Modelación e Información Geoespacial: Análisis de eventos climáticos y antrópicos en la dinámica del acuífero en el distrito de riego de Villa Regina

Abstract

El consorcio de Riego y Drenaje de Villa Regina forma parte de un extenso valle irrigado para la producción de frutales de pepita. A lo largo de los años se han detectado problemas asociados al riego y el drenaje, consecuencia de un ascenso paulatino del nivel del acuífero freático. Es primordial estudiar la zona de forma integral para comprender la interacción de los recursos hídricos superficiales y subterráneos. Los objetivos de la tesis incluyeron: a) proponer un modelo conceptual hidrogeológico en el distrito y la calibración del modelo numérico, b) analizar una crecida del Río Negro y su impacto en el acuífero freático. En relación a la metodología, se hicieron dos campañas de medición de datos hidrológicos. Se utilizó el software QGIS 2.18 para procesar y elaborar las capas de información de los datos relevados a campo y los suministrados por los entes afines (caudales del río, lecturas freatimétricas). Se descargaron imágenes Sentinel 2 en fechas relevantes a la crecida y se calcularon índices espectrales de detección de cuerpos de agua (NDWI y MNDWI) con el fin de evaluar el área con agua en superficie en agosto del 2017 y 2018. Se seleccionaron los freatímetros más cercanos al río y se elaboraron los freatigramas, calculando un promedio de ascenso de la capa freática en el área. Se elaboró el modelo conceptual, luego se reprodujo el flujo subterráneo mediante su simulación numérica en régimen estacionario en época de no riego. Se utilizó el código Modflow; el método de solución utilizado fue el numérico y la calibración se realizó con el tradicional método de prueba y error. Para las observaciones se usaron las mediciones de la red freatimétrica de agosto del 2018, dicho momento del año se considera la época en la cual la capa freática no tiene influencia antrópica debido al receso invernal. La calibración del modelo numérico validó el modelo conceptual planteado, con un error cuadrático medio (RMS) de 0,22 m y el RMS Normalizado de 1,57%, siendo valores muy aceptables. El R arrojó un valor de 0,99, confirmando un buen ajuste y demostrando un grado elevado de correlación entre los datos observados y los datos calibrados del Nivel Freático. Los parámetros que se calibraron para lograr dichos resultados fueron la conductividad hidráulica, la conductancia del río y de los desagües y la recarga del sistema. El NDWI y el MNDWI fueron consistentes con la crecida del año 2018, cuantificando un aumento del área cubierta por agua de 420000 m2, respecto a un año típico como el 2017. El análisis de los freatigramas en dicho período arrojó un aumento del nivel freático promedio de 0,7 m, confirmando el impacto de la crecida en el acuífero freático. Se concluye que el uso de herramientas de modelación, integrada al uso de información geográfica, permite analizar y comprender la interacción de los recursos hídricos superficiales y subterráneos, en el marco del funcionamiento de un sistema productivo tan importante como lo es el Alto Valle del Río Negro y Neuquén. Se pretende brindar conocimiento y herramientas que aporten a la implementación de una GIRH en el área de estudio.

The Irrigation and Drainage Consortium of Villa Regina, Rio Negro is part of a vast, irrigated valley. Its main production is pears and apples. Throughout the years, water and drainage problems have been detected due to a water table raise. Thus, studying the zone extensively becomes crucial in order to understand the groundwater and surface water sources interaction. The aims of this thesis are: i) to develop a hydrogeological conceptual model in the district and the calibration of the numerical model; ii) to analyze a flood river in the rio Negro, and to quantify the impact on the water table. As regards methodology, measurements of hydrological data were carried out in two different moments. Software QGIS 2.18 was used to process and elaborate the information layers of collected data. In order to analyze the surface water area, in August 2017 and 2018, Sentinel 2 images were downloaded when significant river flood occurred, and spectral indices (NDWI and MNDWI) were obtained to detect water bodies. To calculate the average of groundwater elevation in the area, unconfined aquifer piezometers near to the river were selected to elaborate piezometric graphs. Conceptual model was made, then groundwater flow was numerically simulated based on non-irrigation period. The Modflow code was used and the solution method used was the numerical method. Model calibration was achieved through the classic trial-and-error procedure. Piezometer measurements in August 2018 were considered due to the fact that August is the moment of the year in which the water table is not influenced by irrigation. The conceptual model was validated by the calibration of the numerical model, with an error (RMS) of 0.22 and a Normalized RMS of 1.57%, which are acceptable values. The R value for the fitted model was 0.99, showing a high correlation level between the collected and estimated data of water table. Calibrated parameters used were: hydraulic conductivity, river and drainage conductance, and recharge. The NDWI and the MNDWI were consistent to the river flood in 2018, showing an increase of the area covered by water by 420000 m2 in comparison to 2017. The analysis of piezometric graphs during the specific period showed an average level of water table elevation of 0.7 m. These results confirm the river flood impacts on the water table. It is possible to conclude that the use of both modelling tools and geographical information, were accurate to analyze and understand the interaction between the groundwater and surface water sources in the productive system performance in the upper valley of Rio Negro and Neuquén. The aim of this work is to shed light on the use of Integrates Water Resources Management in the studied area.