acuifero uraba

Revista Ingenieras Universidad de Medelln, vol. 9, No. 17, pp. 51-62 - ISSN 1692-3324 - julio-diciembre de 2010/228 p. Medelln, Colombia

Revista Ingenieras Universidad de Medelln

HIDROGEOQUMICA EN EL ACUFERO COSTERO DEL EJE BANANERO DE URAB

Vanesa Paredes Ziga*

Ingrid Vargas Azofeifa**

Mara Consuelo Vargas Quintero***

Federico Arellano Hartig****

Recibido: 30/04/2010Aceptado: 08/10/2010

RESUMEN

Las tcnicas hidrogeoqumicas constituyen una herramienta complementaria a la hidrogeologa dado que permiten responder los interrogantes que se presentan en sistemas complejos, como es el caso de los acuferos costeros, donde la salinidad normalmente asociada a procesos de intrusin salina puede obedecer tambin a la conjuncin con otros aspectos hidroclimatolgicos e hidrodinmicos. Con la apli-cacin de la hidrogeoqumicay las relaciones inicasse evidencia que los procesos de salinizacin presentes en el acufero costero del Eje Bananero de Urab podran estar ligados a la interaccin agua-roca, a mezclas con aguas que se salinizaron como resultado de procesos de transgresin-regresin antiguos en la zona de estudio. Este artculo resume los resultados del proyecto de investigacin y la aplicacin de la hidrogeoqumica y relaciones inicas como metodologa vlida para determinar los diferentes procesos de salinizacin de las aguas de las zonas litorales.

Palabras clave: hidrogeoqumica, salinizacin, intrusin, acufero

* Ingeniera civil, aspirante a magster en Hidrogeologa y Manejo de Recursos Hdricos. Universidad de Costa Rica. San Jos, Costa Rica. Correo electrnico: [email protected].

** Geloga. M. Sc. En Hidrogeologa. Escuela Centroamericana de Geologa. Universidad de Costa Rica. Ciudadela Universitaria Rodrigo Facio, San Jos, Costa Rica. Correo electrnico: [email protected].

*** Ingeniera qumica. Especialista en Hidrogeologa. Ministerio de Ambiente. Bogot, Colombia. Correo electrnico: [email protected].

**** Ingeniero civil. M. Sc. en Hidrogeologa y Manejo de Recursos Hdricos. Universidad de Costa Rica. San Jos, Costa Rica. Correo electrnico: [email protected].

52 Vanesa Paredes Z. - Ingrid Vargas A. - Mara C. Vargas Q. - Federico Arellano H.

Universidad de Medelln

HYDROGEOCHEMISTRY IN THE COASTAL AQUIFER OF THE URABA REGION

ABSTRACT

Hydrogeochemical techniques provide a complementary tool to hydrogeology as they provide certainty as to the questions related to complex systems, as is the case of coastal aquifers, in which salinity, usually associated to saline intrusion processes, may result from the fusion with other hydroclimatologic and hydrodynamic aspects. With the application of hydrogeochemistry and ionic relations, it has been eviden-ced that salinization processes in the coastal aquifer of Urab Banana Axis could be linked to water - rock interaction, to mixtures with waters which salinized as a result of old transgression-regression processes in the zone under study. This article summarizes the results of the research project, the application of hydrogeochemistry, and ionic relations as a valid methodology to determine the different salinization processes of coastal areas.

Key words: hydrogeochemistry, salinization, aquifer, intrusion.

53Hidrogeoqumica en el acufero costero del eje bananero de Urab


INTRODUCCIN

La hidrogeologa es la ciencia que se ocupa del estudio de las aguas subterrneas y sus caracters-ticas. Las tcnicas convencionales de exploracin hidrogeolgica permiten determinar las propieda-des geomtricas e hidrulicas de los acuferos y, con la combinacin de otras herramientas qumicas, hidroqumicas e isotpicas, calibrar y validar el modelo conceptual de un acufero o sistema o responder preguntas especficas acerca de su evo-lucin y dinmica.

El conocimiento de los acuferos costeros invo-lucra la relacin existente entre agua dulce y salada, y el riesgo de contaminacin cuando las extraccio-nes superan la recarga rompindose el equilibrio entre la interfaz entre el agua continental y el agua del mar [1]. En el caso de los acuferos costeros, se requiere una adecuada gestin del recurso debido a que presentan un mayor grado de afeccin a la

calidad de sus aguas, como consecuencia de una intensa demanda al constituir la principal fuente de recurso hdrico cuando en la zona se dan precipita-ciones escasas, caudales superficiales intermitentes o de baja calidad. En regiones como Urab, debido a la explotacin que se produce, principalmente para satisfacer requerimientos agrcolas y los rela-cionados con el desarrollo urbano y turstico, se puede dar la intensificacin del fenmeno de sali-nizacin natural por intrusin marina, induciendo la penetracin de la cua salina tierra adentro a una tasa mayor de la esperada comparadas con condiciones de ausencia de explotacin.

1 GENERALIDADES Y UBICACIN DE LA ZONA DE ESTUDIO

El acufero costero del Eje Bananero de Urab, est localizado al noroccidente del departamento de Antioquia, Colombia (figura 1). Este acufero cubre

Figura 1. Localizacin de la zona de estudio. Fuente: [6]



aproximadamente 1.030 km (103.000 Ha) y se ca-racteriza por ser continental y tener una franja cos-tera que recibe influencia marina. Constituye fuen-te principal de abastecimiento para la agroindustria del banano y para comunidades urbanas y rurales. El clima de la regin de Urab es clido semih-medo; la precipitacin promedio anual aumenta en el sentido noreste-suroeste desde 2.200 mm hasta los 3.800 mm, alcanzando una recarga de 29.1 mi-llones de metros cbicos anuales. En la zona exis-ten alrededor de 550 pozos activos, en su mayora para satisfacer la demanda del cultivo del banano. Las conductividades hidrulicas calculadas son va-riables, van desde 2 m/da (Noreste de la regin) y hasta 20 m/da (en el sur) y coeficiente de almace-namiento del orden de 10-4 que indica el confina-miento del acufero, con caudales de hasta 150 l/s.

Geolgicamente este acufero est constituido por rocas sedimentarias terciarias (T1 y T2) y dep-sitos aluviales (Cuaternario); hidrogeolgicamente las unidades de mejor potencial para el aprove-chamiento de aguas subterrneas lo constituyen la unidad T2 y los depsitos cuaternarios. Este acufero, por estar en contacto con el mar, no est ajeno a los procesos de salinizacin, por lo tanto, es vital determinar el estado actual de salinidad en el acufero, con la utilizacin de la hidrogeoqumica como herramienta determinante para caracterizar los sistemas de flujo y los procesos asociados a las interacciones del agua con el medio poroso y del agua dulce con el agua salada. En consecuencia, y debido a la importancia que representa este fe-nmeno, es necesario procurar un conocimiento a fondo del comportamiento y evolucin de los sistemas de aguas subterrneas, tanto en calidad como en cantidad del recurso disponible, para planificar acciones a futuro que permitan un uso racionalizado del recurso y en el que socialmente se demuestre conciencia frente al problema.

En este artculo se plantea un caso de estudio aplicado para determinar la susceptibilidad a la contaminacin salina del acufero costero del Eje Bananero de Urab, realizado para

CORPOURAB en el ao 2009, donde se aplicaron los mtodos hidrogeoqumicos como instrumento de validacin para determinar las causas de los procesos salinos de este acufero, compilando la metodologa y resultados, y sintetiza las principales conclusiones y acciones a seguir para futuros trabajos de investigaciones aplicadas.

2 MTODOS

El origen de la salinizacin en zonas costeras se da, en la mayora de los casos, por el fenmeno de la intrusin marina. A este fenmeno se asocian diferentes procesos hidrogeoqumicos como son los de precipitacin-disolucin de minerales, inter-cambio inico, oxidacin-reduccin, entre otros, lo que puede modificar la composicin qumica original de estas aguas y, en consecuencia, dar lugar a cambios en la calidad de stas para determinados usos. Para fines del presente estudio, la evaluacin de la calidad del agua subterrnea para determinar procesos de salinizacin en el acufero costero del Eje Bananero de Urab utiliz tcnicas hidroqu-micas y relaciones inicas, debido a que constituyen una herramienta de diagnstico directa que refleja con mayor sensibilidad el grado de afeccin de los acuferos costeros ante el aumento de salinizacin. Esto permite la caracterizacin de aguas superficia-les y subterrneas para trazar el origen y la historia del agua, con parmetros como temperatura (T), pH, conductividad, sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+), bicarbonatos (HCO3-), sulfatos (SO42-), cloruros (Cl-) y nitratos (NO3-)[2].

Para el desarrollo de este trabajo se utiliz la informacin obtenida en una campaa de mues-treo realizadaen enero de 2008. Para dar cumpli-miento a los objetivos propuestos, se seleccion un rea costera comprendida entre los corregimientos de Currulao y Nueva Colonia del municipio de Turbo, con un rea de 8.916 km, y se dise una red de monitoreo conformada por 16 pozos activos y 10 piezmetros (figura 2a). Se realizaron determinaciones in situ de pH, temperatura,



Figura 2a. Pozos que conforman la red de monitoreo de intrusin salina.

Fuente: [6]

Figura 2b. Clasificacin de muestras de agua. Diagrama de Piper. Fuente: [6]

Figura 2b: Clasificacin de muestras de agua. Diagrama de Piper. Fuente: [6]

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20

20

Cl +

SO

4 =

>



conductividad elctrica, alcalinidad y se tomaron muestras de aguas para su anlisis en el laborato-rio para la determinacin de iones mayoritarios y minoritarios. Los anlisis qumicos fueron realiza-dos en el laboratorio de INGEOMINAS, Bogot, Colombia. Se siguieron los protocolos de toma de muestras propuestos por el Instituto de Hidrologa, Meteorologa y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM) [3] y el Organismo Internacional de Ener-ga Atmica (OIEA) [4]. Para el reporte de los datos fsicos y de los anlisis qumicos se debe seguir la nomenclatura estndar del Sistema Internacional.

Los datos obtenidos durante las campaas de muestreo fueron analizados en un archivo de Excel programado en varias hojas para realizar anlisis estadstico exploratorio, calcular los errores en el balance inico, y realizar relaciones inicas. Los datos de las muestras que cumplieron los cri-terios de calidad analtica fueron procesados en AQUACHEM 4.0 para realizar grficos de clasifi-cacin de las aguas en el rea de estudio y obtener los clculos numricos necesarios (concentraciones inicas en mg/L y % meq/L), y representar grfi-camente estos datos en un diagrama tipo Piper.

La calidad de los datos obtenidos se determi-n a partir del clculo del balance inico para los componentes mayoritarios; de aqu se establece que la suma de miliequivalentes de aniones debe ser igual, con un margen de error permitido, a la suma de miliequivalentes de cationes. Un valor admisible del balance es menor de 5%. Un error mayor puede deberse a errores acumulados de cada una de las determinaciones individuales, omisin de las contribuciones inicas de elementos mino-ritarios, anlisis inexactos, alta acidez del agua y por esto concentraciones significativas de H+ que no se tienen en cuenta y cantidades representativas de iones orgnicos [5].

3 RESULTADOS

La caracterizacin hidroqumica del acufero del eje Bananero de Urab se hizo sobre la base

del muestreo de 26 puntos de aguas subterrneas (conformada por 16 pozos profundos y 10 piezme-tros), una muestra de agua de mar y una muestra de agua superficial, distribuidos en un rea de 8 916 km2; las muestras fueron tomadas en el perio-do de enero-agosto de 2008. La temperatura del agua presenta valores que oscilan entre los 16 C y 18 C. Los resultados del muestreo hidroqumico realizado se consignan en la tabla 1 y los datos co-rrespondientes a las relaciones inicas principales, en la tabla 2.

En el diagrama de Piper de la figura 3, se aprecia que las aguas predominantes son de tipo bicarbonatada sdica. En la tabla 1, las muestras de los puntos PZC 10, PZC 13, PZC 18, PZC 24, PZC - 29, presentan una clasificacin bicarbo-natada cloruradas sdica. La cantidad del cloruro en estas muestras vara de 194 a 410 mg/l; los dos iones mayoritarios; cloruro y sodio registran una media, respectivamente, de 109.51 y 252.22 mg/l.

En la parte ms continental del acufero (hacia sur del rea del estudio, municipios de Apartad, Carepa y Chigorod) en campaas realizadas con anterioridad por CORPOURAB se evidenci que las aguas son de tipo bicarbonatada clcica.

Utilizando la informacin contenida en la Base de Datos de Aguas de CORPOURAB y los re-sultados de la campaa de muestreo hidroqumico realizado en el periodo enero-agosto de 2008, se han calculado los valores de las relaciones inicas (tabla 2) ms significativas: rNa+/rCl rMg2+/rCa2+; rHCO3/rCl, rSO42/rCl[1].

En la mayora de los puntos considerados para este estudio, la relacin rSO42/rCl es me-nor a 0.1, lo que asocia este tipo de aguas con un origen ms continental que salino. Los valores de la relacin rMg2+/rCa2+ estn comprendidos entre 1.35 y 3.5. Esta relacin vara entre 0,3 y 1,5 en aguas continentales y es del orden de 5,2 para el agua de mar. Por su parte, los valores de la relacin rCl/rHC03se encuentra en el rango de 0,03 a 0,96, dado que este ndice hidrogeoqumico en aguas continentales vara entre 0,1 y 5, mientras



Tabla 1. Resultados de los anlisis de laboratorio

ID Nombre Tipo de AguaX

coordenadasY

coordenadasT pH

K (mg/l)

Na (mg/l)

Ca (mg/l)

Mg(mg/l)

Fe (mg/l)

Mn (mg/l)

PzC-03 Banacol Nueva Colonia 1 Na-HCO3 1039637 1368963 18 7,04 6 300 33,5 39



Tabla 2. Relaciones inicas

Id NombreRelaciones inicas

r Mg/rCa rNa/rCa rNa/r(Ca+Mg) rCl/rCO3H rSO4/rCl

PzC-03 Banacol Nueva Colonia 1 1,92 7,79 2,67 0,06 0,08

PzC-04 Banacol Nueva Colonia 2 1,53 4,13 1,63 0,20 0,05

PzC-05 Edgar Silva 2,01 6,49 2,16 0,09 0,02

PzC-08 Colegio la Teca 2,42 6,98 2,04 0,04 0,09

PzC-09 Independencia de Antioquia 1,89 7,77 2,68 0,04 0,15

PzC-10 Finca Cuadas 3,51 7,99 1,77 0,49 0,27

PzC-11 Panorama 1,60 4,13 1,59 0,26 0,00

PzC-13 Katia 1,74 4,43 1,62 0,38 0,01

PzC-14 Finca Venturosa 2,12 5,80 1,86 0,14 0,00

PzC-15 Astillero Banacol 1,89 10,77 3,73 0,03 0,31

PzC-16 Embarcadero Banadex 1,85 6,80 2,38 0,44 0,02

PzC-17 Las Nias 2,07 4,56 1,49 0,17 0,07

PzC-18 Finca Antares 1,77 4,16 1,50 0,96 0,01

PzC-19 Rita Mara 2,54 4,96 1,40 0,21 0,06

PzC-20 El Tikal 2 1,76 4,36 1,58 0,16 0,00

PzC-21 Magdalena 2,25 3,79 1,17 0,18 0,06

PzC-22 Banalinda 1,68 3,48 1,30 0,13 0,01

PzC-23 Finca la Tagua 2,36 6,68 1,99 0,09 0,00

PzC-24 Finca Agromar 1,35 2,89 1,23 0,39 0,02

PzC-26 Villa Clemencia 2,32 5,44 1,64 0,12 0,00

PzC-27 Finca Yerbazal 1,88 4,36 1,52 0,22 0,05

PzC-28 Finca Guadalupe 2,31 6,35 1,92 0,06 0,04

PzC-29 Astillero Casanova 3,08 10,12 2,48 0,39 0,02

Fuente: elaboracin propia.

que en agua del mar alcanza entre 20 y 50; puede inferirse que las aguas tienden a ser continentales con poca o ninguna influencia marina.

Los valores obtenidos indican los siguientes aspectos: en primer lugar, cabe destacar que no se puede deducir la existencia de procesos de in-trusin en los puntos estudiados. nicamente en el punto PZC018 (finca Antares), el valor de la relacin rHCO3/rCl es inferior o prximo a la unidad, lo que significa un aumento de los cloruros respecto a los bicarbonatos.

La presencia de contenidos altos de salinidad en algunos puntos muestreados (cercanos a la lnea de costa) podra ser debida a una ligera contami-nacin con agua marina de los sedimentos donde fueron perforados los piezmetros, y estar afecta-dos por los procesos mareales. Se descartan, en principio, fenmenos de intrusin marina actuales

activos, ya que no se tiene constancia de explota-ciones subterrneas y no se ha detectado presencia de cloruros en otros puntos cercanos a la costa, aunque es necesario un estudio hidrogeoqumico ms detallado.

Las figuras 3 y 4 indican que las aguas seran continentales. Sin embargo, en la figura 4, se evidencian que algunos puntos (PZC-09, PZC-08 y PZC-03), presentan una relacin rSO42/rClcercano a 0.1, que indica alguna influencia de contaminacin por salinizacin; pero, por su parte, la relacin rNa/rCl presenta valores supe-riores a 1, lo que supone un ablandamiento de las aguas, indicativo de procesos de salinizacin en el pasado producidos por posibles transgresiones marinas y ambientes de depsitos salinos que introdujeron salinidad al agua de la zona costera del acufero y actualmente se produce un lavado



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16

12

8

4

00 4 8 12 16 20

HCO3 (meq/l)

Cl (

meq

/l)

Agu

as d

e m

ar

Aguas continentales

Figura 3. Relacin rCl/rHCO3. Fuente: [6]

Figura 4. Relacin rSO4/ClFuente: [6]

pen

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2

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0 5 10 15Cl

SO4

de estos sedimentos, sumado al hecho de que en esta zona existen pozos saltantes (surgentes) (PZC-01, PZC-03, PZC-04, PZC-05, PZC-08, PZC-09, PZC-15, PZC-16 y PZC-24) que por sus gradientes hidrulicos provocan una descarga continua de agua subterrnea al golfo, convirtindose en una barrera natural contra procesos de intrusin salina.

De los resultados hidroqumicos se determin que las concentraciones de los iones aumentan en sentido NW (teniendo particular importancia las concentraciones de, Na, HCO3 y Cl). Se han determinado concentraciones sodio superior a los a los 360 mg/l de bicarbonatos de hasta 1.128 mg/l y cloruros superiores a los 400 mg/l. La conductividad elctrica aumenta hacia la zona costera, llegndose a registrar valores de hasta 5.700 uS/cm (figura 5).

4 CONCLUSIONESLos procesos de salinidad que se insinan en

las muestras de agua subterrnea en el acufero costero del Eje Bananero podran tener relacin con transgresiones marinas (entrada del mar al con-tinente) que propiciaron ambientes de depsitos sa-linos que sumados a las particularidades litolgicas del acufero en la zona muestreada podran sentar las bases de las explicaciones de las anomalas de salinidad detectadas. No obstante, se hace necesa-rio validar la hiptesis planteada en este proyecto



Figura 5. Distribucin de la conductividad elctrica en el rea de estudioFuente: [6]

con evidencias geolgicas y un monitoreo continuo en el tiempo y hacer una comparacin de los resul-tados de muestreos hidroqumicos anteriores para determinar si se est presentando una variacin (disminucin/aumento) en valores de parmetros como conductividad y slidos suspendidos totales.

En la zona de estudio se presenta la particulari-dad de que algunos pozos son saltantes (surgentes) (PZC-01, PZC-03, PZC-04, PZC-05, PZC-08, PZC-09, PZC-15, PZC-16 y PZC-24) que por sus gradientes hidrulicos provocan una descarga continua de agua subterrnea al golfo, y se con-vierten en una barrera natural contra procesos de intrusin salina. Sin embargo, esta condicin podra cambiar con el aumento no planificado de la explotacin del acufero, para lo cual se requiere de lineamientos claros que prevengan actividades que vayan en detrimento de las caractersticas de calidad y cantidad de las aguas subterrneas en este sector.

Las relaciones inicas analizadas para las muestras de agua indican que no hay un proceso

marcado de salinizacin en la evolucin qumica de las aguas subterrneas; no obstante, se observa una tendencia en el aumento de concentraciones de algunos parmetros (cloruros, CE, SST) en puntos de muestreo puntuales en los pozos, donde las ca-ractersticas de diseo de los pozos estn captando varios estratos y, por consiguiente, generando una mezcla de varios tipos de agua.

Con el anlisis y procesamiento de las mues-tras de agua subterrnea en la zona de estudio, ayudados con la evaluacin de algunas relaciones inicas y la integracin de informacin hidrogeol-gica disponible en el rea, como sondeos elctricos verticales, geologa e hidrulica se evidencia que hay un estado incipiente de posible salinizacin en el acufero costero del Eje Bananero, que se acenta en mayor proporcin y puntualmente en el sector norte, zona en la que actualmente no se produce una explotacin intensiva de losrecursos hdricos subterrneos, pero donde en trminos preventivos y de gestin se deben establecer mecanismos de monitoreo continuo y una evaluacin hidrogeoqu-



mica ms detallada para precisar con claridad los procesos bien sea de salinidad u otros que afecten la calidad de las aguas en esta zona.

Los resultados consignados en este artculo y en el proyecto de investigacin para el acufero costero del Eje Bananero de Urab son prelimina-res. Dadas las condiciones de heterogeneidad que se presentan en este acufero, es necesario que se realicen campaas hidrogeoqumicas ms amplias a corto plazo, para poder determinar con mayor certeza los orgenes y evolucin de la salinidad de las aguas subterrneas, con el fin de que ayuden a comprender mejor los proceso que se estn dando y se puedan integrar herramientas complementa-rias como la hidrodinmica, para discriminar los procesos de salinizacin, y evaluar la intensidad con los que estn ocurriendo.

AGRADECIMIENTOS

Las autoras agradecen a la Corporacin para el desarrollo sostenible del Urab CORPOURABA por el financiamiento de este proyecto.

REFERENCIAS[1] E. Custodio, y M. R. Llamas, Hidrologa Subterrnea,

Barcelona: Editorial Omega, 1996.

[2] C. Appelo, y D. Postma, Geochemistry, groundwater and

pollution, 2a ed., Rotterdam: Balkema, 2005.

[3] IDEAM, Gua para el monitoreo de aguas subterr-

neas, 2004.

[4] L. Gourcy et al., Stable oxygen and hydrogen isotopes.

Isotopes in the water cycle, past, present and future of

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[5] A. Hounslow, Water quality data: analysis and interpreta-

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[6] CORPOURAB, Proyecto Proteccin Integral de Aguas

Subterrneas, Corpourab, Apartad, 2010.

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