CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1 Generalidades

En el ciclo hidrológico, el agua subterránea representa la mayor parte de la precipitación que logra infiltrarse al subsuelo, la cual se mueve lentamente hacia abajo, cruzando la zona vadosa, generalmente en ángulos inclinados (debido a la fuerza de gravedad) hasta alcanzar la zona saturada en donde podrá formar parte del flujo subterráneo que, eventualmente, en su ruta hacia el cero universal, puede aflorar en forma de manantiales, en arroyos, lagos y finalmente en los océanos. Sin embargo, para algunas personas a lo largo de la historia de la humanidad, este movimiento no visible del flujo subterráneo, es difícil de visualizar, como un proceso de transmisión y almacenamiento, ya que el común de la gente piensa que el agua se acumula y se extrae de grandes lagos o ríos subterráneos que fluyen en el subsuelo. En las ciencias de la tierra es fundamental entender claramente que el agua subterránea se encuentra contenida en, y se mueve a través de espacios vacíos (poros) que se tienen entre partículas como sedimentos no consolidados (medio poroso) y/o en fisuras de las rocas consolidadas en el subsuelo (medio fisurado) y a los cuales se les conoce como acuíferos. De manera general, un acuífero ha sido definido de diversas maneras pero es común que se defina como una unidad geológica saturada que contiene y transmite agua de buena calidad, de tal manera que puede ser extraída en cantidades económicamente aprovechables (Poehls y Smith, 2009). Cuando los materiales que forman un acuífero son sedimentos no consolidados se les conoce como acuíferos granulares, mientras que cuando son rocas fracturadas o porosas se les llama acuíferos en roca. En este contexto, la hidrogeología es una ciencia multidisciplinaria que se encarga del estudio de las interrelaciones físicas, químicas y dinámicas de los materiales y procesos geológicos con el agua subterránea, es decir, trata con su origen, presencia, movimiento y calidad. Una de las principales dificultades del estudio del agua subterránea es que ésta no puede verse directamente desde la superficie, por lo que regularmente se requiere llevar a cabo una exploración hidrogeológica, entendida ésta como el conjunto de estudios, trabajos y operaciones, que se llevan a cabo tanto por técnicas directas como indirectas, encaminados a la localización de acuíferos para captación de agua subterránea, en cantidad y con calidad adecuadas para su explotación (Custodio y Llamas, 1996).

1.2 El Agua en México. El agua subterránea en México es un recurso vital para el desarrollo de todos los sectores productivos, sin embargo, los climas seco y semiseco son los que prevalecen en más del 60% del territorio, y es ahí donde la disponibilidad de agua superficial no es suficiente. En este marco, el agua subterránea se convierte en la fuente de abastecimiento más importante. Desde el año 2006, se tienen identificados por la Comisión Nacional del Agua, un total de 653 acuíferos en el país, de donde se extraen alrededor de 28,000 hm3/año, de los cuales, aproximadamente el 70% se destina a la agricultura y el 27% al abastecimiento de las zonas urbano-industriales (Sención et al., 2006). La demanda creciente de este recurso y la variabilidad climática con períodos de sequía prolongados, dan como consecuencia una explotación intensiva en los últimos años en estos acuíferos y con ello, un impacto negativo en sus almacenamientos, llegando a tener en el 2009 un total de 110 acuíferos sobre bombeados (Figura 1.1) y 17 sobre explotados que presentan problemas de intrusión salina (CONAGUA, 2009). En nuestra región noroeste y concretamente en el estado de Sonora, el incremento de las extracciones de agua subterránea para satisfacer las demandas es creciente. Y la población de usuarios ha provocado la sobreexplotación de los acuíferos, debido al escaso o nulo conocimiento de la disponibilidad que se tenía hasta hace una década y por supuesto a la falta de mecanismos eficaces de medición y control de las extracciones, las cuales exceden por mucho la recarga natural con el consecuente abatimiento de los niveles piezométricos. En la actualidad las autoridades normativas del país han venido desarrollado un agresivo programa de actualización y conocimiento de la disponibilidad de acuíferos. En esta evaluación es de importancia total, contar con información integral de la hidrología superficial y del subsuelo, de tal forma que permita conocer las condiciones en las que se encuentra el agua subterránea en los acuíferos del estado. Se pretende que las autoridades competentes en esta materia, con los usuarios, activen un manejo sustentable del agua subterránea. Este estudio forma parte de esta política de ampliación del conocimiento hidrogeológico del estado de Sonora y por ello se realizó el presente estudio, en un acuífero de tipo granular, que si bien de escaso bombeo, si muestra la seguridad de que los resultados aportarán información que seguramente será una herramienta importante en la integración del modelo conceptual hidrogeológico, primer paso para contar con un esquema que brinde mejor facilidad en la exploración y un mejor entendimiento en el aprovechamiento y administración del recurso agua.

Figura 1.1 Condición de explotación de los acuíferos en México. Tomado de CONAGUA (2009).

1.3 Marco Teórico. Los recursos hídricos tienen su origen en la precipitación pluvial y al depositarse sobre la superficie se divide en dos fracciones:

• Cerca del 70% del volumen precipitado retorna a la atmósfera por evaporación. • La fracción complementaria escurre superficialmente por las redes de drenaje

natural hasta desembocar al mar o en cuerpos interiores de agua, o se infiltra y circula a través de acuíferos que a su vez descargan en cuerpos y cursos superficiales, a través de manantiales o de forma subterránea al mar.

En donde el agua no es desviada de manera artificial desde la fuente hasta sus salidas al mar, a la parte baja de una cuenca interna o a la frontera interior de una unidad hidrogeológica, se desarrolla un sistema natural o virgen. Entendiendo por unidad hidrogeológica a un conjunto de estratos hidráulicamente conectados entre sí, cuyos límites laterales y verticales se definen convencionalmente para fines de evaluación, manejo y administración del agua subterránea (NOM-011-CNA-2000). Con base en lo anterior, la disponibilidad es propiamente entendida como el cálculo de las reservas de agua en una unidad hidrogeológica, a partir del volumen medio anual, es decir, la disponibilidad lleva en su evaluación implícita el cálculo de las reservas utilizando

todos los elementos del ciclo hidrológico citados. De esta forma, la disponibilidad media anual de agua subterránea en una unidad hidrogeológica queda definida por; el volumen medio anual de agua subterránea que puede ser extraído de una unidad hidrogeológica para diversos usos, adicional a la extracción ya concesionada y a la descarga natural comprometida, sin poner en peligro el equilibrio de los ecosistemas (NOM-011-CNA-2000). Por tanto, disponibilidad es el valor que resulta de la diferencia entre el volumen medio anual de escurrimiento de una cuenca hacia aguas abajo y el volumen anual actual comprometido aguas abajo (NOM-011-CNA-2000). En este orden, unidad hidrogeológica queda entendida como el conjunto de estratos geológicos hidráulicamente conectados entre sí, cuyos límites laterales y verticales se definen convencionalmente para fines de evaluación, manejo y administración de las aguas nacionales subterráneas (NOM-011-CNA-2000). Es por tanto que estas unidades, son las que deben quedar definidas en un estudio como el presente, y formar parte de un modelo hidrogeológico conceptual que defina el movimiento dinámico del flujo en un área de balance determinado por las dimensiones del acuífero aluvial definido. 1.4 Metodología La metodología seguida para realizar el presente trabajo se basó en las siguientes actividades: 1.4.1 Recopilación, análisis e integración de información existente

Se recopiló la información disponible: climatológica, hidrogeológica, geológica, prospecciones geofísicas, piezometría y en general toda aquella que resultara de interés hidrogeológico para la realización del estudio del acuífero Cuitaca. Se seleccionó e integró la información de utilidad, evaluando la cantidad y calidad de ésta.

Los trabajos hidrogeológicos previos dentro del Acuífero Cuitaca son muy escasos, y de hecho, sólo se tuvo información de los siguientes estudios: “Estudio de Evaluación Geohidrológica del Acuífero Cuitaca”, elaborado en dos Tomos por la compañía Minera María (TOMO 1 en 1996 y el TOMO 2 en 1997), como parte de la solicitud del incremento de volumen de extracción de agua para los trabajos de exploración-explotación que iniciaba esta empresa minera. “Atlas de aguas subterráneas y red de monitoreo piezométrico del Estado de Sonora”, que fue realizado por la Universidad de Sonora, para la Comisión Nacional del Agua en el 2005. El estudio consistió en establecer una red de monitoreo piezométrico para cada acuífero

que se encuentra bajo la administración de la gerencia regional noroeste, que incluye la totalidad del estado de Sonora y parte del estado de Chihuahua. Adicionalmente a planos temáticos (clima, precipitación, temperatura, geomorfología, vegetación, etc.), este trabajo incluye planos de profundidad y elevación (mostrando las direcciones de flujo subterráneo) y las tablas que dieron origen a dichos planos.

1.4.2 Geología y geofísica Se identificaron las unidades estratigráficas expuestas en el área de estudio con base en la información de la geología superficial obtenida a partir de las cartas geológico–mineras escala 1:250,000 realizadas por el Servicio Geológico Mexicano (SGM) y la verificación de ésta en el campo. Las cuales fueron digitalizadas para utilizarla con el software Arcview Gis 3.2a. Las cartas recopiladas son: Nogales (H12-2) y Cananea (H12-5).

Para conocer mejor la geología del subsuelo, se realizó un estudio geofísico, donde se utilizaron sondeos electromagnéticos transitorios (TEM’s) en el dominio del tiempo. Este método consiste en medir el campo magnético secundario generado por fenómenos de inducción cuando se suprime el campo primario, el cual se genera a través de un espiral con forma cuadrada y tamaño variable según el objetivo de investigación (Figura 1.2).

Se considera un circuito por el que fluye una corriente constante, llamado “loop transmisor”, esta corriente produce un campo magnético vertical. Si la corriente y el campo magnético son invariantes con respecto al tiempo, no se producirá un voltaje en una bobina receptora. Al cortar la corriente repentinamente se interrumpe el campo magnético primario y se inducen corrientes en el terreno. Estas corrientes inducidas tienden, instantáneamente, a mantener el campo magnético que existía antes de que la corriente fuera cortada. Este efecto satisface la Ley de Faraday. Este campo decae gradualmente y el decaimiento es lento ante la presencia de un cuerpo conductor. Las mediciones de este decaimiento proporcionan información sobre la presencia en el subsuelo de cuerpos conductores (Flores Luna; Spies y Frischknecht, 1991).

Figura 1.2 Tipo de señales para transitorio electromagnético en el dominio del tiempo.

1.4.3 Censo de aprovechamientos y piezometría

Previo a la verificación en campo de los aprovechamientos existentes dentro del acuífero, se realizaron varias actividades en gabinete:

- Recopilación e integración de censos realizados en el área, de donde se obtuvo una base de datos inicial; además, se integró la base de datos de los pozos existentes en el Registro Público de Derechos de Agua (REPDA), con lo cual se diseñó el plan de trabajo:

- Se imprimieron las bases de datos integradas para verificar los datos en campo. Se adquirieron las cartas topográficas a escala 1:50 000 de INEGI: Santa Cruz (H12-B42) y 16 de Septiembre (H12-B52), en formato de imagen (tiff, jpg), para manipularlas en el programa Arc View 3.2a. Sobre éstas se colocaron los aprovechamientos obtenidos de la integración de censos y los aprovechamientos inscritos en el REPDA. Cada aprovechamiento llevó un número de control impreso en el plano que lo liga a la base de datos de las tablas.

El trabajo de campo consistió en:

- Levantamiento de los datos en cada aprovechamiento seleccionado, contando con el equipo siguiente: GPS de mano, sonda eléctrica, formatos para censo, planos de ubicación de aprovechamientos, tablas con datos de aprovechamientos, etc. A cada aprovechamiento se le asignó una clave en campo formada por dos letras del nombre de la carta y el número secuencial.

- Además de tomar los datos constructivos en cada aprovechamiento, se buscó a las personas responsables del mismo para conocer el régimen de operación del pozo o noria, propietario, el tipo de cultivo, número de cabezas de ganado, etc. También se midió la profundidad al nivel estático y se tomó la fotografía del aprovechamiento.

1.4.4 Determinación de parámetros hidráulicos del acuífero

Existen varios métodos para obtener información hidráulica de un acuífero, pero el más utilizado y el que proporciona información más completa, son las pruebas de bombeo. Mediante esta información, es posible cuantificar el volumen de agua subterránea que circula en un acuífero, lo cual sirve como base para evaluar la disponibilidad de este recurso (Custodio y Llamas, 1996).

La conductividad hidráulica (K) mide la facilidad con que un fluido se mueve a través de un medio poroso. Por esta razón, su valor depende tanto de las propiedades del medio (permeabilidad del acuífero), como de las del fluido (densidad y viscosidad). Este parámetro tiene unidades de velocidad (longitud/tiempo) y se obtiene a partir de las transmisividad que resulta de la interpretación de las pruebas de bombeo.

La transmisividad se define como el caudal que pasa a través de una franja vertical de terreno de ancho unidad y altura igual a la del espesor saturado, bajo un gradiente unidad. Este término utilizado en hidrogeología fue propuesto por Theis (1935) para indicar la capacidad de un acuífero de dejar pasar el agua a su través, no por unidad de área, sino por unidad de prisma de base unitaria y espesor saturado. Se expresa como el producto de la conductividad hidráulica por el espesor de la porción saturada del acuífero, es decir:

T = K b

Dónde:

T = transmisividad, (Área/Tiempo) K = conductividad hidráulica (longitud/tiempo) b = espesor saturado del acuífero (longitud)

1.4.5 Análisis de rasgos indicadores de sistemas de flujo

Con base en la definición y análisis de los rasgos indicadores de sistemas de flujo de agua subterránea (regional, intermedio y local), se identificaron las zonas de recarga y descarga de los sistemas de flujo de agua subterránea existentes en el área estudiada. Los rasgos indicadores analizados fueron: topografía, piezometría, manantiales, flujo base, presencia de vegetación freatófita, distribución de tipos de suelos, entre otros (NOM-011-CNA-2000).

1.4.6 Determinación de los volúmenes de extracción

Se calcularon los volúmenes de extracción de cada aprovechamiento mediante procedimientos indirectos, considerando tiempo de operación, gasto promedio, uso, número de habitantes, número de cabezas de ganado, etc (NOM-011-CNA-2000).

1.4.7 Análisis del comportamiento de los niveles piezométricos

El comportamiento de los niveles piezométricos se presenta en planos de curvas de igual valor de profundidad, elevación y evolución del nivel estático. En su elaboración se consideraron aspectos hidrogeológicos como: topografía, zonas de probable recarga y descarga, unidades hidrogeológicas, etc.

En este contexto, con base en las elevaciones de brocales y las profundidades a los niveles estáticos medidos se determinaron las elevaciones del nivel estático, con las cuales se configuraron las curvas equipotenciales del flujo subterráneo, que sirvieron como base para trazar la dirección del flujo subterráneo. De acuerdo a la información de piezometría histórica, se seleccionaron intervalos de tiempo para elaborar planos con curvas de igual evolución del nivel estático (NOM-011-CNA-2000).

1.4.8 Análisis hidrogeoquímico

La hidrogeoquímica estudia las propiedades químicas del agua superficial y subterránea, y su relación con la geología regional, analizando los iones disueltos en agua y los procesos de interacción agua-sólido. El agua en su movimiento a través del subsuelo entra en un contacto prolongado con los minerales que conforman los estratos del mismo subsuelo y estos minerales en mayor o menor medida presentan cierto grado de solubilidad, siendo esta la razón por la que el agua incrementa su contenido mineral hasta que logra alcanzar el equilibrio de las sustancias en solución (Custodio y Llamas, 1996).

Se tomaron muestras de agua para determinar propiedades físicas y químicas del agua. En campo fueron determinados los parámetros físicos de temperatura, pH y conductividad eléctrica. En laboratorio se determinó el contenido de iones mayores, sólidos totales disueltos (STD), dureza total, dureza de calcio, Eh, potasio y nitrato.

Para la planeación de la distribución del muestreo se tomó como base la información obtenida durante el censo de aprovechamientos subterráneos realizado, considerando que

su ubicación proporcionará información representativa de las condiciones hidrogeológicas del acuífero, y que la obra hidráulica contará con las características constructivas que permitieran la toma adecuada de la muestra.

Durante el muestreo se trató que las muestras fueran tomadas a la descarga de los pozos. En el caso de aprovechamientos que no contaban con equipo de bombeo, se utilizó una botella muestreadora atada a una cuerda previamente lavada con agua desionizada.

En cada sitio de muestreo se utilizaron envases previamente lavados con agua acidulada y etiquetados para identificar la muestra, utilizando la clave de rastreabilidad, fecha y hora de toma, tipo de preservativo adicionado (si es el caso), tipo de análisis y condiciones ambientales. Una vez tomada la muestra se mantuvo en conservación en hielo para mantenerla a menos 4°C, durante su transportación al laboratorio.

Los resultados de los análisis físicos y químicos fueron integrados a la información hidrogeológica como apoyo en la definición del origen del agua subterránea, identificación de los procesos geoquímicos dominantes, interacción agua - roca y evidencias de contaminación. Los resultados se presentan en diagramas, figuras, planos de isodistribución, etc. Para la obtención de las familias de aguas dominantes se utilizaron los diagramas de Piper y Stiff, generados mediante el programa: AquaChem v. 3.7 for Windows 95/98 NT, 1999.

1.4.9 Balances hidrometeorológico y de aguas subterráneas

Con base en la información generada se calcularon las componentes de los balances conforme a los lineamientos que considera la Norma Oficial Mexicana NOM-011-CNA-2000 “Norma Oficial Mexicana que establece el método para determinar la disponibilidad media anual de las aguas nacionales”, los cuales se detallan ampliamente en los capítulos IV para el balance hidrometeorológicos y VII para el balance de aguas subterráneas.

1.5 Localización y especificaciones del acuífero Cuitaca

El área estudiada está enmarcada por el área que cubre el acuífero Cuitaca, clave 2660 del Sistema de Información Geográfica para el manejo del Agua Subterránea (SIGMAS) de la CONAGUA, el cual se localiza en la porción norte del estado de Sonora, aproximadamente entre los paralelos 30° 48’ 9.1” y 31° 12’ 45.5” de latitud norte y entre los meridianos 110° 23’ 3.9” y 110° 33’ 33.3” de longitud oeste. Este acuífero presenta una forma alargada con orientación norte-sur y cubre una superficie de 473.80 km2. El polígono que enmarca el área estudiada se presenta en la tabla 1.1, en la que se incluyen los vértices en coordenadas geográficas.

Tabla 1.1 Coordenadas geográficas del polígono simplificado del acuífero Cuitaca.

ACUIFERO 2660 CUITACA

VERTICE LONGITUD OESTE LATITUD NORTE

GRADOS MINUTOS SEGUNDOS GRADOS MINUTOS SEGUNDOS 1 110 32 41.90 31 7 16.2 2 110 32 8.80 31 8 34.5 3 110 32 29.60 31 11 1.9 4 110 30 32.10 31 12 45.5 5 110 24 40.80 31 8 3.3 6 110 23 3.90 31 3 54.3 7 110 23 21.10 30 59 6.8 8 110 30 6.00 30 48 9.1 9 110 33 33.30 30 59 45.3 1 110 32 41.90 31 7 16.2

Los acuíferos colindantes son: al norte, río Santa Cruz y Cocóspera; al sur río Bacanuchi; al este río San Pedro, y al oeste río Alisos. Los poblados de mayor importancia que se encuentran dentro del área son la Cieneguita de Cuitaca y Vicente Guerrero, ubicados ambos en la parte central del acuífero (Figura 1.3). Para llegar al área estudiada se toma la carretera Federal México 15 hasta la población de Imuris, posteriormente se sigue por la carretera Federal N° 2, y tras recorrer 53 km hacia el este, se llega al poblado La Cieneguita de Cuitaca, quedando éste dentro del acuífero.

La parte norte del acuífero queda comprendido dentro de la veda meridiano 110° 00’, cuyo decreto de veda fue publicado en el Diario Oficial de la Federación el 19 de Septiembre de 1978 y entró en vigor un día después de su publicación. El decreto establece lo siguiente:

“DECRETO por lo que se declara de interés público la conservación de los mantos acuíferos del estado de Sonora, para el mejor control de las extracciones, alumbramiento y las aguas del subsuelo, en dicha zona”.

La parte sur del acuífero, está en la zona de veda denominada costa de Hermosillo tercera ampliación, que fue publicada en el Diario Oficial de la Federación el 02 de Junio de 1967 y entró en vigor aprovechamiento de ese mismo día:

“DECRETO por medio del cual se amplía la zona de veda para el alumbramiento de aguas del subsuelo en la costa de Hermosillo, Sonora”.

Figura 1.3 Localización y acuíferos colindantes del acuífero Cuitaca.

1.5.1 Fisiografía

El acuífero Cuitaca se encuentra dentro de dos provincias fisiográficas: en la parte norte se tienen topoformas de la provincia Sierras y Llanuras del Norte, dentro de lo que determina la subprovincia Llanuras y Médanos del Norte; y en la parte sur, las topoformas corresponden a la provincia Sierra Madre Occidental, caracterizando a la subprovincia Sierras y Valles del Norte (Figura 1.4).

Subprovincia Llanuras y Médanos del Norte.

En general esta subprovincia está formada por valles aluviales extensos entre los cuales se intercalan algunas sierras. Predominan las rocas sedimentarias (principalmente conglomerados), aunque también se encuentran afloramientos menos importantes de rocas ígneas intrusivas ácidas.

En esta subprovincia se encuentran las siguientes topoformas:

- Sierra Plegada. Se presenta en la parte noroeste del acuífero, cubriendo un área de 96.29 km2, lo cual equivale al 20% del área total.

- El Valle Aluvial Intermontano. Tiene una pequeña área de 10.31 km2, que representa el 2% del área total del acuífero, y se encuentra distribuida en la parte noreste.

- La Llanura Aluvial. Presenta un área de 111.87 km2 (24 % del área total). Se localiza en la parte central y se extiende con dirección noreste-suroeste.

Subprovincia Sierras y Valles del Norte.

Esta región está formada principalmente por sierras entre las cuales se localizan valles paralelos amplios con orientación norte-sur. En las sierras dominan las rocas volcánicas ácidas y en los valles abundan los materiales sedimentarios continentales (conglomerados y sedimentos del Terciario).

En esta subprovincia se encuentra la siguiente topoformas:

- Sierra Alta. Cubre 255.34 km2, constituye un 54% del área del acuífero. Es la unidad de mayor extensión, y se encuentra en la parte central sur.

Figura 1.4 Características fisiográficas del acuífero Cuitaca.

1.5.2 Vegetación

Dentro del área del acuífero Cuitaca se encuentran 5 tipos de vegetación: agricultura de riego, bosque de encino, vegetación de galería, mezquital y pastizal natural, predominando finalmente el bosque de encino (Figura 1.5).

Agricultura de riego. Se presenta en la parte central y hacia el oeste del acuífero. Abarca un área de 4.56 km2, que corresponde al 1% del área total.

Bosque de encino. Es el tipo de vegetación predominante. Se presenta alrededor de todo el acuífero, cubriendo un área 289.92 km2, lo que representa el 61% del total. Si bien es cierto que a manera local se le conoce como encino, su nombre científico es Quercusspp. Este recurso forestal es utilizado por los habitantes de la región principalmente como leña.

Vegetación de galería (Matorral). Se encuentra en una pequeña porción en la parte central y al noroeste del acuífero. Se extiende en un área de 1.75 km2, que representa menos del 0.5% del área total.

Mezquital. Se utiliza como leña, cubriendo una superficie de 2.15 km2 (0.5%) en la parte centro-oeste y en una zona aislada pequeña en el centro.

Pastizal natural. Su nombre local es zacate, y el término científico es Eragrostis intermedia; cubre un área de 175.42 km2 (37%) y se presenta en la parte central y algunas zonas al norte y sur de acuífero. Este recurso es utilizado en la región como forraje.

Figura 1.5 Tipos de vegetación dentro del acuífero Cuitaca.