Descripción del área de estudio

Localización geográfica e hidrología

El acuífero Campo Durazno se encuentra al noroeste en el estado de Nuevo León, México, en el municipio de García, tiene un área de 936.69 km² y un perímetro de 134.6 km (Figura 1) (^{Conagua, 2009}). El área urbanizada e industrializada se encuentra cerca de la cabecera municipal, rumbo a la zona conurbada del área metropolitana de Monterrey, aproximadamente a 5.5 km de distancia. Es atravesada en dirección SO-NE por el río Pesquería. La zona de estudio está situada a 25°49´41” latitud norte y a 100°27´24” longitud oeste, con una altitud promedio de 697msnm (Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática ^{[INEGI], 2015}). Para efectos de análisis en este trabajo se acotó un área con un ancho de 1 km a cada margen del río Pesquería, con un área de 112.37 km² y una longitud aproximada de 59.7 km.

Fuente: Elaboración propia con base en ^{INEGI (1995)}. ^{Secretaría del Desarrollo (2012)}.

Figura 1 Localización de la zona de estudio. A) Contexto nacional; B) Contexto regional; C) Microlocalización y delimitación de los márgenes del río Pesquería. 

En el análisis de variables climatológicas se consideraron 3 estaciones meteorológicas próximas a la zona de estudio (Figura 1, Tabla 1). Las condiciones climatológicas predominantes tienen una precipitación media anual de 116.88 mm y una evaporación anual de 2254 mm, con un periodo de estiaje que comprende de febrero a agosto y periodo de lluvias de septiembre a enero.

Tabla 1 Estaciones meteorológicas operadas por Conagua (2014). 

Estación	Clave	Periodo de información	Precipitación media anual (mm)	Evaporación media anual (mm)
Chupaderos del Indio	19165	1944 a 2013	118.69	1952
Rinconada	19054	1982 a 2013	116.88	2254
Grutas de García	19123	1980 a 2013	125.40	1952

Fuente: Elaboración propia.

Marco geológico y geohidrológico

El área de estudio se encuentra sobre la Cuenca de la Popa (^{Vega-Vera, Mitre-Salazar & Martínez-Hernández, 1989}). Geológicamente se caracteriza por secuencias sedimentarias que van del Campaniano hasta el Terciario temprano, correspondientes al Cretácico. Este patrón de depósito está asociado a un delta progradante, depositando las unidades litológicas que se presentan en la Figura 2 y la Tabla 2.

Fuente: Elaboración propia con base en ^{Vega-Vera et al (1989)}; ^{Servicio Geológico Mexicano (2008)}, ^{Martínez (2012)}.

Figura 2 Columna estratigráfica del Grupo Difunta en la Cuenca La Popa, correspondiente al acuífero Campo Durazno. 

Tabla 2 Litología de la cuenca la popa y unidades hidrogeológicas de la zona de estudio. 

Nombre	Características litológicas	Unidades hidrogeológicas
Cuaternario Aluvión	Depósitos aluviales de reciente formación de estrato permeable, constituida por depósitos granulares presentes en los valles, producto de los procesos de intemperismo (mecánico y químico) que dan lugar a la formación de acuíferos libres.	Unidad 1
Formación Carroza	Formación más joven del Grupo Difunta (Vega-Vera et al., 1989). La litología comprende más de 600 m de espesor; está integrada por lodolitas, lutitas y areniscas, con una edad informal del Eoceno Medio
Formación Viento	Integrada por un espesor cercano a 700 m, compuesto por areniscas y lodolitas de color café grisáceo (Martínez, 2012).
Formación Adjuntas	Tiene un espesor de 260 metros y está compuesto por capas rojas. Su litología comprende lodolitas, lutitas y areniscas de color rojo, verde y amarillo, aunque existen algunas capas grises en la base y la cima de la formación (Martínez, 2012).	Unidad 2
Formación Potrerillos	Cuenta con un espesor aproximado de 2300 m y contiene lutitas, lodolitas, areniscas, cuerpos lenticulares de carbonato y miembros clásticos (Martínez, 2012).	Unidad 3
Formación Muerto	Está integrada por capas grises de lutita, lodolita y arenisca, con un espesor de 570 m (Martínez, 2012).	Unidad 3
Formación Parras / Formación Méndez	Los afloramientos consisten en una serie de lutitas calcáreas y carbonatadas de color gris obscuro a negro, que intemperizan en tonalidades de color pardo a verde amarillento. Se encuentran estratificadas en capas delgadas, en alternancia con láminas delgadas de limolitas color amarillo ocre; hacia la cima de esta unidad es notable la presencia de vetillas de yeso. El contacto con la Formación Difunta se define solamente por un leve cambio de coloración debido al intemperismo. El espesor promedio de esta unidad formacional en el área estudiada es de 1050 m (Vega-Vera et al., 1989).	Unidad 3

Fuente: Elaborado propia.

Se destaca que este estudio se enfoca principalmente en la unidad hidrogeológica 1, debido a que ahí se localiza el acuífero libre que actualmente se explota con fines de abastecimiento.

Metodología

Determinación de la geometría de la primera unidad hidrogeológica

Con apoyo de la geología estructural-regional se realizaron doce perfiles geofísicos con el arreglo dipolo-dipolo a lo largo del cauce del río Pesquería (Figura 3). Con esta información se determinó la geometría de la unidad hidrogeológica 1 del acuífero que pasa de semiconfinado a libre en algunos transectos de la cuenca.

Fuente: Elaboración propia con base en ^{INEGI (2015)}, ^{Servicio Geológico Mexicano (2008)}.

Figura 3 Geología estructural y puntos de sondeos geofísicos en el acuífero Campo Durazno. 

Censo de aprovechamiento y piezometría

A partir de la recopilación de datos que se realizó entre los meses de julio y agosto del 2015 se obtuvieron los niveles estáticos en los 36 pozos censados (Tabla 3). A partir de ellos se obtuvo la dirección de flujo subterráneo con una orientación suroeste a noreste, siguiendo la misma dirección del río Pesquería. Es de suma importancia mencionar que la adquisición de los datos se realizó a finales de la época de estiaje. De la misma forma, la dirección de flujo coincide con la topografía de la zona de estudio, donde la localidad de Rinconada se encuentra en la zona de recarga (altitud promedio de 900 m s.n.m.) y la parte baja en la zona de descarga se ubica sobre Av. Lincoln (altitud promedio de 600 m s.n.m.), como se muestra en la Figura 4. Esta concordancia entre la dirección de ambos flujos es consistente con otros reportes (^{Abotalib, Sultan & Elkadiri, 2016}; ^{Peiyue, Song, Ningning & Gang, 2014}) donde demuestran que la dirección de flujo en el subálveo corre paralelo al río de forma natural; esta condición vuelve vulnerable a la contaminación a esta zona, principalmente por la presencia de actividad industrial.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 4 Gráfico de Registro histórico para la determinación del balance hidrológico (mm/año). 

Balance hidrológico

El balance hidrológico es de suma importancia para conocer la recarga natural del ciclo hidrológico, así como para determinar los volúmenes de almacenamiento en los acuíferos (^{Chávez-Guillén, 1977}). Las bases de datos que se utilizaron en los cálculos de este trabajo fueron obtenidas de la ^{Conagua (2009)}. Los resultados que se presentan en la Figura 5 muestran que los volúmenes de recarga fueron igual a cero en todo el periodo analizado; estos son representativos de una zona árida (^{Anwar, 2015}). Esto se debe a que en la zona de estudio no hubo una precipitación considerable que permitiera una acumulación de reserva. De lo anterior se infiere que para el periodo 1982-2013 no existió una recarga al acuífero, por lo que la relación que establece la fórmula de balance hidrológico ayuda a determinar que el volumen que se precipita es igual al volumen que se evapora.

Fuente: Elaboración propia con base en ^{INEGI (2015)}.

Figura 5 Localización de puntos de muestreo y piezometría en el acuífero Campo. 

Distintos autores consideran importante el balance hidrológico para establecer las condiciones de explotación de un acuífero, siendo la recarga un factor vital para una mejor gestión del recurso hídrico (^{Anwar, 2015}; ^{Chávez-Guillén, 1977}; ^{Gómez et al., 2012}). En este caso de estudio puede apreciarse que, debido a las condiciones de aridez, la recarga nula del acuífero (0 mm/año) ocasiona que este dependa completamente del flujo subterráneo regional, como son el aporte de cuencas aledañas y unidades hidrogeológicas interconectadas.

Comportamiento hidráulico

Según ^{Aponte-Reyes (2014)} para hacer una validación del comportamiento hidráulico, se requiere tener comportamientos similares durante las pruebas de bombeo. Las tres pruebas de bombeo aplicadas en este trabajo se realizaron en condiciones no controladas. Esto se debió a que hubo restricciones como su corta duración (3 h como máximo para el abatimiento y 1.5 h para su recuperación), obteniendo un nivel de estabilización en el momento de la ejecución. Se obtuvo un caudal constante de 2 litros por segundo (L/s) en dos pruebas y 4 L/s en la prueba con mayor capacidad, variando únicamente la duración, según el tiempo de estabilización del nivel dinámico. De acuerdo con ^{Morales-Casique et al. (2015)}, se hizo la selección de los pozos en este estudio considerando el área de mayor densidad de los aprovechamientos, así como las zonas de recarga y descarga de la cuenca (Figura 5).

A partir de los parámetros obtenidos por medio del software Acuifer Test (versión 4.2) se observó que los pozos tienen un comportamiento similar con respecto a la transmisividad, el coeficiente de almacenamiento y la conductividad hidráulica (Tabla 4). Esto permite corroborar que se trata de un medio fracturado con interconexión con un medio poroso, como lo indica la geología de la zona.

Debido a la restricción de permisos para la ejecución de las pruebas, los resultados mostrados en la Tabla 4 son representativos de las tres diferentes zonas; recarga (clave G-26), transición (clave G-20) y descarga (clave G-24). En los modelos matemáticos empleados para la obtención de parámetros hidráulicos tales como la transmisividad (T) y conductividad hidráulica (K) en acuíferos libres en medios granulares, algunos autores utilizan la fórmula de Theis (^{López et al., 2015}). Sin embargo, como el acuífero en estudio se encuentra en un medio fracturado principalmente, se hizo una adecuación empleando la ecuación de Boulton (^{Custodio & Llamas, 2001}). Los tiempos para realizar las pruebas de bombeo fueron de corta duración, debido a que el acuífero se estabilizó con los equipos existentes in situ. Por lo tanto, los valores obtenidos en estas pruebas indican que, para las tres zonas de análisis (recarga, transición y descarga) puede considerarse un comportamiento homogéneo del acuífero, confirmando que existe una alta transmisividad (^{Todd & Larry, 2005}). Debe destacarse en estos resultados que la estructura geológica en la zona de estudio influye en los patrones de la dirección principal del flujo subterráneo, que coincide con la trayectoria del río Pesquería.

Presencia de fuentes que afectan potencialmente la calidad del agua

Según la descripción realizada para el acuífero 1909, actualmente existe una expansión urbana del área metropolitana de Monterrey, que contribuye al aumento de la actividad industrial en el área de estudio (^{Conagua, 2009}). ^{Gómez (2016)} resalta la importancia de la localización de las fuentes de contaminación para definir su transporte en los acuíferos. En la zona de estudio se levantó un censo de posibles fuentes de contaminación que podrían afectar al acuífero (Tabla 5). En estas fuentes se identificó el tipo de actividades antropogénicas que se realizan y si actualmente éstas se encuentran activas. Todo esto se obtuvo de información oficial (^{INEGI, 2015}) efectuando la corroboración durante recorridos de campo, en los que se realizó una localización espacial en los sitios o posibles focos contaminantes del área (Figura 6).

Fuente: Elaboración propia con base en ^{INEGI (2015)}.

Figura 6 Localización de sitios con actividad antropogénica en el acuífero Campo Durazno. 

La mayoría de los sitios identificados con actividad antropogénica se localizan aguas abajo, en la zona descrita como zona de descarga (Figura 6). Por tal motivo, la presencia de los sistemas de fallas y fracturamiento que se observan permiten interpretar que estos facilitan la movilización de contaminantes en la misma dirección (^{Owen & Cox, 2015}). Esto puede asociarse con el tipo de movimiento que se presenta en la zona de descarga, ya que es consistente en su fase granular, facilitando así la migración del escurrimiento subterráneo, pero también la posible entrada de contaminantes. Además, la alta conductividad hidráulica calculada a partir de la información de las pruebas de bombeo coincide con esta interpretación, así como con otros autores quienes mencionan que la infiltración se puede presentar más fácilmente en zonas de explotación a lo largo de la margen de un río (^{Shanafield & Cook, 2014}). Dado lo anterior, los resultados indican que la unidad hidrogeológica 1 presenta un riesgo de contaminación, debido a las actividades antropogénicas y la continua explotación de sus pozos para satisfacer las necesidades de los ejidos que de ahí se abastecen.

Análisis geofísico

La configuración de la estructura geológica está soportada por métodos geoeléctricos, tal como se realizó en trabajos similares (^{Perrone, Lapenna & Piscitelli, 2014}; ^{Sonkamble, 2014}). Para determinar la interacción entre la unidad hidrogeológica 1 y el río Pesquería se realizaron perfiles geoeléctricos a lo largo de este último por medio de los arreglos dipolo-dipolo para determinar la continuidad entre la ribera del río y el nivel freático (Figura 3). Con apoyo en el marco geológico-estructural se identificaron los diferentes estratos y fallas presentes en todos los perfiles geoeléctricos, de acuerdo con la metodología propuesta por ^{Crosbie, Taylor, Davis, Lamontagne & Munday (2014)}. En este trabajo se seleccionaron los sondeos con información más representativa para definir las tres zonas en las que se dividió el área de estudio: el área de recarga, el área de transición y el área de descarga (Figura 7).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 7 Perfiles geoeléctricos: a) Área de recarga, b) Área de transición y c) Área de descarga. 

En la Figura 7a se observa el perfil 1 que corresponde al área de recarga. Existe en el centro de la zona una alta resistividad de 1425 Ohn.m indicando la presencia de rocas fracturadas rodeadas por resistividades bajas 37.1 Ohm.m, que corresponden a la presencia de limos y arcillas. Asimismo, se detectó la presencia del nivel freático en las rocas a una profundidad de 8.5 m, lo que concuerda con los niveles estáticos de pozos cercanos al lecho del río. En el perfil 7 (Figura 7b) se representa el área de transición, en el que se aprecia el cambio de un medio fracturado (en el área de recarga) a un medio granular cementado, que se encuentra sobre una capa de limos y arcillas. Este medio favorece el movimiento del agua subterránea a través del estrato granular y los sistemas de fallas a una profundidad de 3 m. En el perfil 9 (Figura 7c) se localiza el área de descarga, en esta se observa la interacción río-acuífero, ya que el río transporta agua de forma perenne. La baja resistividad de 3.03 Ohm.m indica una litología compuesta por gravas y cantos rodados, junto con arenas y limos; esta ocasiona que el flujo subterráneo varíe debido a su interacción con el río (^{Kumar et al., 2014}). Lo anterior se debe a que puede comportarse como influente o efluente, dependiendo de las condiciones de explotación que se tengan en el acuífero, así como las condiciones climatológicas (periodo de estiaje o de lluvias). En la zona de estudio se comporta como influente en periodo de lluvia y como efluente en tiempo de estiaje. Lo anterior se presenta sin tener un régimen de explotación en el acuífero libre, aunque cambia el sistema a efluente cuando el acuífero es sometido a regímenes de explotación intensos, acorde con las actividades agricolas del ejido que ahí se localiza. Además, el nivel freático tiene una profundidad de 2.41 m, lo que lo vuelve muy susceptible a los cambios de nivel que experimenta el río Pesquería. De igual forma, los resultados obtenidos permiten confirmar por medio de los perfiles geoeléctricos, que el acuífero se encuentra en su zona de recarga en medios fracturados, con una transición hacia medios granulares, teniendo una nueva interconexión granular hacia su zona de descarga.

Calidad del agua

De acuerdo con el método descrito en la parte experimental se analizaron 16 muestras: 13 de ellas fueron extraídas de fuentes de abastecimiento y 3 fueron tomadas en agua superficial, como se indica en la Tabla 6. Solo en el punto G-18 se superó el límite máximo permisible (LMP) para agua potable con respecto al pH (Environmental Protection Agency^{[EPA], 2000}). La conductividad eléctrica (C.E.) varía entre 789 y 2680 (S/cm; el 81.25% de las muestras superó el MLP según la ^{EPA (2000)}, mientras que el 12.5% superó el LMP establecido por la Organización Mundial de la Salud (^{OMS, 2006}). El 56.25% de los puntos superó el LMP para la presencia de Ca⁺, según la ^{EPA (2000)} y la norma nacional (Secretaría de Salud ^{[SSA], 2000}). El 100% de las muestras superó el LMP establecido por las tres normas consultadas para la presencia de Na⁺ (^{EPA, 2000}; ^{SSA, 2000}; ^{OMS, 2006}). El 31.25% de las muestras superó el LMP para Mg²⁺ según la norma mexicana (^{SSA, 2000}). Con respecto a los Cl^-, el 12.5% superó el LMP según las tres normas (^{EPA, 2000}; ^{SSA, 2000}; ^{OMS, 2006}). Mientras que la presencia de SO₄ ^2- superó el LMP en el 94% de los puntos muestreados según la ^{EPA (2000)}, mientras que solo el 81.25% superó el LMP según la norma mexicana y la Organización Mundial de la Salud (^{SSA, 2000}; ^{OMS, 2006}). Con respecto a la presencia de Zn²⁺, este superó el LMP según la ^{OMS (2006)} en un punto.

De lo anterior, puede interpretarse que los parámetros físicos como pH y C.E. excedieron los MLP (^{EPA, 2000}) en las tres zonas del acuífero. La concentración de Ca⁺ se encontró elevada en casi todos los puntos de muestreo, excepto en un punto en la zona de recarga (G10), en dos puntos en la zona de transición (G18 y G14) y en un punto en la zona de descarga (L12), así como sobre el cauce del río Pesquería (RIO 1 y RIO 2). Al contrario, el Mg²⁺ solo excedió los LMP en un pozo en la zona de recarga (G07) y en un pozo en la zona de transición (G23). Además, la zona de recarga superó los LMP en dos puntos (G21 y G24) y sobre el cauce del río (RIO 2). No se encontraron concentraciones superiores a los LMP de Cl^- en la zona de recarga, mientras que en la zona de transición y de descarga sólo se encontró en un punto y sobre el río (G21 y RIO 3), respectivamente. Las concentraciones de SO₄ ^2- excedieron los LMP en casi todos los puntos de muestreo, excepto en el G18, localizado en la zona de transición. Por último, el Zn²⁺ solo se encontró superior al LMP (^{OMS, 2006}) en un punto localizado en la zona de descarga (G21).

La distribución de los parámetros físico-químicos detectados en concentraciones superiores a los LMP, que establecen normas nacionales e internacionales en materia de calidad del agua para consumo humano, permite observar una interacción con la litología del acuífero a través de las zonas de recarga, transición y descarga. Esta interacción también puede atribuirse a la presencia de actividad humana de origen industrial, ya que en algunos sitios de muestreo se detectó que existen descargas de origen industrial hacia el río Pesquería. Además, la poca profundidad del acuífero, así como su gradiente hidráulico (unidad hidrogeológica 1), parecen favorecer la migración de contaminantes desde la zona de recarga hacia la zona de descarga, así como desde la superficie. Por otra parte, el río Pesquería se comporta como una corriente perenne, que sufre tanto el fenómeno de influencia como de efluencia, dependiendo si la época del año es de estiaje o lluviosa. Aunque se puede suponer que existe un intemperismo químico natural de las rocas, no debe descartarse que las actividades industriales, particularmente en los campos de salmueras y minas de yesos (ubicadas en la zona de transición), contribuyen con la presencia de concentraciones elevadas de iones como Cl^-, Na⁺ y SO₄ ^2-, principalmente, así como en los sitios donde se explotan Plomo y Zinc, que podrían ser la fuente de aportación de Zn²⁺ disuelto en el agua.

Por otro lado, en la Figura 8 se presenta el diagrama de Piper, donde se observa la evolución del agua a través de la zona de estudio. Este indica que, en su mayoría, es un agua mixta cálcico-sulfatada, perteneciente a un flujo regional (^{Alaa & Ian, 2016}).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 8 Clasificación del tipo de agua en el acuífero Campo Durazno, según el diagrama de Piper. 

En la zona de recarga, la presencia de areniscas y lodolitas provocan que el Na⁺ y SO₄ ^2- se encuentren en forma nativa. Esta composición química va evolucionando hacia la zona de transición, ya que el medio geológico favorece una sobresaturación. Esta sobresaturación pudo provocar la precipitación de iones (Ca⁺, Cl^- y Mg²⁺). En esta parte del área de estudio se localizan sitios con actividad antropogénica, como se indicó en la Tabla 6. Algunas de ellas, como los campos de salmueras de Álcali, producen NaCl. Estos se localizan cerca del río Pesquería, en donde también se aprecia un aumento de iones tales como Cl^-. Esta migración iónica tiende a aumentar en el agua superficial, ya que hacia la zona de descarga se observó un patrón de difusión (^{Vincy, Brilliant & Pradeepkumar, 2015}). Esto se debió al aumento de los iones de Na, que varían desde bajos en la zona de transición y se elevan drásticamente hacia la zona de descarga.

Comportamiento de la geohidrodinámica del acuífero

A partir de los resultados y análisis anteriores, fue posible explicar la geohidrodinámica de la unidad hidrogeológica 1, como se presenta a continuación.

El área de estudio presenta una recarga superficial nula hacia el acuífero (0 mm/año). Esto provoca una dependencia total de la aportación que recibe desde las unidades hidrogeológicas, interconectadas por medio del sistema de fracturas regional y de poros, hacia su parte más superficial. Como se estimó a través de las pruebas de bombeo, el tiempo de abatimiento del acuífero fue muy similar al tiempo de recuperación, por lo que puede suponerse que el acuífero presenta un equilibrio que debe buscar mantenerse mediante la propuesta de un plan eficiente para la explotación sostenible del acuífero (^{Van, Thanh, Hiep & Hida, 2014}).

En cuanto a la calidad del agua subterránea, se observó que existen parámetros físicos (pH, C.E.) y químicos (Ca⁺, Na⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄ ^2-, Zn²⁺) que superaron los límites máximos permisibles nacionales e internacionales para consumo humano. Particularmente, puede suponerse que en la zona de recarga (acuífero semiconfinado, fracturado) la presencia de algunos iones en concentraciones elevadas se debe principalmente al intemperismo químico natural de las rocas, mientras que hacia las zonas de transición y descarga (acuífero libre, interconexión entre fracturas y poros) se observa la influencia de algunas actividades antropogénicas, especialmente donde el nivel del agua subterránea es somera o se encuentra en continuo intercambio con el río Pesquería (Figura 6).

La transmisividad y conductividad hidráulica de la unidad hidrogeológica 1 pueden favorecer tanto su recarga como su contaminación. Por lo tanto, es recomendable considerar su geohidrodinámica para establecer las medidas necesarias para su protección ambiental y preservación de su equilibrio hidrológico.