BALANCE
HIDRICO EN LA CUENCA DEL SALAR DE PIPANACO, PROVINCIAS DE CATAMARCA Y LA RIOJA
Zarantonello,
A.(1), Mamani, M.(2)
(1)
CRICYT, Mendoza, Argentina. (2) Universidad Nacional de La Rioja
RESUMEN
La
cuenca hidrogeológica del Salar de Pipanaco está situada en su casi totalidad
en la Provincia de Catamarca. Constituye un ejemplo de cuenca endorreica en la
que el accionar de un río tangencial a la misma -el Colorado- le confiere un
carácter más complejo. Esta cuenca corresponde al dominio de las sierras
pampeanas, reactivadas en la Orogenia Andina.
Tanto
la zona deprimida como la de las sierras con sus divisorias de aguas tienen una
orientación predominante norte-sur. Su recarga hídrica proviene de la
precipitación en las sierras que la rodean. Los cauces, por lo general
temporarios, escurren su caudal hacia el salar. La descarga es esencialmente por
evapotranspiración en la zona que gravita el Salar de Pipanaco definiendo hasta
aquí su carácter endorreico.
El
río Colorado, de régimen estival, proviene del oeste y llega a tocar el
extremo sur del Salar de Pipanaco para luego alejarse del mismo con un rumbo
sur. Este río aporta caudal al Salar de Pipanaco siendo también la única vía
de descarga por escurrimiento de la cuenca. Para entender el funcionamiento de
este río, en conjunción con el Salar de Pipanaco, se llevó a cabo un modelo
matemático tridimensional, que representó la parte de la cuenca hidrogeológica
donde predomina la acumulación.
En
este modelo se representaron: el aporte por escurrimiento a la cuenca, la
evapotranspiración y la precipitación. Los coeficientes del terreno se
distribuyeron en dos capas.
El
modelo se hizo correr bajo un régimen de flujo transitorio, lo suficientemente
largo como para aproximarlo a un régimen estacionario. En los resultados, la
descarga por escurrimiento resultó muy baja, poniendo de relieve al Salar de
Pipanaco como dispositivo captador de importantes caudales. Sólo en casos de
crecientes habría una continuidad del río Colorado y con una importante pérdida
de su caudal en la zona del salar.
ABSTRACT
The
drainage basin of Pipanaco is located the southwestern extreme of the province
of Catamarca, Argentina. Is a north-south oriented valley system product of
tectonic activity in the Tertiary with a very arid climate.
Recharge
comes from precipitation in the mountain ranges. Then, streams -mostly
temporary- pour their content into the bajadas and then transmited to its base
level. In the base level, water is dischaged by evaporation, completing the
water cycle of a typical closed basin. In the other hand the Colorado river,
coming from the southwest, touches the base level basin discharging some water.
From there, the Colorado river represents the discharge of the entire basin of
Pipanaco.
In
order to understand the interaction of the Basin of Pipanaco and the Colorado
river, a tridimentional mathematic model was proposed. The model was restricted
to the area of the basin depositation. All weather parameters and river
discharges were introduced, some of them estimated.
Two layers were definied including all the basin features. Here, all hydraulic
parameters were estimated according to the assumed logical grain distribution.
Results
indicated a high evapotranspiration in the the basin, enough to cut the
continuity of the average discharge of the Colorado river. Actually the Colorado
river discharges its content as floods, showing in short periods, flow
continuity. However, the basin still takes a very large amount of water and no
discharge from the basin is seen.
I.
INTRODUCCION
La
cuenca hidrogeológica del Salar de Pipanaco se encuentra casi en su totalidad
en la Provincia de Catamarca, salvo una franja del borde sudoeste que pertenece
a la Provincia de La Rioja. Esta cuenca cubre un área aproximada de 17200 Km2.
Los cordones montañosos que la delimitan tienen una orientación
nornoreste-sudsudoeste con alturas que pueden superar los 4000msnm. Las cotas
decrecen hacia el nivel de base, representado por el Salar de Pipanaco. El Salar
de Pipanaco presenta una orientación similar a la de las sierras con alturas
oscilan que decrecen hacia el sudsudoeste.
La
cuenca se encuentra en el ámbito de las Sierras Pampeanas, con sus bloques
reactivados por la Orogenia Andina. Bajo esta tectónica compresiva, proveniente
del oeste, algunos bloques se habrían elevado formando cordones mientras que
otros se habrían hundido generando depresiones como el nivel de base de la
cuenca (Sosic, 1963).
Las
rocas más antiguas son metamórficas, típicas de basamento, presentes en las
sierras.
Le
siguen en sucesión estratigráfica sedimentitas del Terciario Superior,
presentes desde el nacimiento de los conos aluviales. Finalmente sedimentitas
Pleistocenas-Holocenas a lo largo de la zona de acumulación de la cuenca, con
buenos espesores en la zona del Salar de Pipanaco.
En
las sierras el clima es relativamente fresco, con precipitaciones que llegarían
hasta 600 mm/año (Folquer, 1974), generando cursos que en general se infiltran
a la zona de acumulación de la cuenca. En el llano el clima es árido y seco,
con precipitaciones de menos de 100 mm/año, caluroso y con una importante
evapotranspiración.
En
la zona de acumulación de la cuenca, los abanicos aluviales que rodean al
salar, se inician con una granulometría gruesa que se afina hacia el salar.
Esta variación granulométrica hace que los niveles libres en el inicio de los
abanicos sean profundos mientras que aquellos en el salar sean someros. En el
salar, el efecto de capilaridad y la eventual presión hidrostática son los
factores que movilizan el agua verticalmente hacia la superficie del salar para
luego ser evaporada (Sosic, 1963). Resumiendo, esta disposición altitudimétrica
de recarga hídrica en las sierras y descarga por evaporación en el Salar de
Pipanaco completa el ciclo de cuenca endorreica.
La
cuenca del Salar de Pipanaco comparte su borde sudoeste-sudeste con el río
Colorado.
Este
río proviene del oeste encajonándose en la zona de las Cumbres del Médano. En
su curso medio a lo largo de una topografía muy plana, el río genera bañados.
Toca el extremo sur del Salar de Pipanaco tomando la orientación del salar
hacia el sur. Se encajona finalmente en la Quebrada de Mazán donde su caudal
saliente representa parte de la descarga por escurrimiento de la cuenca.
A fin de entender el funcionamiento de la Cuenca del Salar de Pipanaco se hizo un modelo matemático de la cuenca. Para ello se dispuso de la aplicación Processing Modflow for Windows (Chiang y Kinzelbach, 1998), que trabaja con el método de diferencias finitas para simulaciones tridimensionales.
El
modelo representó la zona de la cuenca hidrogeológica en la que predomina la
acumulación sedimentaria en un área rectangular de 131.7 Km. en sentido
norte-sur por 110.7 Km. en sentido este-oeste (Fig. 1). Estuvo compuesta por
3224 celdas casi cuadrangulares, distribuidas en una grilla regular. De ellas,
2071 representaron la zona de estudio (Fig. 4-8).
En
el modelo se entraron valores de precipitación (Fernández, 1974), de
escurrimiento general de ríos (Folquer, 1973) y de una evapotranspiración
aproximada. El diseño del subsuelo involucró dos capas estimadas, de hasta 150
metros bajo el salar. La conductividad hidráulica resultó de un análisis
estimativo de observaciones de la topografía e hidrología.
El
modelo corrió bajo un régimen de flujo transitorio de 200 años, lo
suficientemente largo como para aproximarse a un régimen de flujo estacionario.
De esta forma se controló la simulación, corrigiendo inestabilidades a su
paso.
El
resultado de la simulación mostró que tanto la evapotranspiración generada
por el salar como la topografía de la misma -algo deprimida del salar respecto
al río Colorado- son factores que se combinan potenciando la descarga de la
cuenca por evaporación. Considerando al río Colorado sujeto a un caudal
promedio, el efecto del salar interrumpe la continuidad del río.
II.
ZONA DE ESTUDIO
Geografía
La
cuenca hidrogeológica del Salar de Pipanaco cubre un área total de 17200Km2,
está localizada aproximadamente entre los 66º 00’ y 67º 15’ de longitud
oeste del meridiano de Greenwich y los 26º 50’ de latitud sur. Corresponde
esencialmente a la Provincia de Catamarca salvo una estrecha franja al sudoeste
que pertenece a la Provincia de La Rioja (Fig. 1).
La
cuenca tiene una forma elongada en sentido nor nornoreste sudsudoeste, rodeada
de relieves montañosos. Al oeste está delimitada por la sierra de Ambato, al
norte por los nevados del Aconquija, la Sierra de Capillitas, Atajo, Alumbreras,
Hualen, todas con alturas que superan los 4000 msnm. En el este, de norte a sur
por las sierras de Altohuasi, Fiambalá, Zapata y Vinquis con alturas de hasta
3000 msnm. La zona deprimida de la cuenca o nivel de base está representada por
el Salar de Pipanaco con cotas de 740 a 713 msnm.
El
clima es árido y seco, con precipitaciones menores de 100 mm/año en el salar
mientras que de hasta 600 mm/año en las altas cumbres.
Los
ríos que aportan a la cuenca son:
a)
Provenientes de las sierras del norte: el Villavil, Andalgalá, Potrero, Choya,
de caudales bastante constantes, Amanao y Qa. del Cura de régimen torrencial.
El Belén de régimen anual.
b)
Provenientes de sierras del oeste: el Quimivil y otros de menor importancia de régimen
torrencial.
c)
Provenientes de sierras del este: el Joyango, Colpes, San Miguel, Saujil, Rincón,
Siján, Mutquin y Pomán entre los más importantes, de régimen torrencial.
d)
En el extremo sudoeste de la cuenca está el río Colorado, de régimen estival
que en la Qa. de Mazán reuniría la descarga de la cuenca del Salar de
Pipanaco.
Geología
Las
rocas presentes en las sierras que delimitan la cuenca son metamórficas
variadas, de esquistos a granitos migmatíticos del Precámbrico a Paleozoico
Inferior. En sucesión estratigráfica hay formaciones del Terciario Superior
representadas por Fm Salicas y Fm Las Cumbres y el Antiguo Fanglomerado del
Cuaternario. Por último, como representantes del Holoceno están los sedimentos
de terrazas fluviales, abanicos aluviales y sedimentos de playa salina y de
planicie del río Colorado.
Hay
fallas inversas de alto ángulo hacia ambos lados del Salar de Pipanaco que
delimitarían tanto bloques elevados como un bloque central hundido; el Salar de
Pipanaco (Sosic, 1974).
Hidrogeología
La
cuenca recibe su recarga hídrica de precipitaciones de sus bordes elevados.
Luego el agua toma cauces por lo general temporarios. Estos cauces descargan su
caudal en la zona de acumulación de la cuenca o zona de abanicos coalescentes.
Desde allí, el escurrimiento es por lo general subterráneo hasta el nivel de
base. En algunos casos, según la intensidad de las lluvias, el escurrimiento
superficial puede llegar hasta el nivel de base de la cuenca.
En
el nacimiento de los abanicos predominan materiales de granulometría gruesa,
generando niveles piezométricos profundos. Como los materiales del abanico se
hacen gradualmente más finos hacia el salar, los niveles resultan cada vez más
someros. En el salar, el agua es movida hacia arriba por capilaridad,
probablemente con asistencia de la presión hidrostática (Sosic, 1963). El agua
ascendida al salar está expuesta a ser evaporada en grandes volúmenes ya que
la temperatura es allí elevada. Esto completa el ciclo hidrológico de una
cuenca endorreica.
El
río Colorado constituye un elemento que le da complejidad a la cuenca. Muchos
autores lo consideran como el límite sudoeste de la cuenca. Este río aporta
caudal a la cuenca y recibiría potencialmente la porción de la descarga por
escurrimiento de la misma.
El
río proviene del extremo sudoeste de la cuenca, siendo encajonado en las
Cumbres del Médano y luego meandroso con un importantes gradiente. Luego se
aplana en los Bañados del Salado y es de destacar que al tocar el extremo sur
del Salar de Pipanaco, su nivel está levemente por encima que el del salar. A
partir de allí toma rumbo sur y en la quebrada de Mazán parte de su caudal
involucra potencialmente la descarga por escurrimiento total de la cuenca.
III.
METODOLOGIA
Para
entender el funcionamiento de la Cuenca del Salar de Pipanaco en conjunción al
río Colorado se propuso un modelo matemático. Para el modelo se usó la
aplicación Processing Modflow for Windows (Chiang y Kinzelbach, 1998), versión
actualizada de Modflow (Mc Donald y Harbaugh, 1988), que trabaja con el método
numérico aproximativo de diferencias finitas, representable en tres
dimensiones.
La zona de estudio comprendió la parte de la cuenca hidrogeológica en que predomina la acumulación sobre la erosión, incluyendo los abanicos aluviales, depósitos de playa del Salar de Pipanaco y el relleno de cauce del río Colorado (Fig. 1). Estuvo contenida en un área rectangular de 131.7 Km en sentido norte-sur por 110.7 Km en sentido este-oeste, subdividida en una grilla regular, casi cuadrangular, con un total de 3224 celdas, de las que 2071 representaron la zona a modelar (Fig. 4-8).
La
zona de estudio estuvo representada por 2 capas, una superior con 50 m de
potencia bajo el salar y otra profunda con potencia de 100 m bajo el salar (Fig.
2, 3). A la capa inferior se le dio mayor permeabilidad que a la superior.
Para
definir la conductividad hidráulica horizontal (m/d) en cada celda (Fig. 4,5),
se estableció (a) La relación directa al tamaño de grano de los sedimentos de
los abanicos -a mayor granulometría correspondió mayor conductividad hidráulica-
(b) La zona de influencia de cauces importantes retendría, pendiente abajo,
valores relativamente altos de permeabilidad. (c) A los terrenos positivos que
disrrumpen la pendiente natural se los consideró como afloramientos terciarios,
con permeabilidades muy bajas.
La
conductividad hidráulica vertical representó la mitad de la conductividad
horizontal.
El
coeficiente de almacenamiento de la capa superior fue representado por un valor
único de 0.25. El de la inferior adoptó un valor único de 0.0001 trabajando
en forma tal que al eventual secado de la capa superior tomara el valor de 0.20.
Como
el modelo fue llevado a un régimen de flujo cuasi estacionario, los
coeficientes de almacenamiento no fueron relevantes. Finalmente en ambas capas
se representó un nivel piezométrico inicial arbitrario, igual al de la
superficie topográfica menos 6 m. Era de esperar que en el transcurso de la
simulación, este nivel se elevara o deprimiera según las características del
terreno y variables del modelo.
Para
representar las variables que interactúan en el modelo se usaron los siguientes
módulos a entrarse por celda:
a)
Módulo Well 1. (Fig. 8) Usado para
representar la recarga de los ríos a la cuenca. En la recopilación de caudales
se usaron datos de Folquer, (1974) con caudales totales de hipocuencas y/o de ríos
importantes. Los caudales promedio (m3/d) se distribuyeron en celdas sobre
cauces mapeables a escala 1:100000. Estas celdas infieren una infiltración del
caudal sobre la zona de del nacimiento del abanico aluvial.
b)
Módulo Rch 1. (Fig. 6) Usado para representar la poca pero existente recarga
por precipitación en la zona de estudio. Estos datos fueron extraídos de un
mapa de isohietas (Fernández, 1974). Sus valores fueron cuantificados en áreas
resultantes del promedio de 2 isohietas consecutivas.
c)
Módulo Evt 1. (Fig. 7) Usado para representar la importante descarga por
evapotranspiración en la zona de estudio. Estos datos fueron estimados como
inversos a los de precipitación.
Además
se estimó la profundidad de evaporación (o extinción) que aumenta con la
temperatura y/o decrece con la altura.
d)
Módulo Str 1. (Fig. 8) Usado para representar el río Colorado, que da una
recarga a la cuenca.
Este
módulo se usa para simular el flujo de agua entre un acuífero y su fuente que
es un río.
Se
propone un caudal inicial que en su curso variará de acuerdo al tipo de terreno
a recorrer y al nivel piezométrico del mismo, generando ya sea un río
influente o efluente.
El valor del caudal en el inicio de la zona de estudio resultó del promedio obtenido en los años 1922/1924 en la localidad de Retiro (Folquer, 1974). Son estos:
Estos
caudales son esencialmente representativos de crecientes.
El río se representó con 40 celdas con los siguientes parámetros por celda.
(1)
Caudal inicial (150 328 m3/d); (2) La cota del nivel de agua inicial: base +
0.30m; (3 ) La conductividad hidráulica del lecho del río: de 0.6 a 2.3 m/d;
(4) Cota del río = cota topográfica; (5) Base del lecho del río: 3m; (6)
Ancho estimado del río: 2 m; (7) Gradiente del río: de 0.0035 a 0.0028; (8)
Coeficiente de Manning/constante: 2956.5 a 2608.7.
Parámetros
temporales del modelo
Este
modelo se corrió bajo un régimen de flujo transitorio (que genera niveles
variables en el tiempo), lo suficientemente largo como para aproximarse a un régimen
de flujo estacionario (con niveles de variación cero). Esta disposición se
debió a la necesidad de detectar y corregir inestabilidades que interrumpan el
desarrollo del modelo y monitorear el tiempo enésimo en el que las variaciones
de los niveles fuesen inapreciables. El tiempo total de la simulación fue de
200 años, distribuidos en dos períodos estresantes de 100 años, de idénticas
características. Cada período estresante estuvo distribuido en 120 pasos, con
un multiplicador de 1.15 generando un crecimiento gradual -para los cálculos de
zonas de alta permeabilidad-. Una vez estabilizado el modelo se procedió a la
calibración del mismo que involucró modificaciones en la conductividad hidráulica,
de reacomodación de celdas representativas de recarga por escurrimiento y en
casos, la eliminación de celdas con excesiva discontinuidad de cota.
IV.
RESULTADOS DE LA MODELACION
Al
cabo de un período temporal de 200 años se observaron los resultados en
estaciones de registro: nivel vs. tiempo. Los resultados indicaron siempre una
franca estabilización de los niveles, lográndose así estado de cuasi
equilibrio de flujo. El mapa piezométrico resultante (Fig. 9) representó los
niveles de la capa profunda, ya que la capa superior se secó en las zonas
elevadas (del nacimiento de los abanicos aluviales).
Cotejando
las curvas isopiezas a los 200 años se observó que hacia el inicio de los
abanicos aluviales, los niveles son profundos mientras que en el Salar de
Pipanaco son someros y expuestos a la evapotranspiración, tal como fuera de
asumir en la realidad.
Balances
obtenidos
En
este modelo no se incluyó al volúmen almacenado ya que se trata de una
simulación que tiende a un régimen de flujo estacionario, con valores de
almacenamientos no conocidos.
Recargas:
1)
De los ríos: 0.14191E+07 m3/día
2)
Por precipitación: 0.40218 E+07 m3/día
3)
Por el río Colorado: 1972.7 m3/día
Descargas:
1) Del río Colorado en Mazán: 7612.5 m3/día -Estimado-
2)
Por evapotranspiración: 0.55227 E+07 m3/día
3)
Hacia el río Colorado: 115.96 m3/día
El caudal saliente por Mazán no pretende aproximarse a un valor particular, sí de un orden de caudal bajo, suficiente como para no afectar los niveles piezométricos de esa zona.
Interpretación
del modelo
El
modelo respondió al de una cuenca endorreica. En ambas capas se representaron
canales permeables hacia el salar y de allí a la estrechura de Mazán, con el
propósito de observar algún escurrimiento subterráneo. Sin embargo, el agua
fue capturada por el salar. Esto significa que, sin mencionar al río Colorado,
no hubo descarga por escurrimiento de la cuenca.
En
el modelo se ha especificado el caudal promedio de los ríos, resultante del
registro anual. En la realidad este caudal varía anualmente con muchos cauces
temporarios.
Técnicamente
esto no se pudo representar pero es de asumir que en su escurrir superficial,
los cursos generarían una evapotranspiración importante, probablemente mayor a
la del modelo.
Se
observó que el río Colorado perdió su continuidad en la proximidad al Salar
de Pipanaco. Su caudal bajo de un promedio anual, los relieves planos de los bañados
próximos al salar y a la leve depresión que se encuentra el salar respecto al
río hicieron factible la evaporación de agua previa al salar y su captura
final por el salar.
El
río Colorado tiene realmente un caudal distribuido en crecientes, de cortos períodos
temporales, que técnicamente no pudieron ser representados. Es durante esos
cortos períodos que el río sí tiene continuidad en la zona de estudio.
Durante esas continuidades de flujo, parte del caudal es capturado y evaporado
por el salar y parte llega al estrechamiento de Mazán. Este caudal observado en
Mazán no incluiría descarga de la cuenca.
Fuera
del ámbito de los ríos mencionados cabe mencionar un caudal proveniente de
fuentes termales que provendría del este, de los abanicos del sur de la sierra
de Ambato que luego de infiltrarse a profundidades ascenderían en las
proximidades de Mazán (Sosic, 1963). Su posible mecanismo no fue incorporado al
modelo pero se incluyó una descarga por escurrimiento subterráneo de caudal,
bajo en la estrechura de Mazán, tal que su efecto casi no modificara el campo
piezométrico calculado. Esta componente representaría la descarga de la cuenca
por escurrimiento.
Como
las conductividades hidráulicas y la evapotranspiración del modelo debieron
ser estimadas, existe la posibilidad de una variante al resultado logrado. Si
bien la evapotranspiración puede ser aproximada a la real, su profundidad de
extinción podría distar de la usada en el modelo. Ésta, además de depender
de la temperatura y humedad, probablemente sea dependiente de la composición
específica del terreno.
V.
BIBLIOGRAFIA
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