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APLICACIÓN Y UTILIDAD DE SISTEMAS DE INFORMACION GE OGRAFICA EN
PROYECTOS DE HIDROGELOGIA
Ing. Geólogo. Martha Angélica Salas Martín, Jefe de Proyecto, Servicio Geológico
Mexicano, [email protected] , Ing. Geólogo. Mónica García Martínez,
Técnico Especializado, Servicio geologico Mexicano, [email protected]
Palabras Clave: Hidrogeología, SIG. Monitoreo, Calidad de Agua
Introducción
El Servicio Geológico Mexicano SGM (antes Consejo de Recursos Minerales COREMI),
organismo que cuenta con una importante experiencia como generador de información de
ciencias de la tierra en el país, tiene como principal objetivo proporcionar a diferentes
usuarios información y conocimiento de variadas especialidades de ciencias de la tierra y
sus recursos.
Un área relativamente nueva dentro del SGM es la de Hidrogeología, la cual desde 2003 ha
venido realizando diferentes proyectos enfocados al aprovechamiento, abastecimiento, uso
y manejo sustentable de los recursos hídricos.
Para la realización y desarrollo de sus proyectos ha puesto en práctica un Sistema de
Información Geográfica (SIG) de fácil manejo, que permite disponer e integrar de manera
coherente la información de un conjunto de datos espaciales (mapas o imágenes) y
temáticos (datos de calidad de agua, determinación de uso de suelo, antecedentes
hidráulicos, etc.) asociada a las diferentes áreas de estudio.
El software utilizado es el de la marca comercial ArcView, en diferentes versiones, ya que
permite la visualización, consulta y análisis de información geográfica, además que contiene
numerosas herramientas de integración de datos desde todo tipo de fuentes y herramientas
de edición.
El objetivo de este trabajo es describir la metodología que se utiliza para la generación de un
SIG, y el manejo de datos relacionados con el monitoreo en términos de calidad de agua
superficial y subterránea para el Diagnóstico y Valoración de la Vulnerabilidad del Manantial
La Mintzita, Estado de Michoacán. Metodología con la cual los modelos pueden construirse
hoy en día con mayor detalle y, lo que es más importante, mantenerse actualizados.
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El uso múltiple del recurso hídrico genera la necesidad de disponer de un sistema de
clasificación de la calidad de aguas, que permita una visión general acerca de la aptitud de
uso y estado ecológico y ambiental de este recurso.
En un sistema hidrográfico los factores que influencian espacial y temporalmente la calidad
de las aguas pueden clasificarse, de acuerdo a su origen, en dos categorías:
a) Naturales: determinados por el sistema natural de la cuenca: clima, vegetación,
morfología de la cuenca y geología, y b) Antrópicos: que corresponden a las actividades
humanas que se asocian a los usos del agua y al uso del suelo de la cuenca y sus
interacciones con el sistema fluvial, los sistemas de riego, vertidos industriales y urbanos,
agricultura, silvicultura, etc.
Para estos usos pueden ser formulados criterios específicos de calidad que sirvan para
garantizar uno y otra posibilidad de uso del recurso hídrico.
La calidad del agua puede evaluarse acorde a sus características físicas y químicas, a la
diversidad y evolución de la biota acuática y también comparando las cantidades o
concentraciones de substancias presentes con las que se afecta su aprovechamiento para
diversos usos.
El monitoreo de la calidad del agua es importante para determinar el origen de la misma, así
como para controlar y detectar puntos de contaminación en aguas subterráneos y
superficiales, pudiendo así determinar las actividades causantes del máximo riesgo de
contaminación en diversas áreas. La determinación sirve para llamar la atención sobre estas
actividades y establecer prioridades en la investigación y el monitoreo de campo.
La zona de estudio, comprende una superficie de aproximadamente 860 km2, se ubica al
suroeste de la Ciudad de Morelia, entre los paralelos 19º 27’ y 19º 41’ de latitud Norte, y los
meridianos 101º 12’ y 101º 28’ de longitud Oeste (Figura 1).
El Manantial La Mintzita (Fotografía 1) provee buena parte del agua potable que se consume
en la capital michoacana. El sitio se encuentra bajo fuerte presión para modificar el uso del
suelo, de uso forestal y/o agrícola-ganadero a urbano, por lo cual la zona tiene el peligro de
ser afectada por actividades antrópicas, con afectación al agua del propio manantial.
En este sentido son necesarios grandes esfuerzos multidisciplinarios enfocados a
desarrollar estudios de carácter hidrogeológicos, que permitan actualizar el conocimiento de
las condiciones en las que se encuentra tanto el agua subterránea como superficial.
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Fotografía 1 Vista panorámica del
manantial La Mintzita
Figura 1 . Plano de localización del Manantial La Mintzita.
Método de trabajo.
Para la elaboración del SIG se distinguen tres tipos de datos, los recopilados de trabajos
previos, los recolectados en las faenas de campo y aquellos generados en laboratorios. En
todos los casos los datos se capturan en formatos y formularios diseñados apropiadamente.
� Recopilación de Información : Se realizó a través de diversas instituciones, destacan el
Organismo Operador de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Morelia y otros
municipios (OOAPAS), Comisión Nacional de Agua (CNA), Comisión Federal de Electricidad
(CFE), Secretaría de Urbanismo y Medio Ambiente de Michoacán (SUMA), el propio Servicio
Geológico Mexicano (SGM), y la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
(UMSNH).
� Resumen y Análisis de Información : Su objetivo es conocer y comprender las
condiciones geológicas, geohidrológicas, e hidrogeoquímicas definidas por autores previos,
para posteriormente, en base a los resultados obtenidos en este estudio, contemplar las
mismas condiciones o en su defecto proponer nuevas hipótesis.
� Digitalización, integración de la información y cre ación del plano base : Inicialmente
se revisó y compiló la información del banco de datos del SGM (GeoInfo), que cuenta con
información geoespacial y georreferenciada, la cual incluye entre otros: datos geológicos,
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imágenes satelitales, vías de comunicación, red fluvial, geoquímica de sedimentos en
arroyos, petrografía, etc., y datos proporcionados por organismos relacionados (Figura 2).
Esta información se utilizó para la creación de mapas base, a partir de los cuales se
generaron otros con diferentes tipos de información, los cuales se fueron enriqueciendo con
los datos obtenidos de campo y resultados de laboratorio. Estos datos fueron procesados
con herramientas que permitió integrarlos a las tablas de atributos utilizando nomenclaturas,
simbologías, colores y formatos de uso común, tratando de mantener así, un enlace entre
los diferentes temas e interactuando unos con otros.
Figura 2. Análisis y recopilación de información para la generación del mapa base
Actividades de campo
� Verificación Geológica : Después de analizar la información geológica previa, se llevó
acabo la verificación geológica de siete puntos ubicados estratégicamente en algunas de las
unidades que afloran en el área de estudio y que constituyen el marco geologico preliminar.
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La verificación permitió corroborar que, efectivamente, se tienen las características
litológicas y estructurales descritas en informes, así como las dimensiones y ubicaciones
correctas. Durante esta etapa se puso especial interés en el seguimiento de estructuras
geológicas regionales, las cuales pueden estar relacionadas directamente con el
comportamiento del sistema acuífero e, inclusive, con la génesis de diferentes manantiales.
(Figura 3)
Figura 3. Ubicación de puntos de verificación y reconocimiento de campo.
� Verificación Hidrogeológica : Se realizó para caracterizar de manera cualitativa a las
unidades litológicas aflorantes. Entre otros, se observaron rasgos litológicos, estructurales,
de alteración y grado de fracturamiento, así como las características del mismo (apertura,
continuidad, tipo de relleno, facilidad para el tránsito de agua a través de estas estructuras,
etc.). Como resultado de la verificación se estableció la susceptibilidad de las rocas y
materiales granulares a transmitir o almacenar agua, es decir, en función de las
características de la roca intacta y de sus discontinuidades se definió cualitativamente si
corresponden a unidades de muy baja, baja, mediana o alta permeabilidad (Figura 4).
� Identificación de Sitios Potenciales de Contaminaci ón : Se consideraron sitios
potenciales de contaminación a los lugares donde se realizan actividades que pudieran
originar un foco de contaminación. Entre otros granjas, basureros, gasolineras, panteones.
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En el área de estudio se identificaron 16 sitios, de los cuales cinco son gasolineras, tres
granjas, cinco panteones, una fábrica (papelera CRISOBA) y dos rastros (Figura 5).
Figura 4. Mapa de Unidades Hidrogeológicas
FIGURA 5. Ubicación de sitios potenciales de contaminación.
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� Censo de Aprovechamientos: Con dos brigadas de campo se realizó un barrido en la
zona de estudio donde se detectaron aprovechamientos de agua superficial (manantiales y
presas) y subterránea (pozos y norias), ver Figura 6. Durante los recorridos se obtuvieron
las características en cuanto a la ubicación, tipo, uso, construcción, propietario, etc., cuyos
datos se presentan en formatos de campo y en forma digitalizada en una base de datos
(Figura 7).
Figura 6 . Censo de aprovechamientos y fotografías de los mismos
A los aprovechamientos censados se le asignó un número progresivo con las siglas del
Servicio Geológico Mexicano con la finalidad tanto de tener un control interno como para
control en posteriores censos, cada sitio censado se marcó en el campo con pintura y se
obtuvo la fotografía electrónica correspondiente (Figura 6).
� Muestreo Físico-Químico: A fin de apoyar la postulación del modelo de funcionamiento
hidrogeoquímico del agua subterránea, se optó por tomar 40 muestras entre
aprovechamientos hidráulicos subterráneos y superficiales, resultando una distribución de:
21 pozos, 18 manantiales y 1 presa. En los mismos aprovechamientos, con el auxilio de
aparatos portátiles multiparámetros, se tomaron los parámetros físico – químicos de
conductividad eléctrica (CE), sólidos totales disueltos (STD), pH, Eh, salinidad, oxígeno
disuelto y temperatura del agua (Figura 8).
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Figura 7. Formato de datos y captura de información en tablas dxf.
Figura 8. Muestreo y determinación de datos en campo
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A fin de determinar las condiciones de calidad de agua, origen de la misma y el de diversos
contaminantes, además de la dinámica del flujo subterráneo, se analizaron las muestras por:
Al, As, B, Ba, Cd, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Li, Mg, Mn, Na, Pb, Se, U, Zn, fluoruros, sílice,
sulfatos, cloruros y nitratos.
Con los resultados obtenidos del laboratorio elaboraron configuraciones para cada uno de
los parámetros físico-químicos cationes y aniones metales determinados analizados. Estas
configuraciones se realizan por diferentes métodos, pudiendo hacerse de manera manual o
con paquetería informática, como Surfer o Arcview. Usando como referencia la Norma
Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, que establece límites permisibles de calidad para
agua de uso y consumo humano, se marcaron zonas donde los límites permisibles son
sobrepasados (Figura 9).
Figura 9 . Configuración de isovalores de parámetros físico – químicos.
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De manera adicional se tomaron trece muestras para ser analizadas por los isótopos
estables O18 y D del agua. También se colocaron cinco estaciones con las que se captó
agua de lluvia para ser analizada por los mismos isótopos estables (Figura 10), de tal
manera que fue factible comparar las condiciones isotópicas del medio subterráneo con las
de precipitaciones pluviales recientes y establecer los cambios isotópicos que ha sufrido el
agua en el subsuelo. Con estas interpretaciones se apoyó la postulación de zonas de
recarga y la presencia de diversos sistemas de flujo locales, inclusive de tipo regional.
Figura 10. Estaciones de lluvia, ubicación e instalación
� Mediciones Piezométricas : Con el propósito de conocer la profundidad del nivel del
agua subterránea en la zona, así como la posición de la carga hidráulica y con ella la
dirección del flujo subterráneo, se midieron los niveles estáticos y/o dinámicos de los
aprovechamientos subterráneos que permitieron la introducción de una sonda eléctrica para
tal fin, con la idea de elaborar planos de configuraciones piezométricas.
� Pruebas de Bombeo :
Con el objeto de determinar la transmisibilidad de los materiales que forman los acuíferos,
se realizaron pruebas de bombeo que incluyeron las etapas de abatimiento y recuperación
(Figura 11).
Con base en la interpretación de las pruebas se establecieron características hidráulicas de
algunos de los materiales de donde se extrae agua subterránea.
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Figura 11 . Ubicación y desarrollo de Pruebas de Bombeo.
Interpretación e integración en gabinete.
� Modelo de elevación digital Con la información de elevaciones topográficas,
proporcionadas por el banco de datos del SGM, se generó el modelo de elevación digital, el
cual proporcionó una mejor visión de la morfología del terreno y, con ayuda de diferentes
niveles de información (geología, estructuras, configuración de isovalores) se pudo tener
mejor idea del funcionamiento hidráulico del acuífero y se postuló el Modelo Conceptual de
Funcionamiento Hidrogeológico Preliminar (Figuras 12 y 15).
Figura 12. Modelo digital de elevación del área de estudio.
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� Integración final del SIG. Con la información recopilada, la generada en campo y de
resultados de laboratorios se prepararon diferentes niveles de información (shapes), con los
que posteriormente se crearon mapas a diferentes escalas para comparar y analizar
información con detalle, incluyendo el cálculo de áreas y perímetros e integración de
configuraciones de isovalores e isolineas de niveles o concentraciones químicas en el agua
y suelos, entre otros.
Para complementar y tener mejor idea de cada uno de los mapas generados, de acuerdo a
diferentes características, se utilizaron ligas (links) que muestran fotografías, dibujos,
esquemas, formatos, etc. (Figura 13).
Figura 13. Mapa con ligas de imágenes.
Por último, se generaron mapas de salida, los cuales cuentan con información especifica
dentro de un formato que incluye, entre otros, leyenda, escala y logotipos, teniendo la
ventaja de poder modificar y actualizar la base de datos original, haciéndose los cambios
automáticamente en los mapas de salida (Figura 14).
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Figura 14. Mapa en formato de salida.
Conclusiones
Debido a que el manejo de un SIG permite analizar, relacionar y actualizar información de
cualquier tipo (base de datos) con una localización geográfica (mapa) es relevante el apoyo
que proporcionan a los estudios hidrogeológicos, particularmente porque permiten la
actualización y modificación de la información.
El SGM trabaja con cartografía y con bases de datos a la vez, uniendo ambas partes y
constituyendo con todo ello una sola base de datos geográfica, generada para aplicaciones
útiles para la educación, investigación y cualquier actividad que se le relacione, permitiendo
aprovechar en forma optima la información existente.
A partir de los mapas generados y sus tablas de atributos se desarrollaron los modelos de
flujo de los acuíferos y de dispersión de contaminantes, así como el monitoreo de la calidad
del agua, entre otros.
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Sobre el estudio en si, se concluye que la zona de estudio está conformada por un valle
estrecho de dirección NE-SW, que inicia desde las cabeceras municipales de Huiramba y
Lagunillas, y se extiende hasta la Presa Cointzio. En ese punto el valle es cortado
perpendicularmente por una falla normal y a partir de aquí el valle se torna más amplio,
desde el Manantial La Mintzita hasta la zona urbana de la Ciudad de Morelia.
El subsuelo se constituye por una unidad superficial de materiales aluviales, de pequeño
espesor, y por basaltos altamente fracturados, lo le da alta permeabilidad a la masa de roca
y permite la infiltración del agua en las partes altas y circulación de la misma en el subsuelo.
Desde el punto de vista hidrogeológico, se infiere otra unidad de permeabilidad media que
subyace a las Ignimbritas Cuitzeo, conocida como Riolita Morelia (TmTR). Esta unidad
conforma el acuífero principal de donde se extrae un importante volumen de agua a través
de los pozos perforados por el organismo operador del agua municipal de Morelia.
Con la información previa, que es escasa, y los recorridos de campo realizados, se
estableció el Modelo de Funcionamiento Hidrogeológico (Figura 15).
Figura 15. Modelo preliminar de Funcionamiento Hidrogeológico, Zona del Manantial La
Mintzita.
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