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Manuel Dino Aragón Sulik, Susana Margarita Navarro Mendoza y Andres Pech Pérez

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un metro (Belmonte et al., 2000). Adicionalmente, existendeficiencias en el saneamiento, provocando en épocas delluvia el arrastre de basura, zonas de inundación y riego conaguas residuales en sitios cercanos a pozos deabastecimiento.

Por lo anterior y con el propósito de identificar nuevas fuentesde agua potable, el objetivo de este trabajo consistió encaracterizar hidrogeológicamente las formaciones calcáreasque se encuentran al sureste de la ciudad de Oaxaca,comprendidas entre las coordenadas 96º43�00"� 96º21�00"latitud norte y 16º45� 20"- 17º 03� 15" longitud oeste (Figura1). Esta zona se ubica entre los municipios de Oaxaca deJuárez, San Bartolo Coyotepec, Animas Trujano, y SanAntonio de la Cal, con una extensión aproximada de 432 km2

y una densidad poblacional cercana a los 1494 hab/km2.

Se estudiaron sus principales propiedades hidrogeológicas,las características físicas y químicas del agua que interactúancon la roca; así también, se identificaron las zonas conposibilidad para su aprovechamiento, atendiendo a factoresde disponibilidad y calidad del agua.

Estudios precedentes del sitio son escasos, Cruz (1999)menciona que estas formaciones se componen de calizas decolor gris y por sus características morfológicas, físicas yquímicas se consideran buenos almacenamientos de agua,además que existe el indicio que estas formaciones presentanlas mismas características geohidrológicas que lasaprovechadas fructíferamente en Yanhuitlán, Xinaxtla yNochixtlán en la Mixteca Oaxaqueña.

Materiales y métodosGeofísicaSe utilizaron dos técnicas geofísicas: sondeos eléctricosverticales (sev´s) y geofísica de superficie (EM). Éstas sebasan en la medición de una propiedad específica de losmateriales que conforman el subsuelo, en este caso laresistividad eléctrica y la conductividad eléctrica del terreno,respectivamente.

Los sev´s se realizaron con la configuración deSchlumberger. La distancia máxima entre electrodos decorriente ��AB�� fue de 700 m. Para detectar y medir loscambios causados por la presencia, y tipo de las aguassubterráneas, referidos a conductividad eléctrica (Risch etal., 2000); además, se hicieron 180 estaciones con bobinaselectromagnéticas llamadas dipolos; con separaciones entrereceptor y transmisor de 10, 20, y 40 m.

Los datos de resistividad se procesaron en dos etapas;interpretación de curvas de resistividad en campo e inversiónde datos utilizando el modelo directo (Alonso, 1993). Ellevantamiento electromagnético fue procesado con elprograma de inversión en 2D propuesto por Pérez (2001). Dela aplicación anterior se obtuvieron perfiles de resistividad e

imágenes de resistividad de la superficie heterogénea,identificando las variaciones verticales y laterales de laresistividad del subsuelo.

HidrogeoquímicaPara esclarecer los factores que gobiernan la calidad delagua se midieron mediante una sonda Horiba-U10 in situTemperatura, pH, Conductividad eléctrica, Sólidos DisueltosTotales; en tiempo de estiaje y lluvia. Se seleccionaron pozosnoria y manantiales en las comunidades de Rojas deCuauhtémoc, Ánimas Trujano, Tlalixtac de Cabrera,Magdalena Teitipac, y San Sebastián Tutla, cuyo entornogeológico exhibe alteraciones debidas a la mineralización(fig. 2).

Los análisis fisicoquímicos se realizaron según los métodosoficiales y estándar APHA, AWWA, WEF. Con el programaGWW (UNESC0, 2004), se obtuvieron los diagramas de Stiffy por medio de índices se estimó la relación entre el agua yel terreno. Su potabilidad se evaluó de acuerdo la NOM-127-SSA1-1994 de la Secretaría de Salud.

Parámetros geohidrológicos

Para determinar la transmisividad que es una característicahidrodinámica de la formación acuífera, se realizaron pruebasde bombeo en pozos noria de las poblaciones de Rojas deCuauhtémoc y San Antonio de la Cal.

Los datos derivados de los ensayos de bombeo fueronanalizados aplicando la teoría para medios fracturadospropuesta por Moench (1998). Se utilizaron dos modelos:flujo en estado seudopermanente y flujo transitorio entrefractura y matriz.

La expresión que gobierna el sistema de fracturas estádefinida por:

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hSsq

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rr

hK

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12

2

( 1 )

donde q��es la tasa de flujo volumétrico de la matriz al sistemade fracturas por unidad de volumen, así como para la matriz,la ecuación gobernante es descrita como

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hSsq

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35

vol. 6 núm. 1 Naturaleza y Desarrollo Enero - Junio 2008

Figura 1. Ubicación del área en estudio

Figura 2. Estado de fracturamiento de las rocas calizas aflorantes


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También en estado seudopermanente, el flujo de la matriz ala fractura se supone proporcional a la diferencia de cargasentre los dos sistemas, es decir:

)'(' hhKq �� ( 3 )

donde ��es un parámetro que depende de la geometría de losbloques de la matriz.

La solución propuesta por Moench (1998), tomando latransformada de Laplace, y con el empleo de las condicioness=s�=0 en t=0.

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Es importante señalar que esta teoría se utiliza a pozos cuyodiámetro se considera despreciable (sin almacenamientos),por lo cual se propusieron diferentes radios efectivos paravisualizar su peso en los resultados.

Las pruebas de bombeo se complementaron con pruebas deinfiltración, que determinan una tasa promedio de infiltracióny eliminan las variaciones en la intensidad de la precipitación(aportación constante). Los sitos se sondearon aprofundidades promedio de un metro, en donde se midieronabatimientos contra tiempo. Para la obtención de laconductividad hidráulica en la zona no saturada, se aplicaronlas ecuaciones de Darcy, Hvorslev y Porchet (Custodio,1976).

Los métodos para obtener permeabilidades y porosidadesson muy puntuales, por lo que para estudiar una mayor área,se utilizó la información generada de la técnica de bobinaselectromagnéticas; ya descrita. Donde el campo depermeabilidades se obtuvo en función de los valores de laresistividad eléctrica (r (x)) y el espesor del estrato (h(x)).Parala aplicación de los intervalos de permeabilidad se empleó larelación heurística propuesta por Nunes (1998), quienapoyado en las características de la zona de estudio (fig. 2)define los intervalos de resistividad eléctrica y permeabilidadpotencial, las cuales se describen en el cuadro 1.

Resultados y discusiónGeología y estratigrafíaEn general, los modelos geológico-geofísicos presentancapas con una amplia variación de espesores. A nivel delterreno se infiere una capa de arcillas y arenisca con gravacementada, subyacente se encuentra un estrato de areniscas

y posteriormente una capa de calizas con bajo grado defracturamiento y una capa de calizas sanas. Se definierontres zonas de interés geohidrológico a mayor detalle,localizadas en los municipios de San Antonio de La Cal, SanAgustín de las Juntas, y Rojas de Cuauhtémoc, la figura 3muestra las secciones de Rojas de Cuauhtémoc, así como laprofundidad de perforación útil.

Los datos de resistividad producto del método de geofísicade superficie (EM), determinaron los campos depermeabilidades en inmediaciones de San Antonio de la Cal,Santiago Matatlán, San Agustín de las Juntas y San DionisioOcotepec, Oax.

De acuerdo a lo anterior San Agustín de la Juntas muestraheterogeneidad en las diferentes capas; intercalándose capasresistivas y menos resistiva, la capa superior de un metro deprofundidad muestra poco fracturamiento y conforme seprofundiza se muestra una mayor permeabilidad. En el casode San Antonio de la Cal, la zona muestreada detalla lascapas superiores como de permeabilidad muy baja. A 14 mde profundidad se observa un mayor fracturamiento, siendoéste casi uniforme hacia las capas de 40 m de profundidad(fig. 4). En San Dionisio Ocotepec existe una homogeneidaden la permeabilidad en toda la zona muestreada, no se reflejancambios bruscos de la misma, únicamente se observa unafranja resistiva en la parte central en dirección noroeste.

Parámetros geohidrológicosLos valores de la conductividad hidráulica en la zona nosaturada obtenida con infiltrómetros, corresponde a valorescercanos a calizas con fracturamiento; con una capacidadde filtración de baja a media (cuadro 2).

Los resultados de las pruebas de bombeo para laconductividad hidráulica de la matriz rocosa (K) sonsuperiores en un orden de magnitud para loscorrespondientes a las fracturas (K�), cuyos valores definencalizas con una fracturación incipiente (cuadro 3). Elcoeficiente de almacenamiento (Ss) generó valoressignificativos sí se considera que los pozos productivosmuestran coeficientes de almacenamiento de 1E-03 (Freeze,1979).

HidrogeoquímicaLos resultados de monitoreo y pruebas analíticas reflejantres niveles de mineralización en los puntos muestreados(fig. 5). Aún cuando la carsticidad es incipiente, ésta seincrementa hacia las partes altas principalmente en Rojas deCuauhtémoc y Magdalena Teitipac. Hacia San Antonio de laCal y San Agustín de las Juntas, se manifiestan en menorgrado como estructuras plegadas; situación que confirma laformación de manantiales.

Las características geológicas del medio promueven flujoslocales, relativamente cortos y rápidos, reflejados en los

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diferentes niveles de mineralización. Particularmente la relaciónHCO3-/Ca++ permiten inferir que hay mayor disolución decalizas y dolomías en la zona media estudiada, localizadacon baja pendiente sin llegar a ser planicie, particularmenteen Tlalixtac, San Sebastián Tutla, y Ánimas Trujano (fig. 5).Tlalixtac presenta mayor relación HCO

3/Ca. Una primera

explicación es que por su relativa exposición a la atmósfera,

incrementa la disolución (Fagundo et al., 2003; Rodríguez etal., 2005). Se destaca la importancia del medio litológico y suproximidad a la zona de recarga para que el contenido salinono sea afectado por el régimen de extracción.

Aún cuando el área muestreada en Rojas de Cuahutémoc selocaliza a mayor altitud respecto a los demás pozos, y próximoa la zona de carsticidad, se esperaría un flujo local y rápido,sin embargo la relación HCO

3/Ca muestra una mayor

disolución del medio por donde circula el agua, esto obedece

Resistividad eléctrica del sitio estudiado

(�-m) Permeabilidad potencial

�<55 fracturas de alta conductividad o conductos carstificados (permeabilidad potencial alta)

55<�<110 fracturas menos conductivas y conductos de dimensiones pequeñas (permeabilidad alta).

110<�<220 pequeñas fracturas en los bloques (permeabilidad baja) �>220 bloques inalterados

la intensidad y magnitud de extracción, cerca de 100 m3 pordía en promedio (propietario del pozo), se promueve un medioturbulento y a su vez incorporación CO

2 con lo cual se

COORDENADAS METODO EMPLEADO UBICACIÓN

X Y Elevación m.s.n.m. Darcy ¶ Hvorslev¶ Porchet§

San Agustín de las Juntas 743892 1880115 1558 2.27E-04 2.30E-04 7.19E-05

San Agustín de las Juntas 744392 1880581 1642 3.67E-05 3.70E-05 2.12E-05

San Antonio de la Cal 745280 1883781 1645 1.14E-04 1.16E-04 1.08E-05



El Rosario 745264 1886055 1613 1.51E-03 1.52E-03 1.41E.05

El Tule 751887 1884239 1572 7.61E-05 7.70E-05 1.49E-05

Rojas de Cuauhtémoc 752736 1882957 1605 5.31E-04 5.53E-04 4.99E-05

Cuadro 2. Conductividad hidráulica (m s-1) en la zona no saturada

a que conforme se disuelve dicho medio, el tamaño departícula disminuye, e inversamente se incrementa lasuperficie de contacto entre el medio sólido y el líquido,haciendo que éste adquiera un mayor contenido de calcitadisuelta (dureza) que aquellas que drenan a través de calizascompactas, siendo predominante el ión Bicarbonato (fig.6).

Con el tiempo, la disminución de tamaño de partícula reducela permeabilidad, por lo que aún cuando en su entorno haya

medios alterados y/o carstificados, el medio acuífero espobre, caso contrario a la zona entre Tlalixtac de Cabrera yÁnimas Trujano. Las secuencias encontradas en las fuentesmuestreadas son las descritas en el cuadro 4.

Sí se considera que los pozos muestreados tienen usodoméstico, se estima una extracción entre 1.06E+05 a 3.50E+07mg día-1 de bicarbonatos y de 1.85E+04 a 3.62E+06 mg día-1

para el Calcio; ocupando el valor más alto Tlalixtac, siendosu explotación lo que influye en el proceso de dilución;

¶ :Corresponde a la conductividad hidráulica promedio.§ :Corresponde a la conductividad hidráulica vertical.

Cuadro 1. Relación de la resistividad eléctrica con la permeabilidad potencial


38

Figura 3. Secciones geoeléctricas en Rojas de Cuauhtémoc, Oax.

Figura 4. Niveles de mineralización, expresadas como conductividad eléctrica (µS/cm).

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coordenadas

Conductividad hidráulica (m s-

1)

Coeficiente de almacenamiento Pozo

x y z k (m s-1) § k' (m s-1) ¶ Ss § Ss' ¶

Espesor

muestreado (m)

1 752942 1881251 1605 6.29E-05 1.87E-06 6.82E-03 6.50E-04 15

2 752736 1882957 1605 3.33E-05 1.62E-08 8.61E-03 1.03E-05 10

3 753252 1881586 1607 1.76E-05 6.75E-07 2.74E-03 1.50E-04 11

4 745024 1884666 1547 3.26E-05 1.08E-06 2.96E-03 5.18E-04 22

Cuadro 3. Resultado de las pruebas de bombeo en pozos muestreados

¶ :Valor correspondiente a las fracturas.§ :Valor correspondiente a la matriz rocosa

Coordenadas Secuencias aniónicas Punto muestreado Latitud

Norte Longitud Oeste

Aniónica Catiónica

Magdalena Teitipac 16º53´42.9� 96º33�24.8� HCO3-<SO4=>Cl- Ca++>Mg++>Na+ Rojas de C. 17º00�40.3� 96º37�26.8� Cl->HCO3->SO4= Ca++>Na+>Mg++ Tlalixtac de Cabrera 17º02�42.8� 96º41�42.9� HCO3->SO4=>Cl- Ca++>Mg++>Na++ San Sebastián Tutla 17º03�14.8� 96º39�38.8� HCO3->SO4=>>Cl- Ca++>Na+>Mg++ Ánimas Trujano 16º59�26.1� 96º42�30.3� HCO3->Cl->SO4= Ca++>Na+>Mg++

Cuadro 4. Secuencias Aniónicas en las fuentes muestreadas

situación que alberga procesos de incrustacionescarbonatadas.

Las aguas de un medio cárstico se caracterizan por unamineralización no muy elevada, por lo que el contenido deSO

4= (205.44 mg litro-1 ) en el Rosario y el manantial en

Magdalena Teitipac (l53.60 mg litro-1), hace suponer lapresencia de yeso o rocas salinas respectivamente (Banks etal., 2004). Mientras que las zonas entre Tlalixtac de Cabrera,

San Sebastián Tutla, y Animas Trujano, el flujo quizá tienelugar en condiciones de estado turbulento a través de grietasmás o menos amplias, donde el tiempo de interacción espequeño y con una menor velocidad (Facundo et al., 2005)

La falta de linealidad de la relación entre la concentración deHCO

3-, Ca

2+ y Mg

2+ y la conductividad eléctrica en los puntos

muestreados (fig. 8), indica la existencia de calizas impuras(Fagundo,1998).

Figura 5. Relación Iónica bicarbonato calcio en las fuentes muestreadas


40

El tránsito del agua en la zona que alimentan los puntosmuestreados en Tlalixtac, San Sebastián y Ánimas Trujanono ha sido suficientemente amplio para que se hayanestablecido el equilibrio de los carbonatos, caso contrarioen Rojas de Cuauhtémoc, donde su índice de Langlier reflejasobresaturación. En primera instancia indicaría que la mismaha permanecido un tiempo suficiente en el interior del karst;sin embargo, en este caso se debe principalmente al altogrado de trituración o porosidad, donde es mayor la superficiede contacto agua-roca. Con base a la normatividad vigente de calidad de agua,particularmente la NOM-SSA1-127 (1994), el PROY-NOM-SSA1-250-2007 y las pruebas físicoquímicas realizadas, la

zona que presenta problemas es Rojas de Cuauhtémoc,principalmente por su contenido de cloruros y conductividadeléctrica. Aunque las demás fuentes estén dentro de loslímites permisibles establecidos en las mismas normas, lasconcentraciones de bicarbonatos promoverán incrustacionescarbonatadas afectando por un lado los sistemasdomiciliarios, y por otro, el incremento de costos para suacondicionamiento, en caso de darle un uso industrial. Esimportante mencionar que aun cuando ofrece algunasbondades su calidad química, es necesario su monitoreo deparámetros físicos, organolépticos, inorgánicos, orgánicosy biológicos, sobre todo cuando se considere un uso primarioo de consumo humano.

Figura 6. Representación del ión predominante por medio de los diagramas de Stiff

41


Conclusiones

La utilización con características salobres no se restringe ala disminución de la permeabilidad, sino que es función de lafrecuencia y cantidad en que se use dicha agua, por lo quese generaría cambios en la calidad del suelo.

Los resultados obtenidos al realizar los sondeos eléctricosverticales permiten definir que el medio presenta unaheterogeneidad diversa, se concluyen diferentes espesorescon propiedades hídricas que en algunos sitios alcanzan los200 m de profundidad, y en otros solamente se tienenespesores de 30 m.

Cercano a la superficie, en cuanto al grado de carstificaciónde la zona se puede mencionar que este es incipiente convalores de conductividad hidráulica de 1E-05 a 3E-05 m s-1

para las fracturas y aun menor para la matriz rocosa, segúnSinghal and Gupta (1999) esta conductividad hidráulica tieneun valor relativo moderado, posiblemente por el porcentajede material arcilloso que llenan las fracturas e impiden elpaso del flujo. Así también se puede mencionar que para lamatriz, la conductividad hidráulica resulta baja de 9E-10 a1E-06 m s-1. En el caso del coeficiente de almacenamiento setiene órdenes de 1E-03, siendo este valor medio.

Figura 7. Perfil de los iones solubilizados en la zona estudiada


42

Aunque la composición química es importante, no es elúnico factor a considerar, hay que tener en cuenta lascaracterísticas del pozo y su régimen de explotación, por loque es importante controlar la velocidad del agua del pozo,de la zona filtrante del pozo, del descenso, de la aireacióndel pozo, entre otras.

Por las características hidrogeológicas es necesario nominimizar las características constructivas de los pozos, yaque pozos poco eficientes, con notables pérdidas de cargaen el paso del agua por la zona filtrante, y pozos maldesarrollados suelen tener incrustaciones con mayorrapidez.

Es importante no perder de vista que el ingreso de agua (porprecipitación pluvial) a las fuentes de aprovechamiento, laturbulencia y descenso por extracción, facilitan eldesprendimiento del anhídrido carbónico, sobresaturándoseel agua en carbonatos a su alrededor.

Conjugando los resultados multidisciplinarios se identificanque la zona más productora se localiza hacia la parte noroestede este sistema calcáreo en las inmediaciones de San Antoniode la Cal, San Agustín de las Juntas en donde se definieroncalizas con fracturamiento hasta profundidades de 200 m;zona aportadora de agua cuyo contenido mineral seencuentra dentro de los límites permisibles de acuerdo a lanormatividad vigente, aunque con posibilidades para formarincrustaciones en la medida y forma de explotación.

AgradecimientosTrabajo financiado por Instituto Politécnico Nacional, pro-yecto CGPI20010870

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