Evaluación Del Riesgo De Contaminación Del Agua Subterránea Desde Un Enfoque Hidrodinámico Basado En Un Modelo Numérico Unidimensional
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Ó É Í Evaluación del riesgo de contaminación del agua subterránea desde un enfoque hidrodinámico basado en un modelo numérico unidimensional Tesis que para obtener el grado de: Maestro en Ciencias del Agua Presenta: Eduardo Enríquez Sánchez Tutor Académico: Dr. en Ing. Jaime Gárfias Soliz Tutor Adjunto: Dr. en H. Marco Barahona Palomo Toluca, México Octubre de 2019 RESUMEN En México los vertederos siguen siendo el método preferido para la eliminación de residuos sólidos debido a su bajo costo y mantenimiento, sin embargo, la naturaleza en las que operan este tipo de sitios se consideran una amenaza para el medio ambiente, especialmente aquellos que no se mantienen y controlan adecuadamente. El propósito de este trabajo consiste en evaluar el riesgo de contaminación del agua subterránea por efecto de la disposición final de residuos sólidos considerando la hidrodinámica de la zona no saturada, así como procesos de flujo y transporte de solutos. Para ello, se siguió un esquema de trabajo que combina el análisis de la carga contaminante y la fragilidad de la zona no saturada englobados en la ejecución y manejo de un modelo numérico unidimensional. Esto se logró a través de 4 etapas: 1) análisis de la carga contaminante derivada de los sitios de disposición final; 2) evaluación de la fragilidad del acuífero a la contaminación, debido a las características de los substratos que cubren el acuífero; 3) modelación y simulación del transporte de solutos y 4) la estimación del riesgo de contaminación del agua subterránea de forma puntual en el Valle de Toluca. Los resultados obtenidos reafirman que los sitios con un alto nivel de riesgo son: el Sitio No. 4 Metepec y el Sitio No. 5 Mexicaltzingo, también evidencian que la naturaleza de su zona no saturada fue determinante en el transporte de contaminantes, por lo que el agua subterránea circundante a la periferia de estos sitios no es apta para consumo humano. Por su parte, los sitios catalogados como rellenos sanitarios: sitio 6, 7 y 8 la geomembrana tipo: natural asumida como parte del revestimiento en la parte inferior de estos sitios controló de forma significativa el transporte dentro del perfil, de ahí que, el transporte de soluto no excedió los primeros cuatro metros de profundidad. Por lo cual, estos sitios manifiestan un riesgo bajo o nulo, igualmente los sitios 1, 2 y 3 poseen un riesgo bajo o nulo influenciado principalmente por tener espesores de zona no saturada importantes, además la conformación de su perfil litológico lo integran materiales arcillosos y limosos, de modo que, disponen de valores de permeabilidad bajos que retardan el transporte del soluto dentro del perfil. Desde el ámbito ambiental y tecnológico, él estudió revela que la geomembrana constituida de arcilla situada sobre la base de los rellenos sanitarios a prueba de fugas y contención de lixiviado es efectiva para contención y retardo en el transporte de lixiviados, de tal forma que es recomendable la construcción de este tipo de sitios en comparación con los vertederos. ii AGRADECIMIENTOS iii DEDICATORIAS iv ÍNDICE CONTENIDO ........................................................................................................................................ v ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................. viii ÍNDICE DE TABLAS .............................................................................................................................. xiii PRODUCCIÓN ACADÉMICA .................................................................................................................... xv CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN: GENERALIDADES DEL TRABAJO DE GRADO 1.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1 1.2 JUSTIFICACIÓN.................................................................................................................... 2 1.3 HIPÓTESIS ......................................................................................................................... 3 1.4 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 4 1.4.1 Objetivo general .............................................................................................. 4 1.4.2 Objetivos específicos. ..................................................................................... 4 1.5 ORGANIZACIÓN DE LA TESIS ................................................................................................. 5 CAPÍTULO 2 ANTECEDENTES: MARCO DE REFERENCIA 2.1 AGUA EN EL SUELO Y LA ZONA NO SATURADA.......................................................................... 6 2.1.1 Características de humedad del subsuelo y potencial de agua en ZNS ..... 9 2.1.2 Modelos para describir las curvas de retención. .......................................... 15 2.1.3 Modelos para describir la conductividad hidráulica. .................................... 16 2.2 MODELO DE FLUJO EN LA ZONA NO SATURADA ....................................................................... 18 2.3 MODELO DE TRANSPORTE DE SOLUTOS ................................................................................. 21 2.3.1 Principales mecanismos físicos en el transporte de solutos ....................... 22 2.3.2 Transporte de componentes no reactivos en medios homogéneos ............ 23 2.3.3 Transporte de contaminantes en la zona no saturada ................................. 24 2.4 MODELACIÓN DE FLUJO Y TRANSPORTE EN UN MODELO NUMÉRICO .......................................... 26 2.5 AGENTES DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA ......................................................... 29 2.5.1 Sitios de disposición final de residuos sólidos .............................................. 31 2.5.2 Problemáticas generadas a partir de los sitios de disposición final ............ 32 2.5.3 Los sitios de disposición final como agente de contaminación ................... 34 2.5.4 Límites permisibles de Cl- en el mundo y en México .................................... 38 v CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE INTERÉS 3.1 DEFINICIÓN DEL OBJETO DE ESTUDIO .................................................................................... 39 3.2 DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE INTERÉS .................................................................................. 39 3.2.1 Rasgos climáticos............................................................................................ 41 3.2.2 Principales atributos fisiográficos .................................................................. 42 3.2.3 Hidrología general y dominio de cursos de agua superficiales .................... 42 3.2.4 Características edafológicas .......................................................................... 43 3.3 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA E HIDROGEOLÓGICA DE LA ZONA DE INTERÉS ............................. 45 3.3.1 Contexto geológico regional ........................................................................... 45 3.3.2 Unidades geohidrológicas ............................................................................... 47 3.3.3 Marco hidrogeológico del acuífero local AVT ................................................. 50 CAPÍTULO 4 MARCO METODOLÓGICO 4.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 52 4.2 RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ...................................................................... 54 4.2.1 Análisis de las fuentes potenciales de contaminación de origen puntual: Sitios de Disposición Final de Residuos Sólidos (SDFRS) ............................ 54 4.2.2 Características de la contaminación: Sitios de Disposición Final de Residuos Sólidos (SDFRS) sobre el Valle de Toluca ..................................... 58 4.3 CARACTERIZACIÓN HIDROGEOLÓGICA DE LOS SITIOS ............................................................... 61 4.3.1 Conceptualización y estructura de la zona no saturada ............................... 61 4.3.2 Profundidad del nivel freático y espesor de la zona no saturada ................ 62 4.3.3 Parámetros hidráulicos de los materiales en la zona no saturada ............. 66 4.4 CONFIGURACIÓN DE PARÁMETROS Y APLICACIÓN DEL MODELO NUMÉRICO ................................ 67 4.4.1 Selección del modelo HYDRUS-1D ................................................................. 67 4.4.2 Procesamiento y datos de entrada ................................................................ 68 4.5 EVALUACIÓN DEL RIESGO DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA ................................... 71 vi CAPÍTULO 5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 73 5.2 DIAGNÓSTICO DE LAS FUENTES PUNTUALES DE CONTAMINACIÓN: SITIOS DE DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS SÓLIDOS ............................................................................ 73 5.2.1 Localización de sitios de disposición final de residuos sólidos en el Valle de Toluca ................................................................................................ 74 5.2.2 Descripción de los sitios de disposición final e identificación de la problemática .................................................................................................... 76 5.2.3 Obtención de concentraciones de Cl- en los ocho sitios de disposición