Modelo conceptual

La elaboración del modelo conceptual consiste en la definición del área de interés con la identificación de sus fronteras. Para el caso de estudio es necesaria una simulación un poco más detallada espacial y temporalmente, por lo que en vez de trabajar con la superficie total del acuífero, solo se trabajará con una franja de 40 Km sobre el río y de 10 Km a cada lado del río. Esta franja limita al sur con Estación Conchos, al norte el poblado El Orranteño, al oriente la sierra Los Platos.

Estos son los valores de las edades que se utilizaran para calibrar posteriormente el modelo matemático.

4.6 Procedimiento de modelación 4.6.1 Definición del objetivo:

El objetivo del modelo es establecer y determinar las interacciones que se efectúan en el sistema del río Conchos y el acuífero Meoqui – Delicias en Chihuahua, México. El área de estudio estará comprendida en un tramo de 40 Km del Río Conchos, y con una extensión de 10 Km a cada margen del río. Esta modelación tiene como finalidad responder a la interrogante de cuales son las características y condiciones en las que se debe mantener el acuífero y el río para que se mantenga tanto el cauce del río como mantener un adecuado aprovechamiento del acuífero, esto es, que condiciones de extracción deben existir para que el aprovechamiento por el distrito de riego permita que se proteja el acuífero y que el río continúe llevando un caudal de agua considerable sin afectar la vida acuática.

4.6.2 Modelo Conceptual:

La elaboración del modelo conceptual consiste en la definición del área de interés con la identificación de sus fronteras. Para el caso de estudio es necesaria una simulación un poco más detallada espacial y temporalmente, por lo que en vez de trabajar con la superficie total del acuífero, solo se trabajará con una franja de 40 Km sobre el río y de 10 Km a cada lado del río. Esta franja limita al sur con Estación Conchos, al norte el poblado El Orranteño, al oriente la sierra Los Platos.

Estos son los valores de las edades que se utilizaran para calibrar posteriormente el modelo matemático.

4.6 Procedimiento de modelación 4.6.1 Definición del objetivo:

El objetivo del modelo es establecer y determinar las interacciones que se efectúan en el sistema del río Conchos y el acuífero Meoqui – Delicias en Chihuahua, México. El área de estudio estará comprendida en un tramo de 40 Km del Río Conchos, y con una extensión de 10 Km a cada margen del río. Esta modelación tiene como finalidad responder a la interrogante de cuales son las características y condiciones en las que se debe mantener el acuífero y el río para que se mantenga tanto el cauce del río como mantener un adecuado aprovechamiento del acuífero, esto es, que condiciones de extracción deben existir para que el aprovechamiento por el distrito de riego permita que se proteja el acuífero y que el río continúe llevando un caudal de agua considerable sin afectar la vida acuática.

4.6.2 Modelo Conceptual:

La elaboración del modelo conceptual consiste en la definición del área de interés con la identificación de sus fronteras. Para el caso de estudio es necesaria una simulación un poco más detallada espacial y temporalmente, por lo que en vez de trabajar con la superficie total del acuífero, solo se trabajará con una franja de 40 Km sobre el río y de 10 Km a cada lado del río. Esta franja limita al sur con Estación Conchos, al norte el poblado El Orranteño, al oriente la sierra Los Platos.

Al revisar la geología de la zona, se tiene la presencia de una falla geológica del tipo normal que discurre a elevaciones medias, por la sierra Las Palomas, y con la seudo estratificación de roca volcánica que presenta se considera que esta falla constituye una frontera de flujo nulo para el área del modelo, por lo que se optó por considerarla como la frontera oriental de modelo. De la misma manera, al hacer la verificación de campo se encontró que hacia la esquina sur occidental del modelo, no existen pozos o aprovechamientos en el área, por lo que se decidió trabajar sólo en las zonas en donde si haya estos aprovechamientos.

Figura 4-6. Delimitación del área de modelación, se puede observar las sierras como frontera en la margen derecha del río.

Los tres pasos en la formulación del modelo conceptual consisten en: (1) la definición de las unidades hidroestratigráficas; (2) el planteamiento de la ecuación de balance de aguas subterráneas y la cuantificación preliminar de sus componentes; y (3) la definición del sistema de flujo. Para el desarrollo del el modelo conceptual se utilizaron los siguientes datos:

En el área de estudio se encuentran afloramientos del periodo Cuaternario, Terciario y Cretácico Inferior. Entre los afloramientos del Cuaternario se tienen aluviones de planicie (denominados: Qholm), materiales lacustres (Qhola), coluvión (Qhoco) y conglomerado polimíctico (QpthoCgp).

Aluvión de Planicie (Qholm). Consiste en depósitos sedimentarios, principalmente limos, con presencia adicional de arenas y arcillas. Tienen una distribución muy amplia en el área y su espesor varía de 0.1 m hasta los 2 m. Coluviones (Qhoco). Son depósitos de talud, se localizan en regiones donde se tienen cambios bruscos a pendiente de la topografía (entre la Sierra Palomas y la Sierra Los Platos).

Conglomerados Polimícticos (QpthoCgp). Son depósitos conglomeráticos, derivados principalmente de rocas ígneas y escasas rocas sedimentarias, que presentan muy poca compactación, se localiza en las partes topográficamente bajas. Su espesor varía desde unos cuantos metros hasta alcanzar los 15 m en promedio. Se encuentra en la zona centro sur del área de estudio.

Basalto(TmB). Es una unidad ígnea efusiva, generalmente forma derrames de gran magnitud por extrusión fisural o de un cono central. Sus afloramientos se encuentran distribuidos en la porción sureste del área de estudio. Su espesor varía de 20 a 60 m.

Conglomerado Polimíctico (TmCgp). Se definió como una roca conglomerática, constituida por fragmentos de caliza, arenisca, lutita, riolita, basalto y tobas, etc. Se encuentran distribuidas en las porciones norte, sur y suroeste del área de estudio. El espesor de la unidad varía de 5 hasta 150 m.

Andesita – Toba Andesítica (ToA-TA). La unidad está compuesta básicamente por derrames y tobas de la misma composición la cual está representada por: andesina y oligoclasa. Se ubican principalmente en el flanco oriental de la sierra Los Platos. Su espesor se estima en 40 m.

Toba Riolítica (ToTR). Esta unidad aparece sumamente fracturada. Se distribuye ampliamente dentro del área de estudio. Su espesor fluctúa entre los 150 y 200 m.

Andesita (ToA), Su distribución es muy restringida, aflora únicamente en la porción centro sur del área de estudio. Su espesor se estima en 50 m.

Formación Aurora (KaCz). Esta unidad se define como una serie de wackestone - packestone y grainstone en estratos masivos, con abundante fauna de rudistas y microfauna constituida por miliolidos y algas. Estas rocas están restringidas a la porción suroeste del área de estudio. El espesor varía de los 70 a los 250 m.

Formación Finlay (KaCz-Ar). Es una secuencia de calizas con horizontes arcillosos de color gris claro a oscuro, de estratificación gruesa y con nódulos de pedernal. Se tiene un pequeño afloramiento en la porción sureste. Los espesores observados son del orden de 10 a 30 m y de forma irregular.

4.6.2.1 Definición de las unidades hidroestratigráficas.

Las unidades hidroestratigráficas se tomaron de ITESM y EPAS (2005) para el área de estudio, observándose en el área cinco unidades:

a. Una unidad hidroestratigráfica superior con un espesor que varía de 1 a 6.5 m, y consiste en gravas, arenas y fragmentos de roca volcánica y sedimentaria, que le proporcionan una buena permeabilidad.

b. Por debajo de está, se identifica otra unidad hidroestratigráfica consistente en gravas, arenas y un bajo contenido de arcillas, cuyo espesor varía de 1 a 32 m, y también presenta una buena permeabilidad. En la calibración del modelo hidrodinámico se establecerá si esta unidad y la anterior pudieran considerarse como una sola.

c. A mayor profundidad, se encuentra otra unidad hidroestratigráfica consistente de arenas, gravas con contenido arcilloso bajo, con un espesor que varía de 2 a 38 m, y con una permeabilidad de media a baja.

d. Subyaciendo a la unidad anterior, se tiene una unidad hidroestratigráfica compuesta de arenas, gravas y arcillas, con un espesor que varía de 50 a 168 m, y una permeabilidad es moderada.

e. Finalmente, aparece una unidad hidroestratigráfica inferior consistente en el mismo conglomerado polimíctico, y que presenta una permeabilidad moderada. La base de esta unidad no fue detectada por los sondeos geofísicos, pero se infiere que descansa sobre rocas calizas del Cretácico. 4.6.2.2 Descripción del Sistema de Flujo Subterráneo.

La falla normal con dirección sureste – noroeste que se extiende a lo largo de las sierras por el oriente del río Conchos constituye una frontera de flujo subterráneo nulo hacia el acuífero Meoqui – Delicias, es decir, no hay coincidencia entre el parte aguas superficial y el subterráneo, y el agua pluvial infiltrada en la sierra

por el oriente de la falla constituye una fuente de recarga para el vecino acuífero de Llano de Gigantes

Se aprecia que la profundidad al noreste decrece en dirección al cauce del río Conchos, en donde se torna muy somera. Por el contorno poniente del área de estudio, y de sur a norte, la profundidad al noreste varía entre 15 y 40 m aproximadamente en ambos meses. A lo largo del río se tienen niveles someros medidos entre 2 y 5 m de profundidad. Esta profundidad se debe reducir hacia la vecindad inmediata del río, lo cual sugiere que la descarga del acuífero al río ocurre en casi toda el área de estudio.

La red de flujo subterráneo sugiere una descarga hacia el río Conchos. En lo general, el flujo regional presenta una trayectoria con una componente hacia el norte siguiendo el curso del río Conchos, aunque también se aprecia una componente de flujo en dirección al río proveniente de sus alrededores. Este flujo se ve intensificado por la recarga de retorno de riego que ocurre en las áreas agrícolas vecinas.

En lo general, y aun cuando se trata de la temporada de lluvias, las recuperaciones y los abatimientos observados en este periodo son pequeños y se puede concluir que, al menos en el área de estudio, el agua subterránea se encuentra prácticamente en un estado estacionario de flujo.

4.6.2.3 Balance de Aguas Superficiales y Subterráneas

a) Agua Superficial

Para el cálculo del balance de agua superficial se tomaron en cuenta dos recorridos hidrométricos a lo largo del río Conchos (ITESM y EPAS, 2005). En el primer recorrido se establecieron 4 estaciones de monitoreo, seleccionando los sitios:

Estación 1. Canal San Antonio ubicado en 473015 y 3100928 (coordenadas UTM). El gasto Q en esta estación fue 0.596 m3_/seg.

Estación 2. Cauce del río Conchos aguas abajo de la descarga de aguas residuales de Saucillo, con coordenadas UTM 471818 y 3102176. El gasto medido en esta estación fue 0.1139 m3/seg.

Estación 3. Acequia que se inicia en el cárcamo de las aguas residuales, y el gasto en esta sección fue 0.092 m3/seg.

Estación 4. Cauce del río Conchos a una distancia de 10.5 km de la Estación 2, sus coordenadas UTM son: 468215 y 3111903, y el gasto que se obtuvo fue 0.671 m3/seg.

El gasto se determinó por el método de áreas y flotadores, acondicionándose los sitios adecuados para realizar las mediciones y determinando la distancia entre cada sección de medición. En las estaciones 1, 2 y 4 el tramo fue 10 m, mientras que en la Estación 3 se tomaron 5 m entre sección y sección.

El cálculo de la velocidad de flujo se efectuó por medio de un flotador, consistente de una pelota la cual se tira en la parte central del dren y a 5 m aguas arriba de la sección 1; así que al pasar la pelota flotando por la sección 1 la velocidad ya es constante al igual que en la sección a 10 m de distancia. Esta operación de cronometraje se realizó 2 veces y los valores obtenidos se promediaron para determinar la velocidad del agua. Se utilizó la siguiente fórmula:

A v

Q= * [10]

Donde Q : gasto en m3/seg. v : Velocidad en m/seg.

A : Área promedio de las secciones en m2

En el segundo recorrido hidrométrico se efectuaron seis mediciones en el cauce del río Conchos, cuatro de ellas corresponden a las estaciones 1, 2, 3 y 4 que son las mismas del primer recorrido hidrométrico y que se complementaron con las nuevas estaciones 5 y 6 que se localizan al sur y al norte del área de estudio, en las coordenadas UTM: 477256 y 3096194; y 468382 y 3117244, respectivamente La Estación 5, llamada Parritas, está situada cerca del poblado del mismo nombre, y la Estación 6, llamada Vado, se ubica a la altura del poblado El Orranteño.

Finalmente, considerando las estaciones hidrométricas 5 y 6, ubicadas por los extremos sur y norte del área de estudio, respectivamente, se observa un incremento en el caudal del río Conchos de 0.097 m3/seg. en mayo de 2005, y de 0.37 m3/seg. en septiembre del mismo año.

b) Agua Subterránea

Las componentes de entrada de agua al área de estudio son el flujo subterráneo procedente del sur, suroeste y poniente, la recarga difusa por precipitación, retorno de riego — donde se incluye la infiltración en canales— y la que ocurre en la mancha urbana de la ciudad de Saucillo. Se juzga, con apoyo en la topografía, hidrometría de superficie y piezometría, que la recarga lineal por infiltración a lo largo del río Conchos es insignificante en el área de estudio. Las salidas de agua están dadas por el flujo subterráneo con dirección al norte que ocurre por la zona de El Orranteño, la extracción en pozos, la evapotranspiración (ET) de la vegetación freatofita y la descarga de agua subterránea en el río Conchos. Se juzga, también con base en la topografía, hidrometría de superficie y piezometría, que esta descarga ocurre por casi toda el área de estudio.

En las Estadísticas del Agua en México 2005 (CNA, 2005) se establece que el acuífero con el que se está trabajando se encuentra en equilibrio, por lo que se ha optado por conceptualizar el modelo como en un estado estacionario, por lo que la ecuación de balance de aguas subterráneas para el área de estudio se expresa como: b r s l d e R R L D Q L + + = + + [11] Donde

Le: flujos laterales de entrada por contornos;

Rd: recarga difusa (principalmente por retornos de riego);

Rl: recarga lineal a lo largo del río Conchos;

Ls : flujos laterales de salida por contornos;

Dr : descarga del acuífero al río Conchos;

Qb : extracción por bombeo en pozos;

a) Flujos laterales de entrada. (L_e) Las entradas laterales por contorno se calcularon mediante la Ley de Darcy, la cual establece que el flujo del agua subterránea Q está definida como la conductividad hidráulica K multiplicada por el área perpendicular al flujo por la diferencia de niveles dh entre el ancho de la celda dl (Singh, 1992), para lo cual se trazaron seis celdas de flujo (C1 a C6), obteniéndose un total de 152,293 m3/d, en la Tabla 4-7 se presentan los cálculos.

N IV EL ESTATICO SU PERIO R

AN CH O D E LA CELD A D E FLU JO BAS E D E LA CELD A (850 M S NM )

N IVEL ESTATICO SU PERIO R (M SM N )

dh AL T O D E C E L D A LARG O D E LA CE LDA D E F LUJO K x Ky K z

Dónde:

Q: El flujo lateral en la celda (m3/d) K: Conductividad Hidráulica (m/d) A: Área perpendicular al flujo (m2)

dh: Diferencia en el nivel estático (m)

dl: Ancho de la celda (m)

Tabla 4-8. Cálculo de los flujos laterales de entrada.

Conductividad Alto Ancho Área superficial h1 h2 Dh dl Caudal Celda m/d m m m2 m m M m m3/d C1 9.5 320 1,782 570,171.20 1165 1170 5 772 35,062 C2 7.2 325 4,349 1,413,585.88 1170 1175 5 1,177 43,237 C3 0.915 320 4,083 1,306,608.00 1165 1170 5 380 15,742 C4 2.31 335 6,973 2,335,971.75 1180 1185 5 765 35,266 C5 3 335 1,410 472,182.50 1180 1185 5 1,085 6,531 C6 3 335 4,920 1,648,250.25 1180 1185 5 1,502 16,457 Suma 152,293.87

b) Recarga difusa. Esta recarga ocurre por infiltración del agua pluvial y por los retornos de riego, dado que el modelo se encuentra en un Distrito de Riego, se establecieron valores con una zonificación para 5 áreas distintas: Matorral desértico, pastizal, zona de riego, bosque de galería y zona urbana, ya que son las zonas presentes en la carta del uso de suelo para esta región. Se supuso un valor de recarga de 5 % de la precipitación media anual, o sea 16.25 mm por año de recarga. Este valor se ajustará en la calibración del modelo.

No consideramos utilizar la fórmula de Turc para estimar esta recarga ya que dicha ecuación supone que todo el ingreso es por precipitación pluvial, lo cual no aplica en la zona de estudio, ya que se reciben los escurrimientos superficiales que se generan en las elevaciones mayores en las sierras y el retorno por riego.

Por otra parte, en las superficies cultivadas, que son 440.29 km2 _{en el área}

de estudio, la recarga difusa se estimó como la suma de las láminas de precipitación y de riego menos el uso consuntivo (evapotranspiración) de los cultivos. La precipitación media anual es 325 mm, la lámina de riego aplicada es 737 mm y el uso consuntivo es 667 mm (CNA, 1990), de donde se obtiene una recarga difusa de 416.1 mm/año ó 1.14 mm/día. Se considera que dentro de la calibración se obtendrá un valor más preciso de la recarga difusa.

c) Descarga del acuífero al río Conchos. En los estudios revisados, y los datos topográficos, de la zona, se indica que la recarga del río al acuífero es insignificante en el área de estudio. Se espera que la descarga del acuífero al río sea muy variable a lo largo del mismo, y como además se desconoce la conductancia del lecho del río, esta descarga se estimará en la calibración del modelo, en donde además de los datos piezométricos se utilizarán como observaciones.

d) Extracción por bombeo. En el área de estudio se tienen 437 aprovechamientos, de los cuales 231 son pozos y 206 son norias. La extracción anual se estimó con base en el caudal medido en la mayoría de los pozos o norias, lo que estima un aproximado de 2,884.93 m3/d para las norias y 18,744.79 m3_{/d para los pozos, haciendo un total de 21,679.72}

m3_{/d, suponiendo que la cantidad de bombeo no cambie en todo el año.}