DINÁMICA HÍDRICA Y BALANCE
HIDROLÓGICO EN
WATER DYNAMICS AND HYDROLOGICAL BALANCE IN THE LAGO DEL FUERTE RESERVOIR
BASIN, TANDIL
Marisol Roxana Cifuentes(1)(2)(*),
Corina Iris Rodríguez (1)(2), Víctor Alejandro Ruíz de
Galarreta (1) y Néstor Adrián Gabellone (2)(3)
(1) Centro de Investigaciones y Estudios Ambientales. Facultad de Ciencias Humanas. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Tandil, Buenos Aires, Argentina.
(2) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Buenos Aires, Argentina.
(3) Instituto
de Limnología. Facultad de Ciencias Naturales y Museo. Universidad Nacional de
La Plata.
(*) e_mail: cifuentes@fch.unicen.adu.ar
El conocimiento sobre la cantidad, calidad y
dinámica de los recursos hídricos es uno de los puntos cruciales para tender
hacia su gestión integrada. El objetivo fue caracterizar la dinámica hídrica de
la cuenca del embalse Lago del Fuerte, de la ciudad de Tandil, y efectuar un
balance hidrológico del cuerpo de agua con el propósito de generar información
de base para la toma de decisiones y futuras investigaciones. El lago ha
presentado problemas de eutrofización. Se encuentra emplazado en una cuenca
serrana, la cual ha experimentado en los últimos años cambios en los usos del
suelo. La metodología combinó la utilización de información antecedente,
mediciones en campo y estimaciones de parámetros hidrológicos. Se evaluó la
dinámica hídrica superficial y subterránea de la cuenca y se determinó el
balance hidrológico del lago. El principal ingreso de agua al lago fue
superficial, mediante los arroyos afluentes, mientras que en menor medida
ingresó agua subterráneamente y por precipitación directa. El mayor egreso se
dio por la salida del embalse y una proporción menor por evaporación. Los
volúmenes de entrada y salida fueron similares, a pesar del exceso hídrico del
período, con una variación de almacenaje despreciable, debido al tipo de
descarga de la presa.
Palabras clave: Cuenca serrana, Embalse, Recursos hídricos, Gestión ambiental.
The knowledge about the quantity,
quality and dynamics of water resources is one of the key points to move
towards their integrated management. The aim of this work was to characterize
the water dynamics of the Lago del Fuerte reservoir
basin, in the city of
Keywords: Hilly watershed, Reservoir, Water
resources, Environmental management.
La presión constante y creciente sobre los
recursos hídricos, producto de las actividades antrópicas, ha planteado en las
últimas décadas la necesidad de tender hacia una gestión integrada, donde el
conocimiento sobre su calidad, cantidad y dinámica se tornan en elementos
fundamentales (GWP, 2009).
La gestión del agua no es exclusivamente un
problema de carácter técnico, sino de política social, donde el conocimiento
científico juega un papel clave (Aguilera Klink, 1999). Dicha gestión requiere
información confiable, accesible y actualizada sobre el estado de los recursos
hídricos y de los ecosistemas relacionados (Custodio, 2011; GWP, 2009).
El conocimiento de la cantidad de agua que circula
y se almacena a través de las entradas y salidas de una cuenca o un cuerpo de
agua, así como sus variaciones de almacenamiento en un tiempo determinado, son
elementos clave para entender su funcionamiento. Sin embargo, muchos sitios
carecen de esta información dada la dificultad de realizar mediciones
periódicas de los diferentes componentes del ciclo hidrológico (Piman y Babel,
2013).
Si bien la aplicación de balances hídricos es una
tarea compleja, constituye una herramienta que permite evaluar de manera
cuantitativa el recurso, contribuyendo en la toma de decisiones y su gestión
(Sokolov y Chapman, 1981).
El embalse
Lago del Fuerte es uno de los principales atractivos turísticos de la ciudad de
Tandil. Particularmente la zona aledaña al lago, que posee gran belleza
paisajística, ha experimentado en los últimos años un importante incremento
poblacional, fundamentalmente debido al crecimiento del uso del suelo
residencial y la instalación de emprendimientos turístico-recreativos
(Rodríguez, 2014). Dichas tendencias de cambio en los usos del suelo pueden,
por un lado, alterar la dinámica de los recursos hídricos de la cuenca de
aporte del lago y del embalse en sí mismo, y, por otra parte, contribuir al
desarrollo e incremento de conflictos en el uso del agua y del territorio, como
los analizados por Guerrero et al. (2015).
Existen trabajos antecedentes que estudiaron
algunos aspectos puntuales y zonas parciales de la cuenca (CINEA, 2009; Miranda
del Fresno y Ulberich, 2010 y 2011; Rodríguez, 2014), así como el cuerpo de
agua que evidenciaron problemas de eutrofización y presencia de cianobacterias
(IHLLA 1995, 2005a y b;
Albornoz et al., 2009; Cifuentes, 2012 y 2020).
Teniendo en cuenta la escasez de antecedentes
hidrológicos de la cuenca de aporte del Lago del Fuerte, este trabajo tuvo por
objetivo realizar una caracterización de la dinámica hídrica de la cuenca y
efectuar un balance hidrológico del embalse. La información generada será útil
como base para otras investigaciones y para establecer lineamientos para la
gestión integrada del agua en la cuenca.
La cuenca de aporte del Lago del Fuerte se
encuentra localizada al sur de la ciudad de Tandil (Figura 1). Tiene una
superficie de 19.94 km2 y está conformada por dos subcuencas
correspondientes a los arroyos San Gabriel (ASG) y
Ambos arroyos desembocan en el Lago del Fuerte, un
embalse artificial de
La cuenca del Lago del Fuerte presenta una forma
oblonga según el Índice de Gravelius (Kc: 1.51) mientras que de acuerdo al
Factor de Horton (IF: 0.77) tiende hacia una forma más redondeada, lo que
llevaría a una situación intermedia de peligrosidad ante eventos de crecida
(Cifuentes, 2020). La misma, posee un drenaje definido e integrado y el sentido
de escurrimiento es hacia el NE, acorde a la pendiente regional (Ruiz de
Galarreta et al., 2010). Sus altitudes oscilan entre los 197 y 486 msnm, con un
desnivel de
Figura 1. Área de estudio. Cuenca del Lago del Fuerte.
La topografía del ámbito serrano en cabeceras, próximas a los límites de cuenca, determina mayores gradientes y un rápido escurrimiento superficial. En general el flujo del agua subterránea mantiene la dirección de la pendiente topográfica y circulación del flujo superficial. Aguas abajo hacia al embalse, el acuífero libre aporta agua a los cursos superficiales, en donde los arroyos presentan un régimen permanente.
La investigación presenta un abordaje en
dos escalas:
a) Por un lado, se llevó a cabo la caracterización
de la dinámica hídrica de la cuenca del embalse Lago del Fuerte. Para tal fin
se realizó un análisis de las precipitaciones, un balance hídrico modular y
seriado y un análisis de la hidrología superficial y subterránea.
b) Por otro lado, se determinó el balance
hidrológico del lago, el cual como fue mencionado, constituye el cierre de la
cuenca bajo estudio.
El período de la investigación fue de un año, comprendido entre el mes de febrero de 2015 y el mes de enero de 2016 inclusive.
Balance
hídrico modular y seriado
A fin de determinar el ingreso de agua en la
cuenca y valorar los excesos y déficits se efectuó el análisis de las
precipitaciones acaecidas durante el período de estudio las cuales se
compararon con los valores medios regionales. Para esto se desarrolló un
balance hídrico modular para el período 1900-2016, según la metodología de
Thornthwaite y Mather (1957).
A su vez,
siguiendo la misma metodología se realizó el balance hídrico en forma seriada mensual
para el período febrero de
Una vez completado el ciclo anual, se determinaron los déficits hídricos, los excesos y la evapotranspiración real del período de análisis.
Hidrología
superficial
En el arroyo San Gabriel (ASG) las
mediciones de aforo de caudal se efectuaron en una zona donde el mismo
atraviesa una tubería de alcantarillado (Figura 2) aplicando la fórmula de
Manning (Chow et al., 1994). Se midió la altura del agua en la tubería y se
aplicaron las ecuaciones (1) y (2) cuyos datos restantes fueron previamente
registrados en campo:
(1)
(2)
donde Q es
el caudal de agua (m3.s-1), A es el área de la sección
del flujo de agua (m2), V es la velocidad de flujo (m.s-1),
n es el Coeficiente de rugosidad, R es el radio hidráulico (m) y S es la
pendiente de la tubería (m.m-1).
Figura 2.
Sitio de medición de caudal del Arroyo San Gabriel.
También se aplicaron otras técnicas de medición para cotejar los resultados. Entre ellas se realizaron: el cálculo volumétrico (ecuación 3), ante situaciones de bajo caudal y la estimación con flotadores (ecuación 1), debido a la presencia de obstrucciones en el entubamiento, así como ante el ingreso de elevado caudal.
(3)
donde Q es el caudal de agua (m3.s-1), V es volumen (L o m3) y t es el tiempo (seg).
A su vez se estableció el coeficiente de Escurrimiento Superficial (Coef ES). Este consiste en considerar cuánto de la precipitación caída en el área de estudio en un tiempo particular se convierte en escurrimiento superficial. Para tal fin se compararon datos de precipitación del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) estación Tandil Aero, con mediciones de caudal en la subcuenca del arroyo San Gabriel.
El Coef ES fue de 0.075 (7.5%) y se cotejó con el valor antecedente de la cuenca alta del arroyo Tandileofú (0.068) (Ruiz de Galarreta, 2006) la cual se encuentra lindera a la cuenca de estudio y presenta similitudes en sus características geológicas, geomorfológicas e hidrológicas.
En el arroyo
En el
embalse, la altura media y la capacidad de almacenamiento del mismo se obtuvo a
partir de la digitalización de la batimetría antecedente realizada en el 2001
por
La nivelación de la cota del pelo de agua se llevó a cabo mediante un nivel óptico automático marca South modelo NL-C32, partiendo de la cota topográfica de una ménsula (Rodríguez et al., 2008), ubicada a escasos metros del lugar de medición de la variación de altura.
Para obtener el caudal de salida del embalse se aplicó la ecuación (4) correspondiente a la fórmula para vertederos (Chow et al., 1994). Esta consiste en la siguiente expresión:
(4)
donde Q es
el caudal de agua (m3.s-1), b es el ancho del vertido
(m), h es altura del agua en el vertedero (m) y ε1C es el
Coeficiente de descarga. Para el cálculo de este último término, se
inspeccionaron los vertederos, la cantidad y las dimensiones que presentaba
cada uno. A partir de ello, se identificaron 2 tipos de vertederos de acuerdo
al ancho de 1 y
Figura 3. Sitio de medición del caudal en los vertederos a la salida del Embalse.
Se calculó el Coeficiente de descarga respectivo para cada ancho para lo cual se midieron sus caudales volumétricamente, la altura del agua en cada vertedero y el ancho. Se obtuvieron los Coeficientes de 2.22 y 1.25 respectivamente, a partir del despeje de la ecuación (4). El caudal total de salida se obtuvo por sumatoria de los caudales parciales de los vertederos.
Los registros de los arroyos, el embalse y la salida de los vertederos se efectuaron a lo largo del período de estudio en momentos de variaciones de las condiciones hidrológicas.
Hidrología
subterránea
Para caracterizar la dinámica hídrica subterránea
se contó con información antecedente sobre el área de estudio (Ruiz de
Galarreta et al., 2010; Barranquero, 2015) y en especial sobre la subcuenca del
ALC (CINEA, 2009; Rodríguez et al., 2013; Rodríguez, 2014).
A fin de verificar y actualizar la información hidrogeológica, se seleccionaron sitios distribuidos de modo convergente en el sector del embalse, y se realizaron mediciones del nivel estático en dos momentos: antes de iniciar el período de estudio y durante el mismo, sobre perforaciones que fueron utilizadas en los antecedentes mencionados.
Cada
perforación fue georreferenciada mediante el uso de un Sistema de
Posicionamiento Global (GPS). Para nivelar la boca de pozo de las diferentes
perforaciones se realizaron mediciones planialtimétricas con un nivel óptico
marca South modelo NL-C32 teniendo en cuenta un punto de cota conocida
constituida por una ménsula ubicada dentro de
A partir de la nivelación de cada punto y las mediciones de los niveles freáticos se pudo relacionar la cota del agua subterránea y la cota del pelo de agua en el arroyo y se dibujaron perfiles para corroborar la relación entre el agua superficial y subterránea en la subcuenca del ALC.
Balance
Hidrológico del Lago del Fuerte
Se efectuó el balance hidrológico anual del lago en el período ya mencionado de acuerdo a la ecuación (5). Se consideró un régimen no permanente, de manera que la diferencia entre los ingresos y egresos de agua en el lago resulta como una variación de almacenaje.
(Pd + Qsup + Qsub) - (EV + Qs) = ±∆ Alm (5)
Los ingresos de agua incluyeron: precipitación directa (Pd) sobre el lago, caudal superficial (Qsup) ingresante por los dos arroyos que aportan al lago, y caudal subterráneo (Qsub). Los egresos incluyen: evaporación directa (EV) y caudal superficial de salida (Qs). El resultado equivale a la variación del almacenaje en el lago (∆ Alm). Todos los términos de la ecuación se expresaron en forma de volumen para el período anual de la investigación.
En el caso de la precipitación directa y la evaporación del lago, obtenidas en forma de lámina, ambas fueron convertidas a volumen teniendo en cuenta la superficie del cuerpo de agua.
Se consideró que el flujo subterráneo aporta a los
arroyos afluentes del embalse y al embalse en sí mismo, ya que es prácticamente
nula la salida subterránea desde la presa debido a que la misma constituye el
cierre de la cuenca a nivel superficial y subterráneo.
Para el caudal superficial ingresante, dadas las dificultades presentadas en los aforos con algunas de las técnicas previamente mencionadas, se optó por utilizar el Coeficiente de Escurrimiento calculado para el área y se aplicó la ecuación (6), donde Qsup es el caudal superficial (m3.año-1), P es la precipitación (m.año-1), A es la superficie de la cuenca (m2) y Coef ES es el coeficiente de escurrimiento (adimensional).
Qsup = P . A . Coef ES (6)
El aporte del caudal subterráneo (m3.año-1) se determinó a partir de la resolución de la ecuación (5) y despeje del resto de los términos.
Para la evaporación de la superficie de agua libre se aplicó la ecuación de Priestley y Taylor (1972). Las ecuaciones complementarias necesarias se tomaron de Carmona et al. (2019). Se utilizaron datos brindados por el Instituto de Hidrología de Llanura “Dr. Eduardo Usunoff” (IHLLA), que cuenta con una estación de Balance de Energía ubicada en el Campus Universitario Tandil, la cual se encuentra cercana al área de estudio.
El caudal de salida superficial (m3.año-1), se calculó como un promedio de los aforos verificados según la ecuación (4).
Para la variación del almacenaje en el embalse (m3.año-1),
se midieron las diferencias de nivel del pelo de agua del lago al iniciar y
finalizar el balance y se lo multiplicó por la superficie del cuerpo de agua.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Balance hídrico modular
Del balance
hídrico modular (1900-2016) (Figura 4) se obtuvo que la precipitación media
anual del período fue de
Figura 4. Balance hídrico 1900-2016 (P: precipitaciones, EVTP: Evapotranspiración
potencial).
Balance hídrico seriado
Durante el
período de estudio, la precipitación anual fue de
Se observó la ocurrencia de lluvias durante todo el período de estudio destacándose algunos meses en los que las precipitaciones superaron ampliamente los valores medios mensuales como fue el caso de abril, agosto y noviembre de 2015 y enero de 2016.
A su vez ocurrieron situaciones opuestas en las que las precipitaciones fueron menores en relación a las medias mensuales como sucedió en marzo, septiembre y diciembre de 2015.
Figura 5. Precipitaciones mensuales históricas y del período de estudio versus evapotranspiración potencial mensual del período.
A partir de la comparación de los meses observados, las precipitaciones para el período de estudio marcaron un incremento en relación a los valores medios. A su vez, la distribución anual fue distinta a la media modular (Figura 5) lo que impactó en los excesos y déficit. Así mismo, se observa una situación de excesos que supera ampliamente la media modular.
Hidrología superficial
En
Por otra parte, los picos de caudal máximo, tanto
en el ASG como en la salida del embalse y las mayores alturas del pelo de agua,
se corresponden con momentos de abundantes precipitaciones en días previos a la
fecha de medición, períodos de exceso hídrico como sucede en invierno, y a las
particularidades de la cuenca de rápida concentración
de las aguas. Por el contrario, los momentos de
mínimo caudal y menor nivel del lago se corresponden con la época estival
sumada a varios días sin precipitaciones con marcado déficit hídrico.
Tabla1. Síntesis de los registros de aforos en el arroyo San Gabriel (ASG), a la salida del embalse y cota del pelo de agua del embalse.
|
Sitios
|
N |
Mínimo |
Máximo |
Media |
|
Cota
del pelo de agua (msnm) |
16 |
194 |
194.15 |
194.07 |
|
Caudal
ASG (m3.s-1) |
16 |
0.001 |
0.133 |
0.032 |
|
Caudal
salida (m3.s-1) |
16 |
0.001 |
0.561 |
0.081 |
N=
Cantidad de mediciones.
Si bien ambos arroyos que aportan al lago cuentan con similitudes en algunos aspectos (geología, máximos y mínimos de caudal, parámetros morfométricos), el ASG presentó un régimen perenne que permitió efectuar aforos durante el período de la investigación, mientras que el ALC sólo exhibió escurrimiento fluvial y la posibilidad de aforar ante eventos de precipitaciones abundantes y cercanas a la fecha de medición.
Hidrología subterránea
A partir de la determinación de las profundidades
del nivel freático se pudo observar que el mismo es somero, con valores que
oscilan entre 1.7 y
En cuanto a los niveles estáticos calculados, se verificó que los mayores valores se encuentran hacia el Sur de la cuenca de aporte, coincidiendo con la zona de cabecera y mayor altitud topográfica, y disminuyen hacia las cercanías del lago. Esto corrobora que el flujo subterráneo tiene sentido Sur-Norte, aportándole agua a los arroyos y fluyendo hacia el lago.
A su vez, a través de las nivelaciones y mediciones planialtimétricas pudo observarse en los perfiles, las diferencias del terreno y del nivel freático desde el pozo hasta el pelo de agua del ALC en el sitio 1 y sitio 2 (Figura 6, abajo y arriba respectivamente). Se evidencia en dichos perfiles la relación entre las aguas superficiales y subterráneas indicando el aporte del acuífero freático hacia el arroyo ALC.
Figura
6. Mediciones planialtimétricas y relación entre las aguas superficiales y
subterráneas (abajo pozo 1 y arriba pozo 2)
Balance Hidrológico
En
Se obtuvo
que el caudal superficial aportado por los dos arroyos (ASG y ALC) constituye
el 77% de los ingresos, mientras que la precipitación directa sobre el lago
ronda el 10%. El ingreso restante (13%) representa el aporte subterráneo al
embalse. Por los vertederos egresa el 91% del volumen de agua, mientras que por
evaporación se pierde un 9%. El almacenaje de agua en el embalse descendió
apenas
Tabla 2. Ingresos y egresos del balance del Lago del Fuerte.
|
INGRESOS |
|
|
Precipitación
directa |
|
|
Caudal
superficial (ASG+ALC) |
|
|
Caudal
subterráneo |
|
|
EGRESOS |
|
|
Evaporación |
|
|
Caudal de salida |
|
|
±∆ Variación
Almacenaje ( |
- |
Debido a la
inexistencia de antecedentes en el área de estudio con el nivel de detalle de
la presente investigación, no se ha podido realizar un análisis comparativo de
los resultados obtenidos.
Este trabajo permitió caracterizar y comprender la dinámica hídrica de la cuenca bajo estudio y resolver el balance hidrológico del cuerpo de agua.
A partir del mismo se pudieron conocer las
magnitudes de los ingresos y egresos e identificar su relevancia.
El aporte de caudal superficial constituyó el principal ingreso de agua al lago, mientras que por la presa del embalse egresó la mayor proporción.
El período de estudio fue más húmedo que un año promedio, con precipitaciones que superaron la media anual modular. Sin embargo, los excesos registrados no se vieron reflejados en el volumen del embalse el cual se mantuvo constante con incrementos transitorios debido al tipo de descarga por rebalse, pero sí impactarían en una mayor tasa de renovación del lago.
Los aportes del presente trabajo constituyen una base para el desarrollo de futuras investigaciones más específicas sobre la cuenca y sobre el cuerpo de agua, como aquellas vinculadas a la dinámica de nutrientes y el estado trófico del lago.
Al Dr. Marcelo Varni por su apoyo en la faz hidráulica y al Dr. Raúl Rivas, por el aporte de información para el cálculo de la evaporación a partir de los datos obtenidos de la estación de balance de energía del Instituto de Hidrología de Llanura “Dr. Eduardo Usunoff” (IHLLA), ubicada en el Campus Universitario Tandil.
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Tipo de Publicación: NOTA TECNICA.
Trabajo recibido el 12/11/2021
y aprobado para su publicación el 16/03/2022.
COMO CITAR
Cifuentes, M. R.; Rodríguez, C.
I.; Ruíz de Galarreta, V. A. y Gabellone, N. A. (2022). Dinámica hídrica y
balance hidrológico en la cuenca del embalse Lago del Fuerte, Tandil. Cuadernos del CURIHAM, 28, 15-24. doi: https://doi.org/10.35305/curiham.v28i.178
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BY-NC-SA 4.0)
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