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FACTIBILIDAD DE BOMBEO PARA PROVEER AGUA
AL RIO PARQUE TECATE
Victor Miguel Ponce
Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental
Universidad Estatal de San Diego, California
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CONTENIDO
1. RESUMEN EJECUTIVO |
1. RESUMEN EJECUTIVO
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Este estudio analiza la factibilidad de bombear agua tratada para proveer agua para el proyecto del Río Parque Tecate.
El R´io Tecate es un río efímero (arroyo) y por tanto lleva agua solamente durante fuertes lluvias y avenidas.
La avenida de 10 años se ha estimado en 79 m3/s (79,000 L/s).
Una cantidad de agua tratada, estimada entre 40 L/s y un máximo de 300 L/s podría estar disponible para beneficiar el Río Parque.
Aquí se estudia el destino final de esta agua, una vez entregada al Río Parque.
La conductividad hidráulica del material de lecho en el Río Tecate se ha medido in-situ en seis lugares, marcados de RP-1 a RP-6 en la
dirección aguas abajo. El material consiste de arenas pobremente graduadas (SP) y arenas finas con limo (SP-SM), con algunas excepciones.
Pruebas in-situ muestran que la conductividad hidráulica varía de alta a muy alta.
El tránsito de los flujos demuestra que para conductividades muy altas, el agua entregada será rápidamente
abstraída hacia el agua subterránea,
y muy poco de ella permanecerá en las aguas superficiales.
De otra forma, para conductividades altas, una fracción importante
de las aguas entregadas permanecerán
como parte de las aguas superficiales y en la zona vadosa, y estará disponible para evapotranspiración.
Los lugares RP-1 y RP-6 mostraron valores muy altos de conductividad hidraulica, mientras que los lugares
RP-2 y RP-4 mostraron valores menores.
Una alternativa podría ser la construcción de un canal piloto de 2 m de ancho,
exclusivamente con el propósito de optimizar la permanencia del agua entregada en las aguas superficiales.
El agua superficial beneficiará directamente al Río Parque mediante un incremento de la calidad del paisaje.
Las aguas subsuperficiales (vadosas y subterráneas) beneficiarían al Río Parque a través de la vegetación
riparia. La recarga del agua subterránea beneficiará al manto acuífero local.
2. ANTECEDENTES [Subir]
El proyecto Río Parque Tecate está siendo considerado para rehabilitar el Arroyo Tecate, en Tecate, Baja California. El proyecto comprende 11 km de río, medidos del punto aguas arriba en el Puente San José II (Fig. 1. flecha derecha) al punto aguas abajo en el Puente la Puerta (Fig. 1. flecha izquierda).
Fig. 1 Localización del Río Parque Tecate, delimitado por las flechas rojas. |
El proyecto considera varias funciones naturales y antropogénicas del río (arroyo), a seguir:
- Mitigación del riesgo de inundación
- Recarga del acuífero
- Preservación de los corredores riparios o ribereños
- Cumplimiento de las restricciones federales referentes a la zona de inundación
- Aumento de áreas para recreación, deportes, y ecoturismo
- Mejoramiento de la calidad del agua
- Preservación de la biodiversidad
- Mejoramiento del paisaje.
El proyecto está siendo propuesto por la Municipalidad de Tecate y la Fundación La Puerta A.C., con el apoyo del gobierno y empresas privadas que tienen un rol importante en el manejo de los recursos hídricos en Tecate:
- Secretaría de Infraestructura y Desarrollo Urbano (SIDUE)
- Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tecate (CESPTE)
- Cervecería Cuauhtémoc Moctezuma, S.A. (CCM)
Una preocupación del proyecto es cómo proveer un flujo constante de agua a los tramos localizados aguas arriba del parque. En los primeros 4 km, que incluyen la zona de El Descanso, el Río Tecate no tiene agua superficial permanente, y la napa freática se encuentra a más de 3 m de profundidad. Por lo tanto, la vegetación ribereña es escasa.
CCM está tratando 20 L/s en su Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR CCM) y descargando este gasto en el Río Tecate a casi 200 m aguas abajo de su planta industrial en Tecate. CESPTE está procesando 150 L/s en su planta de tratamiento (PTAR CESPTE) y está descargando este gasto al Río Tecate. Ambos gastos se mueven aguas abajo y se juntan con las aguas superficiales y subterráneas del Arroyo Alamar y el Río Tijuana. CESPTE espera que el efluente de su planta de tratamiento eventualmente llegue a 200 L/s para el año 2009, conforme el desarrollo urbano de Tecate continua expandiéndose. Actualmente se está planeando aumentar la capacidad de PTAR CESPTE a 300 L/s para el año 2020, mediante la adición de un tercer tanque filtrante de percolación (trickling filter tank).
Está en discusión la factibilidad de asignar una fracción de esta agua tratada al Río Parque Tecate. Tanto CCM como CESPTE han ofrecido bombear una cierta cantidad de agua desde sus lugares de efluencia respectivos, a un lugar aguas arriba aún no determinado, donde serviría para los propósitos del Río Parque. Mientras que CCM ha ofrecido asignar 20 L/s, CESPTE ha ofecido inicialmente proveer 40 L/s. CESPTE espera comercializar el resto del agua tratada en su planta a terceras personas. Por tanto, un total del 60 L/s han sido tentativamente considerados para beneficio del Río Parque. El valor preciso de la cantidad de agua a bombear para el proyecto Río Parque Tecate debe ser determinado mediante un estudio futuro y el acuerdo consiguiente entre las partes interesadas.
Las partes reconocen que la descarga actual de 170 L/s al Río Tecate (150 L/s de PTAR CESPTE y 20 L/s de PTAR CCM) está beneficiando al río y su vegetación riparia aguas abajo del punto de descarga. Por lo tanto, una cierta cantidad de agua reciclada tendrá que permanecer en el punto actual de descarga para continuar beneficiando a los tramos aguas abajo, incluyendo la zona de El Rincón y sus vecindades.
Se perciben varios beneficios del esquema de bombeo propuesto, a saber:
- El agua se quedará en Tecate y se reusará en el parque, en vez de dejar la cuenca y beneficiar otros usuarios aguas abajo.
- El agua tratada apoyará el concepto del Río Parque, aumentando la calidad de vida de los residentes de Tecate.
- Una cantidad considerable del agua bombeada llegará eventualmente al agua subterránea, contribuyendo a la recarga del acuífero, lo cual es muy deseable.
- El costo podrá ser alto, particularmente los costos de operaci&oacue;n y mantenimiento.
- No se conoce el destino del agua bombeada, dado su pequeño valor (40-300 L/s), comparado con la capacidad de conducción del canal de avenida. Como ejemplo, la Comisión Nacional del Agua (1998) ha determinado que la avenida de 10 años es 79,000 L/s.
- Dada la alta conductividad hidráulica del lecho del arroyo, la extensión espacial y temporal de los beneficios al agua superficial, subterránea, y vegetación quedan aún por establecer.
- La calidad del agua bombeada (Verano de 2004) no cumple con las normas vigentes. El planeado mejoramiento de PTAR CESPTE debe solucionar este problema.
- Los hábitats de aguas abajo del proyecto pueden ser afectados negativamente si el agua que actualmente llega a ellos es bombeada aguas arriba.
3. OBJETIVOS [Subir]
El objetivo de este estudio es examinar las factibilidad técnica del esquema de bombeo propuesto para proveer agua al Río Parque Tecate. Específicamente, el estudio busca determinar el destino del agua una vez que ésta es bombeada y entregada en un punto aguas arriba. Se busca responder a las siguientes preguntas:
- Cuál es el destino del agua bombeada una vez que es entregada? Qué tan rápido infiltrará? Qué tan profunda será la infiltración?
- El agua entregada beneficiará al agua superficial? Hasta qué punto?
- El agua entregada beneficiará al agua subterránea? Hasta qué punto?
- El agua entregada beneficiará a la vegetación riparia o ribereña?
- Cuál será el impacto longitudinal del agua bombeada en las aguas superficiales, subterráneas, y vegetación en el proyecto Río Parque Tecate?
- Cuál es el óptimo punto de entrega de las aguas de bombeo?
4. METODOLOGÍAS [Subir]
4.1 Hidrología [Subir]
El componente hidrológico del estudio consiste en determinar la cantidad óptima de agua que deberá ser bombeada para cumplir con los objetivos del Río Parque. Siete posibles descargas se someten a consideración:
- 40 L/s;
- 60 L/s;
- 100 L/s,
- 150 L/s,
- 200 L/s,
- 250 L/s, y
- 300 L/s.
4.2 Hidráulica [Subir]
El componente hidráulico de este estudio tiene como objetivo establecer el destino del agua bombeada una vez que es entregada al Río Parque. Se consideran los siguientes pasos:
- Evaluar la conductividad hidráulica del lecho a lo largo del Río Tecate.
- Diseñar la sección transversal del canal para conducir la avenida de 10 años.
- Transitar las descargas de diseño, considerando las pérdidas por infiltración a lo largo del canal, para determinar los hidrogramas a lo largo del canal.
- Establecer volúmenes óptimos de descarga y su destino.
La sección transversal típica se ha diseñado usando principios de la hidráulica de canales abiertos. Se ha usado la avenida de 10 años, la cual comúnmente se utiliza para establecer la zona federal. De acuerdo a los estudios de la Comisión Nacional del Agua (1998), este valor es 79 m3/s (79,000 L/s).
El esquema de bombeo entregará una descarga constante al punto aguas arriba o a cualquier otro punto alternativo que se determine. En ausencia de infiltración (lo que se llama en la hidrología "pérdidas por transmision en el canal"), esta descarga se trasladaría aguas abajo sin ningun cambio o atenuación (Ponce, 1989). En presencia de infiltración, como es el caso del Río Tecate, se requiere hacer un balance de masa en el volumen de control para poder determinar el hidrograma de salida (Fig. 38).
4.3 Vegetación [Subir]
La interacción entre el agua superficial y subterránea y las comunidades vegetales se analiza de la siguiente manera:
- Caracterización de la vegetación nativa e introducida en el tramo de estudio
- Evaluación de la calidad de las comunidades vegetales antes de la entrega del agua bombeada
- Evaluación de la interacción entre agua superficial-agua subterránea-vegetación después de la entrega del agua bombeada.
5. RECOLECCIÓN DE DATOS [Subir]
5.1 Descargas de avenida [Subir]
Las descargas de avenida para el Río Tecate han sido determinadas por la Comisión Nacional del Agua (1998). Dos localizaciones se consideran para propósitos de este estudio:
- Una aguas arriba, inmediatamente aguas abajo de la confluencia de la Cañada Joe Bill y el Arroyo San Pablo.
- Una aguas abajo, inmediatamente aguas abajo de El Descanso y aguas arriba de la zona urbana de Tecate propiamente dicha.
Cuadro 1. Descargas de avenida en el tramo de estudio (CNA, 1998).
| Frecuencia | (yr) Descarga aguas arriba | (m3/s) Descarga aguas abajo | (m3/s) Descarga adoptada | (m3/s) 10
| 76.3
| 81.8
| 79
| 20
| 112.2
| 124.8
| 119
| 50
| 160.9
| 183.5
| 172
| 100
| 200.6
| 231.8
| 216
| 500
| 313.7
| 369.5
| 342
| | ||||
5.2 Pendiente del canal [Subir]
La pendiente del canal se determinó de un mapa a escala 1:24000 producido por MapTech. Los resultados se muestran el el Cuadro 2. La pendiente promedio en el tramo de estudio es 0.0067.
Cuadro 2. Pendientes del canal en el tramo de estudio.
| Incremento de elevación | (m) Distancia a lo largo del canal | (m) Pendiente | (m/m) 560-540
| 3645
| 0.0055
| 540-520
| 2293
| 0.0087
| 560-520
| 5938
| 0.0067
| | |||
5.3 Conductividad hidráulica [Subir]
La conductividad hidráulica del lecho del Río Tecate se midió con pruebas in-situ de infiltración. Se hicieron dieciocho (18) pruebas en seis lugares localizados a lo largo del tramo de estudio, como se muestran en la Fig. 2 (tres pruebas en cada lugar). Las pruebas están numeradas de RP-1 en la vecindad del Puente San José II, a RP-6 en la vecindad de la Cervecería Cuauhtémoc Moctezuma (ver Cuadro 3). Este último se considera como el punto aguas abajo del proyecto de bombeo, el cual se prevee que beneficiará primeramente al tramo de RP-1 a RP-5 del Río Tecate.
Fig. 2 Localización de los lugares donde se midió la conductividad hidráulica. |
Cuadro 3. Coordenadas geográficas de los lugares de prueba.
| Localización
| Latitud
| Longitud
| RP-1
| 32o 33.664' N
| 116o 34.796' W
| RP-2
| 32o 33.492' N
| 116o 35.454' W
| RP-3
| 32o 33.690' N
| 116o 36.145' W
| RP-4
| 32o 33.907' N
| 116o 36.547' W
| RP-5
| 32o 34.157' N
| 116o 36.928' W
| RP-6
| 32o 34.114' N
| 116o 37.800' W
| | |||
Las figuras 3 a 8 muestran vistas del Río Tecate en los lugares donde se hicieron las pruebas de infiltración. Se nota particularmente la variación en el ancho del canal natural. El Cuadro 4 muestra las caraterísticas geométricas de las secciones transversales.
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Cuadro 4. Propiedades geométricas de las secciones transversales existentes.
| Localización
| Ancho inferior (fondo) | (m) Ancho superior | (m) Profundidad | (m) RP-1
| 17.0
| 27.0
| 2.5
| RP-2
| 78.0
| 88.8
| 3.2
| RP-3
| 37.0
| 42.0
| 2.5
| RP-4
| 43.0
| 63.0
| 5.0
| RP-5
| 30.0
| 42.0
| 3.0
| RP-6
| 12.0
| 28.0
| 4.0
| | |||
El equipo usado para medir la conductividad hidráulica in-situ se muestra en la Fig. 9.
Un volumen conocido de agua
V (Cuadro 5, Columna 2)
se agrega en el cilindro interior (de sección transversal A = 83.97 cm2)
mientras se mantiene una carga equivalente de agua en el cilindro exterior.
Se mide el tiempo T que dura la percolación del agua en el cilindro interior (Cuadro 5, Columna 3).
La conductividad hidráulica se calcula como sigue:
K = (V /T ) / A .
El Cuadro 5 muestra los resultados de las pruebas de infiltración. Estos son valores iniciales en vez de finales; por lo tanto, son un poco más altos que los valores de conductividad hidráulica efectiva (Horton, 1933).
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Cuadro 5. Resultados de las pruebas de conductividad
hidráulica.
| Localización | (RP) Volumen | (cm3) Tiempo
| Conductividad hidráulica
| Clasificación por el S.U.C.S.
| (m/s)
| (cm/s)
| (cm/h)
| 1-A
| 500
| 01' 53"
| 0.0005270
| 0.05270
| 189.7
| Arena pobremente graduada (SP)
| 1-B
| 500
| 02' 21"
| 0.0004223
| 0.04223
| 152.0
| Arena pobremente graduada (SP)
| 1-C
| 500
| 01' 29"
| 0.0006690
| 0.06690
| 240.9
| Arena pobremente graduada (SP)
| 1
| -
| -
| 0.0005390
| 0.05390
| 194
| SP
| 2-A
| 500
| 39' 05"
| 0.0000254
| 0.00254
| 9.14
| Arena fina limosa (SM)
| 2-B
| 300
| 18' 46"
| 0.0000317
| 0.00317
| 11.42
| Arena fina limosa (SW-SM)
| 2-C
| 300
| 32' 23"
| 0.0000183
| 0.00183
| 6.62
| Arena fina limosa (SM)
| 2
| -
| -
| 0.0000251
| 0.00251
| 9.04
| SM and SW-SM
| 3-A
| 500
| 01' 30"
| 0.0006616
| 0.06616
| 238.2
| Arena pobremente graduada (SP)
| 3-B
| 500
| 16' 47"
| 0.0000591
| 0.00591
| 21.29
| Arena fina limosa (SM)
| 3-C
| 500
| 17' 47"
| 0.0000558
| 0.00558
| 20.09
| Arena fina limosa (SM)
| 3
| -
| -
| 0.0002590
| 0.02590
| 93.2
| SM and SP
| 4-A
| 300
| 35' 30"
| 0.0000167
| 0.00167
| 6.04
| Arena fina limosa (SW-SM)
| 4-B
| 300
| 03' 14"
| 0.0001842
| 0.01842
| 66.3
| Arena bien graduada (SW)
| 4-C
| 500
| 18' 23"
| 0.0000540
| 0.00540
| 19.43
| Arena fina limosa (SW-SM)
| 4
| -
| -
| 0.0000850
| 0.00850
| 30.6
| SW-SM and SW
| 5-A
| 300
| 45' 30"
| 0.0000131
| 0.00131
| 4.71
| Arena fina con arcilla (SC)
| 5-B
| 500
| 01' 58"
| 0.0005046
| 0.05046
| 181.7
| Arena bien graduada (SW)
| 5-C
| 500
| 05' 07"
| 0.0001940
| 0.01940
| 69.8
| Arena bien graduada (SW)
| 5
| -
| -
| 0.0002370
| 0.02370
| 85.3
| SW and SC
| 6-A
| 500
| 00' 19"
| 0.0031339
| 0.31339
| 1128.2
| Arena pobremente graduada (SP)
| 6-B
| 500
| 01' 38"
| 0.0006076
| 0.06076
| 218.7
| Arena pobremente graduada (SP)
| 6-C
| 500
| 00' 46"
| 0.0012944
| 0.12944
| 466.0
| Arena pobremente graduada (SP)
| 6
| -
| -
| 0.0016800
| 0.16800
| 605
| SP
| | ||||||||
La Figura 10 muestra los resultados del análisis granulométrico. Se confirman las clasificaciones del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) (SP, SW, SW-SM, SM y SC). Las muestras de los lugares 2, 3, 4, y 5 tienen una apreciable cantidad de finos.
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El Servicio de Conservación de los Recursos Naturales de los Estados Unidos (USDA NRCS) especifica valores de conductividad hidráulica efectiva en el Capítulo 19 del Manual Nacional de Ingeniería No. 4 - Hidrología (NRCS, 1993). La conductividad hidráulica efectiva representa un promedio espacial-temporal de la velocidad de infiltración, y considera la influencia de la temperatura, concentración de sedimentos, irregularidades en el flujo, errores en los datos, y variaciones del perímetro mojado. Este cuadro, mostrado aquí como Cuadro 6, se usa para estimar valores de conductividad hidráulica en ausencia de mediciones.
| Cuadro 6. Conductividad hidráulica efectiva vs.
características del material del lecho (USDA NRCS, 1993). Descripción
| Características del material del lecho
| Conductividad hidráulica efectiva
| (in/h) |
(cm/h) |
Muy alta
| Grava y arena limpia
| Mayor de 5
| Mayor de 12.7
| Alta
| Arean y grava limpia
| 2 - 5
| 5.08 - 12.7
| Moderadamente alta
| Arena y grava con poco limo y arcilla
| 1 - 3
| 2.54 - 7.62
| Moderada
| Arena y grava con mucho limo y arcilla
| 0.25 - 1
| 0.635 - 2.54
| Baja
| Material consolidado, con alto contenido de limo y arcilla
| 0.001 - 0.1
| 0.00254 - 0.254
| | |||||
Las siguientes conclusiones se obtienen de los ensayos de conductividad hidráulica:
- La conductividad hidráulica de los sitios RP-1 y RP-6 es muy alta, lo que indica la presencia de arenas pobremente graduadas (SP).
- La conductividad hidráulica del sitio RP-2 es alta, lo que indica la presencia de arenas finas limosas (SW-SM).
- La conductividad hidráulica de los sitios RP-3, RP-4 y RP-5 varía de alta a muy alta, lo que indica la presencia de una combinación de arenas pobremente graduadas (SP), arenas finas limosas (SW-SM), y arenas finas con apreciable contenido de limo y arcilla (SM or SC).
5.4 Profundidad al agua subterránea [Subir]
Se hicieron cuatro (4) pozos para explorar la profundidad del agua subterránea a lo largo del Río Tecate. Estos pozos se hicieron el 22 de junio del 2004 en los sitios RP-1, RP-3, RP-4, y RP-5. Los pozos (calicatas) se excavaron a mano hasta la profundidad de 1.5 m, y luego fueron continuados con auger hasta 3 m. (Fig. 11). El Cuadro 7 muestra los resultados.
Cuadro 7. Pozos para determinar la profundidad al agua
subterránea.
| Localización | Clasificación visual
| Clasificación unificada
| Comentarios
| RP-1
| Arena probremente graduada
| SP
| Arena seca, no hay presencia de agua freática.
| RP-3
| Arena fina limosa
| SM
| Arena con bastante humedad; no hay presencia de agua freática.
| RP-5
| Arena bien graduada
| SW
| Poca humedad a 3 m de profundidad; napa freática cercana.
| RP-6
| Arena pobremente graduada
| SP
| Presencia de napa freática a 3 m de profundidad.
| | ||||
Los resultados del Cuadro 7 permite hacer las siguientes conclusiones:
- La napa freática está a más de 3 m de profundidad en los subtramos aguas arriba (en la vecindad de RP-1 y RP-3).
- La napa freática está a 3 m de profundidad en los subtramos aguas abajo (en la vecindad de RP-5 y RP-6).
- Más aguas abajo, la napa freática está más superficial. Esto explica la ausencia de vegetación riparia en la vecindades de RP-1 a RP-3, y la presencia importante de vegetatión riparia aguas abajo de RP-5 y aguas arriba de RP-6.
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5.5 Vegetación existente [Subir]
La vegetación del Río Tecate consiste de comunidades riparias o ribereñas. Éstas se establecen en los bancos del río, y satisfacen sus necesidades de agua extrayendo (bombeando) las aguas vadosas y subterráneas. Con el correr de los años, estas comunidades están sujetas a alteraciones causadas por el abatimiento de la napa freática, la erosión superficial, o procesos fluviales dinámicos tales como la agradación y degradación del lecho.
La zona de estudio, desde RP-1 a RP-5, lo cual es una distancia de 4 km (El Descanso), tiene escasa vegetación riparia. Esto se atribuye al hecho de que la napa freática se encuentra a más de 3 m de profundidad.
Las especies representativas son el sauce(Salix spp.), el pino salado (Tamarix ramosissima), el huatamote (Baccharis glutinosa), y la ortiguilla (Urtica holosericea) (Fig. 12). La escasa vegetación arbórea existente está esparcida por toda la zona, como se muestra en las Fig. 13 a 17.
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La vegetación existente está sujeta a un alto grado de disturbio, caracterizado tanto por presiones antropogénicas como por decisiones de manejo que consisten en remover la vegetación para aumentar la conducción hidráulica del río durante las avenidas anuales. La remoción de vegetación riparia puede aumentar la conducción, pero puede llevar a un aumento en la erosión y transporte de sedimentos y, aún más importante, a menor alimentación del agua subterránea.
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Aguas abajo de RP-5 hay un aumento súbito en la densidad de la vegetación, representado por especies tales como el sauce (Salix spp.) (Fig. 18) y el pino salado (Tamarix ramosissima) (Fig. 19).
Actualmente, las únicas comunidades vegetales importantes en la zona de estudio son aquéllas que pueden beneficiarse directamente de la presencia cercana del agua subterránea. Es probable que el proyecto del Río Parque resulte en un aumento en la humedad en la zona vadosa y el nivel del agua subterránea. Esto contribuiría al reestablecimiento de la vegetación nativa y sustentaría la vegetación del Río Parque.
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El tiempo ideal para plantar es el segundo mes de la estación lluviosa, usualmente el mes de Noviembre. En otra época del año habrá que hacer uso de la irrigación para ayudar al establecimiento de la vegetación. El Cuadro 8 muestra una lista extensa de especies que son recomendadas para el Río Parque Tecate. Si se maneja apropiadamente, la vegetación riparia se convertirá en un bosque galería, lo cual será muy bueno desde el punto de vista del paisaje y la estética. El microclima resultante, más húmedo y frío que las zonas circundantes, contribuirá a aumentar la calidad de vida de los residentes de Tecate.
Cuadro 8. Especies vegetales
recomendadas para el Río Parque Tecate
(Delgadillo, 2004).
| Nombre común
| [Haga click para desplegar foto] Nombre científico
| Características
| Acacia
| Acacia spp.
| Árbol bajo
| Alamo
| Populus spp.
| Árbol alto, freático, estacionalmente decíduo
| Alamillo
| Brachyton populneus
| Árbol mediano, hojas perennes
| Algarrobo
| Ceratonia siliqua
| Árbol bajo
| Aliso
| Platanus racemosa
| Árbol alto, freático, estacionalmente decíduo
| Arce
| Acer platanoides
| Árbol mediano, estacionalmente decíduo
| Ceiba
| Ceiba spp.
| Árbol bajo, flores color naranja
| Pochote, | cedro espino Bombacopsis quinata
| Árbol bajo, flores color naranja
| Fresno
| Fraxinus uhdei
| Árbol mediano, freático, estacionalmente decíduo
| Gingko
| Ginkgo biloba
| Árbol mediano, abierto, estacionalmente decíduo
| Jacaranda
| Jacaranda mimosifolia
| Árbol mediano, abierto, con flores
| Magnolia
| Magnolia grandiflora
| Árbol mediano a alto, con flores
| Melaleuca
| Melaleuca quinquenervia
| Árbol mediano, de 5 a 7 m de alto
| Olmo
| Ulmus parviflora
| Árbol mediano, estacionalmente decíduo
| Orquídea de arbol
| Bauhinia divaricata
| Árbol mediano, abierto, flores color rosa
| Pata de vaca
| Cercis canadensis
| Árbol mediano, copa ancha, flores color rosa
| Pino australiano
| Podocarpus totora
| Árbol mediano
| Pino canario
| Pinus canariensis
| Árbol alto
| Pino de seda
| Grevillea robusta
| Árbol mediano
| Piocha
| Melia azedarach
| Árbol mediano, estacionalmente decíduo
| Sauce
| Salix spp.
| Árbol bajo, freático, estacionalmente decíduo
| Sauco
| Sambucus mexicana
| Árbol mediano, con flores
| Tabachín
| Caesalpinia pulcherrima
| Árbol mediano a alto, con flores
| Tecoma
| Tecoma stans
| Árbol mediano, con flores
| Trueno
| Ligustrum lucidum
| Árbol bajo
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5.6 Calidad de agua de la PTAR CESPTE [Subir]
Actualmente (Septiembre 2004), la PTAR CESPTE no está cumpliendo con las regulaciones ambientales mexicanas. Éstas establecen un valor máximo de demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) de 75 mg/L para descargas de efluentes a ríos, y de 30 mg/L para uso de agua reciclada (NOM-003-SEMARNAT-1998).
Los ensayos de laboratorio efectuados en el período de 30 meses desde Enero del 2002 a Junio de 2004 muestran la eficiencia de remoción de DBO5. La Fig. 20 muestra el DBO5 influente, la Fig. 21 muestra el DBO5 efluente, y la Fig. 22 muestra la eficiencia en la remoción de DBO5 en la PTAR CESPTE. El valor promedio de DBO5 para el período de análisis es 183 mg/L. El valor promedio de la eficiencia en la remoción de DBO5 es 50.7%.
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La Fig. 23 muestra los sólidos suspendidos totales (SST) influentes, la Fig. 24 los SST efluentes, y la Fig. 25 la eficiencia en la remoción de SST en la PTAR CESPTE. El promedio de SST efluente es 125 mg/L. La regulación mexicana establece un máximo de 75 mg/L. El promedio de la eficiencia en la remoción de SST para el período de estudio de 30 meses es 41.8%.
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La Fig. 26 muestra la demanda química de oxígeno (DQO) influente en la PTAR CESPTE, la Fig. 27 muestra la DQO efluente, y la Fig. 28 muestra la eficiencia en la remoción de DQO. El valor promedio de la eficiencia en la remoción de DQO es 42.5%.
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La mejora de la PTAR CESPTE es necesaria para tratar el efluente (Fig. 29 y 30) de manera de cumplir con la regulaciones existentes. La mejora actual (Fase 1), la cual se planea completar en el año 2005, consiste en el reemplazo del material filtrante en los dos tanques de goteo (Fig. 31). Esta mejora debe reducir el DBO efluente a menos de 30 mg/L, con lo cual se satisfaría la regulación mexicana NOM-003-SEMARNAT-1998 para el uso de agua reciclada. Además, PTAR CESPTE tiene un programa de control de efluentes basado en NOM-002-SEMARNAT-1998. Este programa consiste de monitoreo, vigilancia, e identificación de los puntos concentrados de contaminación industrial. Se espera que estos programas contribuyan a aumentar la calidad del efluente y posibiliten la descarga segura al Río Parque propuesto.
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5.7 Calidad de agua de la PTAR CCM [Subir]
La calidad del efluente de PTAR CCM es de muy buena a excelente, a juzgar por los resultados de los ensayos efectuados en los últimos tres meses de registro, mostrados en el Cuadro 9. Las figuras 32 y 33 muestran la DBO y SST para el período de 30 meses de Enero 2002 a Junio 2004. Estos gráficos demuestran que en los últimos tres meses, la PTAR CCM ha mejorado considerablemente su efectividad en el tratamiento del efluente industrial de la planta de la cervecería (Fig. 34 y 35). Las normas mexicanas tanto para DBO5 como para SST establecen un valor máximo de 75 mg/L (NOM-002). La cantidad del agua tratada es actualmente 19-20 L/s, la cual puede estar disponible para el Río Parque (si no se decide continuar descargando en la ubicación actual).
Cuadro 9. Calidad de agua del efluente
en la PTAR CCM (CCM, 2004).
| Fecha de muestreo
| DBO5 | (mg/L) SST | (mg/L) 14 de Abril de 2004
| < 0.5
| 32
| 6 de Mayo de 2004
| < 0.9
| < 5
| 2 de Junio de 2004
| < 0.9
| 36
| | ||||
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6. ANÁLISIS [Subir]
6.1 Sección transversal típica [Subir]
Se planea que el Río Parque Tecate tendrá un canal piloto capaz de conducir la avenida de 10 años, la cual es 79 m3/s. Esta sección estará contenida dentro de una sección más grande capaz de conducir la avenida de 500 años, la cual es 342 m3/s (Cuadro 1).
Para propósitos de este estudio, la sección transversal típica para control de inundaciones es una sección trapezoidal con descarga de diseño de 79 m3/s y pendiente 0.0067. La pendiente del lado del canal se toma como 2 horizontal y 1 vertical, un valor usual en este tipo de diseños. El coeficiente de rugosidad de Manning se asume igual a 0.05, valor que toma en cuenta la eventual presencia de alguna vegetación riparia dentro de la sección.
El tramo de estudio es de 4000 m, desde el punto más arriba en el Puente San José II (en la vecindad del lugar de prueba RP-1) al punto aguas abajo, ubicado cerca de la ciudad de Tecate propiamente dicha (en la vecindad de RP-5).
Para un canal de descarga Q = 79 m3/s, ancho de fondo b = 10 m, pendiente lateral z = 2, coeficiente de Manning n = 0.05, y pendiente longitudinalSo = 0.0067, la profundidad calculada es y = 2.34 m (Fig. 36). Se asume una profundidad de y = 2.35 m, la cual será capaz de conducir una descarga de 80 m3/s.
|
Para propósitos de comparación, el Cuadro 10 muestra las profundidad de diseño para las siete descargas consideradas en el esquema de bombeo. Se aprecia que los gastos bombeados son una fracción pequeña de la descarga de diseño (79 m3/s). Las profundidades varían entre 27 y 90 mm.
Cuadro 10. Profundidades de diseño
en la sección transversal típica.
| Nivel de descarga | Descarga | (L/s) Profundidad
| (m)
| (mm)
| I
| 40
| 0.027
| 27
| II
| 60
| 0.035
| 35
| III
| 100
| 0.047
| 47
| IV
| 150
| 0.060
| 60
| V
| 200
| 0.071
| 71
| VI
| 250
| 0.081
| 81
| VII
| 300
| 0.090
| 90
| | |||||
Las profundidades mostradas en el Cuadro 10 son muy pequeñas; por tanto, el perímetro mojado será de cerca de 10 m. Esto facilitará la abstracción de agua superficial al agua subterránea (Sección 6.3). Para reducir el perímetro mojado en la medida de lo posible, se propone construir un canal piloto de 2 m de ancho de fondo, exclusivamente con el propósito de optimizar la cantidad de agua que permanece en el agua superficial. La descarga de diseño para este canal piloto es 300 L/s (Nivel VII).
Para un canal con descarga Q = 0.3 m3/s (300 L/s), ancho de fondo b = 2 m, pendiente lateral z = 2, coeficiente de Manning n = 0.05, y pendiente longitudinal So = 0.0067, la profundidad calculada es y = 0.23 m. Se asume una profundidad de y = 0.3 m, la cual será capaz de conducir una descarga de 0.488 m3/s, o 488 L/s (Fig. 37).
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6.2 Conductividad hidráulica de diseño [Subir]
La conductividad hidráulica medida en el campo está cercana al valor inicial; por tanto, es un poco mayor que el valor efectivo, el cual ha sido documentado por USDA NRCS (1993). Para propósitos de este estudio, el valor de conductividad hidráulica de diseño se selecciona en base a los datos de campo y del manual (Cuadros 5 y 6). Dos valores se han seleccionado para el diseño:
- Un valor alto KA = 0.00001 m/s, equivalente a 3.6 cm/h, aplicable en la vecindad de RP-2 y RP-4.
- Un valor my alto KB = 0.0001 m/s, equivalente a 36 cm/h, aplicable en la vecindad de RP-1 y RP-6.
6.3 Tránsito de flujos [Subir]
El propósito del tránsito de flujos es determinar los hidrogramas de entrada y salida a través del sistema. La longitud del tramo de estudio es 4000 m. Para este estudio se han escogido cinco (5) subtramos, cada uno de 800 m de longitud. La metodología consiste en transitar las siete (7) descargas (40, 60, 100, 150, 200, 250, y 300 L/s) a través de los cinco subtramos, y el cálculo del hidrograma al final de cada subtramo. Este procedimiento hace posible la separación de la descarga aplicada en agua superficial y agua subsuperficial. Esta última consiste de agua vadosa y agua freática.
Dadas las pequeñas profundidades (ver Cuadro 10), para cada subtramo se asume que el área de infiltración es aproximadamente igual a la longitud del subtramo (800 m) por el ancho de fondo del canal (10 m), lo cual resulta en A = 8000 m2. Por tanto, a través de un subtramo típico, la descarga infiltrada es:
- Para el caso de conductividad hidráulica alta (KA = 0.00001 m/s): QA = 0.08 m3/s, o 80 L/s.
- Para el caso de conductividad hidráulica muy alta (KB = 0.0001 m/s): QB = 0.8 m3/s, o 800 L/s.
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El Cuadro 11 muestra los flujos transitados para el canal de 10 m de ancho de fondo, desde la sección aguas arriba en el km 0+000, hasta la sección aguas abajo en el 4+000, para siete valores de descarga y dos valores de conductividad hidráulica.
Cuadro 11. Flujos transitados para el canal de control de avenidas,
en la sección aguas abajo de cinco subtramos.
| A. Conductividad hidráulica alta
(KA = 0.00001 m/s)
| Nivel de descarga | Descarga de entrada | (L/s) Subtramo 1 (km 0+800) | (L/s) Subtramo 2 (km 1+600) | (L/s) Subtramo 3 (km 2+400) | (L/s) Subtramo 4 (km 3+200) | (L/s) Subtramo 5 (km 4+000) | (L/s) I | 40
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| II | 60
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| III | 100
| 20
| 0
| 0
| 0
| 0
| IV | 150
| 70
| 0
| 0
| 0
| 0
| V | 200
| 120
| 40
| 0
| 0
| 0
| VI | 250
| 170
| 90
| 10
| 0
| 0
| VII | 300
| 220
| 140
| 60
| 0
| 0
| B. Conductividad
hidráulica muy alta (KB = 0.0001 m/s)
| Nivel de descarga | Descarga de entrada | (L/s) Subtramo 1 (km 0+800) | (L/s) Subtramo 2 (km 1+600) | (L/s) Subtramo 3 (km 2+400) | (L/s) Subtramo 4 (km 3+200) | (L/s) Subtramo 5 (km 4+000) | (L/s) I | 40
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| II | 60
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| III | 100
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| IV | 150
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| V | 200
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| VI | 250
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| VII | 300
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| | ||||||||||||||||||
Para el caso del canal piloto de 2 m de ancho, se asume que el área de infiltración es aproximadamente igual a la longitud del subtramo (800 m) por el ancho de fondo (2 m), lo que resulta en A = 1600 m2. Por tanto, a través de un subtramo típico, la descarga infiltrada es:
- Para el caso de alta conductividad hidráulica (KA = 0.00001 m/s): QA = 0.016 m3/s, o 16 L/s.
- Para el caso de muy alta conductividad hidráulica (KB = 0.0001 m/s): QB = 0.16 m3/s, o 160 L/s.
El Cuadro 12 muestra los flujos transitados para el canal piloto de 2 m de ancho de fondo, desde la sección aguas arriba en el km 0+000, hasta la sección aguas abajo en el km 4+000, para siete niveles de descarga y dos niveles de conductividad hidráulica.
Cuadro 12. Flujos transitados para el canal piloto,
en la sección aguas abajo de cinco subtramos.
| A. Conductividad hidráulica alta (KA = 0.00001 m/s)
| Nivel de descarga | Descarga de entrada | (L/s) Subtramo 1 (km 0+800) | (L/s) Subtramo 2 (km 1+600) | (L/s) Subtramo 3 (km 2+400) | (L/s) Subtramo 4 (km 3+200) | (L/s) Subtramo 5 (km 4+000) | (L/s) I | 40
| 24
| 8
| 0
| 0
| 0
| II | 60
| 44
| 28
| 12
| 0
| 0
| III | 100
| 84
| 68
| 52
| 36
| 20
| IV | 150
| 134
| 118
| 102
| 86
| 70
| V | 200
| 184
| 168
| 152
| 136
| 120
| VI | 250
| 234
| 218
| 202
| 186
| 170
| VII | 300
| 284
| 268
| 252
| 236
| 220
| B.
Conductividad hidráulica muy alta (KB = 0.0001 m/s)
| Nivel de descarga | Descarga de entrada | (L/s) Subtramo 1 (km 0+800) | (L/s) Subtramo 2 (km 1+600) | (L/s) Subtramo 3 (km 2+400) | (L/s) Subtramo 4 (km 3+200) | (L/s) Subtramo 5 (km 4+000) | (L/s) I | 40
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| II | 60
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| III | 100
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| IV | 150
| 0
| 0
| 0
| 0
| 0
| V | 200
| 40
| 0
| 0
| 0
| 0
| VI | 250
| 90
| 0
| 0
| 0
| 0
| VII | 300
| 140
| 0
| 0
| 0
| 0
| | ||||||||||||||||||
La Fig. 9 muestra los resultados del tránsito de flujos en el canal piloto de 2 m de ancho, para el caso de alta conductividad hidráulica.
|
6.4 Recarga de agua subterránea [Subir]
Bajo condiciones de muy alta conductividad hidráulica, la mayor parte del agua que infiltra en el terreno llega eventualmente a la napa acuífera del Río Tecate. En este caso, los volúmenes de agua que llegan al acuífero se muestran en el Cuadro 13. Los volúmenes anuales asumen que el bombeo es continuo.
Cuadro 13. Volúmenes anuales que llegan al acuifero del Río Tecate.
| Nivel de | descarga Descarga | (L/s) Volumen / Tiempo
| (m3/día)
| (m3/mes)
| (m3/año)
| I
| 40
| 3,456
| 103,680
| 1,261,440
| II
| 60
| 5,184
| 155,250
| 1,892,160
| III
| 100
| 8,640
| 259,200
| 3,153,600
| IV
| 150
| 12,960
| 388,800
| 4,730,400
| V
| 200
| 17,280
| 518,400
| 6,307,200
| VI
| 250
| 21,600
| 648,000
| 7,884,000
| VII
| 300
| 25,920
| 777,600
| 9,460,800
| | ||||||
Para comparación, el Cuadro 14 muestra los volúmenes extraídos por CESPTE de tres grupos de pozos localizados en el acuífero del Río Tecate, y el correspondiente volumen total anual. Estos datos muestran que la producción de los pozos ha disminuído considerablemente en los tres últimos años (2001-2003), lo cual indica una posible ausencia de recarga adecuada. La Fig. 40 muestra la tendencia decreciente del volumen anual extraído.
Cuadro 14. Volumen anual extraído por CESPTE de pozos del acuífero Tecate
(CESPTE, 2004b).
| Año
| San Jose I | (m3) San Jose II | (m3) Pozos Río | (m3) Total | (m3) 1993
| 1,262,677
| 1,353,165
| 1,411,361
| 4,027,203
| 1994
| 1,337,822
| 1,652,703
| 1,794,438
| 4,784,963
| 1995
| 1,561,856
| 1,693,025
| 1,664,291
| 4,919,172
| 1996
| 1,750,492
| 1,986,364
| 1,590,794
| 5,327,650
| 1997
| 1,843,668
| 1,539,844
| 1,625,049
| 5,008,561
| 1998
| 2,521,327
| 1,564,756
| 2,065,439
| 6,151,522
| 1999
| 2,875,871
| 1,746,841
| 1,914,089
| 6,536,801
| 2000
| 2,085,588
| 900,336
| 1,545,190
| 4,531,114
| 2001
| 1,600,179
| 492,866
| 1,153,769
| 3,246,814
| 2002
| 1,308,024
| 304,585
| 872,759
| 2,485,368
| 2003
| 1,144,233
| 264,576
| 617,953
| 2,026,762
| Promedio
|
|
|
| 4,458,994
| | ||||
|
El volumen promedio anual de extracción para los 11 años pasados fue de 4,458,994 m
6.5 Análisis de la vegetación
[Subir]
Bajo condiciones de conductividad hidráulica muy alta (en la vecindad de RP-1 y RP-6),
el agua entregada al Río Parque percolará hacia el agua subterránea y no permanecerá
como parte de las aguas superficiales.
Bajo condiciones de conductividad hidráulica alta (en la vecindad de RP-2 y RP-4),
una fracción del agua entregada beneficiará a las aguas superficiales, la zona vadosa, y la vegetación riparia.
La construcción de un canal piloto, como parte del diseño del Rip Parque,
optimizará la permanencia del agua superficial y beneficiará a la
vegetación que requiere esta agua. Eventualmente, la mayor parte del agua
entregada percolará a la zona vadosa, donde podrá seguir uno de estos dos caminos:
7. RESULTADOS [Subir]
A continuación se resume los resultados más importantes de ese estudio:
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES [Subir]
A continuación se resumen las conclusiones de este estudio:
Fig. 41 Localización de sitios de prueba a lo largo del Río Tecate.
Este estudio ofrece las siguientes recomendaciones:
9. AGRADECIMIENTOS [Subir]
El autor reconoce la asistencia de las siguientes personas:
10. BIBLIOGRAFÍA [Subir]
Cervecería Cuauhtémoc Moctezuma (CCM). 2004. Datos de DBO y SST en la PTAR CCM, proporcionados por
Francisco Ostos Lechuga. Julio.
Comisión Nacional del Agua. 1998. Estudio hidrológico de los ríos Tecate y Joe Bill. Agosto.
Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tecate (CESPTE). 2004a. Datos de DBO, SST, y DQO en la PTAR CESPTE,
proporcionados en formato digital por Víctor Manuel López Álvarez, Jefe de el Laboratorio de Control de Agua. Julio.
Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tecate (CESPTE). 2004b. Datos de producción de pozos de agua en Tecate.
Delgadillo, J. 2004. Lista de árboles propuestos para el Río Parque Tecate. Comunicación personal a Ana Espinoza.
Horton, R. E. 1933. The role of infiltration in the hydrologic cycle. Transactions, American Geophysical Union, Vol. 22, 350-361.
Ponce, V. M. 1989. Engineering hydrology: Principles and practices. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
USDA Natural Resources Conservation Service (USDA NRSC). 1993. Channel transmission losses. Chapter 19, National Engineering Handbook, Number 4: Hydrology.
U.S. Department of Agriculture, Washington, D.C.
11. ABREVIATURAS
[Subir]
cm2 = centímetros cuadrados [ area ]
cm/h = centímetros por hora [ conductividad hidráulica ]
cm/s = centímetros por segundo [ conductividad hidráulica ]
pulg/h = pulgadas por hora [ conductividad hidráulica ]
km = kilómetros [ distancia ]
L/s = litros por segundo [ descarga ]
m = metros [ longitud ]
m/s = metros por segundo [ conductividad hidráulica ]
m3 = metros cúbicos [ volumen ]
m3/año = metros cúbicos por año [ volumen anual ]
m3/día = metros cúbicos por día [ volumen diario ]
m3/mes = metros cúbicos por mes [ volumen mensual ]
m3/s = metros cúbicos por segundo [ descarga ]
mg/L = miligramos por litro [ concentración química]
mm = milímetros [ longitud ]
Cuadro 15. Volumen anual de agua que llegaría
al acuífero
del Río Tecate, relativo al volumen extraído de los pozos.
Nivel de
descarga
Diescarga
(L/s)
Volumen
(mVolumen relativo
(% del promedio 1993-2003)
Volumen relativo
(% del valor del año 2003)
I
40
1,261,440
28.2
62.2
II
60
1,892,160
42.4
93.3
III
100
3,153,600
70.7
155.6
IV
150
4,730,400
106.1
233.3
V
200
6,307,200
141.4
311.1
VI
250
7,884,000
176.8
389.0
VII
300
9,460,800
212.1
466.8
En cualquier caso, el agua entregada proveerá los siguientes beneficios:
041006