17º 31' 43" 65º 54' 17" 2710

DATOS DE : PRECIPITACIÓN TOTAL (mm) AÑO 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

ENE 77.7 92.8 161.1 31.5 133.1 115.6 143.2 108.1 93.0 99.5 80.5 83.0 62.3 100.5 49.5 209.5 145.5

FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV 47.5 **** 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 36.0 12.0 45.5 37.7 76.1 3.2 0.0 2.1 0.0 0.0 4.3 16.2 11.5 134.3 58.6 6.6 10.0 0.0 0.0 13.0 0.0 24.2 5.3 98.1 55.8 21.0 1.5 0.0 10.0 4.7 2.7 4.0 19.2 49.4 58.1 5.5 0.0 0.0 1.5 2.0 19.8 28.5 3.5 56.9 7.8 7.4 3.4 0.0 8.2 1.6 10.2 9.9 69.6 107.5 2.0 26.2 0.0 0.0 0.0 0.0 13.5 5.1 74.2 67.5 68.8 39.2 0.0 0.0 0.0 0.0 6.0 21.0 33.5 95.5 20.5 27.5 0.0 0.0 0.0 0.0 8.5 2.0 53.5 55.5 64.5 26.5 2.5 1.0 0.0 0.0 0.0 15.5 20.0 65.5 83.0 19.5 0.0 0.0 6.5 0.0 3.0 14.5 40.0 34.5 46.5 0.0 0.0 0.0 3.5 16.0 3.0 0.0 12.5 164.5 95.0 9.5 0.0 0.0 4.0 0.0 20.0 0.0 45.5 76.5 37.0 7.5 0.0 0.0 2.0 0.0 0.0 18.5 17.5 66.0 40.5 8.0 8.0 4.0 2.0 6.5 2.0 41.5 35.0 43.5 93.8

36.5 35.5

5.4 11.0 0.0 0.0 0.0 17.5 **** **** **** ****

8.0 ****

25.0 ****

DIC ANUAL 58.0 **** 70.7 314.6 43.0 456.1 27.7 276.2 208.1 509.5 67.0 357.6 62.8 434.5 34.5 378.6 101.0 401.5 88.0 373.0 89.0 401.5 91.5 290.5 63.5 464.3 105.5 365.0 104.0 367.0

80.0 40.0 **** ****

458.9 ****

DATOS DE : TEMPERATURA MEDIA (ºC) AÑO 1999

ENE FEB MAR 16.9 17.0 ****

ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC ANUAL 15.5 13.4 11.2 11.5 12.8 14.3 16.0 16.6 17.7 ****

2000

16.9

16.6

16.8

15.4

14.0

11.0

10.3

13.0

13.8

16.5

17.1

17.1

14.9

2001

16.3

16.4

15.7

15.2

13.0

11.9

11.9

13.3

15.0

16.2

18.3

17.6

15.1

2002

17.9

17.5

17.0

15.9

14.4

12.6

11.4

13.8

15.4

16.7

17.2

18.5

15.7

2003

17.3

17.5

16.6

15.0

13.7

12.3

11.7

12.8

14.4

16.8

17.8

18.2

15.3

2004

16.8

16.7

17.6

16.8

13.2

11.8

12.1

13.1

15.5

16.9

18.0

18.6

15.6

2005

17.8

16.8

17.9

17.1

14.0

12.0

13.0

13.7

15.4

17.2

18.3

18.6

16.0

2006

17.0

18.0

18.0

16.3

13.3

12.9

12.1

13.5

15.2

17.9

18.2

19.5

16.0

2007

18.6

17.9

17.0

16.5

14.3

12.9

11.6

13.8

15.6

17.1

18.1

17.1

15.9

2008

16.8

17.1

15.7

15.0

12.6

11.9

11.6

13.6

15.2

17.1

18.5

18.2

15.3

2009

17.4

17.5

16.6

15.4

13.9

10.9

12.4

13.3

15.7

17.7

19.7

19.5

15.8

2010

18.8

19.2

18.8

16.9

15.2

13.4

12.9

14.6

15.9

17.4

18.7

19.1

16.7

2011

18.9

17.0

16.1

15.7

13.9

12.6

12.2

13.9

15.4

17.0

18.8

18.4

15.8

2012

17.7

17.0

16.4

16.3

13.3

12.3

12.3

12.9

15.5

17.8

19.0

18.7

15.8

2013

17.8

17.1

18.2

15.4

14.4

11.8

12.6

13.3

15.4

17.7

18.7

18.4

15.9

2014

17.9

17.2

17.2

16.7

13.9

13.2

12.4

14.0

15.8

17.2

18.8

18.6

16.1

2015

17.5

17.5

16.8

15.8

****

****

****

****

****

****

****

****

SUMA MEDIA

818.0

806.5

761.1

745.7

615.2

535.3

559.5

630.8

671.0

749.7

772.5

793.7

548.4

17.0

16.8

16.6

15.5

13.4

11.6

11.7

13.1

14.9

16.7

17.6

17.6

15.2

****

FACTORES DE CORRECCION DE LA EVAPOTRANSPIRACION (K) Latitud: Sur

Lat. 20

MESES Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

1.14

1.00

1.05

0.97

0.96

0.91

0.95

0.99

1.00

1.08

1.09

1.15

PLANILLA TECNICA CON INFORMACION DE POZOS DE MONITOREO Carga hidráulica o

Coordenadas UTM e r toi n o m

X e

Y

Z

Fecha de monitoreo Stick up total 3

4

4

4

4

4 4

4

4

2/

2/

2/

2/

2/

2/

2/

2/

2/

1

1

z o

6 1

2

4 0

7

0

4 0/ 1 2

1

0

2 0/

1

0

2 0/

1

0

1 0/

1

0

1 0

1

0

0 8

o

1

0 1/

d

1

0

5

0

0/ 9 0

6 0/ 5 1

7 0/ 6 1

0/ 5 1

P

PM1 189267 8055601 2697 0.90 2665.40 2685.80 2686.06 2686.56 2686.49 2685.55 2685.35 PM2 189118 8054846 2703 1.00 2680.20 2690.00 2690.09 2690.49 2689.70

2689.44

2688.80

PM3 PM4 187307 8051110 2711 1.07 2694.97 2697.67 2697.89 2698.80 2699.59 2701.44

2700.19 2699.74

PM5 186637 8049688 2724 0.40 2698.00 2701.00 2700.75 2701.46 2701.83 2702.95 2703.18 2703.40 PM6 186256 8054159 2697 0.50 2676.15 2684.60 2684.85 2685.20 2685.55 2687.63 PM7 184807 8055605 2695 1.20 2674.50 2681.63 2682.05 2681.71 2683.19 2682.89 2682.60 2682.78 2682.30 PM8 187272 8054627 2702 0.20

2688.17 2688.30 2689.10 2688.96 2689.37 2688.51 2687.44 2687.04

PM9 187301 8054228 2700 0.55 2674.10 2687.17 2687.20 2687.36 2687.94 PM10 187595 8055361 2700 0.50 2677.19 2687.00 2687.27 2688.21 2688.76

2686.09 2685.60 2686.78

PM11 PM12 189021 8049569 2720 1.10 2694.80 2701.24 2702.06 2703.59 2704.62 2705.81 2704.34 2703.80 2701.90 PM13 191008 8051080 2709 0.80 2695.20 2698.98 2698.81 2700.08 2700.57

2700.90 2700.09 2699.57

PM14 190728 8053354 2704 0.15

2692.74 2692.89 2693.59 2694.05 2694.20 2692.75 2693.45 2690.23

PM15 187922 8049944 2719 0.45

2698.57 2699.11 2699.75 2700.55 2702.50 2702.35 2702.42 2701.40

PM16 187389 8052484 2706 1.00

2695.65 2695.76 2696.58 2697.00 2697.89 2696.71 2696.78

PM17 186869 8053136 2700 0.60 2685.50 2692.70 2692.74 2693.49 2693.78 2694.51 2693.28 2693.40 2693.05 PM18 PM19 190617 8054690 2703 0.58 2683.38 2691.51 2691.68 2692.09 2692.25 2692.38 2691.68 2691.25 2691.11 PM20 191800 8052720 2702 0.93

2695.74 2695.96 2696.52 2696.89 2697.01 2695.06 2694.95 2693.66

ANEXO B: INFORMACIÓN GENERADA EN CAMPO EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL

Meses Ene ETP

Feb

Mar Abr May Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

78.22 67.39 69.48 57.84 45.42 34.56 36.57 45.73 56.16 72.79 79.55 83.89

TABLA DE INFILTRACIÓN DEL PERMEÁMETRO DE GUELPH ID P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14

A m2 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522 0.003522

ID

α*

P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14

m-1 12.00 12.00 12.00 -

h1 m 0.25 0.13 0.23 0.12 0.10 0.14 0.09 0.13 0.23 0.17 0.10 0.12 0.16

G2

h2 m 0.20 0.20 0.22 0.22 0.24 0.22 0.22 0.16 0.19 0.17

a m 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03

G1

24.20 27.63 17.27 20.55 12.70 16.12 18.17 21.36 10.03 13.21 16.20 19.55 27.89 31.07 26.71 30.64 22.53 25.87 131.80 135.77

q1 m/s 8.33E-06 3.30E-05 1.67E-05 3.00E-05 2.22E-05 2.20E-05 1.11E-05 8.33E-06 4.17E-06 6.25E-06 5.00E-05 2.76E-05 6.67E-05

Kfs m/s 1.19E-07 2.55E-06 2.67E-07 1.89E-06 1.47E-06 1.54E-06 7.21E-08 6.15E-07 6.57E-08 2.59E-06 2.44E-06 1.31E-07 6.80E-06

q2 m/s 6.76E-05 6.67E-05 6.11E-05 5.00E-05 1.67E-05 2.08E-05 3.33E-05 8.33E-05 3.33E-05 8.33E-05

Q1 m3/s 2.93E-08 1.16E-07 5.87E-08 1.06E-07 7.83E-08 7.75E-08 3.91E-08 2.93E-08 1.47E-08 2.20E-08 1.76E-07 9.72E-08 2.35E-07

Q2 m3/s 2.38E-07 2.35E-07 2.15E-07 1.76E-07 5.87E-08 7.34E-08 1.17E-07 2.93E-07 1.17E-07 2.93E-07

h1/a

h2/a

C1

C2

8.33 4.40 7.57 3.83 3.47 4.70 3.13 4.20 7.67 5.50 3.30 3.90 5.40

6.50 6.73 7.30 7.37 7.83 7.20 7.23 5.33 6.20 5.80

2.14 1.43 2.04 1.28 1.20 1.50 1.09 1.38 2.05 1.66 1.15 1.30 1.64

1.85 1.89 1.99 2.00 2.07 1.96 1.96 1.62 1.80 1.71

GRÁFICAS DE ANILLAS DE INFILTRACIÓN (METODO DE HORTON) P2: 0.76 mm/hora 22 20

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

18    ) 16   r    h    /   m14   m    (   n12    ó    i   c 10   a   r    t    l    i    f 8   n    I

6 4 2 0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Tiempo (hor)

P3:1.91 mm/hora 22 20

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

18    ) 16   r    h    /   m14   m    (   n 12    ó    i   c   a 10   r    t    l    i    f 8   n    I

6 4 2 0

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

Tiempo (hor)

0.3

0.3

0.4

P4:0.58 mm/hora 8

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t    )   r    h    /   m   m    (   n    ó    i   c   a   r    t    l    i    f   n    I

6

4

2

0 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Tiempo (hor)

P5: 1.95 mm/hora 14

Series2 Series1

12    )   r    h    / 10   m   m    (   n 8    ó    i   c   a   r    t    l    i    f 6   n    I

4 2 0 0.0

0.2

0.4

0.6

Tiempo (hor)

0.8

1.0

1.2

P6: 1.55 mm/hora 30 28 26 24    ) 22   r    h    / 20   m   m18    (   n 16    ó    i 14   c   a 12   r    t    l    i    f 10   n    I 8 6 4 2 0

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Tiempo (hor)

P7: 2.90 mm/hora 30 28 26 24    ) 22   r    h    / 20   m   m18    (   n    ó    i 16   c   a 14   r    t    l    i    f 12   n    I 10 8 6 4 2 0

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

0.0

0.1

0.2

0.3

Tiempo (hor)

P8: 1.83 mm/hora

0.4

0.5

16

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

14    ) 12   r    h    /   m10   m    (   n    ó    i 8   c   a   r    t 6    l    i    f   n    I

4 2 0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Tiempo (hor)

P9: 1.65 mm/hora 30 28 26 24    ) 22   r    h    / 20   m   m18    (   n    ó    i 16   c   a 14   r    t    l    i    f 12   n    I 10 8 6 4 2 0

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

0.0

0.2

0.4

0.6

Tiempo (hor)

P10: 8.13 mm/hora

0.8

1.0

40 38 36 34 32    ) 30   r    h    / 28   m26   m24    (   n 22    ó    i 20   c   a 18   r    t    l 16    i    f   n    I 14 12 10 8 6 4 2 0

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

Tiempo (hor)

P11: 4.04 mm/hora 40 38 36 34 32    ) 30   r 28    h    /   m26   m24    (   n 22    ó    i 20   c   a 18   r    t 16    l    i    f 14   n    I 12 10 8 6 4 2 0

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

Tiempo (hor)

P12: 3.99 mm/hora

0.3

0.4

0.4

0.5

14

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

12    )   r 10    h    /   m   m    ( 8   n    ó    i   c   a 6   r    t    l    i    f   n    I

4 2 0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Tiempo (hor)

P13: Infiltración lenta por la existencia de una capa orgánica negra la cual impide el ingreso del agua. El agua se infiltra en un tiempo relativamente extenso y un gran porcentaje se evaporaría P14: 1.38 mm/hora 14

f(t) vs t (Horton) f(t) vs t

12    )   r 10    h    /   m   m 8    (   n    ó    i   c   a 6   r    t    l    i    f   n    I

4 2 0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Tiempo (hor) OBTENCION DE ÁREAS Y VOLÚMENES CON EL PROGRAMA ARCGIS

1.0

AREA 1

AREA 2

AREA 3

AREA 4

ALGORITMO DE CÁLCULO Balance hídrico para el mes de enero A1 Zona inundada A1 Volumen=

593859.92 m3

Área=

803773.92 m3

Precipitación total para el mes de enero (P)=

209.5 mm

Evapotranspiración Potencial para el mes de enero (ETP) =

78.22 mm

Elevación de la superficie =

2695 msnm

Elevación potenciométrica =

2685 msnm

Distancia ΔZ =

32.75 m

Conductividad hidráulica Kfc =

2173.1 mm/mes

Almacenamiento del mes de diciembre =

20.1 mm

1. Lámina de agua representativa de la zona inundada

  =   

 = 593859.92 803773.92  = 0.7388  2. Volumen disponible

 =+  =209.5+738.878.22  =870.08  3. Gradiente hidráulico vertical

 =  ∆ 

Elevación de la zona inundada

=2695+0.7388

= + 

 = 2695.74   = 2695.742685 32.75 =0.33 (adimensional) 4. Descarga o flujo de Darcy

=∗ =2173.1∗0.33  = 717.1 / 5. Volumen real infiltrado

 =   = 

  >    < 

717.1 < 870.08    =717.1 / 6. Cambio del almacenamiento en el suelo

s)

⍙ = − Cálculo de la capacidad máxima de campo (Hmax)

 =× La capacidad de retención de agua  = 2.16 /

para el tipo de suelo se

obtuvo de los valores mostrados en la tabla 8 y la profundidad de la zona radicular (d=5  pies), se obtuvo de acuerdo al tipo de cultivo principal (alfalfa)

 =2.16×5  = 10.8  ≈ 274.32 mm

Cálculo del almacenamiento en la zona no saturada Deberán cumplirse las siguientes condiciones:

  =− + (   )  0 < − + (  ) < á  3.18   =   − + (   ) > á  3.19   = 0  0 > − + (  ) 3.20 Como se aprecia en la fórmula, se necesita el almacenamiento del mes anterior para comenzar el cálculo. El almacenamiento en diciembre es de 20.1 mm

  =20.1+ 738.8 83.4   =675.5  >274.32    = 274.32  Cálculo del cambio del almacenamiento en la zona no saturada

⍙ = − ⍙ =274.3220.1 ⍙ =254.22 mm 7. Recarga efectiva por precipitación y aporte de río en la zona inundada para el mes de enero

 =  ∆  =717.1254.22  =462.88  La recarga total para el mes de enero será 462.88 mm

ANEXO C: MEMORIA FOTOGRÁFICA

I . Pr uebas de I nfiltración en la Zona no Saturada de las Áreas de I nundación  –  Permeámetro de Guelph a) Perforación del pozo para la formación del bulbo saturado; b) Instalación del  Permeámetro de Guelph; c) Sección transversal del Reservorio del Permeámetro; d) Relleno de agua y determinación de la carga hidráulica de la prueba e) Lectura  y registro de datos de la prueba.

I I . Pruebas de I nfiltración en la Zona no Saturada de las Áreas de Inundación  –   Anillas de infiltración (doble anillo) a) Instalación de la anilla al terreno; b) Preparación del terreno para iniciar la  prueba; c) Anilla instalada; d) Relleno de agua e inicio de la prueba; e) Lectura y registro de datos de agua penetrada en el suelo en área y tiempo