ADMINISTRACIÓN CIENTÍFICA DEL ACUÍFERO DE LA CIUDAD DE MÉXICO: UNA APLICACIÓN DE LA MMC. Graciela Herrera Zamarrón

Transcripción

1 ADMINISTRACIÓN CIENTÍFICA DEL ACUÍFERO DE LA CIUDAD DE MÉXICO: UNA APLICACIÓN DE LA MMC Graciela Herrera Zamarrón 13 de abril del 2007

2 Colaboradores Antonio Cardona Benavides UASLP Carlos Cruickshank Villanueva II, UNAM Ramón Domínguez Mora II, UNAM Carlos Escalante Sandoval FI, UNAM Luis González Hita IMTA Carlos Gutiérrez Ojeda IMTA Guillermo Hernández García IGF, UNAM Ismael Herrera Revilla IGF, UNAM Noel Hernández Laloth Consultor Manuel Martínez Morales IMTA Rodrigo Medina Bañuelos Consultor Luis Felipe Sánchez Consultor

3 Antecedentes A mediados del siglo XIX, con la desecación de los lagos se inició la explotación del hoy denominado acuífero de la ZMCM, el cual se convirtió en la principal fuente para el abastecimiento de la población de la Ciudad de México. En 1888 se habían perforado ya 1,100 pozos, sin embargo entre esa fecha y 1936 la extracción del agua subterránea debió incrementarse poco y el acuífero aún se comportaba como estacionario. En los últimos cien años se ha originado un notable desequilibrio entre las entradas y salidas de agua del sistema debido a la intensa explotación del recurso por el notable incremento de población; ya que de 471,000 habitantes que se tenían en 1910, la población ascendió a 8,605,239 en el año 2000.

4 Acuíferos Cuenca de México Límite de la Cuenca de México. Límite de los acuíferos.

5 Acuífero de la ZMCM Abarca total o parcialmente a las dieciséis delegaciones del DF y nueve municipios del Estado de México Área de 1,564 km 2, que representa el 17% de la superficie de la cuenca del Valle de México

6 Modelación para qué? Modelación del flujo subterráneo Da información de los niveles del agua Cantidad de agua Modelación del transporte de solutos Da información de la calidad del agua Contaminación o deterioro natural de la calidad del agua Modelación del hundimiento del terreno

7 Protocolo de modelación 1. Establecer el propósito del modelo. 2. Modelo conceptual del sistema. 3. Selección de ecuación gobernante y código computacional. 4. Diseño del modelo. 5. Calibración. 6. Análisis de sensibilidad de calibración. 7. Verificación del modelo. 8. Predicción de los resultados del sistema para eventos futuros. 9. Análisis de sensibilidad predictiva.

8 Propósito del modelo

9 Ejemplo AZMCM Evaluar políticas de explotación del agua subterránea

10 Modelo conceptual del sistema

11 Características físicas de las unidades hidrogeológicas Geología superficial Sistemas de fracturamiento en el subsuelo Trabajos de exploración geofísica que realizó el Departamento de Exploración Geofísica de la Comisión Federal de Electricidad (1986). Levantamiento de resistividad por SEV con aproximadamente 400 sitios. 39 tendidos de refracción sísmica. Levantamiento gravimétrico realizado por la Compañía Servicios Geofísicos, S.A. (1953). Secciones geológicas

12 Geología superficial

13 Unidades hidroestratigráficas Unidad Clasificación hidroestratigráfica Litología Espesor promedio (m) U1 Unidad superior de baja permeabilidad Arcilla lacustre. 60 U2 Unidad superior permeable Aluviones, lavas basálticas y tobas del Cuaternario; así como depósitos de la Fm. Tarango. Además de basaltos del Terciario Superior. 600 U3 Unidad inferior de baja permeabilidad Arcilla lacustre del Terciario Superior, rocas ígneas ácidas del Mioceno, Rocas ígneas intermedias del Oligoceno y Conglomerados del Eoceno; así como margas, areniscas, lutitas y carbonatos compactos del Cretácico Superior U4 Unidad inferior permeable Carbonatos de la Fm. Morelos. 500

14 Esquema del modelo conceptual

15 Direcciones de flujo, 2003

16 Espesor de la arcilla

17 Tipo de acuífero

18 Selección de la ecuación gobernante y código computacional

19 Ecuación general del flujo subterráneo Ecuación en 3D - carga hidráulica - conductividad hidráulica (capacidad del medio para conducir agua) -almacenamiento específico (depende de la elasticidad del medio) -fuentes o sumideros (extracción de agua por pozos) R t h S z h K z y h K y x h K x s z y x = + + Ss K x R h

20 - concentración del soluto - velocidad efectiva - dispersión hidrodinámica - porosidad Ecuación de transporte de solutos con advección y dispersión t c V c z c D z c V y c D y V c x c D x z z y y x x = + + θ ), ( 1, z h K y h K x h K V z y x = θ V x c D x

21 Resolución de las ecuaciones Solución analítica para problemas simples Métodos numéricos Diferencias finitas Elemento finito

22 Modelos de flujo revisados Diagnóstico del Estado Presente de las Aguas Subterráneas de la Ciudad de México y Determinación de sus Condiciones Futuras. IGF,UNAM, Estudio para Actualizar la Base de Datos de la Modelación del Acuífero y Simulación Mediante Modelos Matemáticos Aplicando Diferentes Políticas de Explotación en el Distrito Federal, Ditapsa, Estudio para la Actualización de los Parámetros al Modelo de Flujo Modflow al Año 2002, Asteroide, 2003.

23 Actualización del Modelo Modelo IGF, 1994 MODFLOW Se actualizó hasta 2005 en Visual MODFLOW Se recalibró

24 Modelo IGF (estacionario) Recarga vertical por infiltración al sistema A través de un balance hidrológico tomando en cuenta las condiciones que existían en el estado original del mismo, en la época prehispánica, cuando existían lagos. 16 m 3 /s Zonificación por tipo de medio Conductividad hidráulica horizontal Se realizó zonificación basada en el tipo de medio geológico y se estimó un valor para cada zona con base en las pruebas de bombeo reinterpretadas

25 Modelo IGF (transitorio) Condición inicial: solución del modelo en estado estacionario. Coeficiente de almacenamiento: promedio de las pruebas de bombeo para las diferentes formaciones geológicas. Volúmenes de extracciones en pozos: se tomaron de un estudio de modelación previo (Leor, 1991), información publicada por Marsal y Mazari (1959), Moralesy Pérez (1990), y Ortega y Cherry (1992). Se calibró con datos de los niveles piezométricos de 1984, 1985,1986 y Periodo de simulación: 58 años ( ).

26 Diseño del modelo

27 Dominio del modelo El dominio del modelo se extendió hasta el parteaguas topográfico de la cuenca y se consideró que el parteaguas subterráneo coincide aproximadamente con el superficial Malla de diferencias finitas de 32 renglones por 42 columnas

28 Dominio y malla del modelo

29 Tres capas Discretización vertical Capa 1.Acuitardo superior Capa 2. Acuífero principal Capa 3. Acuitardo Inferior

30 Coeficientes del modelo Conductividad hidráulica horizontal y coeficientes de almacenamiento Se retomaron de los calibrados en el modelo del IGF

31 Conductividad hidráulica m/s 6X10-4 a 1X10-4

32 Condiciones de frontera Sin flujo en los límites del dominio

33 Discretización temporal Periodo de modelación Pasos de tiempo de un año

34 Condiciones iniciales Se obtuvieron de la modelación en estado estacionario realizada por el IGF en 1994

35 Drenes

36 Recarga mm/a

37 Pozos de extracción IGF

38 Calibración del modelo de flujo

39 Pozos de observación

40 Parámetros de calibración Coeficientes de almacenamiento Distribución de la recarga

41 Nivel piezométrico 2005

42 Tendencia zona sur

43 Tendencias zona central

44 Zona sureste

45 Estadígrafos

46 Predicciones

47 Predicción Se analizará la evolución de los niveles piezométricos y el hundimiento para el año El hundimiento se calculará en función del aporte del acuitardo al acuífero.

48 Niveles piezométricos 2020

49 Modelo numérico de transporte STD

50 Fuentes de información Instituto de Geofísica (1994) Montgomery-Watson (1996) Lesser (2002) Artículos de revistas Datos proporcionados por el SACM

51 Fuentes de solutos Flujo vertical descendente desde el acuitardo hacia el acuífero Flujo lateral proveniente de la zona de Texcoco Flujo vertical ascendente en algunas regiones específicas del acuífero Aporte de origen antropogénico identificado en la región de Iztapalapa-Santa Catarina (basureros, inyección de agua tratada)

52 Sólidos totales disueltos La salinidad del agua para consumo humano no debe rebasar la concentración de 1000 mg/l de STD Aunque no existen datos médicos detallados, al parecer no existen efectos dañinos a la salud de la población cuando la salinidad del agua es mayor a 1000 mg/l Límite es básicamente de tipo estético Sin embargo, en muchas ocasiones entre mayor sea la salinidad del agua es más factible encontrar valores elevados de elementos traza tóxicos

53 STD HUIXQUILUCAN CUAJIMALPA ATIZAPAN DE ZARAGOZA NAUCALPAN XOCHIMILCO TLAHUAC MILPA ALTA

54 Conclusiones Un modelo de flujo y transporte calibrado para el AZMCM que se actualice anualmente es una herramienta necesaria para la planeación del manejo sustentable de los recursos y que puede incluso ser utilizada para dirimir conflictos entre los usuarios del agua

55 Administración científica Recientemente se tuvo una experiencia novedosa en los conflictos por el agua en la Cuenca Lerma-Chapala Para poner de acuerdo a los numerosos usuarios del agua se utilizó un modelo numérico En la administración científica de los recursos naturales es posible incluir este aspecto de los uso de los modelos