CAPÍTULO 4: MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEPTUAL DE LA ZONA DE ESTUDIO 4.1 Aspectos fisiográficos generales El relieve

CAPÍTULO 4: MODELO HIDROGEOLÓGICO CONCEPTUAL DE LA ZONA DE ESTUDIO

4.1

Aspectos fisiográficos generales

El      relieve      del      área      de      estudio      está      representado      por      una      zona      montañosa      muy accidentada, tal como se explica en el punto 2.3, con elevaciones que llegan a los 3600 m.s.n.m en la divisoria de aguas superficiales. Además, se observa una parte intermedia de    colinas    en    el    piedemonte    y      finalmente,    hacia  el    Oeste,    una    planicie    de    poca    altitud (Figura 4.1).

9450000YAPATERA

CHARANAL

9440000

9430000

9420000

9410000

9400000

Figura    4.1    Vistas    en    planta  y    3D    del    Alto    Piura

que    muestran    las    características    del

relieve de la zona. 9390000

590000 600000 610000 620000 630000 640000 650000

62

4.2 Consideraciones hidrogeológicas

En el Alto Piura afloran rocas y depósitos no consolidados, con edades que van desde el Precámbrico    hasta    el    Cuaternario    Reciente.    Los    afloramientos    de    las    rocas    ígneas, metamórficas    y    volcánico-sedimentarias    forman    una    zona   montañosa,    muy    compleja estructuralmente    la    cual    corresponde    a    la    faja    de  mayor    deformación    de    los    Andes (Figura    4.2a).    Todas    estas    rocas    están    meteorizadas   y    afectadas    por    fallas    y    fracturas, (Figura    4.2b).    La    tectónica    Andina    se    manifiesta    aquí    con    fallamientos    normales    e inversos de alto ángulo, que ha generado estructuras de bloques, que afectan el espesor de la cobertura reciente. Los depósitos recientes son de origen aluvial,fluvial y eólico. Figura 4.2c.

Figura 4.2 (a) Cadenas montañosas por encima de los 2000 m.s.n.m. (b) Fallamientos de las rocas producto de la tectónica Andina.

Figura 4.2 (c) Depósitos de material fluvial y aluvial del Cuaternario.

Las    condiciones    geológicas    del    área    -litología,    geomorfología    y    estructura-    definen sistemas    hidrogeológicos    con    características    particulares    como:    el    tipo    de    acumulación de      aguas      subterráneas,      condiciones      hidrodinámicas,   recarga,      descarga,      recursos      y reservas, relación con los drenajes superficiales, etc.

Los      afloramientos      de      las      rocas      ígneas,      metamórficas      y      volcánico-sedimentarias conforman    macizos    hidrogeológicos.    Los    depósitos    aluvialesy    fluviales,    ampliamente distribuidos    en    toda    el    área    considerada,    han    originado    en    la    margen    derecha    del    río

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Piura, aguas abajo de Morropón, una estructura hidrogeológica muy particular formada por    una    cadena    continua    de    abanicos    de    piedemonte, la    cual    en    su    parte    distal    se encuentra con el cauce del río Piura. Esta estructura, a su vez, forma parte de la cuenca artesiana      de      tipo      litoral.      Los      macizos      hidrogeológicos      junto      con      los      abanicos      de piedemonte,    constituyen    regiones    de    alimentación    de    las    aguas    subterráneas    de    esta cuenca (Figura 4.3).

Los    mismos    depósitos    aluviales    y    fluviales    en las    partes    altas    del    área    considerada    han rellenado    las    depresiones    intramontanas    de    poca    extensión,    aguas    arriba    de    Buenos Aires, o han formado conos de deyección entre Buenos Aires y Morropón.

Para    un    mejor    entendimiento    del    sistema    se    presentauna    breve    descripción    de    las condiciones hidrogeológicas de cada una de estas geoformas.

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CONJUNTO DE ABANICOS DE PIEDEMONTE.

Flujos Volcánicos

Macizos Ígneos

Depósitos Cuaternarios

Margen Oriental de la Cuenca Sedimentaria Terciaria Sechura

Macizos Metamórficos

DEPRESIONES INTRAMONTANAS

Figura 4.3. Unidades estratigráficas y geológicas del Alto Piura.

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4.2.1        Macizos hidrogeológicos

En    los    macizos    hidrogeológicos    la    acumulación    y    el flujo    del    agua    subterránea    se realizan    por    el    medio    fracturado    a    través    de    su porosidad    secundaria.    Normalmente,    en estas    estructuras    pueden    presentarse    tres    tipos    de    flujo    subterráneo:    sub-superficial,    de aguas freáticas de fisura y de aguas de fisura a presión. (Figura 4.4).

El    flujo    sub-superficial    suele    estar    asociado    a    la cobertura    del    suelo    y    a    la    zona    de aireación    y    como    regla    general,    se    encuentra    hidráulicamente    separado    de    la    zona saturada.

Las    aguas    freáticas    de    fisura    se    forman    en    la   zona    de    meteorización    de    las    vertientes. Este    tipo    de    flujo    se    observa    durante    todo    el   año,    no    obstante,    sus    recursos    suelen disminuir    significativamente    en    los    períodos    secos.    Las    características    de    la    zona    de meteorización,    el    tipo    de    vegetación    y    de    suelo    condicionan    las    particularidades        del régimen de aguas freáticas de fisura.    La variación máxima de sus niveles se observa    en las    zonas    cercanas    a    las    divisorias    de    aguas    superficiales    donde    las    aguas    de    fisura pueden desaparecer en los períodos prolongados de sequía. El desagüe permanente de las aguas freáticas de fisura se inicia en los nacimientos de las corrientessuperficiales con caudales      desde          menos      de      un      litro      hastavalores      entre      1      y      3      l/s      y      puede      seguir aumentando hacia la parte baja de las vertientes hasta decenas de l/s. En esta zona, con saturación    permanente,    se    observa    la    regulación    y    estabilización    del    flujo    de    aguas freáticas de fisura, lo cual se manifiesta en la poca variación de sus caudales y niveles.

Las    aguas    de    fisura    a    presión    están    asociadas    a las    zonas    de    fisuración    tectónica    y litogénica      regional      y      local,      donde      se      forman      potentes      corrientes      subterráneas      con régimen estable.

a -    zona no saturada; b - zona de las aguas freáticas de fisura. 1-        Nivel de las aguas freáticas de fisura 2-        Manantial (afloramiento de aguas subterráneas) 3-        Zona de fisuración litogénica y tectónica donde se encuentran

aguas de fisura a presión 4-        Zona de fractura regional con aguas de fisura a presión 5-        Depósitos aluviales.

Figura 4.4 Corte esquemático de un macizo hidrogeológico (Fuente:    Apuntes    del    curso-taller    teórico    práctico    de    diseño    de    redes    de    monitoreo."Modelo hidrogeológico conceptual y redes de monitoreo". Uruguay-Montevideo, Julio-Agosto. 2003).

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La zona de interés no cuenta con datos sobre las aguas subterráneas de los macizos; sin embargo,    los    registros    de    las    estaciones    hidrométricasnos    muestran    su    capacidad    de almacenamiento, pues ríos como el Yapatera, Charanal, Las Damas, La Gallega, Corral de Medio y Bigote son de carácter permanente y en los períodos de estiaje mantienen los caudales    base    alrededor    de    0.1    m /s,    al    finalizar  su    recorrido    por    los    macizos      .    En cambio,    los    ríos    Pusmalca,    Pata,    Chignia    y    Huarmacaen    sus    partes    altas,    al    parecer, circulan    por    macizos    formados    por    rocas    de    menor   permeabilidad,    ya    que    en    períodos largos de estiaje sus caudales se agotan.

Además de los registros hidrométricos, existen numerosos manantiales quevan desde las partes más altas hasta la zona de contacto entre los macizos y los depósitos cuaternarios inclusive    (ver    Figura    4.5).    Varios    de    ellos    por    su    carácter    permanente    constituyen    las fuentes de abastecimiento de diversos centros poblados como: Santa Catalina de Mossa, Mossa, Piedra del Toro, La Unión, San Luis, etc.      Confirmado así la presencia de flujos subterráneos en los macizos hacia la cuenca artesiana litoral.

3 24

Figura    4.5    Afloramientos    en    la    zona    de    contacto   entre    el    macizo    hidrogeológico    y    el

Cuaternario Reciente del área de estudio.

24 TAHAL Consulting Engineering L.T.D. - ASCOSESA. Mejoramiento y Regulación del riego del Alto Piura. Estudio a nivel de Factibilidad. Informe Principal y Anexos 1, 2, 3 y 4. Abril 1988.

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4.2.2        Conos de deyección, abanicos de piedemonte y depresiones intramontanas

A    diferencia      de    los    macizos    hidrogeológicos,    donde  el    flujo    está    relacionado    con      el medio      fracturado,      en      estas      geoformas      el      almacenamiento      y      la      dinámica      del      agua subterránea corresponden al medio poroso es decir, a su porosidad primaria.

Tal    como    se    menciona    en    el    punto    4.1.2    existen  depresiones    intramontanas    con    valles encajonados        donde    se    ubican    los    ríos    Bigote    y  Salitral,    en    la    zona    alta    del    área    de estudio;    y    en    la    zona    media    y    baja    se    forman conos    de    deyección    entrelazados    que constituyen la parte más importante del sistema acuífero (Figura 4.3).

4.2.2.1 Conos de deyección o abanicos de piedemonte

Se    forman    cuando    un    río    pasa    de    una    zona    de   mucha    pendiente    a    una    con    poca pendiente.      Están      compuestos      de      materiales      friables,      poco      o      no      cementados          con granulometría de un rango muy amplio que puede ir desde cantos rodados hasta arcillas. Entre los materiales se pueden diferenciar los depositados por el río, materiales fluviales,

25 y aquellos depositados por un flujo barroso o aluvión      .

La    textura del    material    fluvial se define claramente. En la parte alta, donde el agua del río    discurre    con    mayor    velocidad,    se    deposita    solamente    material    grueso    y    de    gran tamaño como cantos rodados, gravas y arenas formando depósitos de gran conductividad hidráulica. En la parte baja, en cambio, los sedimentos son de textura fina del tipo limo arenoso    a        arcilloso.    También    existe    cierta    distribución    lateral    originada    por    fuertes avenidas      que      inundan      extensas      áreas      laterales.  A      mayor      distancia      del      cauce      los sedimentos      que      se      depositan      son      más      finos. Todos      estos      sedimentos      finos      tienen

26 normalmente una conductividad hidráulica reducida      .

Los    sedimentos    de    flujo    barroso    tienen    una    textura  muy    variada.    Están    constituidos    de grava    angular    a    sub-angular    mezclada    con    arena,    limoy    arcilla.    La    conductividad

27 hidráulica de este tipo de material es de regular a baja      .

La      formación      de      los      conos      de      deyección     no      es      simplemente      una      secuencia      de sedimentos        del    tipo    fluvial    o    barroso.    Existe    además,    influencia    de    la    tendencia    a    la bifurcación    de    los    ríos    en    el    punto    de    emergenciade    los    últimos    contrafuertes    de    la Cordillera.    Se    ha    de    considerar    también    el    efecto   de    la    tectónica,    a    través    de    los fenómenos de emergencia y subsidencia que influyen en estas geoformas. Y por último, los    efectos    de    los    ciclos    de    erosión    y    sedimentación    por    cambios    climatológicos.    Todo este      conjunto      de      efectos      ejercen      influencia     sobre      la      formación      de      los      conos      de

28 deyección      .

25 Alva, C. A.; Van Alphen J. G.;      De la Torre A.;... [Ed & at]. Problemas de drenaje y salinidad en la costa peruana. Bulletin 16. Holanda: International Institute for Land Reclamation and Improvement/ILRL, 1976. Pág.16

26 Ibíd. Pág. 17

27 Ibíd.

28 Cfr. Ibíd.

68

Debido    a    su    origen    presentarán    entonces    dos    características    principales:    zonificación    y secuencia.

La zonificación se manifiesta en primer lugar, por una variación en la textura, de cantos rodados    a    arcilla,    desde    la    parte    alta    hasta    la  zona    distal    (Figura    4.6).    Mientras    que    la secuencia      rítmica      aparece      en      su      parte      mediay      periférica,      como      la      alternancia      en profundidad de las capas limo-arcillosas y gravo-arenosas.

A    causa    de    lo    anterior,    las    condiciones    de    formación    y    distribución    de    las    aguas subterráneas    en    los    conos    de    deyección    tienen    rasgosespecíficos,    estableciéndose    tres zonas hidrogeológicas principales: zona de formación o de recarga, zona de acuñamiento y zona de tránsito o descarga.

Zona de formación o de recarga

Nivel freático —x—x—x--x

Zona de acuñamiento

Nivel piezométrico

Manantial

Zona de Tránsitoo de

descarga

Dirección de flujo general

Dirección de flujo local

Rocas metamórficas

Rocas volcánico-sedimentarias

Gravas

Arenas

Depósitos poco permeables: limo arcillosos -

arcillosos Figura 4.6 Zonificación de los conos de deyección

a.      Zona de Formación

Es    la    parte    inicial    de    la    geoforma    compuesta    porsedimentos    de    mayor    tamaño    (Figura 4.6). Es aquí donde ocurre la recarga mediante la infiltración de las precipitaciones y de las aguas de los cauces de los ríos que bajan desde las montañas y sus aportes laterales. Así    mismo,    pérdidas    desde    los    canales    de    riego    sin    revestimiento    pueden    jugar    papel importante en la alimentación adicional.

69

Para    la    esquematización    de    las    condiciones    hidrogeológicas,    esta    zona    en    su    corte vertical    se    considera    como    un    solo    horizonte    acuífero    que    contiene    aguas    sin    presión, como acuífero libre, con flujo en una sola dirección. Su transmisividad llega a los miles, incluso    decenas    de    miles    de    metros    cuadrados    por   día.    Los    valores    característicos    del coeficiente de almacenamiento normalmente, que en el caso de los acuíferos libres es la porosidad efectiva, están entre    0.1 y 0.15.

La profundidad del nivel freático en el ápice (Figura 4.6) de la zona deformación puede superar    varias    decenas    de    metros.    No    obstante,    dentro    de    esta    zona    la    profundidad    va disminuyendo    en    la    dirección    general    del    flujo, ya    que    la    pendiente    del    nivel    es    menor que la de la superficie del terreno (Figura 4.7).

El    régimen    natural    de    los    niveles    de    aguas    subterráneas    en    esta    zona    está    sujeto    a    las condiciones      de      la      recarga,    por      ejemplo      su   variación      interanual      -en      función      de      la precipitación y la escorrentía-      por lo cual, pueden presentarse cambios significativos de los    niveles    durante    el    año.    Por    lo    anterior,    es importante    conocer    el    comportamiento natural    de    los    niveles    con    el    fin    de    diferenciarsus    posibles    descensos    a    causa    de    la extracción de las aguas subterráneas.

Figura 4.7 Estructura de un cono de deyección

b.      Zona de acuñamiento

La parte intermedia de la geoforma corresponde a la zona de acuñamiento,o de descarga parcial, de las aguas subterráneas. Esta zona se define por características hidrogeológicas distintas      (Figura      4.6).      Sus      condiciones      hidrodinámicas      están      determinadas      por      la disminución de la transmisividad en la dirección general del flujo, debido a la aparición de    capas    limo-arcillosas,    y    por    la    distribución    alternada    de    los    sedimentos    de    capas gravo-arenosas y limo-arcillosas.

Este    contexto    hace    que    las    aguas    subterráneas        se    encuentren    a    presión    y    descarguen hacia      la      superficie.      Es      así,      que      en      las      capas      poco      permeables,      llamadas      también acuitardos,    se    origina    el    flujo    ascendente.    Mientras  que    dentro    de    las    capas    de    mayor permeabilidad    el    flujo    subterráneo    conserva    la    dirección    general.    La    existencia    de    los flujos    ascendentes    puede    ser    comprobada    por    la    relación    de    las    presiones    en    el    corte vertical de las capas permeables.

70

De    esta    manera,    las    particularidades    geológicas    presentes    en    la    zona    de    acuñamiento caracterizan esta zona como un sistema acuífero multicapa -capas acuíferas y acuitardos intercalados-    con    propiedades    hidráulicas    propias    (transmibilidad,    T;    permeabilidad,    K; coeficiente de almacenamiento,) para cada capa    diferenciada.

Al contrario del lo que ocurre en    la zona de formación, el régimen natural de los niveles en esta zona es en general bastante estable,      pues la amplia presencia de los sedimentos finos con alta capacidad de almacenamiento de agua      que cubren esta zona restringen y regulan    la    cantidad    de    agua    que    puede    llegar    al acuífero.    Bajo    condiciones    de    riego intensivo,    localmente    pueden    presentarse    ascensos    importantes    de    los    niveles    freáticos, lo    cual    podría    provocar    el    aumento    de    la    descarga    en    las    zonas    de    drenaje    natural    más cercanas.

El esquema de drenaje de las aguas subterráneas en la zona de acuñamiento es bastante complejo y se pueden señalar varios tipos de descarga: La descarga puntual a través de manantiales;    la    descarga    lineal    hacia    a    los    cauces de    las    corrientes    superficiales    que atraviesan la geoforma; la descarga por superficie debido a las pérdidaspor evaporación desde      el      nivel      freático      (generalmente      cuando   los      niveles      se      encuentran      a      las profundidades    de    0    a    3    m)    que    constituye    un    elemento    importante    en    el    balance    de    las aguas subterráneas, especialmente en climas áridos.

c.

Zona de tránsito o descarga

La parte periférica de la geoforma pertenece a la zona de tránsito o descarga,      pero esta zona    no    siempre    existe.    En    su    corte    vertical    se aprecian    delgadas    capas    de    arena intercaladas    con    espesas    capas    de    limos    y    arcillas por    lo    cual    la    transmisividad    del sistema disminuye significativamente. Las aguas subterráneas se mueven principalmente dentro de las capas de arena dirigiéndose al drenaje regional (el flujo ascendente aquí no tiene importancia) con un caudal que normalmente no supera el 10% del que se origina en la zona de formación.

Es común que los depósitos de la parte periférica de la geoforma se interdigiten con los sedimentos      aluviales      del      río      principal      (drenajeregional)      y      sus      aguas      subterráneas alimenten a estos últimos y posteriormente se descarguen al río. Esta zona denominada la del    drenaje    regional    ya    no    pertenece    propiamente    a la    geoforma    en    consideración    y representa un elemento de estructura hidrogeológica distinta.

Todas    estas    geoformas    contienen    sistemas    de    aguas    subterráneas    únicos    (freáticas    y    a presión),      pese      a      la      existencia      de      diversaszonas      hidrogeológicas      que      cambian sucesivamente una tras otra en la dirección general del flujo subterráneo, es decir desde el inicio de la geoforma hacia su periferia.

4.2.2.2 Depresiones intramontanas

Comúnmente,    para    las    depresiones    intramontanas    de    pocaextensión    se    mantienen    las mismas condiciones, no obstante estas últimas pueden presentar ciertas particularidades, por ejemplo un menor espesor de los sedimentos, estructura encerrada, etc.