Hidrología de la zona vadosa en la terraza de Llanogrande (Rionegro – Antioquia)

Abstract

La zona de Llanogrande es una región fundamental en el desarrollo de Antioquia y es la de más rápido crecimiento poblacional, comercial e industrial del Departamento. Esto hace que se demande grandes cantidades de agua, siendo la subterránea una de las principales fuentes actuales y hacia el futuro. Con este trabajo se pretende aportar al conocimiento de la dinámica del agua en la zona vadosa de la Terraza de Llanogrande (Rionegro – Antioquia), a partir de las propiedades físicas e hidráulicas del suelo en sus horizontes diagnósticos. En esta investigación se realizaron 15 perforaciones con un barreno manual tipo “Auger”, en un área de 18 km2, para muestrear los diferentes horizontes diagnósticos en el perfil del suelo. Algunas de esas perforaciones (siete) se repitieron en condiciones climáticas diferentes para cuantificar la variación en la humedad del suelo, por ser éste uno de los parámetros más importantes en estos estudios. A las muestras obtenidas (90 en total) se les realizaron una serie de análisis de laboratorio (1034 ensayos) para determinar sus propiedades físicas e hidráulicas. Con esta información se puedo determinar que las cenizas volcánicas (principal constituyente de la zona vadosa en el área) están conformadas por seis horizontes, los cuales se pueden dividir en dos grupos en la vertical de acuerdo con sus características físicas e hidráulicas, seguramente como resultado de los diferentes eventos volcánicos que les dieron origen. Los siete puntos para los ensayos de infiltración se ubicaron en los mismos sitios de los sondeos, para correlacionarla con las propiedades halladas en el suelo. Las pruebas se realizaron con un infiltrómetro de anillo doble y algunas se hicieron dos, tres y hasta cuatro veces tratando de evaluar la variabilidad espacial y temporal del fenómeno. Se encontró que la Infiltración básica (Ib) no es una constante en cada punto del terreno sino que, en suelos estratificados como los de este estudio, es dependiente de la conductividad hidráulica saturada del horizonte donde se encuentre el nivel freático. Además, se evidenció que la variabilidad local de la infiltración en la Terraza es mínima para distancias alrededor de los 20 m. La información meteorológica se obtuvo de la Estación La Selva de CORPOICA, con ella se pudo estimar la evapotranspiración por cinco métodos todos en un rango de valores bastante estrecho, el que arrojó valores más elevados fue el de Hargraves. La escorrentía superficial se estimó con el método del número de curva (Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos) el cual, en principio, parecía producir valores altos pero éstos son entendibles cuando se tiene en cuenta que los períodos evaluados fueron bastante lluviosos por lo cual los suelos presentaban humedades antecedentes relativamente altas, lo que hace que la escorrentía sea alta también. Para evaluar la recarga se utilizaron dos métodos: el de fluctuación del nivel freático para lo cual se instalaron tres piezómetros, que fueron monitoreados durante diez meses, encontrando que la recarga está entre el 10% y el 30% de la precipitación acumulada en el período de tiempo evaluado. Además, se pudo determinar que la lluvia acumulada en los trece días anteriores, a la determinación de la posición del nivel freático, es la que más incidencia tiene en su posición. El segundo método utilizado fue el de balance de aguas, el cual se analizó de dos maneras diferentes: mirándolo por la zona vadosa (balance más tradicional) y por la zona saturada (dependiente del flujo base de las corrientes superficiales). Comparando los métodos entre sí se encontró que arrojan valores relativamente cercanos y con el mismo comportamiento en cuanto a la consideración de recarga o descarga. El método de balance por la zona saturada y el de fluctuación del nivel freático, en el período de tiempo donde se pueden comparar todos, presentan los valores más altos y bajos respectivamente.

Abstract: The Llanogrande area is an important region in the development of Antioquia and it is growing very fast in population, trade and industry. This means that it demands large quantities of water, groundwater being one of the main sources today and in the future. Here we present the study of the water dynamics in the vadose zone of the Llanogrande Terrace (Rionegro - Antioquia), where information was obtained from the hydraulic and physical properties of soil, in diagnostic horizons. In this investigation 15 perforations were made with an Auger driller in an area of 18 km2, sampling the different diagnostic horizons in the soil profile. Some perforations (seven) were repeated under different weather conditions to quantitify the soil humidity variation, as this is one of the most important parameters in these studies. Samples obtained (90 in total) were analized in the laboratory (1034 test) to determine their hydraulic and physical properties. Whit this information we determined that the volcanic ash (principal constituent of the vadose zone in the area) comprises six diagnostic horizons, which can be divided into two groups on the vertical, according to their hydraulic and physical characteristics, probably as result of the different volcanic events that originated them. Seven points selected for to make the infiltration tests were located at the same places of the drills, looking for correlation between infiltration and soil properties. The test were performed with a double ring infiltrometer and some of them were made two, three and even four times in order to evaluate the spatial and temporal variability of the phenomena. It was found that Basic Infiltration (Ib) is not constant in each point but, in stratified soils, it is a function of the saturated hydraulic conductivity of the horizon where the water table is found. Furthermore, it became clear that the local variability is minimal in the terrace for distances of approximately 20 m. The meteorological information was obtained from the La Selva station of CORPOICA, with which we estimated the evapotranspiration using five different methods, all of which yielded a close range of values. The highest values were given by the Hargraves method. The surface runoff was estimated with the SCS Curve Number (US Soil Conservation Service) which, appeared to produce high values, but these can be explained when we consider that the results where obtained during the rainy season, therefore the soil moisture as well as the runoff were high. To evaluate the recharge, two methods were used: The water level measurements: three piezometers were installed, which were monitored during 10 months. We found that the recharge is between the 10% and 30% of the accumulated rain in the evaluated time span. Moreover, we determinate that the accumulated rain during the previous 13 days has the highest influence on the water table position The second method used was the water balance, which was analyzed in two different ways: in the vadose zone (more traditional balance) and in the saturated zone (depending of base flow of the rivers). Comparison of the methods used to estimate the recharge, showed similar values and the same recharge or discharge behavior. The method of balance by the saturated zone and the water table fluctuation shows higher and lower values respectively.