Modelación Numérica Del Flujo De Agua Subterránea En Una Sub-Cuenca De El Acuífero León-Chinandega
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MODELACIÓN NUMÉRICA DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRÁNEA EN UNA SUB-CUENCA DE EL ACUÍFERO LEÓN-CHINANDEGA. Autor: MSc. Heyddy Calderón Palma Institución: Centro para la Investigación en Recursos Acuáticos CIRA UNAN Managua Palabras claves: estado no estacionario, Visual MODFLOW, extracción de agua subterránea, flujo base. Resumen simulaciones realizadas con este El acuífero León-Chinandega esta modelo que permitan establecer el ubicado en una planicie agrícola al balance entre el desarrollo deseable del Noroeste de Nicaragua. Este acuífero acuífero y la sostenibilidad del recurso libre y somero de 1300 km2 de de agua subterránea. extensión, es uno de los reservorios de agua subterránea más importantes del Introducción país. Una sub-cuenca de 330 km2 fue Los departamentos de León y seleccionada para estudiar el flujo de Chinandega tienen una extensión agua subterránea usando un modelo aproximada de 2500 km2 y concentran numérico (Visual MODFLOW). Un alrededor del 16% de la población del modelo en estado estacionario y el país. En esta región de suelos primer modelo en estado no volcánicos fértiles, la agricultura en la estacionario fueron construidos basados actividad económica más importante. A en el modelo conceptual desarrollado. pesar de que el acuífero ubicado en Se identificaron dos sistemas de flujo, el esta región tiene un enorme potencial primero es un sistema regional (Naciones Unidas, 1974) la agricultura profundo, que se recarga en la cordillera depende en la mayoría de los casos de de los Marrabios y descarga en la la estación lluviosa debido a la falta de planicie. El segundo es un sistema local recursos para explotar el agua y somero, recargado en la planicie y que subterránea. Se ha estudiado la descarga a menores elevaciones. La disponibilidad del recurso para su uso relativa estabilidad de las cargas en la agricultura bajo riego (INETER, hidráulicas en el sistema se debe al 2000; Naciones Unidas, 1974) pero sin control que ejercen los ríos, estos se considerar los efectos del aumento en la alimentan fundamentalmente de agua extracción. La calidad del agua subterránea. Por otro lado, el flujo base subterránea ha sido estudiada y se ha en los ríos es muy sensitivo a los encontrado contaminación por cambios en el sistema. El incremento en pesticidas asociados al cultivo del la extracción de agua subterránea algodón, aun cuando esta actividad causa el descenso de la descarga en cesó en los 1980’s (Centro Humboldt, los ríos, lo cual es muy crítico durante 2000; CIRA, 1999 a y b; Briemberg, períodos secos. El corto tiempo de 1994). respuesta del acuífero (1 año) permite elaborar estrategias de manejo con El objetivo de este trabajo es estudiar el resultados a corto plazo, usando flujo de agua subterránea en una sub- cuenca del acuífero León-Chinandega La metodología usada sigue el protocolo usando un modelo numérico. Para esto, sugerido por Anderson y Woessner primero se necesitaba entender las (1992) para el modelamiento numérico. condiciones del acuífero y a partir de Los primeros dos pasos en el protocolo ese entendimiento, desarrollar un son el desarrollo del modelo conceptual modelo conceptual integral que fuera la y la selección del programa a usarse. El base para construir un modelo numérico modelo conceptual es una capaz de reproducir esas condiciones. representación idealizada del sistema Una vez que se entendió la dinámica del físico y fue desarrollado basándose en sistema, el siguiente paso fue investigar información previa y nuevos datos la respuesta del acuífero a cambios en recolectados durante esta investigación. las condiciones a las que está sometido. La selección del programa Tales cambios incluían un aumento en computacional fue hecha basada en la el volumen de agua subterránea amplia aceptación de Visual MODFLOW extraído. en el campo del modelamiento de flujo subterráneo y la numerosa Diseño Metodológico documentación disponible que respalda La sub-cuenca seleccionada para esta el uso de este programa (USGS, 1997). investigación tiene 330 km2 y coincide Los siguientes pasos en este protocolo aproximadamente con la cuenca del Río de investigación son: Posoltega (Figura 1). El área de estudio 1. Diseño del modelo, donde el modelo posee las principales características conceptual desarrollado es traducido geológicas e hidrogeológicas del a lenguaje de computadora. acuífero y la presencia de los Ríos 2. Calibración del modelo, consiste en Sucio y Telica facilitaron su delimitación. encontrar un conjunto de Otro importante factor que se consideró parámetros, limitados a un rango para esta selección fue la disponibilidad razonable, capaz de reproducir las de información existente, ya que un condiciones reales del sistema. modelo numérico requiere grandes 3. Análisis de sensitividad para cantidades de datos. establecer los efectos de las incertidumbres en el modelo calibrado. El Viejo CHINANDEGA 4. Verificación del modelo usando los Chichigalpa parámetros calibrados para Posoltega Telica reproducir un segundo conjunto de Quezalguaque mediciones. LEON 5. Predicción de la respuesta del La Paz Centro Lake of Managua (Xolotlán) sistema a eventos futuros P AC IF IC O C EA Nagarote 6. Presentación del diseño del modelo N Área de estudio y resultados. Limite del acuífero 0m 20000m 40000m Figura 1. Ubicación del área de estudio Resultados y Discusión dentro del acuífero Modelo Conceptual El modelo conceptual define cuatro unidades hidroestratigráficas para el acuífero (Figura 2). Una unidad hidroestratigráfica se define como infiltración de la precipitación y recarga unidades geológicas con propiedades artificial, causada por las perdidas en el hidrogeológicas similares. El modelo sistema de distribución y los sistemas tiene tres unidades acuíferas y una de riego. Se consideran tres zonas de unidad impermeable que corresponde al recarga natural: la costa, la planicie y la basamento. cordillera. Pyroclastic and alluvial deposits Upper Las Sierras Fm. o j C u o l r f d Lower Las Sierras Fm. ille e ra d d e a los Tamarindo Fm. e Ma n í rr L ab ios jo lu Posoltega f e d a e o n ci í u L S Telica ío a R g te ol os P Quezalguaque ío R do an rva p Co ita Río M ío R ca eli o T Rí M a n g o l a ind r e ar s am Figura 2. Unidades hidroestratigráficas T . m F 0m 5000m 10000m Figura 3. Límites del modelo Los valores de conductividades hidráulicas (K) correspondientes a cada Los estimados de recarga se basan en unidad fueron determinados mediante el un estudio previo (INETER, 2000) que análisis de pruebas de bombeo y se considera tipo de suelo, topografía y definieron además zonas de igual cobertura vegetal. Los valores iniciales conductividad, ubicando espacialmente usados en el modelo fueron los los pozos de bombeo y produciendo estimados en ese estudio, pero los contornos de igual K con la ayuda de valores para las zonas 2 y 3 fueron Surfer 7.0. Los valores obtenidos para ajustados durante la calibración. La las primeras dos capas fueron ajustados recarga artificial se asumió como un durante la calibración. La Fm. Las 10% del total de agua extraída y solo se Sierras fue dividida en dos unidades aplicó en la zona 2 debido a la escasez basándose en las diferencias entre las K de pozos en las zonas 1 y 3. de la parte superior e inferior. Debido a la mayor compactación sufrida por la Calibración parte inferior, los valores de K son El modelo en estado estacionario fue menores en esta unidad que en la calibrado para las condiciones superior. existentes en 1999 y fue verificado con datos de 1965-1975. Los datos usados Los límites del modelo están definidos para la calibración del modelo en estado por la divisoria de flujo subterráneo no estacionario corresponden a 1971. El representada por la Cordillera de los gráfico de calibración para 1999, (Figura Marrabios, los ríos Sucio y Telica, el 4) muestran una buena correlación límite de los manglares y líneas de flujo entre las cargas hidráulicas (h) (Figura 3). calculadas por el modelo y las observadas en el campo, esto indica El modelo conceptual considera la que el modelo es capaz de reproducir recarga natural, causada por la satisfactoriamente las condiciones aproximado en los estimados de reales del sistema físico. El error medio recarga es de 25% mientras que el de K absoluto, que representa la discrepancia es menor a 1 orden de magnitud, lo que entre h calculadas y observadas, fue de es bastante bueno considerando los 3.5 m para 1999, lo cual es considerado amplios rangos de variación de este altamente satisfactorio dada la escala parámetro (Freeze and Cherry, 1979). regional del modelo. Además de valores El análisis permitió determinar que el de h, se utilizaron mediciones de flujo monitoreo del flujo base es esencial en el Río Posoltega y mapas de para restringir más los estimados de K y equipotenciales para la calibración. Las recarga y así aumentar la precisión de equipotenciales estimadas por el las simulaciones. modelo coinciden con mucha precisión con las observadas. El flujo del río fue Simulaciones también reproducido por el modelo en El flujo de agua subterránea hacia estado estacionario y el modelo no pozos fue simulado usando la técnica estacionario replicó las fluctuaciones de de Particle Tracking. Se encontró que flujo a lo largo de la época seca y la los pozos profundos captan agua del lluviosa. sistema de flujo regional, que es recargado en la cordillera. Por otra El uso de diferentes objetivos de parte, los pozos someros captan una calibración y la verificación del modelo mezcla de agua del flujo regional y el refuerzan la confiabilidad en los flujo local. El bombeo causa una resultados de las simulaciones. disminución del caudal de los ríos en el sistema, como se comprobó mediante el análisis del balance de masa producido por el modelo.