Análisis espacio-temporal de la calidad del agua subterránea en el Valle de San Luis Potosí

Abstract

"El objetivo de esta investigación fue analizar espacial y temporalmente la calidad del agua subterránea en el Valle de San Luis Potosí, e identificar procesos naturales y antropogénicos que afectan su calidad. Se recopilaron 8 bases de datos de pozos profundos (2007, 2012- 2018), y una de pozos noria (2010). Se estudiaron 17 parámetros fisicoquímicos: Alcalinidad, As, Ca2+, Cl-, Coliformes totales, CE, Dureza, F-, HCO3-, K+, Mg2+, NO3-, Na+, pH, PO42-, SDT y SO42-. A cada base de datos se le determinó los tipos de agua, mediante los diagramas de Durov y Wilcox. La calidad del agua fue evaluada con índices de calidad del agua, considerando los LMP de la NOM-127-SSA1-1994 y la OMS para agua de consumo humano y las guías de la FAO para el agua de riego agrícola. Se identificaron variaciones temporales de la calidad del agua, mediante un Análisis de Varianza. Los procesos hidrogeoquímicos que predominan en el acuífero somero son disoluciones de iones y sales, relacionadas a las descargas urbanas, agrícolas, industriales; seguido de procesos de intercambio iónico inverso entre Na+ y Cl-, relacionado a las aguas residuales empleadas en el riego agrícola con altos niveles de STD, y dominancia de iones SO42- y Ca2+, relacionada a la geología local del VSLP. Se observó un aumento en los niveles de salinidad y de sodio en el acuífero somero, asociado al incremento en el volumen de aguas residuales descargadas y empleadas en el riego agrícola. Se encontró que las concentraciones promedio de As, F-, K+, CE, SDT y coliformes totales, rebasan los LMP del agua para consumo humano, para todos los años. La calidad del agua en el acuífero somero se clasificó en 5.45% de los pozos como “muy pobre”, 52.72% como “pobre”, 27.27% como “buena calidad”, 12.72% clasificada como “excelente calidad”, por lo que en su mayoría no es apta para consumo. La calidad del agua para riego agrícola, se clasificó como “alta restricción” en 45.45% de los pozos, y es apta regar cultivos con moderada a alta tolerancia a la sal; 36.36% como “moderada restricción”, y es apropiada para regar cultivos con moderada tolerancia a sales; el 10.9% como “severa restricción”, y es recomendable para cultivos muy tolerantes a sales, y 7.27% como “baja restricción”, apta todos los cultivos, excepto los muy sensibles a sales. En el acuífero profundo se identificaron procesos de disolución e intercambio iónico entre Na+ y HCO3-, asociado a fuentes geogénicas, y por los altos niveles sodio en aguas residuales para riego agrícola. No se observaron cambios significativos en los niveles de salinidad en la mayoría de los pozos en el periodo 2012 a 2018, excepto para los pozos cerca, y dentro de la zona agrícola. En el año 2007, la calidad del agua para consumo humano, se clasificó en 74.64% de los pozos como “agua excelente”, en la mayor parte del VSLP, excepto en la zona agrícola; 23.94% como “agua buena”, ubicada en zonas agrícolas; 1.4% como “agua pobre” localizada en el noroeste. En el 2012, 2013 y 2014, la calidad del agua se clasificó como “agua excelente” en 50% de los pozos. En el año 2015 y 2016 el agua clasificada como excelente, aumentó a 55.55% y 75%, respectivamente. En el año 2017 y 2018 disminuyó la calidad del agua excelente a 64.28%, y 53.33%. El agua clasificada como “buena” comprendió el 40% de los pozos en los años 2012, 2013 y 2014, y en el 2015, 2016 y 2017 disminuyó a 33.33%, 16.66% y 33.33%, respectivamente. La mayor parte de este tipo de agua se encuentra en las proximidades a zonas agrícolas. El agua clasificada como “pobre” abarcó el 10% de los pozos muestreados en el año 2012, 2013, 2014, 2015 y 2016. Mientras que en el 2017 y 2018, aumentó en 14,28 % y 13.33%. Este tipo de agua se ubica dentro las zonas agrícolas y urbanas. En el año 2007, la calidad del agua para uso agrícola se clasificó como “agua de alta restricción” en 39.42% de los pozos, 35.21% en “severa restricción”, 23.23% “moderada restricción”, y 2.11% “baja restricción”. En el año 2012, el agua de “moderada restricción”, aumentó a 90%, y en los siguientes años disminuyó el número de pozos a un 25%. En el año 2012 el agua de “alta restricción” fue en 10% de los pozos, posteriormente aumentó hasta 50%. El agua de “baja restricción”, abarcó un 10%, 11.11%, 25%, 14.28%, y 13.33% de los pozos en los años 2014, 2015, 2016, 2017 y 2018, respectivamente. Mientras que, en los años 2016, 2017 y 2018, disminuyó a “altamente restrictivo” en algunos pozos. El análisis de las variaciones temporales indicó una tendencia al aumento de los niveles de arsénico, a partir de los años 2016, 2017 y 2018. El análisis espacial mostró que las zonas con mayores niveles de arsénico son las zonas urbanas y agrícolas, localizados en zonas urbanas y rurales y se relacionó a fuentes naturales, propiciadas por la sobreexplotación de los pozos en la zona urbana, y al uso de aguas residuales en la agricultura. Los niveles de flúor, durante los años 2012 a 2018, disminuyeron ligeramente en algunos pozos."

"The objective of this research was to analyze spatially and temporally the quality of groundwater in the San Luis Potosí Valley, and to identify natural and anthropogenic processes that affect its quality. 8 databases were compiled from deep wells (2007, 2012-2018), and one from noria wells (2010). 17 physicochemical parameters were studied: Alkalinity, As, Ca2+, Cl-, Total Coliforms, CE, Hardness, F-, HCO3-, K+, Mg2+, NO3-, Na+, pH, PO42-, SDT and SO42-. The types of water were determined for each database, using the Durov and Wilcox diagrams. The water quality was evaluated with water quality indices, considering the LMP of NOM-127-SSA1-1994 and the WHO for water for human consumption and the FAO guidelines for agricultural irrigation water. Temporal variations in water quality was identified through an Analysis of Variance. The hydrogeochemical processes that predominate in the shallow aquifer are solutions of ions and salts, related to urban, agricultural, and industrial discharges; followed by reverse ion exchange processes between Na+ and Cl-, related to wastewater used in agricultural irrigation with high levels of STD, and dominance of SO42- and Ca2+ ions, related to the local geology of VSLP. An increase in salinity and sodium levels was observed in the shallow aquifer, associated with the increase in the volume of wastewater discharged and are used in agricultural irrigation. It was found that the average concentrations of As, F-, K+, CE, TDS and total coliforms, exceed the PML of water for human consumption, for all years. The water quality in the shallow aquifer was classified in 5.45% of the wells as “very poor”, 52.72% as “poor”, 27.27% as “good quality”, 12.72% classified as “excellent quality”, so in most of them are not suitable for consumption. The quality of the water for agricultural irrigation was classified as “high restriction” in 45.45% of the wells, and it is suitable to irrigate crops with moderate to high tolerance to salt; 36.36% as “moderate restriction”, and is appropriate for irrigating crops with moderate tolerance to salts; 10.9% as “severe restriction” and it is recommended for crops very tolerant to salts, and 7.27% as “low restriction”, suitable for all crops, except those very sensitive to salts. In the deep aquifer, dissolution, and reverse ion exchange processes between Na+ y HCO3- were identified, associated with geogenic sources, and due to the high sodium levels in wastewater for agricultural irrigation. No significant changes in salinity levels were observed in most of the wells in the period 2012 to 2018, except for wells close to, and within the agricultural zone. In 2007, the quality of water for human consumption was classified in 74.64% of the wells as “excellent water”, in most of the VSLP, except in the agricultural zone; 23.94% as “good water”, located in agricultural areas; 1.4% as “poor water” located in the northwest. In 2012, 2013 and 2014, water quality was classified as “excellent water” in 50% of the wells. In 2015 and 2016, the water classified as excellent increased to 55.55% and 75%, respectively. In 2017 and 2018, excellent water quality decreased to 64.28%, and 53.33%. The water classified as “good” comprised 40% of the wells in the years 2012, 2013 and 2014, and in 2015, 2016 and 2017 it decreased to 33.33%, 16.66% and 33.33%, respectively. Most of this type of water is found in proximity to agricultural areas. The water classified as “poor” covered 10% of the wells sampled in 2012, 2013, 2014, 2015 and 2016. While in 2017 and 2018, it increased by 14.28% and 13.33%. This type of water is located within agricultural and urban areas. In 2007, the quality of water for agricultural use was classified as “high restriction water” in 39.42% of the wells, 35.21% as “severe restriction”, 23.23% “moderate restriction”, and 2.11% “low restriction”. In 2012, “moderately restricted” water increased to 90%, and in the following years the number of wells decreased to 25%. In 2012, “high restriction” water was in 10% of the wells, later it increased to 50%. The “low restriction” water covered 10%, 11.11%, 25%, 14.28%, and 13.33% of the wells in the years 2014, 2015, 2016, 2017 and 2018, respectively. While, in the years 2016, 2017 and 2018, it decreased to “highly restrictive” in some wells. The analysis of the temporal variations indicated a tendency to increase the levels of arsenic, starting in the years 2016, 2017 and 2018. The spatial analysis showed that the areas with the highest levels of arsenic are urban and agricultural areas, located in urban and rural areas and it was related to natural sources, caused by the overexploitation of wells in urban areas, and the use of wastewater in agriculture. Fluoride levels, during the years 2012 to 2018, slightly decreased in some wells."