COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA Subdirección General Técnica Gerencia de Aguas Subterráneas LAS AGUAS SUBTERRANEAS Y EL CAMBIO CLIMÁTICO EN MEXICO Ing. Rubén Chávez Guillén. Simposio: Las Ciencias de la Tierra en el Estudio del Agua Subterránea. Febrero 2011
LA IMPORTANCIA CRECIENTE DE LA RESERVA DE AGUA SUBTERRANEA Después de los casquetes polares, el subsuelo contiene la mayor reserva de agua dulce del planeta. Esta reserva, en gran parte no renovable, reviste importancia para compensar las variaciones de la disponibilidad de agua superficial y para dar flexibilidad al manejo integrado de los recursos hídricos. La reserva de agua subterránea (en gran parte no renovable) permite regular las variaciones estacionales, anuales y de largo plazo- de la precipitación pluvial. Pero este recurso estratégico se está minando al ritmo de 5,400 hm3/a. El cambio climático global afectará la renovación y la calidad del agua subterránea. La importancia de la reserva será aún mayor donde se acentúen las sequías a causa del cambio climático global.
La evapotranspiración: componente dominante del ciclo hidrologico Precipitación (100%) Evapotranspiración (70-95%) Escurrimiento (10-25%) Infiltración (3-10%)
Relacion precipitacion evapotranspiracion real - temperatura Er 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Er = P / (0.9 + (P/L)² )½ Relación Evapotranspiración-Precipitación-Temperatura 0 500 1000 1500 2000 2500 Zonas aridas Er = P P L= 300 + 25T+ 0.05T³ T = 10 T = 20 T = 30 Cuenca Er = P s Corriente Superficial P: Precipitación pluvial s: Escurrimiento superficial Er: Evapotranspiración real. El incremento de la temperatura se traducirá en un decremento de la precipitación excedente que genera la infiltración y el escurrimiento, con mayor impacto en las zonas áridas.
Impacto sobre la disponibilidad de agua Tendencia de la temperatura Tendencia de la precipitacion pluvial El impacto negativo será mayor en las zonas donde se combine el incremento de la temperatura con el decremento de la precipitación.
Evaporacion Potencial(ep) Factores que la controlan (atmosféricos): Temperatura Humedad relativa Presión barométrica Velocidad y turbulencia del viento Intensidad luminosa Medición: Evaporímetros Estimación: Fórmulas empíricas EP = f(t ) Evapotranspiracion Real (er) Factores que la controlan: Atmosféricos Hidrogeológicos: contenido de humedad y características del suelo y de la zona no saturada, profundidad al nivel freático, altura capilar. Fisiológicos: tipo y densidad de vegetación. Medición: lisímetros Estimación: Fórmulas empíricas: Er = % EP Pluviómetro Lisímetro Colector
Método Sebal (Surface energy balance algorithm for land) Es un modelo de procesamiento de imágenes de satélite desarrollado en Holanda por Bastiaanssen (1995), que permite calcular la evapotranspiración real (ETR) y potencial (EP) así como otros intercambios de energía entre la superficie de la tierra y la atmósfera, a partir del análisis de la radianza espectral de las porciones del espectro que corresponden al visible, infrarrojo cercano e infrarrojo térmico. Los resultados obtenidos pueden ser aplicados a numerosos problemas hidrológicos, ambientales, agrológicos e hidrogeológicos. * Radianza espectral: Energía irradiada por unidad de área, por unidad de tiempo y por intervalo de longitud de onda, por un cuerpo negro a temperatura T, como función de la longitud de onda l.
Aplicación a la cuenca del río Nilo, Egipto.
Aplicación al estado de Sonora Uso del suelo Modelo digital de elevación Cobertura vegetal
Resultados de la interpretación. Evapotranspiración real total (Octubre 2002 - Septiembre 2003) Evapotranspiración real de la vegetación y terreno natural, estimada mediante análisis de NOAA y MODIS. Determinación de las superficies de riego y estimación de los volúmenes de agua consumidos por los cultivos. Análisis de gran cobertura regional con periodicidad opcional determinada por la frecuencia de las imágenes.
Impacto sobre los acuíferos costeros ENSENADA SONOYTA-PTO. PEÑASCO MANEADERO CAMALU COL. VICENTE GUERRERO CABORCA SAN QUINTÍN COSTA DE HERMOSILLO VALLE DE GUAYMAS SAN JOSÉ DE GUAYMAS MULEGÉ SANTO DOMINGO LA PAZ LOS PLANES COSTERA DE VERACRUZ SANTIAGO SALAGUA COSTERA DE COATZACOALCOS Acuíferos afectados por intrusión salina Límites de acuíferos El ascenso del nivel del mar afectará a los acuíferos costeros, inutilizando pozos cercanos a la costa y reduciendo el espesor de agua dulce. Se acentuará la intrusión salina en los acuíferos costeros ya sobreexplotados.
Descarga natural de un acuífero costero al mar Zona de descarga Nivel medio del mar (n.m.m) Acuífero Interfase salina pie de la interfase Agua marina Base del acuífero L L = f (b, gradiente hidráulico)
Impacto sobre los acuíferos costeros Nivel medio del mar (actual) Nivel medio del mar a futuro Interfase salina futura Acuífero Interfase salina actual Agua pie de la interfase marina El ascenso del nivel del mar modificará la posición de equilibrio de la interfase agua marina/agua dulce, provocando su migración gradual hacia tierra adentro. Una estimación simplista: por cada decímetro de ascenso del nivel del mar, la interfase ascenderá 4 m!
La península de Yucatán: una región especialmente vulnerable N Mérida Sierrita de Ticul S Golfo de México 0 TICUL Elevación (msnm) 75 150 Agua dulce Condición natural actual: Reducida carga hidráulica sobre el nivel del mar Alta transmisividad Presencia de la interfase salina a poca profundidad Espesor reducido de agua dulce (decenas de metros) Debido a esta combinación de factores, el ascenso del nivel del mar se traduciría en una notable reducción del espesor aprovechable de agua dulce 0 35 100 Distancia (km)
Descarga natural de un acuífero costero al mar Zona de descarga Nivel medio del mar (n.m.m) Acuífero Interfase salina Mar pie de la interfase Agua marina Base del acuífero
Evolución de la interfase provocada por la extracción de agua subterránea Extracción Zona de descarga Nivel medio del mar (n.m.m) Acuífero pie de la interfase Interfase salina Agua marina Mar Base del acuífero
Extracción Zona de descarga Nivel medio del mar (n.m.m) Acuífero Interfase salina Mar pie de la interfase Agua marina Base del acuífero
Extracción Nivel medio del mar (n.m.m) Acuífero Interfase salina Mar pie de la interfase Agua marina Base del acuífero
Extracción Acuífero Superficie freática Nivel medio del mar (n.m.m) Mar Interfase salina Agua marina Base del acuífero
mar Agua marina (± 35,000 ppm) Acuífero costa de Hermosillo condiciones actuales (año 2006) La intrusión salina ha afectado una faja de unos 15 Km a partir del litoral, donde la salinidad del agua varía entre 2,000 y 10,000 ppm. Agua Salobre (± 2,000-8,000 ppm) 2006 Nivel Freático 1941 Acuífero (< 500 ppm) Siete Cerros (m.s.n.m) 100 0-100 - 200 Elevación sobre el nivel del mar (m) Arcilla - 300 0 10 20 30 40 50 60 Distancia a la costa (Km)
Estrategia integral para el manejo sustentable de los acuíferos Manejo de la demanda: Participación social Cambios de uso suelo/agua Monitoreo y evaluación del recurso Ordenamientos de acuíferos Tecnificación del riego y reconversión de cultivos Uso conjunto agua subterránea/superficial Recarga artificial Manejo de la evapotranspiración Presas subterráneas Desalación Cada acuífero requiere de una estrategia diseñada a su medida, que en adelante deberá incluir acciones para, en su caso, atenuar el impacto del cambio climático.
Incremento de la disponibilidad de agua: recarga artificial Fuente de agua de recarga Cauce Superficial Acuífero Pozos para recuperación Estanque de infiltración Tirante de agua Nivel Estático Toma Sedimentación Estanque de infiltración Inundación o sobre riego Superficie del terreno Bordo Acondicionamiento de cauces Concreto Cementación Ademe Estrato semiconfinante Agua de recarga Nivel estático Agua de recarga Subsuperficial Directo Acuífero confinado Cedazo Engravado 2r w Acuífero Zona no saturada Nivel freático
Recarga artificial con agua residual tratada San Luis Río Colorado, Son. Las lagunas anaeróbicas y facultativas, están impermeabilizadas en el fondo y los taludes con telas de polipropileno, además los taludes tienen enrrocamiento para evitar erosion y pérdidas por infiltracion. Laguna facultativa en operación. Lagunas de infiltración y canal alimentador en construcción. Lagunas anaeróbicas Lagunas facultativas Lagunas de maduración Estanques de infiltración Laguna de infiltración. 120m X 120m, superficie 14,400 m 2, si consideramos una lamina de 50 cm tenemos un volumen de 7,200 m 3. Si tomamos en cuenta que la laguna de infiltración tendrá un aporte de 345 lps al término de las 24 horas de operación se habrán infiltrado 29,808 m 3 equivalentes a 4.14 veces el volumen almacenado. Tratamiento secundario Infiltración
Disposición a suelo y subsuelo de agua de lluvia y escurrimiento superficial Restricciones: Sólo permitido en zona no saturada, Requiere pre tratamiento, Remoción >30% de contaminantes, Monitoreo en superficie, Monitoreo del acuífero si Q>100 lps
Cosecha de agua de lluvia Restricciones: sólo requiere de pre tratamiento. zona no saturada pozo de inyección acuífero acuífero
Incremento de la disponibilidad: manejo de la evapotranspiración Faja capilar Xerofitas Las freatofitas y la descarga de los acuíferos Nivel freático
Mezquite (Prosopis glandulosa) Torote blanco (Pachycormus discolor) Forma bosques en malpaíses y coladas volcánicas. Palmeras (Erythea armata) Gobernadora (Larrea tridentata). Agave (Agave cerulata)
Incremento de la disponibilidad de agua: desalación El desarrollo de la desalación y la gradual disminución de su costo, han incrementado la factibilidad de utilizar agua salada, abriendo amplias perspectivas para impulsar sectores de alta rentabilidad. Planta desaladora Desarrollo urbano, turístico e industrial mar -60 n.m.m Agua dulce Interfase Salina Agua marina Acuacultura
Localización de los sitios de proyecto Pichilingue Punta prieta Valle de la paz
Configuración de niveles del agua subterránea 1990 2010 Valores en metros sobre el nivel medio del mar 7 3-1 -5-7 -1-5 3 0-10 0-4 -6 0-4 -1-1 -5-4 -8 0-4 -14-10
Salinidad del agua subterránea 2010 Valores en partes por millón Conforme a la Norma, la concentración máxima permisible es de 1,000 ppm.
Restricciones ecólogicas Generación de calor El alto consumo de energía que requiere la desalación contribuye al calentamiento. Otras fuentes de energía (mareas, viento,. ). Afectación a ecosistemas mar Agua de rechazo Planta desaladora -60 n.m.m Agua dulce Disposición del agua de rechazo. Interfase Salina Captación de agua en la faja costera puede afectar a los ecosistemas costeros. Agua marina
Presas subterráneas Construcción Condición socioeconómica Hidrometeorológico Agua Subterránea Geológico y Geofísico Topográfico Exploración geotécnica Modelo de simulación de flujo Técnicas de construcción Costos de materiales, maquinaria y mano de obra Diseño del cuerpo de la presa (profundidad, espesor, longitud, etc.) Diseño (proyecto ejecutivo) Estudios básicos Análisis de factibilidad (técnica, socioeconómica y ambiental)
Sistemas de recirculación: una medida extrema? Agua Residual Planta de Tratamiento Agua Tratada Recuperación Pozos de Inyección Acuífero
Retos y planteamientos adicionales a futuro Para el agua como recurso natural: Qué instrumentación específica deberá instalarse para identificar el impacto del cambio climático sobre los acuíferos, con independencia de los efectos antropogénicos y de la variabilidad natural actual de los fenómenos hidrológicos? Monitoreo en zona costera Zona de reserva ecológica Interfase salina Línea de costa Basamento Granítico Agua salada Océano Mareógrafo Cuáles serán los cambios en el balance hídrico de cuencas y acuíferos y en la resultante disponibilidad de agua? Qué adaptaciones tendrán que hacerse en el régimen de extracción de los acuíferos y en su manejo sustentable, en condiciones de menor disponibilidad de agua? RECARGA ENTRADA SUBTERRÁNEA EVAPOTRANSPIRACIÓN Monitoreo en zona de recarga FLUJO BASE HUMEDAL DESCARGA EXTRACCIÓN RECARGA INDUCIDA RECARGA ACUIFERO RECARGA Continúa
Gracias por su atención