Modelamiento para el análisis de la variación hidrogeológica espacial del acuífero la Yarada - Tacna

Abstract

El presente estudio realizado en el acuífero La Yarada, en el Departamento de Tacna, tiene como objeto modelar en régimen permanente el acuífero y luego simular su comportamiento bajo diferentes hipótesis de explotación con la finalidad de determinar la variación espacial del nivel estático del agua subterránea y determinar la evolución del riesgo de intrusión marina en el acuífero, el cual constituye un problema en la actualidad. El modelo de flujo del agua subterránea en este estudio, fue desarrollado usando el MODFLOW del USGS (U.S. Geological Service), compilado en la adaptación comercial por el Waterloo Hydrogeologic Inc., llamado Visual MODFLOW versión 3.1; por el cual se construye un modelo de flujo tridimensional de diferencias finitas del agua subterránea. El área de la región simulada es de 845.98 km2. Se consideró un modelo de una sola capa con celdas de 100 m x 100 m, en las zonas de mayor explotación del acuífero, con un espaciamiento irregular de la malla, presentando una disposición final de 456 filas por 430 columnas. El modelo fue diseñado en condiciones de flujo permanente con datos del nivel freático medidos en Junio de 1988, siendo el caudal de explotación estimado en 165,743 m3/d, o el equivalente a 2.75 m3/s. Los niveles de agua subterránea fueron estimados durante el proceso de calibración del modelo y comparados con los medidos en los pozos de observación en 1988. El modelo fue calibrado usando un ajuste de parámetros manual de ensayo-error. Los ajustes fueron hechos a parámetros incluyendo los valores de razón de recarga y la conductividad hidráulica hasta que la calibración limite fue encontrada. Se obtuvo un error normalizado de la raíz media cuadrática de los niveles NRMS de 0.06356 (6.356%), observándose un mayor ajuste en los pozos ubicados en la zona de La Yarada (zona de mayor interés de la investigación) y una mayor dispersión en la zona de los Asentamientos, ubicada próxima a Tacna y Santa Rosa, cerca a la frontera con Chile. Los resultados muestran que la dirección principal del flujo patrón del agua subterránea sigue la dirección Noreste a Suroeste en casi toda el área, a excepción de la zona de Santa Rosa, en la frontera con Chile, en donde se desplazaría hacia el Sur, en dirección al Océano Pacífico; no siendo posible establecer una dirección preferencial debido a la falta de información en esa área. En la simulación del acuífero se ha planteado 3 hipótesis de explotación. La primera, considera un caudal de explotación de 3,358 l/s, en 86 pozos de bombeo localizados en 5 sectores; la segunda, con un caudal de 1,985 l/s; y la tercera, con un caudal de 1,379 l/s. En todos los casos se mantiene constante los valores de la recarga al acuífero. De los resultados obtenidos de la simulación hidráulica, se aprecia para la primera hipótesis un flujo de agua del mar hacia el acuífero en las zonas del Litoral y La Yarada, estimado en 37,642 m3/d, evidenciando el fenómeno de intrusión marina en el acuífero. En la segunda hipótesis, los niveles de la napa freática ascienden entre 2 y 4 m, en la zona de La Yarada; en los Asentamientos, el nivel se incrementó entre 7 y 8.5 m; y, al sur, en el sector Los Palos, se observó que el nivel freático asciende 1.5 m, respecto al estado inicial. Los resultados de la a tercera hipótesis muestran que la curva piezométrica de nivel 0.00 m.s.n.m., se desplaza muy próxima a la línea de playa, no presentándose flujo de agua de mar hacia el acuífero. Esta hipótesis se presenta como una alternativa aceptable para el control de la intrusión marina y la preservación del recurso hídrico. Respecto a la interfase de la cuña marina según la condición de Ghyben-Herzberg, se concluye que para la primera hipótesis se encuentra localizada a una profundidad entre 8.80 y 56.40 m, en el sector del Litoral y La Yarada; entre 11.60 y 123.20 m, para la segunda hipótesis, y entre 21.20 y 204 m de profundidad, para la tercera hipótesis de explotación; presentando, para la última consideración, el riesgo de contaminación por agua de mar sólo en pozos del sector del Litoral y La Yarada, localizados muy próximos a la línea de playa.

The objective of the following research which took place in the aquifer La Yarada in the department of Tacna, is to mold the aquifer under permanent regime and simulate different conditions to determine the variability on the static level of the groundwater and the risk evolution of the sea water intrusion in the aquifer which is so far a current problem. The designed groundwater flow model in this research, was developed using the MODFLOW from USGS (U.S. Geological Service) compiled in the Waterloo Hydrogeologic Inc. issue called Visual MODFLOW version 3.1 which builds to design a three-dimensional finite difference groundwater flow model. The area of the simulated region is 845.98 km2. It was considered a single layer model with 100 m x 100 m cells in the zones where the aquifer is exploited the most with an irregular spreading on the mesh leading to 456 rows x 430 columns. The model was designed in a steady flow condition with data from the phreatic level taken in June of 1988, with and exploited flow rate of approximately 165,743 m3/d or 2.75 m3/s. The groundwater level was estimated during the calibration process of the model and compared which those estimated in the well in 1988. The model was calibrated following using a Trial and error adjustment. The adjustment was made keeping in mind the hydraulic recharge and conductibility until the calibration was found. The percentage of error standard of the root mean square level (NRMS) was estimated in 0.06356 (6.356%) having a higher adjustment on those zones near La Yarada and a higher dispersion on the zone next to Tacna and Santa Rosa close to the border with Chile. The results shows that the main flow direction is from northeast to southeast in almost all the area with the exception of Santa Rosa in the border with Chile where it would go to the south to the Pacific Ocean which makes impossible to settle a direction due to the lack of information. In the simulation related to the aquifer it has been planned 3 exploitation hypothesis. The first one considers and exploitation flow rate of 3,358 l/s in 86 wells located on 5 sectors. The second one considers an flow rate of 1,985 l/s and finally the third one 1,379 l/s. In all cases remain constant values of the aquifer recharge. The results of the hydraulic simulation for the first hypothesis are estimated in 37,642 m3/d of sea water flow to the aquifer leaving evidence of the phenomenon of sea water intrusion. The second hypothesis shows that the level of the phreatic water rise from 2 to 4 m in La Yarada, from 7 to 8.5 in the Asentamientos and finally 1.5 m in the sector Los Palos. The third hypothesis shows that the piezometric curve at 0.00 meters above sea level displaces close to the shore line, getting no sea water flow into the aquifer. This hypothesis is presented as an alternative to the control of the sea water intrusion and the preservation of water resources. It is concluded to the issue related to the interface of the sea wedge according to the Ghyben – Herzberg that the first hypothesis located in a depth between 8.80 and 56.40 m in the sector of the Littoral and La Yarada, the second one in a depth between 11.60 and 123.20 m and the third one in a depth between 21.20 and 204 m representing to the last estimation the risk of pollution by sea water intrusion to the wells of Litoral and La Yarada located close to the shore line.