Modelo matemático del flujo de agua subterránea de la parte alta de la quebrada Huamancute, Ayacucho - Perú

Abstract

[ES] La modelación de las aguas subterránea es una herramienta muy potente para la evaluación de los acuíferos fracturados. En este trabajo, se construyó el modelo matemático del acuífero de la parte alta de la quebrada Huamancute, Ayacucho-Perú con la finalidad de comprender el comportamiento de las aguas subterráneas en el medio fisurado. En una primera instancia se desarrolló el modelo hidrogeológico conceptual, en el cual se tuvo en cuenta toda la información recaba de geología, hidrología, edafología y climatología; después se implementó el modelo numérico con la ayuda del código MODFLOW. El modelo conceptual hidrogeológico consistió en la identificación de las masas de agua de la zona de estudio, la construcción del modelo geológico y la estimación de la recarga al acuífero. El modelo geológico está formado por tres unidades hidrogeológicas, el depósito cuaternario es la capa más superficial, la intermedia es la roca fracturada y última es la denominada como roca. Dicho modelo se construyó en base a la geológica regional, a las mediciones de conductividades hidráulicas, y a los datos obtenidos de los veintiséis sondajes eléctricos verticales y de las treinta y nueve perforaciones. El área de estudio no contaba con información meteorológica, por lo que se estimaron los valores de la precipitación y de la temperatura, mediante el uso de la técnica geoestadística del cokrigeado colocalizado. Calculándose que la precipitación y la temperatura media anual es de 476.9 mm/año y de 10.5°C, respectivamente. El modelo hidrológico consistió en la estimación de la evapotranspiración potencial, la infiltración y la recarga; la primera variable se calculó mediante el método de Hargreaves y se obtuvo un valor medio de 1 252.7 mm/año; la segunda se estimó mediante el modelo número de curva y su valor promedio fue de 515.0 mm/año; mientras que la última se estimó mediante balances hidrometeorológicos, cuyo valor medio fue de 97.0 mm/año En este estudio se simuló tanto en estado estacionario como en transitorio, tomando para este último un paso de tiempo mensual. El río Huamancute se comporta como ganador, ya que la cantidad de agua que recibe del acuífero es mucho mayor a la que él le transfiere; mientras que los otros dos ríos, Laguiña y Quellopata, actúan como perdedores. La laguna Chiquito Parinacocha dona al acuífero un volumen medio de agua de 2.1 103 m3/año. Asimismo se tiene que en el área de estudio, el valor de la recarga media anual es de 5.8 104 m3/año. Por último se calculó que los bofedales extraen del acuífero un caudal promedio de 3.2 104 m3/año. En el estado transitorio se logró que el modelo reprodujera la variabilidad temporal de los caudales que el acuífero entrega a los ríos. Durante los meses que existe recarga, el flujo que acuífero transfiere al río Huamancute es de 56.0 l/s, mientras que en los otros ríos dicho caudal es de 10.0 l/s, aproximadamente. La mayor salida de agua del sistema es hacia los ríos. Asimismo, cuando existe recarga, la mayor parte del agua que ingresa por esta variable es almacenada en las dos primeras capas del acuífero, principalmente por la acción del almacenamiento específico. Se concluyó, que los cálculos de la recarga son mucho más precisas si se utiliza datos meteorológicos diarios, en caso de no contar con esta información, la mejor opción para dichas estimaciones es el cokrigeado colocalizado; y que los modelo numéricos en roca fisurada pueden ser calibrados mediante el método de prueba y error.

[EN] Groundwater modeling is a very powerful tool for evaluating fractured aquifers. In this study, it was constructed the mathematical model of the aquifer in the upper part of the Huamancute stream, Ayacucho-Peru, in order to understand the behavior of groundwater in the fractured medium. In the first instance, it was developed the conceptual hydrogeological model, it was taken into account all the information gathered from geology, hydrology, edaphology and climatology; then, it was implemented the numerical model with the help of the MODFLOW code. The hydrogeological conceptual model consisted of the identification of the water masses in the study area, the construction of the geological model and the estimation of the recharge to the aquifer. The geological model is made up of three hydrogeological units, the quaternary deposit is the most superficial layer, the intermediate one is the fractured rock and the last one is called rock. Model was built based on regional geology, measurements of hydraulic conductivities, and data obtained from the twenty-six vertical electrical sounding and from the thirty-nine perforations. The study area did not have meteorological information, so precipitation and temperature values were estimated, using the geostatistical technique of collocated cokriging. Calculating that the annual average precipitation and temperature is 476.9 mm / year and 10.5 ° C, respectively. The hydrological model consisted in the estimating potential evapotranspiration, infiltration and recharge; The first variable was calculated using the Hargreaves method and it was obtained a mean value of 1 252.7 mm / year; the second was estimated using the curve number model and its average value was 515.0 mm / year; while the latter was estimated through hydrometeorological balances, whose average value was 97.0 mm / year. In this study, the model was simulated in steady and transient state, for the latter took a monthly time step. The Huamancute River behaves as the winner, since the amount of water it receives from the aquifer is much greater than that which it transfers; while the other two rivers, Laguiña and Quellopata, act as losers. The Chiquito Parinacocha lagoon donates an average volume of water of 2.1 103 m3 / year to the aquifer. Likewise, in the study area, the value of the average annual recharge is 5.8 104 m3 / year. Finally, it was calculated that the wetlands extract an average flow of 3.2 104 m3 / year from the aquifer. In the transitory state, the model was able to reproduce the temporal variability of the flows that the aquifer gives to the rivers. During the months that there is recharge, the flow that the aquifer transfers to the Huamancute River is 56.0 l / s, while in the other rivers this flow is approximately 10.0 l / s. The largest outlet of water from the system is towards the rivers. Likewise, when there is recharge, most of the water that enters through this variable is stored in the first two layers of the aquifer, mainly due to the action of specific storage. It was concluded that the recharge calculations are much more accurate, if daily meteorological data are used. If this information is not available, the best option for these estimates is collocated cokriging; and that numerical models in fractured rock can be calibrated by trial and error.

[CA] El modelatge de les aigües subterrània és una eina molt potent per a l'avaluació dels aqüífers fracturats. En aquest treball, es va construir el model matemàtic de l'aqüífer de la part alta de la feta fallida Huamancute, Ayacucho-el Perú amb la finalitat de comprendre el comportament de les aigües subterrànies en el mitjà fisurado. En una primera instància es va desenvolupar el model hidrogeològic conceptual, en el qual es va tindre en compte tota la informació recapta de geologia, hidrologia, edafologia i climatologia; després es va implementar el model numèric amb l'ajuda del codi MODFLOW. El model conceptual hidrogeològic va consistir en la identificació de les masses d'aigua de la zona d'estudi, la construcció del model geològic i l'estimació de la recàrrega a l'aqüífer. El model geològic està format per tres unitats hidrogeològiques, el depòsit quaternari és la capa més superficial, la intermèdia és la roca fracturada i última és la denominada com a roca. Aquest model es va construir sobre la base de la geològica regional, als mesuraments de conductivitats hidràuliques, i a les dades obtingudes dels vint-i-sis sondatges elèctrics verticals i de les trenta-nou perforacions. L'àrea d'estudi no comptava amb informació meteorològica, per la qual cosa es van estimar els valors de la precipitació i de la temperatura, mitjançant l'ús de la tècnica geoestadística del cokrigeado colocalizado. Calculant-se que la precipitació i la temperatura mitjana anual és de 476.9 mm/any i de 10.5 °C, respectivament. El model hidrològic va consistir en l'estimació de la evapotranspiración potencial, la infiltració i la recàrrega; la primera variable es va calcular mitjançant el mètode de Hargreaves i es va obtindre un valor mitjà d'1 252.7 mm/any; la segona es va estimar mitjançant el model número de corba i el seu valor mitjà va ser de 515.0 mm/any; mentre que l'última es va estimar mitjançant balanços hidrometeorológicos, el valor mitjà dels quals va ser de 97.0 mm/any En aquest estudi es va simular tant en estat estacionari com en transitori, prenent per a aquest últim un pas de temps mensual. El riu Huamancute es comporta com a guanyador, ja que la quantitat d'aigua que rep de l'aqüífer és molt major a la qual ell li transfereix; mentre que els altres dos rius, Laguiña i Quellopata, actuen com a perdedors. La llacuna Chiquito Parinacocha dona a l'aqüífer un volum mitjà d'aigua de 2.1 103 m³/any. Així mateix es té que en l'àrea d'estudi, el valor de la recàrrega mitjana anual és de 5.8 104 m³/any. Finalment es va calcular que els bofedales extrauen de l'aqüífer un cabal mitjà de 3.2 104 m³/any. En l'estat transitori es va aconseguir que el model reproduïra la variabilitat temporal dels cabals que l'aqüífer lliurament als rius. Durant els mesos que existeix recàrrega, el flux que aqüífer transfereix al riu Huamancute és de 56.0 l/s, mentre que en els altres rius aquest cabal és de 10.0 l/s, aproximadament. La major eixida d'aigua del sistema és cap als rius. Així mateix, quan existeix recàrrega, la major part de l'aigua que ingressa per aquesta variable és emmagatzemada en les dues primeres capes de l'aqüífer, principalment per l'acció de l'emmagatzematge específic. Es va concloure, que els càlculs de la recàrrega són molt més precises si s'utilitza dades meteorològiques diàries, en cas de no comptar amb aquesta informació, la millor opció per a aquestes estimacions és el cokrigeado colocalizado; i que els modele numèrics en roca fisurada poden ser calibrats mitjançant el mètode de prova i error.