Movilidad de sales por ascenso capilar a partir del acuífero freático en el sector sudoeste de la ciudad de Bahía Blanca

CLAUDIO LEXOW; SCHERGER LEONARDO E.; PERA VALLEJOS GUILLERMO; BAUER EMILIANO

San Luis

Congreso; I Congreso Argentino de Ingenieria Aplicada a la Ingenieria y al Ambiente; 2018

Asociación Argentina de Geología Aplicada a la Ingeniería (ASAGAI)

El sector sudoeste de la Ciudad de Bahía Blanca se caracteriza por la presencia de suelos de texturas finas y de un nivel freático somero, condiciones que determinan el predominio de movimientos verticales y la transferencia del agua por ascenso capilar a través de la zona no saturada (ZNS), propiciando la concentración de sales por evapotranspiración. En diversos sectores se han detectado problemas (grietas y fisuras) en los pavimentos y estructuras de hormigón que relacionadas a las condiciones del subsuelo que conforma el área podrían estar vinculadas a este proceso. El objetivo de este trabajo es determinar los principales mecanismos de movilidad y acumulación de sales en un terreno limo arcilloso desde el acuífero freático hipersalino somero. Las simulaciones numéricas mediante la aplicación del programa HYDRUS 2D/3D (Simunek et al., 2006) permitirán evaluar la magnitud del aporte de sales al suelo y verificar la situación actual, mediante datos recabados en campo.MetodologíaLos datos experimentales fueron recolectados en el sector sudoeste de la Ciudad de Bahía Blanca. En este sector se ubican el parque industrial, el puerto de Bahía Blanca, algunos asentamientos informales y vías de comunicación. Los suelos presentan textura limo-arcillosa con escasa cobertura vegetal, en general de tipo halófita. Las precipitaciones promedio para el periodo 2011- 2017 fueron de 507 mm/año, registrándose las mayores acumulaciones durante los meses de verano y primavera. En campo se relevó la profundidad del nivel freático y se tomaron muestras de suelo y agua subterránea para su posterior caracterización físico-química en laboratorio.En gabinete se realizaron simulaciones con el software Hydrus 2D/3D (Simunek et al., 2006), a partir de datos antecedentes correspondientes al periodo 2011- 2017. El código HYDRUS resuelve las ecuaciones de Richards para el flujo no saturado - saturado y de advección - dispersión para el transporte de solutos, para una sección definida bajo condiciones de borde e iniciales definidas por el usuario. El modelo fue calibrado siendo capaz de representar al final de la simulación la situación actual de campo. En el software se consideró una sección de 120 cm de alto y 100 cm de ancho compuesta por un material limo arcilloso, cuyos parámetros hidráulicos fueron estimados según la función de pseudotransferencia Roseta Lite V1.1 (Shaap et al. 2001). El límite superior de la sección se consideró influenciado por las variables atmosféricas, en función del tiempo, donde se introdujeron las precipitaciones y la evapotranspiración potencial de referencia para el área, según la fórmula de Penman-Moneith modificada (FAO N° 56,1998). Los bordes laterales se consideraron como nodos con ausencia de flujo y el borde inferior representó la posición del nivel freático bajo condiciones estáticas, introduciendo un potencial de presión constante h=0 cm. La concentración salina del agua subterránea (TSD) se calculó a partir de la relación con la conductividad eléctrica (CE):𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 􁉀𝑚𝑚𝑚𝑚𝐿𝐿􁉁=𝐶𝐶𝐸𝐸∗0,64la cual se obtuvo a partir del modelo matemático de estimación lineal para todas las muestras relevadas.La concentración de sales en el agua de lluvia se tomó como un valor constante de 64 mg/L (Carrica, 1998). Las sales se simularon como solutos no reactivos, siendo despreciables los procesos de adsorción, disolución, intercambio catiónico, etc.ResultadosLos resultados adquiridos permiten representar la situación actual de campo, siendo el ajuste logrado aceptable en los niveles profundos del suelo con un valor de RMSE (raíz del error cuadrático medio) de 0,85 g/L, simulándose correctamente la transferencia de sales al sistema no saturado por ascenso capilar desde el acuífero hipersalino. Se estima un espesor de franja capilar de hasta 95 cm, valores similares a los expresados por Lexow et al. (2017); quienes exponen que la misma se moviliza masivamente con las fluctuaciones del nivel freático. La dinámica salina para esta zona del sistema no saturado, se representa por los nodos de 60 cm y 90 cm de profundidad (Fig.1). Los nodos se encuentran controlados por la posición del nivel freático, con escasa o nulainfluencia de las variables atmosféricas. Las concentraciones en la franja capilar varían entre 3500 y 8000 mg/L, según la época del año, consistentes en periodos secos o húmedos. Las grandes lluvias aportan agua de baja salinidad al suelo, promoviéndose los procesos de lavado y dilución.Los nodos de 15 cm y 30 cm por su parte, reflejan la movilidad de las sales en los niveles superficiales del suelo, condicionadas por las variables atmosféricas reinantes en superficie. Para el periodo 2011 ? 2017 pueden reconocerse diversos episodios de stress hídrico, donde el potencial evapotranspiratorio supera al aporte de humedad, generándose flujos de transferencia vertical ascendentes. Durante estos períodos la acumulación de sales por evapotranspiración en los niveles superficiales del suelo, resulta en concentraciones muy superiores a las registradas en el acuífero freático. Estos episodios representan un potencial peligro para las estructuras y construcciones de hormigón, dada la alteración de las sales solubles sobre los agregados pétreos (Pérez Marfil et al., 2017). Los efectos pueden verse magnificados especialmente durante periodos de escasa precipitación y altas temperaturas.Figura 1: Simulación de la dinámica salina en el perfil del ZNS. En el cuadro superior se observan los flujos atmosféricos para el periodo de simulación.ConclusionesLos suelos del sector sudoeste de la Ciudad de Bahía Blanca presentan problemas de salinidad asociados a la transferencia de solutos desde el acuífero hipersalino. El ascenso capilar es puesto en marcha por el proceso de evapotranspiración y favorecido por la textura fina de los sedimentos que componen la ZNS. Las simulaciones en el software Hydrus 2D/3D permiten evidenciar la dinámica salina, lográndose distinguir la influencia de la franja capilar y de las condiciones atmosféricas sobre las concentraciones de sales en el perfil de suelo.ReferenciasCARRICA, J., 1998. Hidrogeología de la Cuenca del Arroyo Napostá Grande, Provincia de Buenos Aires. Tesis Doctoral. Universidad Nacional del Sur. Biblioteca Central, 215pp y anexos. Inédito.FAO, 1998. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements - FAO Irrigation and drainage: paper 56. FAO - Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, 1998LEXOW, C., PERA VALLEJOS, G. yBAUER, E., 2017. Comportamiento de la franja capilar en el sector oeste de la Ciudad de Bahía Blanca. XX Congreso Geológico Argentino, San Miguel de Tucumán. Sección Técnica 15, pág.: 65-66.PEREZ MARFIL, P., BAUER, E., LESCANO, L., PERA VALLEJOS, G., PRIANO, C., BEREZOSKY, J.J., LEXOW, C. y MARFIL. S., 2017. Causas del deterioro prematuro de pavimentos de hormigón de la Ciudad de Bahía Blanca y rutas de acceso, su relación con la franja capilar. IV Congreso Internacional Científico y Tecnológico de la Provincia de Buenos Aires, Ciudad de Quilmes. E-book, Actas: 12 pp.SCHAAP, M. G., LEIJ, F.J. y VAN GENUCHTEN, M. TH., 2001. Rosetta: a computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal of Hydrology, 251, 163-176, 2001.SIMUNEK, J., SEJNA M., y VAN GENUCHTEN M. TH., 2006.The HYDRUS (2D/3D) software package for simulating the two- and three-dimensional movement of water, heat and multiple solutes in variably saturated media.Version 1.0.PC Progress, Prague, Czech Republic.