Introducción

La salinización es una de las formas más extendidas de contaminación de agua en el mundo. La extracción de agua subterránea en acuíferos costeros no confinados modifica las condiciones naturales de la descarga de agua dulce al mar y da por resultado una inversión del flujo del agua subterránea, y una posibilidad de movimiento lateral del agua de mar hacia el interior de la costa (^{Nuno & Haie, 2001}; ^{Cardona, Carrillo, Huizar, & Graniel, 2003}). Los valles de Guaymas y Boca Abierta han estado bajo desarrollo agrícola desde 1940. La sobreexplotación del acuífero de Boca Abierta ha provocado una intrusión salina significativa.

La preservación de la vida útil del acuífero del valle de Boca Abierta requiere de medidas, como barreras de pozos de inyección y/o bombeo, que controlen la intrusión salina que en el citado acuífero ha afectado la franja costera en más de 7 km (^{Quiñonez, Canales, Sánchez, & Islas, 2005}).

La aplicación de un modelo de simulación de flujo subterráneo y densidad variable en un acuífero permite plantear alternativas que consisten en la colocación de barreras de pozos de bombeo sobre la interfase salina "dispersa", descrita por ^{Marín (1995)}, para interceptar el flujo de agua salada que avanza sobre el acuífero (^{Canales, 2013}).

Entre los trabajos previos al que aquí se presenta se tiene:

Como antecedente inmediato de este trabajo se aplicó el modelo de flujo subterráneo Visual Modflow (^{Velázquez, Islas, Canales, & Encinas, 2010}) para simular los niveles de agua subterránea en el acuífero del Valle de Boca Abierta, con el fin de estimar el bombeo que permita mantener el acuífero sin incrementar el grado de sobreexplotación.

Un caso muy similar al que se desarrolló con este trabajo fue la aplicación del modelo Sutra (^{Pool & Carrera, 2010}), para probar el efecto de una doble barrera de pozos de bombeo sobre la interfase salina en el acuífero costero Mar de Plata, Argentina, afectado por la presencia de agua de mar. El resultado es una caída significativa en los niveles de salinidad de los pozos con intrusión salina.

El objetivo de este trabajo fue probar la eficiencia de una doble barrera de pozos de bombeo para controlar el avance de la intrusión salina, mediante la aplicación del modelo Seawat, en el acuífero del valle de Boca Abierta. El resultado permitió determinar el gasto de extracción y su distribución correcta con la localización de dicha barrera de pozos con concentraciones del ion cloruro, aceptables para consumo humano (^{Velázquez, 2013}).

Método

La simulación de la intrusión salina en el acuí-fero de Boca Abierta en este trabajo es una continuación de la simulación de flujo subterráneo y densidad constante con Modflow (^{Velázquez et al., 2010}), referida como antecedente inmediato. Por tal motivo, el presente trabajo se inició actualizando el modelo anterior mediante la revisión del modelo conceptual. A continuación se aplicó el modelo Seawat (^{Guo & Langevin, 2002}), para simular el efecto de una doble barrera de pozos de bombeo hasta el año 2032.

Aplicación de los modelos

El modelo conceptual se revisó con la información de pozos de la zona que se muestra en la Figura 1, la cual se utilizó para definir la estratigrafía del lugar, además de los niveles estáticos, volúmenes de extracción y análisis de calidad del agua, que permitieron alimentar los modelos y establecer una frontera de carga constante en la parte norte del modelo para simulación de flujo subterráneo de entrada al acuífero, y en la frontera sur, que colinda con el Golfo de California, de acuerdo con las coordenadas geográficas y niveles medios del mar para la zona.

Figura 1 Localización de la zona de estudio. 

La etapa de calibración se realizó a partir de la simulación con Modflow, con densidad constante para el periodo de modelación establecido (1990-2012). Se compararon los niveles estáticos calculados por el modelo y los medidos en campo, y se obtuvo una diferencia estimada por el valor del error medio cuadrático (RMS) de 3.85%; con Seawat, con densidad variable, para el mismo periodo, 1990-2012, se obtuvo como estimación de la diferencia entre valores de concentración de cloruros medidos en campo y los obtenidos por el modelo un error medio cuadrático (RMS) de 2.87%.

La etapa de predicción, de 2012 a 2032, se llevó a cabo una vez calibrado el modelo. Se propusieron dos filas conformadas por cinco pozos cada una para formar una doble barrera de bombeo, con el propósito de detener el avance de la intrusión salina en el acuífero. Se evaluó su efectividad mediante la estimación de la entrada de agua de mar proveniente de la frontera sur del acuífero.

Se probaron dos ubicaciones distintas para las dos filas de pozos ya mencionadas, como se muestra en las Figuras 2a y 2b.

Figura 2 a) Ubicación doble barrera 1, b) Ubicación doble barrera 2. 

La primera, denominada "doble barrera 1" (Figura 2a), tiene una separación entre sus filas de 2.0 km; la fila 2 está a una distancia de 1.8 km al sur con respecto a la zona de explotación del acuífero; la fila 1 tiene una distancia media en relación con la frontera del acuífero con el Golfo de California de 4.0 km.

Para la segunda ubicación, "doble barrera 2" (Figura 2b), la fila 1 no cambia de posición; la fila 2 se recorrió al inicio de la zona de explotación del acuífero, en particular formando la línea con 4 de los 6 pozos en funcionamiento para agua potable. En ambas figuras, las celdas con relleno en color negro representan inactividad en el modelo: al este, por efecto de la sierra del Bacatete, y al sur el Golfo de California; asimismo, las celdas con relleno gris al sur representan el flujo de agua de mar al acuífero proveniente del Golfo de California (frontera de carga constante).

Discusión de resultados

Los resultados del efecto de la simulación de la doble barrera de bombeo sobre el acuífero del valle de Boca Abierta provinieron del planteamiento de tres escenarios distintos. El primero, "condiciones normales", representa no aplicar algún control, como la doble barrera de bombeo. Los escenarios dos y tres fueron las propuestas del modelo "doble barrera 1" y "doble barrera 2", respectivamente, con un gasto de extracción igual a 120 l/s para cada uno de los 10 pozos que las conforman.

En la gráfica 1 de la Figura 3 se observa el comportamiento de la evolución de la concentración de cloruros (Cl-) una vez simulados los tres escenarios ya descritos para el periodo (2012-2032). Del conjunto de pozos analizados se eligieron los números 135 y 3 para ilustrar dicha evolución. En todos los casos se apreció una disminución favorable respecto a "las condiciones normales", que incluye quedar dentro de la norma NOM-127-SSA1-1994 en la concentración de cloruros con las barreras de pozos; y entre "doble barrera 1 y 2", la ventaja de la "doble barrera 1" es que mejora aún más la concentración de cloruros que el escenario doble barrera 2.

Figura 3 Comportamiento de la concentración de cloruro para los pozos número 135 y 3. 

Conclusión

Se concluyó que la opción "doble barrera 1" presenta las condiciones ideales para lograr el objetivo propuesto en los pozos de la porción sur del acuífero.

Hay opciones de aprovechamiento del agua, producto del bombeo en la barrera de pozos.

Se identifican de manera potencial tres opciones de aprovechamiento del agua extraída de la doble barrera, las cuales, previo análisis y estudios correspondientes, pudieran redituar en mejoras tanto para el ámbito económico como el social de la región: desalinización para agua potable de Guaymas y Empalme; riego de halófitas para producción de biocombustibles; abastecimiento de estanques para la siembra y reproducción de especies acuícolas.

Se recomienda mantener actualizado el modelo de simulación del acuífero del valle de Boca Abierta, considerando nueva información referente a niveles estáticos y análisis fisicoquímicos del agua, con la finalidad de realizar la posauditoría, al verificar las predicciones del modelo. Asimismo, se requiere la creación de una red de pozos de monitoreo en campo que respalde la obtención de datos para llevar a cabo el mantenimiento propuesto.