IntrusiĆ³n salina en pozos de Huatabampo en relaciĆ³n a su nivel friatico

Valeria Cuen, Valeria Acosta, Eduardo Cuevas, Fernando Altamirano

20/11/2021

IntroducciĆ³n

El agua es uno de los recursos mĆ”s importantes para la vida en el planeta, los seres humanos dependen de la disponibilidad del agua para su consumo domĆ©stico, pero tambiĆ©n es de suma importancia en las actividades agrĆ­colas e industriales, la demanda del agua a crecido significativamente en las Ćŗltimas dĆ©cadas con diversos fines como por ejemplo el agua potable para las poblaciones que cada vez son mĆ”s grandes, se estima que en el mundo hay alrededor de 1400 millones de kilĆ³metros cĆŗbicos de agua en el planeta, de los cuales solamente el 2.5% es agua dulce, este pequeƱo porcentaje se localiza principalmente en rĆ­os, lagos, glaciares y acuĆ­feros alrededor del mundo, se les llama acuĆ­feros a las formaciones geolĆ³gicas que contienen agua subterrĆ”nea, estos se comportan como si fueran un embalse, en donde hay que considerar una entrada, una salida y un almacenamiento.

IntrusiĆ³n salina

Un alto contenido en sales presentes en el agua supone un aporte de sales en el suelo que sustenta la planta afectando la productividad del cultivo, degradando la estructura de la tierra y generando problemas de contaminaciĆ³n en las aguas subterrĆ”neas, especial interĆ©s debe tenerse en las zonas costeras, donde la intrusiĆ³n e infiltraciĆ³n de agua del mar en el agua que es bombeada en pozos cercanos, puede ocasionar un grave riesgo de salinidad en las aguas.

RepresentaciĆ³n grafica

Antecedentes

El uso de los acuĆ­feros o aguas subterrĆ”neas en MĆ©xico se manifiesta que el 64% del volumen se utiliza para el abastecimiento pĆŗblico, el 33% para uso agropecuario y el 24% para las industrias, en MĆ©xico se encuentran 653 acuĆ­feros que estĆ”n divididos por todo el paĆ­s, en Sonora se tienen identificadas 47 zonas geohidrolĆ³gicas de las cuales cinco estĆ”n sobre explotadas y con graves problemas de IntrusiĆ³n Salina, el considerable volumen de agua destinado a la agricultura ha provocado en los acuĆ­feros costeros un daƱo irreversible, debido al abatimiento de los niveles del agua subterrĆ”nea que la naturaleza ha depositado durante miles de aƱos y la presencia de agua salobre proveniente del mar hacia el continente, conocida como IntrusiĆ³n Salina, que ha venido a perjudicar y en algunos casos a arruinar lo que hace pocos aƱos eran polos de firme economĆ­a. Otros factores que influyen en la intrusiĆ³n de agua salada en los acuĆ­feros costeros son las fluctuaciones de las mareas, los cambios climĆ”ticos y del nivel del mar, circunstancias que aumentarĆ”n la presiĆ³n del agua de mar hacia los acuĆ­feros de agua dulce.

Objetivo

El objetivo de este proyecto es saber si hay relaciĆ³n de la distancia del mar a los pozos de la regiĆ³n de Huatabampo respecto a su intrusiĆ³n salina registrados en ppm en cuanto al nivel friĆ”tico del pozo. ĀæExiste relaciĆ³n entre la cercanĆ­a de los pozos al mar y su salinidad respecto al nivel friatico?.

TeorĆ­a

Se denomina intrusiĆ³n salina al movimiento permanente o temporal del agua salada tierra adentro, desplazando al agua dulce. Se considera que el agua captada de un acuĆ­fero costero se contamina (saliniza) cuando la porciĆ³n activa de la captaciĆ³n se ve afectada por la zona de mezcla de agua dulce y agua salada o por la propia agua salada.

MetodologĆ­a

EstadĆ­stica descriptiva

La estadƭstica descriptiva es una disciplina que se encarga de recoger, almacenar, ordenar, realizar tablas o grƔficos y calcular parƔmetros bƔsicos sobre el conjunto de datos.

RegresiĆ³n lineal mĆŗltiple

La regresiĆ³n permite general un modelo lineal en el que el valor de la variable independiente o respuesta (Y) se determina a partir del conjunto de variables independientes llamados predictores (X1, X2, X3).

Pearson

El coeficiente de correlaciĆ³n de Pearson es una prueba estadĆ­stica para analizar la relaciĆ³n entre dos variables medidas de un nivel por intervalos, la cual se considera que es una medida de la relaciĆ³n entre dos variables aleatorias cuantitativas.

Estadistica descriptiva

Para empezar a medir la relaciĆ³n de salinidad en pozos con su cercanĆ­a al mar podemos primero visualizar los datos, utilizado las variables de profundidad del nivel friĆ”tico (NF), conducciĆ³n elĆ©ctrica (CE) y las partes por millĆ³n de la salinidad del agua (PPM).

## Rows: 293 Columns: 4
## -- Column specification --------------------------------------------------------
## Delimiter: ","
## chr (1): No pozo
## dbl (3): NF, CE, PPM
## 
## i Use `spec()` to retrieve the full column specification for this data.
## i Specify the column types or set `show_col_types = FALSE` to quiet this message.

Mapa de pozos de Huetabampo

## Reading layer `pozos2018' from data source 
##   `C:\Users\eddyc\OneDrive\Documents\Aplicada\pozos2018.shp' 
##   using driver `ESRI Shapefile'
## Simple feature collection with 293 features and 8 fields
## Geometry type: POINT
## Dimension:     XY
## Bounding box:  xmin: 620553 ymin: 2956532 xmax: 642471 ymax: 2975407
## Projected CRS: WGS 84 / UTM zone 12N

Mapa de pozos

AquĆ­ podemos observar la cantidad de pozos y su salinidad en ellos marcados con su grado de salinidad de blanco a azul, en ella se muestra que si bien la cantidad de pozos salados estĆ”n mayor mente en las cercanĆ­as al mar, tambiĆ©n existen pozos de agua ā€œlimpiaā€ y pozos salados a otro extremo del mapa.

Histogramas

Histograma 1.- profundidad de nivel friatico

Con ayuda del histograma de frecuencia podemos observar que hay una mayor cantidad de pozos considerados profundos profundos en Huatabampo, tambien se puede ver que debido a su agrupaciĆ³n los datos se consideran normales

Histograma 2.- conductividad electrica

AquĆ­ podemos ver la frecuencia en conductividad elĆ©ctrica del agua de los pozos de Huatabampo, en ella se refiere a las impurezas del agua o minerales disueltas en ella, podemos ver que, si bien en mĆ”rgenes de frecuencia hay mĆ”s agua con menor conductividad elĆ©ctrica, el resto aumenta en consideraciĆ³n a sus impurezas en el agua con lo cual se intuye que su salinidad es mĆ”s alta.

Histograma 3.- PPM

Siguiendo con una medida estimada podemos saber que se considera agua dulce a menos de 1 000 ppm, agua semi-salada desde 1 000 ppm hasta 3 000 ppm y gua salada desde 3 000 ppm a 10 000 ppm, con ello podemos observar que practicamente la mitad de los pozos no pueden usarse para riego debido a su salinidad.

Diagrama de caja y bigotes 1.- Nivel friatico e PPM

. Se puede observar de mejor manera la tendencia de los datos en el nivel friĆ”tico de los pozos de Huatabampo donde el nivel de profundidad a todos los pozos suele ser alrededor de 1.5 del nivel friĆ”tico. En cuanto a la salinidad del agua de pozos por ppm de acuerdo al diagrama de caja y bigote suele ser alrededor de 2000 ppm, debajo de ella estĆ”n los pozos que se consideran de agua dulce utilizable (bajo de 1000 PPM), y arriba estĆ”n los pozos considerados salados por la intrusiĆ³n salina.

Caja y bigote 2.- NF vs PPM

En este grƔfico podemos ver mƔs como se distribuyen las tendecias de las PPM con respecto al nivel friatico, pode ver que en las primeras columnas si bien el agua esta mezclada con el agua dulce y semi salada, sus concetraciones predominan practicamente en los mismos niveles friaticos de que el agua salada.

DesviaciĆ³n estandar

NF

## [1] 0.7447322

Con el valor de 0.744 se puede saber que los datos muestran cierto agrupamiento en cuestion al rango de las variables, esto se pude traducir en que la mayoria de los pozos tienen una profundidad cercana entre ellos.

PPM

## [1] 1881.861

con un valor de 1881.861 podemos ver que los datos de agrupamiento se disparan mucho debido a que la salinidad del agua varia demasiado entre pozos.

Coeficiente de variaciĆ³n

NF

## [1] 0.4628511

Aqui podemos ver que los niveles de profundidad varian en rangos de 0.462 entre pozos, lo cual puede sugerir que la disparidad entre niveles es notable dentro de esos rangos.

PPM

## [1] 0.7014351

Con el valor ligeramente mayor de 0.7 podemos observar que la disparidad entre la salinidad del agua es muy variable entre pozos.

RegresiĆ³n lineal multiple

Mapa de dispersiĆ³n NF y PPM

Aquƭ podemos apreciar quencontrar agua dulce si bien esta este un nivel cercano a la superficie, tambien puede encontrarse en lugares un poco profundos que suelen entrar en contacto con corrientes subterrƔneas con conexiones provenientes del mar.

Diagrama de dispersion de agua salada, semi-salada y dulce

En este mapa de dispersin podemos ver de manera resaltada los pozos en proporciĆ³n a su salinidad en PPM con respecto a su profundidad, podemos observar que practicamente que en ā€œproporciĆ³nā€ los datos de agua utilizable como potable o ā€œutilizablesā€ estan a la par con los pozos salados, tambiĆ©n que hay una mayor proporciĆ³n en los niveles entre 1 a 2 del nivel friatico.

Mapa de correlaciĆ³n 1.- NF Y PPM

Si bien es entendible pensar que un pozo cercano al mar es mĆ”s salado, el mapa de correlaciĆ³n en este caso muestra que no hay mucha correlaciĆ³n entre los casos de intrusiĆ³n salina en Huatabampo, esto pude ser a que los pozos, si bien pueden recibir agua de fuentes en comĆŗn estos no necesariamente estĆ”n conectados directamente al mar y por ende a agua salada.

Tabla de coorrelaciĆ³n 2.-

## `stat_bin()` using `bins = 30`. Pick better value with `binwidth`.
## `stat_bin()` using `bins = 30`. Pick better value with `binwidth`.
## `stat_bin()` using `bins = 30`. Pick better value with `binwidth`.

AquĆ­ podemos observar con una correlaciĆ³n lineal en tres los datos segĆŗn su Nivel friĆ”tico, Conductividad elĆ©ctrica y la salinidad en PPM, en ella podemos leer que obviamente esta exactamente relacionado la conductiva con la salinidad, sin embargo, en relaciĆ³n al nivel de profundidad y la salinidad no hay mucha correlaciĆ³n entre ellos.

Metodo de Pearson

## [1] -0.182336
## 
##  Pearson's product-moment correlation
## 
## data:  PPM and NF
## t = -3.1635, df = 291, p-value = 0.001724
## alternative hypothesis: true correlation is not equal to 0
## 95 percent confidence interval:
##  -0.29084680 -0.06919422
## sample estimates:
##       cor 
## -0.182336

Con el metodo de Pearson podemos ver que con un P-vallue de 0.001724 y una correlaciĆ³n de -0.182336 no existe casi nada de relaciĆ³n entre el nivel friatico y la PPM.

Resultados

Tomando en cuenta la correlaciĆ³n de Pearson de -0.182336 como la que vimos en las grĆ”ficas (-0.182), llegamos al resultado que la salinidad de los pozos en Huatabampo no estĆ”n correlacionas con respecto a su distancia del mar, lo cual es una sorpresa ya que el agua salada del mar tiende a entrar tierra adentro y en viceversa el agua dulce, podemos notar que la geografĆ­a en este caso es el factor que influye mĆ”s. ya que tambiĆ©n allĆ­ convergen corrientes de agua desde la sierra madre occidental, asĆ­ como arroyos de Masiaca, Bacabachi y Bacorehuis.

ConclusiĆ³n

Mapa de pozos

Ahora sĆ­ bien utilizando el mapa y el diagrama podemos ver que incluso en lugares cercanos al suelo y existen pozos con salinidad mayor al 1000 ~ 3000 ppm, con esto podemos ver que el caso de Huatabampo no es seguro establecer si un pozo es salado o dulce segĆŗn su cercanĆ­a al mar a simple vista, nuestra hipĆ³tesis es que hay corrientes subterrĆ”neas que estĆ”n conectadas directamente al mar que y corrientes de agua mineralizadas, asĆ­ como arroyos o rĆ­os procedentes de tierras altas de ello a que exista una intrusiĆ³n salina no muy correlaciona con la distancia y profundidad de los pozos.

BibliografĆ­a

Ma. Teresa MorĆ”n. (1987). MAPA ESTATAL DIVISIƓN MUNICIPAL. 1988, de INAFED, ESTADO DE SONORA Sitio web: http://www.inafed.gob.mx/work/enciclopedia/EMM26sonora/municipios/26033a.html

S/A. (S/F). IntrusiĆ³n salina. Mayo 16, 2020, de EcuRed Sitio web: https://www.ecured.cu/Intrusi%C3%B3n_salina

C. JULIO CƉSAR AMPARƁN ESTRELLA . (1985). MANUAL DE ORGANIZACIƓN . 1986, de H. AYUNTAMIENTO DE HUATABAMPO, ORGANISMO OPERADOR MUNICIPAL DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO DE HUATABAMPO Sitio web: https://huatabampo.gob.mx/leyes/Manual-de-Organizacion-del-OOMAPAS-de-Huatabampo.pdf