Universidad Central “Marta Abreu” Las Villas Facultad de Construcciones Carrera Ingeniería Hidráulica Trabajo de Diploma Título: Propuesta de Recarga Artificial de Acuífero a partir del análisis hidrogeológico en el sur de Ciego de Ávila como método de control de la intrusión marina. Tutor: MSc. Ing. Javier Acosta Infante Cotutor: Ing. Alberto Díaz Barata Diplomante: Betsy Calvo Quintanal -Santa Clara 2016- El agua es el alma madre de la vida y la matriz, no hay vida sin agua. Albert Szent Gyorgyi. A mi abuela, Porque gracias a ella soy como soy y dedica cada segundo de su vida a que la mía sea más fácil y mejor. A mi tío, Por ser el padre que nunca tuve a mi lado, apoyarme y acudir a mí cada vez que lo necesitaba. A mi mama, Por darme la vida, por confiar en mi dándome su apoyo y cariño siempre. A mi hermanita, Por aguantarme y ser la mejor hermana del mundo. A Linet, Por estar ahí siempre que me hiciera falta su ayuda o apoyo moral. A Félix, Porque gracias a él tome la decisión de entrar en la universidad y estuvo presente en todo momento. A la revolución, Por darme la oportunidad de elevar mi formación profesional y alcanzar la preparación que me permitirá enfrentar los retos del futuro. A mi Tutor: MSc. Ing. Javier Acosta Infante por ser tan paciente, brindarme todas sus experiencias y conocimientos, apoyarme en todo momento, dedicándome todo el tiempo que pudo y más, para llegar al final de este proyecto con las expectativas y resultados planteados en un principio. A mis amigos del grupo: Porque gracias a ellos me llevo muchos de los mejores recuerdos de mi paso por la UCLV, ya que su apoyo y amistad fueron fundamental en todo este tiempo. Al Colectivo de Profesores: de la Facultad de Construcciones por la paciencia, dedicación, profesionalidad y esmero que entregaron para nuestra formación académica. A la Universidad Central de las Villas: por haberme abierto sus puertas y darme la posibilidad de realizar esta superación profesional. A los trabajadores del IPH, Que me apoyaron con conocimientos e información, en cada momento que fue necesario. La intensa extracción de agua subterránea para el riego en la provincia Ciego de Ávila, específicamente al sur del Canal Magistral (CM) Zaza-Ciego entre los corredores la Ceiba y Maniadero, ha provocado el avance de la cuña salina hacia el norte y es por ello que la curva del g/L se encuentra en algunos lugares cerca del trazado del CM. A partir de la disponibilidad de agua en el CM se pretende inyectar esta al acuífero con el fin de mejorar sus condiciones actuales y poder continuar con el programa agrícola en la región. El presente trabajo se basa en la recopilación de información relacionada con la Recarga Artificial de Acuíferos (RAA) en Cuba y el mundo, de modo que se conozca el estado legal, normas y aplicaciones actuales. Teniendo como base esta información se elaborará un programa de diseño e investigación para la RAA en la zona de estudio y para esto se cuenta con información general del área relacionada con sus condiciones geológicas, hidrogeológicas y posición actual de la cuña salina. Además, se ejecutaron trabajos de levantamiento geológico, perforación de calas de estudio y mapeo de los puntos de interés, lo cual permitió como resultado final proponer zonas favorables para la RAA así como algunas propuestas de tipos de recargas. The intense extraction of underground water for the watering in Ciego de Ávila province, specifically to the south of the Masterful Channel (MC) Zaza-Ciego among the corridors Ceiba and Maniadero, has caused the advance of the saline wedge towards the north and it is for this reason that the curve of the g/L is in some places near the layout of the MC. starting from the readiness of water in the MC it is sought to inject this to the aquifer with the purpose of improving its current conditions and to be able to continue with the agricultural program in the region. The present work is based on the summary of information related with the Aquifer Artificial Recharge of (AAR) in Cuba and the world, so that it is known the legal state, norms and current applications. Having as a base this information it will be elaborated a design AAR program and investigation in the study area and for his there is a general information of the area related with its geologic conditions, hydrogeological and current position of the saline wedge. Also, works of geologic rising, perforation of study creeks and mapping of the points of interest were executed, which permitted as a result to propose AAR favorable areas as well as some proposals of types of recharges. Introducción. _______________________________________________ 1 Capítulo I. Estado del arte sobre la Recarga Artificial de Acuífero. ___ 6 1.1 Conceptos y generalidades de recarga artificial de acuíferos. ____________ 6 1.2 Evaluación de aportaciones y determinación de excedentes hídricos. ____ 11 1.3 Análisis de las características de calidad y variabilidad temporal. ________ 13 1.4 Métodos de recarga artificial. ______________________________________ 14 1.5 La evolución en el tiempo de la Recarga Artificial. _____________________ 18 1.6 El comportamiento de la intrusión marina. ___________________________ 23 Conclusiones Parciales. _____________________________________________ 30 Capítulo II. Materiales y métodos utilizados para llegar a una propuesta de Recarga Artificial de Acuíferos.____________________________ 31 2.1 Disponibilidad de agua para la recarga artificial. ______________________ 31 2.2 Estudio de las propiedades físico geográficas generales de la región y el área de estudio. ________________________________________________________ 32 2.3 Análisis de las posibles variantes de RAA a emplear. __________________ 36 2.4 Empleo de los SIG para el mapeo geoespacial de la información. ________ 39 Conclusiones Parciales. _____________________________________________ 41 Capítulo III. Propuesta de solución de Recarga Artificial de Acuífero. 42 3.1 Disponibilidad de agua para la recarga. ______________________________ 42 3.2 Propiedades físico geográficas generales de la región y el área de estudio. 43 3.3 Presencia cársica en la zona de estudio. _____________________________ 46 3.4 Posibles variantes de Recarga Artificial de Acuífero a emplear. _________ 50 Conclusiones parciales. _____________________________________________ 61 Conclusiones. _____________________________________________ 62 Recomendaciones. _________________________________________ 63 Bibliografía. _________________________________________________ Índice de Figuras. Figura 1.1- Recarga artificial de acuífero (directa e indirecta). Figura 1.2- Ejemplo de recarga superficial (Balsa de recarga y Pozo en canal). Figura 1.3- Zanjas y sondeos aplicados en la recarga de acuíferos. Figura 1.4- Pozos colgados de recarga artificial. Figura 1.5- Efecto de la explotación en un acuífero costero sobre la posición de la interfaz y el nivel piezométrico. Figura 1.6- Ubicación de la zona afectada por intrusión salina al sur oeste de Sancti Spíritus. Figura 2.1- Mapa con la ubicación del área de estudio. Figura 2.2- Vista en planta de un proyecto de pozo de recarga simple, con conducción por canal. Tomado de González 2013. Figura 2.3- Vista del SIG final confeccionado. Muestra las diferentes carpetas de mapas creadas, la caja de herramientas del ArcGis10.2 y el ambiente del Software. Fig. 3.1- Mapa geológico esquemático. Modificado de Mapa Geológico Digital del IGP del año 2005. Fig. 3.2 - Mapa hidrogeológico esquemático con el comportamiento de la curva de salinidad y las isoyetas de lluvias. Modificado de Mapa Hidrogeológico Digital de Cuba a escala 1:250 000. Fig. 3.3 - Pozos censados en el área de estudio. Burgos, 2014. Fig. 3.4 - Laguna existente con posibilidad de perforar pozos de recarga en su interior. Fig. 3.5 - Gran dolina (D-15 y D-16) ubicada cerca de un terraplén que limita con «Barbero» y La carretera que va desde Ciego de Ávila hacia Júcaro. Fig. 3.6- Pozo cársico (Sm-02) ubicado aproximadamente a 80.0 m del pozo de riego P-5 Fig. 3.7- Sumidero (Sm-13) ubicado en la zona de «Barbero», Municipio Venezuela. Fig. 3.8- Hoja de cálculo en el programa Hcanales. Fig. 3.9- Sección transversal de los canales secundarios. Fig. 3.10- Esquema del diseño del pozo de recarga con sigla PR-1. Índice de Tablas. Tabla 3.2. Precio y Presupuesto por Renglones Variantes. Precons II. Tabla 3.3. Precio y Presupuesto por Renglones Variantes. Precons II. Índice de Anexos. Anexo textual 1. Tabla 3.1. Manifestaciones cársicas detectadas. Anexo gráfico 1. Mapa de uso actual del acuífero y desarrollo cársico. Anexo gráfico 3. Mapa de diseño de red de RAA. Detalle de trabajo. Autocad 2015. Introducción. La Recarga Artificial de Acuíferos es un conjunto de técnicas que permiten, mediante intervención programada e introducción directa o inducida de agua en un acuífero, incrementar el grado de garantía y disponibilidad de los recursos hídricos, así como actuar sobre su calidad (González Baez, 2013). Entre sus objetivos generales más comunes se destacan: restaurar un acuífero excesivamente explotado, mantener los recursos y regularizarlos y combatir la intrusión marina, entre otros. Custodio y Llamas, 1976. Según Custodio y Llamas, 1976, el tema de la RAA es relativamente joven y novedosa en el mundo, a pesar de que se tienen reportes de que los Romanos aplicaban estas técnicas corrigiendo laderas y construyendo represas al norte de África, en el actual Tunes. Ya a finales del siglo XIX reaparece el empleo de la RAA, efectuándose la primera obra europea en Goteburgo (Suecia) en 1897, (Custodio y Llamas, 1976). En cuanto a Norte América se iniciaron los primeros trabajos en 1896, por fugas en canales de riego, con caudales de hasta 250 L/s, (Saint-Paint, 1971 en Custodio y Llamas, 1976). Otras variantes también en Norte América se asociaban a zonas de aluviales que permitían la infiltración hacia el acuífero (C.W. Fetter, 2001). Países como Alemania, España, Holanda, EUA y México siguieron desarrollando esta técnica, llegando a la actualidad aplicando diferentes variantes que llegan hasta la inyección directa a través de pozos, Custodio y Llamas, 1976. Por su parte en Cuba también ha sido empleada en diferentes localidades, como por ejemplo al sur de la provincia La Habana en una obra conocida como “Dique Sur”, ejecutada en la década de los 90 y que consiste en una barrera impermeable que sobresale 1.0 m a 1.5 m por sobre el nivel del mar, de la cual existe referencia de una respuesta positiva y en un breve tiempo del aumento del agua subterránea y un desplazamiento de la cusa salina hacia la costa. Otro ejemplo lo constituye la cuenca La Cana en la provincia Las Tunas, cuyo proyecto se inició en 1996 con la construcción de represas y pozos, logrando una mejora notable en cuanto a cantidad y calidad. González y Feitó, 1997. La intensa extracción de agua subterránea para el riego en la provincia Ciego de Ávila, específicamente al sur del CM Zaza-Ciego entre los corredores la Ceiba y Maniadero, ha provocado el avance de la cuña salina hacia el norte afectado la calidad del agua y es por ello que la curva del g/L se encuentra en algunos lugares cerca del trazado del mencionado CM. Actualmente existe una planificación a escala regional de trabajos a nivel de esquema, para lograr la infiltración de las aguas superficiales en toda la provincia, con el fin de mejorar el importante recurso hídrico, Burgos, 2014. Teniendo en cuenta la situación anteriormente planteada se analiza la posibilidad de infiltrar agua al sur del CM Zaza-Ciego, lo que permitiría hacerlo en época de estiaje, momento en que más se deprimen los niveles en el acuífero. Esta propuesta surge también considerando que hay un volumen de agua del embalse Zaza que pudiera ser inyectada al acuífero y que en la actualidad se va al mar sin ser utilizada en el riego u otros fines, la cual puede ser conducida hasta el área por el CM, aumentando por consiguiente el aprovechamiento del hidroconjunto Zaza (J. Martín, 2013). Para acometer un proyecto de esta magnitud primeramente es necesario un vasto conocimiento de los conceptos fundamentales de la RAA, así como de las normas vigentes y los distintos tipos de variantes de recarga que se recomiendan en función de las condiciones morfológicas, hidrológicas, geológicas e hidrogeológicas de la zona a recargar. Por consiguiente los trabajos fundamentales en esta etapa de investigación consisten en una amplia consulta bibliográfica que permita conocer el estado del arte de la RAA, así como revisar los resultados de trabajos de campo y reconocimiento geológico e hidrogeológico desde el arroyo La Ceiba hasta el arroyo Maniadero y algunos sitios de interés fuera de esta zona, ejecutados por otras entidades, con la finalidad principal de localizar manifestaciones cársicas como: dolinas, furnias y pozos; sitios que son ventajosos para la infiltración natural de agua, debido a que muchos de ellos tienen una alta permeabilidad vertical y se conectan directamente con el acuífero. Además es factible la ejecución de calas hidrogeológicas de estudio así como pruebas in situ de permeabilidad, que permitirían un conocimiento aproximado de las propiedades hidrogeológicas del acuífero. Como objeto de estudio de este trabajo se tiene la hidrogeología y como campo de investigación la recarga artificial de acuífero. La situación problemática que se manifiesta es que en Cuba existe afectación por intrusión marina en muchos de sus acuíferos costeros. En este caso en particular, al sur de Ciego de Ávila esta situación se ha agravado por su intensa explotación para riego, provocando el avance de la cuña salina tierra adentro, mostrando particular afectación en la zona ubicada entre los corredores La Ceiba y Maniadero al sur del CM Zaza-Ciego, donde la cuña ha llegado a avanzar según reportes en el año 2011 hasta cerca de 9.0 km, afectando la zona de riego. De lo antes planteado se deriva que el problema científico que resuelve esta investigación es la necesidad de detener el avance de la cuña salina para continuar con la explotación del acuífero con fines agrícolas. La hipótesis de la investigación se formuló como sigue: Al inyectar agua proveniente del Canal Magistral en el acuífero este tendrá como respuesta un incremento del recurso hídrico, con una mejora de la calidad del agua para su uso con fines agrícolas y un retroceso de la cuña salina por efecto del aumento de la carga hidráulica. El objetivo general de la investigación es proponer para una etapa de Estudios Hidrogeológicos Previos, la inyección de agua desde el CM Zaza-Ciego en el sector del acuífero de interés empleando métodos de RAA, de modo que permita detener el avance de la cuña salina y por consiguiente continuar con su explotación. De acuerdo con lo planteado anteriormente, los objetivos específicos de este trabajo se enmarcan en:  Estudiar el estado del arte de la RAA.  Determinar, de forma general, la morfoestructura y el comportamiento hidrodinámico del acuífero en el sector de interés.  Localizar e identificar las posibles formas naturales de recarga (formas cársicas).  Proponer y ubicar las posibles zonas más favorables para la recarga tanto naturales como artificiales.  Proponer en función de las condiciones naturales existentes al menos un proyecto piloto de RAA. Para dar cumplimiento a estos objetivos se llevan a cabo las siguientes tareas generales, dentro de las cuales se ejecutan otras tareas específicas en función del objetivo a alcanzar.  Estudio bibliográfico para conocer el estado del arte de la RAA. - Consulta de documentos de referencia tanto en la literatura clásica, como extraídos de eventos, publicaciones, revistas, cursos, internet, etc., relacionados con la RAA. - Consulta bibliográfica de estudios relacionados con la intrusión marina en Cuba y otras partes del mundo.  Estudio bibliográfico sobre los aspectos geológicos, hidrogeológicos e hidroquímicos relacionados con la zona de estudio. - Consulta del mapa geológico regional de Cuba a escala 1: 250 000 del año 1985. - Consulta del mapa geológico regional digital de Cuba a escala 1: 100 000 del año 2005. - Interpretación de imágenes aéreas. - Consulta de los resultados del comportamiento hidroquímico de las aguas en los pozos pertenecientes a la Red Cal, próximos a la zona de estudio. - Consulta de informes técnicos relacionados con el problema actual. - Mapeo y clasificación de las formas cársicas detectadas.  Procesamiento de los datos y confección de mapas temáticos de diferentes variables con la propuesta de las posibles zonas de recarga. - Creación de bases de datos (BD) en Excel. - Procesamiento espacial y geoestadístico de los datos basado en el empleo de los Sistemas de Información Geográfica (SIG), en este caso el ArcGis 10.2.  Seleccionar una zona tipo y proponer un proyecto piloto de RAA en etapa de esquema. Por lo tanto el límite de la investigación para esta primera etapa considerada como de “Estudios hidrogeológicos previos” (González Baez, 2013), es llegar a un programa de trabajo para caracterizar los sitios con mejores condiciones para infiltrar el agua, de forma que tengan una distribución homogénea a lo largo del trazado y que reúnan condiciones geológicas compatibles con este fin, así como propuestas de diseño de al menos una instalación piloto de recarga, considerando que la solución de conducción del agua prevista preliminarmente, es mediante canales de tierra hasta el sitio de infiltración, método que se ha utilizado con éxito en los canales de riego existentes. Los resultados de este estudio aportaron un conocimiento al estado del arte y de la práctica relacionado con el posible uso de la RAA en un sector nunca antes empleado, así como del conocimiento de las condiciones naturales del acuífero y sus posibilidades para asimilar un proyecto integral de RAA, que permita mejorar las condiciones actuales del acuífero. Además tiene un valor práctico y ambiental al contener una propuesta de mejora de un acuífero actualmente afectado por la intrusión marina, que tiene importancia económica y estratégica para el país. Desde el punto de vista metodológico ofrece una recopilación actualizada del estado del arte y las prácticas actuales relacionadas con la RAA, que complementan la bibliografía existente para este tema en la asignatura de Hidrogeología. Estructuralmente la tesis se presentará de la siguiente manera: Introducción. I. Consulta del estado del arte y el conocimiento sobre la RAA. II. Materiales y métodos empleados.  Análisis de la disponibilidad de agua para la RAA.  Análisis de las condiciones Físico geográficas generales. - Geomorfología - Geología general - Hidrogeología  Análisis de las posibles variantes de RAA a emplear.  Empleo de los SIG para el mapeo geoespacial de la información. III. Análisis de los resultados. IV. Conclusiones y Recomendaciones.  Bibliografía.  Anexos. 6 Capítulo I. Estado del arte sobre la Recarga Artificial de Acuífero. El agua subterránea es la mayor fuente de agua dulce disponible, por lo cual más de la mitad de la población mundial la utiliza para su consumo; además posee un gran número de ventajas, ya que tiene excelente calidad natural, pues en general es libre de patógenos, color y turbiedad, y puede ser consumida directamente sin tratamiento, o luego de realizarse un tratamiento sencillo. Está ampliamente distribuida y se pueden desarrollar sistemas de abastecimiento en lugares muy próximos a los sitios donde se presenten las necesidades, evitando así la construcción de grandes sistemas de distribución. Sus fuentes son confiables y en general no se afectan ante la presencia de sequías cortas y puede incrementarse su desarrollo con el tiempo, de esta manera se evita la necesidad de almacenar grandes cantidades de agua. M. Victoria, 2010. Sin embargo una irracional explotación de los acuíferos conlleva a su deterioro o contaminación de sus aguas, que en muchos casos llega a ser prácticamente irreversible, como suele ocurrir en el caso de la salinidad por intrusión marina, Acosta, 2011. La RAA es una técnica que se considera como novedosa y de resiente uso, convirtiéndose en una práctica que ayuda de forma general al mejoramiento de los acuíferos y a un aumento del recurso agua en los mismos y que ha sido aplicada en diversos casos para el control de la intrusión marina. En este capítulo se pretende abarcar algunos temas de suma importancia para el conocimiento de la RAA, lo cual permitirá una actualización en el tema así como un entendimiento de su factibilidad para el uso en la zona que ocupa esta tesis. Entre los aspectos más importantes a considerar están: Los conceptos y generalidades relacionadas con recarga, la evolución en el tiempo de la recarga tanto internacional como nacional y el comportamiento de la intrusión marina como agente contaminante en el sector de estudio. 1.1 Conceptos y generalidades de recarga artificial de acuíferos. La recarga de forma general se puede definir como la entrada de agua dentro de la zona saturada donde comienza a hacer parte de las reservas subterráneas, esta entrada puede darse de dos maneras, por un movimiento descendente del agua debido a las fuerzas de 7 gravedad y luego de presentarse un movimiento horizontal del flujo debido a las diferentes condiciones hidráulicas de las capas que constituyen el perfil del suelo (Balek, 1988 en María 2016). Es importante prestar atención en la estimación de la recarga de los acuíferos, ya que es necesario determinar la cantidad de agua que llega a ellos, su calidad, procedencia y las zonas donde se presenta recarga o descarga del flujo subterráneo, por este motivo su cuantificación es un aspecto incluido dentro de estudios referentes a los recursos de agua subterránea, al transporte de contaminantes, a la subsidencia o al diseño de campos de pozos (Isaar y Passchier, 1990). Dentro de las formas utilizadas para la explotación racional de un acuífero, coordinándolo con los demás elementos que determinen el régimen hidrológico de una cuenca, se encuentra la recarga artificial, aspecto que será de análisis en este trabajo de tesis. El concepto de recarga artificial ha sido manejado por varios autores entre los que se destacan Custodio (1976), Balek, (1988) en María (2016), ITGME (1995) y Fernández et al., (2005), coincidiendo todos de un modo u otro en que se denomina recarga artificial al conjunto de técnicas cuyo objetivo principal es permitir una mejor explotación de los acuíferos por un aumento de sus recursos y creación de reservas, mediante una intervención directa o indirecta en el ciclo natural del agua, concepto que se ajusta a Custodio, 1976 y que tiene total vigencia. Fig. 1.1- Recarga artificial de acuífero (directa e indirecta). 8 Los diferentes autores consultados exponen que la recarga puede efectuarse de forma directa o indirecta, la directa es cuando el agua penetra a través del suelo o cualquier obra especial, mientras que la indirecta se realiza con el agua que es atraída de embalses, canales, ríos, etc. La situación que se presenta en el área de estudio posiblemente admita la propuesta de una combinación de ambas variantes, optimizando la recarga y haciéndola más económica. Según publicación en el sitio digital IGME, 2016, las aplicaciones más generales de la recarga artificial de acuíferos son: 1. Restaurar un acuífero excesivamente explotado, quizás prolongando su vida útil hasta se disponga de otro modo de abastecimiento. 2. Mantener los recursos y regularizarlos en especial de cara a los estiajes. 3. Almacenar agua local o importada. 4. Depurar el agua que se recarga por estancia prolongada en el acuífero. 5. Combatir la intrusión marina y la contaminación, creando barreras hidráulicas apropiadas. 6. Utilizar el acuífero como conducto de distribución de nuevas aguas, cuando ya existe una red apropiada de pozos. 7. Evacuar ciertas aguas residuales, principalmente aguas de refrigeración. 8. Diluir las aguas existentes en el acuífero y ayudar a mantener un apropiado balance de sales, principalmente en zonas agrícolas. 9. Reducir la subsidencia por exceso de bombeo (no restituye los niveles iniciales, solo se detiene o frena). 10. Mezclar aguas de diferentes calidades. Igualmente según publicación en IGME, 2016, la recarga artificial de acuíferos se aplica usualmente es en: 1. Almacenamiento subterráneo de escorrentías superficiales no reguladas. 2. Reducción o eliminación del descenso piezométrico. 3. Apoyo a determinados esquemas de utilización conjunta o coordinada. 4. Mantenimiento hídrico de enclaves ecológicos o medioambientales. 9 5. Reducción de costes de transporte, almacenamiento o bombeo. 6. Actualizaciones sobre problemas de subsidencia. 7. Diminución o corrección de problemas de intrusión marina. 8. Aprovechamiento de las propiedades del suelo y de la zona no saturada como elemento de tratamiento tanto para aguas potables como residuales. 9. Dilución del excesivo contenido en nitratos, cloruros u otros constituyentes químicos de las aguas de determinados acuíferos. Como se puede observar las aplicaciones destacadas con cursiva, son las que de forma más directa se pretenden alcanzar con la recarga en la zona de estudio, principalmente en los casos 1 y 5 mencionados por IGME, 2016, ya que justamente se pretende restaurar el acuífero y retirar la cuña salina presente en los campos de pozos de explotación. En cuanto a la viabilidad de un proyecto de recarga artificial es necesario tener en cuenta varios elementos, considerados por IGME, 2016 como esenciales. De este modo se menciona que: 1. Debe considerarse como una alternativa para atender la demanda de agua. A este respecto deben contemplarse, antes de considerar cualquier hipótesis de recarga artificial, los siguientes aspectos:  Análisis de demandas y usos actuales y futuros.  Análisis de los elementos de regulación actual y futura, tanto de índole superficial como subterránea.  Evaluación de las hipótesis de gestión enfocadas al aumento de la regulación, al incremento de la garantía, o a ambas conjuntamente.  Aplicación de criterios y técnicas de utilización conjunta o gestión coordinada. 2. Luego de decidir que la técnica de la recarga artificial de acuíferos puede constituir una herramienta útil, válida y competitiva dentro de los distintos sistemas de regulación capaces de satisfacer una determinada demanda hídrica, es necesario evaluar la viabilidad de la operación de recarga artificial mediante el análisis y estudio de los factores que se relacionan a continuación:  Agua de recarga en origen.  Características del acuífero receptor. 10  Análisis de las diferentes alternativas de instalaciones de recarga, así como de las auxiliares de control, tratamiento y transporte del agua de recarga.  Agua recargada y destino final.  Evaluación económica y aspectos legislativos y de gestión. Estos elementos de viabilidad son aplicables al caso de estudio, sobre el que existe suficiente información como para considerar que pueda ser factible en la zona de estudio. Un proyecto de recarga artificial tiene una duración, comprendida desde que se inician los primeros estudios hidrogeológicos hasta que se termina la construcción de la instalación de recarga artificial de carácter industrial, que puede cuantificarse en un tiempo entre 2 y 5 años (IGME, 2016). Sin embargo dependiendo del grado de conocimiento hidrogeológico que se posee sobre una determinada zona, así como la decisión de no realizar alguna de las etapas que caracterizan a este tipo de estudios, hacen que dicho tiempo se acorte. Un cronograma típico del tipo de actividades a realizar en el proyecto puede ser el siguiente:  Fase de estudios hidrogeológicos previos. 0-12 meses  Modelización matemática. 6 meses  Fase de construcción de la instalación piloto. 3-12 meses  Fase de seguimiento de la experiencia piloto. 6-12 meses  Nuevos estudios hidrogeológicos de detalle. 0-6 meses  Diseño y construcción de la instalación de carácter industrial. 6-12 meses Como se puede ver desde que se comienzan los estudios hasta que se ejecuta la obra de recarga a escala industrial existe un tiempo significativo. En el caso de estudio se puede considerar que se trabaja para la fase de “Estudios hidrogeológicos previos”, donde se da importancia significativa a determinar algunos aspectos tales como: disponibilidad de recarga, condiciones físico geográficas generales y viabilidad de un proyecto piloto de recarga artificial. Se tiene que tener presente que un proyecto de recarga artificial puede englobar numerosos elementos característicos de la regulación superficial. La presencia de estos componentes puede implicar, en ocasiones, un proceso muy largo para la recogida de 11 datos, estudio, toma de decisiones y construcción de los dispositivos aprobados. Teniendo en cuenta que ya construidas las instalaciones pueden pasar algunos años hasta que sean totalmente efectivas, es necesario mantener un plan de monitoreo y control de la efectividad de la recarga. 1.2 Evaluación de aportaciones y determinación de excedentes hídricos. Es importante hacer un aparte en el tema del estudio del agua de recarga en origen ya que se debe contemplar tanto aspectos cuantitativos como cualitativos. En sus resultados se debe incorporar no sólo la perspectiva espacial, sino también la distribución temporal, considerando la disponibilidad de agua tanto en cantidad como en calidad como un factor primordial en toda operación de recarga artificial de acuíferos (IGME, 2016). De aquí se deduce que si no existe una disponibilidad de agua de origen con todos sus requisitos cumplidos tanto de calidad como de cantidad no es factible un proyecto de recarga. Por lo tanto, una condición realmente fundamental para la realización de cualquier tipo de recarga artificial de acuíferos es disponer de agua excedentaria. En la fase de estudio se deben analizar puntos como: 1. Naturaleza. 2. Localización de los puntos de toma. 3. Caudal disponible y régimen temporal. 4. Características de calidad y variabilidad temporal. El agua a emplear en la recarga artificial proviene mayormente de las siguientes fuentes:  Agua superficial continua (curso fluvial permanente) o discontinua (escurrida de las aguas pluviales), tomada directamente o con un cierto grado de tratamiento.  Agua residual doméstica que, expuestas a cierto grado de tratamiento, es posible reutilizar o mezclar con agua procedente de otra fuente.  Agua procedente de otro acuífero. Generalmente se refiere a la drenada a través de manantiales. Es preciso comentar que, debido al carácter discontinuo ligado con frecuencia a la escorrentía constitutiva del agua potencialmente recargable, es imprescindible, en numerosas ocasiones, un tratamiento numérico a nivel diario. 12 Se necesita indicar que no toda la contribución excedentaria de una cuenca es susceptible de aprovechamiento mediante la técnica de recarga artificial de acuíferos, producto de que su distribución espacial y temporal no es uniforme, teniendo puntas de caudal que hacen necesario el sobredimensionamiento del tamaño de las instalaciones, ocasionando un incremento del coste económico, para una utilización reducida y complicada de los dispositivos de infiltración que, incluso en el caso de una gran avenida, podría conllevar la destrucción de los mismos. En este acápite es necesario señalar que aunque no se menciona de forma explícita las aguas superficiales pueden ser conducidas hasta otras cuencas y ser usadas para la recarga, previo análisis de su compatibilidad con el acuífero. Algunos métodos de conducción pueden ser canales y conductoras (González 2013). Esta práctica se ajusta a la intención que se pretende proponer en la zona objeto de estudio. Según plantea IGME, 2016, un estudio de las aportaciones y potenciales volúmenes de agua a infiltrar se puede estructurar según la secuencia siguiente:  Análisis climático. Destinado a evaluar las aportaciones más importantes al sistema hídrico. La cuantificación de la lluvia puede, y debe, junto con el análisis de caudales, dar lugar a modelos de precipitación-escorrentía-infiltración, que ofrezcan una potente herramienta de predicción para simular futuras alternativas de gestión.  Análisis de la distribución espacial de las aportaciones. Analiza la distribución espacial de los caudales, así como su cuantía. Siempre que la disposición de las estaciones de aforo lo permita, se realizará un estudio de la infiltración en el cauce por tramos. Este valor de la infiltración puede ofrecer una estimación de la capacidad de infiltración del terreno que, a falta de ensayos o pruebas directas de infiltración en campo, podría en principio, ser asimilable a la tasa teórica de recarga del futuro dispositivo de recarga.  Análisis de la distribución temporal de las aportaciones. Estudia la forma y cuantía que tienen los caudales de presentarse en el tiempo.  Análisis de usos y demandas. La recarga artificial de acuíferos permite la optimización de algunos elementos de la regulación superficial que presentan excedentes en ciertos períodos húmedos.  Cálculo de excedentes o aportaciones no reguladas. 13  Generación de las series de volúmenes a infiltrar Se debe generar y realizar una simulación de los volúmenes potencialmente infiltrables en el período analizado, suponiendo unas instalaciones de recarga artificial trabajando en un punto óptimo o teórico de funcionamiento.  Análisis de sensibilidad. Constituye la realización de la anterior simulación, pero con las instalaciones trabajando no ya con un caudal óptimo de funcionamiento, sino con caudal situados en el entorno de dicho caudal teórico óptimo. 1.3 Análisis de las características de calidad y variabilidad temporal. La calidad del agua de recarga debe ser periódicamente controlada mediante las técnicas analíticas adecuadas. Diversos autores regulan los controles necesarios para el agua de recarga, así como los diseños de las obras, entre los que se destacan: NOM-011-CNA-2000, NC 973:2013 y NC 53-181. Como principales controles periódicos que se han de efectuar sobre la calidad del agua de recarga están en los siguientes aspectos:  Composición físico-química de los principales componentes.  Compuestos de nitrógeno y fósforo.  Compuestos orgánicos.  Metales pesados.  Bacteriología y virología.  Elementos radiactivos. Para la determinación de las características de calidad y su variabilidad temporal, se deben realizar una serie de campañas de muestreo de la calidad condicionadas por la propia dinámica que afecta la circulación de agua en el punto que constituye la fuente de toma. La presencia de agua en algunos cursos fluviales se caracteriza por una acusada discontinuidad y por importantes fluctuaciones en la cuantía del caudal circulante por los mismos. La toma de muestras de agua en estos cauces se debe efectuar según una ligazón temporal determinada por el régimen de lluvia, así como por la presencia de un mayor o menor contenido de elemento líquido en los curcos fluviales. Por otro lado existen otras fuentes que son más estables en cuanto a su entrega, así por ejemplo el objeto que nos ocupa recibirá una propuesta re recarga de agua conducida desde un embalse, el cual ya 14 está bajo régimen de monitoreo y control, restando solo mantener el mismo a la entrada de la recarga. Por lo tanto la literatura propone (IGME, 2016) que por esta razón conviene tener en la entrada de las instalaciones de recarga:  Dispositivos de pretratamiento que permitan realizar actuaciones sobre todas aquellas sustancias no deseables que se desean eliminar o disminuir.  Dispositivos de vigilancia y control que permitan rechazar o impedir la entrada a la instalación de recarga del agua que no puede ser tratada con un cierto grado de garantía o que no cumpla unos determinados estándares de calidad.  El contenido de sólidos en suspensión es un constituyente del agua de recarga sobre el que se debe efectuar un especial seguimiento, ya que este parámetro se encuentra estrechamente relacionado con la posible colmatación que pueden experimentar las instalaciones de infiltración. De esta manera, en los cauces se debe planificar la toma de muestras de agua según una secuencia que incluya un mínimo de muestreos coincidentes con períodos de lluvias, así como con el día o días posteriores al cese de las mismas, debido a que el contenido de sólidos en suspensión, en un determinado curso natural de agua, varia con el tiempo y muy condicionado por la pluviosidad, tanto como por la forma de producirse ésta. La mayor cantidad de aporte sólido se produce en tan sólo muy pocos días que corresponden a las ondas de avenida, González Baez, 2013. Tanto la toma de muestra de agua como de suelo, debe ser cuidadosamente programada y ejecutada. En ocasiones es preciso utilizar pequeños laboratorios móviles. En el caso de Cuba la Empresa Nacional de Servicios Técnicos (ENAST), es la encargada oficialmente de todo el muestreo de las aguas que se emplean, tanto superficiales como subterráneas y se rigen fundamentalmente por las NC 973:2013 y NC827:2010. 1.4 Métodos de recarga artificial. Existen varios procedimientos ideados para poder llevar a la práctica esta técnica, aunque resulta muy clásico el establecimiento de dos grandes grupos de métodos en función de que la recarga se efectúe, bien por infiltración a través de la superficie del terreno, o bien por introducción directa del agua hasta el acuífero mediante una perforación que lo atraviesa. Este tema está ampliamente recogido en la literatura, desatancándose como 15 autores actuales IGME, 2016, González Baez, 2013 y María 2016. Resumiendo lo que exponen los diferentes autores y tomando como principal referencia IGME, 2016 se puede plantear que: Los métodos de recarga en superficie pueden ser en cauces o fuera de cauces. Consisten en extender el agua buscando una gran superficie de contacto agua-terreno. Se emplean fundamentalmente en acuíferos libres, que no presentan niveles de baja permeabilidad en las proximidades de la superficie del terreno, lo que permite la llegada del agua al acuífero. Estos se pueden subdividir en: Superficiales en cauces: Serpenteos y represas: Se fundamentan en aumentar el tiempo y la superficie de contacto entre el agua y el terreno, bien mediante la construcción de diques o bien muros de tierra en forma de L. Escarificación: Consiste en escarificar el lecho del rio eliminado fino y mejorando la infiltración. Vasos permeables: Son embalses de superficie cuya cerrada no es totalmente impermeable. Superficiales fuera de cause: Balsas: Son dispositivos alargados, poco profundos y de gran superficie. La infiltración se produce predominantemente por el fondo. Fosas: Son semejantes a las balsas, pero la superficie lateral es importante. Domina la infiltración por los flancos. Canales: Son dispositivos poco profundos que siguen la topografía del terreno. La infiltración se produce tanto por el fondo como por los flancos. Campos de extensión: Se basan en extender agua por la superficie del terreno, normalmente mediante riego por los flancos. 16 Fig. 1.2- Ejemplo de recarga superficial (Balsa de recarga y Pozo en canal). Los métodos de recarga en profundidad consisten en la introducción de agua en el acuífero, generalmente mediante pozos, sondeos, etc. Se emplean de una forma generalizada en terrenos formados por una alternancia de niveles permeables e impermeables. Se pueden subdividir en: Sondeos de inyección: Mediante la construcción de sondeos profundos se inyecta el agua en acuífero. Simas y Dolinas: Consiste en aprovechar las simas y las dolinas de los terrenos calcáreos para introducir agua en el acuífero. Drenes y Galerías: Consiste en realizar en el fondo de un pozo, por el que se introduce el agua, drenes y galerías. Zanjas y Sondeos: Este dispositivo consiste en una gran zanja de infiltración, de escasa profundidad, rellena de grava calibrada, dentro de las cual se ubican sondeos de recarga. Fig. 1.3- Zanjas y sondeos aplicados en la recarga de acuíferos. 17 La recarga inducida se puede considerar como un tercer método de recarga artificial o como un caso particular de recarga a través de métodos superficiales. Consiste en provocar la infiltración natural, que tiene lugar de ríos, lagos o embalses, mediante pozos de bombeo situados relativamente cerca de dichas masas de agua. Nuevos métodos de recarga artificial. Nuevos avances han surgido recientemente en los dispositivos empleados en las operaciones de recarga artificial de acuíferos. Entre los métodos que se están ensayando o perfeccionando es menester citar los pozos secos, las trincheras y los acuíferos artificiales que se emplean para recarga de acuíferos libres. Los pozos secos o pozos en zona no saturada o pozos colgados son perforaciones o excavaciones es de 10 a 50 metros de profundidad y de 1 o 2 metros de diámetro. Las trincheras de recarga son excavaciones alargadas de 1 m de ancho y cerca de 10 m de profundidad. El mayor problema que presentan los pozos secos y las trincheras es la colmatación debida al material solido que se deposita en el entorno del pozo o de la trinchera. En estos sistemas el efecto de la colmatación se agrava al encontrarse el pozo en seco, ya que la instalación no puede bombearse, desarrollarse o rehabilitarse. No obstante la colmatación se puede minimizar mediante la aplicación de un pretratamiento al agua de recarga, por relleno del interior del pozo o trinchera con arena grosera o grava fina, por colocación de láminas de plástico o tela sobre los horizontes arcillosos, con el objeto de prevenir desprendimientos o arrastres y por la utilización de filtros de tela (geotextils). Aunque se tomen estas precauciones los pozos secos y las trincheras tienen una vida útil limitada. Los pozos colgados son dispositivos de recarga artificial en fase experimental cuyo interior se rellena en ocasiones con grava para reducir el efecto de la colmatación. 18 Fig. 1.4- Pozos colgados de recarga artificial. Como ya se ha planteado en la zona objeto de estudio se pretende proponer un proyecto de recarga profundo, donde posiblemente se combinen varios métodos destacándose la inyección con sondeos profundos con el empleo de simas y dolinas. Esta combinación de métodos optimiza y economiza la recarga. 1.5 La evolución en el tiempo de la Recarga Artificial. Probablemente en la antigüedad, en especial en zonas áridas, ya se practicó alguna forma de recarga artificial, principalmente corrigiendo la pendiente del terreno o represando cauces de ríos. De esta manera, se cita que los romanos efectuaron aterrazamientos en las laderas de los valles y represas en el Norte de África (en especial en el actual Túnez) (Saint – Paix.1971, Compte y Custodio, 1969). Se sabe que se realiza desde hace siglos en los ríos (uadis y saguias) del Oeste Sahariano (principalmente en Mauritania) y en las áridas islas occidentales de las Canarias (España), donde estas represas reciben el nombre de gavias (Custodio y Llamas, 1973). Desde un punto de vista moderno, la recarga artificial no se inició hasta los mismos finales del siglo XIX, efectuándose la primera obra europea en Goteburgo (Suecia), en 1897, aunque anteriormente Thiem ya había ideado un sistema similar para la ciudad alemana de Essen, en 1888. El método de la recarga en balsas y en zanjas pronto se extendió por Europa Occidental y Central, donde la densidad de población es elevada y gran parte de los abastecimiento gravitan sobre aguas subterráneas, con lo que llega a producirse 19 problemas de cantidad, junto con una insuficiente calidad de las aguas superficiales, contaminadas por los residuos urbanos e industriales. En cuanto a Norteamérica, en California se iniciaron los primeros trabajos por extensión en 1896 y por fugas de canales de riego en 1898 (ciudad de Fresno, hasta 250 L/s). En 1903 se inició la inyección profunda con pozos (Saint – Paix, 1971). Sin embargo, los trabajos en gran escala realizados por Los Ángeles Flood Control District no se iniciaron hasta 1926. En 1917 en Virginia y en 1924 en Lowa se iniciaron trabajos dirigidos directamente a la recarga inducida. En Alemania y Suiza se iniciaron los trabajos de recarga en balsa previa decantación, en 1900 Saint Paix (1971) cita que en 1910 se construye una galería en el rio Clyde (Glasgow, Escocia) para recarga inducida y en 1921 se construyeron represas de recarga en (Francia). En Alemania entre el 60 % y el 70 % del abastecimiento municipal se hace con aguas subterráneas (Gandenberger, 1970 Saint Paix, 1971) de las que el 50 % proceden de recarga artificial. En Holanda el 65 % es agua subterránea, la cuarta parte de la cual es recarga artificial, (Saint Paix, 1971). En Suecia 1963 en 40% del agua de suministro municipal es con agua subterráneas, más del 40% procedentes de recarga artificial (Windqvist, 1996). La recarga, de una forma o de otra, continuamente, intermitente u ocasionalmente, se realiza en muchos países. En Europa se realiza en Alemania, Francia, Reino Unido, Suecia y Holanda y en menor escala en Checoeslovaquia, Rumania, Suiza, Italia, España, etc. En Estados Unidos se practica en California, Illinois, Tejas, Virginia, Long Island (New York), New Jersey, etc. con un volumen total de agua recarga en Estados Unidos del orden de 2500 𝐻m3/año (Saint – Paix, 1971). También existen algunos ejemplos en algunos otros lugares del mundo, como en el Norte de África y Senegal (principalmente recarga inducida, reducción de la evaporación y creación de almacenamiento subterráneo para retener el agua de tormentas). Japón, Australia, África del Sur, Irán, México, etc. siendo especialmente importantes los de Israel, iniciados en 1955, pero cuyas realizaciones en gran escala datan de 1963, llegándose a recargar 130 𝐻m3/año en 1968, el 80 % de los cuales lo fueron con pozos (Harpaz, 1971). 20 El análisis de los datos realizados por Bourguet (1971), con base a un inventario de IASH- UNESCO (1970), señala que en Irlanda, Noruega, Grecia, India, Nueva Zelanda, Formosa, Madagascar, Austria y Bélgica no existen instalaciones específicas de recarga artificial, a pesar de que en algunos de ellos el abastecimiento urbano gravita muy fuertemente sobre el agua subterráneas, como en Bélgica. En general, es raro que la recarga artificial supere unos pocos por ciento del agua desarrollo de Alemania, Holanda, Suecia e Israel ya mencionados anteriormente, La recarga artificial parece poseer un especial atractivo sobre los técnicos y administrativos del agua y aunque existen numerosos y excelentes ejemplos de realizaciones prácticas (Los Ángeles en California; las dunas costeras Holandesa; llanos de Israel; Wiesbaden y Dortmund en Alemania; Barcelona en España, con un pozo de especial diseño que funciona ininterrumpidamente desde 1953, etc.) en numerosos casos han sido un mito y ha conducido a numerosos fracasos. Estos fracasos son atribuibles a mal proyectos, falta de conocimientos y mala aplicación; una vez más se demuestra que gran parte del éxito de una técnica depende de un suficiente conocimiento básico de los fenómenos que intervienen y de actuaciones bien fundamentadas. Bourguet (1971) presenta la evolución histórica del número de instalaciones y muestra como hubo un auge a principios del presente siglo, seguido de un desánimos y abandono de instalaciones para una renovada y creciente actividad a partir de 1950 y en especial a partir de 1960, con gran énfasis en el análisis de los procesos hidráulicos, de colmatación y químicos, a fin de encontrar a cada caso la solución y circunstancias idóneas. Se realiza principalmente en Barcelona. En 1974 supuso alrededor del 10 de la extracción total de agua subterránea y casi el 25 % de las extracciones para uso de abastecimiento, aunque esa proporción es muy variable de un año a otro. Más recientemente se han realizado varias tentativas de reunir experiencias sobre recarga artificial, como puede ser el trabajo de Taylor (1963), el inventario de la Asociación Internacional de Hidrología Científica (IASH. 1970) comentado y analizado por Bourguet (1971) y la relación bibliográfica de la Water Research Association (WRA. 1970). A ello se unen varias reuniones internacionales tales como la de Haifa (Israel) en 1967. organizada por la Asociaciones Internacional de Hidrología Científica y UNESCO la 21 organizada en Reading (Inglaterra) por la Water Research Association (WRA. 1970 b) la organización en New Orleans (USA), en 1973 por la Asociación Internacional de Hidrología Científica y la Unión Geofísica Americana etc. y el tema es habitual en muchas reuniones Internacionales. Ya en 2004 las ciudades de Düsseldorf y Budapest dependían en un 100% de aguas de RAA, Berlín en un 75% (Wikipedia, 2015). La recarga artificial de acuíferos se ha configurado en los últimos años como una herramienta de gestión hídrica económica y de gran efectividad con respecto a las grandes obras hidráulicas, resultando una actividad de primer orden en varios países del mundo, como pueden ser Holanda, Estados Unidos, Australia, etc. En foros internacionales la recarga artificial de acuíferos suele denominarse con los acrónimos “AR” (Artificial Recharge) y “MAR” (Management of Aquifer Recharge). Este último término tiene su origen en el grupo de trabajo para estudio de operaciones de gestión de recarga artificial, fundado por la Asociación Internacional de Hidrogeólogos en 1988. Fernández. 2005. Recarga artificial en Cuba. En Cuba, la recarga artificial propiamente dicha, se originó en la década de los 50, aproximadamente entre los años 53-55, cuando extracciones excesivas de agua subterránea para satisfacer las demandas del cultivo del arroz, hicieron penetrar “tierra adentro” en algunos de los principales acuíferos costeros de Cuba, la “cuña de intrusión salina”, González A. y R. Feitó (1997) La cuenca subterránea Güira - Quivicán presenta un elevado nivel de explotación de sus aguas desde hace muchos años, incluso por encima de sus recursos explotables calculados. Esto, unido al drenaje indiscriminado por medios de canales, ha hecho que la salinidad se haya manifestado afectando a grandes áreas de riego de tierras fértiles. Económicamente, el área constituye una de las zonas agrícolas más importantes de la provincia y de gran peso en la alimentación de la población. A su vez en la cuenca está enclavado uno de los acueductos más importante que abastece de agua subterránea a Ciudad de La Habana: el acueducto Cuenca Sur. zim://A/D%C3%BCsseldorf.html zim://A/Budapest.html zim://A/Berl%C3%ADn.html 22 Los bajos ingresos al acuífero de las precipitaciones en el periodo húmedo presentaron en los últimos 25 años un déficit continuo que junto al drenaje y la explotación del acuífero redujo la disponibilidad de agua subterránea en el territorio y provocó el deterioro paulatino de la calidad química del agua debido al aumento de la salinidad, (Núñez Lafitte, 2005). Por tal motivo se propuso en 1975 la proyección de un dique experimental de más de 4,1 km de frente hacia la zona de Playa Cajio. Este dique, que actualmente se mantiene, ha pasado a ser una obra para recordar en la Provincia Artemisa. JICA, 2015. La cuenca “La Cana” en la provincia “Las Tunas” en Cuba, presentó un grave problema de sequía producto a la falta de precipitaciones, por lo cual se pensó como propuesta a la solución del problema, una recarga artificial de este acuífero que permitiría asegurar un caudal de extracción fijo, debido a que esta presenta características hidrodinámicas que evidencian una relación muy estrecha entre su comportamiento (ascenso y descenso de los niveles) y las variaciones climáticas (precipitaciones) anuales o hiperanuales. Esta cuenca está formada por rocas del neógeno de edad mioceno, en el (corte superior) mioceno medio compuesto por calizas cavernosas de color crema y rosado, así como arcillas calcáreas con abundantes fragmentos de caliza; (corte inferior) mioceno medio inferior, compuesto por arcilla y margas con cierto grado de plasticidad. Es la cuenca de mayor importancia en la provincia Las Tunas, y es la mayor fuente de abato actual a la capital provincial, presenta 12 × 106 𝑚3 𝑎⁄ recursos explotables disponibles. Para la recarga artificial se usaría un agua local (menor cuantía) y un agua importada (desde otras cuencas superficiales vecinas, debiéndose cumplir para los recursos explotables (𝑅𝑏𝑙𝑒𝑠), en función de los recursos naturales de la cuenca (𝑅𝑁𝐴𝑇) y los recursos artificiales (𝑅𝐴𝑅𝑇) donde: (𝑅𝑏𝑙𝑒𝑠) = (𝑅𝑁𝐴𝑇) + %(𝑅𝐴𝑅𝑇). Se utilizaron sistemas de recarga mediante presas y pozos, desde la presa “ Lagunita hasta el pozo SR-3-4, desde la presa “San José” hasta el pozo SR-5 y desde la presa “ Chambi de 5 × 106 𝑚3 𝑎⁄ de capacidad real hasta el pozo SR-2 (100 𝑙 𝑠⁄ ). Este último caso constituye una referencia para el objeto que nos ocupa desde el punto de vista de origen del agua y tipo de formas de recarga, ya que presenta similitudes en cuanto a condiciones geológicas y tipo de origen de recarga, que en este caso es a partir de la importación de agua superficial desde otra cuenca. 23 1.6 El comportamiento de la intrusión marina. Origen de la salinidad en las aguas. Las aguas naturales según Stumm y Morgan (1981) en: González (2003) conforman un sistema de cierta complejidad, no homogéneo que puede estar constituido por una fase acuosa, una gaseosa y una o más fases sólidas. La misma adquiere su composición química mediante un proceso complejo donde intervienen factores de tipo químico-físicos, geológicos, hidrogeológicos, geomorfológicos, pedológicos, climáticos, antrópicos, microbiológicos y otros, (Fagundo, 1990 en: González, 2003). Los cambios en la composición química del agua subterránea están caracterizados por dos procesos químicos principales: disolución y precipitación de minerales. Ambos son importantes en el intemperismo químico, o sea, en la descomposición de la roca por acción química del agua, (González, 2003). Las sales más importantes y abundantes presentes en los materiales acuíferos afectadas por estos dos procesos son: el carbonato de calcio, presente en la calcita; el carbonato de calcio y magnesio presente en la dolomita; el carbonato de magnesio presente en la magnesita; el cloruro de sodio presente en el mineral halita; el sulfato de calcio anhidro presente en la anhidrita y el sulfato de calcio presente en el yeso. De esto se obtiene que los iones predominantes en las aguas naturales sean: Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-, HCO3-. (González, 2003). Según Hernández, (2000), algunos autores entre los que destacan Lloyd y Heatchcote (1985); Mcarthur et al. (1989); y Appelo y Postma (1993), establecen principalmente cuatro procesos de salinización diferentes a la intrusión marina. Estos son: mezcla con aguas saladas de diferentes orígenes; disolución de sales por contacto agua–roca; condiciones hidroquímicas específicas, y salinización en condiciones áridas. Las diferencias que existen entre ellos son en ocasiones muy sutiles, de tal modo que la división establecida obedece más a la intención de ordenar conceptos que a un mero orden genético (Hernández, 2000). Así mismo, no siempre es fácil delimitar el campo de actuación de cada uno, habitualmente todos participan en mayor o menor grado. Después de un análisis previo de las diferentes condiciones naturales necesarias para que se origine un agua salinizada, se hace necesario hacer referencia al origen natural de la intrusión marina, principal tema de este estudio. 24 En el proceso natural del flujo de las aguas subterráneas continentales, estas circulan por el litoral hasta los océanos, y por su parte, las aguas saladas oceánicas se infiltran en el subsuelo submarino y fluyen hacia los continentes. Se plantea que dada la diferencia de densidad, se establece un equilibrio y el contacto entre las aguas-dulces y aguas-saladas forma una superficie inclinada hacia el interior del continente, Castany (1971); por lo que a partir de este análisis se puede definir la intrusión marina como “el proceso de penetración de las aguas marinas hacia el continente y su mezcla con las aguas continentales de los acuíferos costeros”, definición esta que se ajusta al fenómeno que está ocurriendo en el área de interés que abarca la presente investigación. Fig. 1.5- Efecto de la explotación en un acuífero costero sobre la posición de la interfaz y el nivel piezométrico. Los primeros estudios relacionados con este fenómeno se reportan de 1900 cuando Herzberg según refiere Castany (1971), encontró que la profundidad hasta el agua salada en las islas arenosas en el mar del norte, cerca de las costas de Alemania, estaba en función de la altitud del nivel estático (NE) y de la densidad del agua de mar. Detectó que en poco tiempo debido a la diferencia de densidades, el agua dulce flota sobre el agua salada y el fluido más leve se proyecta a una distancia cierta por encima del más pesado. La interpretación del movimiento de las aguas continentales hacia los océanos y de su equilibrio con las aguas saladas se publicó por primera vez en 1901. Este principio también fue desarrollado por W. Badon Ghyjben (1908), en la costa de Holanda; el fenómeno está reconocido en la literatura como la ley de Ghyben-Herzberg, Castany 25 (1971) y Cedestrom (1971), que establece desde el punto de vista matemático una relación de 40H, donde H es el Nivel Piezométrico (NP) del agua dulce. Esta es una teoría válida hasta nuestros tiempos aunque su principal limitante radica en que no consideró una zona de mezcla y sí una línea de contacto entre ambos tipos de agua; no obstante fue el primer acercamiento para la estimación de la zona de mezcla agua dulce-agua salada, muy útil para el pronóstico de la potencia de agua dulce, la cual en muchas de las islas del planeta representa la única fuente de agua dulce. Por su parte M. K. Hubbert propuso una corrección a la relación anterior incorporando un flujo al problema y a partir de esto estableció una nueva ecuación que pronostica una posición más real del límite entre agua dulce-agua salada, la cual es más profunda que la de Ghyben-Herzberg, (M. K. Hubbert en: G. Castany, 1971). La limitante de todos estos métodos es la necesidad de contar con puntos de observación del acuífero para medir el comportamiento del Nivel Estático (NE) tanto en la zona de agua dulce, como la de agua salada, lo cual no siempre es posible, así como conocer con precisión la densidad de las agua. Finalmente el enunciado de Lusczinsky en: González (2003), considera la interface como una zona de mezcla con un espesor determinado donde el contacto entre las facies se considera neto. En este caso la complicación radica en que se requieren tres puntos de observación: uno en el agua dulce, otro en el agua salada y un tercero en la zona de mezcla, lo que supone una infraestructura realmente compleja sobre todo si se desconoce la ubicación espacial de la zona de mezcla. Todos estos métodos teóricos están influenciados por la heterogeneidad y anisotropía del medio, así como por las condiciones hidrodinámicas del acuífero que impiden un comportamiento regular de la geometría de la interface, por tanto el problema no es tan simple y se necesita realizar estudios morfológicos e hidrodinámicos previos. Con esta premisa y en situaciones estacionarias normales, la masa de agua salada adquiere la forma de cuña apoyada en la base del acuífero y con el vértice dirigido hacia tierra adentro, González (2003). La separación del agua dulce y salada se establece mediante la denominada interface que debido a la miscibilidad entre ambas fases acuosas, puede tener espesor variable, dando lugar a una zona de contacto de mezcla o de difusión. Este comportamiento en condiciones de explotación del acuífero sobre todo 26 en casos de una sobreexplotación es alterado, aumentando el avance de la cuña salina hacia la zona continental causando un trastorno al medio ambiente que requiere de un período muy largo de recuperación a partir de la eliminación de su causa. Intrusión salina en Cuba. En Cuba el problema de la intrusión marina ha sido reportado en diferentes localidades del país de modo general asociada a la costa sur. Así se ha detectado al sur de Matanzas (1997), sur de La Habana (1998), la cuenca Juraguá en la provincia de Cienfuegos (2007), y la zona sur oeste de Santi Spíritus (2008). El sector hidrogeológico Güira-Quivicán de la Cuenca Sur Guines, afectado por la intrusión marina, posee una superficie aproximada de 487 km2, con cotas absolutas que varían entre 1 y 20 m sobre el nivel medio del mar, donde predominan las rocas carbonatadas muy carsificadas de edad Neógeno, pertenecientes a las formaciones Jaruco, Husillo, Cojímar y Güines. Entre los años 1984 y 1987 se alcanzaron los máximos valores de explotación en este territorio incrementando aún más la intrusión marina en el acuífero, por lo cual se tomaron medidas correctoras tales como: la regulación del régimen de explotación, la construcción del Conjunto Hidráulico Pedroso-Mompostón-Güira, que consiste en un sistema de presa y derivadora que conduce el agua superficial a través de un canal para uso agrícola en el área; así como la construcción del Dique Sur, consistente en una barrera impermeable que sobresale entre 1.0 y 1.5 m sobre el nivel del mar y que toma 1m de profundidad. De acuerdo a los estudios realizados por González-Báez y Feitó (1997), en la Cuenca Sur de La Habana, el efecto de la citada obra ha sido positivo con relación a la calidad del agua, a pesar de que otros especialistas la objetan por sus efectos ecológicos negativos. En el punto de observación sistemático TS-12 (pozo Álvaro Barba), se aprecia cómo después de la construcción del dique (1985-1992) la cota media de la superficie de agua resultó ser de +0.59 m, lo que representa un incremento de 0.46 m sobre la observada en el período precedente (1974-1985), la cual fue sólo de +0.13 m. Estos resultados positivos se alcanzaron a pesar de que desde 1983 hasta 1990 la lluvia media anual no sobrepasó los 1 371 mm (período deficitario en precipitaciones). 27 El “Acuífero Neógeno – Cuaternario Sur de Trinidad” se encuentra en la provincia Sancti Spíritus, en el municipio Trinidad, al sur de la ciudad del mismo nombre. Específicamente el sector estudiado está ubicado al oeste de la ciudad “Trinidad” y al norte del río Guaurabo, con un área aproximada de 6.0 km2. Este es un acuífero libre con una potencia que llega hasta los 100 m, cársico fisurado con descarga libre hacia el mar (Acosta, 2011). En su sector norte ha sido explotado durante años con un gasto recomendado de 25 L/s. La extracción de sus aguas ha motivado la presencia en varios de los pozos de una elevada salinidad debido fundamentalmente a la penetración de la cuña salina, provocando que en estos momentos algunos estén limitados en su utilización y otros han sido abandonados por el total deterioro de la calidad de las aguas (Hernández, 2007). Fig. 1.6- Ubicación de la zona afectada por intrusión salina al sur oeste de Sancti Spíritus. Comportamiento de la zona de mezcla. El contacto entre el agua dulce-agua de mar genera una zona de mezcla que varía en cuanto a sus características hidroquímicas ya sea disminuyendo las concentraciones de sales hacia la superficie o aumentando hacia la cuña de penetración de agua de mar (zona de difusión). Esta franja se conoce como zona de interfaz, (Pérez-Franco, 2006), cuyo comportamiento es de difícil delimitación. Este término aparece en la literatura como zona de mezcla agua dulce-agua de mar. 28 A partir del conocimiento de las leyes generales que rigen el origen y comportamiento de la misma así como de las incertidumbres que existen al estudiar un acuífero afectado por dicho fenómeno, la comunidad científica ha considerado la necesidad de estudios regionales o puntuales para establecer la verdadera posición de la línea divisoria o zona de mezcla agua dulce-agua de mar en un acuífero; debido a que en dependencia de su hidrodinámica y de sus relaciones estructurales, esta puede variar su posición y resulta difícil de ubicar o pronosticar como ocurre en el caso de estudio, cuestión necesaria para el establecimiento de un régimen adecuado de explotación. Los acuíferos costeros no confinados están generalmente caracterizados por la presencia de una zona superior de agua potable, la cual yace al agua salobre más densa, Castany (1971); Cedestrom (1971). La mezcla que separa el agua potable de la salobre se encuentra a mayor profundidad con el aumento de la distancia a la línea de costa, Pérez- Franco (2006); y una sobre explotación de los acuíferos puede provocar la formación de un cono de depresión que motive un aumento de la penetración de la cuña de intrusión marina con carácter prácticamente irreversible, (Valdés, 2002). La posición de la mezcla agua dulce-agua de mar varía de profundidad por muy diversas causas naturales o artificiales, pues cuanto más cerca de la superficie del terreno se encuentra dicha zona, mayor peligro existirá de contaminación de las aguas potables. Esta situación varía de acuerdo al volumen de las precipitaciones anuales y durante una serie de años; la sequía generalmente provoca el avance de las aguas saladas hacia el interior de la tierra firme, pues el volumen de agua dulce que alimenta al acuífero disminuye y en caso contrario mejora la calidad del agua en la zona de mezcla agua dulce-agua de mar (Castany, 1971; Jiménez, 2009). A partir de este planteamiento se hace evidente la necesidad de estudiar el comportamiento de las lluvias y su influencia sobre el acuífero asociado a la cuenca hidrológica sobre la que actúa. Esto permite interpretar el comportamiento natural del acuífero y su respuesta a la intensidad de las precipitaciones. Otro aspecto que influye en el comportamiento de la cuña salina es el incremento del nivel de los mares que provoca el aumento de la presión del agua salada hacia el acuífero y logra que estas penetran más en el mismo, aspecto que cobra notable importancia en la actualidad debido a los efectos del cambio climático, Peñate (2009). 29 También influyen los procesos geológicos recientes (movimientos tectónicos), que pueden tanto hundir como elevar el terreno en las zonas costeras, provocando ya sea un incremento de las tierras emergidas (levantamientos) o una reducción o desaparición de las mismas (hundimiento), con posible incidencia sobre las causas de la constante subida del nivel del mar, que se manifiesta actualmente en zonas bajas del sur de nuestro país, Iturralde-Vinent (2009), provocando variación en la posición de la zona de mezcla agua dulce-agua de mar. Por otra parte, el bombeo excesivo de agua en los pozos puede generar una elevación local de la mezcla agua dulce-agua de mar, y contaminar el acuífero. Este proceso es válido durante la explotación de pozos aislados, pero sobre todo cuando se extraen grandes volúmenes de agua subterránea para su aprovechamiento industrial, agropecuario y humano, (Martínez, 1997 a; Pérez-Franco, 2006). Este último aspecto junto al peligro de la contaminación desde la superficie, constituyen por este orden los mayores riesgos a que están sometidos los recursos de aguas subterráneas costeras de Cuba, originado fundamentalmente por la acción irresponsable del hombre, de ahí, la necesidad de trabajar sobre el control de ambos aspectos . Miranda (2008) plantea que debido a este riesgo es necesario conocer la posición de la zona de mezcla agua dulce-agua de mar en todo momento. Este aspecto resulta el reto principal de un estudio relacionado con la intrusión marina, tanto para una etapa de simple detección del fenómeno como para el control del mismo ya que esta es la única forma de establecer un modo adecuado de explotación del recurso agua en un acuífero ya afectado. Varios de los autores consultados tales como: Granada (1988); Morell et al. (1997); González (2003); Pérez-Franco (2006); Miranda (2008); Rodríguez (2009); entre otros, han empleado diferentes métodos para localizar la zona de mezcla agua dulce-agua de mar aunque de forma general hay un predominio del uso de la determinación de parámetros físico-químicos (conductividad, temperatura, etc.) a lo largo de sondeos, penetrantes en el sustrato salino. Además recomiendan los métodos geofísicos, fundamentalmente los eléctricos que a pesar de ser indirectos aportan un conocimiento regional del fenómeno debido a la relación proporcional existente entre la CE y la salinidad de las aguas. 30 A grandes rasgos es indudable la necesidad del estudio y monitoreo de la zona de mezcla agua dulce-agua de mar y su conocimiento más preciso a partir de los diferentes métodos disponibles, que permite un adecuado uso del recurso agua en equilibrio con la naturaleza. Al no tener en cuenta los elementos básicos planteados hasta aquí en el acuífero motivo de interés de este estudio, sobre todo en su porción más sur, donde se ubican pozos en actual explotación se detectó la presencia del avance de la cuña salina de forma tardía, revelado por el monitoreo establecido por el Instituto de Recursos Hidráulicos (REDCAL), y no de una forma preventiva antes de la ejecución de los pozos y su puesta en explotación, que prevé evitar en el nuevo sector estudiado. Conclusiones Parciales. 1- La Recarga Artificial de Acuíferos permite la preservación del grado de garantía y disponibilidad de los recursos hídricos en el acuífero afectado, tanto como en la calidad del agua. 2- La intrusión salina es el fenómeno que está ocurriendo en el área de interés que abarca la presente investigación, y ha sido reportado en diferentes localidades, de modo general asociada a la costa sur de Cuba. 31 Capítulo II. Materiales y métodos utilizados para llegar a una propuesta de Recarga Artificial de Acuíferos. Para la realización de este proyecto se programó una serie de tareas enfocadas a la solución de los objetivos planteados, teniendo como principal elemento la revisión bibliográfica y el acceso a documentos técnicos que han tratado de alguna manera aspectos de interés para evaluar la posibilidad del diseño de una RAA. A partir de los mismos se logró un conocimiento general del área objeto de estudio, lo cual hace posible la comprensión a las condiciones geológicas, geomorfológicas e hidrogeológicas del área, así como de la disponibilidad de agua para la recarga. Como método general de trabajo se estiló extraer de cada documento consultado la información que pudiera ser útil para el fin deseado y luego, en los casos que se lograran convertir en variables geoespaciales fueron digitalizadas y llevadas a plataforma SIG, empleando en esta ocasión el programa informático ArgGis_10.2, con apoyo del SURFER_8, Global Maper y Autocad Map 2015. Para ordenar y facilitar la interpretación de la información obtenida se clasificó en cuatro sub-temas, en los cuales se documentaron elementos específicos. Dichos sub-temas son:  Disponibilidad de agua para la recarga.  Estudio de las propiedades físico geográficas generales de la región y el área de estudio.  Análisis de las posibles variantes de RAA a emplear.  Empleo de los SIG para el mapeo geoespacial de la información. 2.1 Disponibilidad de agua para la recarga artificial. La disponibilidad de agua para la recarga es un aspecto esencial para el desarrollo de la misma. Como ya se ha planteado con anterioridad en este caso se pretende trasvasar agua desde la presa Zaza a través del Canal Magistral Zaza-Ciego hasta la zona de interés. La existencia de un exceso de agua o volumen destinado a este fin solo puede ser autorizado por la Delegación de Recursos Hidráulicos de Santi Spíritus (DPRHSS), a partir de un balance hídrico de la cuenca, avalado por el Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos. En consulta efectuada con la dirección de la DPRHSS se tuvo acceso a la documentación antes mencionada para el año 2016. DPRH SS, 2016. 32 Como aspectos generales de este documento se puede plantear que La presa Zaza se ubica en la provincia de Sancti Spíritus, Cuba. Es considerada la mayor presa del país, con una cortina homogénea de 3.6 km de longitud, una altura máxima de 38.50 m y un volumen de embalse de 1 020 x 106 m3. Esta gigantesca obra ha conseguido controlar eficazmente las crecidas del río Zaza, aguas que en otro tiempo fueron fangosas y que periódicamente asolaban con sus crecidas las tierras y poblaciones del antiguo poblado del Jíbaro. Esta ofrece además, una considerable ventaja económica al constituir una reserva estable para la irrigación. De este modo unas 20 000 hectáreas de terreno fértil, a pesar de lo caluroso del clima, se pueden destinar al cultivo de verdura, viandas y de fruta, hasta el punto de poder satisfacer el 45% de las necesidades de la Provincia de Sancti Spíritus. Su volumen garantiza el suministro para irrigar las plantaciones del Complejo Agroindustrial Arrocero Sur de El Jíbaro, en condiciones de cumplir sus planes de siembra de las venideras campañas del cereal, con el propósito de contribuir a reducir importaciones de ese alimento. La presa ha resuelto, asimismo, el aprovisionamiento de agua para usos domésticos e industriales: A lo largo de los años las necesidades de los municipios colindantes pudieron ser satisfechas gracias a los millones de metros cúbicos de agua aportados por el embalse, sin tener en cuenta la realización de los trasvase. Su uso actual está destinado a cuatro aspectos fundamentales: 1. La pesca. 2. El riego garantizando del plan arrocero sur del Jíbaro. 3. El trasvase de agua a través del CM Zaza-Ciego y el CM Zaza-Camagüey, con el fin de suministra agua para el riego a los diferentes cultivos que se asocian a dichas obras. 4. Se dispuso de 50 millones de m3 para ser usados como recarga de acuífero en la zona que nos ocupa. 2.2 Estudio de las propiedades físico geográficas generales de la región y el área de estudio. La región de estudio se ubica en la provincia Ciego de Ávila, al sur de la capital de la provincia, específicamente al sur del trazado del Canal Magistral Zaza-Ciego entre los 33 Corredores La Ceiba y Maniadero, localizando el cuadrante de interés entre los puntos de coordenadas E: 720684.845, N: 213 649.946 y E: 728 725, N: 212 062.443, según la proyección Lambert y el sistema de coordenadas CubaNorte, Figura 2.1. Fig. 2.1- Mapa con la ubicación del área de estudio. Los accesos a las cercanías del área de trabajo, son por carreteras las cuales están en regular estado y a los puntos de vertimiento por caminos y guardarrayas que están en mal estado en época de sequía y con condiciones muy desfavorables en primavera. Para llegar al conocimiento de las condiciones físico geográficas de la región de estudio se empleó como materiales primarios diferentes documentos, en su mayoría extraídos de 34 archivos o en consultas con entidades competentes. Entre los más importantes se encuentran:  Mapa cartográfico a escala 1: 50 000 de la región: Permite la microlocalización del área de estudio, las principales comunidades poblacionales, infraestructura vial, ferroviaria y eléctrica. Presencia de ríos, arroyos y relieve entre otros.  Mapa cartográfico a escala 1: 10 000 del área de estudio: Permite la precisión topográfica del área objeto de estudio, a partir de la cual se pueden interpretar elementos geomorfológicos de importancia, como por ejemplo la presencia de zonas cársicas, como dolinas, casimbas, pozos cársicos, etc. Además desde el punto de vista de diseño posibilita ubicar las posibles zonas de recarga, los canales de conducción, cotas aproximadas y dimensiones de las obras.  Mapa geológico escala 1: 250 000 del Instituto de geodesia y cartografía (IGP): Constituye la información geológica primaria, en una edición en papel duro, pero que a la escala de trabajo representa un elemento orientativo. De este documento se puede extraer información regional de la composición geológica de la zona, litologías presentes, tectónica, origen de las formaciones geológicas, límites estructurales, etc.  Mapa geológico digital escala 1: 100 000 del IGP, 2005: Esta versión digital del mapa geológico de Cuba facilita el procesamiento en plataforma GIS de la documentación existente. Cuenta con un Léxico estratigráfico en forma de Base de Datos (BD), vinculada de forma geoespacial con el mapa. En ella al igual que en el caso anterior se obtiene información regional de la composición geológica de la zona, litologías presentes, tectónica, origen de las formaciones geológicas, límites estructurales, etc.  Mapa hidrogeológico digital regional de Cuba, escala 1: 250 000: Este mapa aparece en una edición digital conteniendo información regional de las diferentes cuencas hidrogeológicas del país, con datos generalizados de la acuosidad, potencia, tipo de facie, profundidad del Nivel Freático (NF). A pesar de no estar georeferenciada facilita tras un pos proceso su empleo en plataforma GIS.  Mapa Isoyético de Cuba del año 2005: Es el mapa oficial del INRH que expone el comportamiento de los acumulados anuales de las precipitaciones en todo el territorio nacional. 35  Servidor de mapas GEOMIX, 2011: Es una adaptación editada por GEOCUBA de un paquete de fotos aéreas a diferentes capas (alturas), extraídas y actualizadas del Google Earth. Permite a través de la exploración visual detectar zonas carsícas, presencia de vegetación, tipos de rocas, corrientes superficiales, zonas húmedas, ubicación de infraestructuras como pozos, sistemas de riego, viales, conductoras, canales, etc.  Servidor de mapas Google, 2015. Permite obtener en imágenes aéreas actualizadas a diferentes alturas de la zona de estudio, de las que se puede extraer a partir de la exploración visual zonas carsícas, presencia de vegetación, tipos de rocas, corrientes superficiales, zonas húmedas, ubicación de infraestructuras como pozos, sistemas de riego, viales, conductoras, canales, etc.  Informes técnicos relacionados con la situación actual de la explotación de agua subterránea en la zona de estudio: Se consultaron documentos de la Empresa de Proyectos Hidráulicos de Ciego de Ávila, Santi Spíritus y Villa Clara, entre los que se destacan:  Ordenamiento de las acciones a realizar por el INRH para mitigar el avance de la intrusión salina al sur de Ciego de Ávila. Primera etapa. J. Martín, 2013.  Ordenamiento de las acciones a realizar por el INRH para detener el avance de la intrusión salina al sur de Ciego de Ávila. Segunda etapa. J. Martín, 2014.  Informes técnicos relacionados con estudio de infiltración de agua en la región: Se consultó específicamente el informe: “Investigaciones Hidrogeológicas Infiltración La Ceiba-Maniadero”, 2014, del cual se extrajo información relacionada con propiedades hidrogeológicas del acuífero en la zona de estudio y resultados del levantamiento geológico ejecutado. A partir de los documentos antes mencionados se extrajo, procesó e interpretó la información que permitiera un aporte al conocimiento deseado, empleando para ello análisis geomorfológicos, digitalización de la información y mapeo con el uso de los SIG. Los métodos de investigación empleados guardaron una relación con la obtención de la información necesaria para conocer las diferentes variables que pueden influir en la posibilidad de ejecutar un RAA, tales como: condiciones de alimentación y descarga, 36 relaciones estructurales, precipitaciones, posición del nivel freático, roca presente en el área, características acuíferas generales, y por último la calidad y disponibilidad del agua. De cada método se derivó una información que requiere de un análisis e interpretación específico, pero que al lograr una interrelación entre los resultados muestran una deducción más exacta y confiable del problema y la propuesta de solución. 2.3 Análisis de las posibles variantes de RAA a emplear. Como resultado de una investigación, apoyándose en bibliografías y en los estudios hidrogeológicos previos en la zona afectada, se considera la posibilidad de propuesta de dos tipos de RA, la recarga directa y la recarga indirecta por pozos simples. Para el primer caso la literatura consultada expone que debe existir un conocimiento general de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la región, con el fin de evaluar si permiten este tipo de RAA, puesto que es necesario la existencia de un terreno donde se evidencie variedad de manifestaciones carsícas tales como: dolinas, furnias y pozos cársicos; con las cuales se puede realizar una infiltración natural de agua, sobre todo si se caracterizan por tener una alta permeabilidad vertical que permitan la conexión directa con el acuífero. La segunda será de forma indirecta ya que se pretende trasvasar agua desde la presa Zaza a través del Canal Magistral Zaza-Ciego y desde este se realizará un canal secundario hacia un pozo piloto de recarga que se construirá. Para el diseño del canal se empleará el programa Hcanales, con el cual se obtendrá resultados más exactos. Según la NC 53-181 para la construcción y proyecto de un pozo de recarga se tendrá en cuenta los aspectos siguientes: 1. Los criterios económicos que justifiquen la necesidad de realizar la recarga. 2. La fundamentación de la posibilidad de utilizar con éxito la recarga artificial. 3. Las investigaciones hidrogeológicas para evaluar la disponibilidad del agua para la recarga y definición de las fuentes de abasto. 4. Las investigaciones hidrogeológicas necesarias para definir.  El tipo y composición de litología del acuífero, la porosidad y capacidad de almacenamiento del nivel no saturado. 37  Los recursos y reservas hídricas del acuífero, sus parámetros hidrogeológicos fundamentales.  El rendimiento de los pozos de recarga en función de los parámetros hidrogeológicos, distribución espacial de caudales específicos determinados por ensayos de bombeo.  El tipo de flujo existente en el acuífero, en condiciones naturales y en las inmediaciones del pozo con el objeto de adoptar el método de cálculo más apropiado.  La posibilidad de la colmatación del acuífero en las inmediaciones del pozo y el efecto del aire arrastrado por el agua de recarga, en el rendimiento del pozo.  Si pueden o no, ocurrir asentamientos del terreno en las proximidades de los pozos de recarga (acuíferos libres).  La existencia o no de barreras que impidan el movimiento horizontal del agua en el acuífero.  La existencia o no de formas carsícas de absorción que puedan transformarse por ascensos en el nivel de las aguas subterráneas en emisoras con la subsiguiente inundación de terrenos.  Las oscilaciones del nivel del agua en el acuífero con relación a las variaciones climáticas y a las extracciones ocasionadas por la acción del hombre.  Las variaciones en la composición fisicoquímica y de la calidad de las aguas subterráneas, en condiciones naturales.  Determinar las composición fisicoquímica y biológica de las aguas seleccionadas para ser utilizadas como fuentes para la recarga, su compatibilidad con la subterránea, los problemas que pueden ocasionar la posible incompatibilidad. La calidad del agua para la recarga se prefijará según: 1. El uso que vaya a darse al agua resultante de la mezcla. 2. Las posibilidades de tratamiento previo. 3. Las posibilidades de colmatación del acuífero con materias procedentes del exterior. 4. El ataque destructivo que pueda ocasionar un agua agresiva a la formación acuífera o a la estructura del pozo y a ambos. 38 Los pozo de recarga son un tipo de obra de ingeniería hidráulica que facilita de manera directa y en profundidad la alimentación artificial de un acuífero o estrato permeable determinado. Se diseña y construye con el propósito de recibir agua desde la superficie del terreno y así conducirlas hacia las formaciones acuíferas, e introducirlas en todas las posibles capas permeables. La clasificación de los pozos de recarga atendiendo a su uso puede ser:  Simples: Si se utilizan solo para recarga.  Doble propósito: Si se utilizan de forma alterna para recarga artificial y para el bombeo.  Para drenaje vertical: Es un caso muy especial de pozos ̀ `simples``, para la inyección de residuales líquidos y aguas albañales. En este caso se propone un pozo de recarga simple, que para su adecuada proyección es necesario obtener información básica como:  Determinar la profundidad “optima” a que se deba construir (considerar “diagrafias”).  Seleccionar procedimiento de perforación “más adecuado” para su construcción (sellajes).  Seleccionar el o los diámetro requeridos para el “encamisado” o “ademado” (liso o ranurado).  Seleccionar el “empaquete de gravas” más adecuado, de resultar necesario (proyección y técnica para su colocación optima).  Establecer el “tipo” de desarrollo de pozo a ejecutar de acuerdo con las condiciones locales y de diseño (“aire comprimido”, “bombeo”, etc.)  Obtener la información hidráulica necesaria del pozo mediante “ensayos de bombeo” y “ensayos de inyección o caída libre”.  Realizar el “Diseño adecuado y correcto” de las obras externas, de acuerdo con los requerimientos establecidos a fin de asegurar la inalterabilidad de la caída del agua nativa (acuífero). El diseño será un pozo de recarga o de drenaje vertical, este tipo de pozo puede recibir mantenimiento con facilidad y a la vista del controlador, su diseño general a modo de esquema se puede observar desde una vista en planta en la Figura 2.2. 39 Figura 2.2- Vista en planta de un proyecto de pozo de recarga simple, con conducción por canal. Tomado de González 2013. 2.4 Empleo de los SIG para el mapeo geoespacial de la información. El empleo de los SIG, en este caso el ArcGis 10.2, es factible y viable para el procesamiento de la información captada en la etapa de estudios hidrogeológicos previos, como lo es para el análisis de otras especialidades. En cada uno de los métodos empleados para la captación de datos se tuvo en cuenta la posibilidad del procesamiento de los mismos con herramientas del ArcGis. A continuación se hará una breve descripción, por pasos, de las diferentes etapas por las que se debe transitar, a partir del uso de los SIG para una correcta integración de la información. Para esto se establecen dos etapas fundamentales cuyos procesos se ofrecen a continuación.  Búsqueda y recopilación de materiales de archivo En esta etapa es fundamental conocer el alcance del trabajo a ejecutar, la región de ubicación de la obra y los antecedentes con que se cuenta en archivo. Una vez localizada la información, que puede aparecer en formato vectorial, raster o puntual (textos y tablas), se procede a relacionar la información en función del trabajo a ejecutar. Una vez concluido 40 este proceso se prepara en el SIG la base gráfica, vinculada a los datos recopilados y a los objetos de interés. Con esta información empalmada en el SIG, es económico, rápido, y factible plantearse el programa de investigación encaminado a resolver el problema, el cual será más preciso a medida que aumente el volumen de información a tener en cuenta en el manejo del SIG. Por ejemplo a partir de este proceso se puede:  Ubicar las áreas investigadas con anterioridad y su relación entre sí.  Evaluar de forma preliminar las condiciones geológicas e hidrogeológicas existentes.  Confeccionar mapas geomorfológicos del área.  Establecer la red hidrográfica del área.  Determinar la estructura tectónica de la región.  Extrapolar de forma preliminar las características hidrogeológicas de las áreas conocidas a las de nuevo interés.  Elaborar un programa de ubicación de futuros trabajos (topografía, geofísica, hidrogeología, hidrología, levantamiento ingeniero geológico y perforación), en función de las redes de acceso existentes, la morfología del terreno y las zonas de menor impacto ambiental.  Procesamiento y elaboración de los mapas finales Con esta etapa se da por concluida toda la evaluación de la información, ya que se cuenta con todos los elementos necesarios para confeccionar los mapas finales, los cuales tienen una salida gráfica, con una magnífica edición y todo el contenido informativo necesario. Cada mapa resultante que se ofrece contiene la interacción de toda la información que fue necesaria para su elaboración, lo cual ofrece un resultado con elevada confiabilidad y calidad, permitiendo además su actualización y comparación en etapas posteriores de investigación. Con toda esta información procesada es posible optimizar los recursos que se emplean en los trabajos de campo, minimizar los gastos, ser más objetivos y mitigar o disminuir el posible impacto ambiental a crear. La Figura 2.3 muestra una ventana donde aparece el GIS del estudio ejecutado, observándose el ambiente general del Software y la ventana en aplicación del ArcMap10.2. 41 Figura 2.3- Vista del SIG final confeccionado. Muestra las diferentes carpetas de mapas creadas, la caja de herramientas del ArcGis10.2 y el ambiente del Software. Conclusiones Parciales. 1- A partir de un volumen de agua de 50 millones de m3 trasvasados desde la presa Zaza, se piensa la posibilidad de la propuesta de dos tipos de RAA, de manera directa e indirecta. 2- Se emplearon como materiales primarios diferentes documentos para facilitar el conocimiento de las condiciones físico geográfico de la región de estudio, de los cuales se extrajo, procesó e interpretó la información que permitiera un aporte al conocimiento deseado, empleando para ello análisis geomorfológicos, digitalización de la información y mapeo con el uso de los SIG. 42 Capítulo III. Propuesta de solución de Recarga Artificial de Acuífero. Este capítulo tiene como objetivo presentar y discutir los resultados obtenidos durante el desarrollo de esta investigación, los cuales permiten llegar a una propuesta de solución para la recarga del acuífero. Se presentan los resultados alcanzados para la etapa de Estudios hidrogeológicos previos en cuanto al ambiente hidrogeológico de la zona estudiada, la influencia de las precipitaciones en las características hidrodinámicas, la hidroquímica del agua, el comportamiento de la penetración marina y su relación con la morfoestructura regional. Por su parte en cuanto a la solución de diseño de una obra piloto para la infiltración se trabaja para una etapa de esquema, con un proyecto tentativo que debe ser calculado posteriormente para la fase ejecutiva y puesta en marcha. De esta forma se logró dar respuesta al problema planteado, el cumplimiento del objetivo principal y los específicos. 3.1 Disponibilidad de agua para la recarga. Como ya se mencionó a partir del balance hidráulico de la cuenca Zaza para el año 2016, existen disponibles para la RAA en el sector de estudio un volumen de 50 millones de m3 de agua. Esto implica que será preciso inyectar dicho volumen a través de obras directas o indirectas de recarga, y que será necesario el diseño de obras de conducción (canales) y obras de recarga. Con el fin de aprovechar este gasto es necesario ejecutar un total de obras que asimilen el mencionado volumen de agua. De los informes consultados se conoce que la región presenta un amplio desarrollo de los procesos cársicos, así como pozos de explotación con grandes caudales (entre los 60 L/s y 100 L/s), (Burgos, 2014), que han sido los causantes del avance de la intrusión marina dada su explotación intensiva, pero que a la vez demuestran la alta transmisibilidad existente en el acuífero. Asumiendo que como promedio se podrá inyectar en un pozo o una manifestación cársica no menos de 60 L/s, es decir aproximadamente 5184 m3/d, se podrá inyectar en el año 1.9 millones de m3, por lo que será necesario establecer una batería de inyección con un total de 26 obras de RAA que asimilen los 50 millones disponibles para la infiltración. Desde el punto de vista de calidad del agua, el agua proveniente de la presa Zaza clasifica como Bicarbonatada clorurada sulfatada cársicas, de composición dulce de acuerdo a su 43 mineralización (aguas blandas) y el agua que se manifiesta en la región de estudio de acuerdo al Mapa hidrogeológico regional es de composición química del tipo hidrocarbonatada-sódica a hidrocarbonatada-cálsica-mágnesiana, con un contenido de Sales Totales menor de 1 g/L, por lo que son generalmente aguas dulces. 3.2 Propiedades físico geográficas generales de la región y el área de estudio. El ambiente geológico general que caracteriza la base natural de la región de estudio está interpretado de la información obtenida del Mapa Geológico Regional de Cuba, y de la información que aparece en el Léxico Estratigráfico de Cuba. El grado de detalle está en correspondencia con el alcance y contenido de la etapa en cuestión. El trazado del Canal Magistral está situado en la Fm. Güines (gn); además la Fm. Guevara (gv), que desaparece en los sitios de interés que constituyen áreas potenciales a localizar. En la Figura 3.1 se ofrece un Mapa geológico esquemático modificado a escala 1:100000, donde se puede observar la distribución de las distintas formaciones mencionadas. Fig. 3.1- Mapa geológico esquemático. Modificado de Mapa Geológico Digital del IGP del año 2005. 44 La descripción de estas formaciones según el Léxico estratigráfico relacionado con el mapa geológico se muestra a continuación: Fm. Güines (gn): de edad Mioceno inferior a superior (N1 2-3), constituida por calizas biodetríticas de grano fino a medio, fosilíferas, calizas biohérmicas, calizas dolomíticas, dolomitas, calizas micríticas sacaroidales y lentes ocasionales de margas calcáreas y calcarenitas. La dolomitización es secundaria. Las rocas son por lo general masivas, más raramente estratificadas. Coloración blanca, amarillenta, crema o gris. El espesor oscila entre 50 m y 1 670 m. Fm. Guevara (gv): de edad Pleistoceno inferior y medio, (Q1 - Q2), formada por arcillas plásticas (montmorilloníticas y montmorillonito-caoliníticas), arena, gravas finas, fragmentos de corazas ferríticas (hardpan) y cantos. La composición es oligomíctica con predominio de las rocas silíceas. El cemento arcilloso tiene como principal componente la esmectita, aunque también puede encontrarse esmectitaalumino-ferruginosa y caolinita-esmectita. Presenta alto contenido de pisolitas y nódulos ferríticos. La estratificación es horizontal no clara, paralela. Su coloración es variable, abigarrada. El espesor no excede los 50.0 m. El fenómeno físico geológico más importante en el área es el carso, aflora en un sector y se presenta cubierto en otra parte de la zona de estudio sin reportarse manifestaciones superficiales del mismo. El desarrollo cársico en superficie se asocia fundamentalmente a la Fm Güines, mostrando evidencia de dolinas, pozos cársicos, sumideros, entre otras. La existencia de estas formas cársicas posibilitan su aprovechamiento en función de la RAA, por lo que de ser debidamente localizadas y probadas en cuanto a su capacidad de absorción pueden convertirse en puntos de importancia para la RAA. Con este fin se dedica un aparte en este tema mostrando los resultados de una exhaustiva revisión bibliográfica y consulta de mapas cartográficos, imágenes satelitales y vistas al área. Otro fenómeno físico geológico que predomina es la erosión ya que en estas zonas ocurren intensas sequías y los suelos de la Fm. Guevara son propensos a los cambios volumétricos y con los ciclos de humedad-sequedad el fenómeno se agrava, además es muy marcado el fenómeno de arrastres de sedimentos. 45 El tipo de relieve está determinado por la dureza de las rocas que componen la Formación geológica (Fm.) específica. La litología de la Fm. Güines ocasiona relieves de llanuras con manifestaciones cársicas abundantes. La cota del terreno natural oscila con valores cercanos a los