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1. INTRODUCCIÓN
Durante la última mitad del siglo XX, la población urbana mundial ha ido en crecimiento debido al incremento de la natalidad sobrepasando a la población rural, llegando a 56% para 2021 y se estima que será un 68% para 2050 [1]. En la región metropolitana de Cochabamba, la cual ha crecido un 150% en las últimas dos décadas [2] debido a un crecimiento acelerado, la población actual es aproximadamente 1.5 millones de habitantes [3].
Tal crecimiento acelerado en la población refleja una mayor tensión en los recursos hídricos, especialmente en zonas semiáridas [4], produciendo una extracción insostenible de agua dulce de ríos, acuíferos y embalses para consumo humano [5], lo cual altera el ciclo hidrológico del agua, incrementa la contaminación de las fuentes de agua y reduce las zonas de infiltración natural, tal como ocurre en el Valle Central de Cochabamba [6] donde se estima que para 2036, la mancha urbana llegará a cubrir un 65% de la zona acuífera [2].
Por otra parte, la cantidad de agua dulce disponible en el mundo equivale solamente a un 2.5% del total [7] y las aguas subterráneas representan el 99% del agua dulce en estado líquido en la tierra [5]; por ende, este recurso es clave para el sustento del bienestar humano, desarrollo socioeconómico y medioambiental [8], destacando sus distintos usos en abastecimiento de agua potable, agricultura, industria, minería, recreación, entre otros [4]. Por ejemplo, en Valle Central de Cochabamba, las aguas subterráneas representan la principal fuente de abastecimiento con un 65% aproximadamente y el resto de aguas superficiales [9].
En el último siglo, la extracción de aguas subterráneas ha incrementado, reduciendo rápidamente el almacenamiento de aguas subterráneas [10] en consecuencia al auge en la construcción de pozos de agua con nuevas tecnologías de perforación y bombeo [8], que permitieron explorar cada vez acuíferos más profundos y extracción de grandes caudales de agua [11]. Asimismo, la calidad se ha visto afectada por factores contaminantes antropogénicos [11]. Estos factores se incrementarán, en vista que la dependencia de las aguas subterráneas no hará más que aumentar a futuro [5]. Actualmente, se desconoce la cantidad de pozos existentes en la región metropolitana de Cochabamba. Según SEMAPA (Servicio Municipal de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario), en 2012 existían alrededor de 1400 pozos en esta región [12], sin embargo, a la fecha, SIASBO (Sistema de Información de Aguas Subterráneas de Bolivia) sólo cuenta con el registro de aproximadamente 900 pozos [13].
Las aguas subterráneas se constituyen en fuentes de agua necesarias para lograr las metas del Objetivo 6 de la Agenda del Desarrollo Sostenible de la Agenda 2030, es decir, agua limpia y saneamiento para todos [8], por lo que es imprescindible comprender las características locales de los recursos de aguas subterráneas, en vista de su heterogeneidad, recopilar datos de los acuíferos y pozos, intensificar la investigación para desarrollar capacidades de análisis hidrogeológico que proporcionen bases para estudios y mejorar la gestión de las aguas subterráneas [14], en zonas de gran estrés hídrico como lo son los municipios del Valle Central de Cochabamba.
El Plan Director de la Cuenca del Río Rocha, surgió como una herramienta de gestión de agua [6], donde, a través de la Plataforma Interinstitucional de la Cuenca del Río Rocha (PICRR) en la Comisión de Aguas Subterráneas realizada por el Servicio Departamental de Cuencas (SDC), se llevó a cabo un evento para el intercambio de experiencias entre la Gobernación de Cochabamba y diversas instituciones sobre estudios hidrogeológicos previos en Quillacollo y Vinto [15]. En otros municipios se ha recolectado información de diversas instituciones de los pozos existentes, tales como nivel freático, parámetros fisicoquímicos y se acordó realizar una gestión de este recurso [16]. En cambio, en los Municipios de Colcapirhua y Tiquipaya, no se cuenta con información detallada sobre las aguas subterráneas. Los pozos son gestionados por OLPES (Operadores Locales de Pequeña Escala) y/o por los mismos comunarios, donde no se cuenta información o no se realiza inventario y mantenimiento de los pozos, tratamiento y/o desinfección de aguas, ni monitoreo de la extracción ni de la fluctuación de los niveles freáticos [9].
Con el desarrollo de investigaciones en hidrogeología, es importante entender el desarrollo de modelos conceptuales y soluciones analíticas o métodos de modelación numérica de aguas subterráneas [17]. Un modelo hidrogeológico es una representación simplificada del sistema hidrogeológico el cual se construye a través de un modelo conceptual y se convierte a un modelo numérico matemático utilizando un software [18]. Visual MODFLOW es una interfaz gráfica de usuario para USGS MODFLOW, comúnmente usado para modelos de flujo de aguas subterráneas y transporte de contaminantes, el cual facilita un proceso de configuración rápida y acelera la interpretación de resultados a través de mapas de contorno y tablas; su versión clásica tiene un enfoque numérico y la versión Flex uno conceptual [19]. MODFLOW se ha utilizado notablemente en el Medio Oriente y en países asiáticos [19], como en la India, para modelos en régimen estacionario [20] o en modelos de transporte de contaminantes [21], o en China, para estudios de riego y agua potable [22], en la que MODFLOW se integra con otras aplicaciones, como GIS, SWAP, SWAT [19], hasta modelos de aguas subterráneas con enfoque a la gestión [23]. En Bolivia se ha utilizado Visual MODFLOW para estudios realizados en Valle Alto [24] y Visual MODFLOW Flex en Valle Central en Quillacollo [25] y Vinto [26].
En este estudio se propone una red de monitoreo de niveles freáticos y la configuración de un modelo hidrogeológico en un sector productivo del Valle Central de Cochabamba utilizando Visual MODFLOW Flex. El objetivo principal es representar el sistema hidrogeológico de la zona de forma simplificada de manera que permita comprender el estado actual y el comportamiento de los acuíferos en la zona.
2. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
La zona de estudio comprende los Municipios de Tiquipaya y Colcapirhua, la cual limita al norte por la cordillera Tunari, y al sur por las serranías de Santivañez y Anzaldo, al este por el Municipio de Quillacollo y al oeste por el Municipio de Cercado. Forma parte de la región del Valle Central de Cochabamba en la Cuenca del río Rocha.
La extensión del área de estudio es de aproximadamente 60 km2, con una elevación entre 2840 a 2550 m.s.n.m. (determinado en base a Modelo Digital de Terreno (DEM) modificado [27]). Se observa en la Figura 1, los ríos principales que lo atraviesan, los cuales son (en orden de este a oeste): el río Taquiña, la torrentera Chutakawa, la torrentera Khora, el río Tolavi, el río Pihusi y el río Chijllawiri.
▪ Tiquipaya
La zona de estudio abarca los Distritos que se encuentran en el Valle, donde se presenta una urbanización desacelerada y sin planificación [28]. Se encuentra en un sector de llanuras aluviales con pendientes promedio del 8%, con abanicos y conos aluviales del cuaternario a nivel de piedemonte [29].
▪ Colcapirhua
En cambio, en el Municipio de Colcapirhua, el 68% de su extensión comprende áreas rurales, de cultivo intensivo, tanto en agropecuaria como en floricultura [30]. Se encuentra en una zona de valles meso térmicos, en un flanco del macizo montañoso central, con un clima característico de valle (semiárido) y con paisajes de montañas estructurales, piedemonte y llanuras fluviolacustres. Los suelos están formados por sedimentos coluvio-aluviales del cuaternario en la llanura (con limos y arcillas de buenas características fisicoquímicas) y por limolitas y areniscas grises a verdosas del Ordovícico en la Cordillera del Tunari. Tienen buen potencial para las aguas subterráneas [31].
3. METODOLOGÍA
La secuencia metodológica para cumplir con los objetivos del estudio se describe en la Figura 2. La información secundaria corresponde a una recopilación de información de fuentes y estudios previos como referencia, y la información primaria, corresponde al inventario y monitoreo de los niveles piezométricos que se utilizaron para la modelación.
Con base a esta recopilación, se procedió a conceptualizar el sistema hidrogeológico de forma básica y simplificada, en vista de la gran extensión de la zona de estudio. El modelo conceptual y numérico fue configurado en “Visual MODFLOW Flex”.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 2: Flujograma de procesos para la configuración del modelo hidrogeológico.
Para el desarrollo de un modelo conceptual, se puede seguir en la Tabla 1.
TABLA 1 - COMPONENTES DEL MODELO CONCEPTUAL
| I. Datos geológicos |
|
| II. Datos climáticos |
|
| III. Datos hidrogeológicos |
|
Fuente: Elaboración propia.
3.1. Datos Climatológicos
La zona de estudio se caracteriza por tener un clima templado y semiárido, sin cambios bruscos durante el año, siendo los veranos donde se produce la precipitación, los otoños son semisecos, invierno y primavera secos. Debido a la diferencia de alturas existentes en el valle con respecto a la cordillera, en las partes bajas la temperatura aumenta y en altas disminuye, siendo opuesto para la precipitación [32].
▪ Precipitación
Las precipitaciones ocurren normalmente entre los meses de noviembre hasta abril, siendo enero el mes de mayor intensidad, pero de corta duración. En cambio, los meses más secos son de mayo a julio. Las lluvias que se producen en el valle central no son uniformes, es decir, ocurren como chubascos locales y además varía con la altura (a mayor altura, mayor precipitación) [32].
Fuente: Elaboración propia en base a datos del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI).
Figura 3: Precipitación media anual de la zona de estudio, 2015-2020.
En la Figura 3, se observa una interpolación realizada de la precipitación media anual distribuida en la zona, entre los años 2015 - 2020 y utilizando datos de SENAMHI, donde un rango aproximado es de 600 a 400 mm.
▪ Temperatura
La temperatura media anual en el Valle Central de Cochabamba es aproximadamente 17.5 °C, al igual que la precipitación, esta varía con la altura (a mayor altura menor temperatura). Las temperaturas más extremas se observan en los meses de octubre a febrero (en verano) y las temperaturas mínimas, en invierno, entre los meses de mayo a julio [32]. Este comportamiento característico se refleja en la zona de estudio, donde la temperatura media es 27.3°C, la mínima es 6°C en invierno y la máxima es 30.9°C (ver TABLA 2).
▪ Evapotranspiración
Se estima que en el Valle Central de Cochabamba, la evapotranspiración potencial (ETP) es de aproximadamente 1400 mm/año, y la evapotranspiración real (ETR) es de 490 mm/año [32].
TABLA 2 - VARIACIÓN DE TEMPERATURA, COLCAPIRHUA
| Parámetro | Temperatura |
|---|---|
| Temperatura media | 16,9 °C |
| Temperatura máxima media | 27 °C |
| temperatura mínima media | 6 °C |
| Máxima absoluta | 30,9 °C |
| Mínima absoluta | 6 °C |
Fuente:[31].
3.2. Geología e Hidrogeología de la Zona
▪ Geología
La zona de estudio (ver Figura 4) se encuentra a los pies de la cordillera Tunari, en la llanura aluvial del valle, por tanto, está representado en su totalidad por sedimentos del cuaternario con materiales lacustres y fluvio-lacustres [32]. En la parte inferior de la cordillera se encuentran los depósitos de piedemonte, conformados por materiales heterogéneos tales como clastos, rocas, gravas, arenas, formando un área de depósito de abanicos aluviales. En la región media se presentan los depósitos de terraza y más al sur los depósitos fluviolacustres. En los ríos se destacan los depósitos aluviales que permiten gran infiltración de caudal a los acuíferos, especialmente en el río Chijlawiri [25] (río al oeste de la zona). Los sedimentos en general se vuelven más finos hacia el sur, tales como limos y arcillas, formando acuíferos confinados hacia el río Rocha en una región fluvio-lacustre.
▪ Fisiografía y Geomorfología
Se observa que en la zona se caracteriza por estar presente en valles meso térmicos, en un flanco macizo montañoso central, donde se observan paisajes de montañas estructurales, piedemonte y llanuras fluvio-lacustres, con ligeras depresiones y serranías ubicadas al sur del Municipio de Colcapirhua [31], ver TABLA 3.
TABLA 3 - FISIOGRAFÍA
| Gran Paisaje | Paisaje | m.s.n.m. | Textura |
|---|---|---|---|
| Montañas estructural-denudativas | Colinas de formación San Benito | 2550 | Media |
| 2736 | Gruesa | ||
| Pie de monte de la Serranía de Tiquipaya | Abanico antiguo | 2560 | Media |
| 1570 | Moderadamente fina | ||
| Abanico subreciente | 2570 | Media | |
| 2700 | Moderadamente fina gruesa piedras redondas | ||
| Llanura fluvio lacustre | Terraza reciente | 2545 | Media |
| 2560 | Moderadamente gruesa | ||
| Terraza subreciente | Moderadamente fina a fina |
Fuente:[31]
Con respecto a la geomorfología, la zona está limitada al norte y al sur por la zona montañosa sujeta a procesos de erosión, glaciación y cambios de temperatura y gran precipitación. A los pies de la cordillera se encuentra una zona de talud y piedemonte, donde los abanicos aluviales se interconectan y forman la llanura aluvial. Los abanicos más antiguos se encuentran al norte y los más recientes, hacia el río Rocha. En la parte central de la cuenca de Cochabamba, se encuentra la zona de la llanura con los depósitos fluviolacustres y predominantes los materiales finos [32].
▪ Hidrogeología
La hidrogeología de la zona de estudio (ver Figura 5) se caracteriza por ser del grupo de “Rocas porosas no consolidadas”, con presencia de abanicos aluviales a los pies de la cordillera del Tunari con sedimentos gruesos heterogéneos [32], estos pertenecen a los “Abanicos aluviales y Terrazas en ríos de pendientes bajas” al norte (Tiquipaya), con bloques, cantos, gravas, arenas y limos; y al sur (Colcapirhua) con “Acuíferos Locales o discontinuos de Producción moderada”, destacándose materiales fluviolacustres con gravas, arenas, limos y arcillas.
La principal recarga de agua subterránea a la zona proviene de los ríos. Estos se caracterizan por ser dendríticos con tendencia a centrípetas a la cuenca del río Rocha, con cauces de ríos irregulares que generan grandes volúmenes de sedimentos en época de lluvias [32]. La mayoría de los ríos son intermitentes de caudales bajos, sin embargo, se ha observado que el río Chijllawiri, presenta constantemente caudales producto de excedentes de la central hidroeléctrica de Misicuni [25], favoreciendo con un gran aporte a los acuíferos de la zona.
3.3 Campañas de Medición de Nivel Freático
Se realizaron campañas de mediciones en la extensión del área de estudio, en un periodo de 6 meses durante el año 2021, ver TABLA 4, entre los meses de abril hasta septiembre. Estas mediciones cuentan con el nombre de código “ID” enumerado del 1 al 26, las cuales corresponden a 26 mediciones realizadas, para lo cual se utilizó una sonda de nivel. Sin embargo, algunos de estos pozos se han medido más de una vez, por esto se creó el código “M-ID”, el cual corresponde al código de los pozos.
TABLA 4 - CAMPAÑA DE MEDICIONES DURANTE 2021
| M-ID | ID | Nombre del Pozo | Mes | UTM X | UTM Y | Medición (m) | Boca de Pozo (m) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| OG-1 | PM-1 | Perrera_Frente_UPB | Abril | 795739 | 8074040 | 3.82 | 0.32 |
| OG-2 | PM-2 | POZO2TANQUEELEV.OTBCBBA | Abril | 795326 | 8073600.3 | 2 | 0.19 |
| OG-2 | PM-3 | POZO2TANQUEELEV.OTBCBBA | Mayo | 795324 | 8073625.2 | 2.7 | 0.22 |
| OG-3 | PM-4 | POZOHIDROP.LIRIOS | Mayo | 795141 | 8073906 | 15 | 0.29 |
| OG-4 | PM-5 | POZO2HIDROP.OTBSUM.CHICO | Junio | 794792 | 8073864.2 | 27.43 | 0.37 |
| OG-5 | PM-6 | POZO1TANQUEELEV.1OTBS.LORENZO | Junio | 793507 | 8074532.5 | 5.5 | 0.45 |
| OG-6 | PM-7 | POZO1TORREHI.OTBPIÑAMISUD | Junio | 792125 | 8074831 | 7.8 | 0.15 |
| OG-7 | PM-8 | POZO1TANQUEELEV.OTBSETON | Junio | 796506 | 8074771 | 7.27 | 0.32 |
| OG-8 | PM-9 | POZOTANQUEELEVOTBHOLANDA-N30m | Junio | 795820 | 8075191.3 | 15.5 | 0.53 |
| OG-9 | PM-10 | POZOParquedelaConcordia | Julio | 795109 | 8076238.3 | 19.48 | 0.04 |
| OG-10 | PM-11 | POZO1ColegioNuestraSeñoradeLaPaz | Agosto | 793661 | 8077763.4 | 0.5 | 0.24 |
| OG-11 | PM-12 | POZOCasaCercaUSaleciana | Agosto | 793739 | 8078362.2 | 0.66 | 0.5 |
| OG-12 | PM-13 | PozoUSaleciana | Agosto | 793593 | 8078185.8 | 0.91 | 0.1 |
| OG-13 | PM-14 | POZO1HIDROPOTB4ESQUINAS | Agosto | 794906 | 8078410.8 | 0.09 | 0.12 |
| OG-14 | PM-15 | POZO3HIDROPOTB4ESQUINAS | Agosto | 794733 | 8079036.5 | 0 | 0.33 |
| OG-15 | PM-16 | POZONUEVOOTB4ESQUINAS | Agosto | 794528 | 8079097.8 | 0 | 0.24 |
| OG-16 | PM-17 | POZO1TANQUEOTBCOLLPA | Agosto | 792896 | 8077804.2 | 0.18 | 0.28 |
| OG-17 | PM-18 | Pozo2ColegioNuestraSeñoradeLaPaz | Agosto | 793556 | 8077845.1 | 0 | 0.11 |
| OG-18 | PM-19 | PozoPlazadeApote | Septiembre | 793121 | 8081884.5 | 29 | 0.7 |
| OG-2 | PM-20 | POZO2TANQUEELEV.OTBCBBA | Septiembre | 795315 | 8073604.5 | 2.33 | 0.19 |
| OG-4 | PM-21 | POZO2HIDROP.OTBSUM.CHICO | Septiembre | 794798 | 8073860.2 | 31 | 0.37 |
| OG-5 | PM-22 | POZO1TANQUEELEV.1OTBS.LORENZO | Septiembre | 793505 | 8074538.8 | 14.85 | 0.45 |
| OG-19 | PM-23 | POZO3TORREH.OTBSANLORENZO | Septiembre | 793486 | 8074434 | 6.1 | 0.25 |
| OG-20 | PM-24 | POZO2TANQUEELEV.2OTBSANLORENZO | Septiembre | 793445 | 8074461.5 | 14.61 | 0.3 |
| OG-6 | PM-25 | POZO1TORREHI.OTBPIÑAMISUD | Septiembre | 792125 | 8074831 | 9.21 | 0.15 |
| OG-7 | PM-26 | POZO1TANQUEELEV.OTBSETON | Septiembre | 796496 | 8074774.9 | 24.1 | 0.32 |
Fuente: Elaboración propia.
Al momento de realizar la medición del nivel freático de pozos al norte del Municipio de Colcapirhua (mitad oeste y central de la zona), se observó que los niveles son muy pequeños, como en los pozos PM-11 al PM-18 (ver TABLA 4), que se encuentran cerca o incluso sobre el nivel del terreno. Algunos de estos pozos se han identificado como surgentes. El pozo medido con el nivel más profundo fue el PM-21, con 31 metros.
En la Figura 6, se observa la ubicación de los pozos medidos durante las campañas de monitoreo, utilizando el código OG de la TABLA 4. Dado que el modelo hidrogeológico es en régimen estacionario, los niveles medidos fueron los estáticos.
3.4 Configuración del Modelo Hidrogeológico
Para el desarrollo del Modelo Conceptual, se ha optado por utilizar Visual MODFLOW Flex por su interfaz de usuario. El modelo numérico está definido por los datos que se importa (superficies, polilíneas, polígonos, otros), las condiciones de borde y la grilla definida [33].
3.4.1 Datos necesarios para importar al modelo
Los datos utilizados para importar al modelo son:
Área de Estudio, esta debe ser un polígono en formato shapefile, exportado por herramientas GIS, en este caso se usó ArcGIS Pro, tomando como base el límite político de los municipios.
Topografía de la zona de estudio, este archivo se obtuvo a través de un DEM de uso libre (ALOS PALSAR), el cual debe ser corregido y convertido a un archivo tipo punto para posteriormente generar la topografía en formato GRD.
Capas estratigráficas, estas se configuraron con base a estudios previos [25] y al esquema geológico de la cuenca de Cochabamba propuesto por el PIRH (Proyecto Integrado de Recursos Hídricos de Cochabamba), el cual proporciona una idea general de los estratos [32]. Se utilizó la herramienta Surfer con el método Kriging, para interpolar estas superficies, obteniéndose cuatro capas.
Para definir las conductividades hidráulicas se determinaron rangos de los estratos a partir del propuesto por Todd [34]
TABLA 5 - VALORES DE LA CONDUCTIVIDAD SEGÚN SU TENDENCIA
| Estratos | Rango de Conductividad (m/s) |
|---|---|
| Arenas, gravas o bloques | 10-1 al 10-4 |
| Limos y arcillas | 10-1 al 10-7 |
| Arenas, gravas o bloques | 10-2 al 10-6 |
| Limos y arcillas | 10-5 al 10-8 |
Fuente: Elaboración Propia en base a [34].
Ríos: obtenidos por medio del DEM corregido. Según el cauce natural, sus dimensiones son variables en toda la extensión de la zona, sin embargo, se tomaron dimensiones y altura de agua uniformes.
Pozos: se procedió a obtener los niveles piezométricos en m.s.n.m. utilizando la Coordenada Z desplegada del DEM. Los pozos utilizados para la modelación se observan en la TABLA 4.
Condiciones de borde: para este modelo se tomó en cuenta la evapotranspiración real, recarga y nivel de agua de los ríos (ver TABLA 6).
TABLA 6 - CONFIGURACIÓN DE LAS CONDICIONES DE BORDE
| Evapotranspiración | Tasa mm/año: 520 | Profundidad de raíces (m): 5.8 | |
| Recarga | Tasa mm/año: 173.5 | Profundidad de encharcamiento (m): 0.4 | |
| Ríos | Espesor del lecho (m): 1.5 | Ancho del río (m): 2.5 | Conductividad del lecho m/s: 0.01 |
Fuente: Elaboración propia.
Una vez importadas los datos al software, se tiene el modelo conceptual como se observa en la Figura 7.
4. RESULTADOS
En esta sección se presentan los resultados de calibración, validación, dirección de flujo y fluctuación de niveles en toda la zona de estudio. Para el proceso de calibración se utilizó el periodo de toma de muestras de los pozos entre los meses de agosto a septiembre y para la validación, los pozos del periodo de junio a julio. Con los niveles piezométricos se determinó la dirección de flujo subterráneo y la fluctuación de niveles en distintos periodos y años.
4.1 Calibración
El método utilizado para la calibración fue el “Ensayo de Prueba y Error”, este proceso se traduce como: el ajuste sistemático de los parámetros más sensibles del modelo con el fin de identificarlos e influir en ellos. A fin de estabilizar el modelo, se identificó que los dos parámetros más sensibles en el modelo son los niveles piezométricos que determinan la superficie freática, y la conductividad hidráulica de los estratos. Con base al modelo estabilizado y al rango de conductividades hidráulicas, se utilizaron las siguientes conductividades para la calibración final (ver TABLA 7).
TABLA 7 - CONFIGURACIÓN FINAL DE CONDUCTIVIDADES HIDRÁULICAS
| Zona de Estudio | Estrato | Conductividad (m/s) | ||
|---|---|---|---|---|
| Kx | Ky | Kz | ||
| Zona 1 | Arenas, gravas o bloques | 0.005 | 0.005 | 0.0005 |
| Zona 2 | Limos y arcillas | 0.0001 | 0.0001 | 1E-05 |
| Zona 3 | Arenas, gravas o bloques | 0.0005 | 0.0005 | 5E-05 |
| Zona 4 | Limos y arcillas | 3.3E-09 | 3.3E-09 | 3.3E-10 |
Obteniendo la comparación de la Tabla 8 entre niveles piezométricos calculados vs observados.
TABLA 8 - RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS MEDICIONES DE AGOSTO Y SEPTIEMBRE
| ID | X | Y | Z (m.s.n.m.) | Calc. (m.s.n.m.) | Obs. (m.s.n.m.) | Calc.-Obs. (m.s.n.m.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PM-11 | 793660.90 | 8077763.40 | 2622.54 | 2637.3 | 2622.3 | 15.064 |
| PM-12 | 793739.20 | 8078362.20 | 2628.18 | 2643 | 2628 | 14.984 |
| PM-13 | 793592.80 | 8078185.80 | 2627.00 | 2640.2 | 2626.2 | 13.968 |
| PM-14 | 794905.50 | 8078410.80 | 2631.00 | 2633.7 | 2631 | 2.6958 |
| PM-15 | 794732.60 | 8079036.50 | 2644.00 | 2649 | 2644.3 | 4.6319 |
| PM-16 | 794528.40 | 8079097.80 | 2645.43 | 2651.4 | 2645.7 | 5.7606 |
| PM-17 | 792896.00 | 8077804.20 | 2640.38 | 2636.1 | 2640.5 | -4.3922 |
| PM-18 | 793556.20 | 8077845.10 | 2628.00 | 2637.4 | 2628.1 | 9.2574 |
| PM-19 | 793121.20 | 8081884.50 | 2697.99 | 2699.5 | 2669.7 | 29.818 |
| PM-20 | 795315.10 | 8073604.50 | 2593.44 | 2597.7 | 2591.3 | 6.4356 |
| PM-21 | 794797.80 | 8073860.20 | 2594.00 | 2598 | 2563.4 | 34.672 |
| PM-22 | 793505.00 | 8074538.80 | 2597.00 | 2604.5 | 2582.6 | 21.93 |
| PM-23 | 793485.80 | 8074434.00 | 2598.00 | 2602.9 | 2592.1 | 10.792 |
| PM-24 | 793444.90 | 8074461.50 | 2597.65 | 2603 | 2583.3 | 19.636 |
| PM-25 | 792125.00 | 8074831.00 | 2598.68 | 2606.6 | 2589.6 | 16.967 |
| PM-26 | 796495.90 | 8074774.90 | 2597.04 | 2601.9 | 2573.3 | 28.677 |
Fuente: Elaboración propia.
Estos se representan mejor en un scatter-plot, como se observa en la Figura 8.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 8: Scatter Plot de los niveles piezométricos calculados vs observados para la calibración final del modelo utilizando los pozos medidos de agosto a septiembre.
En la TABLA 9 se puede observar los errores obtenidos en la calibración, destacando un coeficiente de correlación de 0.94, un RMS de 17.75 m. y un RMS normalizado de 16.69%.
TABLA 9 - ERRORES RESIDUALES DE LOS RESULTADOS DE LA CALIBRACIÓN FINAL DEL MODELO
| Min. Residual (m) | 2.7 | Standard Error of the Estimate (m) | 2.67 |
| Max. Residual (m) | 34.67 | Root Mean Squared (m) | 17.75 |
| Residual Mean (m) | 14.43 | Normalized RMS (%) | 16.69 |
| Abs. Residual Mean (m) | 14.98 | Correlation Coefficient | 0.94 |
Fuente: Elaboración propia
4.2. Validación
Del mismo modo que en calibración, se procedió con la validación por medio de otra distribución de mediciones con alta densidad, los cuales corresponden temporalmente a los meses, junio y julio. Estos serían los pozos PM-5, PM-6, PM-7, PM-8, PM-9 y PM-10, obteniéndose los resultados de la TABLA 10..
TABLA 10 - RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS MEDICIONES DE JUNIO Y JULIO
| ID | X | Y | Z (m.s.n.m.) | Calc. (m.s.n.m.) | Obs. (m.s.n.m.) | Calc.-Obs. (m.s.n.m.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PM-5 | 794791.80 | 8073864.20 | 2594.00 | 2598 | 2566.9 | 31.102 |
| PM-6 | 793506.60 | 8074532.50 | 2597.00 | 2604.5 | 2592 | 12.58 |
| PM-7 | 792125.00 | 8074831.00 | 2598.68 | 2606.6 | 2591 | 15.557 |
| PM-8 | 796506.20 | 8074771.00 | 2597.00 | 2601.9 | 2590.1 | 11.882 |
| PM-9 | 795820.20 | 8075191.30 | 2604.50 | 2604.8 | 2589.5 | 15.24 |
| PM-10 | 795109.40 | 8076238.30 | 2610.00 | 2614.3 | 2590.6 | 23.763 |
Fuente: Elaboración propia.
En la Figura 9, se observa el scatter plot de los datos obtenidos en la TABLA 10, del cual sus errores se describen en la TABLA 11.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 9: Scatter Plot de los niveles piezométricos calculados vs observados para la validación del modelo utilizando los pozos medidos de junio a julio.
Se observa que la correlación reduce a un 0.63 y el RMS aumenta a 19 m, pero el RMS normalizado aumenta a 78%. Sin embargo, en vista que la mayoría de los datos se acomodan a la recta de dispersión y el coeficiente de correlación es alto, se puede concluir que el modelo es satisfactorio.
4.3. Dirección de Flujo Subterráneo
Se ha determinado la dirección de flujo subterráneo para el periodo de calibración, ver Figura 10. A la izquierda se tiene la dirección de flujo en base a los datos medidos en campo y a la derecha la superficie freática del modelo en MODFLOW. En ambos casos, la tendencia en la dirección de flujo es de norte a sur o de mayor a menor potencial hidráulico.
TABLA 11 - TABLA DE RESULTADOS DE LA VALIDACIÓN FINAL DEL MODELO
| Min. Residual (m) | 11.88 | Standard Error of the Estimate (m) | 3.08 |
| Max. Residual (m) | 31.4 | Root Mean Squared (m) | 19.6 |
| Residual Mean (m) | 18.35 | Normalized RMS (%) | 78.38 |
| Abs. Residual Mean (m) | 18.35 | Correlation Coefficient | 0.63 |
Fuente: Elaboración propia.
4.4. Fluctuación de Niveles
Los niveles freáticos fluctúan dependiendo la explotación, la época y la cantidad de recarga que llega a la zona, principalmente. Para este estudio, se midieron algunos pozos en distintas épocas para su comparación, (ver Figura 11). El Pozo OG-2 se midió entre los meses de abril, julio y septiembre. El nivel se mantuvo cerca de los 2 metros sin mucha variación a comparación de los pozos que se midió entre junio y septiembre (OG-4, OG-5, OG-6 y OG-7), que la diferencia entre épocas es muy notoria, especialmente en el pozo OG-7 que cambió de 7 a 24 metros o el pozo OG-5 que cambió de 5.5 a 14.85 metros en sólo unos meses.
Se comparó las mediciones de los pozos OG-18 y OG-10 con las realizadas en otro estudio en 2019 [25], en la misma época del año (Agosto a Septiembre). Se puede observar en la Figura 12 que el nivel subió aproximadamente 5 metros para el pozo OG-18 y 3 metros para el pozo OG-10, estando su nivel muy cerca del nivel del terreno. Estos pozos se encuentran en un sector de recarga considerable por estar entre dos ríos, el Chijlawiri y Tolavi. Además, que el río Chijlawiri cuenta con caudales provenientes de la central hidroeléctrica de Misicuni [25].
m.b.s.: metros bajo superficie
Fuente: Elaboración propia.
Figura 11: Comparación de los niveles estáticos medidos en 2021.
Fuente: Elaboración propia usando datos de 2019 [25].
Figura 12: de los niveles estáticos medidos en 2019 vs 2021.
5. CONCLUSIONES
Se realizó un inventario y monitoreo del nivel estático de los pozos de abastecimiento y posteriormente se procedió a configurar un modelo hidrogeológico conceptual y numérico en el valle central de Cochabamba.
La primera etapa del estudio fueron las campañas de medición del nivel freático de los pozos. Esta actividad se realizó en un periodo de 6 meses durante el año 2021, en la que se realizaron 26 mediciones, utilizando una sonda de nivel. Durante el monitoreo realizado al norte de Colcapirhua se pudo observar que los niveles estáticos eran muy pequeños o incluso se encontraban por encima del nivel del terreno, siendo un comportamiento característico de acuíferos surgentes. En campo se observó que el río Chijlawiri, proporciona una recarga significativa al sector oeste de la zona de estudio, gracias a la Central Hidroeléctrica de Misicuni. La siguiente etapa fue la recopilación de información de estudios realizados en Valle Central, con la cual se pudo determinar cuatro estratos principales para el modelo: dos de arena, grava o bloques; y otras dos de limos y arcillas; de distintas conductividades. Mediante esta información, se configuró el modelo hidrogeológico en Visual MODFLOW Flex, en estado estacionario, donde se pudo determinar que los parámetros más sensibles son la conductividad hidráulica y los niveles piezométricos.
El modelo hidrogeológico mostró resultados aceptables cumpliendo los requisitos mínimos en la calibración y validación. Para la calibración se utilizó el periodo de agosto y septiembre donde se obtuvo un coeficiente de correlación de 0.94, un RMS de 17.75 m. y un RMS normalizado de 16.69%, con lo que se concluyó que el modelo fue calibrado. Para la validación se utilizó el periodo de junio a julio, y la correlación disminuyó a 0.63 y el RMS aumentó a 19 m, pero el RMS normalizado a 78%. Se concluye que la mayoría de los datos se acomodan a la recta de dispersión y la correlación es mayor a 0.5, el modelo es satisfactorio.
La dirección principal de flujo subterráneo es de norte a sur, de mayor a menor potencial hidráulico. La variación de niveles en los meses de medidos muestra que el pozo OG-2 mantuvo su nivel, en cambio el resto de los pozos mostraron un descenso hasta septiembre, siendo el pozo OG-7 el más crítico, de casi 15 metros. Los pozos OG-10 y OG-18 se compararon con mediciones en la misma época realizadas en 2019, donde se observó una recarga de 3 a 5 metros para estos pozos. Es de vital importancia continuar con el monitoreo de niveles freáticos periódicamente, como también incluir la caracterización de la calidad de las aguas subterráneas en la zona de estudio.
