Evaluación de la Calidad de Aguas para Riego de la Cuenca del Río Calera, Tucumán, Argentina

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1 Evaluación de la Calidad de Aguas para Riego de la Cuenca del Río Calera, (1) (2) (2) Rodríguez, Mónica ; D Urso, Carlos ; Rodríguez, Graciela ; (1) Sales, Adriana 1: Fac.de Bioqca, Qca y Fcia. UNT. Ayacucho 471. S.M. de Tucumán (CP 4000), Argentina. monanni@fbqf.unt.edu.ar 2: Fac. de Ciencias Naturales. UNT. S. M. de Tucumán (CP 4000), Argentina. Evaluation of the Water Quality for Watering of the Calera River Basin in Tucuman, Argentina Abstract The aim of this work is to evaluate water quality control for agricultural use of Calera river basin aquifers, in Tucumán NE, Argentina. A physicochemical analysis of well-water samples from selected locations was carried out. The results obtained were used for the calculation of different estimators of water aptitude for watering and there were displayed in several diagrams. We concluded that the waters analized are apt for plants resistant to salinity and in grounds with a very good drainage. Key words: Water quality; Watering; Calera river, Tucumán. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 15

2 Resumen El objetivo del presente trabajo es evaluar la calidad del agua para uso agrícola, de acuíferos pertenecientes a la cuenca del río Calera en el noreste de la provincia de. Se realizó el análisis físico y químico de muestras de agua de pozos de distintos puntos del área. Los resultados obtenidos se usaron para el cálculo de diferentes estimadores de la aptitud del agua para riego y se volcaron en diversos diagramas. Se concluyó que las aguas son aptas para plantas que sean resistentes a la salinidad y en suelos con muy buen drenaje. Palabras clave: Calidad de agua; Riego; Río Calera; Tucumán. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 16

3 Introducción La cuenca del río Calera se desarrolla en el extremo noreste de la provincia de Tucumán abarcando una superficie aproximada de km, con un aporte anual de m /seg. La región se encuentra en el ambiente hidrogeológico de la llanura oriental tucumana, limitada al norte con las sierras de Medina y La Ramada, al Este con el Espolón de Tacanas (Tineo, A.; Fernández, R.; Guerrero, C. y De la Vega, E., 1984), el Oeste con la sierra del Aconquija y al Sur con la desembocadura del río Calera en el río Salí. En esta zona se encuentra un importante asentamiento humano, dedicado casi exclusivamente a la explotación agrícola-ganadera. Los cultivos más regados son la caña de azúcar y los citrus, de gran impacto económico regional. Como el abastecimiento de agua superficial está severamente limitado debido a los bajos módulos del río Calera y sus afluentes, el recurso subterráneo constituye una alternativa importante. La cuenca hidrográfica del río Calera se origina en los Bordos de La Lechuzita a m sn m, entre el faldeo oriental de la sierra de Medina y el occidental de la sierra del Nogalito, con rumbo aproximado Norte-Sur, con el nombre de río Medina. Recibe el nombre de río Calera al norte de la localidad de El Sunchal. Tiene un trazado meridional y constituye un típico río de montaña, con un valle angosto y profun- 3 do. Su módulo es de 0,640 m /seg y su caudal promedio en época de mínima totaliza 300 l/seg. El río Calera es el único afluente de la margen izquierda del río Salí, circula entre la sierra de La Ramada al Oeste y la sierra de Medina al Este (Fig. 1). Las precipitaciones y la geología son dos componentes del entorno geográfico que desempeñan un papel primordial en la generación de los recursos de aguas subterráneas en la región. La recarga de los acuíferos se ubica en el extremo austral de las sierras de La Ramada y Medina donde se encuentran los niveles permeables que permiten la infiltración del agua precipitada en la cuenca y el agua aportada por los ríos y arroyos. La dirección del flujo subterráneo coincide con la pendiente regional del terreno, siendo su dirección predominante Noroeste-Sudeste. En la región se pudo diferenciar tres tipos de acuíferos con características bien definidas. El acuífero libre o freático, originado principalmente por el relleno del cauce del río Calera y de las terrazas fluviales que este forma que está constituido por gravas con cantos de rocas metamórficas y arena rosada cuarzosa. El acuífero semiconfinado (secuencia superior), está formado por gravas con cantos de rocas metamórficas y cuarzo subordinados, arenas líticas e intercalaciones de limos y arcillas pardas. El acuífero semiconfinado (secuencia Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 17

4 í Aguilares Km Rodríguez, M.; D Urso, C.; Rodríguez, G.; Sales, A. : Evaluación de la Calidad de Aguas para Riego de la Cuenca del Río Calera, 65º 11 26º 34 Sierra de Medina N UBICACION DE LOS PUNTOS DE MUESTREO Aº Tranquitas Aº Artaza Aº Sucio El Sunchal M18 Sierra de La Ramada 6º º 34 El Naranjo 26º 49 65º 11 Río Salí Las Piedritas Calera Ro í M13 M1 ALDERETES 305 M15 M Caña da de Alsogaray M 1 2 M14 M3 M2 304 Luisiana La Corzuela M17 M 1 0 El Chañar M11 M4 M Taco Palta Macomita M6 M8 El Espinillo M La Marta La Ramada La Ramada de Abajo 26º 49 64º 52 CROQUIS DE UBICACION CATAMARCA C A T A M A R C A SA L T A C A TAM TAM A R CA CA Ro o R M e d i n a s Agu ilar es SALTA D iqu e D r. G e ls i T UCUM AN S ANTI R.Calera S A N M I G U EL D E T U CU M A N D iqu e T e rma s deroh í oo n d SANTIAG O DEL EST E RO AG O DEL ESTERO 312 Ruta Provincial Camino secundario Localidad Ciudad Río o Arroyo R E F E R E N C I A S 450 Paleocauce Sistema Montañoso y Zonas de Lomadas Punto de Muestreo Nº Curva de Nivel Punto de Muestreo Superficial K m Escala Gráfica Figura Nº 1. Mapa de Ubicación y Geológico de la Cuenca del Río Calera,. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 18

5 inferior) está constituido por arenas cuarzosas blanquecinas intercalados con potentes paquetes limo arcillosos rojizos. El objetivo del presente trabajo es evaluar la calidad del agua para uso agrícola de los acuíferos freáticos y semiconfinados de la Cuenca del Río Calera mediante la evaluación de parámetros físicos y químicos y el cálculo de diferentes estimadores de la aptitud del agua para el riego. Material y Método Se realizaron análisis físicos y químicos de diecisiete muestras seleccionadas en distintos puntos del área, de las cuales doce corresponden a pozos profundos (entre 80 m y 444 m), cuatro a pozos freáticos y se incorporó a la red de monitoreo una muestra de agua superficial del río Calera. Las determinaciones realizadas sobre las aguas estudiadas incluyeron los análisis químicos de las especies Na, K, Ca, Mg, Cl, = HCO, SO, sólidos totales, conduc- 3 4 tividad y ph. Se usaron para el análisis químico las técnicas normatizadas sugeridas en el APHA, AWWA y WPCF, Para realizar la medición del ph de las muestras se usó la técnica de potenciometría directa usando un peachímetro Mettler Delta 3 con electrodo combinado de + vidrio (método Nº 4500-H ). La conductividad se midió en un conductímetro Tacussel CD 78 según método Nº 2510 B. Los sólidos totales disueltos se obtuvieron en base a los valores de conductividad (método No 2510 A). La investigación de cloruros se realizó mediante el método argentométri- co (método No 4500-Cl B) y la de sulfatos por el método turbidimétrico (método No 4500-SO4 E). La determinación de carbonatos y bicarbonatos se realizó mediante una Volumetría de Neutralización usando ácido clorhídrico 0,01990 N como solución valorante y la técnica de sucesión de indicadores, fenolftaleína y verde de bromo cresol, sugerida por Warder (Rodier, 1981). Las determinaciones de los constituyentes catiónicos sodio y potasio se llevaron a cabo por Fotometría de llama según métodos normalizados (Nº 3500-Na D y K D). El contenido de calcio y magnesio se obtuvo a través de un método complexométrico usando EDTA y una combinación de indicadores, NET y murexida. (Rodier, 1981). Los resultados obtenidos permitieron clasificar las aguas según diferentes estimadores de la aptitud del agua para riego: 1) Conductividad Eléctrica, 2) Salinidad Efectiva; 3) Salinidad Potencial, 4) Relación de Adsorción de Sodio, 5) Porciento de Sodio Posible. A continuación se definen los estimadores utilizados y la clasificación correspondiente a cada uno de ellos: 2 Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 19

6 1) La conductividad eléctrica (CE) es un índice de la concentración total de sales disueltas en un agua dada. Se puede utilizar el valor de la CE del agua como parámetro de clasificación (Pizarro, 1978) según se indica en la tabla 1. 2) La salinidad efectiva (SE) constituye una estimación más real de peligro. Representa las sales solubles del agua de riego al pasar a formar parte del agua del suelo, pues toma en cuenta la precipitación ulterior de las sales menos solubles: carbonato de calcio y magnesio y sulfato de calcio. Se pueden usar diferentes expresiones para el cálculo según corresponda. 2+ SE = Suma de Cationes Ca ; si Ca < (CO + HCO + SO ) y Ca2 > (CO + HCO ) SE = Suma de Cationes (Ca + Mg ); 2+ 2 si Ca < (CO 3 + HCOO 3 ) y Ca + Mg < (CO 3 + HCO 3 ) Las concentraciones de los cationes y aniones van expresadas en meq/l. 3) La salinidad potencial (SP) es un índice para estimar el peligro de las sales que quedan en solución a bajos niveles de humedad. Es uno de los mejores estimadores del efecto de las sales sobre las plantas. 2 SP = [Cl ] + ½ [SO ] 4 [Cl ] = Concentración de cloruros en [SO 2 4 meq/l ] = Concentración de sulfatos en meq/l Clasificación CE 25ºC (umhos/cm) C.1. Baja salinidad C.2. Salinidad media C.3. Altamente salina C.4. Muy altamente salina Tabla 1. Clasificación de aguas para riego según su CE. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página

7 En la tabla 2 se indica la clasificación de las aguas para riego según su SE o por su SP. 4) La relación de adsorción de sodio (RAS) es un índice efectivo del peligro potencial de un agua en equilibrio con el suelo. Sin embargo, muchos otros factores pueden influenciar el equilibrio mencionado y hacer variar la relación. Cuando las aguas de riego contienen cantidades considerables de sodio en solución, este se acumula paulatinamente en el suelo y como consecuencia, el suelo se deflocula y pierde su estructura. Debido a ésto, la permeabilidad del suelo al agua y aire disminuye, se favorece la formación de costras, todo lo cual afecta o impide el desarrollo normal de los cultivos /2 RAS = [Na ]/([Ca ] + [Mg ]) + [Na ] = Concentración de sodio en meq/l 2+ [Ca ] = Concentración de calcio en meq/l 2+ [Mg ] = Concentración de magnesio en meq/l En la tabla 3 se muestra la clasificación de las aguas para riego según su RAS. Clase Salinidad efectiva o Salinidad potencial (meq/l) Buena Menos de 3 Condicionada 3-15 No recomendable Mayores de 15 Tabla 2. Clasificación de aguas para riego según su SE o por su SP. Clasificación RAS CE = 100 mhos/cm CE = 750 mhos/cm S.1. Bajo en sodio S.2. Media en sodio C.3. Alta en sodio C.4. Muy alta en sodio > 26 > 18 Tabla 3. Clasificación de aguas para riego según su RAS. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 21

8 5) El porciento de sodio posible (PSP) es la cantidad de Na que resultaría una vez precipitados los carbonatos de calcio y magnesio y el sulfato de calcio los cuales al precipitarse aumentan relativamente lo proporción de sodio sobre los demás cationes. Se basa en la siguiente ecuación. + PSP = ([Na ]/SE) x [Na ] = Concentración de sodio en meq/l SE = Salinidad efectiva. En la tabla 4 se muestra la clasificación de las aguas para riego según su PSP. Mediante el empleo del diagrama de Piper Hill Langelier, los cationes y aniones mayoritarios (calcio, sodio, magnesio, bicarbonato, cloruro y sulfato), permitieron clasificar el tipo de agua y su estado evolutivo. De esta manera, se detectaron diferentes tipos de aguas como se observa en la figura 2. También utilizando el Diagrama de Wilcox se determinó la aptitud de agua para riego. Se clasificaron las aguas en tipos que presentan un alto o bajo riesgo para la salinización o alcalización del suelo en base a los parámetros "conductividad eléctrica" e "índice de adsorción de sodio" (figura 3). Condición del suelo PSP Clasificación 1. Cualquiera. 2. Suelos orgánicos o de textura ligera. 3. Suelos minerales o de textura medias o pesadas, con menos de 4 % de CaCO 3+ MgCO 3. Menor a 50% Mayor a 50 %, con menos de 10 meq/l de sodio Mayor 50 %, con más de 10 meq/l de sodio Buena para riego Buena para riego Peligro de sodificación. Tabla 4. Clasificación de aguas para riego según su PSP. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 22

9 Diagrama de Piper Hill Langelier Muestras de Aguas Superficiales y Subterráneas Total Sólidos Disueltos (Partes por millón) 0 ++ Mg Na + K = SO 4 + Cl Mg 0 CATIONES REFERENCIAS 1- Sulfatada y/o clorurada cálcicas y/o magnésicas 2- Bicarbonatadas cálcicas y/omagnésicas 3- Cloruradas y/o sulfatadas sódicas 4- Bicarbonatadas sódicas 5- Tipo magnésicas Cl ANIONES 6- Tipo cálcicas 7- Tipo sódicas 8- Tipo sulfatadas 9- Tipo bicarbonatadas 10- Tipo cloruradas CLASIFICACION Y EVOLUCIÓN DEL AGUA 1- Sulfatadas y/o cloruradas cálcicas y/o magnésicas: M1, M3, M7, M8, M10, M18 3- Cloruradas y/o sulfatadas sódicas: M2, M4, M5, M11, M12, M13, M14, M15 4- Bicarbonatadas sódicas: M6, M16 y M Ca + Mg 40 M16 M14 M11 0 M M12 M5 0 M17 M13 M15 M4 M M18 M10 M1 M12 7 M3 M17 M15 M8 M2 M13 M14 M5 M6 M16 M7 M11 M4 4 1 M18 M8 M10 M7 M1 M3 100 M M7 M8 M18 M10 M11 M5 M13 M2 M3 M12 M1M14 M6 M4 M17 M15 = CO 3 + HCO SO 40 = 4 Figura Nº 2. Diagrama de representación de los análisis correspondientes a las aguas de los pozos para determinar sus facies químicas. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 23

10 PELIGRO DE SODIO Muy Alto S4 Alto S3 Medio S2 Bajo S1 R A S Diagrama de Wilcox M4 12 M11 M16 10 M15 M M6 M12 6 M13 M17 M14 M7 M2 M8 4 M3 M1 M10 2 M Baja CONDUCTIVIDAD (micromhos/cm a 25º C) C1 C2 C3 C4 Medio Peligro de Salinidad Alto Muy Alto Referencias Superficial (Dique El Sunchal) Freático Semiconfinado Muestra Nº Clasificación Clase Aptitud M1, M2, M10 y M18 III Buena a Regular M5, M6, M7, M8, M10, M12, M13, M14, M15, M16, M17 III Buena a Regular M4 y M11 III Buena a Regular Peligrosidad Salina Peligrosidad Sodica C3 S1 C3 S2 C3 S3 Figura Nº 3. Diagrama de representación de los análisis químicos correspondientes a las aguas superficiales y subterráneas en los distintos puntos de muestreo para determinar su aptitud para riego. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 24

11 Resultados y Discusión Los resultados obtenidos del procesamiento de los datos correspondientes a los análisis realizados en las muestras de agua se muestran en la tabla 5. En primer lugar se indican los valores obtenidos de ph, que aunque no es una determinación de importancia en la evaluación de la calidad de aguas para riego, se considera la existencia de un rango normal de ph entre 6,5 y 8,4. Todas las muestras caen dentro de este ámbito normal. Muestra ph 1 CE 2 SE 3 SP 4 RAS 5 PSP 6 Na 1 7, ,7 4,03 3,17 72, , ,1 4,28 5,11 98, , ,1 4,68 4,04 98, , ,1 6,14 13,04 99, , ,1 5,24 8,67 99, , ,1 2,52 7,50 98, , ,8 10,34 5,97 95, , ,0 9,38 4,85 81, , ,1 4,12 2,74 65, , ,9 7,56 11,31 95, , ,2 3,90 6,98 98, , ,1 3,42 5,88 98, , ,2 5,88 6,52 98, , ,1 3,99 8,80 99, , ,2 2,02 10,62 98, , ,2 3,76 5,49 98, , ,1 3,54 1,43 58, CE: conductividad eléctrica; SE: salinidad efectiva; SP:salinidad poten- 4 5 cial; RAS:razón de adsorción de sodio; PSP:porcentaje de sodio posible; 6 Na: concentración de sodio en meq/l. Tabla 5. Análisis fisicoquímicos de las muestras de aguas subterráneas y superficiales. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 25

12 También se observa en la tabla 5 valores de conductividad eléctrica (CE) entre 797 y 1940 mhos/cm, quedando dentro del grupo C.3 en la clasificación correspondiente, lo que corresponde a un agua de característica altamente salina. Los valores de salinidad efectiva (SE) varían entre 5,1 y 19,9 meq/l, y los de salinidad potencial (SP) entre 2,02 y 10,34 meq/l; la mayoría de las muestras tienen valores que corresponden a la clasificación de condicionada (entre 3 y 15 meq/l) según este parámetro. La relación de adsorción de sodio (RAS) arroja valores entre 1,43 y 13,05, cayendo la mayoría en el rango de valores entre bajo y medio, quedando solamente una muestra con contenido alto en sodio. El porcentaje de sodio posible (PSP), presenta valores entre 65,9 % y 99,4 %. En todos los casos el PSP supera al 50 % lo que indicaría condiciones desfavorables para riego. Sin embargo, en siete muestras de pozo (M: 1, 2, 3, 6, 10, 13 y 17) y una superficial (río Calera - M18) se encontraron concentraciones de sodio menores a 10 meq/l lo que permitiría clasificarlas como buenas para el riego en relación con este índice. El resto, presenta peligro de sodificación. Según el Diagrama de Piper (figura 2) la mayoría de las aguas se definen como cloruradas y/o sulfatadas sódicas y sulfatadas y/o cloruradas cálcicas y/o magnésicas. Sobre la base de la clasificación según el diagrama de Wilcox (figura 3) la mayoría de las muestras caen en el grupo C3S2 correspondiente a una aptitud de Buena a Regular. Tanto en los acuíferos freáticos como en los semiconfinados existe una gran dispersión de los iones principales y de los valores de conductividad, debido a que regionalmente existen varias fuentes que los aportan. Los depósitos evaporíticos que se encuentran intercalados en las arcilitas del terciario, aportan sulfato y calcio a las aguas subterráneas que circulan por este sector, mientras que las salmueras presentes en la zona de El Timbó aportan el cloro y el sodio. Los bicarbonatos presentes en las aguas subterráneas provendrían de la infitración del agua de lluvia en sedimentos loésicos que coronan a los depósitos del cuaternario y de las calizas del terciario. La muestra de agua superficial del río Calera se la puede clasificar como sulfatada cálcica y su elevado contenido de sulfato se debe a la presencia de yeso presente en los sedimentos del Terciario. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 26

13 Conclusiones La calidad del agua para riego está íntimamente ligada al contenido total y al tipo de iones presentes en ellas. La alta concentración de sales en la zona radical reduce la disponibilidad de agua para las plantas por aumento del potencial osmótico, así el peligro de sodificación en el suelo está relacionado con la acumulación de Na intercambiable en el suelo lo cual produce un deterioro de la permeabilidad y estructura. En las muestra analizadas se observa que la calidad química de los acuíferos (Freáticos y Semiconfinados) y su evolución depende en gran medida de las reacciones que experimenta el agua subterránea con las formaciones geológicas que atraviesan. Así por ejemplo las aguas que circulan por sedimentos del terciario con yeso se clasifican como sulfatadas cálcicas. (río Calera: M18). Como regla general, se estableció que las aguas bicarbonatadas (aguas jóvenes con poca circulación) se ubican principalmente en el piedemonte de las sierras y las sulfatadas en la región central de la zona y en algunas áreas del piedemonte por la presencia de depósitos evaporíticos. Los índices y diagramas analizados muestran que las aguas en general poseen un elevado contenido de iones totales y elevado a regular contenido de iones sodio, en base a ello se puede concluir que son aguas aptas sólo para riego de plantas que sean resistentes a la salinidad y en suelos con muy buen drenaje. En una etapa posterior se realizará el control de las concentraciones de metales pesados que por su toxicidad pueden limitar la calidad del agua para riego o consumo humano. Agradecimientos Los autores agradecen al Dr. José P. López, director del Proyecto G314-CIUNT Estudios Petrológicos, Geoquímicos y Estructurales en las Fajas de Cizalla de la Sierra de Velazco, Provincia de La Rioja. Implicancias en la Evolución Geotectónicas Regional. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 27

14 Bibliografía Custodio y Llamas, Hidrogeología subterránea. Barcelona, Omega. pp Pizarro, F., Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos. Agrícola Española, Madrid. p Rodier, J., Análisis de las Aguas. Editorial Omega. pp. 103/104. APHA, AWWA, WPCF, Standard Methods for the Examination of water and wastewater. Tineo, A.; Fernández, R.; Guerrero, C. y De la Vega, E., Hidrogeología. Libro Geología de Tucumán. Capítulo XVII: Colegio de Graduados en Ciencias Geológicas de Tucumán. San Miguel de Tucumán. Ciencia, Vol. 3, Nº 7, Diciembre 08. Página 28