XXIVº Congreso Nacional del Agua 2013

San Juan, 14 al 18 de Octubre de 2013

INFLUENCIA DE LA INTERMITENCIA DE LOS ESCURRIMIENTO S DEL RÍO ATUEL

SOBRE LA INTERACCIÓN AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA

Pablo F. Dornes1, R. Gastón Buss1 y Nicolás D. Secco1.

1 Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad Nacional de La Pampa (UNLPam) Avda. Uruguay 151, (6300) Santa Rosa, La Pampa. ARGENTINA.

Tel: 54-2954-245220 int.7620 / 425166, Fax: 432535. pablodornes@exactas.unlpam.edu.ar

RESUMEN

En ambientes semiáridos donde la disponibilidad del recurso hídrico se encuentra limitada tanto en cantidad como en calidad, la comprensión de la dinámica de los procesos hidrológicos es de fundamental importancia. En este contexto, la descripción de la interacción entre el agua superficial y subterránea, particularmente compleja, esta además estrechamente ligada a las modificaciones del régimen hidrológico debido al uso aguas arriba. El área de estudio se ubica en la cuenca inferior del río Atuel entre el límite de las provincias de La Pampa y Mendoza hasta su confluencia con el río Salado. Se caracteriza por ser una gran planicie aluvial con un bajo gradiente hidráulico. Hidrológicamente, conforma un sistema fluvial discontinuo debido a la intermitencia de los escurrimientos por el uso y regulación del agua para irrigación y generación de energía en la cuenca media. Como consecuencia, el régimen nival del río Atuel presenta una drástica modificación en la cuenca inferior, con escurrimientos reducidos y discontinuos, que resulta en caudales máximos en invierno y mínimos o nulos en verano. La influencia de la intermitencia de los escurrimientos en la interacción entre el agua superficial y subterránea, comprendió las evaluaciones hidrológica e hidráulica a partir de la vinculación altimétrica de niveles en el río y piezométricos en perfiles y sondeos cercanos al cauce, y la caracterización hidroquímica del agua superficial y subterránea. Los resultados evidencian un drástico cambio del régimen nival del río Atuel en la cuenca inferior, con un comportamiento intermitente caracterizado por bajos caudales invernales producto del drenaje natural de excedentes de riego, y nulos escurrimientos estivales la mayoría de los años. El río posee un comportamiento influente en condiciones de escurrimiento activo y limitado a una faja ribereña de decenas de metros debido a los bajos caudales circulantes. Altos caudales históricos muestran que el almacenamiento en banco aumenta notablemente. En condiciones de estiaje, luego de escurrimientos estivales, el río es efluente hasta desconectarse de los niveles saturados en los períodos sin escurrimiento. Hidroquímicamente, no existen diferencias en la tipificación del agua superficial y subterránea, aunque se verifica que los escurrimientos mejoran la calidad del recurso subterráneo. Palabras claves: Atuel, interacción, intermitencia, escorrentía.

INTRODUCCIÓN

La existencia y dinámica de sistemas fluviales está estrechamente relacionada, además de las

características hidrogeológicas del suelo o material, de la topografía y del clima, a la existencia e interacción con el agua subterránea (Tóth; 1999). El origen de los escurrimientos de un río esta en la precipitación, pluvial o nival, que ocurre en la cuenca. Típicamente, solo una pequeña porción (<5%) surge de la precipitación que cae sobre la red de drenaje. Así, la descarga de un río, arroyo o cauce natural proviene del agua que precipita sobre áreas sin drenaje definido y que viaja hacia el cauce como escorrentía superficial no encausada, como escorrentía subsuperficial o escorrentía subterránea (Dingman; 2009).

En regiones húmedas, la descarga subterránea de acuíferos permanentes contribuye a la

escorrentía y dicha contribución es distribuida relativamente uniforme a lo largo de la red de drenaje. En regiones áridas o semiáridas, debido a la limitada disponibilidad del recurso hídrico tanto en cantidad como en calidad, a la heterogeneidad espacial de sus componentes físicos y bióticos, y a la alta variación espacio temporal de la precipitación, la respuesta hidrológica es mucho más variable (de Vries, Simmers; 2002). De esta manera y en combinación con eventos de precipitación de gran intensidad y corta duración es frecuente observar flujo superficial que topográficamente se concentra en los valles aluviales. Las interacciones entre el agua superficial y subterránea en estos ambientes son complejas, tienen un carácter episódico, presentan una gran variabilidad y ocurren generalmente en áreas definidas, típicamente limitadas a los sectores montañosos, al piedemonte, a áreas de riego y a los valles aluviales de ríos alóctonos (Sophocleous; 2002); (Harvey, et al.; 2003); (Jolly, et al.; 2008). La recarga fuera de los cursos o cuerpos de agua es prácticamente nula debido, fundamentalmente, a las insuficientes precipitaciones y a las altas tasas de evapotranspiración (Stonestrom, et al.; 2002).

El régimen hidrológico en áreas semiáridas se halla caracterizado por bajos caudales con una

marcada estacionalidad e intermitencia en comparación con regiones húmedas. Dicha variabilidad hidrológica resulta en características contrastantes de la geometría del cauce y del almacenamiento en banco que influyen drásticamente sobre el hidrograma y la dinámica de las interacciones con los acuíferos aluviales (Newman, et al.; 2006); (Turner, Townley; 2006). Otra fuente de incertidumbre para la descripción de dichos procesos la constituye el hecho que es frecuente que en ríos de ambientes áridos y semiáridos se construyan obras de regulación a los efectos de garantizar el abastecimiento de agua a diversas demandas (Jolly, 1996).

En consecuencia, el objetivo fue evaluar el efecto de la dinámica de los escurrimientos en la

interacción entre el agua superficial y subterránea en la cuenca inferior del río Atuel. Dada la complejidad de los procesos hidrológicos en la interacción entre el agua superficial y subterránea, este trabajo incluyó distintos enfoques, como el análisis hidráulico de niveles en el río y en pozos cercanos, y la caracterización hidroquímica de muestras de agua superficial y subterránea.

METODOLOGÍA

Área de estudio

El área de estudio comprende la cuenca inferior del río Atuel en territorio de la provincia de La Pampa, y se extiende entre el límite de las provincias de La Pampa y Mendoza (paralelo 36º de latitud Sur) hasta su confluencia con el río Salado. Específicamente, el presente estudio se focalizó

en el tramo encausado del brazo occidental y actualmente activo del río Atuel, denominado Arroyo de la Barda (Figura 1). El área de estudio se encuentra en la zona comprendida por el área de confluencia con el río Salado que conforma el delta interior del río Atuel. Dicha área se caracteriza por ser una gran planicie aluvial con depósitos de sedimentos aluviales, arenas finas y limos y que se manifiesta como una compleja red hidrográfica donde la activación y/o desactivación de distintos cauces es resultado de intermitencia de los escurrimientos, de la acumulación de sedimentos debido al bajo gradiente hidráulico, a la acción eólica y la actividad antrópica (Alvarellos, Hernández; 1982).

Figura 1. Mapas de ubicación y descripción esquemática de la cuenca del río Atuel. S y P: sitios de muestreo agua superficial y subterránea respectivamente.

El clima de la cuenca del río Atuel es del tipo semiárido a excepción de la alta cuenca con

un clima árido de montaña. Geomorfológicamente, la cuenca atraviesa dominios contrastantes, de montañas y serranías en la cuenca alta, a llanuras en la cuenca media e inferior. Geológicamente, el área de estudio en la cuenca en la cuenca inferior del río Atuel se halla caracterizada por un relleno sedimentario que conforma un ambiente de llanura de acumulación fluvial con una leve inclinación hacia el este, con un relieve dominado por la presencia de médanos longitudinales y mantos de arenas (Zarate, et al.; 2005).

El régimen hidrológico del río Atuel es fundamentalmente nival con eventuales aportes por

precipitaciones estivales y que dependiendo de la geología se comporta como un curso efluente o influente (Ruiz Huidobro, Serrano; 1987). La cuenca alta es donde se produce la generación de escorrentía por fusión de nieve y hielo, mientras que en la cuenca inferior y como consecuencia de las escazas precipitaciones, el río Atuel se caracteriza por tener un comportamiento alóctono. Además, como consecuencia del embalse, regulación y derivación de su caudal para irrigación y generación de energía hidroeléctrica en la provincia de Mendoza, el río Atuel presenta una drástica modificación de su régimen natural en territorio pampeano.

Descripción de las tareas desarrolladas El estudio de los escurrimientos del río Atuel se abordó mediante el análisis de los caudales

circulantes en las estaciones de aforos de La Angostura (Lat. 35º 05' 56,8", Long. 68º 52' 25,8"),

Carmesa (Lat. 35º 11' 06", Long. 67º 43' 33,6") y Puesto Ugalde (Lat. 36º 02', Long. 67º 09'), mientras que el análisis de la interacción entre el agua superficial y subterránea se efectuó mediante la evaluación hidráulica a partir de la vinculación altimétrica de niveles medidos en el río, en perfiles freatimétricos transversales al cauce, y en sondeos cercanos, ubicados en el tramo encausado del Arroyo de Barda (ver Figura 1). El análisis incluyo además la utilización de registros históricos. También, se obtuvieron muestras de agua en el cauce y en los mencionados sondeos en épocas con y sin escurrimientos entre 2010 y 2012, mientras que los muestreos de agua superficial se extendieron además, a la cuenca alta aguas arriba de las obras de embalse, y a la cuenca media en particular en el área bajo riego. El tratamiento hidroquímico consistió, en la determinación por métodos analíticos convencionales de los iones mayoritarios y la comparación de las características físico-químicas entre distintos puntos de la cuenca y entre el agua superficial y subterránea.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización Hidrológica La Figura 2 muestra los caudales cronológicos del río Atuel en la estación de aforo La

Angostura, ubicada aguas arriba de las obras de embalse y derivación para riego, y en la estación de aforo de Puesto Ugalde a su ingreso en la provincia de La Pampa para la serie 1980-2012. Ambas series presentan una dinámica similar en cuanto a sus valores extremos, sin embargo y a pesar de la manifiesta atenuación de los caudales circulantes aguas abajo, se observa un drástico cambio del régimen nival observado en La Angostura que resulta en escurrimientos presentes sólo en la época invernal en Puesto Ugalde. Dichos escurrimientos son originados por el drenaje hacia el cauce del agua de irrigación que como consecuencia de la baja eficiencia de riego resulta en un ascenso del nivel freático en las zonas de riego arribeñas (Pereira, Morábito; 2011). La serie se caracteriza por años hidrológicamente ricos en el período de 1980 a 1988 que alcanzan a generar escurrimientos continuos en la cuenca inferior. A partir de 1989 sin embargo, la existencia de años normales desde el punto de vista hidrológico, resulta en la falta de escurrimientos en la cuenca inferior fundamentalmente durante la época estival.

Figura 2. Caudales cronológicos medios mensuales del río Atuel en La Angostura y Puesto Ugalde.

La caracterización hidrológica del río Atuel en Puesto Ugalde se analizó para el período

1980 a 2000 debido a la existencia de registros de niveles continuos y caudales medios diarios, sin embargo los aforos de 2001 a 2012, ilustran que el río Atuel en la cuenca inferior presenta un carácter intermitente caracterizado por la presencia de bajos caudales invernales y nulos

escurrimientos estivales de 1989 a la fecha en la mayoría de los años. La Figura 3 ilustra el hidrograma de caudales medios mensuales de La Angostura y de Puesto Ugalde, que resulta en un caudal medio anual de 38,9 y 8,6 m3/s respectivamente para la serie 1980/81-1999/00. En Puesto Ugalde el módulo es superado el 30% de las veces mientras que el 18% del tiempo no se registraron escurrimientos (Dornes, et al.; 2011). Dichos valores parecen incrementarse en la última década si se consideran los aforos efectuados como representativos de la dinámica del escurrimiento. La contrastante dinámica y la atenuación de los caudales medios mensuales en Puesto Ugalde pone en evidencia el drástico efecto del área de riego ubicada aguas arriba, sobre la disponibilidad del recurso hídrico en la cuenca inferior.

Figura 3. Caudales medios mensuales del río Atuel en La Angostura y Puesto Ugalde para la serie 1980/81-1999/00.

Respecto de la incidencia del manejo del agua para irrigación en los escurrimientos en la

cuenca inferior del río Atuel, se observa en la Figura 4 comparando los caudales medios diarios, que la dinámica de los mismos esta estrechamente relacionada al régimen con incidencia antrópica del río Atuel en la estación de aforo de Carmensa, ubicada aguas abajo del área de riego. A partir de 1989 se evidencia como consecuencia de los cortes de agua impuestos, que los escurrimientos son principalmente invernales producto del drenaje del agua de irrigación. Además, se verifica que repentinas sueltas de agua principalmente en la época de riego y debido a la ocurrencia de precipitaciones importantes, es la razón de los picos de caudal de muy poca duración en ambas estaciones. Ejemplo de ello son las lluvias en el área de riego de 45 y 107 mm del 9 y 10 de octubre de 1994 respectivamente que generaron los máximos caudales diarios registrados de 150 y 80 m3/s en Carmensa y Puesto Ugalde respectivamente. Dicha situación como se ilustra también en Figura 2, representa el comportamiento actual del río Atuel en la cuenca inferior y que resulta en la desconexión del río Atuel con el río Salado-Chadieluvú como consecuencia del carácter intermitente de los escurrimientos que, debido a pérdidas por infiltración y evaporación, no logran activar el sistema de bañados que caracteriza el área de confluencia.

0

20

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1986

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1994

1995

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1998

1999

2000

Ca

ud

al

[m3/s

]

Carmensa

Pto. Ugalde

Figura 4. Caudales cronológicos medios diarios del río Atuel en Carmensa y Puesto Ugalde para la serie 1985-2000.

Caracterización Hidráulica

La vinculación hidráulica entre los niveles en el río, sondeos en el cauce y transectas de

piezómetros transversales al mismo, muestra que los niveles saturados se desconectan del río en la época estival, mientras que en presencia de escurrimientos se verifica una conexión entre ellos. La Figura 5 ilustra el perfil topográfico transversal en Puesto Ugalde y la ubicación de tres piezómetros y un sondeo correspondiente a un molino. Se observa que en períodos sin escurrimiento el nivel saturado descendió 2,90 m por debajo del cauce. Dichos descensos se verificaron en el abril de 2011 y febrero de 2012 evidenciando que el nivel saturado desciende desconectándose del cauce, hasta que se restablece el gradiente regional del acuífero freático. Por otro lado, la presencia de escurrimientos genera un almacenamiento en banco y le confiere al río un carácter influente, aunque de una extensión muy limitada. Sondeos ubicados a distancias mayores a los 200 metros del cauce no evidenciaron influencias atribuibles al nivel del agua en el río con las condiciones de bajos escurrimientos actuales.

Figura 5. Perfil topográfico transversal al río Atuel y del nivel freático (NF) en Puesto Ugalde. M: molino, F: freatímetro, 1: NF Feb-12 (sin escurrimientos), 2: NF Jul-11, 3: NF May-98, 4: NF Ago-98. Escala vertical exagerada.

La comparación con registros históricos correspondientes a escurrimientos importantes y continuos muestra un comportamiento vinculado a los mismos. Si por ejemplo, se consideran las mediciones realizadas el 6 de mayo de 1998 con un caudal instantáneo de 40 m3/seg como consecuencia del ingreso de agua luego del período estival con escurrimientos, se observa que el almacenamiento en banco es importante y que el efecto influente del río sobre el acuífero se extiende presumiblemente sobre una faja ribereña de mayor magnitud a la descripta previamente, sin que cambie el carácter influente del río. Contrariamente, al disminuir los caudales, se observa el 27 de agosto de 1998 con un caudal instantáneo de 3,73 m3/seg, que el río tiene un comportamiento efluente producto de la saturación del subálveo como consecuencia de los escurrimientos continuos registrados previamente en el año 1998. De la comparación con las mediciones realizadas el 14 de julio de 2011 con aproximadamente el mismo caudal, surge que ante la ausencia o presencia de escurrimientos estivales el comportamiento puede fluctuar entre influente a efluente dependiendo del gradiente del nivel freático. La Figura 6 ilustra las condiciones antecedentes de escurrimiento en Carmensa y Puesto Ugalde que explican las interacciones descriptas en 1998 y 2001.

(a)

(b)

Figura 6. Caudales medios diarios del río Atuel en Carmensa y Puesto Ugalde. a) 1998 y b) 2011.

La Figura 7 muestra el perfil topográfico transversal al cauce y los niveles saturados en la estación de aforo de La Puntilla. En dicha sección se verificó un comportamiento similar al observado en Puesto Ugalde en las condiciones de flujo actuales. El río con el retorno de los escurrimientos invernales se comporta como influente, mientras que se desconecta del nivel saturado al cesar los escurrimientos. En forma similar, la presencia de escurrimientos continuos como los registrados en 1998 eleva el nivel freático pudiendo el río tomar un carácter ganador. En este caso se observa también una influencia de los escurrimientos en una limitada faja ribereña que resulta en un ascenso del nivel freático, aunque particularidades de la sección no muestran el mismo tipo de interacción en ambas márgenes. Posiblemente la existencia de afloramientos o subafloramientos graníticos en el área, afecte la disposición del nivel freático aunque estudios de detalle son necesarios para describir adecuadamente la interacción observada. Estudios regionales (Vives, et al.; 2005); (Giai; 2005) describen a la interacción entre el agua superficial y subterránea como predominantemente influente, aunque con un comportamiento dual.

Figura 7. Perfil topográfico transversal al río Atuel y del nivel freático (NF) en La Puntilla. F: freatímetro, 1: NF Feb-12 (sin escurrimientos), 2: NF Jul-11, 3: NF May-98. Escala vertical exagerada.

Caracterización Hidroquímica La caracterización hidroquímica muestra, a partir del análisis de los iones mayoritarios, que

el agua superficial presenta la misma tipificación, predominantemente sulfatada-cálcica, a lo largo de toda la cuenca al igual que el agua subterránea en la cuenca inferior (Figura 8). Además, coincide con el análisis histórico que verificó que dicha tipificación no se modifica con la magnitud y con la duración de los escurrimientos, aunque sí se evidenció una mayor dilución de los iones mayoritarios con el incremento de ambas situaciones. Similarmente, no se observaron diferencias significativas en el tipo de agua según la estación del año, sin embargo las muestras de verano tenían concentraciones similares a la muestra invernal del período de mayor duración (Dornes, et al.; 2011).

Se observa también, que muestras de la alta cuenca (S1, S2, S3) presentan una mayor

dilución y que se diferencian notablemente del resto de las muestras. Estas muestras, correspondientes a la cuenca media e inferior, presentan similares características. En particular, se advierte que las muestras ubicadas en la cuenca inferior (S8, S9), poseen una mayor concentración del ion Cl-, presumiblemente debido a la evaporación de aguas someras en las zonas de bañados. El agua subterránea posee la misma caracterización hidroquímica que el agua superficial, sin embargo en todos los casos las concentraciones fueron proporcionalmente mayores a las registradas en el río y cuyos valores restringen la calidad al uso ganadero. Se destacan por su mayor concentración las muestras correspondientes a pozos ubicados en zonas de bañados (P5) y alejadas del cauce activo (P10), mientras que la muestra P3 ubicada a pocos metros del cauce en la Estancia La Buena Fe es la que posee menor concentración relativa de sus iones debido a la influencia del rio sobre los niveles saturados.

a)

b)

Figura 8. Diagrama de Schöeller-Berkaloff de muestras de agua en la cuenca del río Atuel. a) S: agua superficial, b) P: agua subterránea.

CONCLUSIONES

Este trabajo presenta una evaluación de efecto del régimen hidrológico sobre la interacción entre el agua superficial y subterránea en el tramo inferior del río Atuel que incluye aspectos hidrológicos, hidráulicos, e hidroquímicos. El cambio de régimen hidrológico del río Atuel en la cuenca inferior debido al embalse y al uso de sus caudales aguas arriba, resulta en la intermitencia de los escurrimientos y en la inversión del régimen nival originario resultando en un régimen mixto y fundamentalmente de carácter antrópico. Como consecuencia, el río Atuel en territorio pampeano presenta una notable atenuación de los caudales circulantes y la presencia de escurrimientos en la época invernal, producto del drenaje del agua de irrigación en las zonas de riego arribeñas y que resultan en su desconexión del río Salado-Chadiluvú. El período estival se caracteriza por la ausencia de escurrimientos a excepción de años hidrológicamente ricos, que generan excedentes no aprovechables aguas arriba.

Dicha variabilidad en los escurrimientos genera un cambio en el tipo y en incidencia de la

interacción entre el agua superficial y subterránea. Los períodos transicionales al inicio de los escurrimientos típicamente en el mes de mayo y durante el invierno, le confieren al río un carácter influente que eleva el nivel freático desconectado en el período estival. La magnitud de los escurrimientos influye en los gradientes, en el almacenamiento en banco y en la extensión espacial de su efecto, sin que el carácter influente del río se vea modificado. De esta manera, los máximos caudales actuales de aproximadamente 4 m3/s tienen un efecto sobre los niveles freáticos limitado a una estrecha faja ribereña, mientras que su efecto puede ampliarse notablemente si se verifican escurrimientos superiores. Por otro lado, la presencia de escurrimientos continuos

fundamentalmente durante la época estival, generan una saturación del subálveo que al disminuir los caudales circulantes en el río, revierte transitoriamente el flujo y así el río pasa a tener un comportamiento efluente. La progresiva disminución y posterior ausencia de los escurrimientos hacia fines de la primavera, le confieren al río un carácter perdedor que resulta en su desvinculación con los niveles saturados.

Desde el punto de vista hidroquímico, la cuenca del río Atuel se caracteriza a partir del

análisis de los iones mayoritarios por su homogeneidad en cuanto al tipo de agua, sulfatada cálcica, tanto en el agua superficial como subterránea. El agua superficial evidencia sin embargo, un notable aumento de la su concentración en el sentido del escurrimiento, aunque en la cuenca inferior su calidad para distintos usos siempre es mejor que la del agua subterránea para cualquier escenario de escurrimiento. En la cuenca inferior, la mayor dilución de los iones mayoritarios del agua superficial respecto del agua subterránea en sondeos más alejados al cauce o ubicados en áreas de bañados, corroboran el comportamiento hidrológico descripto.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a la Secretaría de Recursos Hídricos de la provincia de La Pampa por el apoyo prestado en tareas logísticas de campaña y laboratorio.

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