ENCUENTROS ACADÉMICOS INTERNACIONALES
organizados y realizados íntegramente a través de Internet

EL RECURSO AGUA: CONSERVACIÓN PARA EL DESARROLLO SOCIAL EN LAS TUNAS, CUBA

Autores: MsC. Vilma Monteagudo Zamora. (Profesor Auxiliar)
DrC. Juan Reynerio Fagundo Castillo. (Investigador Titular)
MsC. Cristina I. Saínz Peña. (Profesor Auxiliar)


INTRODUCCIÓN

El agua es un recurso natural indispensable para la vida en el planeta, especialmente para el hombre; vital para los servicios de saneamiento, la agricultura, la industria; de modo que ocupa un lugar especial en el desarrollo económico, ecológico y social de cualquier país; es influida negativamente al ser utilizada como cuerpo receptor de contaminantes, causantes de enfermedades y muerte de especies que la necesitan para sobrevivir. Como agente dinámico causa inundaciones, erosión, sedimentación y salinización; sin embargo, aunque renovable y demandada cada día en cantidades más crecientes, es escasa, ya que sus condiciones naturales de formación y distribución no siempre resultan homogéneas ni en el espacio ni en el tiempo.

En los últimos años se han desarrollado una serie de métodos analíticos y equipos electrónicos novedosos para el monitoreo de las aguas naturales en lugares de interés económico del país, donde es necesario controlar la calidad química y bacteriológica de las aguas, la salinidad, la mineralización y otros indicadores. Por otra parte, el desarrollo de la informática ha permitido la creación y uso de software sencillos e interactivos, que ofrecen a los especialistas la posibilidad de procesar grandes volúmenes de datos obtenidos en las redes de observación y control de la calidad de las aguas, sin embargo, no siempre se utilizan en la práctica para elevar la efectividad en la gestión de este recurso.

La necesidad de modernizar los métodos analíticos utilizados en el estudio de la calidad de las aguas en la provincia de Las Tunas, constituye un aspecto fundamental a considerar para asegurar un uso sostenible de este recurso mediante la aplicación de modelos químico-físicos, hidrogeoquímicos y estadísticos en la caracterización de procesos que originan la composición química de las aguas naturales, para establecer regularidades y definir su uso en los programas socio-económicos de la región, lo que permitirá implementar acciones rápidas y eficaces derivadas de un enfoque más integral, a la solución de los problemas ambientales que enfrenta la provincia en la actualidad.

En Las Tunas existen problemas ambientales que requieren ser atendidos en el quehacer científico local, dentro de los que se encuentran los relacionados con el deterioro de los suelos como recurso agrícola, la agricultura sostenible, la pérdida de la diversidad de la flora y la fauna y la desaparición de especies endémicas; que constituyen los problemas más relevantes, como consecuencia de sequías prolongadas y contaminación de las reservas naturales de agua, debido a un complejo proceso de interacciones entre factores naturales; geológicos y climáticos con los sociales; económicos, políticos y culturales, que han incidido de manera significativa en el deterioro ambiental de la provincia. Todos los estudios realizados han suministrado importante información para establecer el control sobre los recursos de aguas subterráneas en la región, aunque no se aprecian análisis químico-físicos a nivel hidrogeoquímico que complementen estos resultados, lo que confirma la necesidad de utilizar métodos automatizados para la caracterización hidroquímica de las aguas naturales y el control de su calidad, basada en modelos químico físicos e hidrogeoquímico en condiciones locales.

Objetivo general - Desarrollar una metodología para caracterizar las aguas locales, desde el punto de vista hidroquímico, empleando métodos de simulación en el laboratorio, de los procesos de interacción agua-roca y el procesamiento de datos mediante modelos químico-físico, hidrogeoquímico y estadístico, para determinar el impacto de la actividad humana en el deterioro de la calidad de las aguas en Las Tunas.
 

Desarrollo sostenible y población
 y Simposio "Origen, causas y consecuencias de la Crisis del Agua y las Estrategias Nacionales para afrontarla"

realizado del 5 al 22 de junio de 2007
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DESARROLLO

En septiembre de 1994 se inicia la caracterización químico-física y bacteriológica de las aguas naturales de la provincia de Las Tunas (Figura 1 del Anexo I). Se seleccionaron 30 fuentes representativas de las formaciones geológicas y de la composición litológicas presentes, considerando los tres sectores hidrogeológicos existentes: la Cuenca Tunas Norte, la Cuenca Sur de Las Tunas y el Macizo Hidrogeológico del Cretácico. Se revisó la información geológica, hidrogeológica e hidroquímica de las fuentes seleccionadas, se consultaron trabajos realizados por diferentes especialistas, informes de archivo y el mapa geológico de Cuba a escala 1:250 000 (IGP-ACC. 1989).

Las muestras se tomaron sistemáticamente y las mediciones de los parámetros químico-físicos: temperatura, pH y conductividad eléctrica, se realizaron en el campo mediante un pHmetro manual de lectura digital marca Pocket-Sized, un medidor de temperatura y un conductímetro Chino. Los macro constituyentes químicos (Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, HCO3-), fueron determinados en el laboratorio antes de las 24 horas de tomadas las muestras. Los métodos de análisis químico empleados se corresponden con la metodología establecida por “Standard Methods for the examination of Wastewater, 1992”.

La calidad de la información obtenida por vía experimental fue validada con el procesamiento de datos mediante software (HIDROGEOQUIM, MODELAGUA, SIMUCIN, GEOQUIM), basados en modelos químico-físicos, hidrogeoquímicos y estadísticos de balance de masa y de reconocimiento de patrones, que fueron implementados para estos fines. Fagundo (2004). Con toda la información obtenida de los puntos de agua analizados y otros compilados en la base de datos del INRH, se conformó el inventario de puntos de agua (Tabla 1 a, b, c del anexo II), en el cual estos se agrupan por formación geológica o tipo de roca drenada por el agua de lluvia, según los criterios establecidos por J. Tóth (1995).

La composición química de las aguas identificadas en Las Tunas fue representada a través de los diagramas hidroquímicos de H. Stiff, para facilitar su clasificación e interpretación. Este método permite apreciar y comparar de forma rápida, los diferentes tipos de aguas cuando sus constituyentes se encuentran en cantidades limitadas. Del análisis de estos patrones se pueden inferir cualitativamente los procesos geoquímicos presentes. La representación gráfica de los datos hidroquímicos constituye una herramienta de trabajo muy eficiente en la interpretación de las propiedades del agua y para establecer comparaciones de su comportamiento en el espacio y el tiempo por influencia de factores climáticos, hidrogeológicos o efectos antrópicos. Permite analizar con facilidad la evolución de un agua en un sitio determinado.

Se realizaron experimentos de simulación en el laboratorio del proceso de disolución de rocas carbonatadas en condiciones de sistema cerrado. Para su desarrollo se seleccionaron calizas de la Fm. Vázquez y dolomías de la Fm. Güines, las cuales fueron caracterizadas previamente por difracción de rayos X. Se trituraron y tamizaron hasta obtener partículas con una granulometría de 0,4 mesh, para facilitar el proceso de disolución. Las reacciones químicas que tienen lugar en estos procesos son las siguientes:

Calcita

Dolomita

La temperatura fue controlada con un termostato al iniciar cada experimento, de manera que no sufriera variación. Se midió el pH con un pHmetro manual de lectura digital marca Pocket-Sized y la conductividad eléctrica del agua destilada con un conductímetro Chino. El CO2, con un 99,99% de pureza, fue suministrado burbujeando el gas durante diez minutos en un reactor que contenía un volumen de 3,5 L de agua destilada, luego se cerró el manómetro. Se añadieron 7g de la roca triturada y la dispersión se agitó con un agitador magnético a una velocidad constante de 350 rpm.

En estas condiciones se desarrollaron dos tipos de experimentos. Uno en el que se tomaron muestras durante la reacción de disolución en diferentes tiempos y se determinó por análisis volumétrico la concentración de los iones , , , con lo que se crearon los ficheros denominados REL, y a partir de esta información se determinan las relaciones matemáticas entre la concentración iónica y la conductividad eléctrica. El segundo experimento consistió en la medición de la temperatura, el pH y la conductividad eléctrica en el tiempo, a través de electrodos de Calomel y celdas de conductividad, los cuales fueron calibrados previamente con soluciones búferes y patrones de conductividad, respectivamente. Con esta información se crearon los ficheros CINET.

Utilizando el sistema SIMUCIN, se determinaron las constantes cinéticas de cada ion, a partir de los datos obtenidos y las relaciones matemáticas encontradas en el experimento REL. El contenido de CO2 se determinó a partir de los valores de pH, temperatura y concentración de HCO3-, con la utilización del algoritmo implementado en el sistema. Se calcularon las constantes de velocidad, el orden de reacción y las expresiones correspondientes para la simulación en el laboratorio de estos procesos.

En el procesamiento de datos hidroquímicos se emplearon los métodos de la estadística univariada: Statgraphies y Statistica para determinar estadígrafos de indicadores de tendencia central, media, valores máximos y mínimos, indicadores de dispersión como desviación estándar, varianza, coeficiente de variación y prueba de hipótesis. Además se emplearon los métodos más comunes de la estadística multivariada, el análisis de regresión y correlación y el análisis de series cronológicas.

Los estudios realizados en el período 1994-2005 han permitido profundizar en el conocimiento de los procesos geoquímicos que ocurren en la localidad y que inciden en la calidad del agua. Los resultados que se presentan, permitirán hacer un uso más efectivo de este recurso natural en las actividades socioeconómicas de la región.

Caracterización hidroquímica de las aguas subterráneas de la provincia de Las Tunas

La composición química de las aguas subterráneas en Las Tunas es muy variada, depende fundamentalmente, de la composición litológica y las condiciones estructurales del área, el clima y otros aspectos de la geología e hidrogeología. En las tablas 1 a, b, c del anexo II, se presentan las características litológicas y las muestras representativas de cada formación geológica, distribuidas en los tres sectores hidrogeológicos. Con el propósito de apreciar con más facilidad la relación entre la composición química del agua y la constitución geológica de las cuencas, se crearon las tablas 2 a, b, c del anexo III, que contienen los valores mínimos y máximos de los SST y la composición química relativa de acuerdo al criterio de Kurlov (concentración iónica superior a 25 % meq/L). En la tabla 2 a del anexo III, se muestran los resultados obtenidos en la Cuenca Tunas Norte sobre los tipos de aguas. Se aprecian dos tipos, en el primero las aguas son fundamentalmente de tipo bicarbonatadas cloruradas cálcicas sódicas magnésicas, con una mineralización que oscila entre 227 y 1 706 mg/L y en el segundo, predominan las bicarbonatadas cloruradas sódicas magnésicas, donde la mineralización varía entre 679 y 3 212 mg/L. En las aguas del primer tipo, los valores medios no sobrepasan 1 g/L, mientras que en las del segundo los valores son superiores a 1g/L.

En la tabla 2 b del anexo III, se reportan los resultados correspondientes a las aguas de la Cuenca Sur de Las Tunas, donde el agua es bicarbonatada clorurada y prevalecen los iones calcio, magnesio y sodio. Los valores máximos de dos de estas fuentes, indican que son cloruradas bicarbonatadas, en las que prevalece la concentración del ion sodio sobre el ion calcio. La mineralización oscila entre 482 y 1 657 mg/L. Los valores medios obtenidos se encuentran entre 800 y 1 553 mg/L.

En la tabla 2 c del anexo III, se presentan los resultados correspondientes al Macizo Hidrogeológico del Cretácico, en la cual se distinguen varios tipos de agua, que muestran la diversidad de litologías presentes en este macizo:
Tipo 1. Las aguas se caracterizan por ser cloruradas bicarbonatadas sódicas o bicarbonatadas cloruradas sódicas magnesianas, con una mineralización que varía entre 1 164 y 2 404 mg/L. Los valores medios se comportan entre 1 338 y 2 336 mg/L (Pozos P-32 y P-180).
Tipo 2. La composición media de estas aguas es de tipo bicarbonatada cálcica, con un valor de mineralización que varía entre 454 y 584 mg/L, siendo el valor medio 533 mg/L (Pozo P-195).
Tipo 3. Las aguas se caracterizan por ser bicarbonatadas cloruradas magnésicas cálcicas sódicas, así como cloruradas bicarbonatadas magnésicas sódicas, con una mineralización que varía entre 418 y 1 030 mg/L. Los valores medios están entre 462 y 933 mg/L (Pozos P-45 y MINAZ).
Tipo 4. Las aguas son bicarbonatadas cloruradas o cloruradas bicarbonatadas, con una distribución variada de los iones sodio, calcio y magnesio. La mineralización de esta agua varía entre 196 y 2 159 mg/L. Los valores medios se encuentran entre 441 y 1 968 mg/L (las restantes muestras).

Teniendo en cuenta la complejidad de la composición química de las aguas en Las Tunas, donde la mayor parte de las muestras tienen un elevado contenido de sodio, en las tablas 3 a, b, c del anexo IV, se presentan los patrones hidrogeoquímicos correspondientes a cada muestra, distribuidos por cada una de las cuencas hidrogeológicas de Las Tunas y nuevos patrones obtenidos mediante la extracción del cloruro de sodio y los componentes iónicos del agua de lluvia, los que se le ha denominado patrones extraídos. Para facilitar la interpretación de estos resultados se hace una distribución de las muestras por grupos y patrones en la tabla 4 del anexo V, teniendo en cuenta el siguiente criterio:
El grupo I contiene los patrones en los cuales el contenido relativo de calcio es mayor que el de magnesio y no presentan sodio. La relación Ca2+/ Mg2+ varía entre 8:1 y 5:4 (Figura 2 a, anexo VI).
El grupo II contiene los patrones en los que el calcio es mayor que el magnesio, pero contiene además, el sodio. La relación Ca2+/Mg2+ es: 3:2, 5:2 y 5:3 (Figura 2 b, anexo VI).
El grupo III contiene los patrones en los cuales el magnesio es mayor que el calcio y poseen además, el sodio. La relación Ca2+/Mg2+ varía entre 1:1-1:3 y 2:3 - 2:5 (Figura 2 b, anexo VI).
El grupo IV contiene los patrones en los que el magnesio es mayor que el calcio, pero el sodio está ausente. La relación Ca2+/Mg2+ varía entre 4:5 y 2:7 (Figura 2 a, anexo VI).

En la tabla 4 del anexo V se aprecia que en la provincia de Las Tunas existen cuatro grupos de aguas, atendiendo a los principales cationes que son extraídos en el proceso de interacción agua-roca. En forma gráfica estos patrones se ilustran mediante diagramas de Stiff (1951), como se aprecia en las figuras 2 a y 2 b del anexo VI. Las concentraciones iónicas de los distintos tipos de aguas encontradas en Las Tunas (en meq/L y mmol/L), cuando son expresadas en mol/L, es que se determina por MODELAGUA el tipo de patrón hidrogeoquímico. El conjunto de estas relaciones son similares entre sí para cada patrón y aproximadamente para cada grupo, corroborando la homogeneidad de los mismos.

Para el primer grupo de aguas estudiado, las correlaciones son altamente significativas, donde el número de datos N = 564 y el coeficiente de correlación r > 0.110. Las correlaciones más significativas (r > 0.60) se obtienen entre HCO3-, Cl-, Ca2+, Mg 2+, Na+, CaCO3 y SST y la correlación menos significativa respecto a SST se obtiene con el SO42-, aunque también es altamente significativa en este caso. Estos resultados se corresponden con los obtenidos a partir del análisis de la evolución de la composición química de las aguas, en los procesos de intemperismo antes señalados para este grupo: disolución de halita (Cl-, Na+), albita (HCO3-, Na+, CaCO3), calcita (HCO3-, Ca2+), dolomita (HCO3-, Ca2+, Mg2+, CaCO3) y en menor proporción, oxidación de pirita (SO42-). Son también significativas las correlaciones: HCO3- con Ca2+; HCO3- con Mg 2+; HCO3- con Na+; Cl- con Na+ y SO42- con Na+, las cuales sustentan también los resultados anteriores.
En las matrices de correlación de las variables hidroquímicas correspondiente al grupo de aguas II, donde el número de datos N = 366, se puede observar que son altamente significativas las correlaciones, con un coeficiente r > 0.136. Las correlaciones más significativas con respecto al SST (r > 0.60) se obtienen con todas las restantes variables, lo que indica que en el proceso de intemperismo de las aguas de este grupo, se obtiene un resultado similar al del grupo anterior (disolución de halita, albita, calcita, dolomita y pirita). Las correlaciones entre los iones: HCO3-; Ca2+; Mg2+; Na+, entre Cl- y Na+ y SO42- y Na+, son también similares a las del grupo anterior.
Al analizar las matrices de correlación de las variables hidroquímicas correspondiente al grupo de aguas III, donde el número de datos es N=242, se aprecia que son altamente significativas las correlaciones con un coeficiente de correlación r > 0.166. Las correlaciones más significativas con respecto al SST (r > 0.60) se obtienen con todos los iones, excepto , donde r = -0.15. Estos resultados se corresponden con el criterio establecido anteriormente de que estas aguas evolucionan principalmente, disolviendo halita (Cl-, Na+), albita (HCO3-, Na+, CaCO3), serpentinita (HCO3-, Mg 2+, CaCO3) y mediante oxidación de pirita (SO42-). Las correlaciones entre iones más significativas tienen lugar entre HCO3- y Na+ y entre el Cl- y el Na+.
La matriz de correlación de las variables correspondientes al grupo de aguas IV, se observa que el número de datos en este caso es N = 25 y son altamente significativas las correlaciones con un coeficiente r > 0.503. Las correlaciones más significativas con respecto al SST (r > 0.60) se obtienen con todos los iones, excepto con el Cl- y el SO42-. Las correlaciones entre iones más significativas son: HCO3- contra el Na+ y HCO3- contra el Mg 2+. Debía esperarse que los procesos de intermperismo sustentados por estas correlaciones fueran los de disolución de albita, calcita, serpentinita y oxidación de pirita. La matriz correspondiente muestra buena correlación entre HCO3- y Mg 2+ en entre HCO3- y Na+, lo cual indica que al menos los procesos de intemperismo de albita y serpentinita son soportados por los resultados de la correlación.
En las figuras 3 a, b, c, d del anexo VII, se ilustran en forma gráfica las relaciones entre los iones HCO3-, Cl-, Ca2+ y Mg2+ y los SST. Las líneas y coeficientes de correlación correspondientes se aprecian en la parte superior de la figura. A partir de estas ecuaciones se puede estimar la concentración en meq/L que aporta cada ion a la mineralización total, expresada en mg/L. En la tabla 5 se presentan las concentraciones en meq/L que debe aportar cada grupo de agua por cada 500 mg/L de minerales totales disueltos, acorde a las estimaciones de las ecuaciones de las líneas de regresión (figuras 3 a, b, c, d del anexo VII).

Tabla 5. Concentraciones en meq/L que debe aportar cada grupo de agua por cada 500 mg/L de minerales totales disueltos, acorde a las estimaciones de las ecuaciones de las correspondientes líneas de regresión

Grupo de agua HCO3- Cl- SO42- Na+ Ca2+ Mg2+
I 4.19 2.41 0.49 2.81 2.54 1.65
II 4.11 2.05 0.73 4.08 1.66 1.11
III 4.70 1.51 0.65 3.39 -0.16 2.28
IV 4.65 2.00 0.44 1.95 2.27 5.47



De los resultados que se muestran en la tabla 5 se infiere que las aguas del grupo I son las que más disuelven Ca2+, seguidas de las de los grupos II y IV, que drenan, principalmente, calizas y otros minerales carbonatados, mientras que las aguas del grupo III tienden a precipitar este ion. Con respecto al Mg2+, las aguas que mayor aporte hacen son las de los grupos III y IV, cuya fuente de magnesio proviene de las serpentinitas. El ion Cl- es mayormente aportado por las aguas del grupo I, seguidas de las de los grupos II y IV, lo que se debe, posiblemente, al contenido de halita de los suelos, donde sobreyacen las formaciones que drenan estas aguas. El ion Na+ estimado por las ecuaciones de regresión, aportado tanto por la halita como por la arenisca aparece en mayor abundancia en las aguas de los grupos II y III, al igual que el SO42-, asociado este último a la oxidación de las piritas.

En los resultados se observa que las aguas de los grupos I, II y IV presentan mayor concentración de cloruro de sodio, lo que no siempre está en correspondencia con la litología drenada. Estudios realizados evidencian una elevada concentración de cloruros y SST, como aspecto que diferencia los resultados obtenidos en Las Tunas con los de otras regiones de interés económico del país. J. C. Céspedes (2000). En estos estudios, se observa un predominio de la acumulación sódica y clórica, que es significativa en los municipios Puerto Padre, Manatí, Majibacoa, Amancio y Jobabo. Estos resultados corroboran que el aporte adicional del NaCl a la composición química de las aguas de los grupos II y III, correspondientes a fuentes ubicadas en sector Norte y Sur de Las Tunas, procede del suelo, lo que es coherente con los resultados obtenidos para los municipios Puerto Padre, Manatí, Jobabo y Amancio, como consecuencia del proceso de lixiviación a que son sometidos los suelos durante las precipitaciones.

Se ha podido comprobar que la litología determina, por lo general, las facies hidroquímicas dominantes en una región determinada, es decir, el tipo de agua. Para facilitar la interpretación de la relación entre la composición química del agua y la litología drenada en Las Tunas, se analizan aquellos patrones donde se han extraído los componentes del agua de lluvia y el cloruro de sodio. Los principales procesos geoquímicos que explican el origen de la composición química de las aguas que drenan los materiales acuíferos y las relaciones estequiométricas en que se producen estos procesos (Tabla 6 del anexo VIII), de acuerdo con la composición mineralógica de las rocas presentes en la provincia, expresada en % en términos de patrones hidrogeoquímicos (Tabla 3 a, b, c del anexo IV), son: disolución de halita, disolución-precipitación de calcita, disolución-precipitación de dolomita, intemperismo de plagioclasas (Feldespatos sódicos), oxidación de pirita, intemperismo de serpentinitas y otras rocas básicas y ultrabásicas.


CONCLUSIONES


1. La composición química de las aguas de abasto público de la provincia de Las Tunas es variada, debido a la complejidad litológica del territorio (presencia de calizas, calizas dolomitizadas, margas, areniscas, tobas, basaltos, granitoides); así como el alto contenido de cloruro de sodio adquirido en el suelo de la zona de alimentación del acuífero.
2. Las principales facies hidroquímicas son: bicarbonatadas cloruradas y cloruradas bicarbonatadas cálcicas, magnésicas, sódicas y mixtas con respecto a los cationes.
3. Los patrones hidrogeoquímicos originales son difíciles de interpretar en función de los procesos de interacción agua-roca, pero se facilita su interpretación si se les extrae el contenido de NaCl. En este caso se distinguen cuatro grupos atendiendo al contenido relativo de los iones Ca2+, Mg2+ y Na+: Grupo I (Ca2+>Mg2+); Grupo II (Na+; Ca2+>Mg2+); Grupo III (Na+; Mg2+> Ca2+); Grupo IV (Mg2+> Ca2+).
4. En cada grupo de agua existen por lo general, correlaciones matemáticas significativas entre las variables hidroquímicas relacionadas con los procesos de interacción agua roca y de adquisición de cloruro de sodio: HCO3-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, CaCO3 y TSS. El grado de significación de estas correlaciones sirve para identificar el predominio relativo de uno u otro proceso.
5. Los patrones hidrogeoquímicos a los cuales se le ha extraído el NaCl son típicos de las aguas que reaccionan con los minerales constitutivos de los acuíferos presentes en la región estudiada (calcita, dolomita, plagioclasa sódica, serpentinita y mezcla de minerales).
6. Las aguas subterráneas se caracterizan por presentar un alto contenido de minerales disueltos, siendo las de tipo superficial (aguas de presa) menos mineralizadas. La composición de estas aguas sigue los siguientes caminos evolutivos:
• En presencia de calizas dolomitizadas o serpentinitas: Cl-Na  HCO3>Cl- Ca>Mg>Na  HCO3>Cl-Na>Ca>Mg  HCO3>Cl-Ca>Na>Mg  Cl>HCO3-Na>Mg>Ca.
• En presencia de calizas, calcarenitas y areniscas: Cl-Na  HCO3>Cl-Na>Ca.
7. El origen de la composición química de de dichas aguas se explica mediante procesos geoquímicos de disolución de halita, calcita, dolomita (o serpentinita) y plagioclasa, en diferentes proporciones.
8. Mediante experimentos cinéticos de disolución de carbonatos procedentes de las principales formaciones geológicas de la región, (Formaciones Vázquez y Güines), en agua destilada en condiciones de sistema cerrado respecto al CO2, se demuestra que a partir de los primeros 10 minutos de reacción se obtiene un mismo patrón hidrogeoquímico (típicos de una calcita y una dolomita respectivamente), lo que demuestra que sólo los iones HCO3-, Ca2+ y Mg2+ son aportados por el material acuífero.
9. Los estudios de series cronológicas ponen de manifiesto una gran variabilidad de la composición en las aguas superficiales y subterráneas más someras asociadas a los acuíferos carbonatados. En los acuíferos desarrollados en tobas y basaltos se obtienen valores de coeficientes de variación de SST más bajos, lo que indica una mayor estabilidad de la composición ante el efecto del ciclo hidrológico.
10. Las aguas subterráneas suelen estar más tiempo en estado de sobresaturación respecto a los minerales calcita y dolomita que las de tipo superficial, alcanzando las primeras el equilibrio químico con un mayor contenido de dureza. Ello se debe a la mayor disponibilidad de CO2 en el caso de las aguas subterráneas.
11. En los experimentos de simulación del proceso de adquisición de la composición química de las aguas que drenan carbonatos, se obtienen correlaciones altamente significativas entre la conductividad eléctrica y las concentraciones de los iones bicarbonato, calcio y magnesio, mediante el modelo de la línea recta que pasa por el origen de coordenadas. Estos experimentos sirven de base para el empleo de modelos matemáticos en la estimación de la composición química de las aguas de abasto de la provincia, a través de mediciones de conductividad eléctrica y el empleo de modelos matemáticos específicos para cada fuente.
12. Las estimaciones realizadas en aguas de abasto de la localidad, utilizando diferentes modelos matemáticos presentan un valor de similitud media (IS) que varía entre 0,819 y 0,946, lo que representa una semejanza entre 82 y 95 % respectivamente. Estos resultados demuestran que es posible utilizar esos modelos para el monitoreo de las calidad hidroquímica de las aguas de la provincia de Las Tunas.

RECOMENDACIONES

1. La realización de estudios más precisos, que incluyan a otras fuentes de agua de la provincia no contempladas y que permitan analizar los procesos geoquímicos identificados en esta investigación, para evaluar con mayor rigurosidad el procedimiento empleado y la metodología propuesta con el propósito de elevar la efectividad en la gestión de este recurso natural y su empleo con calidad en las actividades socioeconómicas locales.

2. La implementación de los programas informáticos HIDROGEOQUÍM, MODELAGUA, SIMUCIN, GEOQUÍM, basados en modelos químico-físicos, hidrogeológicos y estadísticos, que ofrecen ventajas en la caracterización hidrogeoquímica en cuencas hidrográficas y redes de control de la calidad al evaluar los tipos de aguas, su variación estacional en el tiempo, su grado de agresividad y saturación respecto a los minerales constituyentes de las rocas por donde se mueven dichas aguas.


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14. Moran, J. E, T. P. Rose (2003). A chlorine-36 study of regional groundwater flow and vertical transport in southern Nevada. Environmental Geology, 43 (5): 592-605. Springer-Verlag. ISSN: 0943-0105.
15. Tóth, J. (2000). Las aguas subterráneas como agente geológico: causas, procesos y manifestaciones. Boletín Geológico y Minero, 111 (4): 9-25. Instituto Geológico Geominero (España). ISSN 0366-0176.
16. Wen, X; Y. Zhang (2004). Analysis of the exchange of groundwater and river water by using Radon-222 in the middle Heihe Basin of northwestern China. Environmental Geology, 45 (5): 647-653. Sprinteger-Verlag. ISSN: 0943-0105.
17. Zayas, Y (2004). Temas Seleccionados de Geografía Física General. Edit. Pueblo y Educación. La Habana. 2004. p.143

ANEXO I






Figura 2.1. Ubicación geográfica de la provincia de Las Tunas.




ANEXO II

Tabla 1 a. Formaciones geológicas, litología y patrones hidrogeoquímicos de las cuencas de Las Tunas
Sector hidrogeológico: Cuenca Tunas Norte.

No Edad (Símbolo) Formación Composición Cuenca Muestras
1 Neógeno (N11-2) Vázquez Margas, calizas y arcillas Chaparra,
Yarey-Maniabón,
La Cana P-12
P.87
P-104
P-175
El Cocal II
P-19
2 Neógeno (N12g) Puerto Padre Biocalcarenitas Puerto Padre Siete Aulas
Repato. Militar
P-53
3 K2m Caobilla Vulcanitas medio-ácidas, tobas, tufitas Puerto Padre-Manatí Acto. Manatí
P-105

Tabla 1 b. Sector hidrogeológico: Cuenca Sur de Las Tunas

No Edad (Símbolo) Formación Composición Cuenca Muestras
4
Neógeno (N13- N2) Güines Calizas biógenas, detríticas, dolomitizadas Sevilla Las Maboas
P-292
5 Neógeno (N12a) Arroyo Palmas Mergas, calizas biógenas arcillosas, calizas arenosas Sevilla, Colombia, Birama Carretera Amancio
6 Neógeno (N12a) Yayal Arcillas, calizas y margas Birama P-139


Tabla 1 c. Sector hidrogeológico: Macizo hidrogeológico del Cretácico.

No Edad (Símbolo) Formación Composición Cuenca Muestras
7 K2m Jimaguayú Calizas biógenas, margas, calcirruditas, areniscas Puerto Padre P-195
8
K2cp-m Yáquimo Margas, calizas, areniscas, rocas clásticas, tufitas, aleurolitas P-45
3 K2m Caobilla Vulcanitas medio-ácidas, tobas, tufitas P-32
9 K2cn-cp Contramaestre Areniscas tefroides, conglomerados, tobas, tufitas, aleurolitas, argilitas, calizas Presa Rincón
Presa Cayojo I
Presa Cayojo II
Central Jobabo
5ta Planta
P-248
10 K1-2al-t Guáimaro Lavas y tobas basalto-andesíticas, andesito-basaltos, calizas Edificio Parque
La Siberia
Alba Flores
Circunscripción 7
Cabecera Colombia
MINAZ
11 K1-2 Iberia Areniscas, diabasas, tobas, calizas y rocas clásticas P-180
CINTURÓN GRANODI ORÍTICO ASOCIACIÓN OFIOLITICA MESOZOICA
12 K2 Cuerpo de granitos y sienitas
13 K2 Plagiogranitas, granodioritas, tonalitas, dioritas cuarcíferas, granosienitas, sienitas, tonalitas, granitos
14  Serpentinitas, harzburguitas, lherzolitas, wherlitas, dunitas serpentinizadas


ANEXO III

Tabla 2 a Valores mínimos y máximos de los SST y la composición química relativa de las aguas. Cuenca Tunas Norte.

FORMA-CIÓN SITIO MUESTRA N SST
TIPO DE AGUA
Mínimo Medio Máximo Mínimo Medio Máximo
Vázquez Pto Padre P-12 30 561 701 881 HCO3>Cl-Ca>Mg HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl-Ca>Na>Mg
Vázquez Pto Padre P-104 143 227 626 1056 HCO3>Cl-Ca>Na HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl>Na>Ca
Vázquez Pto Padre P-87 101 375 675 1706 HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Ca>Na>Mg Cl>HCO3-Na>Mg
Vázquez Manatí P-19 48 382 831 1343 HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca
Vázquez Menéndez P-175 68 1156 1514 1691 HCO3>Cl-Na>Mg HCO3>Cl-Na HCO3>Cl-Na
Vázquez Menéndez El Cocal II 25 1741 1902 2143 Cl>HCO3-Na>Mg Cl>HCO3-Na>Mg Cl>HCO3-Na>Mg
Pto.Padre Pto Padre Siete Aulas 13 1816 2009 2283 HCO3>Cl-Na>Mg HCO3>Cl-Na>Mg HCO3>Cl-Na
Pto.Padre Pto Padre Rto Militar 9 2012 2211 2339 HCO3>Cl-Na>Mg HCO3>Cl-Na>Mg HCO3>Cl-Na
Pto.Padre Menéndez P-53 52 679 1184 1856 HCO3>Cl-a>Mg>Ca HCO3>Cl-Na>Mg Cl>HCO3 -Na
Caobilla Manatí Acto Manatí 24 2483 2768 3212 HCO3>Cl-Na HCO3>Cl-Na HCO3>Cl-Na
Caobilla Pto Padre P-105 34 531 728 1022 HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl-Na>Ca>Mg


Tabla 2 b. Valores mínimos y máximos de los SST y la composición química relativa de las aguas. Cuenca Sur de Las Tunas.

FORMA-CIÓN SITIO MUESTRA N TSS
TIPO DE AGUA

Mínimo Medio Máximo Mínimo Medio Máximo
Güines Amancio Las Maboas 22 980 1173 1411 HCO3>Cl-a>Mg>Na HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl-Na>Ca>Mg
Güines Amancio P-292 12 787 953 1258 HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Ca
A. Palma Amancio C. Amancio 47 751 1553 1657 HCO3>Cl-Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Mg>Ca Cl>HCO3-Na>Ca
Yayal Colombia P-139 38 482 800 1132 HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl-Ca>Na Cl>HCO3-Na>Ca>Mg



Tabla 2 c. Valores mínimos y máximos de los SST y la composición química relativa de las aguas. Macizo Hidrogeológico del Cretácico.

FORMA-CIÓN SITIO MUESTRA N TSS
TIPO DE AGUA
Mínimo Medio Máximo Mínimo Medio Máximo
Jimaguayú Colombia P-195 16 454 533 584 HCO3-Ca>Mg HCO3-Ca HCO3-Ca>Na
Yáquimo Amancio P-45 12 418 462 542 Cl>HCO3-Mg>Na Cl>HCO3-Mg>Na Cl>HCO3-Mg>Na
Caobilla Manatí P-32 14 2255 2336 2404 Cl>HCO3-Na Cl>HCO3-Na Cl>HCO3-Na
Contramt Majibacoa Presa Rincón 84 221 441 873 HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Mg>Ca
Contramt Las Tunas Presa Cayojo I 147 196 385 1896 HCO3>Cl-Na>Mg>Ca HCO3>Cl-Na>Ca>Mg Cl>HCO3-Na
Contramt Las Tunas Presa Cayojo II 63 213 445 1900 HCO3>Cl-Na>Mg>Ca HCO3>Cl-Na>Ca>Mg Cl>HCO3-Na
Contramt Jobabo Central Jobabo 23 1124 1438 1924 HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Ca>Mg
Contramt Jobabo Quinta Planta 17 1359 1481 1776 HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca
Contramt Jobabo P-248 60 1113 1281 1382 Cl>HCO3-Mg>Ca>Na Cl>HCO3-Na>Mg>Ca Cl>HCO3-Na>Ca>Mg
Guáimaro Colombia Edificio Parque 10 922 1030 1120 HCO3>Cl-Ca>Mg>Na HCO3>Cl-Ca>Na>Mg HCO3>Cl-Ca>Na>Mg
Guáimaro Colombia La Siberia 12 1202 1354 1606 HCO3>Cl-Na>Mg>Ca HCO3>Cl-Ca>Mg>Na HCO3>Cl-Na>Ca>Mg
Guáimaro Colombia Alba Flores 25 899 977 1047 HCO3>Cl-Na>Mg>Ca HCO3>Cl-Na>Mg>Ca HCO3>Cl-Na
Guáimaro Colombia Circunscripción 7 11 1735 1968 2159 HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca
Guáimaro Colombia C. Colombia 13 1182 1391 1634 HCO3>Cl-Na>Ca>Mg HCO3>Cl-Na>Ca HCO3>Cl-Na>Ca
Guáimaro Colombia MINAZ Colombia 13 852 933 1030 HCO3>Cl-Mg>Ca>Na HCO3>Cl-Mg>Ca>Na HCO3>Cl-Mg>Na>Ca
Iberia Pto Padre P-180 12 1164 1338 1577 HCO3-Na>Mg HCO3>Cl-Na>Mg HCO3>Cl-Na>Mg

ANEXO IV
Tabla 3 a. Patrones originales y a los que se le han extraídos los componentes del agua de lluvia y el Cloruro de Sodio. Cuenca Tunas Norte.
Muestra Patrones Originales Patrones Extraídos
Mínimo Medio Máximo Mínimo Medio Máximo
P-19 523-325 613-361 721-271 145-163 532-172 523-172
P-87 541-451 352-271 613-532 154-181 163-181 136-163
P-12 253-361 352-361 352-361 163-181 163-181 163-181
P-104 361-271 352-271 532-361 181-181 163-181 541-181
P-105 541-361 352-361 541-253 154-181 163-181 352-172
P-53 523-361 523-361 811-631 136-172 325-181 613-181
P-175 712-271 811-271 712-352 235-181 712-181 325-172
Acto Manatí 811-361 811-361 811-451 811-181 811-181 811-181
El Cocal II 523-451 613-451 712-451 136-181 325-181 523-181
Siete Aulas 613-361 712-271 712-361 523-181 613-181 712-181
Reparto Militar 712-361 712-451 712-451 523-181 523-181 523-181

Tabla 3 b. Patrones originales y a los que se le han extraídos los componentes del agua de lluvia y el Cloruro de Sodio. Cuenca Sur de Las Tunas.
Muestra Patrones Originales Patrones Extraídos
Mínimo Medio Máximo Mínimo Medio Máximo
P-139 352-451 352-361 523-541 172-181 172-181 145-181
C. Amancio 154-361 523-451 721-631 154-181 145-181 154-181
Las Maboas 253-361 352-361 532-361 154-181 154-181 253-181
P-292 631-361 532-361 532-361 352-181 154-181 532-181

Tabla 3 c. Patrones originales y a los que se le han extraídos los componentes del agua de lluvia y el Cloruro de Sodio. Macizo Hidrogeológico del Cretácico.
Muestra Patrones Originales Patrones Extraídos
Mínimo Medio Máximo Mínimo Medio Máximo
P-32 712-541 712-451 712-451 523-172 613-181 613-181
P-180 613-181 712-271 712-271 523-181 613-181 613-181
Alba Flores 523-271 523-272 712-361 523-181 523-181 712-181
Edificio Parque 253-271 352-271 352-271 163-181 163-181 163-181
Circunscrip 7 532-271 532-271 631-352 352-172 532-172 532-172
La Siberia 523-271 253-361 532-361 145-181 154-181 154-181
Cabecera Colombia 631-361 532-271 631-271 532-181 532-181 451-181
MINAZ Colombia 235-361 235-361 325-361 145-181 145-181 145-181
P-195 181-181 172-181 172-181 181-181 172-181 172-181
P-45 325-451 325-541 325-541 127-172 127-172 127-172
Presa Rincón 532-451 532-451 532-451 253-181 253-181 136-181
Presa Cayojo I 532-451 532-451 712-541 145-181 253-181 523-172
Presa Cayojo II 532-451 532-451 712-451 235-181 253-181 613-181
P-248 235-631 523-541 532-541 145-181 145-181 154-181
Central Jobabo 352-451 532-451 631-451 163-181 154-181 253-181
Quinta Planta 532-451 532-451 631-451 352-181 163-181 352-181


ANEXO V

Tabla 4. Distribución de las muestras por grupos y patrones hidrogeoquímicos.
Grupo Patrón hidrogeoquímico resultante de la extracción de NaCl Tipo de agua del patón sin NaCl. Puntos de muestreo
Grupo I
(Ca>Mg) Patrón II (172-181) HCO3>Ca P-195
HCO3-Ca>Mg P-139
Patrón III (163-181) HCO3-Ca>Mg P-104
HCO3-Ca>Mg P-105
HCO3-Ca>Mg P-87
HCO3-Ca>Mg P-12
HCO3-Ca>Mg Quinta Planta
HCO3-Ca>Mg Edificio Parque
Patrón IV (154-181) HCO3-Ca>Mg La Siberia
HCO3-Ca>Mg Las Maboas
HCO3-Ca>Mg P-292
HCO3-Ca>Mg Central Jobabo
Patrón V (145-181) Dolomita HCO3-Ca>Mg P-248
HCO3-Ca>Mg Carretera Amancio
Grupo II
(Na, Ca>Mg) Patrón VII (532-181)
HCO3-Na>Ca P-19
HCO3-Na>Ca Circunscripción 7
Patrón VIII (352-181) HCO3-Ca>Na Cabecera Colombia
Patrón IX (253-181) HCO3-Ca>Mg>Na Presa Rincón
HCO3-Ca>Mg>Na Presa Cayojo I
HCO3-Ca>Mg>Na Presa Cayojo II
Grupo III
(Na, Mg>Ca) Patrón X (811-181) HCO3-Na Acueducto Manatí
Patrón XI (712-181) HCO3-Na>Mg P-175
Patrón XII (613-181) HCO3-Na>Mg P-180
HCO3-Na>Mg P-32
HCO3-Na>Mg>Ca Siete Aulas
Patrón XIII (523-181) HCO3-Na>Mg>Ca Reparto Militar
HCO3-Na>Mg Alba Flores
Patrón XIV (325-181) HCO3-Mg>Na P-53
HCO3-Mg>Na El Cocal
Grupo IV
(Mg>Ca) Patrón V (145-181) Serpentinita HCO3-Mg>Ca MINAZ
Patrón VI (127-181) HCO3-Mg>Ca P-45


ANEXO VI

Grupo I (Ca>Mg)
PH I: 181-181 PH II: 172-181
PH III: 163-181 PH IV: 154-181
PH V: 145-181

Grupo IV (Mg>Ca)

PH V: 145-181 PH VI: 127-181





Figura 2 a. Patrones hidrogeoquímicos extraídos correspondientes a cada grupo de agua de la provincia de las Tunas. Grupos I y IV.

Grupo II (Na, Ca>Mg)

PH VII: 532-181 PH VIII: 352-181
PH IX: 253-181

Grupo III (Na, Mg>Ca)
PH X: 811-181 PH XI: 712-181
PH XII: 613-181 PH XIII: 523-181

PH XIV: 325-181



Figura 2 b. Patrones hidrogeoquímicos extraídos correspondientes a cada grupo de aguas de la provincia de las Tunas. Grupos II y III.

ANEXO VII







Figura 3 a. Correlaciones entre SST y HCO3-, Cl-, Ca2+ y Mg2+ en las aguas del grupo I









Figura 3 b. Correlaciones entre SST y HCO3-, Cl-, Ca2+ y Mg2+ en las aguas del grupo II















Figura 3 c. Correlaciones entre SST y HCO3-, Cl-, Ca2+ y Mg2+ en las aguas del grupo III









Figura 3 d. Correlaciones entre SST y HCO3-, Cl-, Ca2+ y Mg2+ en las aguas del grupo IV

ANEXO VIII


Tabla 6. Principales procesos geoquímicos y patrones que explican el origen de la composición química de las aguas en Las Tunas.

Proceso geoquímico y su formulación
1. Disolución de halita
NaCl (s) = Na+ (ac) + Cl- (ac)
Halita
2. Disolución – precipitación de calcita
CO2 (g) + H2O (l) + CaCO3 (s) = Ca2+ (ac) + 2 HCO32- (ac)
Calcita
3. Disolución – precipitación de dolomita
2 CO2 (g) + 2 H2O (l) + CaMg(CO3)2 (s) = Ca2+ (ac) + Mg2+ (ac) + 4 HCO32- (ac)
Dolomita
4. Intemperismo de plagioclasas:
(x NaAlSi3O8 + y CaAl2Si2O8) = NaACaBAlCSiDO8
Albita Anorthita Plagioclasa
(x+y) NaxCayAlx+2ySi3x+2yO8 (ac) + (x+2y) CO2 (g) + (11/2x+3y) H2O (l) = x Na+ (ac)+ y Ca2+(ac) + (x+2y) HCO3- (l) + 2x H4SiO4 (ac)
Plagioclasa
+ (x/2 + y) Al2Si2O5(OH)4 (s) (x = moles de Na+; y = moles de Ca2+)
Caolinita
5. Intemperismo de serpentinita
12 CO2 (g) + 10 H2O (l) + Mg6Si4O10(OH)8 (s) = 6 Mg2+ (ac) + 4 H4SiO4 (ac) + 12 HCO32- (ac)
Serpentinita
6. Oxidación de pirita
2 FeS2 (s)+ 7 O2 (g) + 8 HCO3- (ac) = 2 Fe(OH)2 (s) + 4 SO42- (ac) +8 CO2 (g) + 2 H2O (l)
Pirita Hematita


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