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Hidrogeología del valle de Lerma

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Figura I.1.: Ubicación de la zona de estudio.


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I. INTRODUCCION

El trabajo aquí expuesto tiene por objeto ser presentado ante la Universidad Nacional de Salta, para optar al grado de Doctor en Ciencias Geológicas.

La dirección fue realizada por el Prof.Dr. Klaus-Dieter Balke (Universidad de Tübingen, República Federal Alemana) y por el Prof.Ing. Alfredo Fuertes de la Universidad Nacional de Salta.

El área de trabajo comprende la comarca del valle de Lerma, una depresión intermontana situada en la provincia de Salta, en el noroeste de la República Argentina (Figura I.1.).

Las aguas subterráneas son aprovechadas en el área de estudio en forma intensiva, tanto para uso humano, como agropecuario e industrial. Debido a los contrastes estacionales en la disponibilidad de agua superficial, los embalses subterráneos tienen una importancia estratégica como reguladores de los recursos hídricos.

En el extremo septentrional del valle se encuentra la ciudad de Salta, capital de la provincia homónima. La ciudad capital registra un notable crecimiento demográfico y una incipiente industrialización, cuyo abastecimiento depende en forma casi exclusiva de la explotación de los acuíferos. Algunas industrias han comenzado a instalarse también en otras localidades del valle, en el que además se desarrolla una activa producción agropecuaria, con un fuerte incremento de la superficie dedicada a la agricultura intensiva.

Como consecuencia de esta expansión demográfica, industrial y agrícola existe un aumento en la generación de efluentes domiciliarios e industriales, así como una generalización en el uso de agroquímicos. Estos contaminantes significan un serio riesgo para la calidad química y bacteriológica de los recursos hídricos superficiales y subterráneos, por lo que se hace impostergable la adopción de medidas de protección contra la contaminación del vital elemento.

Los antecedentes, tanto de nuestro país como del extranjero, demuestran que para la aplicación de medidas racionales de protección se requiere un exhaustivo conocimiento del ciclo hidrológico (Benetin y Soltez, 1989), ya que si bien la detección y el control de las fuentes de contaminación superficiales no ofrecen dificultades técnicas especiales, los efectos de los contaminantes sobre los recursos subterráneos, en cambio sólo pueden ser investigados y controlados teniendo en cuenta la localización y tipología de los acuíferos, sus áreas de recarga, conducción y descarga, así como las direcciones y velocidades del flujo hídrico subterráneo (Foster et al., 1987; Foster et al., 1992).


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II. OBJETIVOS

El trabajo desarrollado tiene por objetivo establecer un modelo de circulación que contemple el marco geológico del valle de Lerma y su vinculación con la localización de las áreas de recarga, conducción y descarga, así como las direcciones y velocidades de flujo del agua subterránea de los acuíferos en producción. Se espera que este modelo pueda aplicarse a la planificación urbana, industrial y rural, en especial en lo que se refiere a la correcta ubicación de la evacuación de efluentes y desechos domiciliarios e industriales, con el fin de disminuir el riesgo de contaminación.


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III. MARCO TEORICO

" La ciencia es el arte de la manipulación de la naturaleza. Pero también el esfuerzo

por comprenderla ". (Prigogine y Stengers, 1983).

Al abordar el estudio hidrogeológico de una comarca, se encuentra un campo muy amplio de investigación, ya que la Hidrogeología utiliza una gran cantidad de información proveniente de otras disciplinas.

Por abarcar un espectro tan amplio de especialidades, la mayoría de los datos que se integran para llegar a comprender los procesos involucrados en la circulación hídrica subterránea, ha sido obtenida en forma no planificada o bien no orientada a la evaluación hidrogeológica. Esto es especialmente válido para la información de subsuelo proveniente de los legajos de perforaciones, pero también respecto a las series de mediciones climáticas y los aforos de cursos superficiales.

Es imposible, en la mayor parte de los casos, brindar un conocimiento acabado de las características y procesos hidrogeológicos, y es necesario un estudio permanente de los recursos hídricos, tanto superficiales como subterráneos. Así lo disponen normas legales avanzadas, como la Ley Provincial N° 4392 de la Provincia de San Juan en su Artículo 8°.

Los estudios hidrogeológicos son de carácter iterativo, especialmente debido a dos razones: C El objeto de estudio (el recurso hídrico) cambia muy rápidamente con el tiempo, en

función de cambios climáticos recientes o actuales y sobre todo por la utilización intensiva del agua subterránea y por las modificaciones en su quimismo, introducidas por la acción antrópica.

C A medida que se perforan más pozos se obtiene información complementaria que

permite ajustar o modificar las hipótesis de trabajo y los modelos conceptuales.

En función de los objetivos planteados, este trabajo pretende dar una idea de la circulación global, en vistas a un manejo de los recursos hídricos subterráneos. Se ha adoptado el enfoque sistémico (von Bertalanffy, 1968) para abordar el análisis del objeto de estudio, debido a que es el que mejor se adapta a un posterior tratamiento mediante modelos cuantitativos. Un sistema natural comprende un conjunto de componentes físicos y geométricos que interactúan dentro del sistema, unas acciones exteriores al mismo y unas leyes de funcionamiento (Custodio y Llamas, 1983).

Se utilizará en este trabajo el concepto de Sistema Acuífero como unidad de análisis, definiendo el término como el conjunto de componentes físicos y geométricos involucrados en el ciclo hidrogeológico que gobierna la existencia de un reservorio de agua subterránea. La separación en estas unidades, con características hidrogeológicas homogéneas, permite dividir el área de estudio a través de límites naturales, donde las acciones exteriores al sistema sean fácilmente identificables y ponderables, con el objeto de simplificar su análisis.


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En el caso del valle de Lerma, los reservorios de agua subterránea en explotación, están vinculados directamente a las cuencas hidrológicas situadas en el área montañosa circundante, de cuyos aportes depende la recarga, por lo que cada Sistema Acuífero queda definido en este trabajo por una zona de aporte (las cuencas hidrológicas) y por un reservorio (depósitos cuaternarios).

Se engloba dentro del concepto "niveles productivos" a todos los acuíferos puestos en producción, ya que la metodología de construcción utilizada en las perforaciones, impide la diferenciación de cada una de las capas. Por otra parte, por tratarse de sedimentos originados en un ambiente netamente fluvial, las capas no poseen una homogeneidad y continuidad areal que permita correlacionarlas en forma unívoca.

El presente trabajo avanza hasta donde lo permite la disponibilidad de información. Quedan numerosos interrogantes y lagunas de información, que podrán ser cubiertas a medida que se generen nuevos datos, a partir del avance en la explotación de los acuíferos o bien gracias a la profundización de los estudios en forma más localizada.


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IV. METODOS DE TRABAJO

Luego del análisis de los antecedentes existentes en las disciplinas vinculadas con la hidrogeología, y en base a las investigaciones específicas, el trabajo desarrollado fue abordado desde dos puntos de vista, atendiendo a los objetivos parciales y con metodologías particulares. a) En forma regional: Se evaluaron las variables que afectan toda el área de estudio y se realizó: C La cuantificación del recurso superficial como fuente de recarga subterránea. C La caracterización y dimensionamiento del medio físico de circulación subterránea. b) En forma localizada: Se dividió el área de estudio en unidades de análisis, los Sistemas Acuíferos, que fueron definidos en base a: C Las áreas de aporte a la recarga. C Las zonas de recarga, conducción y descarga. C La calidad de los recursos superficiales que producen la recarga de los acuíferos y

la del agua subterránea explotada.

Toda la información utilizada ha sido procesada en forma de tablas en código ASCII, utilizando coordenadas de Gauss-Krüger como sistema de referencia. IV.1. Caracterización regional C Cuantificación del recurso superficial Caracterización climática

Se confeccionó un mapa regional de isohietas medias anuales (Figuras 2.2.1. y 2.2.2.) en base a los datos de pluviometría contenidos en el trabajo de Bianchi y Yañez (1992). En las zonas con déficit de información, se siguió el criterio de Sciortino (1984), correlacionando los datos pluviométricos con las unidades de vegetación, mediante la interpretación de imágenes satelitarias Landsat, a escala 1:250.000 y TM a escala 1:100.000.

No se realizaron cálculos de evapotranspiración a través de métodos empíricos o semiempíricos, debido a la inexistencia de series de mediciones climáticas en la mayor parte de la zona de estudio. En forma indirecta, la evapotranspiración se ha deducido a


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partir del balance hídrico efectuado en algunas subcuencas.

Las cuencas imbríferas se determinaron a partir de la interpretación de las imágenes satelitarias citadas, integrando la información con la de las hojas topográficas del IGM, a escala 1:250.000 (Hojas Salta y Metán) y 1:50.000 (Cerrillos y Salta). Esta cartografía fue digitalizada y el cálculo de superficies, volúmenes de agua precipitados y de lámina de agua precipitada media anual se efectuó mediante programas de computación. Hidrología superficial

El objetivo de su investigación es estimar el volumen del escurrimiento fluvial que ingresa al valle y que constituye la principal fuente de recarga de los acuíferos. Se cuenta con escasos datos de aforos provenientes de 18 estaciones, operadas por Agua y Energía de la Nación entre los años 1934 y 1968 y por la Administración General de Aguas de Salta hasta 1984.

Debido a la inexistencia de datos de aforos en la mayor parte de los cursos superficiales que aportan al sistema, se hizo necesaria la utilización de una metodología de extrapolación de valores de caudales medios anuales de subcuencas de gasto conocido a otras en las que se carece de información. La extrapolación se basa en la relación escurrimiento/pluviometría, conocida en las cuencas que cuentan con datos de aforos. Balances hídricos

La carencia de series de datos climáticos, hidrológicos e hidrogeológicos impide efectuar tanto balances hídricos parciales como un balance regional. A pesar de ello, y con carácter de primera aproximación, se ha realizado la cuantificación de los volúmenes precipitados y los caudales escurridos.

Las secciones en las que se efectúa el balance (estaciones de aforo) se ubican prácticamente sobre basamento hidrogeológico, o bien sobre un reducido espesor de material permeable, de forma tal que se consideran despreciables las pérdidas por infiltración hacia otras subcuencas. De tal modo, el volumen anual de escurrimiento (superficial + subterráneo) es igual al volumen de agua precipitado, menos el volumen evapotranspirado y este último término puede estimarse efectuando la diferencia. R = P - Evtpr - I R = Escurrimiento superficial

P = Precipitación Evtpr = Evapotranspiración real I = Infiltración (. 0)


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C Caracterización y dimensionamiento del medio físico de circulación Marco geológico-geomorfológico

Existen numerosos antecedentes de investigaciones geológicas y geomorfológicas, que han sido utilizadas para el dimensionamiento areal de los sedimentos cuaternarios y el estudio de las áreas de aporte a la recarga de los acuíferos. A partir de estos antecedentes y de la interpretación de imágenes satelitarias a escala 1:250.000 y de fotografías aéreas a escala 1:50.000, se ha elaborado la cartografía que se adjunta. Para la confección del mapa geológico se utilizó como base el trabajo de Aguilera (1988). La descripción de las unidades aflorantes y la historia geológica se incluyen en los puntos 2.3.1. Geología y 2.3.2. Geomorfología.

Perforaciones y pozos excavados existentes

Se adjuntan las características principales del banco de datos elaborado a partir de los legajos de perforaciones efectuadas por la Dirección General de Obras Sanitarias de Salta (denominadas AS****) y por empresas particulares (denominadas ASP****), que cuentan con un perfil litológico y/o constructivo y que son utilizados para la caracterización hidroestratigráfica. Las perforaciones y pozos excavados que no cuentan con descripción litológica, pero que brindan información de nivel piezométrico, o bien han sido muestreados para realizar análisis físico-químicos, se han denominado con una inicial y un número de orden (Tabla A1 ). La ubicación de los puntos de agua censados se adjunta como Figuras A1, A2 y A3.

Los valores de transmisividad fueron obtenidos de pruebas de bombeo de producción, y se posee una gran densidad de datos en la región más intensamente explotada. Estos valores son de fundamental importancia en la evaluación del potencial acuífero y en la determinación de los sentidos preferentes de flujo. Para el cálculo de la transmisividad se utilizó la fórmula de Logan (Logan, 1964), apropiada para las condiciones en que fueron medidos los parámetros: Q * 29,3 T = transmisividad (m2/d) T = ------------------ Q = caudal constante de bombeo (m3/h)

s s = depresión (m) Se cuenta además con los datos de producción de la Dirección General de Obras Sanitarias de la Provincia, que han servido para corroborar o ajustar valores anómalos en los registros originales. Datos geofísicos

Se efectuaron 36 Sondeos Eléctricos Verticales (SEV) de prospección geoeléctrica en corriente continua (Baudino, 1990, Baudino et al. 1992, 1993a y 1993b) y se recopiló y reinterpretó en parte 56 sondeos efectuados en los últimos 20 años por diversos autores (Butrón, 1976; Fuertes et al., 1975, 1986a y c; García, 1988; García et al. 1991a y b, Soler, 1991).


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Para la revisión de los SEV, se utilizaron los programas de computación MODSEV (Pinto y Casas, 1993) y RESIST 1.0 (Van der Velpen, 1988), que posibilitaron una homogeneización en el criterio interpretativo. Se efectuó además un ajuste de los resultados preliminares obtenidos por los autores, incorporando los datos directos provenientes de las perforaciones realizadas con posterioridad a la prospección geofísica. IV.2. Sistemas Acuíferos en explotación

Para cada uno de los Sistemas Acuíferos actualmente explotados se consideraron

las cuencas hidrológicas que constituyen el área de aporte a la recarga, se cuantificó la recarga potencial y se determinaron las zonas de recarga, conducción y descarga, así como las direcciones preferenciales del flujo hídrico subterráneo. Se consideró además la calidad físico-química del agua extraída y la potencialidad del reservorio, en vistas a una explotación racional del mismo. C Areas de aporte a la recarga

Se indentifican las cuencas hidrológicas que constituyen el principal aporte a la recarga de cada Sistema Acuífero. La cuantificación de los recursos superficiales disponibles para la infiltración es una medida de la potencialidad del sistema. C Zonas de recarga, conducción y descarga

A partir de la construcción de las isopiezas mediante los niveles estáticos de los acuíferos productivos, puede determinarse las direcciones de flujo preferenciales. Integrando esta información, con la de los perfiles litológicos y la interpretación geológica y geomorfológica, se propone un modelo de circulación. C Calidad del agua superficial y subterránea.

Parte de las determinaciones físico-químicas fueron realizadas en laboratorios de la

U.N.Sa. dentro del Proyecto Saltabor (determinación del contenido de Boro de las aguas subterráneas del valle de Lerma), y el resto se obtuvieron en virtud del Convenio de Cooperación firmado por U.N.Sa. con la Dirección General de Obras Sanitarias de Salta (D.G.O.S., 1995).

Para la interpretación hidrogeoquímica se utilizaron las concentraciones de los constituyentes mayoritarios, así como el contenido de iones como boro, hierro y manganeso. Se efectuó el balance iónico y el cálculo de error analítico, para determinar la confiabilidad de los resultados. Los puntos de muestreo se han graficado en las Figuras A1 y A3 y el banco de datos elaborado en la Tabla A1.

Los resultados de la interpretación de los análisis hidroquímicos han contribuido a la diferenciación de los Sistemas Acuíferos y la determinación de áreas de recarga y se incluyen en las descripciones de cada unidad de estudio.


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1. CONSIDERACIONES GENERALES 1.1. Ubicación y vías de comunicación

El valle de Lerma es una depresión intermontana elongada en sentido meridiano, ubicada en la provincia de Salta, en el noroeste de la República Argentina.

La superficie del vaso del valle es de 2.400 km2 aproximadamente. Sus coordenadas extremas son: 241 30´ y 251 38´ latitud sur y 651 22´ y 651 37´ longitud oeste. La extensión máxima en sentido norte-sur es de 120 km, mientras que el ancho alcanza 25 km en el tramo central. En el norte de la depresión se encuentra la ciudad de Salta, capital de la provincia, con casi 400.000 habitantes.

Por tratarse de un área densamente poblada, cuenta con una infraestructura vial desarrollada. La ruta nacional N1 68 atraviesa la zona de estudio de norte a sur y la vincula con el valle Calchaquí, mientras que la ruta nacional N°51 permite la comunicación desde Salta Capital hacia la República de Chile. La ruta nacional NE9 es la vía de comunicación hacia la provincia de Jujuy y la vinculación con la ruta nacional N°34, que constituye el principal corredor comercial de la provincia. Numerosas rutas provinciales como las N1 21, 23, 24 y 34, entre otras, así como caminos secundarios y vecinales, constituyen una red vial que permite recorrer la comarca en toda su extensión.

El ex-Ferrocarril Nacional General Belgrano ingresa por el abra de Mojotoro y se dirige hacia la Puna a lo largo de la quebrada del Toro. En el centro de la zona de estudio (estación Cerrillos) existe una bifurcación hacia el sur, actualmente inactiva, que llega hasta la localidad de Alemanía (Figura 1.1.).


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Figura 1.1.: Vías de comunicación


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1.2. Fisiografía Los sistemas de serranías que delimitan el valle tienen rumbos submeridianos. Existe una marcada asimetría en las elevaciones de los cordones que enmarcan la depresión, ya que al occidente éstas superan los 4.000 metros sobre el nivel del mar, con cumbres de hasta 5.800 m.s.n.m., mientras que las serranías que constituyen el límite oriental en general poseen 2.000 metros de altitud y excepcionalmente alcanzan los 3.000 m.s.n.m. Esta característica fisiográfica ejerce una marcada influencia sobre los factores climáticos, especialmente las precipitaciones, que a su vez condicionan los fenómenos geomorfológicos.

El límite occidental de la depresión lo constituyen, de norte a sur, las sierras de Lesser, los Altos de Salamanca, los cerros Manzano, Malcante, Sunchal y Bravo, los Altos de Viñaco, el cerro Agua de Castilla y la Mesada de Tobar. Al este se encuentran las sierras de Mojotoro y de Castillejo, las Cumbres de Peñas Blancas y la sierra del Cebilar. El límite norte de la zona de estudio lo marca la sierra de Vaqueros y su prolongación septentrional, mientras que al sur la depresión se cierra en la convergencia de los sistemas serranos occidental y oriental (Figura 1.2.). El piso del valle es relativamente plano, tiene una altura media sobre el nivel del mar de 1.200 m y puede ser dividido en dos porciones: septentrional y meridional, diferenciadas por un estrechamiento del valle en la comarca situada entre las localidades de Osma y Coronel Moldes.

La pendiente general de la porción septentrional es asimétrica y posee una inclinación hacia el sureste. En la parte central de la depresión, sobresale un grupo de pequeñas elevaciones, elongado en sentido norte-sur, conocido como Cerrillos de San Miguel.

En la porción meridional, la pendiente general es centrípeta respecto al eje del valle y los flancos son aproximadamente simétricos. En la parte media del flanco oriental, existe una serie de elevaciones alineadas con rumbo nor-noreste, denominadas lomadas de Guachipas.


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Figura 1.2.: Fotocopia color de imágenes satelitarias TM 231-78 (14/11/86) y 231/78 (11/09/86), bandas 741, procesadas por K.Erpenstein, Digital Image Processing, Geoinformatik. Freie Universität Berlin.

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