ARTÍCULO ORIGINAL

 

Caracterización hidroquímica de las aguas de riego de la cuenca del río Naranjo, municipio Majibacoa, provincia Las Tunas

 

 

Hydrochemical characterization of irrigation water of the Naranjo river watershed, municipality Majibacoa, province Las Tunas

 

 

 

 

 

 

Ing. Yoandris García Hidalgo^I,  Dr. C. Carlos Balmaseda Espinosa^II,  Dr. C.  Heriberto Vargas Rodríguez^II

 

^I Universidad de Las Tunas, Facultad de Agronomía, Las Tunas, Cuba.

^II Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Agronomía, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

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RESUMEN

 

El origen de las aguas, los procesos físico–químicos que las afectan y su calidad son parte de la información que aporta la caracterización hidroquímica de las aguas para hacer una mejor gestión de los recursos hídricos. Se estudiaron seis fuentes de abasto de aguas para el riego (tres superficiales y tres subterráneas), de la cuenca del río Naranjo en la provincia Las Tunas, a partir de sus concentraciones de aniones y cationes minoritarios, el pH y la conductividad eléctrica. La clasificación de las aguas se realizó siguiendo los criterios de Shchoukarev y mediante los diagramas de Schoeller-Berkaloff y de Stiff se representaron los resultados. Las aguas subterráneas son más mineralizadas que las superficiales, los iones que predominan son bicarbonato, cloruro y sodio, de ahí que las aguas que prevalecen son de los tipos HCO₃-Cl-Na o Cl-HCO₃-Na. Las aguas estudiadas no son aptas para el riego y son un peligro potencial para la alcalinización de los suelos.

 

Palabras clave: composición química, clasificación de las aguas, facies hidroquímicas.

 

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ABSTRACT

 

The origin of the waters, the physique - chemical processes that affect them and their quality are part of the information that contributes to the hydrochemical characterization of the waters to make a better management of the hydric resources. Six sources of waters supply for irrigation were studied (three superficial and three ground), of the Naranjo river watershed in the province The Tunas, starting from their concentrations of anions and cationes, the pH and the electric conductivity. The classification of the waters was carried out following the Shchoukarev`s approaches and by means of the diagrams of Schoeller-Berkaloff and of Stiff the results were represented. The ground waters are more mineralized than the superficial ones, the ions that prevail are bicarbonate, chloride and sodium, with the result that the waters that prevail are HCO₃-Cl-Na or Cl-HCO₃-Na types. The studied waters are unsuitable for irrigation and they are a potential danger for the soil alkalinization. 

 

Key words: chemical composition, water classification hydrochemical facies.

 

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INTRODUCCIÓN

La cuenca del río Naranjo es una de las más importantes de la provincia Las Tunas.  En ella se ubica cerca del 95 % del municipio Majibacoa, zona eminentemente agropecuaria con importantes entidades que contribuyen al abastecimiento de alimentos de la región. Por esa razón, el agua juega un papel fundamental al garantizar el regadío de los cultivos. Sin embargo, el deterioro de la calidad del agua se ha identificado como uno de los principales problemas ambientales de la cuenca, según CITMA (2008). Conocer las características hidroquímicas de las aguas puede contribuir a trazar estrategias para mejorar la gestión de los recursos hídricos en la zona.

La caracterización hidroquímica de las aguas y su distribución espacial y temporal aportan información sobre su origen, los procesos físico-químicos que las afectan y la calidad (degradación y presencia de contaminantes). Con esa información es posible establecer la evolución del acuífero en el tiempo y el espacio, evaluar su vulnerabilidad, detectar afectaciones y establecer medidas correctoras, o sea, contribuye a que se pueda hacer una mejor gestión de los recursos hídricos (Lillo, 2007).

Para la caracterización y clasificación hidroquímica de las aguas se emplean sus contenidos de aniones y cationes los cuales son representados en dos tipos de gráficos fundamentalmente, los denominados diagramas de Piper-Hill-Langellier y de Schoeller-Berkaloff (Arias, 2006; Lillo, 2007; Molina, 2009; Ruiseco, 2009; de la Losa et al., 2010; Herrera, 2011).

El diagrama de Piper-Hill-Langellier está formado por dos triángulos equiláteros donde se representan la composición aniónica (HCO₃^- + CO₃^2-; SO₄^2-; Cl^- + NO₃^-) y catiónica (Na⁺ + K⁺; Ca²⁺; Mg²⁺) del agua y un campo central romboidal que muestra la composición del agua deducida a partir de los iones. Este diagrama permite apreciar la evolución hidroquímica de las aguas y establecer su tipo en relación a las facies hidroquímicas (Lillo, 2007; Rajendra Prasad et al., 2009; Nwankwoala y Udom, 2011).

El diagrama de Schoeller-Berkaloff emplea una escala semilogarítmica para representar las concentraciones de iones, con la ventaja de que se pueden visualizar varias muestras. Es apropiado para estudiar la evolución temporal de las aguas en un mismo sitio y su variación composicional en diferentes localidades (Lillo, 2007).

La representación espacial de los tipos de agua se puede hacer a través de los gráficos de Stiff, constituidos por polígonos que unen las concentraciones de cada ión representadas sobre semirrectas paralelas (Fagundo et al., 2001, Lillo, 2007; de la Losa et al., 2010). La forma de cada polígono orienta sobre el tipo de agua. Al enlazar los polígonos obtenidos con el mapa de la zona estudiada se visualiza la variación espacial de los tipos de agua encontrados.

Los objetivos de ese trabajo fueron identificar y caracterizar los tipos de agua que se emplean en el riego en la cuenca del río Naranjo, a través de sus facies hidroquímicas.



MÉTODOS

El estudio se realizó en la cuenca del río Naranjo que tiene una superficie de 412,8 km² y se localiza entre las coordenadas: 20^º 39’ 00’’- 21^º 01’ 00’’ latitud norte y 76^º 36’ 30’’- 76^º 52’ 30’’ longitud oeste, en el municipio Majibacoa, provincia Las Tunas.

Toma de muestras

Se seleccionaron seis puntos de muestreo, tres superficiales (dos puntos en el río Naranjo y uno en la Presa Blanca Rosa) y tres subterráneos (pozos). En la selección se tuvo en cuenta la ubicación espacial y la superficie regada a partir de esa fuente (Figura 1).

El muestreo se hizo en dos momentos, vinculados a los períodos húmedos y secos (20/09/2011 y 9/01/2012 respectivamente), esta operación se ejecutó en conjunto con especialistas del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos en la provincia, basados en la NC-93-02 (1985). El volumen de muestra tomado por cada fuente fue de 2,5 litros, según recomienda el Manual de Técnicas Analíticas elaborado por Paneque et al. (2005).El agua se extrajo a 50 cm de la superficie, para garantizar homogeneidad en la temperatura del agua (25°C).

Análisis físico-químicos

Las determinaciones de pH, temperatura y conductividad eléctrica se realizaron in situ, mediante un potenciómetro (pH metro manual de lectura digital marca Pocket-Sized chino), un medidor de temperatura y un conductímetro modelo HI-8424, marca HANNA, con su escala calibrada para leer directamente conductancias. Los resultados se expresan en unidades de pH a la temperatura de 25°C, con una precisión de ± 0,05 unidades.

Las determinaciones de elementos mayoritarios (bicarbonatos, carbonatos, sulfatos, cloruros, sodio, potasio, calcio y magnesio) se hicieron según métodos estandarizados para el análisis físico-químico en el laboratorio de la Delegación Provincial de Recursos Hidráulicos de la provincia Las Tunas.

Los resultados de los análisis físico-químicos realizados en el laboratorio se introdujeron en el programa EASY_QUIM.4 (Vázquez, 2002) para clasificar las aguas y obtener los diagramas de Piper-Hill-Langellier y de Schoeller-Berkaloff.

Con el empleo del programa MODELAGUA (Fagundo et al., 2001) se obtuvieron los diagramas de Stiff que se enlazaron con el mapa de muestreo para evaluar la distribución espacial de las facies hidroquímicas identificadas.

Clasificación hidroquímica

El criterio seguido para definir los iones que participan en la clasificación de las aguas fue el de Shchoukarev, citado por Catalán Lafuente (1981) y aplicado por la Delegación de Recursos Hidráulicos de la provincia Las Tunas. En este método se consideran los iones que tienen una concentración mayor que el 25% del total de aniones o de cationes.

Análisis estadístico

Para complementar las clasificaciones obtenidas se realizó un análisis de clúster para agrupar las fuentes y descubrir las estructuras presentes en los datos. Se empleó el programa SPSS Statistics 19, con el que se formaron conglomerados jerárquicos usando método de Ward y la distancia Euclidiana  al cuadrado como medida de similaridad, un procedimiento semejante al empleado por Vialle et al. (2011). Los datos empleados fueron las concentraciones de aniones y cationes. El agrupamiento obtenido se comparó con los resultados de los métodos antes expuestos.



RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Tabla 1 se puede apreciar la composición físico-química de las aguas de las fuentes estudiadas en la cuenca del río Naranjo. Las filas Húmedo y Seco identifican las fechas de muestreo.

Las aguas del área de estudio se caracterizan por presentar temperaturas ambiente entre los 22,8 y 27,8^OC. Los valores medios de las fuentes subterráneas son inferiores a los de las superficiales en ambas fechas de muestreo.

El pH de las fuentes superficiales es superior al de las fuentes subterráneas en ambas fechas de muestreo. Sin embargo en todos los casos se obtuvieron valores inferiores al umbral (8,4) para aguas de regadío (Ayers y Westcot, 1987). En el período seco se incrementó el pH en todas las fuentes, debido al aumento de las concentraciones de todos los iones, a excepción de magnesio y potasio. La tendencia a la alcalinidad de las aguas debe estar relacionada con la elevación de las concentraciones de los iones bicarbonato y sodio, coincidiendo con Garbagnati et al. (2005) que plantean que si el bicarbonato es el ión predominante implicará un aumento de pH.

La conductividad eléctrica de las fuentes subterráneas es superior y muy cercana a 3,0 dS∙m^-1, por tanto no son aguas aptas para el riego de los cultivos agrícolas. Las restricciones de las aguas superficiales son ligeras a moderadas.

Al analizar las principales variables físico - químicas de los puntos de muestreos (Tabla 1), se advierte que:

· Los tenores de los iones analizados para la caracterización físico–química de las aguas son superiores en los puntos que representan las aguas subterráneas respecto a las fuentes superficiales.

· Los iones bicarbonato, cloruro y sodio son los más abundantes, con tendencia a una concentración relativamente alta, seguidos de los iones calcio y magnesio.

Clasificación de las aguas según Shchoukarev

Se distinguen seis tipos de agua (Tabla 2), los grupos definidos se corroboran con los diagramas de Schoeller-Berkaloff (Figuras 2 y 3) y el agrupamiento que aparece en el dendograma obtenido del análisis de clúster.

Se aprecia un patrón hidroquímico en el que predominan las facies Bicarbonatadas Cloruradas Sódicas (HCO₃^- > Cl^- - Na⁺) y Cloruradas Bicarbonatadas Sódicas (Cl^- > HCO₃^- - Na⁺) como se observa en la Tabla 2. Estos resultados se corresponden con estudios anteriores del acuífero realizados por INRH (2010). Las aguas subsuperficiales en las que predominan los iones bicarbonato y sodio son consideradas jóvenes, poco evolucionadas; mientras, las cloruradas tienen largo tiempo de residencia en el acuífero (Galindo et al., 2006).

Para confirmar los tipos de agua identificados se agruparon las fuentes muestreadas empleando las concentraciones de aniones y cationes, los dendogramas obtenidos. Los grupos formados confirman la existencia de seis clases. Obsérvese que  las fuentes superficiales (423, 424 y 425) se enlazan en los mayores niveles de similitud en ambos períodos de muestreo, correspondiéndose con las aguas bicarbonatadas cloruradas sódicas. Las fuentes subterráneas también tienen una clara diferenciación, especialmente los pozos 419 y 420. El primero de estos pozos se separa en el período seco debido a que su concentración de sulfatos aumenta respecto al total de aniones. Las aguas bicarbonatadas están bien separadas de las cloruradas.

Se puede apreciar la distribución espacial de las aguas identificadas en la zona estudiada, según los patrones encontrados. En los diagramas de Stiff se puede observar el predominio de los aniones bicarbonato y cloruro, así como los aniones de sodio y magnesio en los pozos y sodio en las fuentes superficiales. Esto indica la presencia de distintos tipos de agua  en esta cuenca, coincidiendo con los resultados reportados por Monteagudo (2008) en otras cuencas del territorio quien plantea que las características geológicas de las cuencas en las Tunas son complejas, ya que en superficie existen formaciones sedimentarias constituidas por calizas duras (formadoras de aguas bicarbonatadas cálcicas), calizas dolomitizadas y dolomitas (formadoras de aguas bicarbonatadas cálcicas magnesianas), así como mezclas de litologías y aportes de cloruro de sodio de los suelos en la zona no saturada de los acuíferos lo que determina la variedad de tipos de agua en una misma cuenca.





CONCLUSIONES

Existe una clara diferenciación entre las aguas de fuentes superficiales y subterráneas, siendo las últimas más mineralizadas que las primeras.

Los iones bicarbonato y cloruro son los predominantes, mientras que el sodio es el catión de mayor porcentaje en las aguas estudiadas.

Se identificaron seis tipos de aguas, confirmadas por el análisis de clúster, en los que predominan bicarbonatadas-cloruradas-sódicas y cloruradas -bicarbonatadas-sódicas.

Existe el riesgo de alcalización de los suelos al emplear las aguas bicarbonatadas en el riego de los cultivos.

Las aguas analizadas no son aptas para el riego de cultivos agrícolas debido a su alto contenido de sales.

 

 

 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recibido: 15 de diciembre de 2010.
Aprobado: 19 de mayo de 2012.

 

 

Yoandris García Hidalgo, Universidad de Las Tunas, Facultad de Agronomía, Las Tunas, Cuba.  Correo electrónico: [e-mail].