Instituto Potosino De Investigación Científica Y Tecnológica, A.C
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INSTITUTO POTOSINO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA, A.C. POSGRADO EN GEOCIENCIAS APLICADAS “CARACTERIZACIÓN HIDROGEOQUÍMICA Y VULNERABILIDAD DEL ACUÍFERO HUICHAPAN - TECOZAUTLA, ESTADO DE HIDALGO” Tesis que presenta María de la Luz Galván Tovar Para obtener el grado de Maestra en Geociencias Aplicadas Director de la Tesis: Dr. José Alfredo Ramos Leal San Luis Potosí, S.L.P., Enero de 2017 Constancia de aprobación de la tesis La tesis “Caracterización hidrogeoquímica y vulnerabilidad del acuífero Huichapan-Tecozautla, Estado de Hidalgo” presentada para obtener el Grado de Maestra en Geociencias Aplicadas fue elaborada por María de la Luz Galván Tovar y aprobada el 25 de Enero de 2017 por los suscritos, designados por el Colegio de Profesores de la División de Geociencias Aplicadas del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C. |____________________ Dr. José Alfredo Ramos Leal (Director de la tesis) ____________________ Dr. Germán Santacruz de León (Miembro del Comité Tutoral) ____________________ Dr. José Tuxpan Vargas (Miembro del Comité Tutoral) ____________________ Dr. Josué De Lara Bashulto (Miembro del Comité Tutoral) i Créditos Institucionales Esta tesis fue elaborada en el Laboratorio de Petrofísica de la División de Geociencias Aplicadas del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C., bajo la dirección del Dr. José Alfredo Ramos Leal. De igual manera, se realizaron algunas determinaciones en el Laboratorio de Radiactividad Natural del Instituto Geofísica en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y en el Laboratorio de Aguas Subterráneas de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP). Durante la realización del trabajo el autor recibió una beca académica del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (337207) y del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A. C. Asimismo, el apoyo brindado al Comité Técnico de Aguas Subterráneas (COTAS) del Acuífero Huichapan- Tecozautla. ii Acta de examen iii Agradecimientos Quiero expresar mi sincero agradecimiento al Dr. José Alfredo Ramos Leal Director de mi tesis, por todo el apoyo brindado, sus comentarios y sugerencias durante el desarrollo de esta investigación. Agradezco a Dios por permitirme culminar esta etapa con éxito. Quiero agradecer a mis papas por todo el amor, cariño, comprensión y apoyo incondicional durante toda mi vida y por creer una vez más en la realización de este proyecto. A mis hermanos por brindarme el su apoyo, cariño y ánimo todos los días y momentos difíciles. Agradezco a los Drs, German Santacruz De León, José Tuxpan Vargas, Josué De Lara Bashulto y. Faustino Juárez Sánchez, por sus comentarios y sugerencias. Agradezco a Ángeles Urbano, Fermín Villalpando, Uriel Negrete, José Luis Castilla, Martha, Ignacio Paz, Gaby, Nallely Martínez, Janete Moran, Edgar Rojas por su amistad y todo el apoyo brindado a lo largo de este trabajo, particularmente por sus comentarios y valiosas sugerencias que robustecieron esta investigación. Un agradecimiento especial a los Ings. Marcos Luis León y Enrique Cristino parte del grupo de trabajo del COTAS Huichapan-Tecozautla, quienes apoyaron este proyecto con la finalidad de conocer el estado actual del acuífero. Me permito hacer de manera extensiva mi agradecimiento a mis amigos y compañeros con los que tuve la oportunidad de convivir en estos dos años de realización de estudios, de los cuales me llevo gratos recuerdos e inolvidables momentos que vivimos en las salidas de campo. Por compartir conmigo un poco de su valioso tiempo y el cual nos permitió de igual manera compartir anécdotas, vivencias, risas, tristezas, desvelos, etc. iv Contenido Constancia de aprobación de la tesis i Créditos Institucionales ii Acta de examen iii Agradecimientos iv Contenido v Lista de tablas viii Lista de figuras ix Resumen xii Abstract xiv 1. GENERALIDADES 1 1.1 Introducción 1 1.2 Objetivo General 2 1.2.1 Objetivos Específicos 2 1.3 Justificación 3 1.4 Hipótesis 3 1.5 Antecedentes 3 1.6 Área de Estudio 5 1.6.1 Localización 5 1.6.2 Clima 5 1.6.3 Flora y Fauna 8 1.6.4 Relieve y Tipo de Suelo 9 1.6.5 Hidrografía 10 2. MARCO HIDROGEOLÓGICO 11 2.1 Geología 12 2.1.1 Sistema Cretácico 12 2.1.1 a Formación El Doctor 13 2.1.1b Formación Soyatal 13 2.1.2 Sistema Terciario 14 2.1.2 a Rocas Volcánicas 14 v 2.2 Hidrogeología 15 2.3 Modelo Conceptual 18 2.3.1 Secciones Hidrogeológicas 19 3. METODOLOGÍA Y MARCO TEÓRICO 23 3.1 Hidrogeoquímica 23 3.1.1 Técnicas Analíticas 23 3.1.1 a Análisis de Cationes 25 3.1.1 b Análisis de Aniones 27 3.1.2 Diagramas Hidrogeoquímicos 28 3.2.2 a Diagrama de Piper 29 3.1.2 b Diagramas de STIFF 29 3.1.2 c Diagramas de Dispersión 30 2.1.2 d Diagrama de Gibbs 30 3.1.2 e Diagrama de Mifflin 31 3.2 Calidad del Agua 32 3.2.1 Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 32 3.2.1. a Límites Permisibles de Características Químicas. 33 3.2.2 Índice de Calidad del Agua para Consumo Humano (ICA) 33 3.2.3 Índice de Contaminación (ICON) 35 3.2.4 Calidad del Agua para Riego 36 3.2.4 a Condición de sodicidad 36 3.2.4 b Relación de adsorción de sodio (RAS) 36 3.2.4 c Diagrama para la clasificación del agua de riego 37 3.2.4 d Porcentaje de Sodio (%Na) 39 3.2.4 e Diagrama de Wilcox (%Na vs CE) 39 3.2.4 f Relación de Kelly 40 3.3 Vulnerabilidad Acuífera 40 3.3.1 Índice de Vulnerabilidad de Acuíferos con SINTACS 41 vi 3.3.1 a (S) Profundidad del agua 43 3.3.1 b (I) Infiltración eficaz 44 3.3.1 c (N) Zona No Saturada 45 3.3.1 d (T) Tipo de Suelo 46 3.3.1 e (A) Características Hidrogeológicas del Acuífero 47 3.3.1 f (C) Conductividad Hidráulica del Acuífero 47 3.3.1 g (S) Pendiente de la Superficie Topográfica 48 3.3.2 Normalización de la Vulnerabilidad 49 4. RESULTADOS Y DISCUSIONES 51 4.1 Diagramas Hidrogeoquímicos 51 4.1.1 Diagramas de Stiff 51 4.1.2 Diagrama de Piper 53 4.1.3 Diagrama de Gibbs 54 4.1.4 Diagramas Ternarios 54 4.1.5 Diagrama de Mifflin 55 4.1.6 Diagramas de Dispersión 57 4.1.7 Perfil Hidrogeoquímico 59 4.2 Calidad del Agua 61 4.2.1 NOM 127-SSA1-1994 61 4.2.2 Índice de Calidad del Agua (ICA) 61 4.2.3 Índice de Contaminación (ICON) 63 4.2.4 Calidad del agua para riego 64 4.3 Vulnerabilidad Acuífera 67 4.3.1 (S) Profundidad del Agua 67 4.3.2 (I) Infiltración Eficaz 68 4.3.3 (N) Zona No Saturada 69 4.3.4 (T) Tipo de Suelo 70 4.3.5 (A) Características Hidrogeológicas del Acuífero 71 4.3.6 (C) Conductividad Hidráulica del Acuífero 72 vii 4.3.7 (S) Pendiente de la Superficie Topográfica 73 4.3.8 Índice de Vulnerabilidad Normalizada 74 5. CONCLUSIONES 77 6. RECOMENDACIONES 78 7. BIBLIOGRAFÍA 79 Lista de tablas Tabla 1.1 Estaciones climatológicas de la cuenca Huichapan- 6 Tecozautla Tabla 3.1 Muestras de que representan características físicas y 33 organolépticas fuera de los límites permisibles. Tabla 3.2 Clasificación de la constante “K” en relación de las 34 características físicas y organolépticas del agua. Tabla 3.3 Clasificación del índice de calidad del agua modificada de 34 Fernández, 2009 y Martínez, 1979. Tabla 3.4 Clasificación del agua según el índice del ICON 35 Tabla 3.5 Clasificación del riesgo de salinidad en el agua de riego 38 Tabla 3.6 Clasificación para conductividad eléctrica y porcentaje de 40 sodio. Tabla 3.7 Clasificación de la relación Kelly en el agua de riego 40 Tabla 3.8: Parámetros del método SINTACS 42 Tabla 3.9 Valores de peso asignado a cada parámetro en función de 49 cada condición especifica Tabla 4.1 Clasificación del ICA en las muestras colectadas 63 Tabla 4.2 Resultados del ICON para las muestras analizadas 63 viii Lista de figuras Figura 1.1 Localización de la zona de estudio y principales municipios 5 Figura 1.2 Isoyetas medias anuales (mm) y ubicación de estaciones 7 climatológicas Figura 1.3 Isotermas medias anuales (°C) en el área de estudio 8 Figura 1.4 Flora y fauna presentes en la región 9 Figura 1.5 Uso del suelo en la cuenca Huichapan-Tecozautla 10 Figura 1.6 Hidrografía de la cuenca Huichapan-Tecozautla 11 Figura 2.1 Geología de la zona de estudio y principales alineamientos 16 estructurales Figura 2.2 Mapa de elevación de nivel estático y direcciones de flujo en 17 cuenca Huichapan-Tecozautla Figura 2.3 Localización de secciones hidrogeológicas en el área de 19 estudio Figura 2.4 Sección hidrogeológica A-A´ y principales sistemas de flujo 20 Figura 2.5 Sección hidrogeológica B-B´ y principales sistemas de flujo 20 Figura 2.6 Sección hidrogeológica C-C´ y principales sistemas de flujo 21 Figura 2.7 Sección hidrogeológica D-D´ y principales sistemas de flujo 21 Figura 2.8 Sección hidrogeológica E-E´ y principales sistemas de flujo 22 Figura 3.1 Distribución de los puntos de muestreo en la zona de estudio 23 Figura 3.2 Medición de parámetros físicos y colecta de muestras de 24 agua en pozos y manantiales Figura 3.3 Espectro de plasma 400 (ICP) 25 Figura 3.4 Calibración de ICP para determinación de cationes 27 mayoritarios Figura 3.5 Determinacion de aniones con el colorimetro SMART 2 28 Figura 3.6 Determinación de alcalinidad 28 Figura 3.7 Ejemplo de diagrama de Piper 29 ix Figura3.8 Diagramas de STIFF 30 Figura 3.9 Diagrama de Gibbs 31 Figura 3.10 Diagrama de Mifflin 32 Figura 3.11 Diagrama para la clasificación de salinidad para riego 38 Figura 3.12 Diagrama de Wilcox 39 Figura 3.13 Profundidad del agua 44 Figura 3.14 Infiltración eficaz 45 Figura 3.15 Zona no saturada 46 Figura 3.16 Tipo de suelo 46 Figura 3.17 Características hidrogeológicas del acuífero 47 Figura 3.18 Conductividad Hidráulica 48 Figura 3.19 Pendiente de la superficie topográfica 48 Figura 3.20 Grados