Distribución espacial y evaluación temporal del proceso de consolidación del terreno por la sobreexplotación del agua subterránea

Abstract

Esta investigación presenta la aplicación de la técnica interferométrica SBAS (small baseline) en la evaluación e interpretación del desplazamiento vertical presente en la superficie de un sistema acuífero sobreexplotado, cuyos resultados se convirtieron en insumos para la evaluación del gradiente horizontal de subsidencia, a la vez que motivaron el desarrollo de una nueva metodología basada en el análisis vectorial de subsidencia, ambos procedimientos orientados a la identificación de fracturamiento superficial en el valle de Toluca. La subsidencia asociada a la extracción del agua subterránea ha sido observada en diferentes ambientes hidrogeológicos alrededor del mundo, el desarrollo del fenómeno es consecuencia de la compactación elástica e inelástica de los materiales que constituyen el acuífero como respuesta a los cambios en la presión de poro causados por el descenso de los niveles del agua subterránea. En tal sentido, se llevó a cabo el análisis de la evolución piezométrica en el acuífero sobre una base de datos de 47 años. Las observaciones realizadas sobre ellos en general indican un comportamiento descendente durante todo el período, mostrando tasas de hasta 1.7 m/año de descenso de la carga piezométrica. Este valor específicamente se registra en la zona industrial del valle de Toluca, la cual, además presenta el fenómeno de gradiente hidráulico vertical hacia abajo. Este comportamiento forza a las aguas subterráneas de la parte media y superior del acuífero a suministrar el líquido tanto a la sección inferior como a la media, situación que se ve reflejada en los perfiles de evolución del nivel piezométrico así como en los valores de subsidencia alcanzada. Bajo este enfoque, los gradientes hidráulicos verticales hacia abajo igualmente favorecen el hundimiento del suelo por el arrastre de materiales finos. La presencia de este tipo de gradiente puede inferirse en los perfiles de análisis de la evolución piezométrica. Por otra parte, la zona en la que se ha realizado esta investigación está compuesta de manera general por depósitos aluviales, lacustres, así como por materiales volcánicos fracturados. Al hablar de sedimentos lacustres queda implícita la presencia de arcillas. En el valle el espesor de arcillas es de hasta 205 m, los resultados de la investigación demuestran coincidencia entre los valores máximos de subsidencia presente con el máximo espesor de arcillas. La composición del subsuelo tiene gran influencia sobre el desarrollo de la subsidencia, permitiendo en algunas zonas el rápido descenso de él mientras que otras permanecen estables o son más lentas. Al mismo tiempo puede ser la causa de la reactivación de fallas geológicas que aunque presentes no son visibles sobre la superficie. Tomando esto en consideración, se han observado zonas que presentan subsidencia y fracturamientos en sitios en los que el abatimiento no es el máximo, como el observado en la imagen de subsidencia en la sección oeste de la vialidad Paseo Matlazincas así como el fracturamiento presente en la localidad de Santiago Miltepec, en ambos casos se aprecia la influencia geológica del subsuelo. Se sabe que los daños causados por la subsidencia en la infraestructura e inmuebles presentes en los lugares donde ocurre esté fenómeno son cuantiosos. De manera habitual los daños son causados por el fracturamiento superficial del terreno, como resultado de las condiciones de estrés originadas por la extracción intensiva del agua subterránea. En ese sentido, el pronóstico de fracturamiento superficial es importante en las políticas de prevención de riesgos dentro de las planeaciones de Protección Civil y de ordenamiento territorial. Una técnica ampliamente utilizada en el pronóstico de fracturamiento consiste en la obtención del gradiente horizontal de subsidencia, de manera general se refiere a la tasa de cambio entre la subsidencia de dos pixeles adyacentes de la imagen de subsidencia obtenida durante el procesamiento interferométrico de las imágenes y la distancia que existe entre los centros de los pixeles. Tres métodos para la obtención del gradiente horizontal de subsidencia fueron aplicados en la identificación de fracturas, la manera de operar de cada uno se diferencia por el número de pixeles considerados para el análisis de un pixel en particular, de este modo, el método de Cabral-Cano et al. (2008), toma en cuenta sólo al pixel de interés y el inmediato. Los métodos de Horn (1981) y Sobel (1991), consideran los ocho pixeles alrededor del pixel de interés, asignando un valor de peso diferente a cada uno. Los resultados de estos métodos en general fueron muy parecidos e identifican las zonas con mayores tasas de movimiento vertical, en estos métodos se observó coincidencia con algunas fracturas existentes.