Mejora del conocimiento hidrogeológico

Este estudio demuestra la aplicación integrada de herramientas hidrogeoquímicas, piezométricas, geofísicas y de balance hídrico para evaluar la ocurrencia y la variación temporal de las interacciones entre acuíferos, humedales y ríos. La comprensión de estas dinámicas contribuye a la correcta implementación de las medidas de gestión y protección de los recursos hídricos y los humedales.

El sistema acuífero de la región es multicapa, de gran espesor, compuesto por material aluvial. El acuífero freático se separa del acuífero confinado por una capa gruesa de arcillas que desaparece gradualmente hacia los conos aluviales.

El sistema acuífero se utiliza para el suministro de agua a la ciudad de Cali y los municipios circundantes, así como para cultivos de riego (principalmente caña de azúcar), en combinación con el agua superficial del Río Cauca y sus afluentes. Se encuentran en la zona varios humedales palustres con importantes funciones ecológicas y culturales, pero su dependencia de las aguas subterráneas no es conocida.

El área de estudio es alrededor del humedal El Cabezón, de un área aproximada de 4 km2. Los resultados de estos estudios detallados en áreas pequeñas se pueden utilizar para otros humedales ubicados en el valle del Cauca, para responder a preguntas acerca de los factores que influencian el nivel del agua en el humedal, su dependencia con el acuífero y el impacto de las extracciones de agua.

La entidad responsable por el trabajo fue la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC). La recopilación de los datos, el muestreo en campo y la interpretación de los resultados de geofísica, hidrogeología e hidrogeoquímica se realizó en colaboración con Hidrogeocol, Deltares e IHE Delft.

Ya existía conocimiento bastante detallado sobre el sistema acuífero del Valle del Cauca con respecto a las formaciones geológicas existentes y sus propiedades hidráulicas, así como la recarga y el potencial de explotación del acuífero. No obstante, esta fue la primera vez que se realizó un estudio integrado de las interacciones acuífero-humedal-río en la zona utilizando metodologías complementarias en las áreas de especialidad indicadas.

Para el estudio piezométrico (de niveles de agua) y hidrogeoquímico se instalaron 10 pozos de monitoreo (piezómetros) en el río Cauca, así como en el humedal y sus alrededores. Para recoger muestras de la precipitación fue necesario instalar un pluviómetro. Para todas las muestras (lluvia, río, humedal, acuífero) se analizaran los iones mayoritarios, nutrientes y varios metales, en el laboratorio de la CVC. Este estudio tuvo una duración total de un año. Los datos diarios de precipitación y evapotranspiración, necesarios para calcular el balance hídrico del humedal, se obtuvieron a través de una estación meteorológica cercana existente.

Para el estudio hidrogeoquímico se realizaron dos campañas de muestreo, una al final de la época seca y otra al final de la época lluviosa. El objetivo era estudiar las variaciones estacionales y las relaciones espaciales de la química de los diferentes tipos de agua. Cada campaña tuvo una duración de aproximadamente una semana, incluyendo el muestreo de los puntos de otra zona de estudio, el humedal de Timbique. Las muestras de precipitación se tomaron con un pluviómetro en diferentes ocasiones y luego se integraron en muestras compuestas para un determinado intervalo de tiempo, antes de enviarlas al laboratorio. Esto con el fin de evitar la detección de microvariaciones debida a las diferencias químicas de la lluvia para diferentes eventos. En todas las muestras se midieron conductividad eléctrica, temperatura, pH y alcalinidad en campo y se analizaran los iones mayoritarios, nutrientes y varios metales. En el caso del ion cloruro, al encontrarse las concentraciones por debajo del límite de detección del laboratorio de la CVC (2,33mg/L), las muestras se enviaron al laboratorio Actlabs en Canadá, dónde el límite de detección es más bajo (0.03 mg/L).

En los 10 puntos de monitoreo (acuífero, humedal y río) se instalaron sensores de presión para medir el nivel del agua con una frecuencia horaria. Fue necesario compensar los valores registrados con datos de presión atmosférica medida en la zona. Además se hicieron mediciones manuales mensualmente para validar los niveles registrados por los sensores.

Se llevaron a cabo campañas geofísicas con base en tomografías eléctricas (ERT) en seis perfiles alrededor del humedal, para obtener una idea de las formaciones geológicas en los primeros 10-30 m, sus porosidades, contenido en agua y salinidad. La duración del estudio fue de una semana.

Para hacer el balance hídrico del humedal, se utilizaron datos diarios de precipitación de una estación meteorológica existente y se calculó la evaporación diaria.

Los resultados muestran que las variaciones del nivel del río son altas y son causadas por la operación del embalse de Salvajina ubicado 50 km aguas arriba. Las variaciones semanales y mensuales del nivel del río relacionadas con la distribución de la precipitación se reflejan en los pozos de observación ubicados junto al río, que tienen una mayor amplitud piezométrica que los pozos de observación ubicados a mayor distancia.

Durante y poco después de la temporada de lluvias, el nivel del humedal está por debajo del nivel de las aguas subterráneas circundantes y también es relativamente constante, a pesar de la evaporación en curso, lo que indica que el agua subterránea descarga al humedal. Esto se evidencia aún más por los datos hidroquímicos, por ejemplo, al observar los valores de contenido de CO2, alcalinidad y concentración de sílice. En el momento en que los niveles de agua en el humedal están por debajo de los del acuífero y el humedal recibe agua subterránea, la presión de CO2 (calculada en base a mediciones de campo precisas de pH y concentración de bicarbonato) en el humedal es, de hecho, muy cercana a la del agua subterránea, mucho más alta de lo que se esperaría en un cuerpo de agua superficial (y confirmado en los valores del río Cauca y de la precipitación). Los valores de sílice disuelto en el humedal también son en el rango de los medidos en el acuífero.

En la estación seca, las presiones de CO2 se reducen a valores atmosféricos, debido a: i) la liberación de CO2 (desgasificación) del humedal, y ii) la interrupción de la entrada de agua subterránea en el humedal. Esto sucede porque los niveles de agua subterránea descienden por debajo del nivel del humedal, recargando éste el acuífero. Esto se revela aún más por el hecho de que el nivel del humedal cae más de lo que puede explicarse por evaporación, es decir, hay otras salidas de agua. Se observa también un descenso más rápido de los niveles freáticos en la estación seca, en comparación con el humedal, que puede estar asociado a un aumento en la descarga hacia el río Cauca, cuyo nivel disminuye aproximadamente 1.5 m durante la estación seca, y puede ser influenciado regionalmente por las prácticas de bombeo en la época seca. Por otro lado, los estudios geofísicos revelan una capa de material más arcillosa por debajo del humedal, que puede dificultar el flujo vertical. La geofísica también revela la presencia de capas de arena gruesa con alta permeabilidad en la parte superior del acuífero, proporcionando una buena conexión lateral entre el acuífero y el humedal.

Para obtener resultados representativos, es necesario un buen protocolo de mediciones y muestreo en el trabajo de campo, con equipo bien calibrado. La instalación y el mantenimiento de los sensores de presión es un desafío, especialmente para el humedal y el río. Es esencial seguir realizando mediciones manuales mensuales (o cada dos meses) para poder abordar e corregir los problemas que surgen con los sensores.

Contacto: Tibor Stigter, IHE Delft Institute for Water Education

Deltares, UNESCO-IHE, CVC (2016) Estudio de las interacciones humedal - río - acuífero para los humedales de Timbique y Cabezón. Informe del Resultado 2 del proyecto Evaluación de las aguas subterráneas en condiciones climáticas extremas – ESCACES

Stigter T.Y., 2018. Employing a multi-method approach to the study of wetland-groundwater interactions in different climatic settings. XIV Congreso Latinoamericano De Hidrogeología, 23-26 October, Salta, Argentina