Estudio de la concentración de Fluor en el agua subterránea en el NE de Santiago del Estero (Dptos. Copo y Alberdi)

AÑO DE INICIO: 2014

AÑO DE FINALIZACION: 2017

 

PARTICIPANTES EN EL PROYECTO

Director de Proyecto: Dra. María Marcela Nieto

Grupos de investigación del Proyecto:

Hidrogeóloga Stella M. Reynoso

Hidrogeólogo Antonio Ramírez

Ing. Forestal Alfredo Fabián Reuter

Dra. Fernanda Mellano

Lic. En Sociología Sandra Jiménez

Lic. En Qca. Sebastián Togo

 

INTRODUCCIÓN

La falta de agua a nivel mundial se encuentra agravada por varios factores: su contaminación y mercantilización creciente, así como, y sobre todo, su distribución desigual.  Este esquema se repite a varios niveles.  Así, en Argentina, si bien tenemos importantes reservas de agua, todavía el 20% de la población rural no tiene acceso a una fuente mejorada de agua potable  Además, en muchas zonas del país, el agua presenta altos niveles de contaminación, causada principalmente por la gran minería, el uso de agrotóxicos y varias actividades industriales, sin descontar la contaminación antrópica.

 

TAREAS DESARROLLADAS SEGÚN CRONOGRAMA DE PRESENTACIÓN

La primera etapa, como se programó, no fue cumplida en tiempo y forma; en la zona de estudio los caminos vecinales se convierten en  intransitables cuando las precipitaciones son intensas y careciendo de vehículo adecuado, hizo imposible el cumplimiento de las tareas de campaña.

Las tareas de gabinete se realizó y consistió en : recopilación de antecedentes sobre el área de estudio, publicaciones, análisis físico-químicos de agua subterránea, imágenes satelitales y censos poblacionales; con los que se trabajó..

Se realizó un historial de variación de la concentración del ión Flúor, haciéndose uso de los análisis físico-químicos recopilados, depurándose los mismos y centralizando el área de estudio.

Se efectuó en gabinete un exhaustivo análisis con los datos recopilados.

 

UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

Los Departamentos Copo y Alberdi, zona de Estudio, se encuentra en el NE de la Provincia de Santiago del Estero; son los Departamentos de mayor superficie de la provincia

Estos Departamentos abarcan una superficie total  de 25.111 Km2 y una población de 48.656 habitantes, equivalentes al 6,6 % de la población provincial y una densidad de 3,79 hab./ km2.

En la zona de estudio, el Río Salado, ingresa en la región Chaqueña. Tomando una dirección sureste, mantiene su nombre de Juramento hasta ingresar en la provincia de Santiago del Estero en donde recibe el nombre de Salado (o Cachimayo, en quechua, de kachi, «sal», y mayu, «río»). En Santiago del Estero el curso es generalmente de dirección sursureste, con un lecho poco profundo y un cauce muy explayado en una serie de humedales (esteros) eslabonados que han dificultado el establecimiento de poblaciones en las poco precisas orillas. En la citada provincia parte de los caudales del Salado son derivados artificialmente hacia el este y sudeste por medio de estrechos acueductos a cielo abierto, siendo los dos principales el llamado Canal de Dios (que aporta sus aguas a las localidades de Monte Quemado, Tintina y Sacháyoj) , Canal Virgen del Carmen (Monte Quemado – Quimilí)

 

 

 

CARACTERIZACION DE LA ZONA DE ESTUDIO

El subsuelo de la mayor parte de la Provincia está constituido por una profunda cuenca sedimentaria, cuyo eje  principal indica que sus máximos espesores tienen una orientación el Noreste, y está formada por el hundimiento como consecuencia del fallamiento de bloques inclinados hacia el centro, siendo evidente que estos sistemas conjugados de dislocaciones y megafracturas  regionales controlan la circulación y la salinidad de las aguas subterráneas y superficiales (Martín-2000)

La zona de estudio es una región agropastoril y forestal, atrasada y regresiva en su desarrollo, de lento crecimiento en su población y el uso no sustentable de sus recursos naturales y con severas restricciones en materia de agua subterránea y superficial y de infraestructuras y equipamientos dominada por paleocauces del río Salado y los canales de Dios, Virgen del Carmen, del Desierto y de la Patria, enmascarados parcialmente por vegetación de bosques maderables. En el ángulo NE, se destaca la presencia del Parque Nacional Copo de 114.000 Has y su área de amortiguamiento de 96.000 Has e inmediatamente al sur, la dorsal Sachayoj–Girardot, que corre paralela al límite con Chaco.

Los Departamentos Copo y Alberdi abarcan una superficie total  de 25.111 Km2 y una población de 48.656 habitantes, equivalentes al 6,6 % de la población provincial y una densidad de 3,79 hab./ km2.

La provincia, como todas, tiene población urbana, rural y rural dispersa.

 

GEOMORFOLOGIA

Las limitaciones para realizar campaña, mencionadas anteriormente, nos permitió realizar un trabajo meticuloso en gabinete primero y  con ayuda de cartas topográficas del IGM. Esc.: 1: 250.000 (hojas Campo Gallo, Monte Quemado, Quimilí y Añatuya), se seleccionaron transectas representativas del área también se utilizaron fotografías áreas  que sirvieron  de base para poder trasladar las características morfológicas de detalle, así se efectuará en una próxima salida a campaña  los trabajos destinados a corroborar los límites y características de las unidades cartográficas haciéndose uso también de perfiles naturales (paleocauses, barrancas).

 

1-UNIDAD: ABANICO ALUVIAL DEL RIO SALADO

SUBUNIDADES:

1.1      – PLANICIE  LOESSICA

1.1.1   – Planicie  Loessica con Cauces de Alveolos Definidos

1.1.2   – Planicie  Loessica con Cauces sin  Alveolos Definidos

1.1.3   – Planicie de Derrames

1.1.4   – Planicie de Acumulación y Deflación

1.1.5   – Planicie  con Pastizales Pirógenos

 

4-CARACTERIZACION CLIMATICA

Se ha recopilado información climática, especialmente de dos parámetros fundamentales o elementos climáticos que de manera más directa configuran o caracterizan a un medio natural:

 

a)        Temperaturas medias mensuales

b)        Precipitaciones medias mensuales

 

Se procedió al procesamiento de ambas informaciones determinando su ritmo temporal y su distribución espacial, ya que las mismas condicionan los distintos ciclos hidrológicos influyendo sobre el entorno ambiental.

 

Se trabajó con las observaciones puntuales de ambos parámetros y especialmente de las precipitaciones, ya que esta influye directamente sobre un aspecto importante del ciclo hidrológico como es la infiltración,  necesaria para la recarga de acuíferos poco profundos.

 

De tal manera que la disponibilidad hídrica va a depender de la cantidad de agua precipitada y en función de la evaporación , englobaba en el proceso más general que es la evapotranspiración existente influirá en el balance hídrico y en la disponibilidad de las reservas.

 

Se ha procesado información pluviométrica de los puestos de observación, perteneciente a la Red Hidrometeorológica Provincial, operada por la Policía de la Provincia y que pertenece a la Administración Provincial de Recursos Hídricos, con mediciones en pluviómetro normalizado tipo “B”, con probeta de 50 mm., según las normas de la Organización Meteorológica Mundial (O.M.M) y adoptado por el Servicio Meteorológico Nacional (S.M.N).

 

PROCESAMIENTO DE LA INFORMACION

a)        Pluviométrica

Se ha obtenido información pluviométrica de la  serie cronológica de precipitaciones de las estaciones pluviométricas ubicadas en los Departamentos Alberdi y Copo  para el periodo 1948-2013, analizando previamente la misma mediante análisis de consistencia y aleatoriedad de las precipitaciones totales mensuales, a los fines de determinar su homogeneidad y confiabilidad temporal y espacial.

Como resultado de ello se ha elaborado un cuadro resumen de precipitaciones, unificando la serie de análisis, rellenando las lagunas de información que hubieran detectado y procediendo posteriormente al análisis estadístico correspondiente, con la obtención de parámetros de centralidad y dispersión (media aritmética, desviación estándar, moda y quintiles)

 

A partir de ello se procederá a elaborar los gráficos respectivos o pluviogramas de precipitación tanto mensual, estacionales y anuales, para posteriormente obtener las isohietas de precipitación media anual y realizar a través de análisis estadístico la caracterización pluviométrica de la zona de estudio.

 

B) Termométrica

La disponibilidad de información termométrica es más complicada, debido a la existencia de un número muy pequeño de estaciones de medición de este parámetro, ya que las mismas se pueden hacer mediante estaciones meteorológicas convencionales o automáticas que realizan además mediciones de otras variables meteorológicas o bien mediante estaciones de tipo termo pluviométricas que no existen en nuestra Provincia.

Se ha recopilado parcialmente información de temperaturas medias mensuales de algunos lugares en forma puntual, pero para periodos que no coinciden con la serie cronológica seleccionada para el análisis pluviométrico.

Para suplir este problema se está trabajando con un  paquete informático denominado INTASAL; desarrollado por el INTA Salta, a través del cual, conocidas las coordenadas geográficas y la precipitación media anual de un  lugar es posible obtener los valores de las temperaturas medias mensuales.

Del mismo modo para la estimación de los valores de evapotranspiración potencial mediante el método de Thornwaithe y de Balance Hídrico Seriado se utilizaran dos programas informáticos, desarrollado por la Cátedra de Climatología y Ciencias de la Atmósfera de la Universidad Nacional de Buenos Aires (UBA) de uso libre y gratuito, los cuales arrojan excelentes resultados

La recopilación de la información permitió obtener datos de temperaturas absolutas mensuales para el periodo 1930 – 1950, de la localidad de Campo Gallo, cabecera del Depto. Alberdi, determinándose las mínimas y máximas absolutas. Esto permitirá comparar con los resultados obtenidos a través del método numérico INTASAL, atendiendo que los primeros análisis arrojan valores extremos máximos absolutos superiores a los 47 ºC, esto coincidente con la situación geográfica de la mencionada localidad, en una línea muy próxima al trópico de capricornio y al estar comprendida particularmente esa zona en lo que se ha llamado el “Polo calórico de Sudamérica”, ya que la comprende la envolvente de la isolínea térmica de los 47 ºC, según el climatólogo Alemán Prohaska.

 

ESTIMACIÓN DE BALANCE HÍDRICO

Del mismo modo para la estimación de los valores de evapotranspiración potencial mediante el método de Thornwaithe y de Balance Hídrico Seriado se utilizaran dos programas informáticos, desarrollado por la Cátedra de Climatología y Ciencias de la Atmósfera de la Universidad Nacional de Buenos Aires (UBA) de uso libre y gratuito, los cuales arrojan excelentes resultados

A partir de la disponibilidad de información térmica, necesaria no solo para conocer el régimen térmico de la zona de estudio, se procede a los cálculos de estimación de Evapotranspiración Potencial (ETP),  usada posteriormente en el cálculo de  Balance Hídrico, a través de índices térmicos.

 

CLASIFICACIÓN CLIMÁTICA

Se utilizara el método de análisis climático de Koeepen, constituidos por cinco grupos de clasificación denominados A, B, C, D, E Casi todos ellos se definen a partir de las “temperaturas medias” desde el ecuador hacia los polos, salvo en B que se define por la relación Evaporación /precipitación.

Además se trabaja con dos  niveles, donde el primer nivel comprende a los grupos antes mencionados,  y el segundo nivel define la estacionalidad de las precipitaciones, mediante la denominación de subgrupos (f, w, s y m).

Finalmente la división climática se hace en función de t” (temperatura media mensual) y “p” (precipitación mensual media)

 

HIDROQUIMICA

El objetivo principal del estudio hidroquímico ha sido conocer la distribución espacial de la composición química natural del agua subterránea, en especial el (F)  y el origen de la misma, en términos de los procesos que son responsables de esa composición y de esa distribución. Para ello se han utilizado en esta primera etapa aproximadamente 30 análisis químicos completos de agua, de los cuales 6 de ellos fueron parte de antecedentes recopilados de la zona en estudios anteriores y el resto fueron  generados en el marco del presente proyecto, no siendo suficiente la información hasta ahora recopilada ya que no  representan razonablemente la extensión total del área de estudio.

El estudio de estos datos permitirá  explicar el origen de la concentración del ion (F-) y las calidad de las agua.

 

INFORMACIÓN UTILIZADA:

El estudio hidroquímico en el área se está realizado, usando información hidroquímica (análisis químicos de aguas subterráneas), geológica (perfiles litológicos de pozos y secciones geológicas),  la información  fue  recopilada de las siguientes fuentes: Saneamiento Ambiental y DIOSSE. etc.

La base consta de unos 30 análisis químicos distintos, la mayoría de ellos correspondientes a aguas de pozo y el resto a aguas de canales y agua de lluvia. Algunos análisis están  incompletos, y de los completos hay varios no utilizables debido al elevado error de balance iónico.

A esta información se ha sumado la procedente de los muestreos realizados en el presente proyecto hasta diciembre del 2015, además de los datos analíticos, en la base se ha recogido: la siguiente información, que es determinante para evaluar la representatividad de los datos, lugar donde se determinó cada parámetro (campo o laboratorio),  técnicas de análisis usadas,  límites de detección y de cuantificación para cada técnica, medidas de preservación de las muestras usadas.

Se han de confeccionar mapas de distribución espacial de determinados componentes de las aguas subterráneas ( Na+, Cl-, SO4-2 , pH, Dureza y F-), a los efectos de determinar el posible origen del Fluor en las aguas del área de estudio.

 

CALIDAD Y UTILIDAD DE LOS ANÁLISIS QUÍMICOS.

Se seleccionaron análisis químicos representativos, la selección se ha realizado a partir de los análisis químicos generados en el presente proyecto (generados durante el año 2015) más los análisis químicos compilados de estudios anteriores. El objetivo ha sido doble: Obtener la mayor cantidad de información hidroquímica,  comprobar si se habían producido cambios en la composición química del agua en puntos muestreados en este proyecto y que ya contaban con información química histórica.

Brevemente, el proceso ha consistido en comparar la siguiente información, cuando se disponía de ella: • Nombre del propietario del pozo • Coordenadas • Profundidad de la perforación • Indicaciones específicas respecto al pozo muestreado, recogidas por los integrantes del equipo de trabajo.

Se efectuaron consideraciones previas sobre el error de balance iónico, evolución hidroquímica debida a los procesos naturales, que con frecuencia se produce  de forma gradual conforme aumenta el tiempo de permanencia del agua en el terreno. En el mejor de los casos esta evolución se manifiesta como cambios de pequeña magnitud, a veces muy imperceptibles, que van haciendo variar la composición del agua entre dos o más tipos extremos.

Estos tipos químicos extremos, por ejemplo en las zonas de recarga el agua subterránea reciente y el agua más vieja y evolucionada que se encuentra al final de líneas de flujo regionales de magnitud kilométrica, sí suelen ser claramente identificables, pero no tanto las composiciones intermedias. En muchos casos la evolución se manifiesta de forma tan sutil que sólo es posible observar diferencias significativas de composición entre distintas aguas mediante análisis estadístico, esta es la razón principal por la cual en el estudio del  el origen de la composición de las aguas subterráneas y las causas de su evolución, los tiempos de permanencia, etc., es imprescindible manejar análisis cuya incertidumbre analítica sea inferior a esas diferencias naturales de composición.

Para aguas normalmente mineralizadas las técnicas analíticas al uso permiten realizar análisis de componentes mayoritarios con errores de balance iónico inferiores al 5%, aunque en general se aceptan errores de hasta el 10% cuando se trata de aguas muy poco mineralizadas.

Partiendo de la base de que todas las sustancias químicas disueltas y en forma iónica en un agua tienen su origen en  la disociación y/o asociación con otras especies químicas y de que todas las reacciones químicas ocurren con la participación de igual cantidad de equivalentes de cargas positivas y negativas, entonces queda claro que el total de las especies químicas disueltas y en forma iónica que tienen carga positiva debe ser igual al total de especies químicas con carga negativa. Ese “total” se mide en términos de equivalentes químicos. El concepto de “error de balance” es sólo un modo de comprobar que en el proceso analítico se ha cuantificado razonablemente la mayor parte de los solutos totales disueltos (que están en forma iónica en más de un 97%). Para cuantificar este error se compara la diferencia entre el total de cargas positivas y negativas analizadas en un agua respecto a la semi-suma de ambas: ya que en teoría debe haber igual número de cargas positivas que negativas, la diferencia entre cationes y aniones medidos y la cantidad total de cargas positivas (o negativas) debe tender a cero.

 

DETRMINACIONES DE CAMPAÑA

Las determinaciones que se hicieron en  campo fueron: pH  y conductividad eléctrica que representan razonablemente las condiciones que el agua tiene en el acuífero.

Normalmente el  agua subterránea suele tener concentraciones de CO2 mayores que la atmósfera al extraer una muestra de agua es frecuente que ocurra desgasificación, lo cual induce una subida del pH. Si los valores de pH, temperatura o concentración de CO2 de la muestra de agua cambian, la distribución de algunos componentes químicos de distintas especies químicas puede cambiar también, induciendo estados de saturación de mineral en el seno de la muestra, que normalmente   no existen en el acuífero e incluso llegando a producir reacciones de precipitación en la botella cuyo resultado es  una disminución de las concentraciones, disminución de la conductividad eléctrica, disminución de la alcalinidad, etc.

En aguas carbonatadas la pérdida de CO2 provoca la subida del pH y, eventualmente, la saturación del agua en calcita, la cual puede llegar a precipitar en la botella. Las cantidades pueden ser mínimas y no detectables a simple vista, pero suficientes como para modificar las concentraciones de los solutos en el agua, de allí la importancia de conocer si desde el momento del muestreo hasta el del análisis han ocurrido cambios significativos en las concentraciones de los componentes a estudiar (de las cuales se van a extraer conclusiones relevantes sobre el funcionamiento del sistema), para ello basta comparar las conductividades eléctricas y las alcalinidades medidas en campo y en laboratorio.

 

Determinaciones de Laboratorio

Análisis completos de todas las muestras de agua, midiendo alcalinidad, temperatura, conductividad eléctrica y pH, iones mayoritarios ( Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Cl-, SO4), Flúor a los efectos de correlacionarlo mediante gráficas con el ion de estudio de este trabajo.

 

RESULTADOS

Para nuestro caso se han tenido en cuenta las determinaciones químicas que se consideran más importantes para conocer las características  generales de un agua subterránea y la concentración de los iones que más influyen en su calidad físico-química estos son: HCO3-, Cl-, SO4-2, Na+1, K+1, Ca+2, Mg+2

Del área  de trabajo se recopilaron 15 muestras al azar de perforaciones que captan agua subterránea, orientándose las determinaciones químicas, principalmente a la geoquímica del Flúor.. Las mismas fueron rotuladas, acondicionadas y trasladadas al laboratorio para su posterior análisis.

Al arribar al laboratorio fueron filtradas, se tomaron alícuotas de las mismas y posteriormente fueron conservadas en ambiente refrigerado a 4oC, en botellas plásticas, hasta su análisis.

 

Los iones SO4-2, presentan valores comprendidos entre un máximo de 1506 y un mínimo de 91 mg/l, con un valor promedio de 383  mg/l, de donde un 20 % presenta valores que superan ampliamente el máximo permitido por la O.M.S (400 mg/l) y el C.A.A.

La Conductividad Eléctrica de las muestras analizadas varía entre un mínimo 625 y un máximo de 5760 ms/cm con un promedio de 142. ms/cm.

El ión HCO3- presenta valores máximos de 378 y un  mínimo 122 mg/l, con un valor promedio de 183 mg/l. En la Figura 1b, se muestra una  buena correlación positiva existente entre este ión y el  F.

Los valores de pH varían entre un mínimo de 6,77 y un valor máximo de 9,17, con un valor promedio de 8,31.

 

Las concentraciones de Flúor varían entre un máximo de 3.44 y un mínimo de 0,30 mg/l, con un promedio de 1,96 mg/l. La concentración de fluoruro en las muestras de agua subterránea analizadas, indican que, 11  de  ellas  (73  %)    presentan  niveles  por encima del máximo valor permitido en agua de bebida en la región en estudio.  En contraste,  4 muestras (27  %)    presentan  concentraciones  de  fluoruro  dentro  de  los  niveles  aconsejables  para  la  Región  correspondiente. Figura 1ª.

 

Se observa una correlación positiva entre el flúor y  el pH, en la gráfica se puede visualizar que para valores de pH entre 7 y 9, se encuentran las mayores concentraciones de flúor, sin embarga no podría tomarse esta observación como concluyente ya que son muchos los factores que intervienen en la disolución de este ion y no se cuenta con información estratigráfica de las perforaciones para aseverar lo antes dicho.

Las zonas donde se encuentra mayor concentración de fluoruros son al noroeste, donde se encuentran las colonias: Vinal Suní, Santa Rosa, San José, Santa Cruz, Lujan y Nueva Esperanza, siendo en todos los casos pozos surgentes con profundidades estimadas entre 150 y 260 m.

Los iones cloruros, presentan valores mínimos de 56 mg/l y un máximo de 1057, aunque 99 % de las muestras son aptas para consumo desde el punto de vista de este ion.

 

CONCLUSIONES

•          Las muestras analizadas son sulfatadas, bicarbonatadas sódicas, de las cuales un 80 %  no son aptas para consumo humano, el resto 20 %,  son aptas para  todo uso.

•          Con respecto a los oligoelementos, podemos ver en la gráfica, que las concentraciones del F-, sobrepasan ampliamente las normas del CAA.

•           Se observan bajas concentraciones de iones Ca+2, lo que hace suponer procesos de ablandamiento por intercambio ca+2 y Mg+2 por Na+.

Las concentraciones de sodio son en todos los casos elevadas, posiblemente debido a dicho proceso de ablandamiento antes mencionado.

 

Divulgación de los resultados

JORNADAS

VI Congreso Iberoamericano de Ambiente y Calidad de vida

VI CIACVI 2014 – 19, 20 Y 21 DE Noviembre de 2014

X Jornadas de Ciencia y Tecnología de Facultades de Ingeniería del NOA-Salta-Mayo 2015.

XXV CONAGUA 2015- Paraná-Entre Ríos- 15 al 19 Junio 2015

II Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología del Ambiente

IX Congreso Argentino de Hidrogeología Catamarca – 20 al 23 de Septiembre de 2016