DELINEACIÓN DE UNA ZONA DE PROTECCIÓN PARA EL ABASTECIMIENTO DE AGUA EN MÉRIDA, YUCATÁN, MÉXICO

Transcripción

1 DELINEACIÓN DE UNA ZONA DE PROTECCIÓN PARA EL ABASTECIMIENTO DE AGUA EN MÉRIDA, YUCATÁN, MÉXICO Julia Pacheco Avila 1, 2 ; Arando Cabrera Sansores 1 ; Lorena Calderón Rocher 1 ; Luis Marín 2 ; Birgit Steinich 3 ; Oscar Escolero 1 1 Universidad Autónoa de Yucatán. Facultad de Ingeniería. Av. Industrias no containantes por Anillo Periférico Norte, Mérida, Yucatán, México. Tel. (999) , ext. 129 Fax (999) ; E-ail: pavila@tunku.uady.x 2 Universidad Nacional de México. Instituto de Geofísica. Circuito Exterior, Ciudad Universitaria CP México, D.F. 3 Universidad Nacional Autónoa de México. Unidad de Ciencias de la Tierra. Capus Juriquilla, Querétaro, Qro. RESUMEN El principal capo de pozos para el abasteciiento de agua potable en la ciudad de Mérida, es la planta Mérida I, localizada al sur de la ciudad. El uso del suelo es principalente agrícola y pecuario, por lo que se consideran fuentes potenciales de containación al agua subterránea. Se deterinaron los nitratos y los colifores fecales, así coo las direcciones preferenciales del flujo subterráneo y las áreas de influencia de los pozos, por edio del prograa Wellhead Protection Área. Los resultados ostraron: que se tienen dos direcciones preferenciales del flujo; que la concentración de nitratos cuple con el valor establecido por la nora oficial exicana; que la densidad de colifores fecales se increentó durante la teporada de lluvias; y tabién, que el área de influencia de los pozos es de aproxiadaente La delineación de una zona de protección hidrogeológica, se sugiere para proteger la única fuente de abasteciiento. INTRODUCCIÓN La ciudad de Mérida, cuenta con un sistea de abasteciiento de agua potable totalente dependiente del agua subterránea, debido a la falta de corrientes superficiales. Sin tener fuentes alternativas, la pérdida de pozos de abasteciiento por la containación, podría tener coo consecuencia un ipacto inediato a la econoía y bienestar social; adeás de que, los containantes no detectados a tiepo, representan un problea de salud pública. El agua subterránea que sirve de abasteciiento para la ciudad de Mérida, se extrae de diferentes capos de pozos que se encuentran alrededor y dentro de los líites de la ciudad. Actualente, la ciudad dispone para su abasteciiento de tres capos de pozos, la Mérida I, la Mérida II y la Mérida III, adeás de algunos otros pozos individuales localizados en la periferia de la ciudad. La principal zona de extracción del agua subterránea con fines de abasteciiento es la planta Mérida I, en la que se tienen 25 pozos de extracción con una profundidad de 40 etros y en los que la extracción de agua se realiza a 20 etros por debajo del nivel freático. De este capo de pozos, se extraen 42.3 MM 3 al año, cantidad que representa el 47.8% de la extracción total (BGS, FIUADY, CNA, 1995).

2 Miller (1996), realizó un trabajo coparativo acerca de la vulnerabilidad a la containación del agua subterránea y su protección, entre los acuíferos de Florida y Yucatán. La zona de estudio para el estado de Yucatán, fue el capo de pozos de la Mérida I y en Florida, fue el condado de Dade, abas con un abiente hidrogeológico uy siilar. Los resultados de este estudio, se analizaron por edio de la aplicación del odelo sei-analítico de coputadora denoinado Wellhead Protection Area (WHPA, 1993) y la principal conclusión fue la de dar atención a las condiciones de calidad del agua en las zonas estudiadas. Asiiso, en el Título Quinto de la Ley de Aguas Nacionales y su Reglaento, se enciona que se podrá declarar la reserva de aguas en casos coo por ejeplo, preservar fuentes de agua o protegerlas contra la containación y para preservar y controlar la calidad del agua (CNA, 1994). El objetivo de este trabajo, es la delineación de una zona de reserva hidrogeológica para el principal capo de pozos de extracción (Mérida I), que abastece de agua a la ciudad de Mérida, ediante la utilización de los nitratos y los organisos colifores fecales coo indicadores de containación y de las direcciones preferenciales del agua subterránea en el área de estudio. Ubicación ÁREA DE ESTUDIO El área de estudio se localiza entre las carreteras Mérida Tiucuy y Mérida Tzacalá, a 25 k del Anillo Periférico, al sur de la ciudad de Mérida, alrededor del capo de pozos de extracción de la planta Mérida I (Figura 1). La ubicación geográfica es entre los paralelos 20 º 45' y 20 º 46' de latitud norte y entre los eridianos 89 º 30' y 89 º 40' de longitud oeste respecto al Meridiano de Greenwich, a una altitud proedio de 9 sn, cubriendo aproxiadaente un área de 370 k 2 (Escalante, 2000). Cliatología El clia es cálido subhúedo, con una teperatura edia anual de 26 º C, con una áxia proedio de 40 º C en los eses de Mayo a Agosto y de 10 º C en los eses de Diciebre y enero, considerados coo los ás fríos (CNA, 2000). La cantidad de precipitación pluvial en esta área, varía de 470 a 930 anuales, con régien de lluvias de Mayo a Octubre, correspondiendo a los eses de Noviebre a Abril, el período de enor precipitación pluvial (INEGI, 1992). Hidrogeología El acuífero de Yucatán, está forado por calizas de características variadas y depósitos de litoral, cuenta con un espesor edio de 150 etros y desde el punto de vista hidráulico, se le puede considerar un acuífero libre, excepto por una estrecha franja a lo largo de la costa (Perry et al., 1989). Debido a la presencia de la cuña de agua arina que subyace al agua dulce, el espesor saturado de ésta, crece hacia tierra a dentro, siendo enor de 30 etros dentro de una franja de 20 kilóetros a partir del litoral, de 30 a 100 etros en el resto de la llanura y del orden de 100 etros en el área de loeríos (SARH, 1989).

3 En el área, existe una carstificación asiva que conlleva a la falta de corrientes superficiales debido al desarrollo de fracturas y canales de disolución; la ausencia de la cubierta de suelo y los volúenes de precipitación, dan lugar a una rápida infiltración, propiciando el arrastre de los containantes hacia el acuífero (BGS, FIUADY, CNA, 1995). Usos del suelo Las actividades agrícolas y pecuarias son predoinantes en el área, aunque se dedican en enor proporción a la apicultura. En la agricultura, se cultivan principalente los cítricos, jitoates y henequén; y la actividad pecuaria se refiere principalente a la cría y explotación de ganado bovino, porcino, ovinos y aves. Cabe encionar, que en algunos lugares se tienen fábricas de ateriales para la construcción y bancos de explotación de aterial (Pacheco, 2000). Figura 1. Ubicación del área de estudio.

4 MÉTODOS Deterinación del área de estudio Se seleccionó un área de aproxiadaente 10 kilóetros alrededor de la planta Mérida I, la cual abastece a la ayor parte de la población de la ciudad de Mérida, Yucatán. En esta área, se censaron ediante reconociientos de capo 57 pozos entre soeros y profundos, en los cuales se llevó a cabo el uestreo general. A partir de la realización del uestreo general, se descartó algunos pozos debido principalente a la dificultad de acceso, al desuso del pozo y a la presencia de agentes externos al pozo, tal coo el aceite. En total, se uestrearon de anera sisteática 41 pozos, de los cuales 17 son soeros y 24 profundos. Deterinación de la dirección preferencial del flujo subterráneo Se llevó a cabo la nivelación topográfica del área de estudio ediante un distancióetro electrónico, con ediciones de un error áxio de 3, utilizando coo bancos de nivel los ás cercanos al área, los cuales fueron proporcionados por el INEGI. Asiiso, se realizaron ediciones de las profundidades al nivel freático con un piezóetro electrónico, indicando si la edición fue hecha en régien estático o dináico. Para el caso de los pozos de extracción de la planta Mérida I, cabe encionar que no en todos los pozos se hicieron estas ediciones, debido a que no se tenían en los pozos sisteas para el uestreo piezoétrico o a la presencia de aceite, y desde luego, todos los niveles edidos fueron dináicos. Los potenciales hidráulicos se obtuvieron a partir de la diferencia de la cota del nivel topográfico y la lectura del nivel piezoétrico en régien estático. Calidad del agua subterránea Para la deterinación del nitrógeno de nitratos, se utilizó la técnica de espectrofotoetría de luz ultravioleta. La concentración de nitrógeno de nitratos en una uestra de agua se deterina idiendo la absorbancia o transitancia en el ábito ultravioleta a 220 n y coparando las lecturas con las obtenidas de una curva de calibración; posteriorente, éstos resultados se convierten a través de un factor graviétrico para obtener las concentraciones coo nitratos en iligraos por litro. Los análisis bacteriológicos se realizaron por edio del filtro de ebrana en una incubadora portátil (APHA, AWWA, WEF, 1992). El voluen de la uestra de agua para el análisis bacteriológico, varió en función de la profundidad del pozo, ya que la ayoría de los soeros tienen una concentración de organisos colifores fecales ayor que la encontrada para pozos profundos.

5 Delineación del área de influencia para los pozos Se utilizó el prograa Wellhead Protection Area (WHPA), de la Environental Protection Agency (EPA), el cual es un prograa sei analítico de siulación del flujo del agua subterránea y es usado para la delineación de las zonas de captación en un área de protección para capos de pozos. Se puede aplicar para evaluar últiples tipos de acuíferos (confinados, seiconfinados y libres. El WHPA se puede representar para últiples pozos de bobeo y de inyección y puede evaluar cuantitativaente los efectos de la entrada de paráetros de incertidubre en la delineación de la zona de captación. El prograa consiste de cuatro ódulos (RESSQC, MWCAP, GPTRAC, MONTEC), para nuestro caso, se utilizó el ódulo GPTRAC que es el algorito que ejor ajusta a las características del acuífero de Yucatán. Dirección preferencial del flujo subterráneo RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se obtuvieron dos direcciones preferenciales del flujo en el área de estudio; de SW a NE en época de estiaje y de SE a NW en la época de lluvias. Se observó que para algunos pozos soeros, se reportaron niveles bajos en casi todas las ediciones, lo que podría deberse a la localización del pozo en una zona de aterial poco pereable, ya que el nivel tarda en recuperarse; adeás de que, algunos pozos ostraron coportaientos anóalos debido a afectaciones puntuales y teporales, coo el hecho de que al llegar y hacer la edición, el pozo aún se estaba recuperando de algún tiepo de extracción. Calidad quíica del agua Se observó que el agua en la ayoría de los pozos, cuple con el valor establecido por la Nora Oficial Mexicana (NOM-127-SSA1-1994) en cuanto a la concentración de nitratos, la cual es de 45 g/l coo nitratos, presentándose las ayores concentraciones en las aguas de pozos soeros durante la teporada de estiaje y las ás bajas, en los pozos de extracción de agua de la planta Mérida I, en donde el agua se extrae a 20 etros por debajo del nivel freático. Calidad bacteriológica del agua En el área de estudio, existe containación fecal en pozos soeros y en algunos pozos profundos de las poblaciones ubicadas alrededor de la planta Mérida I. Cabe encionar que el agua de los pozos en la planta Mérida I, fue colectada antes de pasar por los sisteas de cloración. Coparando las densidades de organisos colifores fecales en las teporadas de estiaje y lluvias, se notó un increento de las Unidades Foradoras de Colonias (UFC) durante la época de lluvias, debido al arrastre de ateria containada al acuífero.

6 Delineación de la zona de reserva hidrogeológica Para aplicar el prograa de la Wellhead Protection Area de la EPA, se requirió la siguiente inforación: Tabla 1. Unidades usadas para la ipleentación del Prograa WHPA Variable Descripción Tipo de acuífero Libre Unidades Metros y días Núero de pozos de extracción 25 Núero de pozos de inyección 0 Coordenada ínia en X del área de estudio Coordenada áxia en X del área de estudio Coordenada ínia en Y del área de estudio Coordenada áxia en Y del área de estudio Transisividad del acuífero 2 / d Gradiente hidráulico regional / Angulo del flujo del agua subterránea º Porosidad del acuífero Adiensional Espesor saturado del acuífero Tasa de recarga / d Período de tiepo para ejecutar el WHPA días Tabla 2. Unidades para cada pozo de extracción Variable Coordenada en X del pozo Coordenada en Y del pozo Tasa de recarga del pozo Descripción 3 / d Los valores del gasto de extracción de los pozos de la planta Mérida I, se dan en la Tabla 3. Los valores que se consideraron para las características hidrogeológicas del acuífero se dan en la Tabla 4 y fueron seleccionados entre los valores reportados, ya que no son hoogéneos debido a la naturaleza cárstica del edio; por lo que, en la ejecución del prograa, se realizaron varias pruebas. Los resultados de estas pruebas ostraron que el gradiente hidráulico fue la característica de ayor peso para la variación de los resultados. Por lo tanto, se realizaron dos pruebas con diferentes valores para el gradiente hidráulico, que han sido usados en trabajos previos. Los ángulos de flujo se deterinaron de los gráficos obtenidos en el SURFER para los potenciales hidráulicos, tanto en sequía coo en lluvia.

7 Tabla 3. Gasto el lps de los pozos de extracción de la planta Mérida I Pozo Gasto (lps) Pozo Gasto (lps) Pozo Gasto (lps) A A Fuente: JAPAY (2000) Tabla 4. Paráetros de ingreso al Prograa WHPA, para cada una de las pruebas 1. Paráetro Transisividad Porosidad 20% Espesor saturado 50 etros Gradiente hidráulico / k / k Angulo de flujo 65 º / 120 º Tasa de recarga Los valores de la tabla, están reportados en diferentes estudios (SARH, 1989; Marín, 1990; Villasuso, 1992; BGS, FIUADY, CNA, 1995; Steinich y Marín, 1996; Graniel et al., 1999) La delineación del área de influencia para el capo de pozos de extracción de la planta Mérida I, fue la resultante de utilizar un gradiente hidráulico de k / k, con el que se obtuvo una distancia de etros considerando un período de un año; y con el gradiente de k / k, se obtuvo una distancia proedio de etros; abas distancias, representan el lugar desde donde se está extrayendo el agua en los pozos. Para definir el área ínia de protección para los pozos de extracción de la Planta Mérida I, se realizó un ontaje de los gráficos correspondientes a las áreas de influencia obtenidas y las concentraciones de nitratos y de colifores fecales en las épocas de estiaje y lluvia, respectivaente. El área de protección y las densidades de colifores fecales para las épocas de estiaje y lluvia, se consideraron las enos favorables, por lo que la delineación del área de protección se considera ás segura (Figuras 2 y 3).

8 CONCLUSIONES Se tienen dos direcciones preferenciales del flujo subterráneo en el área de estudio, de SW a NE en el estiaje y de SE hacia el NW en época de lluvia. La calidad quíica y bacteriológica de las aguas de los pozos, es de enor calidad en los pozos soeros y durante la época de estiaje. En coparación con la Nora Oficial Mexicana (NOM, 1994) los líites establecidos para la concentración de nitratos y colifores fecales, son excedidos en las aguas de los pozos soeros y en las aguas de los pozos profundos. El líite para colifores fecales se excede en algunos de los pozos de la zona rural alrededor del capo de pozos. La delineación del área de influencia que se sugiere para el capo de pozos de extracción de la planta Mérida I, fue la resultante de utilizar un gradiente hidráulico de k / k, con el que se obtuvo una distancia de etros considerando un período de un año, esta distancia representan la distancia de influencia desde donde se está extrayendo el agua de los pozos. Figura 2. Área de influencia de los pozos y densidad de colifores fecales en la época de estiaje.

9 Figura 3. Área de influencia de los pozos y densidad de colifores fecales en la época de lluvias. Toando coo base la condición ás desfavorable, se realizó el ontaje de las WHPA y las calidades quíica y bacteriológica, en donde se observó que la containación por colifores fecales podría afectar la calidad del agua subterránea del capo de pozos a corto plazo, considerando que las condiciones de vulnerabilidad de los acuíferos cársticos no han podido ser descritas por los odelos analíticos y nuéricos conocidos. En cuanto a la concentración de nitratos en las aguas de los pozos profundos de la planta Mérida I, ésta es enor que el líite establecido por la Nora Oficial Mexicana; sin ebargo, en algunos pozos ubicados en el área rural adyacente, dichas concentraciones exceden la NOM, por lo que se sugiere toar las edidas preventivas pertinentes. RECOMENDACIONES Realizar otras pruebas con el Prograa WHPA, variando los valores de las características geohidrológicas del acuífero, con la finalidad de obtener la condición ás desfavorable que perita hacer sugerencias precisas para la preservación del recurso, que es la única fuente de abasteciiento. Asiiso, se sugiere la elaboración y puesta en archa de un esquea de anejo para la zona de protección deliitada, con fines de preservación de la calidad del agua para uso y consuo huano.

10 AGRADECIMIENTOS Al Sistea de Investigación Regional Justo Sierra del CONACyT, por el financiaiento econóico para la realización del proyecto "Deliitación de una zona de reserva hidrogeológica para el abasteciiento de agua potable a la ciudad de Mérida, Yucatán", Clave Al CONACYT, por el financiaiento del proyecto "Deterinación y prueba de un índice de containación por nitratos en el acuífero kárstico de Yucatán", Clave 27912T. J. Pacheco, agradece al CONACYT, la beca otorgada para la realización de estudios de doctorado. A los participantes en el proyecto por el trabajo realizado y a los integrantes del Prograa Iberoaericano de Ciencia y Tecnología para el desarrollo, Subprograa Aprovechaiento y Gestión de Recursos Hídricos, por sus coentarios y discusiones. REFERENCIAS APHA, AWWA, WEF. (1992) Standard Methods for the Exaination of Water and Wastewater. 18 th. edition. Clesveri L.S., Eaton A.D. y A.E. Greenberg (Eds.) Washington, D.C. USA. BGS, FIUADY, CNA (1995) British Geological Survey, Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoa de Yucatán, Coisión Nacional del Agua. Ipact of urbanisation on groundwater in Mérida, Mexico. Final Report. NCR. Nothingha, UK. CNA (1994) Coisión Nacional del Agua. Ley de Aguas Nacionales y su Reglaento. México. CNA (2000) Coisión Nacional del Agua. Base de datos cliatológicos en el área de estudio. Escalante, Z.A. (2000) Diagnóstico preliinar para la deliitación de una zona de reserva hidrogeológica al sur de la ciudad de Mérida, Yucatán. Tesis de Licenciatura en Ingeniería Civil. Universidad Autónoa de Yucatán, México. Graniel CE, Morris BL, Carrillo-Rivera JJ (1999) Effects of urbanization on groundwater resources of Merida Yucatan. Environental Geology 37 (4) 303:311. INEGI (1992) Instituto Nacional de Estadísticas Geografía e Inforática. Anuario Estadístico del Estado de Yucatán. Gobierno del Estado de Yucatán. México. JAPAY (2000) Junta de Agua Potable y Alcantarillado de Yucatán. Planta Mérida I. Counicación personal con el Ing. Willia Espejo, Jefe de la planta. Miller J (1996) Coparación de los acuíferos floridano y yucateco. En Meorias del 3er. Congreso Latinoaericano de Hidrología Subterránea. Zacatecas, México. Marín LE (1990) Field investigation and nuerical siulation of groundwater flow in the karstic aquifer of Nortwestern Yucatan, Mexico. PhD Thesis Northern University of Illinois, USA. NOM-127-SSA1 (1994) Nora Oficial Mexicana. Secretaría de Salubridad y Asistencia. Salud Abiental, agua para uso y consuo huano líites perisibles de calidad y trataientos a que debe de soeterse el agua para su potabilización. Pacheco AJ (2000) Infore parcial del proyecto "Deliitación de una zona de reserva hidrogeológica para el abasteciiento de agua potable a la ciudad de Mérida, Yucatán". Sistea de Investigación Justo Sierra del CONACyT. Universidad Autónoa de Yucatán. Perry, E.C., Swift, J., Gaboa, J., Reeve, A., Sanborn, R., Marin, L.E., Villasuso, M. (1989). Geological aand environental aspects of surface ceentation, North coast, Yucatan, Mexico. Geology, 17,

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