Modelación matemática del flujo subterráneo en el acuífero de Riobamba (Ecuador)

Abstract

[ES] El acuífero en estudio se encuentra ubicado en la subcuenca del rio Chambo que forma parte de la demarcación del Pastaza, que pertenece a la vertiente del Amazonas. La subcuenca cubre una superficie de 3580 km² y un perímetro de 339,38 km, localizada en su totalidad dentro de la provincia de Chimborazo. Internamente la subcuenca tiene 5 acuíferos siendo el más grande el acuífero de Riobamba, el mismo que se encuentra como uno de los 76 acuíferos prioritarios del Ecuador, con una extensión aproximada de 219,83 km², el cual abastece a las ciudades de Riobamba y Guano con un caudal de explotación aproximado de 600 l/s.

Desde 1981 hasta la fecha, el acuífero ha sido la única fuente de abastecimiento, de las citadas ciudades. Al tener poca información y referencias del acuífero de Riobamba sus estudios son escasos y su gestión sin planificación. Durante muchos años se pensaba que dicho acuífero era del tipo fósil, pero de acuerdo con las investigaciones realizadas se demostró que el acuífero recibe una recarga lateral promedio por parte de los deshielos del nevado Chimborazo de 2 m3 /s aproximadamente.

El presente estudio plantea conocer, analizar e interpretar el comportamiento hidráulico del acuífero mediante un modelo matemático del flujo subterráneo que simule de manera cercana su realidad, el mismo que será guía para estimar la disponibilidad y una adecuada planificación de los recursos hídricos sin generar sobreexplotación y contaminación del mismo.

El modelo matemático se simuló solo para estado estacionario a través del código MODFLOW y la interfaz gráfica ModelMuse, el mismo que fue calibrado y validado mediante indicadores estadísticos presentando un valor del coeficiente de Nash de 0,90 (excelente), una correlación positiva de 0,91 y un error cuadrático medio (RSME) de 1,39 m considerando una buena capacidad predictiva del modelo y, por consiguiente, un modelo que reproduce una situación muy próxima a la realidad.

Adicionalmente se simuló para dos escenarios de acuerdo a los proyectos del cantón: el comportamiento del acuífero en condiciones naturales sin la intervención antrópica (escenario n.º 1), al no presentar extracción por bombeos, los ríos presentan un aumento de caudal de 8,63 hm³/año, de la misma manera sucede con las vertientes siendo el aumento de 2,46 hm³/año, esto respecto a la situación actual a la salida del sistema.

Al implementarse el trasvase Maguazo ¿ Alao que abastecerá la parte centro sur de la cuidad (escenario n.º 2), mediante una correcta y consciente revisión del sistema actual de abastecimiento y conforme a la planificación y gestión de los recursos hídricos se propone utilizar el 50% de los bombeos actuales, al igual que el escenario 1, a la salida del sistema presentan un aumento de 1,23 y 3,88 hm³/año en las drenes y ríos respectivamente.

De la misma manera, con esta investigación se pretende contribuir con posteriores investigaciones sobre impactos de las actividades antropogénicas y el cambio climático en las aguas subterráneas y superficiales.

[EN] The aquifer under study is located in the sub-basin of the Chambo river that is part of the Pastaza demarcation, which belongs to the Amazon slope. The sub-basin covers an area of 3,580 km² and a perimeter of 339,38 km, located entirely within the province of Chimborazo, internally the sub-basin has 5 aquifers, the largest being the Riobamba aquifer, which is found as one of the 76 priority aquifers in Ecuador, with an approximate extension of 219,83 km², which supplies the cities of Riobamba and Guano with an approximate exploitation flow of 600 l/s. From 1981 to date, the aquifer has been the only source of supply, which has been used; having little information and references to the Riobamba aquifer, their studies are scarce and their management without planning. For many years, it was thought that this aquifer was of the fossil type, but according to the investigations carried out, it was shown that the aquifer receives an average lateral recharge by the melting of snow-capped Chimborazo of approximately 2 m³/s. The present study proposes to know, analyze and interpret the hydraulic behavior of the aquifer through a mathematical model of the underground flow that closely simulates its reality, the same one that will be a guide to estimate the availability and adequate planning of water resources without generating overexploitation and contamination of it. The mathematical model was simulated only for steady state through the MODFLOW code and the ModelMuse graphical interface, which was calibrated and validated using statistical indicators, presenting a Nash coefficient value of 0,90 (excellent), a positive correlation of 0,91 and a mean square error (RSME) of 1,39 m considering a good predictive capacity of the model and, therefore, a model that reproduces a situation very close to reality. Additionally, it was simulated for two scenarios according to the projects of the canton. the behavior of the aquifer under natural conditions without human intervention (scenario n.° 1), as there is no extraction by pumping, the rivers present an increase in flow of 8,63 hm³/year, in the same way it happens with the springs being the increase of 2,46 hm³/year, this with respect to the current situation at the outlet of the system. Upon implementation of the Maguazo – Alao transfer that will supply the south central part of the city (scenario n.° 2), through a correct and conscious review of the current supply system and in accordance with the planning and management of water resources, proposes VI to use 50% of the current pumping, as in scenario 1, at the outlet of the system they present an increase of 1,23 and 3,88 hm³/year in the drains and rivers, respectively. In the same way, this research is intended to contribute to further research on the impacts of anthropogenic activities and climate change on groundwater and surface water.