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GEOGRAFÍA DE LA CALIDAD DEL AGUA SUBTERRÁNEA PARA RIEGO EN LA COMARCA LAGUNERA: CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

Geography of Groundwater Quality for Irrigation in the Comarca Lagunera: Electric Conductivity

José Luis González Barrios1, Magdalena Villa Castorena1, Ernesto Alonso Catalán Valencia1, Guillermo González Cervantes1,

Marco Antonio Inzunza Ibarra1

1Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias. Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera (INIFAP CENID-RASPA) Gómez Palacio, Durango, México Km 6.5 margen derecha canal

Sacramento C.P. 35140 Gómez Palacio Durango. Autor para correspondencia. e-mail: gonzalez.barrios@inifap.gob.mx

RESUMENEste trabajo presenta la geografía de la calidad del agua

subterránea en la Comarca Lagunera donde existe una abun-dante información de pozos dedicados al riego agrícola. La re-presentación en SIG de las curvas de interpolación numérica (kriging) de cuatro clases de aguas, según su conductividad eléctrica, sobre tres tipos de suelos según su textura permite visualizar y cuantificar las superficies agrícolas irrigadas con aguas de diferente contenido mineral. Los resultados muestran que las áreas con aguas de bajo y moderado contenido mineral (clases C2 y C3) se ubican en la parte central de la planicie aluvial enmarcadas por los cauces principales de los ríos Na-zas y Aguanaval; las áreas con aguas de alta concentración mineral (C4) rodean a las anteriores formando zonas anidadas; las aguas fuertemente mineralizadas (C5) se localizan hacia la periferia de la zona de estudio donde se encuentran también los antiguos bajo fondos endorreicos de las lagunas de Mayrán y de Viesca. El análisis fino de la imagen satélite permite delimi-tar un polígono de 402,010 hectáreas que constituye la frontera agrícola histórica regional donde se cuantifican las superficies irrigadas con un determinado tipo de agua. Dentro de este po-lígono predominan los suelos de textura media (T2), irrigados con aguas subterráneas de las clases C3 y C4. Las áreas con mayor riesgo de contaminación salina por agua de riego de mala calidad (T3-C4 y T3-C5) abarcan el 18% de la superficie y se ubican cerca de Tlahualilo Durango, Matamoros, Francisco I. Madero y San Pedro de las Colonias Coahuila. Este trabajo revela la importancia de la relación agua-suelo en la evaluación de la calidad del agua.

Palabras Clave: manejo eficiente del agua, hidrología y edafología de cuencas

SUMMARYThis paper presents the geography of groundwater quality

in the Comarca Lagunera where there is important data about irrigation wells for agriculture. The interpolation curves of elec-tric conductivity (kriging) displayed on GIS according with four groundwater classes on three soils types of texture let visua-lize the surfaces irrigated with different mineral content. Re-sults show that areas with low and moderate mineral content in groundwater (C2 and C3 classes) are located in the central plain near the main talwegs of the Nazas and Aguanaval rivers. Areas with high mineral content in groundwater (C4) are su-rrounding these last areas and they make concentrical zones. Groundwaters with very high mineral content (C5) are located toward the bottom areas of the studied zone where there are the old endoreic lagoons of Mayran and Viesca. The analysis of image satellite let to delimit an agricultural polygon of 402,010 hectares in order to quantify the irrigated surfaces with a kind of groundwater. This polygon is dominated by soils of medium texture (T2) that are irrigated with groundwater of C3 and C4 classes. Areas with higher saline contamination risk (T3-C4 and T3-C5) are up to 18% of the total polygon surface and are located near of Tlahualilo Durango, Matamoros, Francisco I. Madero and San Pedro de las Colonias Coahuila. This work re-veals the importance of soil-water relationship for water quality assessment.

Keywords: efficient water management, hydrology and pedology of watersheds.

INTRODUCCIÓNLos suelos afectados por la calidad del agua de riego son un

problema muy importante en México. Aproximadamente una de cada diez hectáreas de regadío está fuertemente afectada por

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la calidad del agua que disminuye año con año el potencial pro-ductivo y altera los servicios ambientales que brindan los suelos sanos a la Biosfera (González Barrios, 1997).

Actualmente el uso de aguas de riego de mala calidad es un problema común ante el reto de producir igual o más productos agropecuarios con cada vez menos agua en cantidad y calidad.

El aporte de sales y contaminantes a suelos sensibles de acumularlos es muy frecuente en las zonas áridas y semiáridas donde predominan los procesos de formación y disolución de evaporitas que acompañan la dinámica y el almacenamiento de las aguas superficiales y subterráneas (Vengosh y Rosenthal, 1994; Sánchez-Martos et al., 2002). Como resultado de esto se modifican las características fisicoquímicas de aguas y suelos que son necesarias valorar para hacer un uso más eficiente del agua y planear un manejo más adecuado de los recursos hídri-cos y edafológicos con que cuenta una región o una cuenca.

Existen muy pocos trabajos que estudian la geografía re-gional de la calidad del agua de riego y que puedan dar infor-mación sobre la disponibilidad de una clase de agua respecto a un tipo de suelo lo cual es muy útil para el establecimiento de sistemas de riego de precisión y fertirrigación que son los más eficientes en el uso del agua de riego.

El objetivo de este trabajo es estudiar la geografía de la ca-lidad del agua subterránea en la Comarca Lagunera en parti-cular su conductividad eléctrica y cuantificar las superficies de suelo que son irrigadas con aguas de diferente contenido mi-neral. Este objetivo pretende también ayudar a desarrollar una metodología para evaluar y diagnosticar la calidad hidrogeoquí-mica del agua de riego que puede ser utilizada en determinada área con mayor oportunidad de éxito productivo y menor riesgo de contaminación salina.

A continuación se abordarán los materiales y métodos uti-lizados y se discutirán los principales resultados encontrados en este trabajo para finalmente formular las conclusiones que incluyen aspectos productivos y medioambientales de interés regional.

MATERIALES Y MÉTODOSEl área de estudio es la Comarca Lagunera (Estados de Du-

rango y Coahuila) localizada en la parte baja de dos cuencas hidrológicas endorreicas donde desembocan los ríos Nazas y Aguanaval. Estos ríos son considerados como de desierto y poseen un régimen de escurrimiento intermitente limitado a los periodos de lluvia anuales (de junio a septiembre) que a lo lar-go de los últimos siglos y milenios transportaron y depositaron

los materiales hidrogeológicos que caracterizan las aguas y los suelos de la Comarca Lagunera. Actualmente este transporte de agua de escurrimiento y deposito de materiales edafológicos son impedidos por las presas regionales que desde los años 1940 interrumpieron el flujo de agua hasta las zonas más bajas, impidiendo también la recarga de numerosos acuíferos peque-ños o mantos freáticos colgados localizados en la gran plani-cie aluvial por donde transitaron los ríos. Esta zona concentra una gran cantidad de materiales edafológicos (con un espesor localmente mayor a los 200 m) arrastrados por las aguas de escurrimiento y depositados en un graben relleno de aluviones y coluviones. Los materiales edafológicos y geológicos que constituyen los aquitardos tienen una naturaleza geoquímica variada que abarcan materiales de origen sedimentario pero también ígneo tanto exógeno como endógeno (INEGI, 1988; González Barrios, 2012).

Para cumplir el propósito de este trabajo, se utilizó la abun-dante información histórica y reciente sobre las aguas de riego de origen subterráneo compilada de varios autores (más de 1800 registros analíticos completos tomados de: CFE, 1979; CFE, 1980 González Barrios, 1992; Brouste, 1996; Brouste et al., 1997; González Hita et al., 1995; González Barrios, 1997; González Barrios et al., 2010; González Barrios, 2012) así como la abundante información impresa y digital disponible del INEGI a diferentes escalas y en diferentes formatos vectorial y ráster (1:25,000, 1:50,000 y 1:250,000: Foto aérea, Espacioma-pas, Topografía, Geología, Edafología, Uso del suelo y vegeta-ción, Aguas superficiales y subterráneas, Modelo de elevación del terreno).

Con la ayuda de un Sistema de Información Geográfica se ordenó la gran cantidad de datos disponibles para la región. La información geográfica fue validada para su uso confiable en plataforma ArcGis encontrándose algunas inconsistencias que fueron resueltas mediante la re-digitalización, la conversión o la re-proyección de algunas capas de atributos. Además se digitalizaron las curvas de conductividad eléctrica interpoladas mediante kriging por González Barrios (1992) para las aguas subterráneas destinadas al riego en la Comarca Lagunera; y se tomaron en cuenta las clases propuestas por el laboratorio de salinidad de los Estados Unidos para la clasificación de la conductividad eléctrica de las aguas de riego (Cuadro 1). Los suelos agrícolas fueron estudiados según los tres grandes tipos de textura de acuerdo a la clasificación FAO-UNESCO adop-tada para México por el INEGI (Cuadro 2). El análisis fino de espaciomapas y de imagen satélite de Google Earth permitió determinar un polígono de actividad agrícola que constituye la frontera agrícola histórica aparente para la Comarca Lagunera.

Cuadro 1. Clases de agua según su conductividad eléctrica en µS/cm a 25°C de acuerdo al laboratorio de salini-dad de los Estados Unidos (Richards, 1954)

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Cuadro 2. Tipos de suelos según su textura, de acuerdo a la clasificación FAO-UNESCO adoptada para México por el INEGI

A continuación se presentan y discuten los principales resul-tados de este trabajo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓNLa Figura 1 presenta el mapa resultante del tratamiento de

la información analítica, ráster y vectorial en plataforma de SIG. El algebra de mapas permite resaltar en primer lugar la frontera agrícola histórica que conforma un polígono irregular con una superficie total de 402,010 hectáreas y que constituye la super-ficie de suelos cultivables, es decir, la superficie de suelos que a lo largo de la historia agrícola regional ha sido seleccionada por los agricultores de la región para la práctica de la agricultura preferentemente de riego. Este polígono se distribuye en las zo-nas más planas libres de vegas o talwegs, así como también en terrenos libres de dunas de arena o de yeso que formaban los antiguos bordes de lagunas o charcos antes de la construcción

de las presas regionales. Hacia los cerros, la frontera agrícola bordea los terrenos del relieve que por su topografía, su natura-leza pedregosa, sus fases físicas y su suelo poco profundo no ofrece mejores ventajas comparativas para la agricultura. En las partes mas bajas de la hidrología superficial, la frontera agrícola se detiene antes de llegar a los viejos fondos de las lagunas de Mayrán y Viesca que se pueden apreciar actualmente, desde un avión o en la imagen satélite, como grandes extensiones de tierras planas con una tonalidad más oscura por su riqueza en arcillas o bien con una tonalidad más clara y brillante por la gran cantidad de sales depositadas en la superficie del suelo. La riqueza en sales en esas áreas es debido a los procesos de transporte del agua de escurrimiento y a la evaporación llevada a su máxima expresión desde que, en los años 1940, se inte-rrumpió el escurrimiento hidrológico superficial que alimentaba en agua a estas antiguas lagunas.

Figura 1. Conductividad eléctrica del agua subterránea para riego y textura de suelos agrícolas en la Comarca Lagunera.

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Es importante mencionar que la disponibilidad del agua (su-perficial o subterránea) tiene también un peso muy importante en la extensión del polígono de tierras agrícolas ya que en un medio tan árido como el de la Comarca lagunera, con una plu-viometría anual promedio inferior a los 300mm, es muy difícil abrir una tierra al cultivo sin contar con agua para riego.

Dentro del polígono de frontera agrícola histórica (Figura 1) se señalan con diferente color los tres grandes tipos de suelos según su textura (color verde = textura gruesa, color beige = textura media, color morado = textura fina) que muestran la si-guiente dominancia relativa. El primer lugar lo tienen los suelos de textura media que son los más dominantes con un 60.3% de la superficie agrícola histórica; en seguida se ubican los suelos de textura fina con un 28.5% y finalmente los suelos de textura gruesa con un 11.2%. La ubicación de esos tres grandes tipos de suelos tiene un patrón natural regido por los procesos de transporte y deposición de materiales aluviales y coluviales a lo largo de los últimos periodos geológicos. Los suelos de textura media se ubican en general en las zonas de transito hidrológico antiguo y reciente mientras que los suelos de textura arcillosa se localizan en las zonas de decantación y más bajas (playas) hasta donde fueron arrastrados y depositados los materiales

finos. Los suelos arcillosos tienen un especial interés para las actividades agrícolas porque son los suelos más fértiles por su naturaleza organo-mineral y su riqueza en arcillas generalmen-te expandibles (smectitas) que tienen una gran capacidad para almacenar humedad pero que también dan a los suelos una mayor susceptibilidad para acumular sales y contaminantes provenientes de las aguas de riego; ya que al actuar como un filtro fino estos suelos arcillosos pueden verse afectados a lo largo de los años si no se tiene cuidado con la calidad del agua que se utiliza en ellos o si no se establece un programa de ma-nejo agua-suelo adecuado. Los suelos de textura gruesa están ubicados en los antiguos bordes de charcos o lagunas donde la acción del agua y el viento permitió la segregación de los materiales de arrastre más gruesos que conforman cordones de dunas a veces ricas en yeso. Los suelos de textura gruesa también se localizan en las zonas de meandros donde el agua de escurrimiento lava un borde del río mientras que en el borde opuesto se permite la deposición y decantación de materiales edafológicos más finos. El cuadro 3 resume la importancia bru-ta y relativa de cada tipo de suelo dentro del polígono de fronte-ra agrícola definido en este trabajo.

Cuadro 3. Proporción bruta y relativa de las superficies ocupadas por los tipos de suelo según su textura dentro del polígono de frontera agrícola en la Comarca Lagunera

El mapa de la Figura 1 muestra también los límites de clases de conductividad eléctrica del agua subterránea (C2, C3, C4 y C5). Estos límites indicados por isolíneas de valores en uS/cm son resultado de la interpolación numérica mediante kriging de los valores medidos en numerosas muestras de aguas. La distribución espacial de la conductividad eléctrica tiene una ló-gica natural en la zona de estudio; las áreas con aguas de bajo y moderado contenido en sales (clases C2 y C3) se ubican en la parte central de la planicie aluvial enmarcadas por los cau-ces principales de los ríos Nazas y Aguanaval que determinan las áreas de recarga preferencial. Enseguida vienen las áreas con aguas de alta concentración mineral (C4) que encierran a las áreas anteriores formando zonas anidadas. Finalmente las áreas con aguas fuertemente mineralizadas se localizan hacia

la periferia de la zona de estudio donde se encuentran también los antiguos bajo fondos endorreicos de las lagunas de Mayrán y de Viesca, donde los ríos terminaban sus recorridos hidrológi-cos antes de la construcción de las presas regionales.

El cuadro 4 muestra las superficies ocupadas por cada cla-se de conductividad eléctrica dentro del polígono de frontera agrícola histórica. Se puede apreciar que las áreas con aguas de clase C4 tienen dominancia al ocupar el 51.5 % de la super-ficie cultivable, mientras que las áreas con aguas C3 ocupan el 32.4%; finalmente las áreas con aguas de las clases C5 y C2 ocupan el tercer y cuarto lugar en dominancia relativa con un 9.9 % y 6.2 % respectivamente.

Cuadro 4. Superficie ocupada por cada clase de conductividad eléctrica y proporción relativa dentro del polígo-no de frontera agrícola histórica en la Comarca Lagunera

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La Figura 1 permite establecer la relación entre clases de agua y tipos de suelos irrigables que además es posible cuanti-ficar. El cuadro 5 muestra las superficies medidas en hectáreas para cada combinación de agua y suelo. Se puede constatar la predominancia de la combinación C4-T2 que ocupa un 28.7

% de la superficie del polígono de la frontera agrícola, mientras que la combinación C3-T2 ocupa el segundo lugar en impor-tancia con un 20.9 % de la superficie cultivable. El tercer lugar en importancia lo ocupa la combinación C4-T3 con un 15.8% de la superficie.

Cuadro 5. Superficie ocupada por cada combinación agua-suelo dentro del polígono de frontera agrícola históri-ca en la Comarca Lagunera

Es importante mencionar que desde el punto de vista hidro-edafológico y productivo, la combinación de clases de agua mi-neralizadas C4 y C5 con tipos de suelo de textura fina T3 son las más peligrosas ya que los suelos arcillosos son los mas sus-ceptibles de acumular sales y elementos contaminantes conte-nidos en las aguas de riego. Dentro del polígono de frontera agrícola estas combinaciones ocupan el 18% de la superficie y se ubican cerca de los bajo fondos endorreicos de la cuenca, o en las zonas de decantación localizadas cerca de Tlahualilo Durango, Matamoros Coahuila, Este de Francisco I. Madero Coahuila y San Pedro de las Colonias Coahuila; donde podrán presentarse los problemas más fuertes de contaminación sali-na de suelos.

El estudio de la conductividad eléctrica de las aguas subte-rráneas en relación con los suelos agrícolas que pueden ser irri-gados con ellas permite tener una idea más clara de la calidad del agua de riego en la Comarca Lagunera. La combinación clase de agua-tipo de suelo hace más precisa la ubicación geo-gráfica y la cuantificación de superficies que tienen un mayor o menor riesgo de contaminación salina.

CONCLUSIONESEl tratamiento de la información en un SIG permite deter-

minar la geografía de la calidad del agua subterránea en la Comarca Lagunera en particular su conductividad eléctrica y cuantificar las superficies de suelo que pueden ser irrigadas con aguas de diferente contenido mineral.

La conductividad eléctrica se distribuye en el espacio de la zona de estudio con una lógica natural; en la parte central de la planicie aluvial se ubican las áreas con aguas de bajo a mo-derado contenido en sales (clases C2 y C3) enmarcadas por los cauces principales de los ríos Nazas y Aguanaval que de-terminan las superficies de recarga preferencial. Las áreas con aguas de alta concentración mineral (C4) bordean a las super-ficies de bajo a moderado contenido en sales y forman áreas anidadas. Hacia la periferia de la zona de estudio se localizan las áreas con aguas fuertemente mineralizadas donde se en-cuentran los bajos fondos endorreicos de las antiguas lagunas

de Mayrán y de Viesca; en éstas lagunas desembocaban los ríos Nazas y Aguanaval antes de la construcción de las presas regionales.

El análisis de imagen satélite permite delinear un polígono de 402,010 ha que constituye la frontera agrícola histórica apa-rente en la zona de estudio donde se cuantifican las superfi-cies que pueden ser irrigadas con un determinado tipo de agua. Dentro de este polígono predominan los suelos de textura me-dia (T2) irrigados con aguas subterráneas de las clases C3 y C4 con 28.7% y 20.9% de la superficie irrigable respectivamen-te; mientras que los suelos de textura fina (T1) y gruesa (T3) presentan superficies menos importantes regadas tanto con aguas de bajo como de alto contenido mineral.

La combinación entre clase de agua y tipo de suelo clarifica más el concepto de calidad del agua de riego y permite visua-lizar mejor las áreas geográficas con mayor riesgo de conta-minación salina; estas áreas son las de suelos de textura fina (T3) irrigados con aguas alta y fuertemente mineralizadas (C4 y C5) que ocupan el 18% de la superficie y se ubican cerca de los bajo fondos endorreicos de la cuenca o en las zonas de de-cantación localizadas cerca de: Tlahualilo Durango, Matamoros Coahuila, Este de Francisco I. Madero Coahuila y San Pedro de las Colonias Coahuila.

Este trabajo pone en evidencia la distribución espacial de la conductividad eléctrica de las aguas subterráneas regiona-les, los tipos de suelos irrigables por ellas y la predominancia relativa de las combinaciones agua-suelo dentro de la frontera agrícola histórica regional.

AGRADECIMIENTOSLos autores desean expresar su agradecimiento al INIFAP

por el financiamiento de este trabajo a través del proyecto de investigación “Manejo eficiente del agua y mitigación del estrés hídrico en cultivos” y del subproyecto “Metodología para la eva-luación, diagnóstico y mejoramiento de la calidad hidrogeoquí-mica del agua de riego en los sistemas de riego de precisión y fertirrigación” (No. SINASO 1024718654).

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