CARACTERIZACION FISICOQUIMICA DE CUERPOS DE AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRANEA DE LA LOCALIDAD DE BELEN PITUTA "B", MUNICIPIO DE GUAQUI, BOLIVIA
*Guisbert H. Elviraa, Ramos R. Oswaldo a, Romulo Gemio a, Choque Rigoberto b, Flores Henrryc, Niura Amaliaa
a Instituto de Investigaciones Químicas; Laboratorio de Hidroquímica, U.M.S.A.
bEspecialidades Químicas I+D+I.
cINRA
*Autor Corresponsal: eguish@gmail.com
ABSTRACT
Stiff and Piper-Hill-Langelier diagrams give to us the classification of both superficial and groundwater resources as sulphated-chloride-calcic, due to the high concentration of Ca2+, SO42- and Cl- among all the majorities ions. It was determine also the existence of two kind of water fluxes (according to Surfer diagrams) one direction from South-West to North-East (depth: 40-80m) and the other from South-East to North-West (depth: 1-4m), taking us to think on the existence of two aquifers inside our study area.
Key words: characterization, groundwater, aquifers fluxes.
RESUMEN
La clasificación fisicoquímica de los tipos de agua superficial y subterránea estudiadas, según los diagramas Stiff y Piper-Hill-Langelier, es sulfatada-clorurada-cálcica, debido a las altas concentraciones de Ca2+, SO42- y Cl-, predominantes entre los iones mayoritarios analizados. Se determinó la existencia de dos flujos de agua (diagramas de Superficie) en direcciones contrarias entre sí: uno subterráneo (prof.: 40 a 80m) de Sur-Oeste a Nor-Este y otro sub-superficial (prof.: 1 a 4m) de Sur-Este a Nor-Oeste, induciendo la existencia de dos acuíferos.
Palabras Clave: caracterización, agua subterránea, flujo de acuíferos.
]]> INTRODUCCIÓN
El agua dulce de los ríos, arroyos, lagos y de la lluvia constituye menos del 0,24% del agua dulce de la Tierra y menos que el 0,1% de toda el agua de la Tierra [1].
Uno de los procesos de transporte del agua dentro del ciclo hidrológico es la escorrentía. Este proceso, también llamado Runoff, está formado por cuatro procesos que se diferencian por el tiempo que tarda el agua en llegar a la estación de medición y por la vía de llegada. Estos son: escorrentía superficial, sub-superficial, subterránea y la precipitación directa sobre el cause [2]. La escorrentía sub-superficial es el proceso formado por el agua que proviene de las precipitaciones que se han infiltrado y que se desplaza lentamente por debajo y cerca de la superficie, de forma tal que tiende a ser casi horizontal para aflorar en algún talud o algún sitio de la superficie situado más abajo del punto de infiltración, sin llegar a incrementar el nivel freático. La escorrentía subterránea es un proceso formado por el agua infiltrada que percola hacia la zona de saturación de las aguas subterráneas y sale a la red hidrográfica, originando el caudal base de los ríos, desempeñando un papel regulador del nivel freático.
También depende de la estructura y geología del suelo y subsuelo, de la intensidad de la lluvia y de las características físicas del perfil del suelo.
En este trabajo se determinó las características fisicoquímicas de las aguas subterráneas de Belén Pituta "B" y se estableció el origen de las mismas en base a la información geológica y la generada mediante sistemas informáticos, como ser diagramas Stiff, diagramas Piper-Hill-Langelier, imágenes S.I.G. y diagramas de superficie.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Transectos en pozos perforados
Se trazaron cuatro transectos en dirección Este a Oeste para observar el tipo de comportamiento de los iones analizados dentro de Belén Pituta "B". Los resultados que se observan en la figura No 3.1 son de la época seca donde se obtuvo el comportamiento más representativo. Las figuras Stiff muestran en el III y IV transecto, una ligera disminución en las áreas de los polígonos (ver escala meqL-1) de algunos pozos perforados, (P1P, P3P, P4P, P5P, P6P y P32P), comparados con los pozos de los transectos I y II.
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La diferencia en el tamaño de áreas por transecto se observa tanto en época seca como en húmeda, es decir, que las menores concentraciones de parámetros fisicoquímicos analizados en pozos perforados (prof.: 40-80m) se encuentran en la región sur de Belén Pituta "B". Las diferencias fisicoquímicas se basan principalmente en las concentraciones de SO42- y Ca2+ (mgL-1). El rango de valores para Ca2+ en pozos perforados de la zona Sur es de 28,15 mgL-1 (P5P) a 53,12 mgL-1 (P1P), el rango de valores para SO42- en pozos perforados de la zona Sur es de 18,12 mgL-1 (P5P) a 85,12 mgL-1 (P3P). El rango de valores de Ca2+ en los pozos perforados restantes del área de estudio es de 39,14 mgL-1(P32P) a 92,45 mgL-1 (P12P) y para SO42- de 78,45 mgL-1 (P33P) a 189,16 mgL-1 (P12P); el resto de los iones analizados se encuentran en un rango uniforme de concentraciones.
Por tanto P1P, P3P, P4P, P5P, P6P y P32P, que pertenecen al IV y parte del III transecto de la zona Sur del área de estudio, poseen las menores concentraciones de parámetros fisicoquímicos determinados (áreas de polígono) debido a la disminución de SO42- y Ca2+ en esta zona.
Este comportamiento seria debido al tipo de suelo arcilloso que se encuentra en el Sur de la región a diferencia del río Jacha Jahuíra, ya que en los pozos perforados y excavados cercanos al mismo se determinaron concentraciones elevadas de iones, específicamente de SO42- y Ca2+. El tipo de suelos de esta parte del área de estudio es arenoso-arcilloso el cual facilita un mayor efecto de escorrentía e infiltración de aguas de rebalse del río Jacha Jahuíra y los lavados de suelos que contienen anhidritas y yeso.
Transectos trazados en pozos excavados y pozos perforados, dirección Este a Oeste
En estos transectos se observa claramente la mayor concentración de iones en los pozos excavados, es decir, pozos que se encuentran a poca profundidad (E), que son P14AE, P8E, P1 1E, P10E y P10AE (observe las escalas en meqL-1).
Observando estos diagramas y comparando los polígonos se puede ver claramente un gran incremento de Ca2+, SO42-, Na+ y Cl- comparados con los pozos perforados. Los puntos donde se observa mayor concentración de cationes y aniones son P10AE (1,3m) y P14AE (1,9m) que se encuentran a un nivel freático menor. Este hecho podría ser debido a que estos pozos excavados no se encuentran protegidos y tampoco disponen de tubos para la extracción de agua, como es el caso de los perforados, para evitar así la infiltración de contaminantes transportados por el viento de fuentes dispersas o puntuales.
Observaciones de campo permiten establecer en los horizontes de los pozos excavados (1 a 4m de profundidad), la formación de zonas blancas de sal a medida que el suelo pierde humedad por la exposición al sol y al aire; lo que no ocurre con los pozos perforados, debido a que son cerrados a los efectos climáticos y solo un tubo de 10 cm de diámetro es lo que conecta al acuífero con el ambiente. De los seis pozos excavados, P8E, P10E, P10AE, P1 1E, P12AE, y P14AE, tres se encuentran en la zona de rebalse del rió Jacha Jahuíra, (P10E, P10AE y P1 1E), y el punto P14AE se encuentra en suelos cercanos al lago Titicaca, suelos con alto contenido de salitre.
]]> Transecto trazado en pozos perforados y excavados: dirección Norte a SurEl V transecto muestra la influencia del río Jacha Jahuíra sobre los pozos cercanos al mismo que fueron graficados en este transecto (figura No 3.3, Stiff C).
Se observa que todos los pozos, excavados y perforados, presentan la misma geometría del polígono del río Jacha Jahuíra mostrando su influencia sobre los mismos. Para el caso de los pozos excavados cercanos al río Jacha Jahuíra, estos sufren de una intromisión de las aguas del río a través de la superficie, en época húmeda, debido al rebalse del mismo; este rebalse provoca el estacionamiento de sus aguas por casi un mes, cubriendo casi toda la zona Este de Belén Pituta "B", siendo un tiempo considerable para que estas aguas se infiltren y percolen hacia los acuíferos subterráneos, causando así una influencia en las concentraciones de parámetros fisicoquímicos. También se observa que dentro de todos los polígonos generados, tanto en época seca como húmeda, los polígonos con mayor área de integración son P10E (13 años de antigüedad a 4 m de profundidad) y P10AE (pozo nuevo a 1,3 m de profundidad), seguidos por P1 1E; donde P10E y P10AE son los pozos excavados que pertenecen a la zona de inundación en época de lluvia; y P1 1E es un pozo descubierto a orillas del río Jacha Jahuíra (todos de consumo doméstico).
P10E es un pozo excavado a 4 m de profundidad con una superficie elevada sobre el nivel del suelo de 30 cm. A pesar de esto, en época de lluvias aún sufre de infiltración de agua de rebalse del río Jacha Jahuíra. Con este transecto se trató de determinar si el río Jacha Jahuíra es ó no fuente de contaminación en pozos de agua subterránea, la respuesta a esta incógnita fue positiva. El río Jacha Jahuíra posee la misma composición fisicoquímica que los pozos cercanos al mismo, P17P, P33P, P1 1E, P10E y P10AE donde P10E y P10AE son los más afectados ya que poseen suelos arenosos que facilitan la infiltración de las aguas de rebalse provenientes del río Jacha Jahuíra, lo que confirma el efecto que tiene sobre los pozos cercanos.
Si bien las áreas de integración (ó formas) de los polígonos del río Jacha Jahuíra (P19R y P20R) son iguales al de los pozos muestreados, y en particular a los que pertenecen a la zona de inundación, no son iguales en intensidad de área, el río posee menor área de integración que los pozos excavados, este hecho se debe a que el río es un cuerpo de agua superficial en movimiento continuo y las aguas subterráneas muestreadas son cuerpos de agua estacionarias que van acumulando concentraciones con el paso del tiempo y con el grado de exposición al medio ambiente.
Resultados de iones predominantes
La figura No 3.4 ayuda a dar una clasificación inmediata de acuerdo a los iones mayoritarios que se cuantificaron en las tres salidas de campo. Solo se muestran los datos de época seca ya que son los más representativos.
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Según la clasificación de Piper-Hill [8] se observa que en los tres muestreos realizados, las muestras de aguas superficiales, sub-superficiales y subterráneas analizadas presentan el mismo comportamiento, Sulfatada-cloruradas-cálcicas.
Esta clasificación muestra que tanto SO42-, Cl- y Ca2+, son los tres iones que se encuentran en mayor proporción en los cuerpos de agua muestreados, (río Jacha Jahuíra, río Tujsa Jahuíra, lago Titicaca, pozos excavados y pozos perforados).
Si bien el diagrama Piper-Hill ayuda a tener una idea de algunos de los iones predominantes presentes en el área de estudio, las figuras SIG No 3.5 y No 3.6 brindan información de la predominancia de cationes y aniones respectivamente dentro un punto y su distribución dentro el área de estudio.
En la figura SIG No 3.5 las áreas mayores en las barras graficadas pertenecen a Ca2+ y Na+ que van disminuyendo desde la época seca a la húmeda y en la figura SIG No 3.6 se muestra la predominancia de SO42- y Cl-, seguidos por la presencia de HCO3-.
]]> En estas dos figuras SIG se observa que las concentraciones de Ca2+ y SO42- se encuentran en mayor proporción en proximidades al río Jacha Jahuíra presentando una disminución de este par de iones en la zona Sur de Belén Pituta "B" pero un aumento del par Na+ y Cl- como se mostró anteriormente en los diagramas Stiff.Para corroborar esta distribución se analizó las isolíneas generadas dentro el área de estudio, convirtiéndose en una herramienta más completa para la interpretación de la distribución geológica de los iones predominantes. Se dividieron en grupos de acuerdo al tipo de agua subterránea, es decir, pozos perforados y excavados; es así que la figura No 3.7 muestra el comportamiento de Ca2+, SO42-, Na+, Cl-, en pozos perforados durante época seca. En la zona cercana al río Jacha Jahuíra, se observa una zona inferida de mayor concentración de Ca2+ y SO42- (90 mgL-1 y 180 mgL-1 respectivamente) en pozos perforados que se mantiene proporcional de acuerdo a la época climática. Las zonas de altas concentraciones de Na+ y Cl- (17 y 65 mgL-1 respectivamente) están ubicados en los pozos perforados cercanos al lago Titicaca (P1P, P3P, P4P, P5P, P6P, P32P, P34L, P35L).
Por tanto se podría decir que los cuatro iones que abarcan de un 70% a 90% de los sólidos totales disueltos son Ca2+, SO42-, Na+ y Cl-, seguidos por la presencia de Mg2+, K+ y HCO3-, tres iones que abarcan un 10% a 30% de los sólidos totales disueltos. Sin embargo los iones Ca2+ y SO42- son los que predominan entre todos los iones analizados en la zona de Belén Pituta "B".
Un fenómeno observado en las isolíneas generadas es el flujo de las aguas sub-superficiales (pozos excavados de profundidad entre 1 a 4m) y subterráneas (pozos perforados de profundidad entre 40 a 80m).
Comparando las isolíneas entre 40 a 80m de la figura No 3.7 con las isolíneas entre 1 a 4 m de profundidad de la figura No 3.8, se puede observar dos direcciones de flujos de agua.
En consecuencia se puede atribuir el origen de los aniones y cationes determinados de la siguiente manera:
Cloruros: lavado del suelo lacustre que posee altas concentraciones de Cl- como se mostró en la figura SIG No 3.6 de los aniones analizados, así también, por el ataque de la rocas sedimentarias evaporitas e hidrolisitas.
Sulfatos: disolución de anhidritas, actividades urbanas y agrícolas.
Bicarbonatos: disolución de calizas por la acción de ácidos húmicos.
Dado que en los acuíferos no existen aportes de CO2, el contenido en carbono disuelto permanece constante y puede suponerse que el contenido en HCO3- es también constante. [8], lo que justificaría los valores constantes de HCO3- determinados.
Sodio: procede del lavado de sedimentos de origen lacustre, del cambio de bases con arcillas y de la disolución de sales evaporitas.
Potasio: procede del ataque de feldespatos como ser ortosa, que posee K+ unidos a estructuras de Silicio, de la fijación al terreno por las arcillas presentes para su posterior lavado.
Calcio: Procede de la disolución de calizas, yeso y anhidritas presentes, también puede ser debido al ataque de ciertos feldespatos cálcicos.
Magnesio: Procede del ataque de silicatos magnésicos y ferromagnésicos y del lavado de rocas evaporíticas.
]]> Observando la figura No 3.2 (Stiff B), de pozos perforados y excavados, se tiene que las mayores concentraciones se encuentran en los pozos excavados, a profundidades de 1 a 4 m, esto significa que los iones mencionados se encuentran a pequeñas profundidades lo que ayuda a corroborar que el origen de suelos y rocas son sedimentarios ya que de no ser así, tendríamos el mismo rango de concentraciones en los pozos perforados (mayores profundidades).Otro hecho que ayuda a corroborar este origen, es el polígono del río Tujsa Jahuíra (P22R), donde se observa mayor área de integración debido a que este se genera únicamente en época de lluvia, lavando las concentraciones de iones acumuladas en los suelos durante un período corto del ciclo hidrológico. Por otro lado podemos observar que la estratificación de rocas y minerales en los suelos no es homogénea.
Sabiendo que los suelos de Belén Pituta "B" son de origen fluvio-lacustres, es decir, suelos sedimentados con sales precipitadas después de la evaporación de aguas del lago Titicaca; si bien estas mismas sales se encuentran disueltas en el lago, en la figura No 3.1 (Stiff A), se observa que el ion Ca2+ se encuentra en menor proporción que Na+ y Cl- durante época seca y desapareciendo en época húmeda.
Es lógico suponer que si Ca2+ y SO42- provienen principalmente de aportes de suelos yesíferos, en el volumen de un cuerpo superficial, como es el lago Titicaca, estas concentraciones serán pequeñas comparadas con Na+ y Cl-, las cuales dado el origen lacustre justifican su existencia mayoritaria y su respectiva dilución en época húmeda.
Parámetros permisibles para agua potable
En la tabla N° 3.1 se detallan si los analitos cumplen o no los límites permisibles establecidos para agua bebible.
Se consideran los valores máximos permisibles establecidos en las normas: OMS-1985, EPA de los Estados Unidos, Comunidad Económica Europea para agua potable así como las normas establecidas en el Reglamento del Medio Ambiente (RMA) de la ley boliviana 1333.
Como se puede observar en la tabla No 3.1, ninguno de los iones mayoritarios analizados en las aguas bebibles de la comunidad de Belén Pituta "B" sobrepasan los límites permisibles estipulados por las organizaciones citadas.
]]>EXPERIMENTAL
Ubicación geográfica del área de estudio
Belén Pituta "B" se encuentra en el altiplano Norte de Bolivia dentro el municipio de Guaqui, provincia Ingavi del departamento de La Paz, limita al Norte con el lago Titicaca y el municipio de Tiahuanacu, al Sur con el municipio de Jesús de Machaca, al Este con el municipio de Tiahuanacu y el Oeste con el municipio de Desaguadero. Posee un rango de altura entre 3 800 a 3 900 m.s.n.m. una latitud Sur de 16°35' y longitud Oeste de 69°10'.
Geológicamente se encuentra dentro de un depósito fluvio-lacustre y en la dirección Sud-Este del área de estudio se encuentra formado un abanico de aluvial conteniendo areniscas, arcillas, limos y gravas [3]. Los abanicos aluviales son cuerpos sedimentarios de acumulación de dimensiones variables de morfología conoidal.
Metodología de muestreo
Se tomaron muestras en cuerpos de agua subterránea y superficial. El agua subterránea muestreada pertenece a dos tipos de pozos, excavados (profundidad entre 1 a 4 m) y perforados (profundidad entre 40 a 80m). Se establecieron 23 puntos de muestreo en total, 10 en pozos perforados (P), 6 en pozos excavados (E) y 7 en aguas superficiales (R y/o L), 2 en el río Jacha Jahuíra, 1 en el río Tujsa Jahuíra, 2 en un riachuelo y 2 en el lago Titicaca).
Metodología de análisis
Espectrofotómetro de Absorción Atómica, Perkin Elmer, AAnalist 100; Espectrofotómetro Spectronic UV-Visible, Unicam de doble haz Helios λ; Cromatógrafo de Iones Perkin Elmer Alltech.
CONCLUSIONES
A partir de los resultados obtenidos, utilizando los diagramas piramidales Piper-Hill, se puede concluir que:
Como conclusión final se puede decir que los pozos perforados de agua subterránea de la región de Belén Pituta "B" Sí son aptos para el consumo humano debido a que ningún ión determinado y evaluado sobrepasa los limites permisibles estipulados por la OMS (1985), EPA (1998), CEE (1993) y RMA de la ley 1333.
AGRADECIMIENTOS
Un agradecimiento enorme al:
Jefe de Laboratorio de Hidroquímica, UMSA, Lic.Quintanilla Jorge, por toda la colaboración brindada para la realización de este trabajo. M Sc. Ramos R. Oswaldo, Ph.D. Choque Rigoberto y al Dr. Gemio Rómulo por su constante guía y apoyo en todas las facetas de este trabajo.
Ing. Geógrafo Flores Henrry por la colaboración en la creación de los mapas SIG.
REFERENCIAS
1: Egger Anne/ E., M.A./M.S; El Ciclo Hidrológico "El viaje del agua a través del tiempo"Visionlearning Vol. EAS-2 (2s), 2003. [ Links ]
2: Lewis W.L. 1988, S.S. Foster, B.S. Drasar, C.E.P.I.E.S/O.P.S. "Análisis de contaminación de las aguas subterráneas por sistema de saneamiento básico"
3: Mapa Geológico de Tiahuanacu y Jesús de Machaca, 1994; SERGEOMIN-Bolivia.Esc.1:100000. SGB Serie I- CGB-31.
4: APHA, AWWA, WPCF, 1992; "Métodos Normalizados" para el análisis de aguas potables y residuales. Ed. Diaz Santos, SA; 4-199 pp.
5: A.C. Brattony E.K. Marshall, 1939, J. Biol. Chem,128, 537 pp
6: K.F. Grasshoff, 1976, "Methods of seawater Analysis", Verlag Chemie, 126-135 pp
7: J.C. Valderrama, 1981, "The simultaneous analysis of total nitrogen and total phosphorus in natural waters", Marine Chemistry, 10, 109-122.
8: Custodio E., Llamas M. 1983; "Hidrológica Subterránea" Tomo I, Ed. Omega, 2da Edición.
9: FothH.D.,.L.M. turk, C.E. Millar, 1975 "Fundamentos de la ciencia del suelo", C.E.S.A.
10: Arboleda V. J. (2000), 3a Ed. Tomo I, Univ.Minnesota, "Teoría y practica a la purificación del agua"
11: Reglamento del Medio Ambiente, Bolivia. [ Links ]
13: Appelo C.A.J., Postma D., 1999; "Geochemistry, GroundWater and Pollution". [ Links ]
14: Foster, S.S. 1976,The vulnerability of British groundwater resources to pollution by agricultural leachiest. Ministry of Agriculture. Fisheries and Food Technical Bulletin No. 32, 68-91 pp.
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