UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE QUÍMICA Y FARMACIA. TRABAJO DE TESIS. EN OPCION AL TITULO DE MASTER EN GESTIÓN AMBIENTAL. TÍTULO: EVALUACIÓN CUANTITATIVA DE LOS RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÁNEOS EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA SAGUA LA GRANDE. Aspirante: Ing. René del Toro Sánchez Tutor: Dra. Elena Rosa Domínguez Consultante: Msc. Rodolfo Sánchez Morales 2009 “Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución” AGRADECIMIENTOS la tutora Dra. Elena Rosa Domínguez y Msc. Rodolfo Sánchez Morales, quienes prestaron atención a una investigación como la presente y se empeñaron en la misma suministrando todos sus esfuerzos y conocimientos. todos los compañeros que de una forma u otra aportaron su granito de arena a la presente investigación y dedicaron parte de sus energías e ideas para la mejor confección de la misma. mi familia que ha sido eje impulsor de mis propósitos de superación. la Revolución Cubana por hacer posible una superación constante y segura. RESUMEN La cuenca hidrográfica constituye la unidad natural, básica y lógica para el uso y aprovechamiento integral y racional del recurso agua, en función de lograr una satisfacción de las demandas de la producción y los servicios de manera sostenida, con el mínimo deterioro ambiental para el desarrollo agrícola, industrial y socio-económico de un territorio. En el trabajo se realiza la evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande de la provincia de Villa Clara, partiendo de las informaciones del INRH y otros organismos. Para ello se describen las condiciones geológicas e hidrogeológicas del área seleccionada, se hizo la regionalización hidrogeológica en la cuenca y se calculó por el método de balance de las aguas subterráneas, en sus tres principales variantes, los recursos naturales y explotables de las aguas subterráneas en cada tramo hidrogeológico, delimitados en la regionalización hidrogeológica de la cuenca. A partir de esta información, se realizó un análisis integral del uso de los recursos hídricos subterráneos, que permitió evaluar las condiciones de explotación a que los mismos han sido sometidos, posibilitando la toma de medidas correctoras para su explotación más sostenible. ABSTRACT The water shed is the logic, basic and natural unit for the rational use as well as for the management of the water resource aiming cope the production and service demands in a sustainable way, minimizing the environmental deterioration for the agricultural, industrial and socio-economic development of any territory. In this work the quantitative evaluation of the groundwater resources the Sagua la Grande water shed in Villa Clara province was done, by using the information available from the National Institute of water resources (INRH) as well for others organisms. The geologic and hydro-geologic conditions from the selected area are described. It was done the hydro-geologic regionalization in the water basin; it was computed, by means of the groundwater balance method, in it’s the three main variants, the natural, exploitable resources from the groundwater, in each hydro- geologic section, limited in the hydro-geologic regionalization of the water basin. By using this information, an integral analysis on the use of the groundwater resources was done, which allowed assessing the level exploitation conditions they were subjected; facilitating to take de corrective measurements for a more sustainable exploitation. NOMENCLATURA. DEFINICION DE PARAMETROS Y TERMINOS UTILIZADOS EN LOS CALCULOS T Transmisibilidad (m3/día) Q Gasto de pozo aforado ((m3/día) R Radio de influencia del aforo (m) S Abatimiento estabilizado del nivel (m) µ Coeficiente de almacenamiento (Adimensional) B Ancho de la corriente del flujo subterráneo (sección del flujo evaluado) (m) I Gradiente hidráulico (Adimensional) F Área del bloque o sector que se evalúa (km2) ∆H Recarga media en altura de agua (m) ∆h Recarga neta (m) ∆Zh Descarga total correspondiente al periodo húmedo (Drenaje natural más extracciones) (m) N Número de años de la serie analizada 2739 Constante de conversión matemática W Alimentación promedio del acuífero (mm) α Coeficiente de infiltración de las precipitaciones atmosféricas (%) P Lluvia histórica promedio (mm) Qd Recursos dinámicos hm3/a) M Potencia media del acuífero (m) Qexp Recursos explotables (hm3/a) Qn Recursos naturales (hm3/a) E Porosidad efectiva (Adimensional) Ac Área de la zona de captación del campo de pozos (km2) Vn Reservas permanentes (hm3) Vo Volumen del acuífero evaluado. (hm3) t Tiempo de explotación de la reservas, en años (años) LL Lluvia efectiva media anual (mm) INDICE INTRODUCCIÓN. 8 CAPÍTULO I. REVISIÓN BIBLIOGRAFICA 13 1.1. LA CUENCA HIDROGRÁFICA 13 1.1.1. Definiciones de cuenca hidrográfica. 13 1.2. GESTIÓN INTEGRADA A LOS RECURSOS HÍDRICOS. 14 1.3. RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÁNEOS. 16 1.3.1. El agua subterránea en Cuba. 17 1.3.2. Diferencias entre reservas y recursos de agua subterránea. 18 1.3.3. Métodos de evaluación cuantitativa de recursos hídricos subterráneos. 21 a. Método Hidrodinámico. 22 b. Método Hidráulico. 22 c. Método de Balance de las Aguas Subterráneas. 23 1.4. Explotación de las aguas subterráneas. 29 CAPÍTULO II. MATERIALES Y MÉTODOS 33 2.1. SELECCIÓN DE LA CUENCA. 33 2.2. PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO. 33 2.2.1. Búsqueda y procesamiento de la información para la aplicación del procedimiento metodológico desarrollado en la cuenca seleccionada. 35 2.2.2. Elaboración de los mapas temáticos de hidrogeología para la cuenca. 35 a. Mapa de profundidad de yacencía. 36 b. Mapa de hidroisohipsas. 37 c. Trazado del sentido de flujo subterráneo. 37 d. Mapa de gasto. 37 e. Tabla de permeabilidad de las rocas. 2.2.3. Determinación de la regionalización para la delimitación de tramos, subtramos y sectores hidrogeológicos en la cuenca. 38 38 a. Aplicación de los principios de regionalización hidrogeológica. 38 b. Mapa de regionalización hidrogeológica de la cuenca. 39 2.2.4. Cálculo de los parámetros hidrogeológicos por tramos, subtramos y sectores hidrogeológicos en la cuenca. 39 a. La trasmisividad. 39 b. El coeficiente de almacenamiento. 40 c. Alimentación total del acuífero. 41 d. Alimentación promedio del acuífero. 41 e. Coeficiente de infiltración. 42 2.2.5. Aplicación de las variantes seleccionadas del Método de Balance para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos. 42 a. Método del análisis de las fluctuaciones del nivel de las aguas subterráneas. 42 b. Método de la corriente natural. 42 c. Método de la infiltración de las precipitaciones atmosférica. 43 d. Evaluación de los recursos exportables. 43 2.2.6. Análisis del uso de las aguas subterráneas en la cuenca. 43 a. Mapa de uso del agua en la cuenca. 44 CAPITULO III. CARACTERISTICAS GENERALES DEL ÁREA DE ESTUDIO. 45 3.1. SITUACIÓN GEOGRÁFICA, LÍMITES Y EXTENSIÓN DE LA CUENCA. 45 3.2. CARACTERIZACIÓN SOCIO- CULTURAL Y ESTADO AMBIENTAL DE LA CUENCA. 46 3.3. HIDROGRAFÍA. 47 3.4. GEOMORFOLOGÍA. 48 3.5. GEOLOGÍA. 50 3.6. HIDROGEOLOGÍA. 55 3.6.1. Condiciones de difusión, yacencía y alimentación de las aguas subterráneas. 55 a. Complejo acuífero del Cuaternario. 55 b. Complejo acuífero del Neógeno. 56 c. Complejo acuífero del Paleógeno. 57 d. Complejo acuífero del Cretácico. 57 e. Complejo acuífero asociados a las rocas carbonatadas. 58 f. Complejo acuífero asociados a las rocas vulcanógenas. 58 g. Complejo acuífero asociados a las serpentinitas. 58 h. Complejo acuífero del Jurásico. 59 CAPITULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 60 4.1. MAPAS TEMÁTICOS. 60 4.1.1. Mapa hidrogeológico. 60 4.1.2. Mapa de acuosidad o gasto. 60 4.1.3. Mapa de regionalización de la cuenca. 61 4.2. REGIONALIZACIÓN INTEGRAL DE LA CUENCA. 61 4.3. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA SAGUA LA GRANDE. 63 4.3.1. El coeficiente de almacenamiento. 63 4.3.2. La alimentación total del acuífero. 63 4.4. CÁLCULOS DE LOS RECURSOS HÍDRICOS SUBTERRÁNEOS EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA SAGUA LA GRANDE. 64 4.4.1. Tramo VC-V-5 “Punta Felipe- Guayabo Nuevo.” 64 4.4.2. Tramo VC-VII-1 “Norte.” 65 4.4.3. Tramo VC-VII-2 “Manacas- Cascajal.” 68 4.4.4. Tramo VC-VII-3 “Santo Domingo.” 69 4.4.5. Tramo VC-VII-4 70 4.4.6. Tramo VC-III-4 “Costero.” 70 4.5. ANÁLISIS DEL USO DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA SAGUA LA GRANDE. 72 4.5.1. Determinación de los volúmenes medios de aguas demandadas y extracciones medias en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. 72 4.5.2. Disponibilidad de los recursos explotables de las aguas subterráneas en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. 73 a. Anexo No 9. Mapa del uso de las aguas subterráneas en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. 74 4.6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. 74 CONCLUSIONES. 77 RECOMENDACIONES. 78 BIBLIOGRAFÍA. 79 ANEXOS. Anexo textual. Medidas preventivas, correctoras y de mitigación. Tablas. Tabla A. Datos de los pozos aforados en la cuenca. (A1-A5). Tabla B. Pozos de explotación cuenca Sagua la Grande. (B1-B3) Gráficos. Gráfico Nº 1. Mapa de las cuencas hidrográficas de Villa Clara. Gráfico Nº 2. Mapa de ubicación de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 3. Mapa de división político administrativa de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 4. Mapa de la red hidrográfica en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 5. Mapa geológico de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 6. Mapa hidrogeológico de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 7. Mapa de acuosidad de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 8. Mapa de regionalización hidrogeológica en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Gráfico Nº 9. Mapa del uso del agua subterránea en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. INTRODUCCIÓN. Teniendo en cuenta el importante desarrollo hidráulico alcanzado por nuestro país y que continúa en proceso ascendente, aún persisten problemas de aseguramiento de la cantidad y calidad de las aguas, y otros relacionados con la disponibilidad de agua se han agudizado debido a la compleja variabilidad climática, la cual está determinando la ocurrencia más frecuente de fenómenos extremos (sequías prolongadas y huracanes). Por ello sigue siendo un objetivo estratégico y táctico de relevancia nacional, el impulsar una mejor administración del agua y fomentar el uso racional y eficiente de la infraestructura hidráulica creada, su mantenimiento y control, ampliando los conocimientos sobre el comportamiento de las variables del ciclo hidrológico, las relaciones entre los recursos superficiales y subterráneos, así como su aprovechamiento y protección, en función de satisfacer las necesidades de su uso sostenible. Para cumplir eficazmente con las expectativas en los momentos actuales, es necesario transitar por la gestión integrada del agua y el manejo de cuencas hidrográficas, teniendo en cuenta las particularidades cubanas. Como es conocido en las cuencas hidrográficas ocurren de forma sistemáticas dos tipos de impactos ambientales según su origen: unos naturales causados por fenómenos que ocurren en la Naturaleza, sin que intervenga directamente la mano del hombre y otros provocados diariamente por la actividad humana, ambos tipos de impactos no siempre son beneficiosos para la cuenca, desde el punto de vista de sostenibilidad. Para evitar, contrarrestar y tomar medidas correctoras tenemos que llevar a cabo un eficiente uso de los recursos hídricos subterráneos en las cuencas hidrográficas, haciendo un manejo y gestión integrado señala (García, 2007) la cuenca hidrográfica es la base para el manejo integrado de los recursos hídricos y a su vez, base para la aplicación del enfoque ecosistémico. Son unidades territoriales de planificación y ordenamiento en el sentido más amplio. En el presente trabajo titulado Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, se aplica una Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 8 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. metodología como herramienta de trabajo, la cual tiene los principios básicos fundamentales del procedimiento metodológico creado y utilizado por (del Toro, 1988) para realizar la “División de cuencas hidrogeológicas o subterráneas de Villa Clara” actualmente se analiza a la cuenca hidrográfica Sagua la Grande en toda su superficie. Esto implica que nuestra área de estudio este limitada totalmente por el parteagua o divisoria superficial de la referida cuenca y dentro de la misma, se evalúa cuantitativamente el recurso agua subterránea, primeramente se ajustan y delimitan los acuíferos y para ello se lleva a cabo una regionalización hidrogeológica, sin hacer cambios en la nomenclatura de los tramos, subtramos y boques hidrogeológicos de las cuencas hidrogeológicas o subterráneas, que caen dentro del territorio de la cuenca hidrográfica o superficial Sagua la Grande. Todo el ordenamiento hidrogeológico en los acuíferos de la cuenca es imprescindible para llevar a cabo eficientemente el control del manejo integrado de los recursos hídricos subterráneos, teniendo en cuenta que esta cuenca es de interés provincial y además por su gran importancia socioeconómica, ya que ella es la mayor en extensión territorial que drena para la vertiente norte de Cuba. La cuenca del río Sagua la Grande ocupa un área de 2 130 Km 2 lo que corresponde al 21.3 % de la superficie total de la provincia de Villa Clara incluyendo total o parcialmente los municipios de Santa Clara, Sagua la Grande, Santo Domingo, Manicaragua, Quemado de Güines, Cifuentes y Ranchuelo. El río Sagua la Grande es la corriente principal de la red hidrográfica de la cuenca estudiada y tiene una longitud total de 153 Km con una pendiente natural media 1.9 % por mil. El origen o justificación técnica de nuestro trabajo, es la necesidad de contar en la provincia con una evaluación actualizada de los recursos hídricos subterráneos por cuencas hidrográficas, para poder cumplir con los lineamientos del INRH de organizar la gestión del recurso agua por dichas cuencas, por tal razón La Delegación Provincial de Recursos Hidráulicos de Villa Clara (DPRH-VC) y La Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas aprueban la ejecución de la investigación. Debido a que la ejecución de esta tesis es muy importante para las entidades del INRH-VC y para especialistas de otras esferas que tengan que ver con la Hidrogeología. Situación Problemática Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 9 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Necesidad de cuantificar los recursos hídricos subterráneos disponibles en los diferentes acuíferos de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, para el manejo integrado de estos. Hipótesis de la investigación Si se realiza la evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, entonces se podrá conocer con mayor precisión la disponibilidad de agua subterránea y proceder a un manejo más sostenible de la misma . Novedad de la investigación. Evaluar los recursos hídricos subterráneos desde el punto de vista cuantitativo en una cuenca hidrográfica que cubra toda su superficie, por primera vez en Villa Clara. Anteriormente los estudios hidrogeológicos fueron realizados a nivel de cuencas subterráneas, donde la división respondía a un enfoque netamente hidrogeológico. La evaluación referida se realiza en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, objeto de estudio, con el fin de organizar la gestión integrada del recurso agua subterránea en la misma, los resultados tienen gran importancia porque permite determinar el valor de los recursos hídricos subterráneos por tramos y total de la cuenca, para saber con más compresión cuanto se tiene y controlar de forma más eficiente dicho recurso. Objetivos de la investigación. Objetivo general. 1) Evaluar cuantitativamente los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, contribuyendo así al manejo sostenible de los mismos. Objetivos específicos. 1) Definir el procedimiento metodológico para la evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en una cuenca hidrográfica Sagua. 2) Aplicar el procedimiento desarrollado en un caso de estudio a la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Tareas principales. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 10 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. 1) Búsqueda bibliográfica del tema tratado y recopilación de los materiales de archivos de la cuenca estudiada. 2) Recorridos de campo por el área de estudio para valorar las características físicas, geográficas, el aprovechamiento de las aguas subterráneas y las condiciones higiénicas sanitarias de la estaciones de bombeo de las poblaciones existentes. 3) Depuración y procesamientos de los bancos de datos de aforos y niveles de los pozos en la cuenca. 4) Determinación de los parámetros hidrogeológicos. 5) Confección de los mapas temáticos. 6) Cálculo de los recursos explotables de las aguas subterráneas de la cuenca. 7) Evaluación de la disponibilidad del agua subterránea a través a través del análisis del uso del recurso de este recurso en la cuenca. 8) Informe final de la memoria descriptiva de la tesis. El trabajo consta de cuatro capítulos, con anexos gráficos (mapa, planos y tablas) que facilita un mejor desarrollo y comprensión del mismo y para realizarlos nos auxiliaremos de los softwore de Sistema de Información Geográfica (SIG-ArcView), estadísticos (MICROSTA) e hidrogeológico (APUMTE), además de los tradicionales de Microsoft Office. En el Capitulo I “Revisión Bibliográfica” se hace una búsqueda y recopilación de la bibliografía que tienen que ver de una forma directa o indirecta del tema estudiado, con la literatura más actualizadas nacional e internacionalmente y de los trabajos hidrológicos, hidrogeológicos y medioambientales más recientes realizados en la cuenca. En el Capitulo II “Materiales y métodos” se selecciona el área de estudio, su ubicación geográfica, límites y extensión y como parte principal del capitulo, se describe de forma sintetizada los materiales empleados y el procedimiento metodológico para el desarrollado de la investigación. En el Capitulo III “Características generales del área de estudio” Se describen las características hidrográficas y las condiciones geomorfológicos, geológicas e Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 11 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. hidrogeológicas de la cuenca hidrográfica Sagua la Grande (en las informaciones de basados estudios anteriores, los mapas geológicos e hidrogeológicos de la provincia y trabajos realizados en la cuenca) En el Capitulo IV “Resultados y discusión” se realiza la regionalización hidrogeológica en la cuenca y se hace la evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, para cada tramo hidrogeológico delimitados en la regionalización hidrogeológica de la cuenca, también se hace un análisis integral del uso de estos recursos para conocer el estado actual en que se encuentran los volúmenes de extracción autorizados a explotar y proponemos un plan de acción para que se efectué desde el punto de vista técnico y practico un manejo eficiente del agua subterránea en la cuenca. Por último las “Conclusiones y recomendaciones” donde se exponen las conclusiones a que se llegó con este trabajo y se recomiendan indicaciones para mejorar en el futuro el uso de las aguas subterráneas en la cuenca, teniendo siempre presente que este recurso es vital para las nuevas generaciones. CAPITULO I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.1 La cuenca hidrográfica. 1.1.1 Definiciones de cuenca hidrográfica. Cuenca hidrográfica, es el espacio de territorio delimitado por la línea divisoria de las aguas, conformado por un sistema hídrico que conduce sus aguas a un río principal, lago, mar o zona costera. Es un ámbito tridimensional que integra las interacciones entre las coberturas (CARE, 2005). La cuenca hidrográfica es un sistema dinámico con componentes físicos tales como el agua, el aire, el suelo, subsuelo, el clima y los minerales; biológicos como la flora y la fauna; antropogénicos como los socioeconómicos, culturales e institucionales. Todos estos componentes están interrelacionados y en un determinado equilibrio, de manera que al afectar uno de ellos, se produce un desbalance en el sistema que de acuerdo a la capacidad de carga del mismo, tiende a recuperar nuevamente o a producir una nueva condición pero deteriorada (Dardón, et al, 2002) . Además, siendo la cuenca un Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 12 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. sistema dinámico presenta innumerables cambios en el tiempo, donde los de origen antropogénico reflejan la cultura de la sociedad que la habita. Partiendo de una definición básica, una cuenca es el territorio que aporta agua al río que contiene, o sea, es el área total que desagua en forma directa o indirecta en un arroyo o en un río la define como unidades territoriales de planificación y ordenamiento, en su sentido más amplio. Cuba ha venido desarrollando una aproximación integral para contribuir a la mitigación, solución y satisfacción paulatina de sus necesidades, mediante la aplicación de un enfoque integrado que tiene a la cuenca hidrográfica como unidad básica para materializar la gestión y eje articulador de la política hídrica. (García, 2006) Después del análisis del criterio de varios autores sobre la definición de cuenca hidrográfica, se puede entender que la misma es un área territorial delimitada por una línea natural denominada divisoria superficial, compuesta por un río y una superficie colectora de las aguas, comprende, además, de recursos naturales, los socioeconómicos que ejercen una interrelación dinámica entre sí, constituyendo un núcleo integrador y una unidad por excelencia, para la gestión integrada. Como es conocido en las cuencas hidrográficas ocurren de forma sistemáticas dos tipos de impactos ambientales según su origen: unos naturales causados por fenómenos que ocurren en la Naturaleza, sin que intervenga directamente la mano del hombre y otros provocados diariamente por la actividad humana, ambos tipos de impactos no siempre son beneficiosos para la cuenca, desde el punto de vista de sostenibilidad. En la cuenca hidrográfica se dan simultáneamente todos los impactos y fenómenos negativos recogidos documentados en la literatura nacional e internacional y en ellas ocurren múltiples factores desequilibrantes que generan complicaciones causa-efecto y además se desarrollan de maneras simultáneas acumulativas y sinérgica. (Andrade, 2004) Los impactos que afectan de un modo directo a las aguas subterráneas son: La sobreexplotación de los acuíferos. Excesivo uso del agua en el riego agrícola. El agotamiento de los acuíferos. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 13 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Contaminación de las aguas subterráneas. 1.2. Gestión integrada de los recursos hídricos La gestión integrada del recurso hídrico: comprende el conjunto de principios y métodos para su uso y aprovechamiento integral y racional, en función de lograr una satisfacción de las demandas de la producción y los servicios de manera sostenida, con el mínimo deterioro ambiental. (García, 2007) Otra visión de gestión integrada de los recursos hídricos (GIRH) la ofrece UNESCO 2005, como “el proceso cuyo objetivo es asegurar el desarrollo y manejo coordinado del agua en interacción con otros sistemas naturales, sociales y culturales, maximizando el bienestar económico, sin comprometer a los ecosistemas vitales” y brinda un marco propicio para el logro de un aprovechamiento sustentable del agua. La implementación de este proceso así definido, trasciende los aspectos de orden técnico y pasa a constituir un desafío político, social, económico y cultural que compromete a la sociedad en su conjunto. Promueve a su vez, la aplicación de estrategias adecuadas de gestión que permitan satisfacer las crecientes demandas frente a la evidencia de un recurso cada vez más en conflicto. La gestión integrada del agua, la conforma todo un sistema de gestión, investigación y desarrollo tecnológico, o lo que es lo mismo, un paquete integral compatible con las necesidades y condiciones actuales y futuras del país, orientado a proporcionar soluciones a problemas tradicionales y generar conocimiento para mejorar el uso del agua, preservar el recurso en cantidad y calidad, mitigar los posibles efectos negativos sobre el medio ambiente y anticiparse a los problemas, contribuyendo a su vez, al desarrollo económico y al incremento de la calidad de vida. En Cuba están creadas las condiciones legales y jurídicas (Ley 81 del medio ambiente y la 138 de las aguas terrestres, así como decretos y varias normas cubanas) para llevar a cabo un uso sostenible del agua, pero se requiere implementar a escala nacional, regional y local, la gestión integrada del recurso hídrico, teniendo presente la tradición y trayectoria del desarrollo hidráulico cubano, existen las condiciones objetivas y subjetivas para ello y la unidad básica para su materialización es la cuenca Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 14 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. hidrográfica, donde se manifiestan todas las interacciones entre componentes ambientales y sus relaciones con el desarrollo económico y social. Para el caso cubano, la experiencia de 10 años de trabajo del Consejo Nacional de Cuencas Hidrográficas y de los Consejos de Cuencas Territoriales y Específicos, así lo indica. Por tal motivo, se hace necesario contar con evaluaciones más precisas de los recursos hídricos subterráneo para abordar los complejos asuntos de la gestión y el manejo de las cuencas hidrográficas “El manejo es la administración específica del recurso, esto es, la aplicación concreta de los instrumentos de gestión en una cuenca hidrográfica u otro ecosistema y por integración, las sinergias entre los recursos y componentes”. El desafío es elevar la aplicación de criterios integrales con elementos científicos, técnicos, jurídicos, económicos, de planeación y comunicación social, entre otros, para lograr el mejor ordenamiento y aprovechamiento de los recursos hídricos, su saneamiento y su conservación y con ello, continuar logrando avances sustantivos en la gestión sostenible del medio ambiente y contribuir así a elevar la calidad de vida de la población. Para cumplir eficazmente con las expectativas en los momentos actuales, es necesario transitar por la gestión integrada del agua y el manejo de cuencas hidrográficas, teniendo en cuenta las particularidades cubanas. En consecuencia con todo lo anterior, por manejo integrado de las cuencas hidrográficas se entiende “la aplicación o desarrollo de la gestión integrada del agua en la cuenca, con enfoque ecosistémico” 1.3. Recursos hídricos subterráneos El agua subterránea según (Antigua, 1997) ocupa, en mayor o menor medida, los huecos existentes en el suelo y las rocas, ya sean poros, fisuras o conductos de mayor tamaño hasta una cierta profundidad los huecos del material están normalmente ocupados por agua y aire: es lo que se denomina zona no saturada. (Guzmán et al, 1982). Esta zona tiene un sentido fundamentalmente vertical. A partir de una cierta profundidad que fluctúa en función del tiempo todos los huecos interconectados del suelo o roca están llenos de agua formando el medio o zona saturada, a la cual se Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 15 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. refiere (González, 2001) cuando habla de agua subterránea propiamente dicha. La superficie superior de esta zona se conoce como nivel freático. La zona saturada se extiende en profundidad, hasta donde el material geológico colector ya no presenta huecos interconectados capaces de posibilitar la continuidad del flujo del agua. A nivel global, el agua subterránea representa cerca de un 20 % de las aguas dulces, que a su vez constituyen el 3 % del total; el 80 % restante está formado por las aguas superficiales; un 79 % e hielo y el 1% representa el agua presente en ríos, lagos y arroyos. El movimiento del agua subterránea depende del tipo de rocas o litología presentes en cada lugar. Las capas permeables saturadas capaces de aportar un suministro útil de agua son conocidas como acuíferos. 1.3.1. El agua subterránea en Cuba. Conociendo que Cuba es una isla de pequeña extensión, rodeada de agua y con pocos ríos caudalosos, con las precipitaciones como única fuente de alimentación al manto, y por su característica de ser un país netamente agrícola, el agua subterránea tiene vital importancia. El agua subterránea en Cuba se caracteriza por manifestarse en volúmenes considerables; por la facilidad de captación de la misma debido a su poca profundidad y por la calidad, lo que la hace aptas para múltiples usos y exigencias. El volumen medio explotable en Cuba o lo que es lo mismo el Recurso medio o Escurrimiento medio anual Subterráneo es aproximadamente 4,5 km3 /año lo que representa un 30 % de la disponibilidad hídrica total del país, distribuido aproximadamente en un 67 % del territorio y en esta área predomina una secuencia carbonatada de calizas y dolomitas las cuales están afectadas por los procesos cársicos (Barros, 1998). Por lo que, se comprende que es habitual la búsqueda y uso del agua subterránea teniendo en cuenta que existen 167 acuíferos importantes, con grandes recursos y un área acuífera efectiva de aproximadamente 37 000 km2 que equivale al 32 % del territorio nacional, casi todos ellos son cársicos y en su mayoría Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 16 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. abiertos al mar, estimándose que el volumen aprovechable subterráneo es más del 50 % del volumen total, lo que reafirma la importancia del agua subterránea. El costo relativamente bajo y la buena calidad natural del agua subterránea son factores más que suficientes que justifican la preferencia que se le da en el suministro de agua potable. El fenómeno conocido como intrusión salina o marina, ha sido y es uno de los principales problemas hidrogeológicos en Cuba debido a que la mayoría de los acuíferos cubanos (75 %) son cuencas cársicas costeras con relación hidráulica con el mar. Estas áreas están distribuidas en prácticamente la totalidad de la Isla, pero con el potencial hídrico mayor hacia occidente y centro del territorio (Gonzáles, 1992). En ellas se han extraído históricamente los recursos aprovechables a tal punto que, la intensidad de esta explotación, ha provocado un avance paulatino de las aguas saladas hacia el interior de estos acuíferos; este proceso de la intrusión es irreversible, debido a que los perjuicios que esto ocasiona significan años para sólo disminuir los efectos negativos mencionados anteriormente. En Cuba en las últimas cuatro décadas, existen muchos ejemplos de intrusión marina, como por ejemplo: Cuenca Sur de Pinar; cuencas Jaimanitas y Sur, Habana; cuencas del sur y norte de Matanzas; Juraguá, en Cienfuegos; costera norte de Villa Clara; cuencas Trinidad y Sur del Jíbaro, S. Spíritus; sur y norte de Ciego de Ávila, costera sur de Camagüey; costera sur de Las Tunas; Banes, en Holguín; Manzanillo Niquero, en Granma; San Juan - Paradas, en Santiago, por sólo citar las más importantes. Una de las principales zonas con mayor incidencia de este fenómeno, en las últimas décadas, ha sido la Costera Sur de La Habana, que ha experimentado esta intrusión en varios de sus tramos. 1.3.2. Diferencias entre reservas y recursos de agua subterránea Señala (Pérez, 1982) que uno de los problemas que más controversia origina dentro de la Hidrogeología contemporánea, es la evaluación de los recursos disponibles para la explotación. En Cuba la influencia que existen entre las dos escuelas hidrogeológicas la europea y la norteamericana, provoca entre los especialistas de la materia, incertidumbre para entender estos conceptos. La primera usa los conceptos de reserva Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 17 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. y recursos de las aguas subterráneas y la segunda el concepto del caudal seguro, para definir la disponibilidad de agua subterránea; sin embargo, tanto en uno como en el otro caso, surgen imprecisiones causadas por la variadas definiciones que se han atribuidos a dichos conceptos .No solamente eso, sino que en muchas ocasiones los hidrogeólogos que siguen la escuela europea emplean indistintamente los conceptos de reservas y de recursos, construyendo adicionalmente a la confusión. A pesar de estas dificultades para realizar una explotación racional del agua subterránea resulta imprescindible poder evaluar, aunque sea de modo aproximado, la cantidad de agua disponible a ser explotada en un acuífero. Es por eso, que se analizan las definiciones de un grupo fundamental de conceptos que servirán, para determinar del modo más claro posible la forma de evaluar la cantidad de agua que se puede y debe extraer de un acuífero. En el caso de los recursos, se distinguirán las nociones de los recursos disponibles y recursos explotables, correspondiendo este último al concepto de caudal seguro de la escuela norteamericana. Como se ha señalado, existe una gran heterogeneidad en la definición y utilización de los términos anteriores, por lo que resulta necesario hacer un examen de algunas de estas definiciones tal como las utilizan diferentes autores. Castany (1970) inicialmente no distingue entre reservas y recursos y utiliza los términos de reservas totales y reservas permanentes. A la variación media de la reserva la denomina reserva reguladora y define como reserva de explotación la cantidad máxima de agua que se puede obtener del acuífero, señalando que resultan equivalentes al concepto de caudal seguro. Posteriormente el mismo (Castany, 1975) amplía sus concepciones y elimina el término reserva de explotación e introduce los términos recursos regulados. Según señala (Bindeman, 1976) a finales de los años cuarenta el término recurso fue desechado sin razón alguna y sustituido por el de reservas dinámicas lo que introdujo confusión al desaparecer la diferencia entre reservas y recursos. Como la palabra reserva significa tener algo recogido para su utilización futura, el considera el término reserva dinámica, que expresa una alimentación de agua subterránea que ha sido acumulada anteriormente, no es satisfactorio por no construir realmente una reserva y que los términos reservas y recursos son totalmente distintos según analiza exhaustivamente. Como consecuencia de sus concepciones señala que Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 18 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. las reservas y recursos de aguas subterráneas se pueden subdividir de acuerdo con su origen en: 1) Reservas y recursos naturales. 2) Reservas y recursos artificiales. 3) Recursos atraídos. Las reservas naturales representan un concepto equivalente al de reserva permanente. Los recursos naturales corresponden a la alimentación del acuífero en condiciones naturales a causa de la precipitación atmosférica, a los aportes de los acuíferos y a la afluencia natural desde los ríos y lagos. Los recursos naturales encuentran su expresión en el caudal del escurrimiento subterráneo. (Bindeman N.N, 1976) define las reservas artificiales como el volumen formado en el acuífero a consecuencia de la irrigación, estanques de agua y anegación artificial de la capa y los recursos artificiales como la alimentación causada por la filtración desde canales, estanques, áreas de irrigación o bien a consecuencias dirigidas a reforzar la alimentación. Como se ve no hay diferencia clara entre otros conceptos y los dos se pudieren reunir en uno solo (alimentación artificial como consecuencia del trabajo del hombre hecho a propósito o no). Los recursos atraídos son aquellos que se añaden a consecuencia de la explotación del acuífero como el aumento del aporte de los ríos por efecto de la extensión del cono de abatimiento de las obras de captación y el aumento del aporte. A finales del Siglo XX (Pérez, 1995) establece nuevos conceptos para dejar clara la diferencia entre recursos y reserva y explica porque el término reservas explotables debe eliminarse del lenguaje hidrogeológico y utilizar el término correcto de recursos explotables. Además, se han definido con precisión los conceptos de recursos explotables. Los recursos disponibles dependen fundamentalmente de la alimentación neta del acuífero y representan el volumen total de agua, expulsado en forma de caudal que podrían extraerse permanentemente a largo plazo del acuífero sin que se experimente una reducción en la reserva permanente. El diseño y construcción de la obra de captación influye notablemente sobre el valor de los recursos explotables así como el propio efecto de la explotación, en general los Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 19 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. recursos explotables no deben exceder la alimentación asegurado del acuífero, o sea, los recursos disponibles aunque existen ocasiones que pueden admitirse una sobreexplotación a expensas de los recursos explotables por causas técnico económicas tienden a ser menores que los disponibilidades. El estudio de la hidráulica de las captaciones de aguas subterráneas (pozos, galerías y trincheras) permite definir que abatimiento se producirá en la obra de captación para un caudal determinado conocidas las propiedades del acuífero y también que caudal se puede extraer para ciertas condiciones de abatimiento, permitiendo prever durante cuanto tiempo se puede extraer dicho caudal de ese pozo o de otros que actúan simultáneamente. 1.3 .3. Métodos de evaluación cuantitativa de recursos hídricos subterráneos. Existen varios métodos clasificados por (Meinzer, 1931).para la evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos, internacionalmente los más empleados son el método hidrodinámico, el hidráulico, y el de balance en sus distintas variantes. Estos responden a características del flujo de las aguas subterráneas que pueden ser: Flujo lineal o laminar Flujo no lineal Flujo turbulento A continuación, se hace un resumen de las características de estos métodos, con énfasis en el de Balance de la Aguas Subterráneas por ser el de mayor aplicación en Cuba para la evaluación de los recursos explotables en los acuíferos. a. Método Hidrodinámico Tiene como objetivo principal definir el abatimiento permisible en una zona acuífera para el que se satisface la extracción de un determinado caudal. También, es frecuente usarlo para deducir los recursos disponibles conocidos de antemano las condiciones hidrogeológicas del acuífero y como consecuencia el abatimiento admisible del mismo. El método se basa en la utilización directa de las ecuaciones que se obtienen para calcular el abatimiento en distintas situaciones, o sea, a partir de las ecuaciones Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 20 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. resultantes del modelo analítico del flujo de agua subterránea hacia las diferentes estructuras de captación con las condiciones de contorno que le correspondan. b. Método Hidráulico. Se fundamenta en predecir el abatimiento para un caudal de explotación determinado a partir de los resultados de abatimientos obtenidos con otro caudal o caudales bajo condiciones de casi equilibrio. Si se trata de un acuífero confinado y sin estructura del pozo principal, en régimen lineal de flujo, la curva característica resulta una recta horizontal ( )0=β . Entonces: (S/Q) prueba de aforo = (S/Q) pronóstico. Se pueden presentar dos situaciones: SE = (S/Q) aforo. Q demandado (1.1) QE = (Q/S) aforo. S admisible. (1.2) Se obtiene una recta inclinada ( )0≠β en cualquiera de los siguientes casos: a) Flujo lineal o no lineal en acuífero libre, con o sin estructura de pozo principal. b) Flujo lineal en acuífero confinado con estructura de pozo. c) Flujo no lineal en acuífero confinado con o sin estructura de pozo principal. Solución de Jacob (1947) para el caso (b): Sp = Spp + CQ2 = B . Q + CQ2 (1.3) Donde: B, caracteriza la resistencia de la formación acuífera en función del tiempo en régimen lineal de flujo impermanente. Dupuit Thiem da su valor en régimen impermanente. C, es la resistencia de la estructura del pozo. Entonces, Sp/Q = B + C.Q, donde C = tgB y B es el intercepto de la recta en la gráfica de la curva característica del pozo. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 21 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. c. Método de Balance de las Aguas Subterráneas. En los múltiples estudios hidrogeológicos realizados en nuestro país donde se ha aplicado el método de balance para evaluar cuantitativamente y para distintas probabilidades los recursos de las aguas subterráneas, se demuestra las ventajas y posibilidades de utilización, en los acuíferos cubanos y la variante más usada en Cuba es la basada en las oscilaciones de los niveles de las aguas subterráneas, ya que las características geológicas e hidrogeológicas facilita la medición sistemática de varios elementos, al unísono para calcular los parámetros hidráulicos e hidrodinámicos por pruebas de bombeo o aforos de pozos. La ecuación del Equilibrio Hidrológico de acuerdo con (Antigua, 1997) es fundamentalmente una forma de expresar la Ley de Conservación de la Materia aplicada al Ciclo Hidrológico, establece para el caso de una cuenca de agua subterránea que debe existir un balance entre la cantidad de agua suministrada y la que sale de ella a través del cambio en la cantidad de agua almacenada en la misma. Se considera como: Elementos de entrada: 1) La precipitación que se infiltra y percola hasta la zona saturada. 2) La recarga anual desde corrientes superficiales. 3) La entrada de agua subterránea. 4) La recarga artificial debida al riego, los embalses y obras de inyección al acuífero. Elementos de salida 1) La evaporación desde la zona capilar y en áreas de superficie y en áreas del nivel freático poco profundas, así como la transpiración de las plantas. 2) La recarga anual hacia manantiales y corrientes superficiales. 3) La salida del agua subterránea 4) La descarga artificial (la explotación) a través de bombas, pozos fluyentes o drenes. Según (Pérez,1995), el balance de las agua subterráneas es la relación entre las entradas (ingresos) y su gasto, (salidas), expresado cuantitativamente (en hm3) durante Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 22 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. un período determinado (mensual, semestral, anual, hiperanual, pero más comúnmente, anual); vista como la suma algebraica de los Ingresos (Entradas) y los Egresos (Salidas) de los volúmenes de aguas para un período determinado, que en la mayoría de los casos equivale a la cantidad total de agua acumulada en la corriente subterránea. Puede entonces definirse como: V = Ingresos - Egresos Ingresos: (P) - precipitaciones ( un % de estas ), o sea, infiltración o alimentación, mm (Rsup) - recarga por agua superficial (escurrimiento) de ríos, lagunas, etc, m (Rart) - recarga artificial por pozos, aguas residuales, embalses, etc, m (Rrec) - recarga por recirculación de riego, m (Tac) - trasvase de aguas de acuíferos colindantes, (Ajv) - aguas juveniles o vírgenes Egresos: (Ex) - Explotación o extracción de los pozos (Evt) - Evapotranspiración, en mm (Esm) - Escurrimiento natural al mar, en (m3 /año) (Esr) - Escurrimiento natural a ríos, lagunas, etc, en (m3 /año) (Tva) - Trasvase a otros acuíferos, (m3 /año) Ecuación general del balance hidrogeológico. V P R R R T A E E E E Tart rce ac jv X VT SCMM SCR AOA= + + + + + − + + + +( ) (sup ) (1.4) Debido a que es de esperar de esta ecuación, en condiciones normales, el término de entradas sea superior al de salidas (o iguales, al menos), quedaría un saldo positivo o volumen que sería el que quedaría en el acuífero Así, también la fórmula se puede expresar como: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 23 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Ingresos = Egresos ± Cambio de Almacenaje Sin embargo, es indudable que en la ecuación general de Ingresos y Egresos, son muchas las variables o incógnitas a determinar, y, aunque una gran parte puede ser y de hecho comúnmente determinada, no es menos cierto que otras necesitan de cálculos y evaluaciones complejas. Para determinar los distintos elementos de la ecuación de balance se necesitará un estudio detallado de las estructuras hidrogeológicas del acuífero y de los factores climáticos del área en cuestión. Estas variantes plantean la determinación directamente del gasto o escurrimiento medio hiperanual (recursos naturales) y/o la evaluación de distintas variables y parámetros, para obtener un gasto o recurso de explotación, que es lo que se necesita. Las ecuaciones fundamentales utilizadas son: 1) Fórmula de Darcy (Recursos Naturales o Escurrimiento Subterráneo) Q K In A= . . (1.5) Donde: K: coeficiente de permeabilidad o filtración, en m/día: gradiente hidráulico, entre dos puntos o pozos, ( I h L1 = ∆ ) adimensional A: área del acuífero, perpendicular al flujo, por donde circula el escurrimiento subterráneo en km2. Qn recursos naturales, en m3/día. Al multiplicar este valor por 365 días, se obtiene el escurrimiento medio anual subterráneo. 2) Fórmula de Darcy, Modificada (1.6) ITBQn ...365= Donde: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 24 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. T: coeficiente de Transmisividad del acuífero, en (m2/día) B: ancho de la corriente subterránea o flujo que vamos a evaluar, en (m) Qn , ídem a la anterior fórmula., en (hm3/año) 3) Método de la infiltración de las precipitaciones atmosféricas, mediante el empleo de la Ecuación FPQn ...10α= (1.7) Donde: ∝ , coeficiente de infiltración, en % P. lluvia efectiva media anual, en (mm) F, área de la cuenca o zona de cálculo, en km2 10: factor de conversión. 4) El Método de Bindeman (Método de las oscilaciones del nivel de las aguas subterráneas) ( ) Q h z t F= +∑ µ ∆ ∆ ∆ . (1.8) Donde: µ , coeficiente de almacenamiento, adimensional ∆h, recarga neta anual, en (m) ∆z, descarga anual, en (m) F, área de la cuenca o zona de cálculo, en km2 Q, recursos anuales de las aguas subterráneas, en hm3 ∆t, tiempo de evaluación de las observaciones, en años. 5) Módulo de escurrimiento subterráneo. Q = 86,4 Mo F 365 (1.9) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 25 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Donde: Mo = módulo de escurrimiento subterráneo, en l/s/km2 W = recarga o alimentación al acuífero, en mm W = µ ∆ H (1.10) Esta ecuación se emplea cuando se van a calcular las reservas permanentes para incluir un por ciento de su volumen en los recursos explotables. Q Q V te n n= +α (1.11) Donde: V Vn = µ 0 (reservas naturales totales) (1.12) V0 : Volumen de la capa o bloque a evaluar, en (m3 o hm3 ) µ : Coeficiente de almacenamiento o porosidad efectiva, adimensional α: Coeficiente de aprovechamiento de la reservas, e/ 0.2 - 0.5 (se sugiere el menor posible) t: Tiempo de explotación de la toma, propuesto, en años; nunca menos de 20 años Qe: Recurso de explotación anual, en (hm3 /año) Algunas consideraciones generales. Los recursos de agua subterránea no deben ni pueden evaluarse sin tener en cuenta su relación estrecha con los recursos de agua superficial. Los acuíferos cubanos formados por rocas carbonatadas afectados por el carzo en zonas relativamente llanas y prácticamente sin redes hidrográficas características de estas formaciones acuíferas el caudal del agua subterránea es de 90-100% del caudal global total (superficial mas subterránea). Debe tenerse en cuenta determinadas condiciones hidrogeológicas que brindan las posibilidades de explotarse más intensamente los recursos de agua subterránea están limitados por condiciones técnicas, económicas y sanitarias. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 26 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Toda evaluación del recurso depende de la calidad de los datos de partida (datos base) y que estas en ocasiones no son fáciles de obtener, por los que el método de evaluación a utilizar en cada caso debe ser aquel que resulte mas favorable en función de las características del lugar y los datos disponibles, de la extensión de la alimentación del acuífero y del conocimiento de las necesidades de abastecimiento. Consideramos que aunque los tres métodos se han aplicado en la provincia de Villa Clara con buenos resultados y en partes del área de estudio también, por parte de los autores referidos en la bibliografía. Seleccionamos para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, al Método de Balance de las aguas subterráneas. Teniendo en cuenta las características acuíferas de la cuenca y al grado de estudios que van desde esquemas, para la zona de baja acuosidad, hasta detallados en la parte acuífera y en esta última existen las observaciones del régimen de las aguas subterráneas con series de más de 25 años de observación sistemática. Se aplica el referido método por la ventaja que tiene de estar compuesto por varias variantes que se ajustan a las condiciones de la cuenca. 1.4. Explotación de las aguas subterráneas. La explotación de las aguas subterráneas es un proceso complejo, que no sólo debe tener en cuenta los elementos de la extracción como tal, sino también y muy detalladamente las características hidrogeológicas de los acuíferos, que unido a las formas técnicas económicas de aprovechamiento, hacen un gran sistema de uso del recurso hídrico subterráneo. El manejo del recurso agua, concebido como un conjunto de acciones programadas para su conservación, control y aprovechamiento y considerándola parte del eco y sociosistema, es fundamental para lograr la sostenibilidad del hombre, sus actividades y la biodiversidad. La planeación del uso social del agua debe ser un esfuerzo continuo, orientado a lograr un adecuado balance entre el desarrollo socio-económico regional y la protección del sistema hídrico, lo que conlleva a la conceptualización de la cuenca hidrográfica como unidad que requiere un sistema de administración integrado. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 27 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. El aprovechamiento de las aguas subterráneas mediante pozos excavados o galerías de infiltración también es muy antiguo. La Biblia hace ya referencia a los litigios de los israelitas con sus vecinos de entonces por la posesión de determinados pozos. Ahora bien, este tipo de aprovechamientos fueron y son frecuentemente unifamiliares o individuales y su funcionamiento no requiere, por lo general, establecer compromisos o acuerdos con otros usuarios de aguas subterráneas de la misma zona. Por ello, no puede decirse que el uso de las aguas subterráneas en la antigüedad contribuyera especialmente a la construcción u organización de la sociedad urbana o civil. Como antes se ha dicho, el aprovechamiento de las aguas subterráneas fue casi siempre relativamente modesto y realizado de modo inconexo e independiente por personas privadas o por pequeños municipios. Sin embargo, a partir del segundo tercio de este siglo, se produce un notable incremento del desarrollo de las aguas subterráneas. Este desarrollo se debe, fundamentalmente, a tres factores: 1) El avance de la Hidrogeología cuantitativa. 2) La mejora en las técnicas de perforación de pozos. 3) El invento de la bomba de pozos profundos que puede permitir obtener caudales de agua suficientes para regar decenas, o incluso centenas, de hectáreas mediante la perforación de un pozo de menos de medio metro de diámetro (Custodio, et al, 1983). Este notable y reciente desarrollo de las aguas subterráneas, por lo general, ha sido realizado por miles y miles de agentes sociales independientes. Es decir, no ha exigido un acuerdo o compromiso previo entre un grupo importante de los futuros beneficiarios de esas aguas subterráneas, como casi siempre ha ocurrido en los grandes aprovechamientos de aguas superficiales. Ese desarrollo, en general, no ha sido ni diseñado, ni construido, ni controlado, por oficinas gubernamentales o servicios públicos. Han sido los propios usuarios del agua los que, a sus propias expensas, han perforado los pozos que luego ellos mismos operan y mantienen. La contaminación del agua subterránea, aunque es menor que la del agua superficial, se debe especialmente a la agricultura, al arrastrar el agua infiltrada numerosos compuestos químicos utilizados como fertilizantes o abonos, o también productos Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 28 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. fitosanitarios (para la lucha contra las enfermedades y plagas), o incluso por regar con agua salada o salobre, y se ha convertido también en una preocupación en los países industrializados. (González, 2001) Para planificar la explotación de las aguas subterráneas es necesario considerar cuatro aspectos fundamentales: 1) Evaluación de los recursos explotables de las aguas subterráneas. 2) Recomendaciones para la explotación de las aguas subterráneas 3) Control de la explotación. 4) Control del régimen de las aguas subterráneas. El control de la extracción es uno de los puntos claves en el manejo y uso del agua subterránea en el acuífero que este en explotación a si sea en la cuenca, zona, o tramo y complejo a que pertenezca ya que de el depende posteriormente la evaluación y control sistemático del volumen y de la calidad de las aguas subterráneas que se explotan ; además que en base al control riguroso con se administre la explotación de la cuenca y de la forma en que se a presentado el año evaluado o periodo analizado esta en dependencia la entrega y restricción que se le debe tomar en un momento preciso de sequía o lluvioso. Conclusiones parciales. 1) La cuenca hidrográfica es la unidad básica para realizar una gestión integrada de los recursos hídricos subterráneos, siempre que se conozcan las características geológicas e hidrogeológicas de la región. 2) Existen numerosos métodos de cuantificación para evaluar los recursos hídricos subterráneos, la mayoría de estos se basan en el método de balance hídrico, concentrando el análisis en una o dos variables hidrológicas, contenidas en su fórmulas de cálculos. 3) De todos los métodos de cálculos para cuantificar los recursos hídricos subterráneos analizados, el Método de Balance de las Aguas Subterráneas, por las ventajas y facilidad que ofrece, es más adecuado para su aplicación, porque Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 29 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. está implementado un sistema de observación a nivel nacional que tributa a la base de datos de las variables hidrogeológicas. CAPITULO II. MATERIALES Y MÉTODOS. 2.1. Selección de la cuenca. Se partió de la división de cuencas hidrográficas del mapa nacional de Cuba (Anexo Nº 1) y se seleccionó para el estudio la cuenca superficial del río Sagua La Grande, por ser esta la más grande que drena para la vertiente norte y mayor en extensión territorial de la provincia Villa Clara. Es una cuenca de interés provincial, por su gran importancia socioeconómica, la cual basa su desarrollo en gran medida, haciendo un gran uso de Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 30 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. las aguas subterráneas, almacenada en los acuíferos de la cuenca. En las zonas de las rocas duras los acuíferos se caracterizan por tener una baja acuosidad capaces de solucionar fuentes de abasto a pequeños usuarios tales como: la actividad agropecuaria, principalmente a la ganadería mediante pozos equipados con molinos de vientos y a la población de los campesinos dispersos en la zona, a través, de captaciones someras conocidas como pozos criollos o aljibes y otros usuarios que cubren sus demandas con poca agua. En las zonas de las rocas carbonatas colectoras se desarrollan acuíferos potentes de grandes capacidades acuíferas, capaces de solucionar fuentes de abasto a usuarios que demandan y consumen grandes cantidades de agua tales como: el acueducto de Santo Domingo, la Cervecería A. Díaz de Manacas, la empresa de cultivos varios Manacas y la empresa azucarera Carlos Baliño. (Anexo Nº 2) 2.2. Procedimiento metodológico desarrollado. La selección de los materiales, su preparación y estandarización es vital en toda investigación, de ello depende la rapidez con que se trabaje, la mayor disponibilidad y calidad de la información referente a la zona de estudio, la que debe ser estudiada y analizada cuidadosamente para obtener la mayor información posible de ellos y que a su vez aporte los datos necesarios imprescindibles para el comienzo de la tarea propuesta (Milián, 2005). Para el desarrollo de la evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, se confeccionó un procedimiento metodológico tomando como base los propuestos por los autores (del Toro, 1988) y (Milián, 2005), el cual aparece sintetizado en el diagrama de flujo del procedimiento que aparece en la Figura 1. Se fundamenta en la combinación de los trabajos de campo y gabinete, el uso indistinto de los materiales obtenidos por ambos autores y en general en materiales con información hidrogeológica existente, siendo un factor muy importante en la etapa preliminar para caracterizar, evaluar y reconocer el área de estudio, lo que facilita la investigación, los trabajos de campo aportan informaciones que complementan y ayudan a detallar las características físicas, socioeconómicas, ambientales y el estado del manejo del recurso de las aguas subterráneas en la cuenca. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 31 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Selección del Área de Investigación Búsqueda y procesamiento de la información para la aplicación del procedimiento metodológico desarrollado en la cuenca seleccionada Elaboración de los mapas temáticos de hidrogeología para la cuenca. Determinación de la regionalización para la delimitación de tramos, subtramos y sectores hidrogeológicos en la cuenca Aplicación de las variantes seleccionadas del Método de Balance para la Evaluación de los Recursos Hídricos Subterráneos Figura 1. Diagrama de flujo del procedimiento metodológico desarrollado. Análisis del uso de las aguas subterráneas en la Cuenca. Mapa de uso del agua La confección del procedimiento metodológico permite darle el seguimiento adecuado y lógico a la investigación propuesta, para cumplir satisfactoriamente con el objetivo general de la misma. En usos posteriores puede utilizarse como guía para evaluar desde el punto de vista cuantitativo a las demás cuencas hidrográficas de Villa Clara y puede generalizarse para las cuencas del territorio nacional. 2.2.1. Búsqueda y procesamiento de la información para la aplicación del procedimiento metodológico desarrollado en la cuenca seleccionada. Se analizó y depuró el material recopilado que caracteriza la situación actual de los recursos hídricos subterráneos de la cuenca hidrográfica estudiada. Del análisis anterior se obtuvieron los datos siguientes: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 32 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Datos de niveles mensuales y semestrales de las aguas subterráneas. Datos de gasto o caudal de los pozos aforados. Extracción mensual de los pozos de explotación. Datos de las precipitaciones ocurridas en la cuenca estudiada. Con esta información de los datos básicos se confeccionan los diferentes Mapas Temáticos para aplicar el Procedimiento Metodológico para evaluar la cantidad disponible de los recursos hídricos subterráneos de la cuenca en estudio. 2.2.2. Elaboración de los mapas temáticos de hidrogeología para la cuenca. Confeccionar mapas temáticos de hidrogeología, que resuman el conocimiento del régimen de las aguas subterráneas difundidas en las distintas formaciones geológicas existentes en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, con la información acumulada en los archivos de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico de Villa Clara (EAH-VC), Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos (EIPH) y la Delegación Provincial de Recursos Hidráulicos (DPRH-VC) Recopilación, procesamiento, selección y síntesis de la información hidrogeológica (registros mensuales y semestrales del nivel de las aguas y de las pruebas de bombeo (aforos de pozos de abasto, riego y estudios). Con la confección de los mapas se determinan: La profundidad a que yacen las aguas subterráneas o profundidad del nivel estático en las diferentes zonas de la cuenca. El movimiento y dirección del flujo de las aguas subterráneas. Determinar los rangos de acuosidad que caracterizan a los diferentes acuíferos desarrollados en las rocas colectoras del macizo hidrogeológico presente en la cuenca. a. Mapa de profundidad de yacencía. Se plotearon en el mapa los valores de la profundidad media de las aguas subterráneas, registrada entre el máximo y el mínimo de la series de cada pozo. Se trazaron las isolíneas correspondientes a los cinco intervalos señalados, en el mapa. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 33 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. En las zonas con insuficiencia (o carencia) de datos de observaciones sistemáticas con una serie superior a diez años, se tomaron los valores medios de los datos existentes y de estar en un rango aceptable (de acuerdo con los puntos más próximos, la formación geológica común y el propio rango analizado) se plotearon en el mapa. En las zonas sin datos sobre los niveles de las aguas subterráneas se empleó el método de la analogía hidrogeológica, para lo cual se hace la interpretación de los mapas hidrogeológicos existentes. La información de estos mapas nos brinda la posibilidad de conocer las características hidrodinámicas de las zonas que tienen muy poca información y por similitud con zonas semejantes poder determinar los parámetros hidrogeológicos de dichas zonas. b. Mapa de hidroisohipsas. Se plotearon en el mapa los valores medios de los niveles de las aguas subterráneas referidas a la cota del pozo (denominada cota de agua media o nivel piezométrico medio), determinada por la fórmula siguiente: CA = Cp-NE (2.1) Donde: CA: Cota de agua media. (m) Cp- Cota topográfica del pozo. (m) NEm- Valor de la profundidad media de las aguas subterráneas. (m) Se trazaron las hidroisohipsas correspondientes a las cotas de agua media, con distintos intervalos, en dependencia de los valores ploteados y de la posición del punto en relación con la altitud de la cuenca. En las zonas sin datos sobre los niveles de las aguas subterráneas las hidroisohipsas se trazaron sobre la base de la analogía hidrogeológica y de acuerdo con el criterio de que estas isolíneas presentan similar regularidad en su trazado que las curvas de nivel del relieve topográfico, sobre todo en las zonas montañosas. c. Trazado del sentido del flujo subterráneo. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 34 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Se determinará de la forma convencional conocida: la dirección del flujo es la perpendicular a la hidroisohipsa, y el sentido o movimiento del flujo subterráneo, desde las zonas con mayor carga hidráulica hacia las zonas con menor carga. d. Mapa de acuosidad o gasto. Se utilizaron los datos obtenidos de los ensayos hidrogeológicos (aforos) en pozos y calas ejecutados durante los estudios hidrogeológicos realizados en Villa Clara, y los aforos realizados en pozos para abasto de diversos usuarios (poblaciones, industrias, riego, etcétera). Estos datos están registrados en la base de datos utilizados para la confección del mapa 1: 250 000 y se actualizaron con los datos obtenidos posteriormente de trabajos más recientes. En aquellas zonas donde hay censados pozos no aforados o cuyos reportes de aforo se hayan extraviado, se asumió como caudal predominante el gasto de explotación recomendado o el gasto del equipo de bombeo. Para aquellas zonas con insuficientes datos (o sin éstos) se empleó el método de la analogía hidrogeológica, tomando como base la interpretación de la actualización del Mapa Hidrogeológico Provincial de Villa Clara, escala 1:100 000 e. Tabla de permeabilidad de las rocas. Se utilizaron los datos obtenidos en los ensayos hidrogeológicos (aforos) en pozos y calas ejecutadas durante los estudios hidrogeológicos realizados en Villa Clara y los aforos ejecutados en pozos para abasto de diversos usuarios (poblaciones, industrias, riego, etcétera). En aquellas zonas donde hay censados pozos no aforados o cuyos reportes de aforo se hayan extraviado, se asumió como caudal predominante el gasto de explotación recomendado o el gasto del equipo de bombeo. Se trazaron en el mapa los límites de los tramos, subtramos y sectores hidrogeológicos en que se dividió la cuenca. 2.2.3 Determinación de la regionalización para la delimitación de tramos, subtramos y sectores hidrogeológicos en la cuenca. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 35 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. La regionalización hidrogeológica es fundamental para alcanzar los objetivos del trabajo, ya que a partir de los límites de esta división, se organiza el manejo y gestión integrada de los recursos hídricos subterráneos dentro del área de una cuenca hidrográfica. a. Aplicación de los principio de regionalización hidrogeológica. Los principios o criterios básicos para realizar la regionalización hidrogeológica en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande, fueron los siguientes: 1) Hidrológico “El parteagua o divisoria superficial de la cuenca hidrográfica. 2) Geológico “La litología del área de la cuenca hidrográfica. 3) Hidrogeológico “La permeabilidad de las rocas colectoras en la cuenca 4) Analogía Hidrogeológica. b. Mapa de regionalización hidrogeológica de la cuenca. El Mapa de la regionalización y recursos es el resumen cartográfico de gran parte de la información contenida en los mapas de gastos, profundidad de yacencía, hdroisohipsas, también en escala 1: 100 00, por lo cual su metodología es similar a la empleada en esos mapas temáticos. 2.2.4. Cálculo de los parámetros hidrogeológicos por tramos, subtramos y sectores hidrogeológicos de la cuenca. El cálculo de los parámetros hidrogeológicos fundamentales que caracterizan las formaciones acuíferas de la cuenca se determinan a través del procesamiento de los aforos realizados en la cuenca durante los distintos estudios hidrogeológicos o de trabajo de búsqueda y exploración de agua subterránea. Los parámetros hidrogeológicos fundamentales que se calculan son: trasmisividad, coeficiente de filtración y el coeficiente de alimentación. a. La trasmisividad (T, m2 /d) La trasmisividad se define como la relación de flujo de agua a la temperatura prevaleciente de ésta, en m3/d, a través, de una faja vertical del acuífero de 1 m de Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 36 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. ancho que se extiende desde su límite inferior hasta el superior bajo un gradiente hidráulico unitario. Los valores de la trasmisividad fueron determinados a partir de los procesamientos de aforo (datos de las pruebas de bombeo a los pozos) de estudio y explotación realizados anteriormente en la cuenca, con fines de investigaciones y estudios hidrogeológicos. Se utilizaron los métodos de cálculo analíticos, grafoanalíticos y el programa de computación APUMTES. b. El coeficiente de almacenamiento (µ , adimensional) El coeficiente de almacenamiento (µ) adimensional de un manto acuífero se define como el volumen de agua que el mismo libera o almacena, por unidad de área superficial del manto, por cambio de unidad en el componente de carga normal a esa superficie. El coeficiente de almacenamiento (µ) se calcula mediante el procesamiento de los datos de niveles de la aguas subterráneas en las zonas de la cuenca bajo las observaciones del régimen de las aguas subterráneas. Para el cálculo se usa la ecuación siguiente: FH ITB ..2739 .. ∆ =µ (2.2) Donde: µ: Coeficiente de almacenamiento, (adimensional) B: ancho de la sección de flujo evaluada (m) T: trasmisividad (m2/d) I: gradiente hidráulico (adimensional) 2739: factor de conversión ∆H: alimentación total (m) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 37 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. F: área del sector hidrogeológico (km2). Para aquellas zonas con insuficientes datos (o sin ellos) se empleó el método de la analogía hidrogeológica con ayuda de los distintos mapas hidrogeológicos existente. c. Alimentación total del acuífero (∆H, m) La alimentación total (o variación de altura de la alimentación del acuífero) ∆H, se determina mediante los datos de niveles de las aguas subterráneas, con los pozos de observación que son representativos de cada acuífero y para el calculo se emplea el (gráfico GERAS), el cual es un programa en Excel, construidos para evaluar el estado de los acuíferos mediante el análisis de sus limnígrama de las oscilaciones de los niveles de las aguas subterráneas. Este parámetro solamente se pudo determinar en aquellos tramos hidrogeológicos que están bajo las observaciones del régimen hídrico subterráneo. N ZhhH )( ∆+∆ =∆ (2.3) y ∆H = 2 ∆h Donde: ∆h: recarga neta (m) ∆Zh: descarga total correspondiente al periodo húmedo (drenaje natural+extracciones) N: número de años de la serie analizada. d. Alimentación promedio del acuífero (W, mm) El método de balance será el utilizado para la reevaluación de este parámetro mediante el empleo de la fórmula: HW ∆= ..1000 µ (2.4) Donde: 1000: Factor de conversión µ : Coeficiente de almacenamiento (adimensional) ∆H: Variación de la altura de alimentación total del acuífero (m). Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 38 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. e. Coeficiente de infiltración (α, %) El método de balance será el utilizado para la evaluación de este parámetro mediante el empleo de la fórmula: P W %100. =α (2.5) Donde: W: alimentación promedio del acuífero (mm) 100: factor de conversión P: lámina anual de la lluvia (mm) 2.2.5. Aplicación de las variantes seleccionadas del Método de Balance para la evaluación de los recursos hídricos subterráneos. El cálculo de los Recursos Hídricos Subterráneos de la cuenca hidrográfica se realiza sobre la base del procesamiento de los datos (parámetros hidrogeológicos) obtenidos durante la ejecución de los estudios hidrogeológicos de diferentes escalas efectuados en años anteriores (aplicados o sistemáticos) se realiza para cada tramo hidrogeológico en que se dividió la cuenca y para ello se utiliza el Método de Balance de las Aguas Subterráneas en las tres (3) variantes siguientes: Las variantes del Método de Balance de las Aguas Subterráneas utilizadas para el cálculo de los recursos hídricos explotables (Qn, hm3/año) son: a. Método del análisis de las fluctuaciones del nivel de las aguas subterráneas: Se realiza mediante el empleo de la ecuación siguiente: nQ = FH ..∆µ (2.6) Donde las expresiones ya fueron explicadas anteriormente. b. Método de la corriente natural: Se emplea la fórmula siguiente: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 39 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. ITBQn ...365= (2.7) Donde: 365: factor de conversión Las restantes expresiones ya fueron explicadas anteriormente. c. Método de la infiltración de las precipitaciones atmosféricas. Mediante el empleo de la fórmula Nº (2.8): FPQn ...10α= (2.8) Donde: 10: factor de conversión Las restantes expresiones ya fueron explicadas anteriormente. d. Evaluación de los Recursos Explotables (Qe, hm3/año). Teniendo en cuenta que la serie de observaciones hidrogeológicas sobre el régimen de las aguas subterráneas es relativamente larga, para la evaluación de Los Recursos Explotables se utiliza el método de balance, asumiendo como política de explotación el criterio de que los recursos explotables deben ser iguales o menores a los recursos naturales evaluados como recarga media hiperanual del acuífero. Los Recursos Explotables (Qe) de las aguas subterráneas se evalúan por la variante de la infiltración de las precipitaciones atmosféricas (ecuación 2.8), pero sustituyendo en cada sector los valores de la probabilidad de lluvia del 75 y 95 por ciento. Se construye una tabla resumen de los recursos evaluados en los distintos tramos hidrogeológicos de la cuenca, para mejor información se anexa al mapa de regionalización y brinda la ventaja de tener en un solo plano la división de los tramos y sectores hidrogeológicos y los parámetros y recursos de la cuenca. 2.2.6. Análisis del uso de las aguas subterráneas en la cuenca. El análisis del uso de las aguas subterráneas se realiza para un periodo no menor de cinco años procesando los datos de los consumos reales de las aguas subterráneas recopilados de la información del Balance de Agua Anual de la provincia, el cual es Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 40 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. una de las acciones que se realiza para el manejo integrado de los recursos hídricos del país, por resolución del INRH, dentro de un cronograma establecido por la dirección nacional del referido instituto y controlado su ejecución por las delegaciones provinciales y lo ejecutan las empresas de aprovechamiento hidráulicos de cada provincia. a. Mapa de uso del agua en la cuenca. Se parte de la base del mapa de regionalización y sobre este se plotean los pozos de explotación incluidos en el Censo de pozos de la cuenca que constituyen las fuentes subterráneas de abasto para los diferentes usuarios que radican en la misma. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 41 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. CAPITULO III. CARACTERISTICAS GENERALES DEL AREA D E ESTUDIO. 3.1. Situación geográfica, límites y extensión de la cuenca. La cuenca del río Sagua la Grande tiene su mayor parte dentro de la provincia de Villa Clara. Pertenece a la macro cuenca hidrográfica septentrional del centro de Cuba, ocupando gran parte del centro, oeste y norte de este territorio. Tiene un área total de 2 130 km2 lo que corresponde al 21.3 % de la superficie de la provincia de Villa Clara y está limitada al Este con la cuenca del Sagua la Chica, al Oeste con la cuenca de Río Cañas y al Sur con las del Hanábana, Damují, Caunao, Arimao y Agabama, Cifuentes y Ranchuelo coincidiendo los principales asentamientos urbanos con las cabeceras municipales y otros poblados como son: Esperanza, Rodrigo, Santo Domingo. (Anexo Nº 1). Sus límites geográficos quedan enmarcados en las siguientes coordenadas planas La cuenca incluye los territorios de varios municipios, algunos de ellos completamente contenidos en la cuenca. Dentro de la cuenca está una parte importante del municipio de Santa Clara con 202,7 Km2, gran parte de Ranchuelo y partes importantes de los municipios de Santo Domingo, Quemado de Güines, Cifuentes y Sagua la Grande. En la parte alta de la cuenca también se incluye una porción del municipio de Manicaragua, en las inmediaciones de las alturas residuales como Loma Quintana, Parte de las Lomas de Rebacadero, Lomas de Curamaguey, Loma Bruja, Palmarito, Lomas de Castellano y Ranchuelito, para alcanzar un total de siete municipios en los que la cuenca tiene incidencia. (Anexo Nº 3). Orientación Coordenada X Coordenada Y Norte 598.000 348.000 Sur 610.000 267.000 Oeste 551.000 314.000 Este 612.000 314.000 Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 42 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Dentro de la cuenca se localizan numerosos asentamientos urbanos y dentro de ellos los principales parques industriales corresponden a las ciudades de Santa Clara y Sagua la Grande y existe un gran desarrollo agropecuario, incluyendo varias Empresas Azucareras, una estructura hidráulica bien definida y un planeamiento perspectivo amplio. Por consiguiente, las aguas subterráneas de la cuenca tienen un uso diverso que va desde el riego y la acuicultura hasta el consumo humano. 3.2. Caracterización socio-cultural y estado ambiental de la cuenca. La cuenca del río Sagua la Grande es la principal de la provincia de Villa Clara, tanto por su extensión territorial (es la mayor de la vertiente Norte de Cuba) como por el nivel de significación que tiene en el contexto socioeconómico. En la Cuenca residen un total de 401 726 habitantes, gran parte de ellos radicados en las ciudades de Santa Clara, Sagua la Grande y poblados cabeceras de los demás municipios que forman parte de la cuenca. Por la fertilidad de sus suelos y las características climatológicas y geomorfológicas, en el área de esta cuenca se desarrollan las principales actividades agropecuarias de la provincia, en primer lugar la agricultura cañera y la de producción de alimentos (cultivo de viandas, maíz, plátano, granos y hortalizas), que junto a la ganadería son renglones primordiales en la economía local. La actividad industrial tiene en los sectores azucarero, elaboración de alimentos, la producción de rones y licores, las industrias mecánica, de producciones domésticas, de materiales para construcción y la electroquímica gran desarrollo, por la infraestructura instalada y las tradiciones y capacidad de las fuerzas productivas del territorio. La pesca, el turismo y la recreación tienen en el sector costero y las obras hidráulicas una enorme potencialidad. Estas últimas constituyen el más importante potencial hidráulico, contando con uno de los mayores embalses del país (Alacranes) cuya función principal es el riego. Estas actividades socioeconómicas generan impactos negativos en el medio, lo cual se traduce en áreas deforestadas por la tala y la quema, pérdida de suelos por arrastres en Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 43 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. zonas sin protección, erosión, afectaciones a la flora y la fauna y contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. Existe una marcada incidencia de la carga contaminante que es arrojada a las aguas superficiales de la cuenca, con residuos orgánicos e inorgánicos (metales pesados entre estos últimos). Entre las fuentes contaminantes de mayor aporte se destacan el alcantarillado de Santa Clara con 1 012 ton/año, la Cervecería de Manacas con 400 ton/año, ambas entre las mayores de la provincia, que juntas constituyen casi el 40% de la carga total vertida en la cuenca. La ciudad de Sagua La Grande también aporta un volumen importante de contaminantes, en el curso bajo del río. Dado su posición, incide prácticamente sobre la zona costera. La carga aportada desde la misma asciende a 365 ton/año, incidiendo significativamente instalaciones como el Matadero “Lorenzo González”. No puede dejar de considerarse el efecto de la Planta Cloro Sosa, con su aporte de metales pesados como el mercurio (unos 0.48 Kg/año). 3.3. Hidrografía En la cuenca estudiada la red hidrográfica esta bien desarrollada, la cual se clasifica como dendrítica y la corriente principal de la cuenca es el río Sagua la Grande que nace en las lomas septentrionales del Escambray a una altura de 245 m sobre el nivel medio del mar siguiendo el curso del mismo cerca del poblado de Santo Domingo el cauce se orienta hacía el norte hasta su desembocadura en la costa, cerca de Isabela de Sagua, hasta este lugar la longitud total del río principal es de 153 Km con una pendiente natural media 1.9% por mil. Los afluentes más significativos de la corriente principal son por la margen derecha los arroyos Ranchuelito, Grande y Yabú, mientras que por la margen izquierda son Trancas, Jiquiabo, Roble y Monasterio. Una parte de la cuenca es atravesada por varios canales magistrales, entre los que se encuentran Alacranes- Calabazar, Armonía y Macún. (Anexo Nº 4) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 44 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. 3.4. Geomorfología. La amplitud de los movimientos neotetónicos en el área de la cuenca determina la aparición de las categorías morfoestructurales de alturas y llanuras. El relieve de la cuenca en su mayor parte es una llanura ondulada con descenso gradual hacia la costa norte, las máximas alturas se localizan en las lomas septentrionales del Escambray, donde nace el río principal, en un lugar conocido por “Los Azules” a 245 msnmm, aunque la parte alta de la sierra Mayía Rodríguez sobrepasa los 300 msnmm. En su parte central tiene carácter de planicie entre 20 y 10 msnmm. Hacia el oeste, estamos en presencia de una auténtica llanura de Manacas, que en zonas se convierte en áreas mal drenadas. Las alturas se encuentran genéticamente asociadas a los sistemas montañosos o formando grupos aislados, son el resultado de ascensos neotectónicos débiles y moderados con amplitudes hasta unos 300 m. Constituyen restos de superficies más elevadas en cuyos casos no sobrepasan la altura de unas decenas de metros. Desde el punto de vista genético y morfológico en el área que ocupa la cuenca se distingue el siguiente complejo de alturas: Tectónico – estructurales. Deben su origen a ascenso de poca amplitud y a la expresión morfológica de su estructura interna pasiva, son medianamente diseccionadas y con pendientes que oscilan entre 15 y 45º de manera general. Estas se localizan fundamentalmente en toda la parte norte y noreste de la cuenca apareciendo como bloques aplanados aislados controlados por factores tectónicos con cotas entre 200 y 250 m. Están asociados a los estratos del Cretácico Inferior constituidos por sedimentos terrígenos - carbonatados, representados por las Formaciones Mata y Margarita y sedimentos paleogénicos de la Formación Vega. Tectónico – erosivas. En ellas el papel genético fundamental es de carácter endógeno activo, pero han sido considerablemente transformadas por los procesos morfogenéticos. Se originan principalmente sobre las rocas cristalinas masivas que se denudan con facilidad y sobre las que se desarrollan fuertes procesos erosivos. Aparecen fundamentalmente en la porción Sur y Sureste de la cuenca como horst y bloques medianamente diseccionado Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 45 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. con pendientes medias entre 15 - 35º y cotas de 150 - 300 m. Estas se asocian a sedimentos Cretácicos de origen vulcanógeno-sedimentario de la Formación Bruja y a rocas de Complejo Serpentinítico. Las llanuras corresponden a las zonas de ascensos neotectónicos más débiles o descensos relativos cuyas amplitudes son inferiores a los 100 m. generalmente. De acuerdo al factor genético en el área que ocupa la cuenca se distingue el siguiente complejo de llanuras: Marinas: Aparecen de 0 a 100 y 200 m. sus superficies mas jóvenes son predominantemente abrasivo - acumulativas parcialmente cenagosas. Se extienden por toda la parte norte de la cuenca. Fluviales: Presentan un claro sistema de terrazas erosivas en las partes altas, onduladas o colinosas con cotas entre 100 a 200 m. y pendientes de 15º hasta 30º. Así como terrazas acumulativas y erosivo - acumulativas que se manifiestan de forma escalonada desde las partes mas altas, erosivas y hacia las inferiores, acumulativas, en los interiores del valle fluvial del río Sagua la Grande. Son mediana a ligeramente onduladas y planas, con categoría de débilmente a poco diseccionada y pendientes de 0 a 5º. Se asocian fundamentalmente a sedimentos Cuaternarios (aluviales, eluviales y deluviales) que aparecen propagados en los valles del los ríos, cubriendo la extensa llanura del río Sagua la Grande, y a estratos neogénicos arcillosos de la Formación Arabos. Lacustre y palustres: se caracterizan por ser acumulativas planas y parcialmente cenagosas y se localizan en la parte norte de la cuenca, constituyendo los cayos y ensenadas. Denudativas: Son las más desarrolladas y propagadas, ocupando casi toda el área de la cuenca. Se presentan en 3 formas características: amplias poligenéticas con cotas entre los100 y 150 m., poligenéticas onduladas que constituyen parte aguas locales con niveles entre 140 y 150 m y restos denudativos nivelados con cotas de hasta 180 m. De forma general, estas se asocian fundamentalmente a los estratos del Cretácico y del Paleógeno (K - P). Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 46 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. 3.5. Geología. La geología de la cuenca ha sido estudiada por geólogos como Thiadens, Rutten, Wassal y Broniman y posteriormente por geólogos de la Academia de Ciencias de Bulgaria y Cuba. Las características geológicas de la cuenca en base a el Mapa Geológico a escala 1: 250 000, confeccionados por la Academia de Ciencias de Cuba y Bulgaria; así como diferentes materiales de archivos que tienen incluidos los más recientes trabajos de campo realizados por las empresas e identidades de la provincia que estudian y trabajan en las ramas de la referida ciencia. La tectónica ha jugado un importante papel en la formación del relieve de la cuenca reflejando en la disposición alineada de las cimas, sus facetas y la sinuosidad o cambios bruscos en el cauce del río, el cual corre adaptándose a posibles líneas de fallas. Desde este punto de vista el área de la cuenca presenta cierta consideración en cuanto a su complejidad, encontrándose una serie de estructuras plicativas (pliegues) y dislocaciones disyuntivas (fallas). En toda la porción Suroeste y centro de la cuenca se encuentra la Depresión de Santo Domingo que está incluida dentro de la Zona Estructurofacial Zaza, el resto del área de la cuenca se halla ocupada por las Zonas Estructurofaciales Placetas, Camajuaní y una pequeña parte de Remedios. La conforman una variada litología en su mayor parte de edad Cretácico Inferior y Superior (K 1- 2) que constituyen su basamento. Rellenan la depresión los depósitos Maestrichtiano-Paleogénicos (K2 m-p) que estructuralmente representan un piso estructural unitario, localizados hacia la parte norte y este. Aparecen además rocas de origen vulcanógeno-sedimentario y numerosas intrusiones de serpentinitas y gabroides. Todas estas litologías constituyen el piso inferior, el superior lo forman sus efluvios y sedimentos aluviales que van desde arcilla hasta arena gruesa, los cuales tienen una gran distribución y potencia. A continuación se explican brevemente las características estratigráficas y tectónicas de cada zona en la cuenca. (Anexo Nº 5). Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas 47 Evaluación cuantitativa de los recursos hídricos subterráneos en la cuenca hidrográfica Sagua la Grande. Zona Estructurofacial Remedios. Posee dos complejos geológico-genérico: el terrígeno - carbonatado y el carbonatado, con una edad que va desde el Cretácico Inferior al Oligoceno (K1 - P3). Dentro de la primera está la Formación Grande (P1 - P2 1 Grd) constituida por un complejo evaporítico que se cubre por los sedimentos carbonatados de la Formación Remedios. Sus rocas están débilmente dislocadas, en sus partes más meridionales las deformaciones tectónicas son mucho más intensivas en comparación con sus partes septentrionales. Actualmente esta zona está muy plegada y por lo general en zonas llanas cubiertas por un potente espesor de sedimentos de la cobertura Neógeno-Cuaternario (N - Q). Sus depósitos forman un manto único que se dispone transgresiva y discordantemente sobre los preneogénicos de la demás rocas estruturofaciales. Los neogénicos aparecen menos distribuidos en la cuenca, localizados hacia la porción noroeste y una pequeña franja hacia el sur del Embalse Alacranes, representados en la Formación Arabos (N1 Arb). Los cuaternarios están bastante propagados en la cuenca, se localizan en los valles de los ríos y en su mayor extensión hacia la parte norte y central, cubriendo la extensa llanura fluvial del río Sagua la Grande, constituidos por depósitos areno - arcillosos (sedimentos aluviales, deluviales y eluviales). Su límite inferior queda marcado por una discordancia regional. Zona Estructurofacial Camajuaní. En ellas se desarrollan dos complejos geológico-genéricos: el carbonatado-terrígeno y el terrígeno-carbonatado. Dentro de la primera con edades desde el Jurásico Superior al Paleógeno (J3 - P) encontramos las Formaciones Margarita (K1 (b-h) Mra), Trocha (J3 t - K1b Tr) y Lutgarda (K2 m2 Lug), así como sedimentos de edad Cretácico representados por la Formación Mata (K1 a - K2 cm Mt). En la segunda sólo aparecen sedimentos de edad Paleógeno c