PROTECCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS CON FINES DE ABASTECIMIENTO

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1 PROTECCIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS CON FINES DE ABASTECIMIENTO Julia Pacheco Ávila* Universidad Autónoma de Yucatán Doctor en Ciencias (Aguas Subterráneas); Profesor Investigador de la Universidad Autónoma de Yucatán; Responsable de Proyectos de Investigación; Impartición de Cátedra a Nivel Licenciatura y Posgrado; Publicaciones en Revistas Nacionales e Internacionales; Miembro del Sistema Nacional de Investigadores; Evaluador de Proyectos de Investigación; Evaluador del Consejo de Acreditación para la Enseñanza de la Ingeniería. Armando Cabrera Sansores Universidad Autónoma de Yucatán Lorena Calderón Rocher Universidad Autónoma de Yucatán Dirección Postal: Avenida Industrias no Contaminantes por Anillo Periférico Norte. Mérida Yucatán, México. Teléfono: 52 (999) ext. 129 Fax: 52 (999) pavila@tunku.uady.mx RESUMEN El único medio de abastecimiento de agua en el estado de Yucatán, es la extracción del agua subterránea y para la ciudad de Mérida, el principal campo de pozos para abastecimiento público (Planta Mérida I) cuenta con un total de 25 pozos y se localiza al sur de la ciudad. La naturaleza cárstica de la región, hace que el agua subterránea sea muy vulnerable a la contaminación, ya que las fracturas, canales de disolución y la presencia de cavernas, permiten la infiltración y el arrastre de los contaminantes que se encuentran en la superficie del terreno. En los alrededores del campo de pozos, el uso del suelo es principalmente agrícola y pecuario, por lo que el uso no controlado de agroquímicos y la disposición inadecuada de los desechos humanos y pecuarios, son las fuentes potenciales de la contaminación del agua subterránea. En el presente proyecto, se evaluó la calidad química y bacteriológica del agua subterránea en función del tiempo y del espacio, con la finalidad de delinear una zona de reserva hidrogeológica para preservar la calidad del agua subterránea en el área de interés. Durante el muestreo preliminar, se tomaron muestras de agua en 46 pozos tanto someros como profundos, y durante las temporadas de estiaje y lluvias, el número de pozos fue de 39 y 42, respectivamente. En el campo, se determinaron la temperatura, ph, conductividad eléctrica, oxígeno disuelto y se incubaron las muestras para la determinación de organismos coliformes fecales y

2 en el laboratorio, los iones mayoritarios (calcio, magnesio, sodio, potasio, bicarbonato, sulfato, cloruro y nitrato), así como los metales pesados: cobre, cadmio, cromo, plomo, zinc, hierro y manganeso. Los resultados mostraron que la calidad química y bacteriológica del agua subterránea en el área de estudio varió más con respecto a la profundidad que con respecto a la distribución espacial y temporal; que la presencia de algunos metales pesados puede atribuirse al uso de suelo y que el área de influencia de los pozos es de aproximadamente 4500 m, a partir del lugar de la extracción. Por lo tanto, la delineación de la zona de protección hidrogeológica se sugiere para reservar la calidad del agua subterránea que se utiliza para consumo humano y para proteger a única fuente de abastecimiento de agua potable para la ciudad de Mérida Palabras Claves: protección del agua subterránea, abastecimiento de agua, calidad de agua, delineación de zonas de protección. INTRODUCCIÓN La ciudad de Mérida, cuenta con un sistema de abastecimiento de agua potable totalmente dependiente del agua subterránea, debido a la falta de corrientes superficiales. Sin tener fuentes alternativas, la pérdida de pozos de abastecimiento por la contaminación, podría acarrear un impacto inmediato a la economía y bienestar social; además de que, los contaminantes no detectados a tiempo, representan un problema de salud pública. El agua subterránea que sirve de abastecimiento para la ciudad de Mérida, se extrae de diferentes campos de pozos que se encuentran alrededor y dentro de los límites de la ciudad. Actualmente, la ciudad dispone para su abastecimiento de tres campos de pozos, la Mérida I, la Mérida II y la Mérida III, además de algunos otros pozos individuales localizados en la periferia de la ciudad. La principal zona de extracción del agua subterránea con fines de abastecimiento es la planta Mérida I, de la cual de extraen 42.3 Mm3 al año, cantidad que representa el 47.8% de la extracción total (BGS, FIUADY, CNA, 1995). Miller (1996), realizó un trabajo comparativo acerca de la vulnerabilidad a la contaminación del agua subterránea y su protección, entre los acuíferos de Florida y Yucatán. Los resultados de su estudio, los mostró por medio de la aplicación del modelo semianalítico de computadora denominado Wellhead Protection Area (WHPA, 1993). Asimismo, se han propuesto algunos planes de acción para establecer una zona de reserva hidrogeológica para el cuífero de Yucatán, basados en las Leyes y Regulaciones de Aguas Nacionales. En este trabajo, se menciona que la Comisión Nacional del Agua, establecida en 1989 como el organismo federal responsable de la administración del uso del agua en México, divide al país en 23 Consejos de Cuencas, de las cuales, la denominada Cuenca XXIII correspondiente a la Península de Yucatán, es considerada como altamente vulnerable y su manejo debe de ser cuidadoso (CNA, 1997). Particularmente, el balance hidrológico del estado de Yucatán es favorable desde el punto de vista cuantitativo, ya que se tiene una disponibilidad de agua subterránea muy superior a las demandas esperadas a largo plazo; sin embargo, la calidad del agua plantea serios problemas en algunas áreas, cuya atención es

3 urgente para prevenir mayor daño a la salud pública y la salinización de la fente subterránea (SARH, 1988). Atendiendo a esta situación, durante los años de 1991 a 1994, se realizó un estudio para evaluar los efectos de la urbanización en el agua subterránea en la ciudad de Mérida, llegando entre otras, a la conclusión de que la disposición de todas las aguas servidas en el subsuelo produce un serio deterioro de la calidad del agua subterránea, especialmente en la calidad bacteriológica, y que existe un incremento de las concentraciones de algunos parámetros químicos, los nitratos entre ellos. Se concluyó de manera general, que este problema no es tan serio como se anticipaba, dado que todas las descargas van al agua subterránea y se tienen mezclas y diluciones producidas por el flujo considerable que pasa por debajo de la ciudad, considerado como el responsable de la baja contaminación química (BGS, CNA, FIUADY, 1995). La inadecuada disposición de los desechos originados por las actividades umanas aunada al incremento poblacional, pone en riesgo el abastecimiento de agua de calidad ceptable, por lo que se propuso la evaluación química y bacteriológica de una región ubicada al sur de la ciudad en donde se localiza el principal campo de pozos para el abastecimiento a la ciudad con la finalidad de delimitar una zona de reserva hidrogeológica para preservar y conservar la calidad del agua subterránea. METODOLOGÍA Se seleccionó un área de aproximadamente 10 kilómetros alrededor de la planta Mérida I en esta área se ubicaron mediante reconocimientos de campo 42 pozos entre someros y profundos en los cuales se llevó a cabo el muestreo general, en el que se midieron las profundidades al nivel freático y las características de calidad química y bacteriológica. A partir de la realización el muestreo general, se descartaron algunos pozos debido principalmente a la dificultad de acceso, al abandono y a la presencia de agentes externos, tales como basura y aceite. Se llevó a cabo la nivelación topográfica del área de estudio mediante un istanciómetro electrónico, con mediciones de un error máximo de 3 mm, utilizando como bancos de nivel los más cercanos al área, los cuales fueron proporcionados por el INEGI. Asimismo, se realizaron mediciones de las profundidades al nivel freático con un piezómetro electrónico. Para el caso de los pozos de extracción de la planta Mérida I, cabe mencionar que no en todos los pozos se hicieron estas mediciones, debido a que no se tenían los pozos de muestreo piezométrico o a la presencia de aceite. Los valores para los potenciales se obtuvieron a partir de la diferencia de la cota del nivel topográfico y la lectura del nivel piezométrico en régimen estático. Para la determinación de las concentraciones de los parámetros químicos se utilizaron las técnicas establecidas en el Standard Methods (APHA. AWWA, WEF, 1992) y para los organismos coliformes fecales la técnica del filtro de membrana en una incubadora portátil. Para la delineación de la zona de reserva hidrogeológica, se utilizó el programa computacional de la Environmental Protection Agency (EPA) denominado Wellhead Protection Area (WHPA), el cual es un programa semi analítico de simulación del flujo del agua subterránea y es usado para la delineación de las zonas de captación en un área de protección

4 para campos de pozos. Se puede aplicar para evaluar múltiples tipos de acuíferos y es capaz de simular barreras o condiciones de líneas de corriente que existan en toda la profundidad del acuífero. El WHPA se puede representar para múltiples pozos de bombeo y de inyección y puede evaluar cuantitativamente los fectos de la entrada de parámetros de incertidumbre en la delineación de la zona de captación. RESULTADOS Dirección preferencial del flujo subterráneo.- Se tuvieron dos direcciones preferenciales del flujo en el área de estudio, de SW NE en época de estiaje y de SE NW en época de lluvias. Para algunos pozos someros, se reportaron niveles bajos en casi todas las mediciones, lo que podría deberse a la localización del pozo en una zona de material poco permeable, ya que tarda en recuperarse; además de que cerca de estos pozos, puede encontrarse un pozo de extracción que lo afecte de manera directa. Asimismo, algunos pozos mostraron comportamientos anómalos debido a afectaciones puntuales y temporales, como el hecho de que al llegar y hacer la medición, el pozo aún se estaba recuperando de algún tiempo de extracción. Calidad química y bacteriológica del agua subterránea.- Las concentraciones de nitratos y de organismos coliformes fecales se consideraron como representativas de la contaminación del agua subterránea debido a su relación con la salud pública. El agua proveniente de la mayoría de los pozos cumple con el valor establecido por la Norma Oficial Mexicana (NOM-127-SSA1-1994); en cuanto a la concentración de nitratos, las mayores concentraciones se presentaron en las aguas a nivel freático durante la temporada de estiaje y las más bajas en los pozos de extracción de agua de la planta Mérida, también existe contaminación por coliformes fecales en pozos someros y en algunos pozos profundos de las poblaciones ubicadas alrededor de la planta Mérida I comparando las temporadas de estiaje y lluvias, se notó un incremento de las Unidades Formadoras de Colonias (UFC), debido al arrastre de materia contaminada al acuífero. Isoconcentraciones de nitratos y coliformes fecales en el agua subterránea Delimitación de la zona de reserva hidrogeológica.- Para delinear el área de protección para la planta Mérida I, se usó el programa de la Environmental Protection Agency, el Wellhead Protection Area (WHPA), el cual es un programa desarrollado en Etados Unidos para apoyar los requerimientos a la Ley de agua segura para beber en El WHPA es un programa semianalítico de simulación del flujo de agua subterránea, que ha sido usado en varios estados de la Unión Americana para la delimitación del área de protección de los campos de pozos en las zonas de captación. El programa consiste de cuatro módulos (RESSQC, MWCP, GPTRAC, MONTEC) y se puede aplicar para evaluar diferentes tipos de acuíferos (confinados, semiconfinados y libres). Asimismo, el modelo es capaz de

5 simular barreras o condiciones de líneas de corriente que existan en toda la profundidad del acuífero. El WHPA se puede usar para representar múltiples pozos de bombeo y e inyección y puede evaluar cuantitativamente los efectos de la entrada de parámetros de incertidumbre en la delineación de la zona de captación. Para la delineación del área de protección en la zona de estudió se empleó el módulo GPTRAC debido a que es el que se ajusta a las características del acuífero libre según el modelo conceptual para el estado de Yucatán. Para aplicar el programa WHPA, se requirió información acerca del tipo de acuífero, del número de pozos de extracción, de la transmisividad, del gradiente hidráulico regional, del ángulo del flujo del agua subterránea, entre otros. Los valores reportados para las características hidrogeológicas del acuífero, no son homogéneos debido a la naturaleza cárstica del medio; por lo que para implementar el programa, se realizaron varias pruebas con los datos probables de los parámetros. Con estos valores se realizaron ocho corridas basadas en el cambio del gradiente hidráulico, ya que fue el único parámetro que hizo variar las WHPA obtenidas, y para los períodos de tiempo de 1 y de 5 años. Para obtener las WHPA en las primeras cuatro corridas del programa se utilizaron ángulos de flujo de 65, para un tiempo de 1 y de 5 años; y para las otras 2 corridas del programa, se cambió el ángulo a 120 y se consideraron los períodos de 1 y de 5 años. El cambio del ángulo se debió a que el flujo cambia de dirección dependiendo de la época del año, ya sea estiaje o lluvia. Los valores para estos ángulos se determinaron a partir de los gráficos obtenidos del programa SURFER para los potenciales hidráulicos tanto en estiaje como en lluvias. De los gráficos obtenidos, la opción que se consideró para la delineación del área de protección del campo de pozos, fue la que resultó de utilizar el gradiente hidráulico de con el que se obtuvo una distancia de para un período de un año, ya que utilizando el gradiente de la distancia calculada fue de metros. Estas distancias calculadas representan teóricamente el lugar desde donde el pozo estará extrayendo el agua en las condiciones especificadas e el modelo. Para delinear el área de protección para los pozos de extracción ubicados en la Planta Mérida I, se consideraron las condiciones más desfavorables en cuanto a la longitud de las distancias calculadas con el programa WHPA y en cuanto a la presencia de los nitratos y coliformes fecales, principales contaminantes del agua subterránea. Para esto, se sobrepusieron los gráficos obtenidos de la salida del programa WHPA, con los gráficos obtenidos del SUFER para la distribución espacial de las concentraciones de estos contaminantes CONCLUSIONES De acuerdo con los resultados de los potenciales hidráulicos, se tienen dos comportamientos, uno que va de SW a NE en el estiaje y el otro, que va de SE hacia el NW en época de lluvia. La calidad química y bacteriológica de las aguas de los pozos profundos (de abastecimiento), es menor en los pozos someros y durante la época de estiaje; en comparación con lo establecido en la NOM-94. La delineación del área de reserva hidrogeológica del campo de pozos de extracción de la planta Mérida I, debe de

6 proponerse en función del área de influencia del campo de pozos ( metros) considerando un período de un año. Para esta condición más desfavorable, se realizó la superposición de los gráficos del WHPA con los gráficos correspondientes a las calidades química y bacteriológica. Se pudo observar que la contaminación por coliformes fecales podría afectar la calidad del agua subterránea del campo de pozos a corto plazo, considerando que las condiciones de vulnerabilidad de los acuíferos cársticos no han podido ser descritas por los modelos analíticos y numéricos conocidos. En cuanto a la contaminación por nitratos, ésta es menos severa al nivel profundo (cumpliendo con el valor establecido en la Norma), por lo que podría considerarse actualmente como "sin riesgos". RECOMENDACIONES Se recomienda realizar otras pruebas con el Programa WHPA, variando los valores de las características hidrogeológicas del acuífero haciendo ajustes más finos en cuanto a la calibración del modelo y los análisis de sensibilidad, con la finalidad de obtener la condición más desfavorable que permita hacer sugerencias más precisas para la preservación del recurso, que es la única fuente de abastecimiento en la región. Asimismo, se sugiere la elaboración y puesta en marcha de un esquema de manejo para la zona de protección delimitada, con fines de preservación de la calidad del agua para uso y consumo humano, y revisar la literatura reciente acerca de la aplicación de esta técnica en diferentes países.

7 Agradecimientos.- Este trabajo fue financiado por el Sistema de Investigación Regional Justo Sierra del CONACYT (SISIERRA), según convenio de investigación No A la I.C. Lorena Calderón por su ayuda en la delineación de la zona de protección. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA, AWWA, WEF. (1992). Standard Methods for the Examination 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 Autónoma de Yucatán, Comisión Nacional del Agua. Impact of urbanisation on groundwater in Mérida, Mexico. Final Report. NCR. Nothingham, UK. 7 CNA. (1997). Comisión Nacional del Agua. Ley de Aguas Nacionales y su Reglamento. México. Miller J (1996) Comparación de los acuíferos floridano y yucateco. En Memorias del 3er. Congreso Latinoamericano de Hidrología Subterránea. Zacatecas, México. Tema 4, NOM-127-SSA1 (1994 ) Norma Oficial Mexicana. Secretaría de Salubridad y Asistencia. Salud Ambiental, agua para uso y consumo humano límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe de someterse el agua para su potabilización. SARH (1988) Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. "Sinopsis Hidrogeológica de la Península de Yucatán". México. WHPA. (1993). Wellhead Protection Areas. Addendum to the WHPA code ver 2.0 User Guide. Environmental Protection Agency. USA.