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INTRODUCCIÓN
El agua subterránea tiene un papel cada vez más importante para satisfacer las necesidades de agua dulce; es una fuente confiable de agua en los tiempos de falta de lluvia y nieve, puede ser utilizada de manera flexible y es menos susceptible que el agua superficial a la contaminación (Siebert et al., 2010, p. 1863). Sin embargo, en diferentes regiones del mundo las reservas de agua subterránea están bajo una gran presión. Muchos de los principales acuíferos del mundo están experimentando aceleradas tasas de reducción en sus reservas, ya que el agua subterránea se extrae a tasas más altas de las que se pueden reponer naturalmente (Famiglietti, 2014, p. 946).
De acuerdo con el World Water Development Report 2012 de la ONU, México es uno de los 10 países con mayor consumo de agua subterránea en el mundo (UNESCO, 2012, p. 85); actualmente ocupa el séptimo lugar, con 33 109 m3/año, por encima de países como Arabia Saudita (FAO, 2016). La Comisión Nacional del Agua (Conagua) es la institución responsable de administrar, planificar y preservar el agua en México en los ámbitos federal, estatal y municipal. Esta institución delimitó 653 acuíferos en el país, los cuales, junto con las 731 cuencas hidrográficas y un cálculo de la disponibilidad media anual en estas unidades, son la base de la política hídrica (Hatch, 2017, p. 155). Sin embargo, el número de acuíferos catalogados por la Conagua como “sobreexplotados” ha incrementado con el tiempo, mientras otros enfrentan los fenómenos de intrusión salina o salinización de sus suelos, situación que ha obligado al gobierno federal a publicar una veda indefinida en 175 acuíferos (Carrillo-Rivera et al., 2016, p. 7).
A pesar de la existencia de estas vedas, como en el caso de los acuíferos administrativos Autlán (1417) y Jiquilpan (1420) dentro de la cuenca del río Ayuquila-Armería, el número de concesiones y los volúmenes concesionados se han incrementado de manera importante en los últimos años, lo que ha provocado que estas unidades pasen de una situación favorable de disponibilidad a una de déficit en tan sólo dos o tres años. El sistema de concesiones no se utiliza como instrumento de gestión y control del agua subterránea, lo que ha provocado el sobreconcesionamiento de los acuíferos (Hernández et al., 2019, p. 16). El cálculo de la disponibilidad media anual de agua subterránea y su delimitación de los acuíferos son dos de los aspectos en los que converge la mayor parte de los conflictos sobre el agua subterránea en México. La metodología oficial establecida en la NOM011-CNA-2015 incurre en errores considerables al pasar por alto la calidad química del agua y su movimiento en el subsuelo, entre otros. Los límites laterales y verticales de los acuíferos están fuera de los límites y la naturaleza geológica, hidráulica, de vegetación y suelo, así como de la trayectoria, dimensión, velocidad y jerarquía de los sistemas de flujo de agua subterránea; es necesario el conocimiento y la aplicación para definir realmente la superficie a administrar (Carrillo-Rivera et al., 2016, p. 7), así como para el cálculo de volúmenes de agua subterránea que son base para la toma de decisiones en el país.
La TSF permite comprender el funcionamiento del agua subterránea, ya que logra un análisis sistémico y la evaluación de su interacción con otros componentes del ambiente. Reconoce el movimiento gravitacional de agua subterránea como un agente geológico causante de una gran variedad de procesos y fenómenos naturales que se manifiestan en la superficie a través de condiciones contrastantes entre las zonas de recarga y descarga, las cuales son uno de los componentes estratégicos del funcionamiento sistémico del agua subterránea (Tóth, 2009, p. 95). El presente trabajo busca identificar las zonas de recarga y descarga del agua subterránea en los acuíferos de la cuenca del río Ayuquila-Armería mediante el análisis de indicadores superficiales con la TSF. La identificación de estas zonas se basa en un AMC dentro de los SIG para evaluar el potencial de recarga y descarga a nivel regional, integrando diversos factores ambientales. La identificación de estas zonas permitirá obtener una primera aproximación al funcionamiento del agua subterránea y su dinámica en los acuíferos de la cuenca del río Ayuquila-Armería.
ANTECEDENTES
Los principales estudios relacionados con el agua subterránea en el área analizada son los hidrológicos, a nivel estatal, en Jalisco y Colima (Inegi, 1995; 2001); algunos estudios geohidrológicos en determinadas regiones, como el Valle Autlán El Grullo (SARH, 1978); la información de las diferentes cartas geológicas-mineras del Servicio Geológico Mexicano (SGM), así como estudios hidrogeológicos con el enfoque del balance hídrico para la determinación y actualización de la disponibilidad en determinados acuíferos (Conagua, 2002a; 2002b; 2002c; 2008; 2010; 2011; SGM, 2007). No se encontró hasta ahora estudio alguno del agua subterránea según los sistemas de flujo, por lo que se trata de un enfoque inédito del estudio del agua subterránea en la región.
Teoría de los sistemas de flujo
La TSF permite representar el ambiente hidrogeológico mediante un modelo conceptual que integra parámetros geológicos, geomorfológicos, hidrológicos, edáficos y vegetación que influyen en el régimen del flujo de agua subterránea. El mapeo de fenómenos naturales generados por el flujo gravitacional de agua subterránea es uno de los métodos para estudiar y caracterizar los sistemas de flujos regionales de este tipo de agua, ya que sus manifestaciones en superficie se pueden asociar con los diferentes segmentos de los sistemas de flujo (Tóth, 2009, p. 92). Los sistemas de flujo se constituyen por líneas de flujo que se originan en una zona de recarga específica, desplazándose a través de una extensión territorial determinada por la profundidad de la roca basamento, y terminan en una zona de descarga específica. Este recorrido le otorga diferentes propiedades físico-químicas al agua por el grado de interacción agua-roca, de acuerdo con la profundidad y la longitud de recorrido (Figura 1).
Descripción de las zonas de recarga y descarga
Las zonas de recarga reúnen una serie de características que propician la infiltración de agua hasta alcanzar el nivel freático.1 Un primer indicador de estas zonas es la conductividad hidráulica de la roca, la cual permite la infiltración del agua de lluvia. En estas zonas el nivel freático es profundo, y el suelo es generalmente ácido y poco desarrollado, con poca cantidad de materia orgánica y bajas concentraciones de sodio y sales (Peñuela-Arévalo y Carrillo-Rivera, 2013, p. 24). En cambio, las zonas de descarga, cuyas propiedades son más visibles, se presentan en una elevación topográfica más baja respecto a donde se origina la recarga; el agua tiene un movimiento preferencial vertical ascendente desde el subsuelo, contribuyendo, junto con el escurrimiento superficial, a la formación de cuerpos de agua (lagos, caudal base de los ríos, lagunas costeras, etcétera). Estas zonas pueden estar representadas por un manantial, un lago, un suelo salino y/o un nivel de agua subterránea somero. Los suelos asociados tienden a ser más salinos y alcalinos (posiblemente sódicos), tornándose, en general, más desarrollados, con mayor contenido de materia orgánica, y llegan a tener rasgos hidromórficos. La vegetación asociada sobrevive en regiones permanentemente inundadas (vegetación freatofíta) y/o tolerantes a la salinidad (vegetación halófila), y/o yeso (vegetación gipsófila). Entre estas dos zonas se encuentra la zona de tránsito, con circulación lateral del agua (Peñuela-Arévalo y Carrillo-Rivera, 2013, p. 24).
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
La cuenca del río Ayuquila-Armería se encuentra entre los estados de Jalisco y Colima en las coordenadas 18.9 a 20.5 Lat N y 102.4 a 103.4 Long O, la cual se forma por la unión de las subcuencas Ayuquila, Tuxcacuesco y Armería. El río AyuquilaArmería es uno de los 15 ríos más importantes de 100 existentes en la vertiente del Pacífico, y se encuentra entre los 43 más importantes en el ámbito nacional (Graf-Montero et al., 2002, p. 146). El clima en la región es cálido subhúmedo, aunque en las zonas más altas se encuentra el templado subhúmedo, con una estación lluviosa en verano (junio a octubre), y una estación seca el resto del año. La precipitación media anual es 985 mm y la temperatura promedio anual es 22.2 °C, con una amplitud térmica de 5.4 °C. La cuenca presenta un intenso relieve: desde el nivel del mar a los 4 260 m s. n. m., el Nevado de Colima; 2 880 m s. n. m. en la Sierra de Manantlán, y 2 820 m s. n. m. en la Sierra de Tapalpa (Figura 2).
Fuente: elaboración propia con información de Inegi (2010), Conagua (2015) y NASA et al. (2009).
Figura 2 Límites de la cuenca y acuíferos administrativos de la cuenca del río Ayuquila-Armería.
Estratigrafía
La porción occidental de la cuenca fue emplazada por grandes cuerpos de rocas intrusivas (batolito) de composición granito-granodiorita, los cuales provocaron fuertes deformaciones o dislocaciones en las rocas preexistentes. Durante el Terciario se originaron los depósitos de rocas volcánicas extrusivas que cubren gran parte del área, formándose al mismo tiempo los depósitos de rocas sedimentarias continentales. En el Cuaternario se formaron los depósitos litorales y aluviales dentro de la cuenca, así como los aparatos volcánicos presentes en ésta (SIGE, 1981, p. 29).
Hidrología subterránea
La cuenca abarca parte o la totalidad de la superficie de siete acuíferos administrativos delimitados por la Conagua: Autlán (1417), Unión de Tula (1418), Tecolotlán (1419), Jiquilpan (1420) y Tapalpa (1421) en Jalisco y Colima (0601), y Armería-Tecomán-Periquillos (ATP) (0603) en Colima. Estos acuíferos están ubicados en zonas montañosas y valles; el acuífero ATP es el único costero (Figura 2). Sin embargo, estas delimitaciones son demarcaciones territoriales, cuyos límites laterales y vertical están fuera de la naturaleza hidráulica y geológica, así como de la trayectoria y dimensión de los sistemas de flujo (Carrillo-Rivera et al., 2016, p. 7), por lo cual se amplió el área de estudio 10 km alrededor del límite actual, con una superficie total de 24 023 km2 (Figura 2).
Identificación de las zonas de recarga y descarga
Este análisis consideró la identificación de indicadores asociados con flujos regionales, ya que manifiestan mayor contraste con respecto a los flujos locales e intermedios (Peñuela-Arévalo y Carrillo-Rivera, 2013, p. 24). Asimismo, se recalca que las propiedades de las zonas de descarga se identifican con mayor facilidad en comparación con las de recarga y tránsito. Las variables sobre las cuales se extrajeron los indicadores superficiales de las zonas de recarga y descarga del agua subterránea fueron: litología, topografía, suelos, vegetación, pendiente, precipitación e ITH. La identificación de las zonas de recarga y descarga se realizó por medio del análisis de indicadores superficiales del agua subterránea con la TSF y su evaluación mediante el AMC (Figura 3).
Preparación de las capas temáticas
Para analizar el potencial de recarga-descarga en el área de estudio, el primer paso fue la obtención de información, la construcción de bases de datos georreferenciadas y la elaboración de capas temáticas de cada variable con los indicadores analizados. La elaboración de estas capas se realizó con diferentes procesos en los softwares ArcGis 10.2 (Esri, 2013) y SAGA GIS 2.1.2 (Conrad et al., 2015) a escala 1:250 000, proyección UTM, zona 13N, datum WGS84.
El mapa litológico se obtuvo del SGM (2017) (Figura 4a). El potencial de recarga de las unidades litológicas se evaluó a través de los indicadores de porosidad efectiva, permeabilidad y permeabilidad secundaria (Tabla 1). Los valores generales de estos indicadores se obtuvieron de la literatura (Freeze y Cherry, 1979, p. 29; Sanders, 1980, p. 381). La permeabilidad secundaria se evaluó mediante la presencia de fallas y fracturas en cada unidad litológica. Los valores originales de cada indicador se evaluaron y reclasificaron en un valor de potencial de recarga utilizando una escala de prioridades (Tabla 2), para finalmente obtener un valor promedio del potencial de recarga de cada unidad, teniendo en cuenta que una mayor porosidad efectiva y permeabilidad favorecen un mayor potencial de recarga (Abdalla, 2012, p. 14). Este procedimiento de reclasificación se efectuó para cada variable e indicador.
Fuente: elaboración propia con información de NASA et al. (2009), CNA (2017), SGM (2017) e Inegi, (2017).
Figura 4 Ejemplo de mapas utilizados para la evaluación del potencial de recarga y descarga del agua subterránea: a) Litología y b) Topoformas.
Tabla 1 Indicadores superficiales y clases utilizados en la evaluación del potencial de recarga.
| Variable | Indicador superficial |
| Litología | Porosidad eficaz, permeabilidad, permeabilidad secundaria |
| Topoformas | Montañas medianas y bajas, lomeríos, planicies acolinadas y subhorizontales (m/km2) |
| Suelo | Textura: gruesa, media, fina; calificador secundario de los grupos de suelos, pH |
| Vegetación | Estratificación del dosel, cobertura proporcionada al suelo |
| Pendiente | Clase: a) 0-2; b) 2-5; c) 5-15; d) 15-30, e) >30% |
| ITH | Clase :1) Muy bajo (3-6); 2) Bajo (6-9); 3) Medio (9-12); 4) Alto (12-15); 5) Muy alto (15-18) |
| Precipitación | Clase: 1) Muy bajo (400-800); 2) Bajo (800-1000); 3) Medio (1000-1200); 4) Alto (12001400); 5) Muy alto (1400->1600 mm) |
Fuente: elaboración propia con información de SGM (2017), NASA et al. (2009), INEGI (2007 y 2013), SMN (s.f).
Tabla 2 Escala de priorización entre dos criterios
| Escala | Intensidad de importancia | Definición |
| 1 | Igual | Ambos factores contribuyen igualmente al objetivo |
| 3 | Moderada | Experiencia y conocimiento favorecen a un factor ligera a moderadamente sobre otro |
| 5 | Fuertemente | Experiencia y conocimiento favorecen a un factor moderadamente a fuertemente sobre otro |
| 7 | Muy fuertemente | Un factor es fuertemente favorecido sobre otro y su dominancia se observa en la realidad |
| 9 | Extremadamente | La evidencia favorece a un factor sobre otro y es del mayor grado de afirmación posible |
| 2, 4, 6, 8 | Valores intermedios | Se usa para representar prioridades intermedias entre 1, 3, 5, 7 y 9 |
Fuente: elaboración propia con datos de Saaty (2008).
Las principales topoformas regionales se identificaron con el método de disección vertical propuesto por Priego et al. (2010, p. 73), utilizando un modelo digital de elevación (MDE) ASTERGDEM de 30 m (NASA et al., 2009). Este método permite diferenciar las topoformas con base en la intensidad del relieve (m/km2). El potencial de recarga se evaluó considerando que las zonas de recarga se ubican en zonas topográficamente altas, y las de descarga, en zonas topográficamente más bajas (Freeze y Cherry, 1979, p. 197) (Tabla 1 y Figura 4b).
El porcentaje de pendiente se obtuvo mediante el MDE y el módulo SLOPE de ArcGis, el cual se reclasificó en cinco clases de acuerdo con Vargas (2009, p. 12) (Tabla 2). El potencial de recarga se evaluó considerando que pendientes suaves promueven una menor velocidad y mayor tiempo de infiltración, mientras que pendientes fuertes promueven una mayor velocidad y menor infiltración (Abdalla, 2012, p. 12).
El mapa de suelos se obtuvo del Continuo Nacional Edafológico del Inegi (2007). El potencial de recarga de los suelos se evaluó utilizando indicadores de textura, pH y propiedades y horizontes diagnósticos de los subgrupos de suelos, de acuerdo con la base referencial mundial del recurso suelo de la IUSS (2015, p. 122) (Tabla 1), ya que permiten identificar rasgos físico-químicos indicativos del comportamiento hidrológico del suelo (Peñuela-Arévalo y Carrillo-Rivera, 2013, p. 25). El potencial de recarga se evaluó considerando que una textura gruesa favorece la infiltración y el drenaje del suelo (Ortiz y Ortiz, 1990, p. 112), y asignando mayores valores a los rasgos y propiedades indicativos de zonas de recarga anteriormente descritos.
El mapa de coberturas y uso del suelo se obtuvo de la Serie V del Inegi (2013) debido a las diferencias contrastantes en las características fisionómicas y la composición de las coberturas vegetales y los usos del suelo. El potencial de recarga se evaluó considerando los indicadores de estratificación y densidad del dosel y la cubierta proporcionada al suelo, de acuerdo con Jardel et al. (2004, p. 76) y Rzedowski y Huerta (1994, pp. 151-361) (Tabla 1), ya que proporcionan una acción pantalla frente a la radiación solar y el agua de lluvia, reduciendo la evaporación y el impacto de la gotas de lluvia, además de que la cubierta orgánica proporcionada al suelo (hojas y ramas) influye en la escorrentía, la erosión y el régimen de humedad del suelo, y mejora su estructura favoreciendo la infiltración (Porta et al., 1994, p. 488; Chang, 2006, p. 137).
El contraste regional en la humedad superficial creado por los sistemas de flujo se analizó utilizando el MDE y el ITH (Böhner et al., 2002, p. 214), el cual se reclasificó en cinco clases (Tabla 1), considerando que los valores altos del índice indican sitios de acumulación con mayor proximidad del nivel freático, por tanto, mayor potencial de descarga (Oh et al., 2011, p. 165).
El mapa de precipitación se obtuvo mediante la interpolación de valores de la precipitación media anual de 106 estaciones climatológicas de un periodo histórico de 1951 a 2010, tres estaciones meteorológicas automáticas (2013-2015) del Servicio Meteorológico Nacional y la estación climatológica de la Estación Científica Las Joyas, utilizando el método de kriging universal, el cual se reclasificó en cinco clases, considerando que a mayor volumen de precipitación, mayor será la recarga (Sener, Davraz y Ozcelik, 2005, p. 829) (Tabla 1).
Análisis multicriterio
El análisis multicriterio de los indicadores superficiales para evaluar el potencial de recarga-descarga se realizó utilizando el módulo AMC en IDRISI Selva (Eastman, 2012, p. 132) (Figura 3). La ponderación de las variables y sus indicadores se realizó Tabla 2. Escala de priorización entre dos criterios mediante el Proceso Analítico Jerárquico (PAJ), propuesto por Saaty (2008, p. 85), mediante la construcción de una matriz de comparación pareada para la realización de juicios sobre la prioridad de cada elemento en la matriz y el cálculo del índice de consistencia (IC) de los juicios. La prioridad de cada elemento se evaluó utilizando una escala del 1 al 9 (Tabla 2) (Saaty, 2008, p. 86).
La integración de los criterios y sus prioridades se realizó mediante el método de combinación lineal ponderada. El modelo para evaluar el potencial de recarga se muestra en la ecuación 1:
El mapa final del potencial de recarga-descarga se reclasificó en cinco clases iguales: 1) muy bajo, 2) bajo, 3) medio, 4) alto y 5) muy alto para facilitar su interpretación y su análisis con otras fuentes de información. Las zonas de descarga se identificaron mediante la selección espacial de los indicadores de descarga y su integración, como zonas topográficamente bajas y planas, con mayor ITH, suelos salinos y alcalinos o con presencia de rasgos hidromórficos y la presencia de vegetación freatofíta, halófita o gipsófila. Una vez obtenido el mapa final, se integró el mapa de precipitación utilizando el mismo procedimiento, asignando igual prioridad en ambos mapas. La validación del modelo se realizó por medio de la sobreposición con otras fuentes de información, como presencia de corrientes y cuerpos de agua perennes y visitas en campo.2
RESULTADOS
Priorización de las variables físicas
La lista de variables utilizadas en este trabajo no pretende ser única, ni exclusiva; se consideraron las asequibles y más relevantes para evaluar el potencial de recarga en el área de estudio. Con base en los autores se obtuvo la prioridad de cada variable y un mayor conocimiento sobre su función e interrelación con las otras variables para la recarga. El IC para los juicios fue 0.05, señalando una consistencia aceptable de la matriz (Tabla 3).
Tabla 3 Matriz de comparaciones pareadas y prioridades de cada variable en el AMC
| Criterio | Litología | Topoformas | Suelo | Vegetación | Pendiente | Peso |
| Litología | 1 | 2 | 3 | 5 | 4 | 0.41 |
| Topoformas | 1/2 | 1 | 0.5 | 3 | 3 | 0.19 |
| Suelo | 3/8 | 2 | 1 | 3 | 3 | 0.23 |
| Vegetación | 1/5 | 1/3 | 1/3 | 1 | 0.3 | 0.06 |
| Pendiente | 1/4 | 1/3 | 3/8 | 3 | 1 | 0.11 |
Fuente: elaboración propia.
La litología se consideró la variable más importante, ya que la recarga es fuertemente dependiente de las principales condiciones hidrogeológicas del subsuelo, las cuales permitirán la infiltración o el escurrimiento del agua (Niazi, Bentley y Hayashi, 2017, p. 380). Además, la diversidad litológica señala una importante heterogeneidad espacial en las condiciones hidrogeológicas presentes. El suelo se consideró la segunda variable más importante, pues se origina en la geología, y su estructura, composición y antecedente de humedad son de gran importancia para permitir la infiltración del agua. Esta variable también presenta una alta diversidad, teniendo presentes suelos de climas áridos, húmedos o templados. Las topoformas fueron la tercera variable más importante, pues puede existir una forma de relieve que facilite la recarga, pero sin la litología adecuada, el agua no se infiltrará. La pendiente se consideró la cuarta variable en importancia, ya que depende de las características del material litológico, la topografía y el clima, entre otros. La vegetación se consideró la variable con menor importancia debido a que depende de la topografía, el suelo y el clima, además de existir recarga en áreas sin vegetación; sin embargo, no se puede dejar de considerar su papel en el funcionamiento y equilibrio del sistema hidrológico, propiciando la condensación y precipitación de la humedad proveniente del océano, el mantenimiento de la humedad y las condiciones del suelo, así como la formación de macroporos en el suelo que mejoran la infiltración.
ANÁLISIS DE INDICADORES
Litología
En el área de estudio se observaron 34 unidades litológicas diferentes, representadas por secuencias volcanosedimentarias, rocas volcánicas extrusivas e intrusivas, metamórficas y sedimentarias, ubicadas en un rango cronoestratigráfico comprendido entre el Mesozoico y el Cenozoico. Las unidades que abarcan una mayor superficie en el área de estudio son toba riolítica del Cretácico Superior (17%), depósitos aluviales del Holoceno (15%), cuerpos graníticos del Cretácico Superior (15%), lahar-piroclástico del Pleistoceno (9%), andesita-basalto del Plioceno (7%), unidades de calizas marinas (6%), andesitacaliza del Cretácico Inferior (6%) y basaltos del Plioceno-Pleistoceno (5%).
El material geológico del Cuaternario, como rellenos aluviales, lahar-piroclásto y basaltos, se consideraron de permeabilidad alta junto con las unidades de basalto, basalto-andesita, tobas riolítica, calizas y conglomerado poligénico-arenisca del Terciario Superior. Se consideran de permeabilidad media los depósitos detríticos del Terciario, como conglomerado-poligénico, arenisca-toba riolítica, basalto, andesita-basalto, andesita, brecha volcánica andesítica, toba andesítica-toba riolítica, toba riolítica, caliza y granito-granodiorita; todas estas unidades presentan un fracturamiento moderado o alto. Con reducida permeabilidad, los cuerpos graníticos, las riolitas, andesita-dacita, caliza-lutita, lutita-caliza y arenisca-lutita.
Topoformas
De la superficie, 37% está cubierta por montañas medianas; 39%, por montañas bajas, y 16%, por lomeríos. Las planicies acolinadas y subhorizontales representan 3% y 4% de la superficie. Estas clases morfométricas aluden a las características del relieve en términos de su amplitud altitudinal o altura relativa entre el punto más bajo y el más alto de una unidad, y nos ofrecen información sobre la energía del relieve (Priego et al., 2010, p. 73) debido a que la topografía provee la energía disponible para el movimiento del agua y estructura los límites del dominio del flujo (Tóth, 2009, p. 103). Las clases con mayor amplitud altitudinal, como las montañas medias y bajas, se asociaron con zonas de descarga, y las clases de menor amplitud, como las planicies, se asociaron con las zonas de descarga. Los lomeríos con una amplitud intermedia se asociaron con las zonas de tránsito, sin embargo, esta relación debe ser analizada con mayor detalle.
Pendiente
De la superficie del relieve montañoso, 31% presenta pendientes escarpadas (>30%); 22% cuenta con pendientes inclinadas (15%-30%); 28%, con pendientes moderadamente inclinadas (15%-5%); 7%, con terrenos ligeramente inclinados (5%-2%), y 12% presenta pendientes (<2%). El mayor potencial de recarga se otorgó a las pendientes moderadamente inclinadas e inclinadas, al ser las superficies donde el flujo superficial tendrá la mayor distribución espacial, mientras que en las pendientes escarpadas el flujo se restringirá hacia los arroyos. Las pendientes ligeramente inclinadas y planas se asociaron con zonas de acumulación y descarga.
Tipo de suelo
El relieve está cubierto por 16 grupos de suelo y 73 subgrupos. El Regosol es el suelo dominante, y cubre 25% de la superficie total, seguido de Pheozem (19%), Cambisol (17%), Leptosol (16%) y Vertisol (8%). Otros grupos de suelos presentes son Leptosol, Luvisol, Andosol, Arenosol, Calcisol, Chernozem, Kastañozem, Fluvisol, Gleysol, Planosol, Solonchak y Umbrisol.
El análisis de la relación suelo-zona de recargadescarga se basó en la descripción de horizontes y propiedades diagnósticos de los subgrupos de suelos (IUSS, 2015, p. 122), además de textura, pH y profundidad. Nuevamente se resalta que existe una mayor apreciación de las características asociadas con zonas de descarga que con las de recarga. A continuación se hace una breve descripción relativa a algunos ejemplos. Un horizonte cálcico indica una acumulación de carbonato de calcio secundario; se refiere al material calcáreo precipitado en el lugar, a partir de su disolución y transporte, más que del heredado por material parental, lo que sugiere una zona de descarga. En cambio, un suelo calcárico señala un suelo con material calcárico derivado del material parental, lo que sugiere una zona de recarga. Un suelo esquelético cuenta con 40% y 90% (en peso) de gravas u otros fragmentos gruesos, que favorecen la infiltración, lo que sugiere una zona de recarga. Un suelo con propiedades gléyicas refleja condiciones permanentemente saturadas de agua, mientras que un horizonte sódico o sálico señala un horizonte con un enriquecimiento secundario de sales solubles, lo que sugiere una zona de descarga.
Así, los suelos asociados a zonas de descarga son Arenosol éutrico, hiposódico y prótico; Calcisol; Fluvisol calcárico, epiesquelético, esquelético, éutrico e hiposódico; Gleysol hiposálico y vértico; Planosol vértico; Solonchak cálcico, gléyico, hiposódico, húmico, mólico y vértico, y Vertisol crómico, epiesquelético, esquelético, sódico e hiposódico, mázico y pélico. Los suelos asociados posiblemente con zonas de recarga son Andosol dístrico y úmbrico; Cambisol crómico, dístrico, epiesquelético, esquelético, éutrico y húmico; Fluvisol epiesquelético; Leptosol calcárico, dístrico, éutrico, húmico y mólico; Luvisol crómico, cutánico, dístrico, esquelético y vértico; Phaeozem calcárico, esquelético, hiposálico y lúvico; Regosol arénico calcárico, dístrico, esquelético, eútrico e hiperéutrico, y Umbrisol esquelético. Los suelos Chernozem, Chernozem lúvico, Kastañozem y Kastañozem epiesquelético se consideraron como los suelos posiblemente asociados a las zonas de tránsito debido a que presentan una significativa acumulación de carbonatos secundarios en el horizonte subsuperficial y su localización corresponde a los espacios geográficos en los que acaece una transición edafogenética entre el proceso de lavado y acumulación subsuperficial de carbonatos (Ibáñez y Manríquez, 2014).
Vegetación y uso del suelo
En el área de estudio se observa la presencia de 25 tipos de vegetación y 3 usos del suelo. La agricultura de temporal es el uso del suelo con la mayor superficie (21%), seguida de la vegetación secundaria de selva baja caducifolia (20%), bosque de encino (16%), bosque de pino-encino (11%), pastizal cultivado (11%) y agricultura de riego (10%). Otros tipos de vegetación, como bosque mesófilo de montaña, selva mediana subcaducifolia, bosque de pino y de oyamel, vegetación halófila e hidrófila, sabanoide, pradera de alta montaña, manglar, vegetación de dunas costeras, bosque de mezquite, tular y palmar inducido, ocupan menos de 1%.
El análisis de la relación de los tipos de vegetación y usos del suelo con las zonas de recarga o descarga se basó en los resultados de estudios previos, el análisis de las características fisiológicas y morfológicas, las características del sitio donde se desarrolla, las características de manejo de los usos del suelo y la presencia de especies indicadoras de zonas de descarga. Su descripción puede consultarse en la Guía para la interpretación de cartografía de uso de suelo y vegetación, Serie V (Inegi, 2015). Los bosques de pino, oyamel, encino y pino-encino se han relacionado previamente con zonas de recarga (Peñuela-Arévalo, 2007, p. 139). Los bosques mesófilos y la pradera de alta montaña se asocian también con zonas de recarga, al igual que la selva baja caducifolia, la selva mediana subcaducifolia, la vegetación sabanoide y el pastizal inducido. Las coberturas asociadas con zonas de descarga fueron vegetación halófila hidrófila, manglar, tular, vegetación de dunas costeras, palmar y bosque de mezquite.
Descripción de las zonas potenciales de recarga
El mapa de potencial de recarga muestra que 22% de la superficie presenta muy alto potencial de recarga; 58%, potencial alto; 15%, potencial medio; 3%, potencial bajo, y 1%, muy bajo (Tabla 3).
Las zonas de mayor potencial (muy alto + alto) se ubicaron en la sierra de Cacoma-Manantlán, la sierra Verde, la sierra de Quila, la sierra de Tapalpa, el complejo volcánico, además de los lomeríos en la costa de Jalisco y Colima (Figura 5a).
Fuente: elaboración propia con información de CNA (2017) e INEGI, (2010).
Figura 5 Zonas potenciales de recarga (a) con base en la precipitación (b).
Estas zonas se encuentran formadas por montañas medianas o bajas, así como lomeríos, constituidas por unidades de caliza, andesitacaliza, granito-granodiorita, toba riolítica, laharpiroclásto o andesita-basalto, principalmente, con suelos como Regosol, Leptosol, Cambisol, Luvisol, Andosol, Umbrisol y Phaeozem cubiertos por bosques de pino-encino, encino, selva mediana subcaducifolia, selva baja caducifolia, pastizal cultivado y agricultura de temporal en pendientes de 15%-30% y >30%.
Las zonas con potencial medio se ubican en montañas bajas y lomeríos con suelos de tipo Cambisol, Chernozem, Fluvisol, Leptosol, Luvisol, Phaeozem, Regosol, Umbrisol, Arenosol, en pendientes de 5%-15%, cubiertos por pastizal cultivado, agricultura de riego y temporal.
Las zonas de bajo y muy bajo potencial, posibles zonas de descarga, se encuentran en las planicies acolinadas y subhorizontales, zonas con pendientes de 0% a 15%, con suelos Vertisol, Phaeozem, Solonchak y Gleysol cubiertos por vegetación halófila e hidrófila; manglar; tular y dunas costeras; agricultura de riego, temporal y de humedad, y presencia de cuerpos de agua perennes (Figura 5a).
El clima es uno de los principales factores que controlan el régimen de agua subterránea, pues determina la distribución y cantidad del suministro de agua (Tóth, 2009, p. 102). Al incluir el mapa de precipitación con el mapa del potencial de recarga (Figura 5b), se puede observar un marcado efecto de la precipitación en el potencial de recarga, modificando la distribución y la superficie de las zonas con mayor potencial de recarga, la cual se reduce (Tabla 4). Éstas se ubican principalmente en la sierra de Cacoma-Manantlán y los lomeríos de la costa de Jalisco, fuera del límite de la cuenca del río Ayuquila-Armería. Otras zonas se presentan sobre el bloque de calizas de Cerro Grande y las cimas y laderas del complejo volcánico. Las zonas de menor potencial de recarga por la escasa precipitación se observan en el interior de la cuenca y los extremos NE y SE (Figura 5b).
Tabla 4 Comparación de la superficie por clase del potencial de recarga (PR).
| Potencial de recarga | Modelo sin precipitación | Modelo con precipitación | ||
| Superficie (km2) | % | Superficie (km2) | % | |
| Muy bajo | 287 | 1 | 609 | 3 |
| Bajo | 835 | 3 | 6,530 | 27 |
| Medio | 3,718 | 15 | 11,866 | 49 |
| Alto | 13,922 | 58 | 4,331 | 18 |
| Muy alto | 5,261 | 22 | 701 | 3 |
| Total | 24,023 | 100 | 24,023 | 100 |
Fuente: elaboración propia.
El patrón de la precipitación en el área de estudio está influenciado principalmente por un “mecanismo orográfico”, en el cual las partes altas de las montañas atrapan la humedad proveniente del océano provocando su precipitación, lo cual hace que la recarga inicie a mayores alturas y se promuevan sistemas de flujo de agua subterránea que se infiltran en las cimas de las montañas, y recorre los caminos hacia las zonas más bajas de valles y planicies (Gómez, 2014, p. 33). Sin embargo, este mecanismo de precipitación también crea un efecto de sombra de lluvia, provocando una región mucho más húmeda y fría en la vertiente de barlovento, y una región mucho más seca y cálida en la vertiente de sotavento, donde se disipan las nubes y la precipitación (Whietman, 2000, p. 102), lo que propicia la aparición de regiones muy húmedas con alta precipitación (>1800 mm), como la sierra de Manantlán, aledañas a regiones semiáridas con escasa precipitación (<600 mm), como el valle Tonaya-Tuxcacuesco (Figura 5b). Estos contrastes de humedad influyen en la presencia o ausencia de coberturas vegetales como las de los bosques mesófilos y la selva mediana subcaducifolia, presentes únicamente en la vertiente occidental.
Descripción de las zonas de descarga
La zona de descarga es la evidencia más viable para identificar el funcionamiento del agua subterránea, ya que es el sitio donde aflora el agua y representa la fase final del recorrido del flujo. En estas zonas el agua ha adquirido propiedades particulares (salinidad, temperatura, pH, entre otros) y cuenta con una continuidad específica de caudal en el tiempo, que condiciona la presencia de determinado suelo y vegetación acordes a estas condiciones (Peñuela-Arévalo y Carrillo-Rivera, 2013, p. 24).
Las zonas con mayor presencia de indicadores regionales asociados con zonas de descarga del agua subterránea fueron la planicie costera de Jalisco y Colima, y la zona de lagunas al interior de cuencas endorreicas al noroeste (Figura 5). La primera se ubica desde la localidad de Barra de Navidad, en Jalisco, hasta la Bahía de San Telmo, en Colima, la cual se caracteriza por su baja altitud, con suelos tipo Gleysol vértico y Solonchak gléyico, y con presencia de vegetación hidrófila halófila, manglar, tular y de dunas costeras.
La segunda zona de descarga se ubica desde la laguna de Atotonilco, cerca de la localidad de Villa Corona, hasta la laguna de Zapotlán, cercana a Ciudad Guzmán, en Jalisco (Figura 5). Estas zonas se caracterizan por la presencia de suelos salinosódicos como Solonchak cálcico o vértico, Gleysol hiposálico y Vertisol hiposódico, con únicamente vegetación hidrófila halófila. En ambas zonas las descargas de agua subterránea han contribuido a la presencia de humedales como la laguna de Barra de Navidad, la laguna de Cuyutlán, el Santuario Playa Boca de Apiza y las lagunas de Atotonilco, Sayula y Zapotlán, que son considerados sitios Ramsar (SISR, 2019).
Otras zonas de descarga en el área de estudio son los valles y planicies intermontanas, tanto fuera como dentro de la cuenca, que determinan un cambio en la pendiente regional y dan lugar a superficies planas, de muy baja amplitud, con niveles freáticos someros y terrenos con mayor susceptibilidad a inundarse en cierta época del año, lo cual posibilita la presencia de Gleysoles con vegetación favorece la presencia de suelos con una marcada hidrofita como Typha domingensis Pers., Eleocharis estacionalidad, como los Vertisoles, aunque si el acutangula (Roxb.) Schult., Paspalum denticulatum periodo de saturación es lo suficientemente largo, se Trin. Schltdl y Canna glauca L., Thalia geniculata L., Sagittaria macrophylla Zucc. y Nymphaea gracilis Zucc. (Figura 4). Algunas de estas zonas son la Planicie de Unión de Tula y los valles de Autlán-El Grullo, Tonaya-Tuxcacuesco, La Huerta-Casimiro Castillo y Purificación-Cuitzmala (Figura 5).
Otras zonas de descarga son los fondos de los valles en V en diferentes secciones de la cuenca (Figura 5), como el cañón del río Ayuquila, Apulco, El Salto del Nogal o Zacualpan, con presencia de Fluvisoles y Vertisoles y vegetación freatofíta como Salix humboltiana y Taxoduim mucronatum (Ortiz, 2015, p. 125). Estas secciones se caracterizan por un amplio relieve, con un valle central profundamente disectado por el cauce de los ríos, donde hidráulicamente éste es una depresión lineal alargada, que es el sitio de descarga de toda el agua en esta sección (Tóth, 2009, p. 48).
DISCUSIÓN
La secuencia de eventos geológicos y tectónicos ha alterado la composición, la estructura y el relieve, que se manifiesta en una gran diversidad de unidades litológicas en diferentes secuencias crono-estratigráficas, lo cual se traduce en una alta heterogeneidad espacial en las principales propiedades hidráulicas de las unidades acuíferas. Esta geodiversidad, junto con el intenso relieve y el clima, han generado un mosaico de ambientes hidrogeológicos, paisajes naturales y condiciones climáticas contrastantes, lo que influye en la distribución del potencial de recarga, pues el mecanismo de precipitación promueve un gradiente de recarga desde la zona costera hacia el interior del continente, con las zonas de mayor recarga en la sierra de Cacoma-Manantlán (Figura 5). Sin embargo, es necesario determinar la dirección de los flujos mediante estudios hidrogeoquímicos y conocer sus zonas beneficiarias, pues el mapa sólo muestra la distribución del volumen de precipitación y no la dependencia con el agua subterránea, como ocurre en las localidades del valle Tonaya-Tuxcacuesco en la sierra de Tapalpa.
La distribución de las zonas de descarga del agua subterránea está determinada por cambios abruptos en la pendiente regional. Los efectos de los cambios en relieve local sobre el funcionamiento de los sistemas de flujo en las diferentes regiones de la cuenca pueden analizarse con base en los modelos conceptuales de sistema de cordilleralomeríos-planicies, valles intermontanos y cañones en forma de V propuestos por Tóth (2009, p. 48). En regiones con una intensa topografía, como el área de estudio, se pueden desarrollar patrones de flujo compuesto, los cuales se caracterizan por la alternancia lateral de regiones de recarga y descarga. Esto implica que el agua recargada en una determinada región puede ser destinada a diferentes áreas de descarga, o el agua descargada en una región puede provenir de diferentes regiones (Tóth, 2009, p. 35). La presencia de estos patrones tiene implicaciones importantes en la estimación de la disponibilidad que calcula la Conagua, pues el agua subterránea puede ser destinada a más de una zona de descarga dentro del mismo acuífero “administrativo”. El balance hídrico no toma en cuenta la presencia de las zonas de descarga que actúan como límites hidráulicos naturales de los sistemas de flujo, limitando la cantidad de agua subterránea en cada zona. Provoca una sobreestimación del agua subterránea al asumir que la disponibilidad estimada se encuentra repartida de igual manera en toda la superficie del acuífero administrativo, lo que propicia el sobreconcesionamiento de los mismos. Sin embargo, es necesaria la caracterización química e isotópica de los sistemas de flujo para identificar la posible trayectoria de los flujos involucrados y vincular cada zona de descarga con su correspondiente zona de recarga (Peñuela-Arévalo y Carrillo-Rivera, 2013, p. 31).
CONCLUSIONES
La evaluación de indicadores superficiales con la teoría de los sistemas de flujo demostró ser una herramienta útil para incorporar la respuesta de la dinámica del agua subterránea con el ambiente e identificar posibles zonas de recarga y descarga a escala regional. Así, las planicies costeras y de lagos interiores se identificaron como las principales zonas de descarga del agua subterránea. Otras zonas de descarga las constituyen los fondos de valles y planicies intermontanos, así como los valles en V, mientras que las principales zonas de recarga se encuentran en la parte alta de los sistemas montañosos que configuran la cuenca, además de los lomeríos hacia la planicie costera. Sin embargo, esta técnica sólo es parte de una metodología general, que debe complementarse con análisis de calidad química del agua, contenido isotópico, cargas hidráulicas y trabajo de campo detallado que permitan vincular cada zona de descarga con su correspondiente recarga.
La categorización del potencial de recarga permitió diferenciar las zonas de recarga y descarga. El análisis espacial de indicadores superficiales asociados a zonas de descarga permitió identificar que éstas corresponden a las zonas de bajo y muy bajo potencial. Sin embargo, es necesario realizar en un futuro un análisis más detallado para identificar las zonas de tránsito.
Este tipo de estudios son una primera aproximación que aporta evidencias innovadoras al estudio sistémico del agua subterránea, es decir, a las zonas de recarga-descarga. Su aplicación complementa de forma positiva los resultados del balance hídrico que se emplea en la evaluación oficial de la disponibilidad media anual del agua subterránea en México, además de proporcionar conocimiento de gran utilidad para el diseño de planes de conservación al incorporar al pago de servicios ambientales hidrológicos la dinámica y las características del agua subterránea.
