APORTES AL MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEPTUAL DE LA CUENCA DEL RÍO QUEQUEN GRANDE, PROVINCIA DE BUENOS AIRES

V Congreso Argentino de Hidrogeología ISBN 978-987-23936-3-2 APORTES AL MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEPTUAL DE LA CUENCA DEL RÍO QUEQUEN GRANDE, PROVINCIA DE BUENOS AIRES D. E. Martínez 1 2, O. M. Quiroz Londoño 2, C. Dapeña 1 3, H.E. Massone 2, A. Ferrante 2, E. Bocanegra 2 1 CONICET 2 Centro de Geología de Costas y del Cuaternario, U. N. de Mar del Plata. 3 INGEIS. RESUMEN La cuenca del río Quequén Grande en la provincia de Buenos Aires, ha sido estudiada desde el punto de vista hidrológico e hidrogeológico. Los términos de entrada y salida del sistema se han cuantificando por medio de balances hídricos. Las principales incógnitas están referidas a la coincidencia o no de las divisorias de flujo subterráneo, y a la existencia de un acuífero confinado que podría generar de flujos ascendentes. El análisis del hidrograma realizado con HYSEP, indica una variación en el flujo base del río Quequen Grande de entre 60% y 90% del caudal total. Las relaciones volumétricas entre los totales de precipitación y las salidas por escurrimiento superficial dan un ingreso anual por excedente promedio de precipitación de 977 hm 3 y una salida por el río Quequén al mar de 466 hm 3. La elaboración de mapas de isopiezas en un año húmedo (2003) y en otro más seco (2005) permitió calcular el volumen que representa la variación del nivel freático y sobre esa base la variación del almacenamiento. Se establecen entonces los volúmenes de agua que son drenados por escorrentía directa y que son descargado a los cursos superficiales como flujo base, se determina además una proporción del orden del 94% del excedente corresponde a la variación del almacenamiento, existiendo también años en los que el excedente fue nulo. La información hidroquímica muestra una correspondencia entre los descensos del nivel freático y el incremento de la concentración de Cl y demás iones en solución. La observación de aguas de facies cloruradas magnesianas en un sector lleva a considerar la posibilidad de la existencia de un acuífero confinado más profundo, y edades relativas sobre la base de las unidades de tritio sugieren flujos ascendentes desde el mismo. Palabras claves: Quequén Grande, modelo conceptual, balance hídrico, modelo hidroquímico. ABSTRACT A hydrological and hydrogeological survey has been developed in order to contribute to a better formulation of the conceptual model of the catchment of the Quequen Grande River, province of Buenos Aires. Input and output water budgets have been quantified by means of hydrological balances. Main uncertainties are related to differences between surface and groundwater flow trends and to the water discharge from a confined aquifer duo to groundwater upward. Hydrograph separation was done using HYSEP code, resulting in a baseflow amount between 60 and 90 percent of total flow. The total water input due to precipitation minus evapotranspiration is 977 hm 3, while the outflow by at the Quequén Grande River outlet is 466 hm 3. Water table contour maps have been draw for a rainy year (2003) and a dry year (2005) and the two volumes have been subtracted in order to obtain the amount of water lost as result if this storage difference. Changes in water storage are an important element in the water balance of the catchment. Hydrochemical composition shows a correspondence between water level fluctuations and hydrochemical composition, mainly by a chloride increase. Magnesium-chloride water types can indicate the groundwater upward from a confined aquifer. Keywords: Quequen Grande, conceptual model, hydrological balance, hydrochemical model. Página 2 de 10

Martínez, D. et al. Aportes al modelo hidrogeológico conceptual de la cuenca del río Quequen Grande... INTRODUCCIÓN La cuenca del río Quequén grande, en la provincia de Buenos Aires, ocupa una superficie del orden de los 10.000 km 2. Se encuentra en la región geográfica denominada Llanura Inter-serrana bonaerense, una amplia planicie comprendida entre los dos elementos estructurales más destacados de la provincia, los sistema de Tandilia y Ventania (Figura 1). La zona reviste una gran importancia económica como consecuencia de la alta productividad agrícola, a la vez que en la desembocadura del río Quequén se encuentra uno de los principales puertos exportadores del país. Los estudios hidrológicos y climatológicos de la cuenca se deben fundamentalmente a los trabajos de Kruse, 1993; Kruse et al., 1993, Kruse et al., 1997; Campo de Ferreras y Piccolo, 2002), y de manera más reciente a Kruse et al. (2003). Muchos de los análisis realizados se basan en información climatológica e hidrológica existente, la cual debe integrarse a la información hidrogeológica para una mejor comprensión del sistema, considerando que las aguas superficies de ríos, lagunas y humedales son parte integrante de los sistemas de flujo del agua subterránea (Winter, 1998). Con especial énfasis en características hidroquímicas es posible mencionar el trabajo de Martínez et al. (2004) y en aspectos isotópicos a Martínez et al. (2006) y Martínez et al. (2007). Un trabajo reciente incluyó la modelación numérica del flujo con el programa Modflow (Bocanegra et al., 2005). Este grado de avance ha permitido alcanzar una buena medida de conocimiento de la cuenca, no obstante son muchos los aspectos aún no debidamente definidos en la elaboración del modelo conceptual del funcionamiento de la cuenca. Esta presenta una geometría compleja, fuertemente asimétrica, en la que el río principal recibe todos sus afluentes desde la margen izquierda (figura 1). Esto ha sido explicado por Isla y Cortizo (2000) como consecuencia de un proceso de captura fluvial. La definición del proceso de captura implica que con anterioridad al mismo existía una red de flujo subparalela según la cual cursos como los de los arroyos Calangueyú o Calaveras continuaban con sentido Norte-sur para desembocar directamente en el Océano Atlántico. El sector en el cual se habría producido este fenómeno es geomorfológicamente anómalo, denominado por Martínez et al. (2004) zona de divisorias con lagunas. En esta zona de divisorias con lagunas existen numerosas menciones de la aparición en superficie de rocas de basamento que corresponderían al sistema de Ventania (Llambías y Prozzi, 1975) lo cual implica la existencia de un elemento estructural positivo en el sector. Estas rocas corresponden hidrogeológicamente a lo que sala (1975) definió como basamento impermeable, por lo que su presencia constituiría una barrera para el flujo subterráneo. Se plantea entonces una primera incógnita, ya que o bien estos afloramientos son resultado de un ascenso tectónico posterior al fenómeno de captura mencionado por Isla y Cortizo (2000), y tal vez causado por el ascenso mismo, o bien las aguas subterráneas nunca tuvieron un sentido de flujo concordante con el superficial en este sector. En la modelación numérica (Bocanegra et al., 2005) este borde de cuenca fue considerado como inactivo. Por otra parte estudios recientes basados en aspectos hidroquímicos e isotópicos (Quiroz et al., en prensa) demuestran que en el sector suroriental de la cuenca existe un flujo de agua subterránea hacia la cuenca vecina del arroyo El Moro. Este flujo no ha sido cuantificado e introduce nuevas incógnitas al funcionamiento integral de la cuenca. La mayor parte de los antecedentes mencionados han considerado la relación de la aguas superficiales con un único acuífero freático. En la zona de Benito Juárez estudios de García y García (1960) describen la existencia de un acuífero libre y un acuífero confinado. Estas menciones son de carácter local, y no se han encontrado estudios posteriores que consideren al acuífero confinado dentro del esquema hidrológico de la cuenca. Estas diferentes observaciones hacen necesaria la continuidad de estudios para poder ir mejorando el modelo conceptual del funcionamiento de la cuenca, lo cual implicará nuevos modelos numéricos e incógnitas a resolver. En este trabajo se propone relacionar una gran cantidad de existente información recopilada, nuevas formas de análisis de los datos, más información hidroquímica e isotópica reciente, para aportar elementos que permitan avanzar en la definición del modelo hidrogeológico conceptual de la cuenca del río Quequén Grande en la provincia de Buenos Aires. Página 3 de 10

V Congreso Argentino de Hidrogeología ISBN 978-987-23936-3-2 METODOLOGÍA Figura 1. Mapa de ubicación de la cuenca. Según los objetivos propuestos las metodologías empleadas se circunscriben en dos áreas generales: por un lado la aplicación de combinaciones de balances de volúmenes de agua, incluyendo cálculos de excedentes hídricos y análisis de hidrogramas. Por el otro lado se incluye la utilización de caracterizaciones hidroquímicas e isotópicas y de los conceptos termoquímicos que explican la evolución geoquímicas de las aguas naturales. Los datos disponibles corresponden a la base climática e hidrológica de datos elaborada en el marco de proyectos de investigación, que integran gran cantidad de datos anteriormente dispersos (Quiroz et al., 2007). Se ha obtenido información de precipitación diaria de las localidades de Lobería, San Manuel, Benito Juarez, La Negra, Necochea, Juan N. Fernández y La Dulce, para períodos que abarcan entre 10 y 80 años. Los datos de caudales corresponden en su mayor parte a la estación de registro de Las Cascadas que opera la Autoridad del Agua de la Provincia de Buenos Aires, a unos 11 km de la ciudad de Necochea aguas arriba. Otras estaciones de aforo en la cuenca tiene registros ocasionales y discontinuos. Se realizaron censos de perforaciones incluyendo la medición de niveles piezométricos y toma de muestras de agua para determinaciones químicas e isotópicas, el primero de ellos durante los primeros meses del 2003 y el segundo entre los meses de marzo y julio de 2006. Se estimó la variación del nivel freático entre estos años, utilizando el modulo Spatial Analisys del software ArcGis V.9.0, el cual permite cuantificar los volúmenes existentes entre dos superficies en formato raster de una misma área. La separación del hidrograma se realizó de forma automática con el programa HYSEP (Sloto and Croase, 1996). Este programa utiliza tres métodos gráficos diferentes para separar los componentes el hidrograma: Intervalo fijo, intervalo móvil y mínimos locales. Los análisis químicos fueron realizados en el laboratorio del Centro de Geología de Costas y del Cuaternario. Las técnicas empleadas fueron: dureza, Ca 2+ y Mg 2+ por 4 titulación complejométrica con EDTA; Na + y K + por espectrometría de llama, Cl - por el método de Mhor, SO 2- - - + por turbidimetría, NO 3 por el método de la brucina, NO 2 y NH 4 por espectrometría, SiO 2 por el método de azul de molibdeno. En el muestreo del año 2005 también se tomaron muestras para el análisis de la composición isotópica del agua ( 2 H y 18 O) y algunas para determinar la concentración de tritio. Las relaciones isotópicas del hidrógeno ( 2 H/ 1 H) y oxígeno ( 18 O/ 16 O) se analizaron en los laboratorios del Instituto de Geocronología y Geología Isotópica (INGEIS) siguiendo las técnicas de Coleman et al. (1982) y Panarello y Parica (1984) para 2 H y 18 O respectivamente y las mediciones se realizaron en un espectrómetro de masas de triple colector, sistema Página 4 de 10

Martínez, D. et al. Aportes al modelo hidrogeológico conceptual de la cuenca del río Quequen Grande... de introducción múltiple, Finnigan MAT Delta S. Los resultados se expresan como: = (1000*R S -R P /R P ), donde : desviación isotópica en ; S: muestra; P: referencia internacional; R: relación isotópica ( 2 H/ 1 H, 18 O/ 16 O). La referencia utilizada es Vienna Standard Mean Ocean Water (V-SMOW). Las incertidumbres analíticas son ±0,2 y ±1,0 para 18 O y 2 H respectivamente. En el proceso de análisis de 3 H se utiliza el enriquecimiento electrolítico. Posteriormente la muestra se mide por espectrometría de centelleo líquido de ultra bajo nivel. Las concentraciones de 3 H se expresan como unidades de tritio definidas como: 1 UT = 1 átomo de 3 H / 10 18 átomos de 1 H. RESULTADOS Análisis de datos de caudales con el programa HYSEP y balance hidráulico La cuenca cuenta con una única estación de registro de caudales que es operada por la Autoridad del Agua de la Provincia de Buenos Aires, en el paraje conocido como Las Cascadas, En este paraje se toma la muestra semanal de agua superficial en el sitio identificado como SLC, y además se encuentra instalado el colector de agua de lluvia identificado como LNE. La estación de registro de caudales funciona desde 1963, pero debido a salidas de funcionamiento esporádicos se cuenta con registros completo o casi completos de 15 años no consecutivos. Se despreciaron en este análisis años incompletos, lo que excluye años con excedentes hídricos importantes. El análisis de los hidrogramas realizado con HYSEP, indica una variación en el flujo base de entre 60% y 90% del caudal total. Las relaciones volumétricas entre los totales de precipitación y las salidas por escurrimiento superficial dan un ingreso anual por excedente promedio de precipitación de 977 hm 3 y una salida por el río Quequén al mar de 466 hm 3. Esta diferencia, si bien es debida a limitaciones en el programa, sugiere o bien una importante descarga de agua subterránea directa al mar, salidas diferentes del agua por otros medios aun no muy claros, o la necesidad de incorporar la variación del almacenamiento en estos balances. Para el periodo de toma de muestras hidroquímicas solo se cuenta con información limnimétrica de la estación de Las Cascadas (SLC), cercana a Necochea, sobre el río Quequen para el periodo marzo-noviembre de 2005. En este año, en el cual las precipitaciones estuvieron por debajo del promedio, sobresalen algunos eventos durante los cuales el caudal habría recibido aportes adicionales a los normales del flujo base, a cada caso se asocian picos de 19, 11, 15 18, 69 y 20 m 3 /seg los días 28 de julio, 8, 9, 23 de agosto, 27 de septiembre y 9 de noviembre respectivamente. Para graficar las relaciones entre precipitaciones, flujo total y flujo base se han tomado las dos series mas largas disponibles de años completos de mediciones de caudal, siendo estas la de los años 1986 a 1990 y de 1994 al año 2000. Estas series se representan en las figuras 2 y 3 respectivamente, y los resultados en la Tabla 1. Figura 2. Precipitación en mm y caudal total y flujo base (ambos en m 3 /s) en la localidad SLC entre 1985 y 1990. Página 5 de 10

V Congreso Argentino de Hidrogeología ISBN 978-987-23936-3-2 Figura 3. Precipitación en mm y caudal total y flujo base (ambos en m 3 /s) en la localidad SLC entre 1995 y 2000. Tabla 1. Parámetros estadísticos de la separación del hidrograma realizado con el programa HYSEP sobre 168 meses con registros de caudal completos en la Estación de Las Cascadas (entre los años 1970 y 2000) Para periodos cortos puede considerarse que la variación del almacenamiento no se va compensando, entonces: P ETR Qfluv Esub Ext = +/- Var Alm (1) Donde P es la precipitación. ETR la evapotranspiración real, Qfluv el caudal toral de salida del río, Esub el escurrimiento subterráneo (descarga directa al mar), ext representa la extracción por pozos de bombeo y Var Alm la variación del almacenamiento. Dado que en un trabajo anterior (Martínez et al., 2004) se elaboró un mapa de isopiezas de la cuenca para el año 2003, a partir de nuevas mediciones se ha confeccionado el mapa de isopiezas para el año 2006. Restando el volumen comprendido entre estas dos superficies, y asumiendo un valor de porosidad de los sedimentos del orden del 10% (Auge 2001), este descenso del nivel freáticos supone la descarga de 4212 hm 3 en esos tres años. Este volumen correspondería a la Var Alm. y sería parcialmente responsable de que en un periodo en el cual las precipitaciones disminuyeron de 1300 mm en el año 2002 a 760 mm en el año 2005, el caudal medio del río Quequén en el año 2005 se mantuvo en el orden de 12,7 m 3 /s. Si se completa la ecuación (1) con el valor precipitación promedio anual entre los años 2003 y 2005 (promedio de cinco estaciones) 849.3 mm, la ETR 704.7 mm calculada por el método de Thornwaite, un valor medio anual de caudal del río Quequen sobre la base de la información disponible (incompleta) de 12.7 m 3 /s, una extracción de 0.365 mm/año (Bocanegra et al., 2005) y la variación de almacenamiento promedio anual de 140 mm, se obtiene que el escurrimiento subterráneo directo al océano es de 245 mm/anuales. Características hidroquímicas e isotópicas de la cuenca Los principios termodinámicos sirven de base a la utilización de los datos hidroquímicos para el análisis del flujo de las aguas subterráneas, así como los principios físicos a la de los datos isotópicos. Por este motivo se evalúan los registros de información hidroquímica e isotópica con el objeto de obtener información acerca de las características del flujo. Hasta la fecha un total de 203 muestras de agua subterránea has sido analizadas, tomadas en diferentes muestreos entre 2003 y 2007. Los parámetros estadísticos que lo caracterizan se presentan en la Tabla 2. Página 6 de 10

Martínez, D. et al. Aportes al modelo hidrogeológico conceptual de la cuenca del río Quequen Grande... En la figura 4 se presentan los parámetros característicos de las composición de las aguas subterráneas en los años 2003, 2005 y 2007. En ella se puede observar que si bien la composición mayoritaria de ha mantenido constante en cuanto a las proporciones de los diferentes iones, algunas variaciones reflejan cambios que pueden atribuirse a la menor recarga entre los años 2005 y 2007, como consecuencia de la menor precipitación anual, con respecto a las muestras del año 2003, fuertemente influenciadas por un proceso de inundación durante el año 2002. Los dos cambios más notables están referidos a un incremento en el tiempo de la concentración de Na, y una disminución en la de Ca. Estos dos cambios podrían fácilmente relacionarse con un proceso de intercambio catiónico, pero a la vez el proceso de equilibrio calcita debe ser conjuntamente considerado ya que el bajo rango de valores de bicarbonato en solución está indicando un fuerte limitante por una condición de equilibrio. Por otra parte entre 2003 y 2007 se puede observar un incremento en la concentración de cloruros, lo cual si podría relacionarse con una menor dilución por la menor recarga. Tabla 2. Parámetros estadísticos de las variables determinadas en la muestras de aguas subterráneas en la cuenca del río Quequén Grande. La representación de la totalidad de muestras de agua subterránea analizadas en un diagrama de Piper (figura 5) permite de manera general observar un comportamiento semejante al observado en el acuífero Pampeano, con una evolución de aguas desde bicarbonatadas cálcicas o cálcico-magnesianas a bicarbonatadas sódicas y en algunos casos bicarbonatadas cloruradas sódicas. Sin embargo se destaca la aparición de tres muestras de facies clorurado-magnesianas (representadas por triángulos) que corresponden a un pozo profundo (80 m) en la zona de la confluencia de los arroyos Pescado Castigado y Dulce. Los datos isotópicos reunidos hasta la fecha se sintetizan en las Tabla 3, 4 y 5. La disponibilidad de espacio en esta contribución no permite extender su análisis, pero sí se destacan los valores dominantes en aguas superficies y subterráneas del orden de 2 UT, que indican aguas con tiempos de residencia del orden de 20 años, en algunos casos valores mismos de 0,5 UT, indicativos de aguas más antiguas, que corresponden también al área de confluencia de los arroyos Pescado Castigado y Dulce. DISCUSION Y CONCLUSIONES El análisis hidrológico efectuado coincide con lo ya expuesto por Kruse et al. (1997) en el sentido del predominio del agua subterránea en el caudal total del río Quequén Grande, y en la mayor proporción de descarga directa al mar como salida del sistema. Las separación del hidrograma con HYSEP muestra que alrededor de un 80 a 90% del caudal total del río Quequén Grande corresponde al caudal base. Sin embargo la utilización de valores de recarga del orden del 14 a 17% de la precipitación según fue calculado en la zona por Quiroz et al. (en prensa) por tres métodos diferentes hace necesario considerar otras salidas de importancia en el sistema. Esta consideración es coincidente con lo expresado por Kruse et al. (1997). La utilización del Página 7 de 10

V Congreso Argentino de Hidrogeología ISBN 978-987-23936-3-2 método de Thornthwaite para estimar la evapotranspiración ha sido considerada como poco apropiada por subestimar la misma en la llanura pampeana. Sin embargo los valores obtenidos por este métodos coinciden con otras como el balance de cloruros o las variaciones del nivel freático en la zona (Quiroz et al., en prensa) y en otros lugares de la llanura pampeana (Blarasín et al., 2004). Kruse et al. (1997), para un periodo largo en el cual la variación de almacenamiento se considera igual a 0, estimaron un excedente de 113 mm/año, lo que corresponde a un total de 1130 hm 3 y un escurrimiento subterráneo de 78 mm año, que de acuerdo a la separación del hidrograma se corresponderían con una descarga directa de agua subterránea al mar de 352 hm 3 /año. En este trabajo, para un periodo de tres años se calculó una variación de almacenamiento de 140 mm anuales lo cual implica una descarga subterránea al océano de 245 mm (2450 hm 3 /año). Estos resultados obligan a revisar los limites del modelo conceptual usado como base en el modelo numérico de Bocanegra et al. (2005). La información hidroquímica demuestra el predominio del agua subterránea, es decir del caudal base, en la salida de agua por escorrentía en superficie. La evolución hidroquímica de las aguas subterráneas, aún considerando valores promedio, manifiesta la influencia de años de pluviosidad diferente, especialmente en la relaciones entre calcio y sodio y en las concentraciones de cloruros. La calara diferenciación de aguas mas salinas y de facies clorurado magnesianas con valore de UT de 05 destacan la importancia de considerar la existencia de un acuífero confinado en el NW de la cuenca y su posible flujo ascendente. Tabla 3. Composición isotópica promedio del agua lluvia en 2005. Tabla 4. Composición isotópica promedio del agua superficial en 2005. Tabla 5. Composición isotópica promedio del agua subterránea en 2005. Página 8 de 10

Martínez, D. et al. Aportes al modelo hidrogeológico conceptual de la cuenca del río Quequen Grande... Figura 4. Diagramas de cajas representando los valores característicos de los iones mayoritarios en las muestras agrupadas según el año de muestreo. Figura 5. Diagrama de Piper representativo de la composición de las aguas subterráneas en la Cuenca del río Quequén Grande. AGRADECIMIENTOS Los resultados presentados en este trabajo han sido obtenidos en el marco de los proyectos PICTO 2004 7-364 de la ANPCyT-UNMDP, y el PIP 5668 del CONICET. Se inscribe además dentro de un Proyecto Científico Coordinado del Organismo Internacional de Energía Atómica. Los autores agradecen a la Autoridad del Agua de la provincia de Buenos Aires por poner a disposición los registros de caudales de la estación de Las Cascadas y al Comité de Cuenca Hídrica del Río Quequén grande por su apoyo y colaboración. Página 9 de 10

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