Muchas veces se requiere conocer la procedencia de las aguas que descargan en un manantial, otras veces se necesita determinar el impacto de un proyecto sobre los manantiales. Existen varios casos donde la simulación de la zona de captura de un manantial puede brindar respuestas y fundamentos para la gestión ambiental, la resolución de conflictos y la determinación de responsabilidades ambientales en procesos judiciales.
Este artículo muestra en contexto hidrogeológico de los manantiales y explica como es posible determinar la zona de captura asociada a un manantial.
¿Que es un manantial?
Las principales descargas de ciclo hídrico subterráneo en cuencas andinas son dos:
- Los bofedales, que descargan aguas subterráneas por evapotranspiración
- Los manantiales, que descargan aguas subterráneas como flujo base
Los manantiales y bofedales se generan cuando la napa esta muy cerca o en la superficie. Generamente los manantiales están localizados en las partes bajas de las quebradas y tienen condiciones especiales como alto ph, alta conductividad electrica, altos sólidos totales disueltos y bajo potencial óxido/reducción.
Una vista de planta de la distribución de la napa freática con los manantiales y bofedales en las partes bajas se puede ver a continuación:
En la siguiente figura se muestra la distribución de la napa freática en sección de corte con los manantiales y las zonas donde se producen bofedales:
¿Cómo se cálcula la zona de captura?
Para calcular la zona de captura se requiere de un modelo numérico calibrado en la zona de estudio. El modelo de este ejemplo está construido en MODFLOW y ha sido calibrado con 104 piezómetros y 4 estaciones de flujo base para una zona de Cajamarca.
Para la determinar la zona de captura se requiere de un modelamiento de trayectoría de partículas con MODPATH que se acopla con los resultados del modelo de flujo de MODFLOW. Ya que se requiere calcular el origen de las descargas, las partículas se simulan "hacia atras".
Simulaciones de MODPATH "hacia adelante" se realizan cuando se quiere saber el destino de las filtraciones, que es el caso de destinos de contaminantes entre otros.
La zona de captura es la envolvente de todas las particulas que muestra como una linea sólida color lila en la siguiente figura:
Para este caso, la zona de captura tiene un área de 657000 metros cuadrados, y un perímetro de 3700 kilómetros. Las partículas pueden demorar hasta 683 años desde que infiltran hasta que descargan.
FloPy es la librerìa de Python que construye y ejecuta modelos MODFLOW; esta librería se ha mejorado para proporcionar un soporte completo de MODFLOW 6 y la mayor parte de su desarrollo está relacionado con la funcionalidad de MODFLOW 6, herramientas para usar datos espaciales vectoriales, rasters y funcionalidades comunes de ploteo y exportación.
Python es un lenguaje de programación sencillo y potente; su simplicidad es notable en comparación con otros lenguajes de programación y su potencia se basa en la cantidad de herramientas disponibles para las diferentes áreas de estudio.
Hemos desarrollado un programa completo en modelamiento de aguas subterráneas con MODFLOW y FloPy que abarca desde los temas esenciales en Python hasta casos aplicados de modelamiento regional e intrusión marina. El programa está diseñado para brindarle al estudiante un enfoque metodológico para aprender FloPy basado en una serie de ejemplos aplicados junto con las opiniones/experiencias del profesor y la revisión del software.