Delineación de la zona de protección hidrogeológica para el campo de pozos de la planta Mérida I, en la ciudad de Mérida, Yucatán, México

Transcripción

1 Delineación de la zona de protección hidrogeológica para el capo de pozos de la planta Mérida I, en la ciudad de Mérida, Yucatán, México Julia Pacheco Ávila 1, Lorena Calderón Rocher 2, Arando Cabrera Sansores RESUMEN La principal fuente de abasteciiento de agua para la Península de Yucatán, es la subterránea y 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 con un total de 25 pozos de extracción con una profundidad aproxiada de 40 etros. Las características cársticas de la Península de Yucatán, catalogan al acuífero coo uy vulnerable, ya que las fracturas, canales de disolución y la presencia de cavernas, periten una rápida infiltración de los eleentos containantes que se encuentran en la superficie del terreno. En los alrededores de la planta Mérida I, el uso del suelo es principalente agrícola y pecuario, por lo que el uso no controlado de agroquíicos y la disposición inadecuada de los desechos pecuarios son los potenciales orígenes de la containación del agua subterránea. Coo paráetros representativos de la containación, se consideraron los nitratos y los colifores fecales; tabién, se deterinaron las direcciones preferenciales del flujo subterráneo en el área de estudio y las áreas de influencia de los pozos de la planta Mérida I, calculadas por edio del prograa Wellhead Protection Area, para un período de un año. La deliitación de una zona de protección para el capo de pozos de extracción de la planta Mérida I, tiene la función de preservar la calidad del agua subterránea que se utiliza para consuo huano y la deliitación de esta zona aunada a un Prograa de anejo, se sugiere coo una opción para proteger la principal fuente de abasteciiento para la ciudad de Mérida, Yucatán. Palabras clave: protección de acuíferos, containación del agua subterránea, nitratos, bacterias fecales, karst ABSTRACT Groundwater is the only source of potable water in Yucatan Peninsula. The ain field wells for Merida Yucatan City, is located in the southern part of the city, it has 25 deep wells which are approxiately 40 deep. This field wells is naed Merida I. The karstic characteristics of the Yucatan Peninsula, are the responsible for the vulnerable conditions of the aquifer, due to presence of fractures, caverns and dissolution channels that perit the rapid infiltration of rainwater and all containants over the land surface. Around Merida I, the land use is ainly for agricultural and anial far activities. In this activities, is coon the use of agrocheicals and the inadequate disposal of solid and liquid wastes, which can be two iportant sources for groundwater containation. Nitrate and fecal colifors were considered representative of containated groundwater. The preferential groundwater flow in the study area was deterined. Wellhead Protection Areas Progra fro the Environental Protection Agency was used to deterine the deliitation areas for Merida I field wells. These areas were calculated for 1 year and for the axiu and 1 Profesor Investigador del Cuerpo Acadéico de Ingeniería Abiental de la Facultad de Ingeniería de la UADY. E-ail: pavila@tunku.uady.x 2 Estudiante de la Maestría en Ingeniería Abiental de la FIUADY 3 Profesor Investigador del Cuerpo Acadéico de Ingeniería Abiental de la FIUADY 7

2 iniu values for hydraulic gradient, in order to know the worst case for public safety, the hydrogeological zone reserve deliitation is very iportant in order to preserve the groundwater quality for huan use and consuption. The regulations of a Manageent Plan for this zone would protect the only source of potable water for Merida Yucatan. 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 acarrear 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, de la cual de extraen 42.3 M 3 al año, cantidad que representa el 47.8% de la extracción total (BGS, FIUADY, CNA, 1995). 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. Los resultados de su estudio, los ostró por edio de la aplicación del odelo sei-analítico de coputadora denoinado Wellhead Protection Area (WHPA, 1993). Asiiso, se han propuesto algunos planes de acción para establecer una zona de reserva hidrogeológica para el acuífero de Yucatán, basados en las Leyes y Regulaciones de Aguas Nacionales. En este trabajo, se enciona que la Coisión Nacional del Agua, establecida en 1989 coo el organiso federal responsable de la adinistración del uso del agua en México, divide al país en 23 Consejos de Cuencas, de las cuales, la denoinada Cuenca XXIII correspondiente a la Península de Yucatán, es considerada coo altaente vulnerable y su anejo debe de ser cuidadoso (CNA, 1997). El objetivo de este trabajo, es la deliitación de una zona de reserva hidrogeológica en el principal capo de pozos de extracción para el agua potable abastecida en la ciudad de Mérida (Mérida I), 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. METODOLOGÍA 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 ubicaron ediante reconociientos de capo 42 pozos entre soeros y profundos (Figura 1), en los cuales, se llevó a cabo el uestreo general, en el que se idieron las profundidades al nivel freático y las características de calidad quíica y bacteriológica; considerando para la priera, la concentración de los nitratos y para la segunda, el núero de organisos colifores fecales. Selección de pozos para los uestreos A partir de la realización el uestreo general, se descartaron algunos pozos debido principalente a la dificultad de acceso, al abandono y a la presencia de agentes externos, tales coo basura y aceite. 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 los pozos de uestreo piezoétrico o a la presencia de aceite, y desde luego, todos los niveles edidos fueron dináicos. 8

3 Figura 1. Localización del área de estudio Obtención de los potenciales 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 en los pozos uestreados Nitratos. Se utilizó la técnica de espectrofotoetría de luz ultravioleta. La concentración 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 (APHA, AWWA, WEF, 1992). Colifores fecales Los análisis bacteriológicos se realizaron por edio del filtro de ebrana en una incubadora portátil. El voluen de la uestra de agua, varió en función de su profundidad, ya que la ayoría de los pozos soeros tienen una concentración de organisos colifores fecales ayor que la encontrada para pozos profundos. 9

4 Coordenadas UTM (a) Coordenadas UTM Coordenadas UTM (b) Coordenadas UTM Figura 2. Dirección preferencial del flujo subterráneo en estiaje (a) y lluvia (b). 10

5 Calidad quíica del agua g/ g/ Metros (a) Metros (b) Figura 3. Isoconcentraciones de nitratos (g/l) para pozos profundos en estiaje (a) y lluvia (b). Deliitación de la zona de reserva hidrogeológica Se utilizó el prograa coputacional de la Environental Protection Agency (EPA) denoinado Wellhead Protection Area (WHPA), 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 odelo es capaz de siular barreras o condiciones de líneas de corriente que existan en toda la profundidad del acuífero. 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 debido a que es el aplicable según las características del acuífero de Yucatán. RESULTADOS Y DISCUSIONES Dirección preferencial del flujo subterráneo Se tuvieron dos direcciones preferenciales del flujo en el área de estudio; la priera, de SW NE en época de estiaje (Figura 2) y la segunda, de SE NW en época de lluvias (Figura 3). 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 tarda en recuperarse; adeás de que cerca de estos pozos, puede encontrarse un pozo de extracción que lo afecte de anera directa. Asiiso, 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. Se observó que el agua proveniente de 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, presentándose las ayores concentraciones en las aguas a nivel freático durante la teporada de estiaje y las ás bajas en los pozos de extracción de agua de la planta Mérida (Figura 3). Calidad bacteriológica del agua En el área de estudio, existe containación fecal en pozos soeros y en algunos pozos profundos 11

6 de las poblaciones ubicadas alrededor de la planta Mérida I, esto, antes de pasar por los sisteas de cloración. Coparando las teporadas de estiaje y lluvias, se notó un increento de las Unidades Foradoras de Colonias (UFC), debido al arrastre de ateria containada al acuífero Deliitación de la zona de reserva hidrogeológica. Para aplicar el prograa de la Environental Protection Agency, el Wellhead Protection Area, se requiere la inforación ostrada en las Tablas 1 al 4. UFC s Metros (a) Metros (b) Figura 4. Isoniveles de Colifores Fecales en pozos profundos en estiaje (a) y en lluvia (b) 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 12

7 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 Tabla 3. Gasto en los pozos de extracción de la planta Mérida I Pozo Gasto (l/s) Pozo Gasto (l/s) Pozo Gasto (l/s) A A Fuente: JAPAY (2000). Co. Pers. Ing. Espejo. Los valores reportados para las características hidrogeológicas del acuífero, no son hoogéneos debido a la naturaleza cárstica del edio. Por lo que para ipleentar el prograa, se realizaron varias pruebas, las que ostraron que el gradiente hidráulico fue la única característica a la que el Prograa se ostró sensible; por lo tanto, se realizaron de anera foral dos pruebas con valores que han sido usados en trabajos previos, variando únicaente los valores para el gradiente hidráulico. Los ángulos de flujo se deterinaron de los gráficos obtenidos en el SURFER para los potenciales hidráulicos, tanto en sequía coo en lluvia. Tabla 4. Paráetros de ingreso al Prograa WHPA, para cada una de las pruebas Paráetro Transisividad /d Porosidad 20% Espesor saturado 50 etros Gradiente hidráulico / k / k Angulo de flujo 65 º / 120 º Tasa de recarga /d Los valores de la Tabla 4, están reportados en diferentes estudios entre los que se encionan: SARH, 1988; Marín, 1990; Villasuso, 1992; BGS, FIUADY, CNA, 1995; Steinich y Marín, 1996; Graniel et al., 1999; entre otros. Para delinear el área de protección para los pozos de extracción ubicados en la Planta Mérida I en función de los paráetros de calidad considerados, se sobrepusieron los gráficos de las áreas obtenidas a los diagraas de las isoconcentraciones de nitratos y de colifores fecales en las épocas de estiaje y lluvia, respectivaente (Figuras 5 y 6). 13

8 Figura 5. Delineación del área de protección y concentraciones de nitratos en el período de estiaje 14

9 Figura 6. Delineación del área de protección y densidades de Colifores fecales en el período de lluvias CONCLUSIONES De acuerdo con los resultados de los potenciales hidráulicos, se tienen dos coportaientos, 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 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 lo establecido en la NOM-94. La deliitación de la zona de reserva hidrogeológica del capo de pozos de extracción de la planta Mérida I, fue la resultante de utilizar un gradiente hidráulico de k / k, ya 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 el pozo está extrayendo el agua. De la condición ás desfavorable elegida, se realizó el ontaje de las WHPA y las calidades quíica y bacteriológica, se pudo observar 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 containación por nitratos, ésta es enos severa al nivel profundo (cupliendo con el valor establecido en la Nora), por lo que podría considerarse actualente coo "sin riesgos". 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. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado por el Sistea de Investigación Regional Justo Sierra del CONACYT (SISIERRA), según convenio de investigación No 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. (1997). Coisión Nacional del Agua. Ley de Aguas Nacionales y su Reglaento. México. Graniel C.E., Morris B.L., Carrillo-Rivera J.J. (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. 15

10 Marín L.E. (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. SARH. (1988). Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. "Sinopsis Hidrogeológica de la Península de Yucatán". México. Steinich B., Marín L.E. (1996), Hydrogeological investigation in Northwest Yucatan Mexico using resistivity surveys. Groundwater 34 (4) 640:646 Villasuso P.M. (1992). Geohidrología e hidrogeoquíica del acuífero de la Península de Yucatán. Mecanisos de containación. Seinario de Investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoa de Yucatán. México. WHPA. (1993). Wellhead Protection Areas. Addendu to the WHPA code ver 2.0 User Guide. Environental Protection Agency. USA. 16