Modelación de acuíferos

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María Mercedes Gutiérrez Enríquez, Jhon Jairo Márquez Molina, Hernán Materón Muñoz, Hernán Rojas

Palacios

MODELACIÓN DE ACUÍFEROS PARA EL APROVECHAMIENTO SOSTENIBLE DEL AGUA SUBTERRÁNEA

Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente, vol. I, núm. 1, 2004, pp. 38-49,

Universidad del Valle

Colombia

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38 Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente,Volumen I, No. 1 - Edición No. 1Facultad de Ingeniería

MODELACIÓN DE ACUÍFEROSPARA EL APROVECHAMIENTO

SOSTENIBLE DEL AGUA

SUBTERRÁNEA

María Mercedes Gutiérrez Enríquez Ingeniera Agrícola

Universidad del Valle,EIDENAR

Jhon Jairo Márquez Molina; Ingeniero Agricola.

Universidad del Valle,EIDENAR

Materón Muñoz. Hernán; Ms.C.Profesor Titular, Director de laEscuela de Recursos Naturales ydel Ambiente; EIDENARUniversidad del ValleCali -Colombia.

Hernán Rojas Palacios, Ms.C. Ingeniero Agrícola

Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira

EIDENAR-Grupo de Aguas Subterráneas

RESUMEN

Se presenta un modelo de simulación hidrogeológicapara el acuífero comprendido en la zona plana de losmunicipios de Tuluá, San Pedro y Buga (Valle delCauca – Colombia). Inicialmente se partió de unmodelo conceptual ajustado a las características ycondiciones del acuífero, construido con base eninformación real tomada de campo. La modelación serealizó mediante la utilización del programa VisualModflow, el cual utiliza el método de diferencia finita,consiguiendo un buen ajuste en la diferencia entre losniveles piezométricos medidos y calculados, y a suvez un bajo error de calibración. Los mapas deisopiezas obtenidos como uno de los resultados delos escenarios propuestos, permitieron observar unamarcada dirección este – oeste y la incidencia de losniveles de bombeo sobre las direcciones y descensosdel nivel piezométrico.

* Recibido: Enero 2004

* Aceptado Febrero 2004

Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente,Volumen I, No. 1 - Edición No. 1 Facultad de Ingeniería 39

De esta manera, los mapas generados como resulta-do de la modelación se convierten en una herramientavaliosa para la planificación del aprovechamiento sos-tenible de las aguas subterráneas y el inicio para elestudio de la contaminación de este recurso, principal-mente.

PALABRAS CLAVES

Aguas subterráneas, simulación

ABSTRACT

Appear an included understood model of hydrogeologysimulation for the water-bearing one in the flat zone ofthe municipalities of Tuluá, San Pedro and Buga (Valledel Cauca) Colombia). Initially it was left from aconceptual model fit to the characteristics andconditions of the water-bearing one, constructed withbase in real information taken from field.The modelingwas made by means of the use of the Visual Modflowprogram, which uses the method of finite difference,obtaining a good adjustment in the difference betweenthe measured and calculated piezométicos levels, andas well a low error of calibration. The maps of isopimetricobtained like one of the results of the proposedscenes, allowed to observe a noticeable direction west- east and the incidence of the levels of pumping on thedirections and reductions of the piezométric level.This way, the generated maps as result of the modelingthe planning of the sustainable advantage of ground-waters and the beginning for the study of thecontamination of this resource become a valuable toolfor, mainly.

KEY WORDS

ground-water, simulation

1. INTRODUCCIÓN

La zona plana del Valle del Cauca limitada por los ríosCauca, Tuluá y Guadalajara, junto con la línea depiedemonte, en un área aproximada de 289.7 Km2, secaracteriza por ser una región, donde el aprovecha-miento del agua subterránea, juega un papel importan-te en el desarrollo de la actividad agrícola e industrial.

Geológicamente la zona de estudio se caracteriza porpresentar dos tipos de depósitos cuaternarios; losmás predominantes son los materiales aluviales (Qd)comunes a lo largo del curso del río Cauca, consisten-tes en depósitos clásticos gruesos a muy gruesos, degravas estratificadas y relativamente bien selecciona-das, gravas arenosas y arenas con unidades localesde limos. El segundo tipo de depósito son los conosaluviales (Qca) generalmente complejos, están com-puestos por gravas y gravas arenosas con capasdelgadas de arena. La que la convierte a su ves en unazona potencial para el aprovechamiento del recursohídrico subterráneo. La ubicación de esta se puede

apreciar en la Figura 1.

Figura 1. Localización de la zona de estudio

2. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO CONCEP-TUAL

2.1. Construcción del modelo hidrogeológicotridimensional

Con base en los datos recopilados y en la revisiónbibliográfica realizada, sobre la correspondienteestratigrafía y estudios geofísicos de la zona deestudio, se realizó la definición de unidades conpropiedades hidrogeológicas similares, agrupándolasen unidades localmente definidas y georeferenciadas,para tal caso se revisaron 139 pozos con columnasestratigráficas y registros eléctricos disponibles, Estemodelo permitió identificar más fácilmente las diferen-tes características, en cuanto a la definición de laforma de cada uno de los estratos, generar un modeloen 3D de la zona de estudio con diferentes vistas,igualmente permitió la construcción de diferentescortes en toda la zona de estudio y generar mapas deelevación de los materiales que limitan las diferentesunidades del modelo conceptual. En las Figuras 2, 3,4, se muestra la diferenciación de estratos desdediferentes ángulos, en donde se distinguen por mediode una escala de grises los materiales acuíferos de losno acuíferos.

Figura 2. Modelo 3D zona de estudio – vista este,margen línea de piedemonte.

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Modelación de acuíferos para el aprovechamiento sostenible del agua subterránea


Materón M. H;Gutiérrez E. M.M; Márquez M. J.J; Rojas P. H.

Figura 3. Modelo 3D zona de estudio – vista oeste,margen Río Cauca.

Figura 4. Modelo 3D zona de estudio – vista sur,margen Río Guadalajara.

2.2. IDENTIFICACIÓN DE UNIDADES

Para realizar este procedimiento se agruparon lasunidades geofísicas en acuíferas y no acuíferas; den-tro de las unidades acuíferas se ubicaron los estratosde Grava, Arena, Grava y Arena, Arena Fina, ArenaLimosa y Arena Arcillosa, estos dos últimos se toma-ron en cuenta por ser materiales compuestos por unporcentaje mayor al 50% de Arena. El otro grupoidentificado fue el de las unidades no acuíferas, entrelas que se identificaron materiales como

(Estrato de Arcilla) (Estrato de Grava)

Figura 5. Vista en planta de las principales capasidentificadas en la zona de estudio.

En general se puede decir que la región de estudio aligual que todo el departamento del Valle geográfico delRío Cauca registra una amplia estratificación delsuelo; es muy común encontrar la presencia de capasde mínimo espesor dentro de otras capas, lo cualgeneró una difícil interpretación.

2.3. Diferenciación de las unidades del modelo

Una vez identificadas las diferentes unidades en lazona de estudio, se decide trabajar un modeloconstituido por tres capas, representando las unida-des A, B y C, diferenciándolas a su vez por diferentesmallas que limitan los materiales geológicos de laszonas. El proceso utilizado para diferenciar cada unade las unidades se describe a continuación.

La primera unidad o unidad A, está diferenciada por latopografía de la zona de estudio y la parte superior dela unidad B perteneciente a la misma zona, paradiferenciar esta unidad se elaboraron las mallas deelevación para ambos limites, siendo la malla 1 lacorrespondiente a la topografía y la malla 2 a la partesuperior de la unidad B.

Para la construcción de la malla 1 se tomaron losdatos de elevación correspondientes a la ubicación delos pozos, para ello se contó con información de 139puntos. La malla presenta una elevación mínima de920.165 m.s.n.m. y una elevación máxima de 1015.150m.s.n.m. la zona de interés muestra un gran porcen-taje de forma plana, siendo esta una característicaregional, presentando además algunas elevaciones nomuy pronunciadas en la zona centro en el municipio deSan Pedro.

Para la construcción de la malla 2, se elaborarondiferentes planos del relieve de la capa de arcillaidentificada en los modelos 3D tal como se muestra enla Figura 6 y los diferentes cortes hechos al mismo,esta información permitió encontrar en la región lasdiferentes elevaciones de la parte superior de la unidadB, con base a esto se obtuvo un plano para toda la zonade estudio y tres más correspondientes a los diferen-tes municipios, con el objetivo de tener una mayoraproximación a las diferentes valores de elevación dedicha malla.

Figura 6. Relieve parte superior estrato de arcilla ounidad B.


Finalmente al unir ambas mallas se define la unidad Apara el modelo, caracterizada por tener un espesormáximo de 180.00 m en el municipio de San Pedro yun mínimo espesor de 52.93 m en el municipio deBuga, la zona presenta un espesor promedio de111.41 m, la cual es una cifra muy a aproximada a lascitadas por estudios anteriores que definen para lazona de estudio un espesor promedio de 100 m parala unidad A.

La segunda unidad o unidad B, se encuentra diferen-ciada por las mallas 2 y 3, como se mencionóanteriormente la malla 2 es la correspondiente alrelieve de la parte superior de esta unidad y la malla 3es la correspondiente a la parte inferior de la misma.Para la construcción de esta se realizaron planos delespesor del estrato arcilloso localizado en la zona deestudio, al igual que para la malla 2 se realizó un planoa escala para toda la zona y uno para cada uno de losmunicipios.

La figura 7, muestra los diferentes espesores quepresenta el estrato arcilloso en la zona de estudio, sepuede observar que en general se presenta un espesorpromedio de 75 m, representativo para casi toda lazona en general.

Figura 7. Espesor del estrato arcilloso en la zona deestudio

Una vez establecido el comportamiento del espesor dela unidad B, se encontró para cada uno de los pozosde muestreo su correspondiente cota en la malla 3,realizando además interpolaciones para los pozos enlos que no se tenia información alguna con el fin derealizar el modelo de elevación para dicha malla. en lazona de estudio donde se encontró una elevaciónmínima de 724.559 m.s.n.m. y una elevación máximade 868.188 m.s.n.m. La unión de las mallas 2 y 3define la unidad B para el modelo, donde esta secaracteriza por tener un máximo espesor de 87.46 m

y uno mínimo en 9.59 m ambos en el municipio de SanPedro, la zona presenta un espesor promedio de 31.63m. Cabe anotar que para la elaboración de esta mallase contó solo con la información de 35 pozos quecaptan agua de la unidad A y C y que pasan de maneratotal toda la unidad B, el resto de la información seobtuvo de la interpolación de la malla elaborada de losdatos de estos pozos.

La tercera unidad o unidad C, se encuentra definida porlas mallas 3 y 4, la malla 4 esta constituida por todoslos pozos que se localizan en un rango de profundidadde 150 m a 250 m, a pesar de contar con ciertacantidad de datos, las características mas relevantesde la unidad C no se encuentran representadas en sutotalidad, debido a que la información que permiteestablecer esta capa permeable es inexistente en lazona de estudio y en la mayoría de los puntos demuestreo se realizaron interpolaciones para encontrarla elevación de la malla 4.

La construcción de esta malla se determinó única-mente con el fin de elaborar el modelo conceptual paraeste trabajo, considerando que por déficit de informa-ción esta profundidad debía asumirse con algún crite-rio. Por lo tanto, es importante resaltar que para unestudio futuro debería realizarse una caracterizaciónmás profunda y real.

La Figura 8, muestra la unión de las diferentesmallas establecidas, las cuales dividen las unidadespredominantes en la zona de estudio.

Figura 8. Esquema delas mallas y unidadesgeológicas.

2.4. Análisis hidrogeológico

Con base en los valores de Conductividad Hidráulicaobtenidos para cada pozo por medio de análisis depruebas de bombeo, se obtuvo el mapa deisoconductividad hidráulica como se puede observa enla Figura 9, los rangos para este parámetro se definie-ron de 0 a 10, de 10 a 20, de 20 a 40 y >40 m/día, conlos cuales se establecieron 4 zonas de variación. Losrangos se escogieron de tal manera que la proporciónno fuera ni muy fragmentada ni muy amplia y que a suvez permitieran un calculo de promedios de la maneramás aproximada posible.




Figura 9. Mapa de isoconductividad hidráulica

Para tener una mayor precisión en la definición de laszonas para cada rango de conductividad hidráulicaintroducidas al mapa del modelo se realizó unadigitalización sobre el plano de Isoconductivad hidráu-lica, extrayendo las coordenadas de una serie depuntos que conforman cada línea de división de laszonas; de modo que al introducir estos valores selograran trazar las mismas líneas sobre el mapa base,alcanzando de esta forma una mayor precisión en laasignación de los valores de este parámetro.

Los valores de Coeficiente de Almacenamiento sonlos únicos valores que se conocen por medio delInforme CVC No. 77 – 16 y son los utilizados comobase para el calculo de los respectivos valores deAlmacenamiento Específico.

Para los mapas de Isocoeficiente de almacenamientoe isoalmacenamiento específico se siguió el mismoprocedimiento realizado en el mapa de IsoconductividadHidráulica, a pesar que para estos parámetros no secontaba con un gran volumen de información, lo cualdificulta tener un mejor descripción del comportamien-to de estos parámetros.Los valores establecidos para cada región especificaen los mapas mencionados anteriormente se determi-naron mediante promedios aritméticos entre los ran-gos que delimitan cada zona, ya que no son rangosmuy amplios y como se había mencionado anterior-mente no se cuenta con la información suficiente. Lastablas 1 y 2 muestran los diferentes rangos y valoresde para cada uno delos parámetros antes menciona-dos.

Tabla 1. Rangos y valores de coeficiente de almacena-miento.

Zonas definidas por rangos Valores de coeficiente de

almacenamiento

0.0004 – 0.0012 0.0008 0.0013 – 0.002 0.0016 0.0021 – 0.0028 0.0024 0.0029 – 0.003 0.0029

Tabla 2. Rangos y valores de almacenamientoespecifico.

Zonas definidas por rangos Valores de almacenamiento especifico

(m-1)

2.5x10-5

– 4.5x10-5

3.5x10-5

4.5x10-5 – 6.5x10-5 5.5x10-5

>6.5x10-5 7.5x10-5

Los ríos y afluentes aportan agua al sistema de aguasubterránea o drenaje de agua dependiendo delgradiente hidráulico entre el sistema y el régimen deagua subterránea, para nuestro caso esta situación sepresenta en los ríos Tuluá y Guadalajara, esta interco-nexión del acuífero-afluente es representada a travésde una conductancia ocurrida en una dimensión.

La conductancia del lecho de los ríos, es obtenidamediante la identificación del tipo de material del cualesta conformado, asociando al tipo de material unvalor de conductividad hidráulica característico dedicho material. Una ves realizada esta información sedeterminan una conductancia de 2665 m2/día para elRío Tuluá y 1334 m2/día para el Río Guadalajara.

2.5. Análisis hidrológico

Para la realización de la evaluación hidrológica esnecesario identificar los aspectos que inciden en esta,considerando que en el caso del estudio de aguassubterráneas se deben evaluar los parámetros deinteracción de la hidrología superficial con la hidrologíasubterránea.

Para esta zona de estudio particular, la elaboración deun balance hídrico de aguas subterráneas no puedeser desarrollado de la manera más aproximada, te-niendo en cuenta que esta es una zona plana y nocuenta con los registros necesarios para determinarvalores precisos, como bien podría efectuarse en lasituación de una cuenca hidrográfica.

Para efectos del balance se escogió el año hidrológicocorrespondiente al periodo comprendido entre mayode 1997 y abril de 1998, ya que este contaba con lainformación completa de los niveles piezométricos de


de los pozos y con base a un análisis de distribuciónde precipitación se determino que se trata de un añoseco.

El cálculo de los parámetros necesarios para larealización del balance hídrico de la zona de estudiose realizó principalmente con base en la informaciónsuministrada por la Corporación Autónoma Regionaldel Valle del Cauca (CVC, 2003), la cual cuenta conlos registros de las estaciones climatológicas esco-gidas para la zona.

La ecuación general de balance de aguas subterrá-neas cuenta con una serie de parámetros de difícilmedición, que para el caso particular son desconoci-dos, por ejemplo el caudal subterráneo saliente y elcaudal subterráneo aportado por los ríos. La base decalculo del balance hídrico se realizó con referencia ala ecuación (1) (Custodio. 1996):

P + Qse

+ Qte – E – Q

ss – Q

ts - DS = e (1)

En donde:Aportación pluviométrica (P)+ Caudal superficial entrante (Q

se)

+ Caudal subterráneo entrante (Qte)

- Evapotranspiración real (E)- Caudal superficial saliente (Q

ss)

- Caudal subterráneo saliente (Qts)

- Variación en el almacenamiento (final – inicial) (DS)= Cero (en realidad = e, error de balance)

Con base al desarrollo de la ecuación (1), se dedujopor diferencia el valor de infiltración, siendo este elmismo que se tomó como recarga del acuífero dentrodel modelo.

P - Etotal

- ET + Qse

- DS = 0 (2)

En donde:

Aportación pluviométrica (P)Caudal superficial entrante (caudales asignados parariego) (Q

se)

Caudal subterráneo entrante (infiltración) (Qte)

Evapotranspiración real (ET)Caudal superficial saliente (escorrentía superficial)(Q

ss)

Variación en el almacenamiento (final – inicial) (DS)Escurrimiento total (Q

te + Q

ss) (E

total)

Una ves recopilada y analizada la información decarácter hidrológica se establece que para el añohidrológico el aporte pluviométrico es de 1083.67 mm/año, la evapotranspiración es de 811.04 mm/año, elaporte de riego es de 722.11 mm/año y la variación enel almacenamiento es 299.78 mm/año, lo cual arrojauna infiltración de 478.32 mm/año, de los cuales un

10% es considerado como escorrentía superficial, esdecir 47.83 mm/ año, dando como resultado unainfiltración o recarga para el acuífero de 430.5 mm/añopara la zona de estudio.

3. MODELO CONCEPTUAL

El principal objetivo de esta parte del estudio es definirel modelo conceptual que mejor represente el compor-tamiento hidrogeológico en la zona de estudio conbase a los antecedentes y análisis hidrológicos ehidrogeológicos recopilados en las etapas anteriores.

3.1. Límites del sistema

La zona de estudio cuenta con un área aproximada de29000 ha, delimitada hacia el extremo norte por el ríoTuluá, al extremo sur por el río Guadalajara, hacia eloccidente por el río Cauca y al oriente por la línea depiedemonte.

3.2. Tipos de condiciones de contorno

La zona específica del área de estudio se caracterizapor presentar dos tipos de depósitos cuaternarios; losmás predominantes son los materiales aluviales (Qd)comunes a lo largo del curso del río Cauca, consisten-tes en depósitos clásticos gruesos a muy gruesos, degravas estratificadas y relativamente bien selecciona-das, gravas arenosas y arenas con unidades localesde limos.

El análisis geológico y el realizado mediante losensayos de bombeo permitieron determinar que losacuíferos existentes en la zona están definidos en tresunidades de tipo confinado. Como se muestra en laFigura 10.

Figura 10. Corte transversal – diferenciación deunidades en el modelo.

3.3. Dimensionalidad

Para la zona de estudio se propuso un modelo en tresdimensiones, el cual se caracteriza por estar subdivi-dido en tres diferentes capas ó unidades de espesorvariable, cuyos límites quedan definidos de la siguien-te manera; para la capa 1 por la superficie del terrenoy la superficie superior de la capa 2, la capa 2 se definepor la superficie superior e inferior del estrato de arcillalocalizado en el análisis geológico y finalmente la capa




3 se define por la superficie inferior del estrato arcillosoy la malla de elevaciones formada por los pozos demayor profundidad, cada una de estas capas repre-senta las unidades localizadas en el área de estudio,la discretización de los aproximadamente 289.7 Km2

del área de estudio se realizo mediante una mallauniforme y rectangular de 155 filas y 115 columnas,cada celda posee una superficie de 40000 m2 (200 mx 200 m) teniendo un espesor variable en función de laprofundidad estimada del acuífero en cada punto. Elmodelo posee un total de 53475 celdas, por cada capaposee 17825, de las cuales 7240 son celdas activas y10585 son inactivas. Este tamaño de celdas seescogido con base a la precisión deseada, teniendo encuenta que la zona de estudio presenta una grandensidad de puntos de bombeo.

3.4. Mecanismos de recarga y descarga

Para la zona de estudio se han definido dos tipos derecarga, la principal de ellas es la causada por efectosde la precipitación y los caudales asignados para finesde riego, la segunda es la aportada por los ríosGuadalajara y Tuluá.

Las descargas en el modelo están definidas por el ríoCauca que actúa como receptor, debido a topografíadel terreno y los caudales extraídos de los pozos debombeo. Estos caudales, fueron sometidos a unproceso de ajuste, que permitió expresarlos en cauda-les diarios, considerando los períodos de bombeootorgados para cada uno de ellos.

3.5. Condiciones de frontera

El área simulada está acotada al norte por la margenizquierda del río Tuluá, siendo las celdas que compo-nen dicho límite consideradas como condición defrontera de río, por tanto, de potencial variable en eltiempo. Conceptualmente se considera como unazona de recarga del área de estudio. El borde sur estádefinido por el río Guadalajara que al igual que el ríoTuluá es también tomado como condición de fronterade río. Las dimensiones de profundidad y espejo deagua con respecto a la superficie se definieron de lasiguiente:

Río Tuluá: Espejo de agua a 0.5 m y profundidad a 1.2m

Río Guadalajara: Espejo de agua a 0.5 m y profundidada 1.0 m

Los bordes oriental y occidental están delimitados porel río Cauca y la línea de piedemonte respectivamente.La línea de piedemonte está definida como una zonaimpermeable a la cual se le asigno la condición demuro, El río Cauca debido a sus amplias dimensionesse definió como frontera de cabeza constante, a unaprofundidad de 2.5 m con respecto a la superficie.

3.6. Patrones de variabilidad espacial de losparámetros

En la zona de estudio los parámetros hidráulicospresentan una variación espacial entre capas caracte-rística de cada una de ellas según sus propiedadeshidrogeológicas y en casos específicos a través delanálisis geológico, en el cual se hizo relación con elmaterial conocido y los parámetros establecidos enliteratura referente. Las capas se consideraron indivi-dualmente como medios isotrópicos. Los valoresiniciales de entrada (INPUT) para las capas del modelose muestran en la Tabla 3.

Tabla 3. Matriz de ordenamiento de parámetros deentrada iniciales.

Kx,y,z

= Conductividad Hidráulica sobre el ejeS

s = Almacenamiento específico

Sy = Coeficiente de almacenamiento

Por Eff = Porosidad EfectivaPor Tot = Porosidad TotalZ = Zonas diferenciadas en el modelo

3.7. Variabilidad temporal

Con base a la evaluación de los mapas de nivelespiezométricos elaborados para los años que contabancon registros suficientes, se pudo determinar que lavariación de su comportamiento no es significativa, loque indica que el comportamiento del sistema subte-rráneo está en régimen casi permanente o estático,con un sentido de flujo en dirección este - oeste.

3.8. Esquema del modelo conceptual

El esquema del modelo conceptual se representa deuna forma general en la Figura 11. En esta se observael modelo estructurado en 3 capas de espesor varia-ble, con sus respectivas fuentes de recarga y descar-ga.

Figura 11. Esquema del modelo conceptual propues-to.


4. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Y CALIBRACIÓNDEL MODELO

Para conseguir un buen ajuste del modelo propuestoes necesario realizar un análisis de cuales son lasvariables que representan la mayor alteración delporcentaje de error al realizarse algunas variaciones,de esta manera es posible catalogar cuales son losfactores que deben ser ajustados con mayor sensibi-lidad.

El análisis de sensibilidad es el inicio del proceso decalibración, ya que partiendo de este se definen losparámetros que tendrán mayor impacto sobre la aproxi-mación del modelo y los resultados obtenidos de lasimulación.

4.1. Análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad se realizó a través delmétodo de ensayo y error, partiendo de la variación delparámetro de conductividad hidráulica, considerandoque esta es citada como una de las más sensibles(Vassolo, 2001). Las variaciones se realizaron demanera independiente dentro de los rangos estableci-dos en la definición del modelo, obteniéndose comoresultado, que este parámetro tiene una importanciamoderada en el cambio del porcentaje de error decalibración.

Al igual que para la conductividad hidráulica, se reali-zaron variaciones sobre los valores de conductanciade los ríos, notando que estos representan un valorsensible para el modelo hasta cierto rango, despuésde este las variaciones en el porcentaje de error soncasi imperceptibles.

Finalmente se realizó la variación en el valor derecarga, considerando que este fue un valor calculadocon cierta dificultad debido a la escasez de datos y lascaracterísticas de la zona. Los rangos en los que serealizaron las variaciones partieron de la observaciónde los valores piezométricos calculados, es decir, dela subestimación o sobreestimación de los mismos,encontrando que para este modelo, el parámetro derecarga presenta el parámetro más sensible y por lotanto el de mayor impacto en la variación del porcen-taje de error.

Las variaciones en los demás parámetros hidráulicosy tamaño de las celdas, no presentaron variacionessignificativas.

4.2.. Calibración del modelo

La calibración del modelo se realizó en régimenestacionario para el período correspondiente al año1998. Para el proceso de calibración se utilizaron 12pozos de observación distribuidos de forma homogé-nea sobre la zona (Figura 12). Durante el proceso decalibración los parámetros ajustados fueron la

conductividad hidráulica, recarga y conductancia delos ríos. Con los datos iniciales generados en laconstrucción del modelo, se alcanzó un error de12.59%, lo cual para casos de modelación es unporcentaje aceptable.

Figura 12. Distribución de los pozos de observación

El modelo se consideró calibrado cuando la diferenciaentre los niveles observados en campo y los calcula-dos por Visual Modflow alcanzaron un error medio de0.58 metros y un error de 4.51%, como se muestra enla Figura 13, en el cual los niveles calculados son muyaproximados a los tomados en campo para los pozosde referencia y la evaluación de escenarios puedehacerse con una mejor referencia.

Figura 13. Gráfico de calibración




Los datos iniciales introducidos al modelo y los finalesdespués de la calibración son mostrados en la tabla 4.

Tabla 4. Matriz de ordenamiento de parámetrosfinales.

5. ESCENARIOS DE SIMULACIÓN

Realizada la calibración del modelo, es posible evaluarel efecto que causan las variaciones en los niveles debombeo y los cambios climáticos en la zona, lo cualpermite hacer observaciones importantes sobre elaprovechamiento del recurso hídrico subterráneo y labase para implementar estrategias de manejo y pro-tección de acuíferos.

5.1. Variación en la recarga

Para realizar las variaciones en la recarga, en la cualse indican cambios en las condiciones climáticasprincipalmente, no se disponía de información comple-ta, por lo tanto se realizaron variaciones porcentualescon respecto al año calibrado partiendo del análisis delos cambios porcentuales de la precipitación conrespecto al año más seco, de modo que las variacio-nes no se realizaran de forma arbitraria sino bajo unpatrón real del comportamiento de un parámetro deter-minante en la recarga. Con respecto al año mas seco(1992), el porcentaje de disminución de la precipita-ción correspondió a un 15.38%, por lo cual se tomarondisminuciones de 10% y 20% en la recarga parasimular el cambio de este factor para períodoscríticos.Los valores definidos para los porcentajes estableci-dos de acuerdo a lo anterior fueron 416.15 mm/año y378.8 mm/año, respectivamente.

5.2. Variación de la explotación

Además de los cambios en el parámetro de recarga,se plantea hacer una comparación de posibles varia-ciones en el régimen de explotación. Estos cambioscorresponden a un incremento porcentual del númerode pozos en funcionamiento, lo cual permite observarla variación de los niveles piezométricos con respectoa los pozos de observación durante el escenarionormal, es decir, un escenario bajo las condiciones decalibración y con el funcionamiento de los pozos quebombean durante todo el año.

Los incrementos en el número de pozos en funciona-miento se definen con porcentajes de 25%, 50%, 75%y 100%, siendo este ultimo un estado muy crítico deexplotación.

Los cambios en el número de pozos en funcionamien-to son combinados con la variación de la recarga pararealizar un análisis de escenarios más bajo condicio-nes climáticas extremas en las que los regímenes deexplotación pueden generar grandes impactos.

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con la simulación de los diferentes escenarios, seaprecia cual es el comportamiento que presentan laslíneas piezométricas y direcciones de flujo bajo dife-rentes condiciones, permitiendo realizar un análisis dela influencia que pueden tener los niveles de explota-ción sobre los acuíferos y principalmente como debeser su manejo para condiciones en las cuales elestado del acuífero es crítico.

El escenario expuesto como normal, permite hacercomparaciones del cambio en los niveles piezométricosy de la variación en los regímenes de explotación, locual se convierte en una herramienta para la planifica-ción y el manejo del recurso hídrico subterráneo.Considerando que en la actualidad, la planificaciónsobre este recurso, no esta incluida dentro de losplanes de ordenamiento territorial de los municipioscorrespondiente a la zona de estudio.

La generación de estos mapas, tal como se observa enla Figura 14, muestran como resultado que lasprincipales fuentes de recarga son los ríos Tuluá yGuadalajara, los cuales limitan la zona en los extre-mos norte y sur respectivamente.


Figura 14. Mapa de direcciones de flujo (Escenarionormal)

Los mapas de líneas piezométricas, al igual que lasdirecciones de flujo, muestran el comportamiento delos niveles piezométrico sobre la zona de estudio,permitiendo hacer una caracterización de la zonasegún los niveles encontrados y a su vez realizarcomparaciones de los descensos y abatimientoscausados por el aumento en el número de pozos debombeo. Como muestra de los resultados obtenidosbajo condiciones normales de recarga y un nivel debombeo alto se muestra la Figura 15.

6.1. ESCENARIOS CRÍTICOS

Los resultados obtenidos para escenarios de condi-ciones más críticas, permiten definir mas claramentecomo se ve afectado el modelo Hidrogeológico y en si,un acuífero, cuando las condiciones climáticas sonalteradas, principalmente cuando se presentan perio-dos de sequía y la necesidad de aumentar el grado deextracción de agua, considerando que para el casoparticular se trata de una zona dedicada principalmen-te a cultivos de caña de azúcar.

Las direcciones de flujo para estos escenarios en loscuales de disminuye el valor de recarga y se aumentaprogresivamente el nivel de explotación, indican lamarcada desviación del flujo hacia las áreas de mayordemanda y como la zona de descarga se convierte enuna fuente de recarga, indicando la alteración delcomportamiento normal del sistema.

Los niveles de descenso, analizados de los mapas delíneas piezométricas alcanzan rangos muy críticos,

Figura 15. Mapa de líneas piezométricas (Escenarionormal con 75% de pozos)

llegando hasta valores que oscilan entre 12 y 16metros de profundidad, en el caso más crítico derecarga y extracción. Estos rangos se pueden apre-ciar en la Figura 16.

Figura 16. Mapa de niveles de descenso




6.2. CORTES

Considerando la importancia de haber construido unmodelo tridimensional de tres capas, se realizaroncortes transversales que permiten analizar el compor-tamiento del flujo y los niveles piezométricos al interiordel sistema acuífero, encontrando que a través de lazona definida como discontinua se puede apreciar unintercambio del agua contenida en la unidad A y launidad C (Figura 17), lo cual de ser estudiado conmayor detalle y confirmado, representa una conexiónde vital importancia en la formación del sistema acuífero.

Además de lo anterior, es posible observar los nivelesde abatimiento ocasionados por la extracción de lospozos de bombeo localizados en la zona. Figura 18.

Figura 17. Comportamiento de las líneas de flujo

Figura 18. Comportamiento de las líneaspiezométricas

7. CONCLUSIONES

La construcción de un modelo conceptual y la simula-ción de varios escenarios, permite estudiar el compor-tamiento hidráulico de los acuíferos y establecercriterios para la planificación del aprovechamientosostenible del agua subterránea.

Para los diferentes escenarios simulados, se encon-tró, que las líneas piezométricas decrecen en sentidoeste – oeste. Las líneas de menor altura, se encuen-tran muy cercanas al río Cauca, y en un área centralde la zona de estudio, en donde se presenta la mayordensidad de pozos de bombeo.

Las direcciones de flujo, para los diferentes escena-rios, permitieron determinar las zonas de recarga (río

Tuluá y Guadalajara) y descarga (río Cauca). Obser-vando las desviaciones causadas por la influencia delas áreas de mayor demanda.

Dado el conocimiento hidrogeológico del entorno y ladeficiencia de algunos datos y criterios importantespara la construcción del modelo, los resultados alcan-zados podrían considerarse una aproximación,. Per-mitiendo diagnosticar las deficiencias existentes en elconocimiento básico para realizar una modelaciónmás próxima a la realidad.

El desarrollo de nuevas técnicas para la interpretaciónde la hidrogeología de la zona de estudio y la elabora-ción de modelos en tres dimensiones permiten visualizarel posible comportamiento de los diferentes estratosencontrados; lo que permitió realizar una mejor con-ceptualización de las principales característicasgeológicas de la zona.

REFERENCIAS

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Angel, C. Hidrogeología de la Isla de San Andrés.IV seminario Colombiano de Hidrogeología. Oc-tubre,1993. Cartagena, Colombia.

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Custodio E. And Llamas M.R. 1996. HidrologíaSubterránea Tomo I y II. Segunda edición.Ediciones Omega. Barcelona, España.

Guiger N. y Franz T. 1997 Waterloo Hydrogeologic.User’s Manual for Visual Modflow.

Hill, M.C.1998. Methods and Guidelines for EffectiveModel Calibration, U.S. Geological SurveyTechniques of Water-Resources Investigations.

Vassolo, S. 2001. Aplicacion de Modelos Numéri-cos en Aguas Subterráneas. Universidad Na-cional del Colombia. Bogotá, Colombia.


AUTORES

María Mercedes GutiérrezEnríquez Ingeniera Agrícola – Uni-versidad del Valle - UniversidadNacional de Colombia 2003 - Grupode investigación en Aguas Subterrá-neas EIDENAR.Email: [email protected]: 333 82 10

Jhon Jairo Márquez Molina.Ingeniero Agrícola – Universidaddel Valle – Universidad Nacionalde Colombia 2003 – Grupo deinvestigación en Aguas Subterrá-neas EIDENAR.Email: [email protected]: 657 05 81

Materón Muñoz. Hernán; Ms.C.Profesor Titular, Director de la Es-cuela de Recursos Naturales ydel Ambiente, EIDENARUniversidad del [email protected]

Hernán Rojas Palacios,IngenieroAgrícola M.Sc. Recursos HídricosUniversidad del Valle-UniversidadNacional de Colombia 1974Universidad Nacional de Colombia1983. Profesor Asociado D.ETelf: 2717000 Ext: 5268Palmira – ColombiaEmail: [email protected]


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