Componente Hidrogeológico del Bofedal del Nevado...

Proyecto Illimani: "Fortaleciendo la capacidad y desarrollando estrategias de adaptación a los fenómenos de cambio climático en Comunidades de la

Cordillera Real de Los Andes Centrales de Bolivia"

Autor:

Ing. Hugo L. Soliz Flores

La Paz – Bolivia Abril de 2011

Componente Hidrogeológico del Bofedal del Nevado Illimani

Informe Final

PROYECTO “FORTALECIENDO LA CAPACIDAD Y DESARROLLANDO ESTRATEGIAS DE ADAPTACION A LOS FENOMENOS CLIMATICOS EN COMUNIDADES DE MONTAÑA DE LA CORDILLERA REAL DE LOS ANDES CENTRALES DE BOLIVIA” 2

INFORME FINAL

DE: Hugo Luis Soliz Flores INVESTIGADOR HIDROGEÓLOGO UMSA (IHH) A: Magali García COORDINADORA PROYECTO ILLIMANI VIA: Edson Ramírez LIDER DEL PROYECTO ILLIMANI (IHH - UMSA) Ref.: INFORME FINAL:

COMPONENTE HIDROGEOLOGICO PROYECTO ILLIMANI


Contenido

INTRODUCCION............................................................................................................................................. 4 MARCO DE TRABAJO ..................................................................................................................................... 4 ACERCA DE LA SISTEMATIZACION DE DATOS HIDROMETEREOLOGICOS ..................................................... 5

RESUMEN, RESULTADOS Y DISCUSION ..................................................................................................... 5

ACERCA DE LA ESTIMACION DE LA RECARGA .............................................................................................10 METODOLOGIA Y DATOS ........................................................................................................................10

PROCESAMIENTO Y OBTENCIÓN DEL HIDROGRAMA DE POZO ..............................................................10

ESTIMACION DE LA RECARGA .................................................................................................................12

ACERCA DE LA HIDROGEOLOGIA DEL BOFEDAL .........................................................................................17 DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN Y FLUJO EN EL BOFEDAL ....................................................................17

RESULTADOS DE LEVANTAMIENTOS GEOFISICOS ..............................................................................17

RESULTADOS DEL MAPEO GEOLOGICO ..............................................................................................17

RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LABORATORIOS DE SUELOS ..............................................................19

CALCULO DEL VOLUMEN ....................................................................................................................21

CALCULO DEL FLUJO DE DARCY – FLUJO DARCIANO ..........................................................................23

VELOCIDAD, CAUDAL Y TIEMPO DE RESIDENCIA DE ESTAS AGUAS. ......................................................23

ESTIMACIÓN DEL CAUDAL “Q” Y TIEMPO DE RESIDENCIA, “T” ..............................................................26

HIDROGEOQUÍMICA ...................................................................................................................................28 CONCLUSIONES ...........................................................................................................................................32

TOPOGRAFÍA, GEOLOGÍA Y GEOMETRÍA ................................................................................................32

HIDROLOGÍA ...........................................................................................................................................32

HIDROGEOLOGÍA ....................................................................................................................................32

HIDROGEOQUÍMICA ...............................................................................................................................33

RECOMENDACIONES ...................................................................................................................................34 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ...................................................................................................................35 ANEXO I .......................................................................................................................................................36

ESTADISTICAS Y PARAMETRIZACION DEL MODELO ESTOCASTICO ARMA (1,2) .....................................36

ANEXO II ......................................................................................................................................................37 TRAZAS SINTÉTICAS DE PIEZOMETRÍA (EN DATOS DE PRESION EN mb) ................................................37


INTRODUCCION

¿Cuánta agua se almacena en los bofedales del Illimani?, ¿cuál es el tiempo de residencia?, ¿Cuál es el aporte de este caudal al ciclo hidrológico?, son algunas de las preguntas que se realizaron al comienzo del estudio hidrogeológico ejecutado en el bofedal del nevado Illimani, cuestionamientos de gran interés que tratan de generar un mejor conocimiento del funcionamiento de estos bofedales en un sistema hidroglaciologico.

El estudio del componente hidrogeológico del bofedal, se realizo mediante el equipamiento de una red de piezómetros (monitoreo de niveles freáticos), ensayos de laboratorio de suelos (difracción y fluorescencia) y granulometría, levantamientos topográficos y geofísicos, mapeo geológico para poder obtener un modelo conceptual de la hidrogeología del bofedal. A estos trabajos de campo se ha acompañado con el monitoreo de parámetros fisicoquímicos, análisis de iones mayoritarios obtenidos tanto del agua subterránea, como del hielo y la precipitación.

Los resultados muestran que el bofedal está comprendido en: la parte superior por suelo orgánico (0.10 - 0.50 m) y el resto de la arcilla conocida como clorita (clinocloro) pudiendo tratarse de un acuitardo por las velocidades de flujo calculadas y su capacidad de almacenamiento. Esto demuestra que es necesario realizar una clasificación de bofedales en función de los conceptos que se tienen sobre ellos y los resultados de este estudio.

Adicionalmente se realizo la sistematización de los datos de Precipitación y Temperatura (expuestos ya en el segundo informe semestral de Enero 2011, por lo que solo mostramos un resumen de este análisis realizado); así como la estimación de la Recarga en base a las fluctuaciones de niveles registrados en los piezómetros; componentes importantes para la modelación hidroglaciológica que se viene ejecutando en la cuenca de proyecto.

Finalmente, este informe contempla las conclusiones y discusiones finales de todo el trabajo realizado en el bofedal del Glaciar Illimani. Como se menciono, estas conclusiones fueron formuladas, a partir de los resultados obtenidos del procesamiento de datos de campo realizados durante más de un año en el bofedal. Resultados que son mostrados a manera de resumen en el presente informe de una manera secuencial lógica:

Sistematización de datos Hidrometeorológicos

Estimación de la Recarga

Estimación de parámetros Hidrogeológicos del bofedal como: Volumen, conductividad hidráulica, flujo específico, velocidad, Caudal y tiempo de residencia.

Finalmente se incluye la discusión de parámetros fisicoquímicos del Bofedal

MARCO DE TRABAJO

Este trabajo se enmarco dentro de los proyectos: “Manejo de Recursos Hídricos en Bolivia” con el programa de Maestría en Hidrogeología de las Universidades de Calgary (Canadá) y San Francisco Xavier de Chuquisaca, así como el proyecto: ““FORTALECIENDO LA CAPACIDAD Y DESARROLLANDO ESTRATEGIAS DE ADAPTACION A LOS FENOMENOS CLIMATICOS EN COMUNIDADES DE MONTAÑA DE LA CORDILLERA REAL DE LOS ANDES CENTRALES DE BOLIVIA” financiada por el IDRC, y que cuenta con la representación de las instituciones: Agua Sustentable, Instituto de Hidráulica e Hidrología y el Instituto de Agronomía de la Universidad de San Andrés de La Paz.


ACERCA DE LA SISTEMATIZACION DE DATOS HIDROMETEREOLOGICOS

RESUMEN, RESULTADOS Y DISCUSION

Como equipo hidrológico del proyecto, se realizó el análisis y tratamiento de datos de varias estaciones aledañas a la cuenca para tener un registro histórico largo y que sea representativo del clima de la zona. Estos datos son la base para la modelación hidroglaciologica (en ejecución), estudio de tendencias climáticas y downscaling que desembocaran en la generación de escenarios futuros con influencias del cambio climático.

Lamentablemente hasta la fecha de presentación del presente documento, los modelos utilizados se encontraban en la etapa de calibración y validación por lo que no es posible utilizar sus resultados en este trabajo, imposibilitando la realización y análisis del balance hídrico de la cuenca de estudio y su implicancia en el bofedal.

En la tabla No 1, se muestran las estaciones estudiadas y las escogidas para la reconstrucción de datos de la estación Pinaya (situada a 3780msnm); en la cual sólo se tenían valores registrados de poco más de un año en la estación recientemente instalada. Dicha estación se encuentra localizada en la población del mismo nombre de coordenadas 626184E y 8157053N, aproximadamente a 10 Km. de distancia del bofedal.

De éstas 25 estaciones estudiadas, las estaciones que mostraron mejor correlación con los de la estación Pinaya, para variables de Precipitación, son: El aeropuerto (ubicada en la ciudad de El Alto) con r2= 0.993 situada a 4071 msnm, Achumani (r2=0.992, a 3200msnm), Mecapaca (r2=0.984, a 2680msnm), Palca (r2=0.992, a 3333msnm), Collana (r2=0.984, a 3940msnm), Chorocona (r2=0.982, a 2600msnm) y Viacha (r2=0.994 a 3850msnm), con el análisis de correlación y doble masa se procedió a la reconstrucción de la serie mediante el método de regresión bivariada (CEDEX, 2004). Para efectuar este cálculo el método requiere realizar la elección de la pareja de estaciones (i,j) con la que se completará la tercera (k), en función de su correlación y número de datos, generando matrices de correlación simple ponderado por el numero de meses con datos comunes, los datos así generados de precipitación se muestran en la Tabla 2.

Nº Estacion Latitud S Longitud W Este Norte Altitud Disp. Datos

1 Pinaya 16.667 67.817 626184.10 8157053.98 3780 1975-2008

5 Bolsa Negra 16.550 67.783 629824.61 8169943.77 4050 1975-1999

6 Calacoto (Murillo) 16.567 68.083 597802.84 8168266.10 3280 1943-2005

7 Calamarca 16.900 68.133 592307.38 8131417.90 3954 1953-2001

8 Chacaltaya 16.317 68.167 589018.18 8195960.56 5220 NN

9 Chorocona 16.933 67.167 695241.88 8127027.29 2600 1972-2005

10 Chulumani 16.400 67.517 658938.19 8186349.47 1750 1958-2008

11 Circuata 16.633 67.250 686661.15 8160306.11 2012 1975-2005

12 Collana 16.900 68.283 576330.95 8131482.08 3940 1973-2008

13 Coripata 16.300 67.600 649577.35 8197476.68 1760 1979-2008

14 El Alto (AASANA) 16.517 68.217 583591.09 8173857.45 4071 1978-2008

15 El Belen 16.067 68.667 535649.10 8223766.32 3820 1949-2008

17 Irupana 16.467 67.417 669021.48 8178888.48 1885 1959-2008

18 La Paz (Laykacota) 16.533 68.133 592483.90 8171984.65 3632 1945-2008

19 Lambate 16.600 67.700 638678.34 8164356.23 3280 1975-2002

20 Mecapaca 16.667 68.017 604854.67 8157169.65 2680 1976-2008

21 Ovejuyo 15.533 68.050 601879.97 8282566.18 3420 1964-2000

23 Patacamaya 17.250 67.950 611622.92 8092600.61 3789 1945-2004

24 Viacha 16.650 68.300 574649.79 8159144.33 3850 1987-2008

25 Villa Copacabana 16.483 68.117 594279.60 8177508.19 3600 1977-2008 Tabla. 1.- Estaciones meteorológicas cercanas a la zona de estudio (Pinaya) y longitud de registro. Fuente: (Servicio Nacional de Meteorología e Hidrometeorología, 2010)


AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DICTOTAL

ANUAL (mm)

1975 168.40 113.40 103.10 19.80 21.60 5.30 1.10 1.30 38.00 36.80 49.70 44.70 603.20

1976 122.10 89.50 56.70 2.10 28.20 10.80 7.60 15.10 72.60 15.80 21.80 93.70 536.00

1977 84.70 131.70 165.30 13.50 10.60 0.00 23.60 12.70 28.80 35.00 109.20 115.90 731.00

1978 191.30 97.00 58.40 58.90 0.60 0.00 0.70 4.50 11.30 7.30 76.50 141.90 648.40

1979 195.70 64.60 171.20 28.70 12.40 0.00 14.30 1.00 4.80 82.40 48.00 154.90 778.00

1980 48.10 43.70 111.50 12.80 6.60 0.00 23.90 44.10 41.70 58.90 22.40 44.90 458.60

1981 169.20 140.60 93.00 46.50 3.20 0.00 0.00 71.00 64.90 66.80 35.50 48.30 739.00

1982 161.40 36.50 72.40 37.60 0.30 8.90 0.80 4.10 22.60 46.40 67.40 46.90 505.30

1983 64.20 35.50 24.40 56.40 30.80 7.90 8.60 19.60 45.40 24.10 14.00 92.80 423.70

1984 183.50 176.80 127.00 14.50 3.10 9.30 0.60 17.50 4.60 36.60 60.90 77.30 711.70

1985 104.20 120.00 101.80 66.90 7.70 13.50 0.70 5.60 37.00 51.50 144.70 157.30 810.90

1986 91.60 175.70 97.30 56.40 18.70 0.30 0.00 30.70 64.60 27.30 76.60 119.40 758.60

1987 203.10 21.20 47.90 16.70 11.80 1.60 16.40 3.60 22.60 83.20 67.70 37.80 533.60

1988 154.20 59.70 160.30 56.80 36.90 0.00 2.20 0.00 13.60 31.00 24.00 113.90 652.60

1989 97.20 95.30 22.70 50.20 19.60 4.40 9.90 11.50 18.10 5.60 23.40 65.70 423.60

1990 196.60 83.10 17.40 29.70 25.70 64.80 0.50 7.40 28.00 49.20 84.90 97.60 684.90

1991 91.70 88.50 73.10 14.10 17.60 28.90 1.10 1.00 16.50 20.50 42.40 66.50 461.90

1992 129.20 85.80 31.70 27.10 0.10 6.00 10.10 40.20 5.90 72.10 81.30 56.90 546.40

1993 162.10 37.90 56.70 61.70 1.60 7.40 2.70 28.30 28.20 71.80 59.90 113.30 631.60

1994 87.80 94.40 74.90 57.50 0.00 19.20 3.20 2.70 21.00 28.10 90.60 99.40 578.80

1995 117.60 178.60 77.70 11.10 8.80 0.00 2.60 10.10 8.40 11.40 38.80 114.00 579.10

1996 139.50 28.50 38.60 14.40 0.30 1.00 1.00 5.80 22.10 19.70 46.60 107.30 424.80

1997 157.90 76.20 132.20 43.50 17.60 2.80 2.80 5.90 48.10 37.10 49.60 43.40 617.10

1998 84.30 62.50 45.10 48.00 0.00 19.20 19.20 7.40 2.10 57.40 83.30 53.30 481.80

1999 111.10 48.30 109.40 33.80 5.50 1.20 1.20 1.00 51.80 65.70 26.30 73.40 528.70

2000 109.70 34.90 72.10 12.60 5.00 21.10 21.10 22.10 1.10 62.30 6.30 128.70 497.00

2001 179.80 106.90 77.40 20.40 20.50 6.50 6.50 31.90 18.00 67.30 9.80 75.70 620.70

2002 90.40 117.30 80.20 35.10 12.80 10.60 10.60 10.10 27.20 82.60 50.60 63.80 591.30

2003 134.70 98.90 82.80 6.90 5.80 1.60 1.60 8.90 27.20 44.30 9.30 109.40 531.40

2004 164.30 61.50 51.00 10.60 4.00 6.40 6.40 24.60 11.50 15.80 49.50 36.50 442.10

2005 124.80 73.80 30.70 36.70 0.00 0.00 0.00 0.40 30.80 54.50 58.90 63.30 473.90

2006 148.80 100.30 76.10 6.00 1.40 0.00 0.00 19.90 12.20 30.20 87.40 111.00 593.30

2007 113.80 89.80 61.30 45.80 4.50 0.10 0.10 0.50 46.80 49.20 53.10 0.00 465.00

2008 164.50 69.80 64.90 1.10 4.70 3.40 2.70 3.10 4.80 23.60 12.30 111.80 466.70

2009 66.40 95.80 85.40 20.60 1.30 0.00 0.10 2.90 20.80 30.80 104.70 137.20 566.00

2010 166.60 139.80 56.00 1.60 12.00 0.00 4.40 2.10 14.00 14.60 75.30 102.00 588.40

Media 132.79 88.16 77.99 29.89 10.04 7.28 5.79 13.29 26.03 42.14 54.52 86.66 574.59

MAX 203.10 178.60 171.20 66.90 36.90 64.80 23.90 71.00 72.60 83.20 144.70 157.30 810.90

MIN 48.10 21.20 17.40 1.10 0.00 0.00 0.00 0.00 1.10 5.60 6.30 0.00 423.60

ESTACION PINAYA RESULTADO FINAL DEL COMPLETADO DE DATOS (COD: 10013)

PRECIPITACION TOTAL MENSUAL mm

Tabla. 2.-Datos de Precipitación mensual en mm, reconstruidos para la estación Pinaya. Fuente: Informe Agosto 2010.

En cambio para la variable de Temperatura, se utilizó el método estocástico de desagregación

estacional multivariado (Lane, 1979). En resumen el modelo por cada corrida “escoge” aleatoriamente valores de temperatura de otras estaciones aledañas que cumplan con los requisitos estadísticos de la serie original.

Estos valores de temperatura fueron procesadas por separado utilizando valores máximos, medios y mínimos de cada estación, para luego someterlos a pruebas de homogenización estadística para validar su reconstrucción. El desarrollo de este proceso de reconstrucción se encuentra expuesto en el informe


Semestral No 2 (Enero 2011) cuyas figuras muestran la correlación final obtenida luego del proceso de reconstrucción.

Discusión: A partir de los resultados obtenidos y los registros estudiados de otras estaciones, se observa, la

existencia de dos periodos bien diferenciados; un periodo seco, sin lluvias con heladas nocturnas y cielos totalmente despejados, con radiación intensa y otro periodo húmedo con bastante precipitación (lluvias en los valles y nieve en la cabecera de cuenca) que dura en promedio desde fines de Septiembre hasta casi principios del mes de Mayo, (Servicio Nacional de Meteorología e Hidrometeorología, 2010)

Los resultados reconstruidos de temperatura desde 1973 incluso, muestra gran variabilidad entre temperaturas mínimas extremas correspondientes a eventos NIÑO (poca precipitación con periodos de sequia largos) en especial los eventos extremos del periodo 1982 – 1983 con sequia extrema precediendo temperaturas inusualmente frías para luego entrar a un evento extremo de lluvias con elevación de temperaturas por encima de la media. La estación Pinaya, de acuerdo a las figuras 1, 2 y 3 de Temperatura máxima, media y mínima, muestra oscilaciones térmicas muy elevadas entre día y noche, pero también entre periodos estacionales pues la máxima registrada en el periodo 2009 – 2010 es de 23.57 ºC y la mínima es de -4.66ºC.

La estación húmeda se produce generalmente de diciembre a marzo, pudiendo extenderse desde el mes de septiembre. La media anual de Precipitación es de 574.59 mm estadístico obtenido desde 1975 a 2009, en cambio para los registros de precipitación total mensual durante el periodo 2009 – 2010 (periodo de estudio y monitoreo), noviembre a marzo se tiene 678.90mm de lluvia total. Similar a lo que ocurre con la precipitación pluvial media anual registrada por el SENAMHI en la estación El Alto (estación con mayor correlación), durante el periodo 2009, corresponde a 579.7 mm. En tanto que el promedio anual para el periodo de 1996-2009, corresponde a 627.4 mm, con una máxima anual de 770.1 mm para el periodo de 2001 (Servicio Nacional de Meteorología e Hidrometeorología, 20010).

Altitud 3800,00 3326,0 2924,0 2771,0 2631,0 2410,0

ESTACIONPinaya sin

calibrar

Pinaya

calibrados

Pinaya

HoboKhapi Hobo Uyupata Cebollullo Plaza

Tahuapalca

Hobo

Pinaya sin calibrar 1,00 0,95 0,85 0,73 0,64 0,62 0,61 0,52

Pinaya calibrados 0,95 1,00 0,86 0,77 0,71 0,69 0,68 0,60

Pinaya Hobo 1,00 0,79 0,68 0,67 0,64 0,63

Khapi Hobo 1,00 0,88 0,87 0,87 0,77

Uyupata 1,00 0,96 0,94 0,76

Cebollullo 1,00 0,96 0,82

Plaza 1,00 0,82

Tahuapalca Hobo 1,00

Altitud 3800,00 3326,0 2924,0 2771,0 2631,0 2410,0

ESTACIONPinaya sin

calibrar

Pinaya

calibradosPinaya Hobo Khapi Hobo Uyupata Cebollullo Plaza

Tahuapalca

Hobo

Pinaya sin calibrar 1,00 0,90 0,72 0,67 0,69 0,60 0,62 0,64

Pinaya calibrados 0,90 1,00 0,87 0,88 0,88 0,84 0,83 0,81

Pinaya Hobo 1,00 0,92 0,87 0,83 0,80 0,80

Khapi Hobo 1,00 0,96 0,92 0,90 0,87

Uyupata 1,00 0,95 0,97 0,91

Cebollullo 1,00 0,97 0,87

Plaza 1,00 0,91

Tahuapalca Hobo 1,00

Tabla. 3 y 4.- Valores de correlación entre datos de Temperatura Mínima y Máxima diaria. Fuente: Elaboración propia.


0

5

10

15

20

25

30

35

27/11/2009 16/01/2010 07/03/2010 26/04/2010 15/06/2010 04/08/2010

Val

ore

s D

iari

os

Valores Máximos Diarios TºC

Achumani_M_JJ_(°C) Chorocona_M_JJ_(°C) Collana_M_JJ_(°C)

Coripata_M_JJ_(°C) ElAlto_M_JJ_(°C) Mecapaca_M_JJ_(°C)

Palca_M_JJ_(°C) Pinaya_M_JI_(°C) Viacha_M_JJ_(°C)

Fig. 1.-Serie de tiempo valores máximos de Temperatura. Fuente: Informe Semestral Enero 2011.

0

5

10

15

20

25

27/11/2009 16/01/2010 07/03/2010 26/04/2010 15/06/2010 04/08/2010

Val

ore

s D

iari

os

Valores Medios Diarios TºC




Fig. 2.- Serie de tiempo valores medios de Temperatura. Fuente: Informe Semestral Enero 2011.


-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

27/11/2009 16/01/2010 07/03/2010 26/04/2010 15/06/2010 04/08/2010

Val

ore

s D

iari

os

Valores Mínimos Diarios TºC




Fig. 3.- Serie de tiempo valores mínimos de Temperatura. Fuente: Informe Semestral Enero 2011.

Aunque estos resultados e informe respectivo, fue aprobado por los coordinadores del proyecto lamentamos que no tuvieron la misma percepción los consultores encargados del análisis de tendencias y downscaling, quienes decidieron utilizaron otra metodología nada clara y con pocos argumentos para generar la serie de temperaturas. Hasta la fecha no se ha recibido ningún informe u observación que refute o rechace estos datos así calculados, por lo que son los que se utilizaron para el cálculo de la recarga y otros en el estudio del bofedal. (Ver metodología y resultados en informes mensuales)


ACERCA DE LA ESTIMACION DE LA RECARGA

Recarga es la adición ó ingreso de agua a la zona saturada; su medición directa es sumamente complicada, por lo que se opto el método del Hidrograma de Pozo para su cálculo. Este método usa la premisa: los cambios en los niveles de Agua Subterránea (incrementos) son debidos a la recarga de agua que llega al Nivel Freático de afuera, (Healey y Cook, 2002)

METODOLOGIA Y DATOS

La metodología se resume en:

Selección de pozo(s) , que sean representativos de la zona de estudio

Uso de “diver” o sondas, o cualquier equipo para la medición del nivel freático, preferiblemente valores diarios.

Procesamiento y obtención del hidrograma de pozos

Estimación de Sy.

Calculo de la recarga (Los puntos 1 y 2 ya fueron definidos en anteriores informes)

PROCESAMIENTO Y OBTENCIÓN DEL HIDROGRAMA DE POZO

Al obtener los datos del diver instalados, se necesita realizar un pequeño calculo para quitar la variación de la presión atmosférica a los datos; para ello, se convierte la presión barométrica de cualquier unidad al equivalente en metros de agua (en este caso de 1mb = 0.0102mca). El “zero point offset” del “diver” es 9.5 m de columna de agua (la presión barométrica menor anticipada al nivel del mar) menos una corrección de altitud (si la altitud aumenta, la presión disminuye).

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

09/09/2009 19/09/2009 29/09/2009 09/10/2009 19/10/2009 29/10/2009 08/11/2009 18/11/2009 28/11/2009 08/12/2009 18/12/2009

Wat

er

leve

l (m

)

Time (days)

P (mm)

Water level (day)

Diver

Water Level (hour)

37 per. media móvil (Water Level (hour))

Fig. 4.- Serie de tiempo de la fluctuación de niveles piezométricos: Hidrograma de pozo en valores horarios y diarios. Fuente: Elaboración propia

La presión disminuye con la elevación a un índice de aproximadamente 1.21/1000m; por lo tanto: alt./826. Restando este valor de corrección de la presión barométrica expresada como metros de agua, tenemos la presión barométrica medida por el “diver”. Restando este valor de la medida de nivel informado por el “diver”, tenemos el nivel de agua real encima del aparato.

La figura 4 muestra estos datos ya transformados e informados en metros, los datos obtenidos del diver instalado en el bofedal en valores horarios, su transformación a valores horarios y contrastados con la precipitación registrada en ese periodo. Como sólo se tiene un periodo muy corto de datos de niveles


piezométricos registrados con diver en contraste con 1 año de datos mensuales medidos con sonda en el bofedal, se recurrió a la proyección de niveles piezométricos mediante métodos estocásticos.

El modelo estocástico ARMA(1,2) (auto regresivo de media móvil), fue el de mejor ajuste a los datos (figura 5) y con la que se pudo generar series sintéticas de 5 trazas de 455 días cada una, (figura 6, muestra una de las trazas en contraste con la serie original).

La metodología se encuentra descrita en el informe Semestral, Enero 2011 por lo que solo se muestran los resultados del uso de éstas series sintéticas.

Fig. 5.- Función de autocorrelación de las series de tiempo en función del rezago. Fuente: Elaboración propia

Fig. 6.- Serie de tiempo de la fluctuación de niveles piezométrico. Fuente: Elaboración propia

En anexos mostramos las trazas generadas para el bofedal en milibares, esto para evitar la generación de valores de presión negativos, tras hacer la transformación obtenemos las trazas definitivas para el cálculo de la recarga.


ESTIMACION DE LA RECARGA

De la tabla proporcionada por Cook, 2002, para el material arcilla, utilizamos el promedio 0.02 y el máximo 0.05 obtenidos en pruebas de laboratorio; a la vez para la estimación de la recarga usamos:

Donde R = recarga, dh es el nivel medido verticalmente e igual a la diferencia entre el pico del hidrograma menos el punto más bajo que resulte de la extrapolación de la curva de recesión antecedente en el tiempo donde ocurre el pico. dt es el intervalo de tiempo entre dos eventos y Sy es el campo específico.

Para la traza 1 por ejemplo, obtenemos una sumatoria de incrementos de h/t =3.82m/año que multiplicado por un Sy average = 0.02*3.82m/año*1000 mm/m nos arroja un valor de 76.40 mm/año, tal como se observa en las figura 7 al 11, tablas 5 al 9 y el resumen de todo el proceso en la tabla No 10.

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

06/07/2009 04/09/2009 03/11/2009 02/01/2010 03/03/2010 02/05/2010 01/07/2010 30/08/2010 29/10/2010

Wat

er le

vel (

m)

Time (days)

P (mm)

Water level

Pze

33 per. media móvil (Water level)

2 3

5

4

6 78 9

10

1 11

12

13

P(m

m)

Fig. 7.- Series de tiempo sintéticos de niveles piezométricos diarios, mensuales y los puntos de donde se obtuvieron el incremento o decremento del nivel traza 1. Fuente: Elaboración propia

recharge

event

initial

w.l.final w.l. increase

1 0.09 -0.17 0.26

2 0.26 -0.18 0.44

3 0.14 -0.15 0.29

4 0.14 -0.20 0.34

5 0.30 -0.02 0.32

6 0.05 -0.11 0.16

7 0.09 -0.09 0.18

8 0.16 -0.12 0.28

9 0.20 -0.13 0.33

10 0.20 -0.25 0.45

11 0.06 -0.20 0.26

12 0.04 -0.14 0.18

13 -0.08 -0.25 0.33

Suma = 3.82

TRAZA 1

Tabla 5.- Tabla resumen del cálculo de incremento del nivel piezométrico por cada evento de lluvia registrado para la traza sintética 1. Fuente: Elaboración propia


0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

06/07/2009 04/09/2009 03/11/2009 02/01/2010 03/03/2010 02/05/2010 01/07/2010 30/08/2010 29/10/2010

Wat

er l

eve

l (m

)

Time (days)

P (mm)

Water level trace2

Pze

40 per. media móvil (Water level trace2)

2

354

6 78

9

10

1

11 12

P (m

m)


recharge

event

initial


1 0.13 -0.13 0.26

2 0.25 -0.08 0.33

3 0.14 -0.23 0.37

4 0.04 -0.15 0.19

5 0.12 -0.15 0.27

6 0.14 -0.10 0.24

7 0.10 -0.10 0.20

8 0.20 -0.06 0.26

9 0.22 -0.25 0.47

10 0.12 -0.20 0.32

11 0.16 -0.18 0.34

12 0.17 -0.18 0.35

Suma = 3.6

TRAZA 2


0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

06/07/2009 04/09/2009 03/11/2009 02/01/2010 03/03/2010 02/05/2010 01/07/2010 30/08/2010 29/10/2010

Wat

er

leve

l (m

)

Time (days)

P (mm)

Water level

Pze

33 per. media móvil (Water level)2

3

54 6

7 8

9

10

1

11

12 13



recharge

event

initial


1 0.14 -0.17 0.31

2 0.12 -0.31 0.43

3 0.12 -0.19 0.31

4 0.13 -0.10 0.23

5 0.12 -0.08 0.20

6 0.28 -0.10 0.38

7 0.22 -0.09 0.31

8 0.18 -0.10 0.28

9 0.15 -0.16 0.31

10 0.22 -0.24 0.46

11 0.15 -0.24 0.39

12 0.00 -0.18 0.18

13 0.16 -0.15 0.31

Suma = 4.1

TRAZA 3


0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

06/07/2009 04/09/2009 03/11/2009 02/01/2010 03/03/2010 02/05/2010 01/07/2010 30/08/2010 29/10/2010

Wat

er

leve

l (m

)

Time (days)

P (mm)

Water level

Pze

33 per. media móvil (Water level)

2 3

54

6

7

8

9 10

1

11

1213

P(m

m)14

15


recharge

event

initial


1 0.18 -0.17 0.35

2 0.24 -0.08 0.32

3 0.12 -0.07 0.19

4 0.24 -0.11 0.35

5 0.12 -0.15 0.27

6 0.18 -0.23 0.41

7 0.08 -0.10 0.18

8 0.05 -0.12 0.17

9 0.06 -0.25 0.31

10 0.04 -0.26 0.30

11 0.20 -0.28 0.48

12 0.04 -0.14 0.18

13 0.14 -0.12 0.26

14 0.09 -0.13 0.22

15 0.15 -0.14 0.29

Suma = 4.28

TRAZA 4



0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

-0.60

-0.50

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

06/07/2009 04/09/2009 03/11/2009 02/01/2010 03/03/2010 02/05/2010 01/07/2010 30/08/2010 29/10/2010

Wat

er

leve

l (m

)

Time (days)

P (mm)

Water level

Pze

2 3

5

4

6

7

8

1

12

P(m

m)

9

10

11

13

14


recharge

event

initial


1 0.18 -0.06 0.24

2 0.11 -0.14 0.25

3 0.08 -0.11 0.19

4 0.10 -0.20 0.30

5 0.10 -0.08 0.18

6 0.10 -0.27 0.37

7 0.14 -0.06 0.20

8 0.07 -0.28 0.35

9 0.08 -0.05 0.13

10 0.08 -0.27 0.35

11 0.08 -0.12 0.20

12 0.28 -0.14 0.42

13 0.27 -0.06 0.33

14 0.12 -0.12 0.24

Suma = 3.75

TRAZA 5


Con este cómputo efectuado por cada traza, se genero la tabla resumen No 10:

Resumen:

Del proceso de obtención de datos de campo se obtuvieron 90 valores diarios (15 de septiembre al 15 de diciembre) los cuales representan un registro demasiado corto como para realizar el cálculo de la recarga. Por esta razón se opto por generar series sintéticas que reproduzcan la estadística de la serie original mediante el uso de modelos estocásticos (modelo ARMA(1,2)) , generándose así 5 trazas de 455 días cada una, eliminando así la incertidumbre en el cálculo de la recarga.

En resumen la recarga alcanza en promedio 78.2mm/año y 195.90mm/año para valores de Sy promedio y máximo (0.02 y 0.05); estos valores de recarga equivalen al 11% y 28% de la precipitación total (700.8mm), registrada en el año de estudio. Sin embargo es el primer valor el que se está utilizando para el análisis y modelación hidrológica de la cuenca del nevado Illimani


TRAZA NºP Total

(mm)Sy R (m/año) R (mm/año) % de P Obs

700.80 0.02 0.0764 76.40 10.9% average Sy

0.05 0.1910 191.00 27.3% maximun Sy

700.80 0.02 0.0720 72.00 10.3% average Sy

0.05 0.1800 180.00 25.7% maximun Sy

700.80 0.02 0.0820 82.00 11.7% average Sy

0.05 0.2050 205.00 29.3% maximun Sy

700.80 0.02 0.0856 85.60 12.2% average Sy

0.05 0.2140 214.00 30.5% maximun Sy

700.80 0.02 0.0750 75.00 10.7% average Sy

0.05 0.1875 187.50 26.8% maximun Sy

Promedio 78.20 11% average Sy

195.50 28% maximun Sy

5

1

2

3

4

Tabla 10.- Resumen de la estimación de la recarga. Fuente: Elaboración Propia.

. Discusión; es claro que este método solo informa valores de recarga como reacción del bofedal (capa

somera) a eventos de precipitación, los resultados obtenidos no contempla recarga por deshielo o recarga regional. Otras limitaciones de este método tienen que ver con las siguientes interrogantes:

¿Son las fluctuaciones del nivel freático debido a la recarga? Puesto que puede existir aire encapsulado dentro de los piezómetros, así como evaporación, debido a cambios en la presión barométrica y otros.

¿Es confiable la estimación de Sy? Hay que preguntarse si este valor es representativo de todo el bofedal pues los valores del laboratorio, son mayores a los valores medidos en el campo. Habrá que preguntarse si la tasa de llegada de recarga es mayor o igual a la tasa de salida.

Otra limitante en la estimación de la recarga tiene que ver con la incorporación de otros caudales al sistema, como el ingreso de caudales de deshielo y retroalimentación por escorrentía superficial de manantiales, pues los gráficos de fluctuación de niveles contra el tiempo informan un incremento de niveles en la época seca (Agosto), este evento no es computado por el método.

Sin embargo cuidando estas limitaciones, es ventajoso usar este método por su simplicidad, y la posibilidad de extrapolar esta recarga puntual a todo el bofedal ya que se asume propiedades homogéneas tanto de la precipitación como de la capa infiltrante.

También recalcamos el uso de modelos estocásticos que no solamente sirven para dar longitud al registro histórico, sino que eliminan la incertidumbre de usar ó no usar datos de registro corto. La modelación estocástica permite generar los respaldos necesarios para realizar un diseño confiable en hidrología (series de tiempo)


ACERCA DE LA HIDROGEOLOGIA DEL BOFEDAL

En el Informe Semestral de Junio 2010, se expuso toda la metodología y el equipo utilizado para la caracterización hidrogeológica del bofedal; un primer resultado de ese equipamiento fue:

Delimitación y delineación del sistema subterráneo: ítem que comprende a la geometría del bofedal, profundidades, estratigrafía, descripción litológica mediante perfilaje de pozos, mapeo geológico y levantamientos geofísicos, etc.

Cumplida esa primera meta, se planifico y ejecuto un monitoreo mensual al bofedal para tener datos piezométricos, fisicoquímicos y análisis de laboratorio que puedan dar respuesta a las siguientes metas:

Caracterización de materiales geológicos; (porosidad, permeabilidad, conductividad hidráulica vertical, horizontal, coeficiente de almacenamiento Sy) esto mediante ensayos de pozos, laboratorio de suelos.

Estimación del tiempo de residencia, mediante física, (Informe No 9 y 10)

A continuación presentamos el desarrollo de estos dos alcances propuestos:

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN Y FLUJO EN EL BOFEDAL

Para el cálculo del volumen, se recurrió a métodos geofísicos, laboratorios de suelos, piezometría y al mapeo geológico, realizados en el bofedal en Junio y Diciembre del 2009 respectivamente, presentados en forma detallada en el informe de avance semestral, Junio 2009; y de los cuales mostrados solo los resultados

RESULTADOS DE LEVANTAMIENTOS GEOFISICOS

Los resultados obtenidos a partir de 3 líneas geofísicas, mostraron que se tiene una capa de suelo orgánico que varía desde la superficie hasta los 0.80 m de profundidad, luego desde los 0.50 a 9 metros se encuentra una capa casi homogénea de la arcilla clorita (que sabemos por el análisis de suelos en laboratorio), finalmente se tienen a partir de los 9 metros y superior se encuentra el bedrock. En la imagen 12 se observa la ubicación de las líneas geofísicas realizadas con este método. Es por ello que se recurrió al mapeo geológico para la determinación del basamento rocoso en la zona de estudio.

Fig. 12.- Cálculo de las diferentes capas obtenidas del levantamiento geofisico fuente, en el grafico se observa el cambio en la resistividad a

partir de los 7 metros de profundidad; fuente: informe semestral, junio 2010

RESULTADOS DEL MAPEO GEOLOGICO

El mapeo geológico, determinó una repetición de unidades geológicas encontradas al noroeste con las encontradas al sur, sureste y suroeste del área circundante al bofedal (1er informe de avance semestral, Junio 2010). De este mapeo geológico se logro proyectar la dirección o buzonamiento de la roca, mostrados en cortes transversales (Figuras 14 y 15) para identificar la posición del lecho de roca, herramienta que define la geometría del bofedal y con la que se puede realizar el cálculo del volumen total almacenado.

PROFUNDIDAD DE CAPAS

RESISTIVIDAD EN OHMIOS


CORTE A –A’

CORTE B -B’

Fig. 13.- Mapa de ubicación de los cortes transversales realizados a partir del mapeo geológico. Fuente: Elaboración propia

Fig. 14 y 15.- Cortes transversales mostrando la estatigrafía del bofedal. Fuente: Elaboración propia


RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LABORATORIOS DE SUELOS

En las siguientes páginas se muestran los gráficos que corresponden a análisis con registros obtenidos por difracción y fluorescencia respectivamente de dos muestras obtenidas durante la perforación con augers manuales (Agosto 2009, resultados del laboratorio de difracción y fluorescencia del IGEMA).

Los gráficos que corresponden al método de difracción de rayos X, (método del polvo o “bulk analisys”), muestran por una parte, el difractograma producido por la muestra analizada y en el recuadro inferior, un cuadro de líneas de difracción que corresponden a cada uno de los minerales o fases inorgánicas identificadas. Este cuadro es resultado de una comparación con una base de datos de cerca de 1000.000.- compuestos, utilizando el programa especializado XPert de la PanAnalitical. El resumen de los minerales identificados se muestra en la tabla inferior.

De modo general, los minerales o fases cristalinas identificadas en las dos muestras, son las mismas, componiéndose de: CUARZO y CLINOCLORO (CLORITA), como minerales más abundantes o mayoritarios en cada muestra, y MICAS (MUSCOVITA) y posiblemente la arcilla ILITA, junto a ALBITA (un feldespato), como minerales presentes en menores cantidades.

Position [°2Theta]

10 20 30 40 50

Counts

0

1000

2000

3000

SOLIZ-01

Peak List

00-046-1045

00-046-1323

00-007-0042

00-001-0739

Fig. 16.- Muestra 01 (difracción de rayos x); Fuente: elaboración propia


Por su parte los gráficos de los registros obtenidos según el método de fluorescencia de rayos X, corresponden, por un lado, al sector corrido entre 10º y 65º que registra preferencialmente, elementos pesados, de manera automática mediante software especializado y por otro, un registro manual de elementos ligeros(Si, Al, K, Mg, P, Na), incluyendo al Ti y Ca (gráfico escaneado)

NO. REF. CODE COMPOUND NAME CHEMICAL FORMULA

1 00-046-1045 Quartz, syn Si O2

2 00-046-1323 Clinochlore ( Mg , Al , Fe )6 ( Si , Al )4 O10 ( O H )8

3 00-007-0042 Muscovite (MICAS) ( K , Na ) ( Al , Mg , Fe )2 ( Si3.1 Al0.9 ) O10 ( O H )2

4 00-001-0739 Albite Na Al Si3 O8

Tabla 11.- Resumen del análisis de laboratorio de difracción y fluorescencia en suelos. Fuente: Elaboración propia

En base de estos gráficos se ha confeccionado el cuadro denominado “ELEMENTOS IDENTIFICADOS” en el cual, tomando en cuenta la intensidad relativa de los picos, se ha hecho una apreciación subjetiva de la abundancia relativa del elemento en la muestra y así se pueden ordenar de manera estimativa y referencial de los contenidos elementales agrupados en categorías denominadas: MAYORITARIOS, cuando se estima que están en cantidades mayores al 2%, MINORITARIOS si se encontrarían entre 0.2 a 2% y TRAZAS, si su presencia estaría en proporciones muy reducidas con cantidades inferiores a 0.2%.

En conclusión podemos utilizar un valor teórico para la porosidad de esta arcilla CLINOCLORO de n =0.7 este valor fue corroborado por la piezometría e hidrometría (laboratorio de suelos, granulometría efectuada en Canadá. Figura 17), donde también se obtuvieron datos de conductividad, (resultados sin publicar, tesis de maestría Ing. Hugo Soliz), por ejemplo para el piezómetro Pz07 (Muestra M1, figura 17), de donde se obtuvo la muestra así como información piezométrico se obtiene un valor de conductividad hidráulica de

K=1.35E-9 m/seg,

En cambio para el Pzf, se tiene un valor de K= 10E-9 m/seg.

Fig. 17.- Hidrometría del piezómetro Pz07, M1 del bofedal y su comparación con la gráfica teórica de distribución de suelos. Fuente:

elaboración propia


CALCULO DEL VOLUMEN

El cálculo del volumen almacenado se lo realizó en función de los resultados presentados anteriormente: cortes/perfiles transversales obtenidos del levantamiento topográfico (informe semestral Junio, 2010), dirección, profundidad y disposición más probable del lecho de roca obtenido con el levantamiento geofísico y gracias a la extrapolación del buzamiento de la roca (mapeo geológico), a la vez mediante el laboratorio de suelos y la recuperación de pozos (piezometría, 2do informe semestral enero 2011) se pudo calcular las propiedades hidráulicas del medio subterráneo. Es así que se prepararon dos modelos digitales del terreno en 3D una con la superficie real (figuras 18 y 19) y otra con la superficie donde estaría dispuesta la roca.

Entonces para el cálculo del volumen almacenado de agua se utilizó la relación:

Porosidad (n) = Vvacíos/ Vtotal

Para suelos totalmente saturados el volumen de vacios es igual al volumen de agua existente, pues se

hace la suposición de que en un suelo saturado no existe lugar para aire, entonces:

Porosidad (n) = Vagua/ Vtotal

Donde para arcillas como la clorita tenemos el valor teórico de n=0.7, reemplazando y despejando el

valor del volumen de agua tenemos:

Vagua = Porosidad (n) * Vtotal

Vagua = 0.70 * 3’784.645,16 m3

Vagua = 2.65E-3 Km3


Fig. 18 y 19.- Modelo en 3d del bofedal mostrando el volumen a restar, fuente: elaboración propia. Fuente: elaboración propia


CALCULO DEL FLUJO DE DARCY – FLUJO DARCIANO

Con todos los datos anteriores podemos calcular la descarga específica o flujo de Darcy mediante la ecuación:

hq K

l

Donde K es la conductividad hidráulica, Dh/Dl es el gradiente hidráulico entre los puntos de análisis en este caso, dado por la dirección del flujo lo hacemos entre los piezómetros Pzf y Pz01 (ver gráfico); entonces tenemos para la Dh = 4467,0 - 4459,4 m = 7.6 m; y una distancia entre ambos piezómetros de Dl = 259.5 m.; entonces sustituyendo en la anterior ecuación:

7.610 9

259.5

2.91 10

m mq E

seg m

mq E

seg

Haciendo una transformación de unidades:

9.18mm

qaño

VELOCIDAD, CAUDAL Y TIEMPO DE RESIDENCIA DE ESTAS AGUAS.

DIRECCION DE FLUJO

Del muestreo de niveles piezométricos realizado durante un año desde agosto de 2009 a septiembre del 2010, se obtuvo la información suficiente para realizar líneas equipotenciales y determinar la dirección del flujo, (Ver 2do Informe Semestral, Enero 2011).

Este mapa de líneas de equipotenciales se ha elaborado para dos épocas (Agosto y Diciembre), No se realizó la discretizacion de la dirección de flujo para líneas equipotenciales para el flujo somero como para flujo profundo al no tener suficiente evidencia de la distribución espacial del espesor del bofedal. Esta dirección de flujo se ve claramente influenciada por la topografía, pues el bofedal al estar con saturación completa durante la mayor parte del año, las líneas equipotenciales son casi paralelas a las curvas de nivel topográfico.

Hay en la zona del estudio flujo preferencial paralelo a los riachuelos de norte a sur a la mitad del bofedal, para desviarse hacia el suroeste cuando choca con la frontera rocosa aunque es evidente el contacto con otros bofedales al oeste aguas abajo del caso de estudio, las líneas equipotenciales muestran una mayor preferencia del flujo hacia la zona de descarga, donde se encuentra la obra de toma de la población de Llujo, llegando a converger gran parte del flujo subterráneo en esta salida (zona suroeste).

Este tipo de flujo es más notorio durante toda la época de lluvias (diciembre 2010), llegando a tener pequeñas variaciones por la evaporación.

En época seca (Julio - Agosto) se tiene la misma dirección de flujo, aunque muchos de los piezómetros tengan drásticas caídas del nivel freático, el comportamiento del flujo en general es el mismo. Si bien deja de llover hay una tendencia a mantener el nivel estático por la intrusión de agua de deshielo, es por ello que no se distingue cambio significativo entre ambas épocas, pero queda en evidencia que en época seca los niveles pueden reducirse drásticamente en las capas componentes del bofedal, especialmente en zonas alejadas del abanico. Las figuras siguientes de agosto, 2009 y diciembre, 2010 muestran claramente lo descrito


Fig. 20 y 21.- Disposición de las líneas de flujo, junto con la escala y magnitud. La figura de arriba muestra las líneas de flujo para la época de lluvias, mientras el de abajo para la época seca. Fuente: Informe semestral, Enero 2011)

Al este, sureste de la zona de estudio se observa una pequeña divisoria de aguas creada por la forma del abanico de la morrena el cual genera un flujo de agua subterráneo de Norte a Sureste, coincidiendo con el afloramiento de agua subterránea a manera de manantiales en esta frontera del bofedal.


CALCULO DE LA VELOCIDAD DE FLUJO

El cálculo de la descarga específica y la velocidad de flujo se estimó para distintas zonas ó capas estudiadas en el bofedal.

Los resultados informan velocidades de flujo estimadas desde 8.75E-4m/año para los pozos más profundos hasta 1.440m/año para pozos someros o pozos ubicados en la zona de recarga. Estas zonas están caracterizadas por:

Zona pozos profundos: cálculo realizado entre los pozos Pzb, Pzc, Pzd, Pzk, Pzh y Pzi, con una descarga especifica promedio de 2.27E-11m/seg, porosidad asumida entre 0.7 y 0.5, y velocidad promedio de 0.001 m/año.

Zona de recarga: cálculo realizado entre los pozos Pz2, Pz6, Pz8 y Pzs, con una descarga específica promedio de 1.03E-8/seg, porosidad asumida entre 0.3 y 0.4, y velocidad promedio de 1.10 m/año.

Todos estos resultados se obtuvieron mediante la ley de Darcy:

v=-K/n*∆h/∆L

Donde: “n” es la porosidad de la capa en estudio, “K” es la conductividad hidráulica expresada en [m/s] y “Δh/ΔL” es el gradiente hidráulico.

Los valores de porosidad se obtuvieron de bibliografía, valores que correlacionen a los valores de conductividad hidráulica, (Stephenson et al., 2005), (Carter, 1993).

MODELO CONCEPTUAL

Un modelo conceptual es una representación simplificada pero completa, del sistema de flujo de agua subterránea que puede mostrarse en una sección transversal o en un diagrama de bloque. La naturaleza del modelo conceptual conduce a la determinación de las características de un posterior modelo numérico. Su objetivo es simplificar y organizar los datos de campo con el fin de analizar con mayor facilidad, sin embargo, debe reproducir adecuadamente el comportamiento del sistema (Cortez, 2004). Cuanto más se aproxime el modelo conceptual de las características naturales y físicas del acuífero, más preciso será el modelo numérico.

El proceso, construcción ó elaboración de un modelo conceptual hidrogeológico incluye:

i. Perforaciones realizadas en el sitio (localización y profundidad e información relacionada)

ii. Secciones transversales usada para interpretar la litología

iii. Mapeo de las unidades hidrogeológicas

iv. Mapeo del agua superficial y del flujo de agua subterránea

v. Muestreo de suelo y agua subterránea (Carga y concentraciones)

vi. Imagen en corte transversal o en 3D del sistema hidrogeológico

La Figura 3, muestra el modelo hidrogeológico conceptual del área de investigación, donde se puede apreciar todo lo descrito anteriormente: dos capas geológicas características: bofedal y arcilla la dirección del flujo, conductividad hidráulica representativa del acuitardo y de la capa orgánica, además de la ubicación de los piezómetros, boreholes, manantiales y riachuelos y la proximidad del glaciar y morrena.

Como se puede observar hay dos flujos preferenciales en el sistema, uno es de norte a sur para luego ser desviada al suroeste por el basamento rocoso y el otro de menor magnitud es de Norte a sureste, desembocando en manantiales nuevos en la roca. No existe conexión del bofedal con el rio ni tampoco respaldos que aseguran su interconexión con la parte alta de la cuenca.


FIG. 22.- Modelo conceptual entre agua subterránea y superficial, el sentido del flujo esta marcado por las flechas, exageracion vertical 10x.

Fuente: Elaboración propia

ESTIMACIÓN DEL CAUDAL “Q” Y TIEMPO DE RESIDENCIA, “T”

Teniendo el modelo conceptual, y considerando saturación completa en el sistema (época húmeda) para la dirección velocidad y magnitud del flujo, se realizo el cálculo del Caudal en tramos distintos debido a la variación espacial de la conductividad hidráulica.

Caudal es la cantidad de agua que atraviesa una sección en una unidad de tiempo y para su cálculo se utilizaron las siguientes ecuaciones:

qQ A v A

n

Donde: “Q”, es el caudal que atraviesa el área “A” (obtenido de los cortes transversales realizados), con una velocidad “v”. La velocidad fue calculada a partir de datos de porosidad “n” y de la descarga especifica “q” calculada con la ecuación de Darcy en tramos preestablecidos. Todos los valores así calculados se encuentran resumidos en la Tabla No 12 y con unidades correspondientes al Sistema Internacional

El tiempo de residencia de un reservorio dentro de un sistema, es el tiempo medio que una molécula de agua pasará en esa reserva. Medida o cuantificación de la edad media del agua en ese reservorio, aunque parte del agua pase mucho menos tiempo que el promedio y otra parte mucho más tiempo.

En hidrología, los tiempos de residencia pueden estimarse de dos formas. El método más común se basa en el principio de conservación de la masa y asume que la cantidad de agua en un reservorio dado es aproximadamente constante.

Con este método, los tiempos de residencia se estiman dividiendo el volumen del reservorio por la tasa a la cual el agua entra o sale del mismo.

VolT

Q (1.3)

Donde, “T” es el tiempo de residencia, “Vol”, representa el volumen de agua en el medio poroso (en este caso se utilizo un espesor unitario) en estado estacionario. Conceptualmente, esto es equivalente al cronometraje de cuánto tiempo tardaría el reservorio vacío para llenarse si no saliera nada de agua (o

EVAPORACION

INFILTRACION DE MANANTIALES Y GLACIAR

PRECIPITACION

ESCORRENTIA DEL DESHIELO Y PRECIPITACION


cuánto tiempo tardaría el reservorio lleno en vaciarse si no entrara nada de agua). Los resultados de este cálculo se encuentran nuevamente en la tabla anterior.

Como era predecible los caudales calculados muestran valores relativamente altos para la capa orgánica (superiores a los 2000.0m3/año) y sumamente pequeños para el acuitardo (entre 2.0 y 9.0m3/año) aun cuando estos últimos tienen gradientes hidráulicos y áreas importantes.

Los tiempos de residencia muestran valores que oscilan de 40 a 150 meses entre piezómetros ubicados en la capa orgánica y valores mayores a los 2700 años entre piezómetros ubicados en la capa impermeable.

L Dh Dh/DL q v v A Q Vol T DETALLE

m/seg m/seg m/año m2 m3/año m3 años POZO

Pz2 Pze 81 8 0.10 1.78E-08 3.56E-08 1.121 1795 2012.30 8973.15 4 Somero

Pze Pzb 79 3 0.04 2.11E-11 4.21E-11 0.001 1795 2.38 8973.15 3765 Profundo

Pzb Pzc 84 4 0.05 2.87E-11 5.74E-11 0.002 1795 3.25 8973.15 2762 Profundo

Pz6 Pzf 39 3 0.08 1.37E-08 4.57E-08 1.440 6030 8682.48 30150.00 3 Somero

Pz8 Pzl 59 5 0.08 1.35E-08 4.51E-08 1.421 6033 8575.50 30165.00 4 Somero

Pzs otoma 611 90 0.15 5.08E-09 1.27E-08 0.400 6036 2415.49 30180.00 12 Intermedio

Pzd Pzk 74 2.7 0.04 2.16E-11 4.32E-11 0.001 6042 8.23 30210.00 3671 Profundo

Pzk Pzh 97 3.7 0.04 2.27E-11 4.54E-11 0.001 6043 8.66 30215.00 3489 Profundo

Pzh Pzi 4 0.3 0.07 1.94E-11 2.78E-11 0.001 6044 5.29 30220.00 5712 Profundo

Path

Tabla 12.- Resumen de los cálculos realizados en tramos escogidos entre piezómetros. Fuente: Elaboración propia


HIDROGEOQUÍMICA

La caracterización hidrogeológica se complementa con un análisis de los parámetros fisicoquímicos y químicos de los cuerpos de agua que intervienen en el bofedal. Este análisis químico se lo realizó mediante el muestreo de aguas en piezómetros escogidos, en manantiales y ríos para observar la influencia o no del escurrimiento superficial al agua subterránea.

En las figuras 22 a 26 se encuentran graficados los parámetros fisicoquímicos (pH, Conductividad eléctrica, CE, temperatura, Oxígeno disuelto en % OD).

Los datos de pH y OD obtenidos muestran valores mayores en ríos y menores en pozos aún cuando estos están cercanos al río. Anticipamos valores mucho menores de oxígeno disuelto en pozos al no tener contacto con el medio ambiente exterior, pero son valores que sufren modificación en su magnitud debido a errores de muestreo que posibilitaron ingreso de oxigeno.

Sin embargo en la figura 35 se han descartado los datos de oxígeno obtenido de ríos y manantiales generando el mapa de OD que muestra el bajo contenido de oxigeno disuelto del bofedal en general.

Los datos de temperatura y conductividad eléctrica CE, muestran gráficos similares que muestran valores máximos en la zona este del bofedal, donde debido a la baja pendiente topográfica se forma un lago con concentraciones mayores de temperatura (piezómetro pza) y conductividad eléctrica.

Resumimos este apartado mencionando que con los datos obtenidos, la influencia del rio, manantiales y cuerpos de agua superficiales al tener valores altos de velocidad de flujo, y por la geología del bofedal es que tienen poca influencia con el agua subterránea,

Fig. 22.- Mapa de isoconcentraciones de pH, la magnitud también se observa en el cambio de color de líneas. Fuente: elaboración propia


Fig. 23.- Mapa de isoconcentraciones de temperatura, la magnitud también se observa en el cambio de color de líneas. Fuente: elaboración propia

Fig. 24.- Mapa de isoconcentraciones de Oxigeno Disuelto en porcentaje, la magnitud también se observa en el cambio de color de líneas. Fuente: elaboración propia


Fig. 25.- Mapa de isoconcentraciones de Oxigeno Disuelto en porcentaje pero sin los valores registrados en los ríos. Fuente: elaboración propia

Fig. 26.- Mapa de isoconcentraciones de CE, la magnitud también se observa en el cambio de color de líneas. Fuente: elaboración propia


PIPER

Otoma

Pzo

Pzr

Pzk

Pzf

Pze

Pzc

Spring1

Spring2

Pzl

Crossriver

Pzs

Fig. 27.- Diagrama de Piper para la clasificación de los cuerpos de aguas del bofedal en función de sus componenetes mayoritarios. Fuente: Elaboración propia

Al dar por terminado el trabajo realizado; con toda esta información generada, se transcriben algunas

consideraciones finales así como algunas recomendaciones sobre el estudio de bofedales.


CONCLUSIONES

TOPOGRAFÍA, GEOLOGÍA Y GEOMETRÍA

El bofedal de estudio pertenece a la cuenca del nevado Illimani, ubicado a una altura de 4500msnm cuenta con un área total de 15.5Ha, y se encuentra flanqueado al Norte, Sur y Este por una barrera rocosa compuesta de capas intermitente de piedra arenisca, limolita, lutita y pizarras, al Noreste se aprecia una morrena frontal del glaciar que ingresa al bofedal depositándose a manera de abanico (zona de recarga) al Noroeste se encuentra la zona de descarga y el límite final del mismo, ya que recibe aportes de otros manantiales observándose claramente la interconexión con otros bofedales al Oeste del mismo.

La litología del bofedal muestra tres capas dispuestas verticalmente: una capa orgánica (espesor variable de 0.20 hasta 1.0 metros), una capa de transición (de espesor muy variable) entre la capa orgánica y la última capa impermeable o arcillosa que según los datos de campo podría alcanzar los 80 metros de profundidad.

El volumen total del depósito sedimentario se cuantifico en 3’784.645,16 m3 del cual el volumen de agua llega a 2’649.251,61 m3 (n=0.7 y saturación al 100%); la capa orgánica sin embargo, con volúmenes de 45.000,00 m3 podría regular el caudal de lluvias y deshielo, amortiguando drásticamente la escorrentía directa y manteniendo la ecología del sistema.

HIDROLOGÍA

La fluctuación de niveles en los 24 piezómetros instalados tiene, en promedio, variaciones estacionales concordes a la precipitación pluvial registradas en las estaciones aledañas, es decir saturación completa registrada en los periodos Noviembre a Abril y caídas de nivel en la época seca (Mayo a Octubre inclusive).

Menor fluctuación se registra en piezómetros instalados en el abanico de la morrena incluso en época seca, y una drástica caída del nivel en piezómetros profundos indicando poca contribución de la capa arcillosa a la capa orgánica y recarga local en la misma.

Se observó que en plena época seca se produce un incremento de niveles (Mayo - Junio) debido al ingreso de agua proveniente de infiltraciones en la morrena y manantiales (deshielo del glaciar).

La recarga calculada con el método del hidrograma de pozo alcanza en promedio valores de 78.2mm/año y 195.90mm/año para valores de Sy average = 0.02 y Sy máximo = 0.05; Estos valores de recarga equivalen al 11% y 28% de la precipitación total, 700.8mm, registrada en el año de estudio (2009 - 2010)

HIDROGEOLOGÍA

Conductividades hidráulicas obtenidas en laboratorio (hidrometría) y pruebas slug confirman la estratificación natural del bofedal: piezómetros someros (y aquellos cercanos a la zona de recarga) registraron valores promedio de 1.8E-7 a 3.4E-8 m/seg. (arena limosa) le siguen en orden de magnitud piezómetros con valores de 6.5E-9m/seg (limo loess) y, finalmente tenemos valores entre 5.9E-10 a 2.9E-10m/seg corresponde a glacial till ó unweathered marine clay.

El flujo preferencial es paralelo a los riachuelos de norte a sur a la mitad del bofedal, para desviarse, por la barrera rocosa del Sur, hacia el suroeste. Las líneas equipotenciales muestran una mayor preferencia del flujo donde se encuentra la obra de toma de la población de Llujo, (al sur de la zona de descarga).

Se tienen velocidades de flujo que oscilan desde 8.75E-4m/año en pozos más profundos hasta 1.440m/año para pozos someros o pozos ubicados en la zona de recarga. Los caudales calculados son superiores a los 2000.0m3/año para la capa orgánica y entre 2.0 y 9.0m3/año para la capa arcillosa; asimismo los tiempos de residencia muestran valores que oscilan de 40 a 150 meses entre piezómetros


ubicados en la capa orgánica y valores mayores a los 2000 años entre piezómetros ubicados en la capa impermeable.

HIDROGEOQUÍMICA

Conductividad, TDS, Salinidad, Oxígeno disuelto incluso la temperatura muestra un rasgo típico para aguas subterráneas como aguas superficiales. Conductividad, TDS de los cuerpos de agua superficiales tienen valores muy inferiores a los registrados en los piezómetros, así como la temperatura.

A excepción del piezómetro Pzo todas las aguas superficiales muestreadas se clasificaron como: Aguas sulfatadas y/ó cloruradas cálcicas y/ó magnésicas, con elevados valores de sulfato y calcio en comparación de otros parámetros típicos de aguas ácidas. La presencia del piezómetro Pzo en este grupo, llama la atención ya que es un pozo que se encuentra en los límites de la zona de recarga; no obstante también habrá que tomar los problemas encontrados en ocasión del muestreo.

A la vez al grupo de aguas bicarbonatadas cálcicas y/ó magnésicas; pertenecen las aguas subterráneas en general; piezómetros profundos como someros, condicionadas por los valores altos de alcalinidad y Calcio.


RECOMENDACIONES

Bofedales en Bolivia han sido estudiados por biólogos, geógrafos, agrónomos hasta sociólogos llegando a caracterizar los bofedales dentro de su rama de estudio y en base a diferentes tópicos: vegetación, ubicación en la cuenca y función socioeconómica que cumplen. Al ser este trabajo un primer vistazo a la hidrogeología de bofedales, es recomendable que los trabajos siguientes puedan ser respaldados con la intervención de estas otras especialidades, por ejemplo: evolución temporal de la vegetación y su relación con la fluctuación de niveles.

Por ello es importante integrar estudios, especialmente cuando guardan estrecha relación con hidrogeología; pues si partimos de la noción que el bofedal recibe recarga local, y habiéndose obtenido valores de recarga por lluvias del orden del 11%, es claro que el bofedal recibe otra contribución importante para mantener en funcionamiento su sistema: precipitación seca, infiltración en morrenas, deshielo reciente y otros. Si se añade a esta ecuación efectos de fenómenos climaticos (ENSO, Cambio climático) observamos claramente que el bofedal podría realmente jugar un rol importante dentro del ciclo hidrológico en estas cuencas; sin embargo debido a problemas con la modelación hidroglaciológicos poco se puede hablar sobre el comportamiento del bofedal dentro del sistema hidrológico en cuencas con glaciares y efectos de Cambio Climático.

Es recomendable ampliar el estudio con un análisis isotópico a detalle con muestras de deshielo, en cuerpos de agua, en alturas mayores a la del bofedal, en lugares donde se tengan evidencias de evaporación, deshielo, fusión y otros; pues por los estudios de tritio realizados por (Aravena, y otros, 1999) en nieve y deshielo, mostraron que esa agua era relativamente reciente (deshielo de la nieve que cayó en la temporada pasada), y no agua producida por derretimiento hielo “antiguo” de hace miles de años.

Es posible que exista una buena cantidad de bofedal por debajo de lo expuesto, o sea mayor materia orgánica, es recomendable realizar un análisis más detallado del suelo debajo del bofedal, y ver si se encuentra un porcentaje de carbono relativamente alto. La parte más activa del bofedal es la que generalmente se estudia sin tomar en cuenta que luego se encuentra una parte más descompuesta (¿composición, comportamiento?, posteriormente se tiene otra parte más negra, mas impermeable de color gris/verde negruzco característicos de la arcilla till glacial.


REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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8. Todd DK (1980) Groundwater hydrology, 2nd edn. Wiley, New York, 535 pp

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Portugal), International Institute For Geo-information Science And Earth Observation Enschede, The Netherlands

http://www.interscience.wiley.com/


ANEXO I

ESTADISTICAS Y PARAMETRIZACION DEL MODELO ESTOCASTICO ARMA (1,2)

Station 2: BOFEDAL WATER LEVEL Data Historical Generated Mean 704.1 704.1 StDev 1.148 1.159 CV 0.001631 0.001644 Skew -0.1274 -0.1621 Min 701.1 700.4 Max 706.2 707.2 acf(1) 0.8166 0.8178 acf(2) 0.6152 0.6555 Current_Model: ARMA(1,2) For Site(s): 2 Model Fitted To: Mean Subtracted Data PARAMETERS: White_Noise_Variance: 0.427757 AR_PARAMETERS: PHI(1) 0.761419 MA_PARAMETERS: THT(1) THT(2) -0.189089 0.020173


ANEXO II

TRAZAS SINTÉTICAS DE PIEZOMETRÍA (EN DATOS DE PRESION EN mb)

NF_ARMA1_2.sam % Station 2 : BOFEDAL % Generated MENSUAL WATER LEVEL Data % Number of Traces : 5 % Length of Trace : 455 % Starting Seed : 1 % Trace #1 % Trace #2 % Trace #3 % Trace #4 % Trace #5 701.525 702.282 702.388 702.251 701.527 702.689 702.576 702.334 704.04 702.882 703.077 704.201 703.347 704.01 703.63 702.919 705.264 705.099 703.86 703.464 701.949 706.631 704.639 703.775 702.581 701.43 705.521 703.317 703.968 703.281 701.106 705.094 703.491 704.364 705.223 701.413 705.126 703.336 704.277 705.469 701.733 704.919 703.815 704.451 704.057 702.265 703.784 703.851 705.2 704.768 703.021 703.79 704.821 704.914 704.338 704.354 703.128 704.068 705.01 705.741 704.926 703.203 703.779 704.116 705.352 704.546 702.896 703.636 704.293 705.236 703.754 702.834 703.917 704.43 704.261

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Componente Hidrogeológico del Bofedal del Nevado...

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