eiwfACIONRatrDELACUIFERO
Beste2An
PENELOPE DIAZ CABRERA
Y APROBADAPOREL SIGUIENTE COMITE
(Mp
Dr. ‘ShigeRfee
Diregfor.saeComité
@
oil
Dr. Carlos Francisco Flores Luna Dr. Jests Arturo Martin Barajas
Miembrodel Comité Miembro del Comité
Dr. Enrique Gémez Trevifio
Jefe del Departamento de Geofisica Director de Estudios de Posgrado Aplicada
SUPERIOR DE ENSENADA
DIVISION CIENCIAS DE LA TIERRA
DEPARTAMENTODE GEOFISICA APLICADA
SIMULACION NUMERICA DEL ACUIFERO SUPERIOR
DEL VALLE DE MEXICALI, BAJA CALIFORNIA, MEXICO.
TESIS
que para cubrir parcialmente los requisitos necesarios para obtenerel grado de MAESTRO EN CIENCIASpresenta:
PENELOPE DIAZ CABRERA
parcial para obtener el grado de MAESTRO EN CIENCIAS en CIENCIAS DE LA TIERRA.Ensenada, Baja California México, Febrero del 2001.
SIMULACION NUMERICA DEL ACUIFERO SUPERIOR
DEL VALLE DE MEXICALI, BAJA‘CALIFORNIA, MEXICO.
i
pg)
Resumen aprobado por ( 4
Dr. Jorge Ramiréz Hasacindes DirectorVa Sis
El Valle de Mexicali cuenta con la mayor fuente de agua del Estado proveniente del Rio Colorado y del subsuelo, irrigando el 93% de area cultivada en el Estado de Baja California y abasteciendo de agua potable a mas de 700,000 habitantes.
Se estima que en los siguientes afios aumentara considerablemente la explotacién del acuifero superior y disminuira su recarga, por ello es muy importante evaluar la forma e intensidad en que puede ser explotado. En este trabajo se presenta un modelo conceptual y la simulacién del comportamiento hidratilico del acuifero del Valle de Mexicali para los afios de 1972 y 1994, con el método de diferencia finitas utilizando el programa Modflow. Los parametros geohidrolégicos se obtuvieron de las columnas litologicas de pozos en el area de estudio. Para definir las condiciones del modelo se toma en cuenta las fronteras hidrolégicas naturales y la hidrologia superficial, asi como 218
columnaslitoldgicas, los niveles piezométricos de 206 pozos, los registros anuales de
~rolimenes de agua bombeados, los volimenesde agua de entrada por la Presa Morelos y ia entrada de flujos subterraneos estimadasen estudiosprevios.Modflow presentan bastante similitud con las realizadas por CNA. En este periodo de
simulacién el acuifero no presenta abatimientos debido a que se tuvieron escurrimientos
extraordinarios provenientes del Rio Colorado. Se discute tanto la influencia de estosexcedentes en la recuperacién de los niveles como la posible afectacién del nivel
piezométrico por la disminuciéndela recarga, particularmente si el canal “All American” es recubierto.requeriment to obtain the master IN SCIENCES in EARTH SCIENCES, with option in APPLIED GEOPHYSICS, Ensenada, Baja California, Mexico, Febrero 2001.
Numerical simulation of the upper aquifer of the Mexicali valley,
Baja California,Mexico.
_..-fo ff
SL / f
Dr. JorgeRamire ernandez
WAAdvis
Z
The Mexicali Valley has the biggest source of water in Baja California, coming from the Colorado River and underground,irrigating 93% of the cultivated area in Baja California and supplying drinking water to more than 700,000 inhabitants.
It is estimated that in the upcoming years water extraction from the upper aquifer will increase considerably and recharge will decrease. This is one of the major reasons whyit is very important to properly manage the aquifer. This work presents a conceptual model to simulate groundwater flow using the finite difference method with Modflow. The information that was considered to obtain the hydraulic parameters was the lithological columnsof the wells in the study area. In order to define the conditions of the model, the natural hydraulic borders and surface hydrology were taken into account, as well as 218 existing lithologic columns, the piezometric levels of 206 wells, the record of annual volumes of pumped water, the volumes of water incoming through the Morelos dam andthe entrance of undergroundfluids estimated in previousstudies.
The aquifer of the valley, in its first 120 meters is conceptualized as unconfined, non-homogenous and isotropic, above a regular and impermeable bottom, with a horizontal flow in stationary and transient regime.
The piezometric surface in the aquifer, under steady-state conditions, reproduces - the piezometric levels measured by the Comisiédn Nacional del Agua (CNA) in 1972. These headsare used as an initial solution for the transient simulation during 23 years, until 1994. The obtained transient heads and the mass balance of the system agreed with the measured heads and the estimated mass balance for 1994. To reach the adjustment between observed and calculated heads, a hydraulic conductivity map was obtained based on pump testing from previous studies, lithological correlations among wells and successive approximations. The estimated inputs and outputs of water to the system during the simulated period were calibrated by varying the rate of leakage between the
aquifer and the surficial flows which are the “All American” channel and the Colorado,
Hardy and NuevoRivers. A sensitivity analysis indicates that variations as large as 20% in hydraulic conductivity do not produce significant changes in heads from the calibrated solution.The piezometric surfaces obtained using Modflow for 1972 and 1994 showed a
great similarity with those done by the Comision Nacional del Agua (CNA). During the
from Colorado River. This work discusses both, the influence of these mass excesses on the piezometric elevation and possible diminishing of recharging, particularly if the “All America” Channelis lined.
Al Dr. Jorge Ramirez Hernandez porla direccién deestatesis.
A los miembros del comité de tesis por sus correcciones.
Al M.C. Sergio Hernandez Vazquez porla participacién en la geologia.
Al Centro de Investigacién Cientifica y de Educacién Superior de Ensenada.
I. INTRODUCCION
I.1. Localizacion del area de estudio. 1.2. Antecedentes.
I.2.1. Importancia del Valle de Mexicali. 1.2.2. Trabajos previos.
1.2.3. Problemas hidroldégicosactuales. 1.3. Objetivos.
I. MATERIALES Y METODOS
II.1. Metodologia. II.2. Base de datos.
II.2.1. Depuraci6ny criterios de seleccién de datos. 1.2.2. Base de datos de niveles piezométricos anuales. 1.2.3. Columnas litolégicas.
1.2.4. Estaciones climatoldgicas. 11.3. Climatologia.
11.3.1. Clima. 11.3.2. Temperatura. 11.3.3. Precipitacion anual. 11.3.4. Evaporacion potencial. 11.4. Aspectos topograficos.
II.5. Geolégia de la zona del Delta del Rio Colorado. 1.5.1. Controles estructurales.
11.5.2. Estratigrafia del acuifero. 11.5.3. Ambientes de depésito. 11.6. Fisiografia.
II.7. Hidrologia superficial. 1.7.1. Rios.
II.7.2. Drenes y canales agricolas.
1.7.3. Canal “All American”.
11.8. Geohidrologia del acuifero.
11.8.1. El agua del acuffero del valle. 11.8.2. Usos del agua subterranea. 11.8.3. Datos histéricos.
11.8.4. Niveles piezométricos y lineas deflujo en el valle.
11.8.5. Extraccién y evolucién enel valle. 11.8.6. Propiedadesdel acuffero.
11.8.7. Recarga.
1.8.7.1. Recarga subterranea. 1.8.7.2. Infiltracién vertical.
1.8.7.3. Infiltracién por aguas superficiales
Pagina
SNIWNN
Pagina I1.8.7.4. Infiltracién de la precipitacidén. 42
11.8.8. Descarga. 42
11.8.8.1. Extraccién de pozos. 42
11.8.8.2. Descarga subterranea. 43
11.8.8.3. Descarga superficial. 43
11.8.8.4. Evapotranspiracién potencial. 43
IL.9. Balance de agua. 44
IL.9.1. Error en el balance. 44
1.9.2. Resumen del volumende aguaincluido
en el balance. 45
1.10. Modelo Conceptual. 46
1.10.1. Definicién del modelo conceptual. 46
1.10.2. Dominio del modelo. 46
1.10.3. Condiciones geohidroldgicas en las fronteras del modelo. 47
1.10.4. Pardmetros geohidroldégicos. 48
I1.10.5. Descripcién del modelo conceptual.
49
II.11. Modelo Matematico. 49
1.11.1. Ecuaciones. 50
II.11.2. Descripcién del modelo matematico.
33
11.12. Solucién Numérica. 54
1.12.1. Método de diferencias finitas. 54
1.12.2. Explicacién del programa de computo. 58
1.12.3. Disefio del modelo. 59
11.12.3.1. Calibracién. 62
II.12.3.2. Error de convergencia. 63
_ -1.12.3.3. Sensibilidad al tiempo. 64
I. RESULTADOS 66
IV. DISCUSION
70
V. CONCLUSIONES 74
LITERATURA CITADA 76
APENDICES:
7
81
Base de datos. 82
Geologia. 114
Modelo geohidrolégico conceptual. 136
Figura
SKS
OAMAANANNPR
WN
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Mapadelocalizacién del Valle de Mexicali.
Entraday salida de caudales en el volumen unitario. Celda del acuifero discretizado bidimensionalmente. Localizacion de pozos.
Configuracién piezométrica y lineas de flujo 1972 (CNA, 1972). Configuracién piezométricay lineas de flujo 1984.
Configuracién piezométrica y lineas de flujo 1994. Localizacién de las estaciones climatolégicas. Fisiografia (Tomado de Ramirez Hernandez, 1997).
Cuenca del Rio Colorado (Coleccién del Archivo Diplomatico Mexicano, 1975).
Hidrologia Superficial.
Volimenesde agua subterranea explotada del acuifero (CNA,1992).
Elevacién delos niveles estaticos por afio (CNA,1992).
Voltimenes de agua superficiales recibidos por el Rio Colorado (CNA,1992).
Evoluciéndel nivel estatico 1972-1994.
Configuracién de isotransmisividad 1972 (SARH, 1972). Mapade las principales fallas del Valle de Mexicali. Localizacién de pozos con columnas litolégicas Ubicacién delas seccioneslitoldégicas.
Distribucién de la litologia dominante en el acuifero superficial. Columnas litolégicas en la seccién A-A’.
Columnas litoldgicas en la seccién B-B’. Columnas litol6gicas en la secciédn C-C’. Columnas litolégicas en la seccién D-D’. Columnas litolégicas en la seccién E-E’. Columnas litoldgicas en la seccién F-F’. Columnas litolégicas en la secci6n AA-AA’. Columnas litolégicas en la secci6n BB-BB’. Columnas litolégicas en la secci6n CC-CC’. Columnas litolégicas en la secci6n DD-DD’. Columnas litolégicas en la seccién EE-EE’. Columnas litolégicas en la seccién FF-FF’. Columnas litolégicas en la secci6n GG-GGQ’.
Pozosaislados del lado oeste del area de estudio (alrededor del Rio Nuevo).
Discretizacién del modelo.
Fronteras y fuentes externas al sistema hidrogeoldgico. Localizacién de los pozos en el modelo.
Pagina
Figura Pagina
38 Conductividades del modelo. 145
Tabla
ae
<
<4
&
XIV XVI XVII XVI
Balance de agua.
Intervalo de conductividadesy coeficiente de almacenamiento dentro dela litologia.
Diferencias en el balance de agua con respecto al balance de agua del modelo estacionario.
Clasificacién General de pozos (304), pozos geoldgicos (218), pozos piezométricos (206), niveles piezométricos (1958-1994). Voltimenes de agua explotados del acuifero superficial,
niveles estaticos por afio, voltimenesde aguarecibido por el Rio Colorado,
Secciones Geoldgicas.
Criterios de clasificacién textural de los sedimentosutilizados
para sintetizar las descripcioneslitolégicas de los pozos.
Pardmetros del Canal “All American” EUA (GHB). Celdas ocupadas por las Montafias Gila (Impermeables). Celdas ocupadas por las Montafias Chocolate (Impermeables).
Pagina
45
49
64 82 102
114 117 136 137 137 Entradas de flujo por Arizona y San Luis Rio Colorado (Recarga).137
Celdas ocupadas por el Golfo de California (Potencial Constante). 137
Celdas ocupadas porlas Sierras Cucapa y El Mayor (Impermeables).
Pardmetros del Rio Colorado (Rio). Pardmetros del Rio Hardy (Dren). Pardmetros del Rio Nuevo (Dren).
Infiltracién de canales y drenes agricolas (Recarga). Caudal bombeado y numero de pozosagricolas porajfio.
VALLE DE MEXICALI, BAJA CALIFORNIA, MEXICO.
I. INTRODUCCION
I.1. Localizacion del area de estudio.
El Valle de Mexicali se localiza en el norte del Estado de Baja California (Fig. 1)
dentro de las coordenadas 32° 00’ 00” a 32°45’00” de latitud norte y de 114° 45°00” a
115° 45° 00” de longitud oeste. El Valle de Mexicali colinda al N conel valle Imperial en
el extremo sur del estado de California, E. U., al este limita con el Rio Colorado y el
Desierto de Sonora; al sur con la confluencia y desembocadura del Rio Colorado y el Rio
Hardy en el Golfo de California. Al oeste limita con las Sierras Cucapa y El Mayor dos
elevaciones prominentes de bloques de basamento.
621650 / 11 55 N
Zz 7
in EU. A. ---Algodones)/
= ORT VALLE IMPERIAL sciaiapeneen AO
° ptr
N asininea
oO) ‘ea a BAJA CALIFORNIA siete
2 Te «i vee lorelos
3 PER. Glez. Ortega heme it
A 5 ~s\ . A
5 e “~Ruebla 4 “Benito Juarez s
2\ .) Cuernavaca —<
etd
4 Hei Inlosillo :
x ef Colima
wv Awe orofate
_Saltilo,
SONORA
DESIERTODESONORA
5000 10000
| Escala (m)
5 8 - « Contorno Topografico ' =
= iN
~~~ Frontera Internacional FO
a é =)
peed Ciudad ~— Rio -g Ferrocarril Re
wablesn Poblado —s=— Carretera ee
LoD
1.2.1. Importancia del Valle de Mexicali.
El Municipio de Mexicali cuenta con 695,805 habitantes (Conteo y Poblacion y
Vivienda, 1995) que se desenvuelven en las siguientes actividades econdmicas: la
producci6n agricola, la generacién de energia eléctrica, la industria, la ganaderia, la
pesca, el comercio y el turismo.
El Valle de Mexicali se encuentra comunicado con el resto de la Reptblica
Mexicanaa través de la carretera Mexicali-Sonoita-Santa Ana y el ferrocarril
Sonora-Baja California, interconectado con la red ferroviaria de la Reptiblica Mexicana y la
conexion de carreteras del sur de E.U., a través de las ciudades de Mexicali, Algodones (Cd. Morelos) y San Luis Rio Colorado.
El Valle de Mexicali abarca el 93% de 4rea cultivada en el Estado de Baja
California (CNA, 1995). Para el afio de 1992 el valle contaba con 215,742 hectareas cultivadas, entre cultivos ciclicos tales comotrigo (44.74%), algodén hueso (11.80%),
maiz grano (7.32%), sorgo grano (2.52%), y otros (33.62%). Los cultivos perenes son
alfalfa (44.84%), rye grass (27.27%), esparrago (6.12%), y otros (21.77%) (CNA,1995). Para tal actividad el valle cuenta 1677.5 Mm°*/afio de agua proveniente del Rio
Colorado (Bernal Rodriguez, 1994) y con una extraccién del subsuelo de donde se
bombean 1,100 Mm/?/afio de agua de 725 pozos (Paredes Arellano, 1992).
La planta geotérmica de Cerro Prieto, ubicada a 35 km al SW de la Ciudad de
Mexicali, produce 620 Mweque equivale al 67% de la energia eléctrica que demandael
estado de Baja California (Paredes Arellano, 1992), la operacién de esta planta
Uno de los primeros trabajos geohidrolégicos del Valle de Mexicali fue
realizado en 1967 por Ariel Construcciones, S. A. Este estudio consistid en la
descripcién de la historia y del inventario de pozos agricolas e industriales en el Valle
de Mexicali y se analiz6 la distribucién y el aprovechamiento de los recursos hidratilicos
superficiales en el Distrito de Riego No. 14 Rio Colorado. Para 1968, la misma
compafifa continu6d con el trabajo elaborado en 1967 perforando 25 pozos de
observacién y 15 pozos de bombeo (denominadospozosde la serie G), llevando a cabo
registros eléctricos y ensayos de bombeo a caudal constante. La informacién obtenida de
estos pozos constituye hasta ahora la mas completa y de mejor cobertura en el Valle de
Mexicali y la Mesa Arenosa de San Luis Rio Colorado, Sonora. En 1996, la CNA por
medio de Consultores en Infraestructura y Servicios (CIS) actualizé los estudios
geohidrolégicos de la cuenca baja del Rio Colorado, llegando a conclusiones similares a
las obtenidos en el estudio de Ariel Construcciones (1968) (CIS, 1996).
Desde 1958, se llevan a cabo mediciones anuales de los niveles piezométricos en
pozos seleccionados después de suspender el bombeoen todoslos pozos del valle (paro
total de pozos). Esta informacién se compila anualmente en un reporte titulado “Las
aguas subterraneas en el Distrito de Riego 014, Rio Colorado, su estado actual”
(CNA,1992) (Paredes Arellano, 1992). Para la elaboracién de esta tesis contamosconel
reporte del afio 1992 y los registros de 304 pozos que en la mayoria de ellos cuentan con
informacion geoldégica y geohidroldégica.
En 1972, la Secretaria de Recursos Hidratilicos llev6 a cabo un estudio
mexicanoel tema de La Salinidad del Rio Colorado.
Desde 1986 a la fecha, la Comisién Federal de Electricidad (CFE) ha realizado
varios estudios geohidrolégicos enfocados en la zona del Campo Geotérmico de Cerro
Prieto (CGCP). El objetivo de estos estudios es conocerla relacién geohidroldgica que
existe entre las actividades realizadas en el CGCPparala obtenciénde energia eléctrica
y el comportamiento del acuifero superior, es decir, la relacién del acuifero profundo y
el acuifero superficial. Algunos de estos estudios llevados a cabo en el CGCPson:
En 1986, la CFE lleva a cabo un estudio en el que se describen las caracteristicas
geoldgicas y geohidroldgicas de la porcidn oeste del CGCPy su relacién conel resto del
Valle de Mexicali. Con base en el monitoreo de los pozos BCP# se elaboré un plano de
los niveles piezométricos y las direcciones de flujo subterraneo (CFE, 1986).
En 1987 se llev6é a cabo un estudio contratado por la CFE en el que se analizaron
las opciones técnicas viables para el desecho de salmuera,se realiz6 un experimento de
infiltracién de salmueras en una laguna experimental. Se perforaron los pozos “S” y se
determin6 su permeabilid al W del CGCP (CFE, 1987).
En 1987, la Universidad Michoacana, bajo contrato con CFE, realizé otro
estudio sobre la zona de inyeccién concluyendo que la inyeccién de salmuera en la zona
de los abanicos aluviales provocaria un patron de dispersi6n muyirregular en los niveles
someros. Sefialaron la importancia de considerar que la alta densidad de la salmuera
podria dar lugar a una profundizacién de ésta hacia la base del acuffero (Garnica y
flujo subterraneo, concluyendo queel flujo regional del acuifero en el 4rea del CGCP muestra una direccién predominante NE-SW,de tal forma queelflujo entra porla parte
NE del campoy sale en su frontera sur (Ramirez Hernandezet al., 1989).
En 1994, la CFE y la UABC realizaron un estudio estableciendo en forma detallada un programa de monitoreo geohidroldégico a corto y mediano plazo dentro del campo geotérmico de Cerro Prieto y sus alrededores. El objetivo fué definir la dindmica local del nivel piezométrico, crear un modelo conceptual de la zonay evaluar los frentes salinos (Ramirez Hernandezet al., 1994).
En 1997, el estudio de las relaciones geohidrolégicas entre el acuifero somero y
el yacimiento geotérmico definid las direcciones preferenciales del flujo subterréneo somero en las inmediaciones de la laguna de evaporacidén debido a la infiltracién de salmueray su influencia en el flujo regional. Otro objetivo de ese estudio fue definir los rasgos litolégicos, estructurales y las propiedades hidratilicas del acuifero que determinan la dindmica del mismo (Ramirez Hernandez, 1997).
En 1991 la CNAIlev6 a cabo un estudio sobre los efectos que pueden ocurrir en el territorio mexicano si se realiza el revestimiento del Canal “All American” programadoporel Imperial Irrigation District (IID). Con ese estudio se concluye que la infiltracién actual de la frontera hacia el Valle de Mexicali se veria reducida en un 80%, ocasionando abatimientos paulatinos a los 10 a 15 afios después, del revestimiento.
También ocasionaria el aumento dela salinidad del agua subterranea en la porci6én norte
sales solubles en la porcidn mas somera (1-2 m) del manto fredtico coinciden con las
zonas de acumulacién de sales solubles en el suelo (Garcia Saille, 1992). Las
conclusiones de esta tesis muestran el grado de contaminacién que tienen los suelos
agricolas del Valle de Mexicali.
Como se puede observar, CFE y CNA han elaborado varios estudios en las
Ultimas décadas, sin embargo, lo han hecho en forma independiente. En 1998 el
CICESE,bajo contrato con la CFE (Vazquezet al., 1998), integr6 y analiz6 un banco de
datos de informacidn geohidrolégica de los pozos geotérmicos y geohidrolégicos
disponibles de CFE y de CNApara encontrar la relaciédn que existe entre el acuffero
someroy el yacimiento geotérmico. Otro objetivo de este estudio fue definir la direccién
de flujo en todo el Valle de Mexicali e inferir las recargas del acuifero somero. Se
identific6 que en el subsuelo del valle se distinguen tres ambientes de depdsito. Un
ambiente fluvial en la parte oriental constituido de arenas y gravas, un ambiente lagunar
o estuarino hacia la porcién sur central, con predominancia de arcillas y limos con
algunos cuerpos lenticulares de arena, y un ambiente de abanicos aluviales que se
extiende desde el limite oeste de la zona de lodos (lagunar) hasta la Sierra Cucapa. Este
ambiente est4 compuesto de arenas gruesas y gravas.
E] flujo subterraneo que entra al Valle de Mexicali es por el NE. Este flujo se
divide en dos vertientes por el efecto combinadode: (1) la zona sedimentaria de baja
permeabilidad en la regidn del Rio Nuevo y (2) por la fronters impermeable que
infiltracién en los canales de conduccién.
Los estudios Ilevados a cabo por la CNA han sido acompafiados de mediciones anuales de los niveles piezométricos que datan de 1958. Estas medicionesse realizan 72 horas después del paro total de los pozos. La red de pozos de medicién ha cambiado a través del tiempo, a pesar de que se cuenta con registros desde 1958, es hasta 1978 que la ubicacién y cobertura de los pozos es més regular y abarca toda la zona de pozos agricolas.
Aunado a estas mediciones periddicas, la Comision Internacional de Limites y Aguas (CILA, 1993) ha medido y publicado los voltimenes mensuales de agua superficial entregados a México porel Tratado Internacional de 1944, agua que es usada en su mayor parte para fines agricolas y que abastece a la Ciudad de Tijuana (CILA, 1993). Los.caudales usados para fines agricolas representan una fraccién importante de la recarga vertical del acuifero como agua excedente de riego, la cual puede ser evaluada en forma aproximada.
Desde 1994 el Instituto de Ingenieria de la UABC, ha recopilado en forma sistematica toda la informacion hidrogeoldégica existente en una base de datos, que tiene aplicacién para un mejor aprovechamiento del agua del Valle de Mexicali (Carreén Diaz y Ramirez Hernandez, 1997).
12.3. Problemas hidrolégicosactuales.
la superficie del acuifero se contamine y se necesite bombear agua de mayor profundidad.
El revestimiento del canal “All American” programado por Imperial Irrigation District (IID) ocasionara, segtin el estudio de la CNA,que el caudalinfiltrado desdeel canal hacia el acuifero en la frontera Norte disminuira el volumen de recargaal acuifero del Valle de Mexicali del 10% al 2%. Los efectos de la disminuci6n de la recarga serjan: la profundizaci6on paulatina del nivel estatico, el incremento en los niveles dindmicos y el aumento en el consumo de energia eléctrica por pozo debido a la profundizacion de los niveles. Ademds, algunos equipos de bombeo quedarian en desuso al incrementarse la profundidad de la columna y requerir mayor capacidad de bombeo, algunos pozos habria que redisefiarlos para darles una mayorprofundizacién (CNA, 1991).
Otro problemaenel valle es el azolve de los drenes. Los drenes tienen la funcién de desalojar el agua excedente de riego para mantener el nivel freatico al menos 2 metros por debajo del nivel del terreno. Esto evita el ascenso capilar de sales al suelo agricola y ayuda a quela raiz no permanezca bajo condiciones de saturacién del suelo permanentemente. Los drenes en el Valle de Mexicali al estar azolvados no permiten desalojar el agua cuandoel suelo esta saturado, lo que aumentaria la salinidad en por lo menos 1 m de profundidad en el suelo agricola (Garcia Saille, 1992).
Se estima que en los siguientes afios aumentara considerablemente la explotacién del acuifero superior del Valle de Mexicali y disminuira su recarga, por lo tanto, es muy importante evaluar la forma e intensidad en que puede ser explotado el
Los objetivos de este trabajo son:
- Establecer un modelo geohidrolégico conceptual a partir de la informaci6n
geolégica y geohidrolégica disponible.
- Llevar a cabo la simulacién numérica del comportamiento del acuifero superior
del Valle de Mexicali con base en el modelo geohidrolégico conceptual y a través de la
Il. MATERIALES Y METODOS.
11.1. Metodologia.
La metodologia utilizada para alcanzar los objetivos propuestos consistid fundamentalmente en cuatro etapas:
1.
Revisi6n, recopilacién y depuracién de la informacién. La informacién
geohidrolégica y geolégica se obtuvo para definir los parametros que requiere el modelo geohidroldgico conceptual y el modelo matematico de la zona, que incluye base de datos, reportes técnicos, articulos y trabajos de investigacién. Estos proporcionaron la localizacién de los pozos (agricolas, de monitoreo y geotérmicos). También seobtuvieron los registros litol6gicos de los pozos, las mediciones de niveles
piezométricos anuales, los registros metereolégicos, y las propiedades del acuifero. Seobtuvo el comportamiento del valle desde los inicios de la actividad agricola, las
consecuencias en el valle de las obras realizadas en el alto Rio Colorado y los
voltimenes excedentes de agua provenientes del mismo asi como la evolucién del acuifero desde su explotacién.2: Definicién del modelo geohidrolédgico conceptual. La informacién
recopilada y depurada permitié obtener los factores que inciden en el comportamiento
del nivel piezométrico y las propiedades geohidrolégicas del acuifero. Con esta informaci6én se formulé el modelo conceptual del mismo.Harbaugh (1988) y considera un estado estacionario inicial seguido de diversos estados
transitorios.
4. Validacién del modelo. Los resultados fueron comparados conlos niveles
piezométricos anuales medidos en campo, analizando sus diferencias espaciales y
temporales en funcidn de la validez de las simplificaciones hechas y el grado de
conocimiento de las variables que intervienen en el sistema geohidrolédgico. Esta
comparacion permitié calibrar los pardmetros incluidos en la simulacion reduciendo los
errores en la estimaci6n espacial del potencial piezométrico y su sensibilidad a diversos
escenarios en tiempos sucesivos.
II.2. Base de datos.
1.2.1. Depuraciény criterios de seleccién de datos.
La informacién proveniente, casi en su totalidad de CNA,se organizé en una
tabla que incluye: nimero de pozo, clave federal del pozo, clave de ubicacién (nombre),
coordenadas UTM,profundidad total, profundidad de la columnalitolégica, nivel de
brocal, fechas en que se tomaron medicionesdelos niveles estaticos (1958-1994) (Tabla
IV). Esta base datos consta de 304 pozos, de los cuales 218 pozos poseen columnas
litoldgicas y 206 pozos poseen mediciones de los niveles estaticos anuales. La
profundidad promedio de los pozos es de 123 m.
II.2.2. Base de datos de niveles piezométricos anuales.
En la base de datos de los niveles piezométricos (Tabla IV) solo se incluyen los
pozos que tienen medidoel nivel estatico en algunosdelos afios desde 1958 hasta 1994.
Las medicionesdel nivel estatico respecto al nivel del mar realizadas anualmente en los
pozos, de los cuales 167 son operados por CNAy el resto (39) pertenecen a CFE (Fig.
4).
Se obtuvieron las superficies piezométricas para cada afio desde 1958 hasta
1994. En algunos pozosse observaron valores muy diferentes a los pozos contiguos 6
grandes diferencias de un afio a otro en un mismo pozo. Estas discrepancias pueden
debersea tres causas: (1) durante las mediciones no se encontrabael parototal de pozos,
(2) el hundimiento del brocal del pozo posterior a la estimacién de su cota topografica,
(3) una lectura err6nea en campo.Estas diferencias motivaron la necesidad degraficar el
nivel piezométrico observado en cada pozo en funcién del tiempo(afios) para suavizar
estas variaciones y eliminar los conos de depresién asociados a pozos especfficos. Esta
depuracién permitié mostrar la tendencia general del nivel piezométrico en el valle con
mayorcertidumbre. Después del procesado se obtuvieron las superficies para cada afio
hasta llegar a 1994. En este estudio se analiz6 la configuracién de 1972 (Fig. 5) mapa
realizado por CNA,la configuracién de 1984 (Fig. 6) que es cuando ocurren excedentes
del Rio Colorado, y para finalizar, la superficie piezométrica de 1994, que es hasta
donde se cuenta con informaciénpara la ejecucion de este trabajo (Fig. 7).
1.2.3. Columnas Litoldégicas.
Para la elaboracién del modelo conceptual del acuifero somero se integré la
informacionlitolégica de 218 pozos distribuidos en el Valle de Mexicali. Del total de
pozos, 198 pertenecen a CNA y 20 a CFE (Tabla IV y Fig. 18). Posteriormente, se
seleccionaron 83 pozos para construir 13 secciones litoldgicas, de las cuales, 6
seccioneslitolégicas son en direccién SW-NE (A-A’ - F-F’) y 7 en direcci6n NW-SE
(1) que las descripciones estuvieran dentro de los primeros 200 m bajo el nivel del mar (2) su ubicacién con respecto a la direccién del flujo subterraneo obtenida en 1994 (Vazquez Gonzalez et al., 1998) y (3) que la distancia entre un pozo y otro en promedio no fuese mayor a 3 km (Tabla VI y Fig.19).
La representacién grafica para las columnaslitolégicas (Figs. 21-33) es: 1:100,000 en la horizontal y una escala vertical de 1:2,000. Se les asignaron claves de las principales litofacies indicativas del tipo de grano segtin la abundancia relativa, separando los materiales 0 componentes secundarios que no tienen influencia directa para la clasificacion textural o litol6gica. Se resaltaron los depdsitos en funcién de sus propiedades geohidrolégicas y de su distribucién vertical y horizontal.
Se conté con niveles de brocal para todos los pozos utilizados en las secciones, con excepcién del pozo R-6B de la seccién CC-CC’ el cual fue interpolado con los © pozos G-1-20 y A-N-4-5.
El objetivo de las columnas es establecer las caracteristicas litolégicas y estratigraficas de los depdésitos en los primeros 120 m bajo el nivel del mar. En el modelo se asume que el acuifero somero tiene 120 m de profundidad y la litologia ayudara a asignar las propiedades geohidrolégicas (transmisividad y coeficiente de almacenamiento). Con estos parametros podemos formular el modelo geohidrolégico conceptual del acuifero somero del Valle de Mexicali.
II.2.4. Estaciones climatolégicas.
Los parametros climatolégicos se recopilaron de informes de CNA, CFE, UABC en estaciones climatoldgicas dentro del Valle de Mexicali. Las de mayor perfodo de
registro son las de CNA en las estaciones Mexicali, Presa Morelos, Williams, Cuernavaca, Bataquez, San Luis Rio Colorado, Col. Rodriguez, Islitas, Delta, Juarez, Riito, El Mayor (Fig. 8) (Hernandez Blanket, 2001). Los registros de precipitaci6n y
temperatura abarcan desde 1948 hasta 1996. Las estaciones de CFE en el CGCP poseen
registros de temperatura maxima, minima diaria y ambiente cada media hora, pero su
serie es mas corta y cubre desde 1975 hasta 1997. La UABCcuenta con dosestaciones, una ubicada en la ciudad de Mexicali y otra en el Ejido Nuevo Leén. Sin embargo,sus
registro son menos completos. Para este trabajo se consideran las estaciones de CNA
por su mejor distribuci6n en el valle y por su serie de mayor duracién.
II.3. Climatologia.
1.3.1. Clima.
Las variaciones climaticas en el estado de Baja California son gobernadasporlos
factores de altitud, topografia y distribuci6n de tierras y mares (INEGI, 1995). El valle
tiene clima tipo calido seco, muy 4rido, con régimen de Iluvias de invierno y con una oscilacién anual de temperaturas medias mensuales muy extrema (Garcia et al., 1996).
1.3.2. Temperatura.
La temperatura media anual es de 22.5 °C, con un periodo extremadamente
célido, que dtiansa desde junio hasta septiembre con temperaturas medias por arriba de
los 30 °C. Julio es el mes mascaliente del afio con una media de 32.3 °C y una media
12°C (Rodney, 1964). Adicionalmente se han registrado grandes contrastes térmicos en
Mexicali, con temperaturas tan altas como 54.3 °C y tan bajas como —7.0 °C (Garcia et
al., 1996).
1.3.3. Precipitacién anual.
La precipitacién anual maxima se presenta en los meses de diciembre y enero,
con 9.6 mm y 8.9 mm,respectivamente. El mes de junio es el mas seco con 0.2 mm el
mes de mayo con 0.4 mm. En los meses de julio y agosto se presenta una segunda
temporada de lluvias ocasionada por las surgencias de humedad y perturbaciones
tropicales debilitadas. En general, la precipitacién en Mexicali es bastante baja y alcanza
un total anual de tan solo 62.9 mm (Mirandaetal., 1990).
11.3.4. Evaporacién potencial.
La evaporacién potencial maxima se registr6 en la estaciédn Morelos con 2,832
mm/afio y la minima en la estacié6n Cuernavaca con 2000 mm/afio. Los meses que
registran mayor evaporaci6n son junio y agosto (promedio 360 mm/mes) y el de menor
evaporacion es el mes de enero con 65 mm/mes (Hernandez Blanket, 2001).
II.4. Aspectos topograficos.
El Valle de Mexicali tiene aproximadamente la forma de un tridngulo invertido
cuyos vértices estan ubicados en las siguientes localidades: a NE en el Poblado de
Algodones, al NW en el Cerro del Centinela en la Sierra Cucapa, y al sur en la
desembocadura del Rio Colorado en el Golfo de California (Fig. 1).
El valle presenta una suave pendiente, partiendo de su cota mas elevada en el
vértice de Algodones (34 msnm), disminuye radialmente de forma uniforme hacia los
occidental como meridional del triangulo tienen una altitud de 5 msnm (Ariel, 1967).
Los accidentes topograficos mas notables son el volc4n de Cerro Prieto al oeste del
valle, casi al pie de la Sierra Cucapa y algunas dunas de arena en la region norte del
valle (Mesa Arenosa). El campo de dunasse extiende desde 15 km al este de la ciudad
de Mexicali hasta el Poblado de Algodones. El valle se interrumpe en los contactos con
la Mesa Arenosa de Andrade, formada por una sucesiédn de dunas y médanos que se
internan hacia Estados Unidos.
II.5. Geologia de la zona del Delta del Rio Colorado.
El basamento en el borde occidental del valle esta formado por un complejo
metamérfico (esquistos de biotita y pizarra) de edad Paleozoico-Mesozoico intrusionado
por granitoides cretacicos que afloran en las Sierras El Mayor y Cucapa (Barnard,
1968). Se desconoce la edad de los primeros depdsitos sedimentarios en el valle y se
infiere que la sedimentacién del Rio Colorado se inicié hace 6 Ma en Laguna Salada
(Martin Barajas et al., 2001). En la zona del campo geotérmico aflora el volc4n Cerro
Prieto de edad Cuaternario (Fig. 17) (Barnard, 1968).
Los registros sedimentarios en las margenes de la Provincia Extensional del
Golfo indican que la inundaci6n generalizada en el alto Golfo ocurri6 entre los 6 y los
7 m. a. (Mioceno Superior) y alcanzé la actual depresién del Salton y la Cuenca baja del
Rio Colorado (Winker y Kidwel, 1996).
El Rio Colorado ha sido la mayor fuente de aporte de sedimentos de relleno de
las dos cuencasestructurales (Salton y Cerro Prieto). La acumulaci6n progresiva de
sedimentos en el frente del delta y posiblemente una mayor subsidencia hacia el sur,
Salton) y una cuenca fluvio-deltdica en el Valle de Mexicali (Winker y Kidwell 1986,
1996).
El Rio Colorado hace su aparici6n en la cuenca de Salton durante el Plioceno
Temprano (5-6 m.a.). El aporte de sedimentos de grano fino del Rio Colorado ocurrié
desde el Plioceno, entre las Montafias Gila y Chocolate en Arizona (Fig. 17). Esto
significa que en el apice del Delta del Rio Colorado ha permanecidorelativamente fijo
en el lado de la placa de Norteamérica, mientras que la zona del valle se ubica la zona
de la falla San Andrés que produce una deformaci6n compleja con el alargamiento al
NW dela cuenca de Salton y de Cerro Prieto.
Es posible que en el Valle de Mexicali la tasa neta de subsidencia tect6nica sea
superior a 1 mm/afio, que seria la tasa necesaria para acumular 5 km de sedimentos en
los iltimos 5 Ma. (Plioceno temprano) (Johnsonet al., 1983). Esta tasa permite tener
una estimacién para que los 120 m de sedimentos considerados en este estudio, pueden
correspondera depédsitos tecticel«ho. Wen! 6.
En la zona de estudio corresponden a tres principales ambientes: (1) planicie
fluvio-deltaéica dominada por zonas de inundacién con posible influencia de mareas, (2)
ambientes de planicie deltaica dominada por el Rio (procesos fluviales de canal) y (3)
ambientes de abanicos aluviales y depdsitos edlicos. La transicién entre la planicie
deltaica dominada por procesos fluviales y la planicie deltéica dominada por mareas
define actualmente una franja con orientaci6n NW ubicadaal sur del Rio Hardy (Fig.
1). Esta disposicién asimétrica del frente del delta se debe posiblemente al control
estructural que ejercen las principales fallas en esta cuenca (Vazquez Gonzalez et al.,
1.5.1. Controles estructurales.
La depresién del Salton se formé por la combinacién de movimientos
extensionales y de desplazamiento lateral derecho, asociado al sistema de falla de San Andrés-Golfo de California (Lonsdale, 1989). Las principales fallas activas asociadasal sistema transforme San Andrés - Golfo de California que se encuentran dentro del Valle de Mexicali son la falla Imperial y la falla Cerro Prieto (Fig. 17). La depresién estructural posiblemente inicié entre los 12 y los 6 Ma. Sin embargo, la deformacién a lo largo de fallas con desplazamiento lateral debi6 iniciarse hacia los hasta 3 6 4 Ma. en el Plioceno tardfo. En la regi6n noroeste del actual Golfo de California la extensién de la corteza se inicid en el Mioceno medio-superior (Lee et al., 1996) y evolucioné paulatinamente hacia el predominio delas fallas de desplazamiento lateral del sistema San Andrés - Golfo de California (Crowell, 1987).
La Falla Imperial es de movimiento lateral derecho y delimita al sector oriente de la cuenca Cerro Prieto. Tiene rambo N42W echadocasi vertical y se extiende en una longitud de 75 km, iniciaéndose aproximadamente 3 km al sur de la ciudad de Brawley, California y terminando 16 km al SE del Volcan de Cerro Prieto (Fig. 17) (Gonzalez Garcia, 1986).
La Falla Cerro Prieto es subparalela y estructuralmente similar a la falla Imperial. Esta falla delimita el margen occidental del centro de dispersién de Cerro Prieto y se extiende por mas de 80 km,internandose en el Golfo de California hasta la cuenca de Wagner (Gonzalez Garcia, 1986). El trazo de la Falla Cerro Prieto es visible
La velocidad de desplazamiento lateral es del orden de 35-40 mm/afio lo largo
de la falla San Andrés, que junto con el desplazamiento en las fallas en el norte de la
peninsula sugiere un desplazamiento total de rambo NNW del orden de 300 km de la
peninsula con respecto al continente desde hace 6 m. a. (Humphrey y Weldon, 1991).
El efecto de este movimiento en la desembocadura del Rio Colorado durante el
Plio-Cuaternario es el alargamiento de las cuencas de Salton y de Cerro Prieto elongadas en
direccién NW.
11.5.2. Estratigrafia.
La interpretacién de la estratigrafia se realiz6 con base en la litologia de los
pozos y en la interpretacién de las secciones construidas con los pozos a lo largo de
secciones en direccién NW y NE (Fig. 19). Las secciones A-A”*hasta F-F’ (Figs. 21-26)
tienen direccién NE-SW subparalelas al flujo de agua subterrénea y mientras las
secciones AA-AA’ a GG-GG’(Figs. 27-33) tienen una direccién aproximada NW-SE y
se consideran perpendiculares al flujo subterraneo. Se intent6 trazar las secciones
rectilineales para observar la gradaccién del tamafio de los sedimentos y para esto se
utilizaron las secciones elaboradas en el trabajo de Vazquez et al. (1998) y aprovechar
la informacion disponible en el Valle de Mexicali.
La interpretacién de las secciones geoldgicas y de los pozos sugiere la presencia
de tres principales ambientes sedimentarios adyacentes en el Valle de Mexicali. Las
variaciones del tamafio de grano de los sedimentos permiten tener una idea delas
condiciones de flujo subterraéneo y de las propiedades geohidroldgicas del acuffero
En términos generales, las columnas litolégicas representan alternancias de
estratos de gravas, arenas y lodos en casi toda la zona de estudio. Sin embargo, se notan algunas tendencias generales que fueron utilizadas para definir las propiedades hidrolégicas del acuifero. Los pozos ubicados en el extremo noreste de la zona de estudio presentan los estratos de gravas con mayor espesor (Figs. 24 y 25). Los pozos G-3-12 y el 1-Ockerson en el extremo NE de la seccién E-E’ estan constituidos de gravas, igual que el pozo 1-ULLOA de la seccién D-D’. Esta zona de gravas esta delimitada por el pozo 3-Ockerson que contiene un espesor mayor a 110 m de gravas que estan cubiertas por un estrato de arenas de ~30 m en la superficie. La seccién F-F’ se ubica al este del cauce del Rio Colorado; esta seccién muestra una disminucién del tamafio de los sedimentos hacia el SW. En esa direccién los estratos de arenas y limos son de mayor espesor y alternan con estratos mas delgados de gravas (Fig. 26). Las secciones C-C’, B-B’ y A-A’ muestran una variacién importante en la litologia de los pozos ya que en esa zona central no se observa una tendencia clara y las secuencias estratigraficas en los pozos estan definidas poralternancias de gravas, arenas y limos. En otros casos los pozos estan dominadosporunalitologia uniforme, como en la seccién A-A’, donde el pozo 211-C esta constituido principalmente por grava y arena (Fig. 21), mientras que el pozo 1 Jose Ma. Rodriguez, en el extremo NE deesta seccidn, esta constituido por arenas y limos. Otros ejemplos de estas alternancias entre sedimentos de grano grueso y sedimentos de grano fino se observan en las Figuras 22 y 23.
Los pozos en la seccién AA-AA’ muestran un espesor importante de estratos con
sedimentos de grano fino constituido por alternancias de arenas y limos. En esta seccién
los pozos muestran estratos delgados de secuencias de grava-arena (Fig. 17) y hacia el
NW los sedimentos disminuyen atin mas de tamafio y pasan a facies de lodos en los
alrededores del campo geotérmico de Cerro Prieto (Vazquez et al., 1998). La seccién
BB-BB’ incluye pozoscon estratos de grava de mayorespesor, principalmente el pozo
29-VALLEubicadoal este del cauce moderno del Rio Colorado. En esta seccién (Fig.
28) los pozos estan ubicados a amboslados del Rio Colorado, y a pesar de su cercania,
los pozos también incluyen estratos gruesos de arenas y limos. Los pozos 34-CH y
348-CH situados al oeste del rio indican que predominan las facies de arena y limos en
relacion a los pozos de esta secci6n que se ubican hacia en NE y mascercanosal cauce
moderno del Rio Colorado.
En las secciones ubicadas al norte de la secci6n BB-BB’ los pozos muestran
igual proporcién de depdsitos de grava y depdsitos de arenas y limos (Figs. 29-33).
Unicamente los pozos ubicadosen el extremos oeste de las secciones mas largas
(CC-CC’, DD-DD’ y EE-EE’) muestran que el sedimento predominante en los primeros 120
m del acuffero son arenas y limos (Fig. 29-31).
En la parte NW del Valle de Mexicali se cuenta sdlo con 4 pozos (G-1-4, G-1-6,
G-1-9, G-1-10) separados 12 km entre si (Fig. 34). El pozo G-1-4 ubicado hacia el NW
de la zona de estudio presenta una alternancia arena/arcilla (A/L) con tres estratos de
grava y arena (G-A) intercalados en la secuencia de arena-arcilla. Estos estratos de
grano més grueso tienen espesores de aproximadamente 20 m en promedio. En el pozo
presenta un estrato de grava mezclada con arcillas que tiene un espesor de ~17 m. El
pozo G-1-9 se ubica al oeste de Mexicali cerca de la linea fronteriza; en esta zona los
depdsitos dominantes del acuffero son arenas y arcillas (A/L), pero presenta dos lentes
de grava y arena (G-A) de menos de 20 m deespesor(Fig. 34). El pozo G-1-10, ubicado
en el Ejido Puebla, esta constituido porarcillas y limos (L) y hacia la base se presentan
arenas y arcillas lo que indica que el acuffero en esta porcién occidental del valle esta
constituido de sedimentosde granofino.
Al oeste de Campo Geotérmico de Cerro Prieto en el pozo G-1-7 presentan en
todo su espesor una secuencia de eravas y limos (G-L) lo que constituye un aumento
relativo en el tamafio de grano con respecto a los pozos ubicadoshacia el norte en los
alrededores del Rio Nuevo.
En sintesis, las secciones construidas permiten inferir la gradacién de los
sedimentos hacia el SW a partir del apice del delta en la region de Algodones. En esta
zona predominan los depésitos de gravas. Hacia el SW,en la porcién intermedia del
delta, alternanlos estratos de gravas con estratos de grano mas fino. La disminucién del
tamafio de los sedimentos se acenttia hacia el SW y hacia el W dela planicie
fluvio-deltdica. La estratigrafia de los depésitos en las ‘rimediciones de Cerro Prieto confirma
que los sedimentos son principalmente lodos en la porcién Sur del campo geoténuien
(Vazquez et al., 1998) y aumentan de tamajfio hacia el oeste del mismo a medida que nos aproximamosa la Sierra Cucapa.
Esta identificacién del tamafio de grano predominante en el] subsuelo del valle
nos permite proponer una zonificacién de litofacies que nos facilita asignar los
11.5.3. Ambientes de depédsito.
Las variaciones en el tamafio de grano corresponden a la interaccién de varios
ambientes de depésito en el Valle de Mexicali. La planicie fluviodeltdica es el ambiente
dominante y presenta una interacci6n compleja entre los canales distributarios y la
planicie de inundacién. Los depésitos de gravas se asocian a los canales distributarios
que son las facies de mayor energia. En cada avenida los canales pueden cambiar su
posicién y los antiguos canales pueden quedar sepultados por depdsitos de grano mas
fino que corresponderian a las zonas de inundacién. La presencia dominante de estratos
de gravas en la zona cercana al 4pice del delta indica que la dinamica del Rio en esa
zona esta dominada porlos canales distributarios. A medida que nos alejamos hacia el
SW el Rio puedepresentar una red de drenaje mas amplia y zonas de inundacién mucho
mas extensas. La parte intermedia del delta muestra que las facies de canal (gravas y
arenas) son igualmente abundantes quelas facies de la planicie de inundacién (arenas y
limos). Esta alternancia favorece las propiedades de almacenamiento y conduccién de
agua subterrdnea en el acuifero superior. Hacia el NW del valle, en la zona del Rio
Nuevo predominanlas facies que correspondena la planicie de inundacién y son menos
abundantes las facies de canal en este sistema fluviodeltaico.
La zona del CGCPesta constituida por sedimentos de grano muyfino (lodos)
que posiblemente representan un ambiente lagunar o un ambiente de muy baja energia.
Se ha propuesto que esta facie de lodos podria corresponder a depésitos deltaicos con
incursiones marinas recientes que han alcanzadoesta porci6n del delta (VAzquezetal.,
1998). Sin embargo, el 4rea al SW del CGCPnotiene informacion de pozosy los datos
se ubica sobre el cauce moderno del Rio Colorado. En ese pozo la secuencia es una
alternancia de estratos de gravas, arenas y limos. Esta zona del delta incluye el cauce
moderno del Rio Colorado y posiblemente los sedimentos sean una alternacia de arenas
y gravas intercaladas con depédsitos de lodos.
Los depésitos de abanicos aluviales que emergen de la Sierra Cucapa se
encuentran al oeste del campo geotérmico (Vazquez et al., 1998) abarcando unafranja
de aproximadamente 10 km de anchohacia el campo geotérmico. El pozo G-1-7 (Fig.
34) presenta gravas principalmente en un espesor de 118 m. Se infiere que estos
depdésitos de gravas corresponden a facies de abanicos aluviales que posiblemente
alternen con depésitos fluviales, como en el pozo G-1-4, que presenta arenas y limos,
aunque posiblemente pueden corresponder a depésitos distales de los abanicosaluviales
o depésitos de banco del Rio Colorado durante periodos de inundacién (Vazquezetal.,
1998).
Este andlisis de los ambientes sedimentarios y de las caracteristicas litolégicas de
sus depésitos nos permitieron asignar de una manera mas adecuada los valores iniciales
de la conductividad hidrdulica en el modelo conceptual.
II.6 Fisiografia.
En el Valle de Mexicali se distinguen cuatro unidades fisiograficas: Planicies,
Mesetas, Terrazas y el Macizo Montafioso(Fig.9).
Las Planicies corresponden a la gran Ilanura de inundaci6n que coincide en su
mayor parte con la zona agricola, tienen pendientes topograficas suaves (1:2,000), con
descarga, una al sur hacia el Golfo de California; y la otra al norte hacia el Mar de
Salton en California (USA).
Las Mesetas y Terrazas presentan formas planas y escalonadas quese localizan
en los extremos Oriental y Occidental del valle, asi como en la parte norte y sur del
mismo, siendolas principales la Mesa Arenosa de San Luis, La Mesa de Andradey las
Terrazas Aluviales de la Sierra Cucapa(Fig. 9).
El macizo montafioso de la Sierra Cucapa, se localiza al poniente del valle, y
esta formado por rocas intrusivas granfticas y rocas metamérficas de alto grado
constituyen un bloque levantadoporla actividad tect6énica (Frez y Gonzalez, 1991).
II.7. Hidrologia superficial.
11.7.1. Rios
El Valle de Mexicali cuenta con tres rios siendo el Rio Colorado, el Rio Nuevo
y el Rio Hardy,los tiltimos dos han servido para desalojar el agua excedente delvalle.
El Rio Colorado tiene una longitud total de 2,730 km, de los que 29 km son un
tramo limitrofe entre México y Estados Unidos frente a Baja California (México) y
Arizona (USA). Los tltimos 185 km corren porel territorio Mexicano. Todo el
escurrimiento de] Rio Colorado se origina principalmente por los deshielos en la parte
montafiosa de la Meseta del Colorado y desemboca en el Golfo de California con
direccién norte a sur con una pendiente de 0.3 % (Coleccién del Archivo Histérico
Diplomatico Mexicano, 1975).
E] Rio Colorado posee uno de los mas grandes sistemas de regulacién del caudal
de los Estados Unidos, con presas derivadoras y de almacenamientoentre los que caben
respectivamente. Esta tiltima entré en funcionamiento en 1935 y a partir de entoncesel
caudal del Rio es muy reducido (Bernal, 1994). E] Rio Colorado tiene un volumen anual
de escurrimiento de 18,000 Mm? y beneficia a mas de 19 millones de habitantes; de los
cuales 17.5 millones se ubican en los Estados Unidosy el resto en Baja California y una
pequefia porcién de Sonora (Fig. 10). (Coleccién del Archivo Histérico Diplomatico
Mexicano, 1975).
México tiene asignado recibir 1,850 Mm? anuales de acuerdo al Tratado
Internacional de Aguas celebrado entre México y Estados Unidos en 1944 (Coleccién
del Archivo Histérico Diplomatico Mexicano, 1975).
La cuenca del Rio Colorado cuenta con una superficie total de 631,700 km?,
ocupa 7 estados de la Unidn Americana (Wyoming, Nevada, Utah, Colorado,
California, Arizona, Nuevo México) y en México dos estados (Baja California y
Sonora) en donde poseé un 4rea de 7,085.12 km? de los cuales 5,052.62 km?
pertenecen al estado de Baja California (Fig. 10) (INEGI, 1995; Bernal, 1994).
E] nacimiento del Rio Nuevo (Fig. 11) se localiza a 3.2 km al SE de Mexicali,
pasa por la Ciudad de Mexicali y cruza el limite fronterizo entre México y Estados
Unidosal oeste de Caléxico, dirigiéndose al norte hacia e] Mar del Salton. E] caudal del
Rio Nuevo se componedel drenaje agricola del Distrito de Riego del Valle de Mexicali,
de descargas de aguas negras y desagiies de la Ciudad de Mexicali, siendo en promedio
221 Mm*/afio (USGS,Internet).
E] Rio Hardy presenta un desarrollo de meandros que contrasta con el estrecho
extremo suroccidental del acuffero superficial del valle, la antigua zona de la Laguna
de los Volcanesy las escorrentias ocasionales en los abanicosaluviales de la Sierra El
Mayor. En la antigua configuracién del delta y hasta épocas recientes, e] Rio Hardy era
. parte del Rio Paredonesy juntos formaban unodelosprincipales canales distributarios
del delta en épocas de avenidas (Dutcher et al., 1972). El Rio Hardy tiene las
caracteristicas de un rfo en etapa madurao senil, poco competente y con una carga muy
pequefia de sedimentosde fondo. —
|
Il.7.2. Drenes y Canalesagricolas.
La red de drenaje a cielo abierto del distrito de Riego 014 cuenta
aproximadamente con una longitud de 1,425 km, que incluye las redes principal y
secundaria (Fig. 11). Este sistema de drenaje fue disefiado con el objeto de desalojar el
agua excedente del riego, evitando con ello la concentracién de sales en las primeras
capas del suelo y de mayorinterés agricola. La circulaci6n de la red se inicia donde
termina la zona antigua de pozos al NE del valle avanzando en direccién SW,hasta la
parte central del valle en donde Ja red de drenaje se divide en dos direcciones: una dirige
su descarga hacia el Rio Nuevo fluyendo hacia el norte y descargando a la cuenca del
Salton, y otra, hacia el sur, en direccién al Rio Colorado para descargar en el Golfo de
California. E] parteaguas en la parte central del valle es por la topografia del terreno.
La red de canales de conduccién de agua (Fig. 11) para riego del distrito 014,
cuenta con aproximadamente 3,442 km de longitud entre red primaria y la red
secundaria, ambas recubiertas con concreto hidraulico. La red de canales se construyé
con el objeto de distribuir el] agua que proviene de] Rio Colorado. El] agua del Rio
cruzan el Valle de Mexicali de NaS y de Ea W.Durante el ciclo agricola 1989-1990 se
condujeron por dicha red 2,950 Mm(Escamilla, 1991).
1.7.3. Canal “All American”.
A inicios de siglo, tanto México como Estados Unidosiniciaron sus actividades
agricolas utilizando conjuntamente las aguas del Rio Colorado para regar tierras del
Valle de Mexicali y del Valle Imperial, respectivamente. La utilizaci6n conjunta del
agua era debidaa la topografia, es decir, para que el agua escurriera por gravedad tenia
que entrar al Valle de Mexicali y regresar al Valle Imperial (USA). Para 1904 se
concesioné a Estados Unidos la construccién del Canal El Alamo para derivar y
conducirporterritorio mexicano aguas del Rio Coloradohacia el Valle Imperial, y asiel
Valle de Mexicali utilizarfa la mitad de esas aguas (Coleccién del Archivo Histérico
Diplomatico Mexicano, 1975). En el afio de 1911 se inicia el anteproyecto del Canal
“All American”en territorio norteamericanoparalelo al limite fronterizo entre México y
Estados Unidos,y asi, independizarse de México en lo referente al aprovechamiento de
las aguas en el Bajo Rio Colorado.
E] Canal “All American” inicia en la Presa del Valle Imperial sobre el Rio
Colorado aproximadamente a 32 km al NE de Yuma, Arizona (Fig. 11) y transporta
agua por gravedada lo largo del limite fronterizo entre México y Estados Unidos en
territorio estadounidense, cruzando 22 km de dunasarenosas sobreel lado este del Valle
Imperial. Cruza por 9 ciudadeshasta llegar a la zona agricola del Valle Imperial.
E] Canal “All American tiene una longitud de 132 km, un ancho de 45-60 m, una
Cabe sefialar que desde 1990 el gobierno de Estados Unidospretende llevar a
cabo el revestimiento de 48 km del Canal “All American” debido a que en este tramo
Estados Unidos pierde 113 Mm//afio de aguade los cuales el 90 % seinfiltra al territorio
mexicano (Valle de Mexicali). De llevarse a cabo dicha obra, el acuifero del Valle de
Mexicali perdera unos 70 Mm//afio y dejaran de beneficiarse 1,200 Ha de riego (CNA,
1991) |
IIL.8. Geohidrologia del acuifero.
II.8.1. El agua del acuifero delvalle
El agua del acuifero en el Valle de Mexicali proviene del Rio Colorado. En 1935,
debido a la construccién de la Presa Hoover en Estados Unidos, se disminuyé el
escurrimiento en el Rio Colorado y por lo tanto su infiltracién en el acuifero. En 1942
empezo a funcionar el Canal “All American”, resultando una nuevainfiltracion a lo largo
del canal y a la vez incrementandose el riego en la zona de Yuma. En 1944 se firmé un
acuerdo internacional entre México y Estados Unidos, donde Estados Unidos se
comprometi6 a aportar 1,850 Mm*/afio. El acuifero ha estado y sigue estando en
constante modificacién debido a eventosclimaticos, a excedentes del Rio Coloradoy a la
construccién de pozos de bombeo.
II.8.2. Usos del agua subterranea
Desde principios del siglo en el Valle de Mexicali el agua se utiliza
primordialmente para fines agricolas. Desde 1956 se inicié la explotaci6n intensiva del
acuifero del Valle de Mexicali. El aumento en la explotacién trajo consigo un
sobreexplotado reduciendo paulatinamente el volumen extraido hasta alcanzar los 750
Mm’ /afio.
En el Valle de Mexicali se desarrollan dos actividades econdmicas principales:
la produccién agricola intensiva con base a los recursos hidrdulicos superficiales y
subterraneos y la actividad de generacién de energia eléctrica a partir de la energia
geotérmica. El] 80 % del Valle de Mexicali corresponde a zonas de cultivo y el 20%
sobrante se distribuye en dreas pobladas, suelos no aptospara la agricultura y la zona de
Campo Geotérmico de Cerro Prieto (Vazquezet al., 1998).
1.8.3 Datoshistdricos. |
La CNAen 1990 presenta en orden cronolégico los eventos relacionados con las
politicas hidrolégicas y las construcciones de obras hidraulicas que han influfdo en
forma directa en el régimen hidrolégico de la regién, comosigue:
1901 Inicia el desarrollo agricola.
1904 Distribucién equitativa MEXICO-USAaguas canal “Alamo”. 1910 Superficie regada en el valle: 40 km?.
1915 Superficie regada 120 km?. 1922 Construcci6én canal Solfatara.
1930 Creacidn del Distrito de Riego (Comisién NacionaldeIrrigacién).
1935 Inicia el funcionamiento Presa Hoover, USA.
1936 Reforma Agraria.
1942 Inicié operacién canal “All American”. 1944 FirmaTratadoInternacional.
1947 Inicié construccién obras hidratilicas en México. 1950 Entra en operacién la Presa Morelos.
1956 Inicié la explotacion intensiva del acuifero.
1960 Problematica de salinidad en las aguas de la Presa Morelos. 1965 Terminacién pozos profundosy drenes.
1968 Estudio Geohidroldégico (Ariel,1967), conclusién: extraccién mayora la recarga.
1971 Inicio rehabilitacién del distrito.1975 Inicio construccién canal “Wellton Mohawk”. 1977 Terminacion rehabilitaci6n.
1988 Autorizacién del proyecto por parte de Estados Unidospara el revestimiento de
48 km. del Canal “All American”.
1989 Presentacién a la Delegacién Mexicana del proyecto revestimiento de 48 km del Canal “All American”.
1991 Estudio por parte de CNA sobre los efectos en territorio mexicano por el
revestimiento del Canal “All American”, conclusién: habria abatimientos mayores en el Valle de Mexicali que los causados por la explotacién del acuiffero.
1996 Actualizacién del estudio geohidrolégico de la cuenca baja del Rio Colorado. 1997 Estudio de las relaciones geohidrolégicas del acuffero superior del valle de
Mexicali con aguas geotérmicas superficiales.
1998 Estudio geohidrolégico del campo geotérmico de Cerro Prieto.
11.8.4. Niveles piezométricos y lineas deflujo enel valle.
La perforacién de pozos en el Valle de Mexicali se inicid desde 1956, no
existiendo un control sobre su ubicacién y gasto. La tnica condicién que existia era
que la construccién de los pozos tuvieran una separacién de | km entre ellos. Los
pozos se ubicaron a lo largo del cauce del Rio Colorado. Ariel en 1967 concluyé que
de seguir los pozos a lo largo del flujo y estando cerca del Golfo de California se
propiciaria la intrusién salina, y propone una franja fronteriza de explotacién desde la
Ciudad de Mexicali hasta el extremo oriente de la Mesa de San Luis; debido a tal
situaci6n en 1968 se continta el primer estudio geohidrolégico construyendo por
medio de la Secretaria de Recursos Hidratilicos 51 pozos de estudio (18 de bombeo y
33 de observacién, conocidos comolos pozosde la serie G) y los pozos del Plan Lesser
servirian como pozos de observacién abarcandocasi todo el Valle de Mexicali (Ariel,
1968). Para el afio de 1972 se contaba con 127 pozos de observacién distribuidos en
el Valle de Mexicali (SARH, 1972). Dicha red de monitoreo no incluye la zona
(sefialados en el apartado 1.2.2.) perfora y maneja una red de pozos de observacion que
incluyen los pozos de la serie S, BCP, I y PZ.
Los niveles piezométricos anuales reportados por CNA, son medidos en diversos
pozos, principalmente de uso agricola y de estudio, 72 horas después de detener la
extraccién del agua subterranea de todos los pozos del valle. Esto requiere una estrecha
coordinacién entre CNA y los usuarios de los pozos con varias brigadas para abarcar
todo el valle.
Para este trabajo se cuenta con 206 pozos, de los cuales no todos contienen
mediciones piezométricas anuales desde 1958 (Tabla IV). En el perfodo de 1958-1978
sdlo 56 pozos contienen informacién de los 206 inventariados. Para el siguiente afio
(1979) las mediciones se incrementan a 141 pozos y aparece un nivel estatico negativo
(el pozo 3-Centinela -2.06 m). Al paso de los afios ha ido aumentando la cantidad de
pozos que cuentan con mediciones piezométricas. El afio de 1994 es el que cuenta con
mayores mediciones (186 pozos).
En base a los niveles proporcionados por CNA (Tabla IV) de las mediciones
piezométricas llevadas a cabo durante el paro total de pozos agricolas desde 1958 hasta
1994, se obtuvo la superficie piezométrica para cada afio con el método de
interpolacién Kriging y suavizacién matricial mediante el programa Surfer version
6.01. Con el objeto de observar la tendencia general del nivel piezométrico en el valle,
se eliminaron los datos anémalos.
El] proceso descrito anteriormente lo realicé para cada afio, desde 1958 hasta
1994, obteniéndose asi 37 mapas de configuracién. De estos mapas se escogieron para
escurrimiento de agua proveniente del Rio Colorado y el de 1994 comoel mas reciente.
A continuaci6n se hard una descripcién general de las caracterfsticas mas importantes y
eventos sobresalientes en estos afios para comparar con las configuraciones hechas por
CNA, por Ariel (1968) y por Vazquez et al. (1998). Y establecer las direcciones
preferenciales de flujo en el Valle de Mexicali.
En la descripcién de las superficies se consideraron los siguientes puntos:
La configuracién de cada afio corresponde a un estadoestacionario del acuffero,
o al menoscuasiestacionario, si se considera que atin cuando se hace el paro total de
poz0s, otros factores no pueden ser interrumpidos como lo es la infiltraci6n desde
estratos superiores debido a excedentes por riego y pérdidas en canales de conducci6n.
La geologia del Valle de Mexicali es muy irregular (Fig. 20) y esta formada por
facies sedimentarias debido al proceso de depositacién fluvio-deltaico, con diferencias
locales producto de su cercania a los canales (distributarios) del Rio Colorado, a los
macizos montafiosos y a las mesas arenosas, por lo que el acuifero no puede ser
considerado homogéneo.
La configuracién de 1972 por la CNA, tomdé encuenta los 43 pozos de
observaci6n de la serie G-#-# abarcando desde la Ciudad de Mexicali hasta el Poblado
de los Algodones. Las lineas de flujo obtenidas por CNA en Marzo de 1972 (Fig. 5)
muestran que el flujo subterraneo entra al Valle de Mexicali y a la Mesa de San Luis
por el norte y noreste, provenientes de los Valles Imperial y Yuma (USA),
respectivamente. En el Valle de Mexicali, parte del agua subterranea fluye hacia el
la Ciudad de Mexicali, donde cambia de direccién para dirigirse al norte, hacia el mar
del Salton (USA) (SARH,1972).
La configuracién de 1984 (Fig. 6) cont6é con 137 pozos abarcando desdeel Rio Nuevo hasta parte de la Mesa de San Luis. Se observa una recuperacién al SE con respecto a 1972 de 4 m,es decir, de tener un nivel de 10 m este afio cubre una gran area
con nivel de 14 m, posiblemente debido a los excedentes del Rio Colorado. En el drea
de la Mesa de San Luis en los pozos alineados V-# se presenta una curva de abatimiento. Desde 1979 el nivel del pozo Centinela ubicado al W del Rio Nuevotiene un registro negativo de (-2.06-1.79 m).
E] flujo subterraneo conservala direccién de flujo hacia el mar del Salton y en direcci6n SW hacia el Golfo de California. El parteaguas no puede ser definido con
precision en esta configuracién,
La configuraci6n de 1994 (Fig. 7) conté con 186 pozos abarcando desde el Rio Nuevo hasta la Mesa de San Luis y la zona del CGCP. Se observa un gradiente hidréulico acuzado con direccién SW desde el Poblado de Algodones (28 m) hasta el Poblado de Paredones (17 m). La curva equipotencial en Algodones baja 2 m con respecto al afio de 1972. Esta observacién se nota en las configuracién de CNAy la obtenida en el trabajo de Vazquez et al. (1998). Hay la presencia de un remanso en la zona al sur del Poblado Benito Juarez hasta unos kilémetros antes de la Ciudad Guadalupe Victoria de 12 m de elevacion posiblemente debido a un cambiodelitologia.
En el CGCP se encuentra el nivel piezométrico a 10 m no habiendo sido
reportado por CNA ya que esa parte no se contaba con datos, hasta que CFE instalé la
red de monitoreo. En el CGCP se desvia la equipotencial del resto del valle
posiblemente a la presencia de la laguna de evaporacién que puede ocasionar
infiltracin hacia el acuffero superficial, lo que modifica localmente el] patrén de flujo
regional.
Las lineas de flujo de salida comienzan al NE (Algodones) para dirigirse una
hacia el NW, préximo a la Ciudad de Mexicali y salir hacia el mar el Salton. Otra se
dirige hacia el SW paralela al Rio Colorado parasalir hacia el Golfo de California.
Ademas, en este afio los pozos de observacién de CFE ubicados dentro del
CGCP permiten tener un mejor control del nivel piezométrico y observar el parteaguas
de flujo. Una parte de flujo se dirige hacia el NW y la otra hacia el SW, pudiéndolo
relacionar con la topograffa ya descrita en el apartado de aspectos topograficos y la
geologia ya que en la zona de la laguna de evaporacién del CGCP se encuentranarcillas
siendo un material poco permeable.
|
11.8.5. Extraccién y evoluci6n en el valle.
La extraccién de agua por bombeo inicid en 1902 para regar 15 has,
aumentando en 1926 a 138 has (L6pez, 1991). Fué hasta 1950 cuandola explotacién de
agua por bombeo se incrementa debido a que el agua aportada por los Estados Unidos
fué insuficiente (1677.5 Mm/?/afio para el Valle de Mexicali) para regar poco mas de
1,000 has. Posteriormente, en 1966 el area regada fué de 70,000 has. con 617 pozos que
extrafan 1,160 Mm//afio; durante esos afios se observa un abatimiento de -4.04 m,
