Influencia de la presión atmosférica y temperatura ambiental en el subsuelo de la microcuenca San Ildefonso Trujillo, Perú (2023)

Influencia de la presión atmosférica ytemperatura ambiental en el subsuelo de la microcuenca San Ildefonso Trujillo,Perú

Influence of atmospheric pressure and ambient temperature on thesub-floor of the San Ildefonso micro-basin Trujillo, Peru

Carlos Eduardo Quiroz Moreno¹̛ *; José Mostacero -Leon²

1 Gerencia deDefensa Nacional, Gobierno Regional La Libertad-Av. España Nº 1800, Trujillo,Perú.

2 Facultad de CienciasBiológicas, Universidad Nacional de Trujillo, Perú.

*Autorcorresponsal: cquiroz674@gmail.com (C.E. Quiroz).

J.Mostacero-Leon: https://orcid.org/0000-0003-2556-3013

DOI:http://dx.doi.org/10.17268/manglar.2020.008

RESUMEN

En marzo del 2017 laQuebrada San Ildefonso, Trujillo, Perú, se activó como consecuencia de lasprecipitaciones pluviales generadas por el evento climático denominado El NiñoCostero 2017 impactando la infraestructura urbana en la trayectoria de sucauce. El presente estudio tuvo como objetivo demostrar la relación existenteentre los factores ambientales: presión atmosférica y temperatura ambiental enla fluctuación del nivel freático de la quebrada San Ildefonso determinando quela variación de unos pocos hectopascales (hPa) de presión, así como elincremento de la temperatura influyen en la fluctuación del nivel freáticoexpuesto bajo la superficie del terreno. La metodología consistió en lamedición de los parámetros ambientales durante los años 2018 y nivel de la napafreática de un pozo artesiano en desuso ubicado en el cauce de la quebradadurante los meses de enero a julio 2019. Los datos fueron tomados desde lasuperficie del terreno hasta el nivel de agua dentro del pozo cada seis horas,acorde a la oscilación máxima y mínima de la marea barométrica; simultáneamentese registraron la temperatura de aire, del agua y suelo. Se concluye que la presiónatmosférica y temperatura influyen en el ascenso y descenso diario del nivel delagua subterránea de la quebrada de San Ildefonso.

Palabras clave: Quebrada SanIldefonso; nivel freático; presión atmosférica; temperatura ambiental.

ABSTRACT

In March 2017, theQuebrada San Ildefonso, Trujillo, Peru, was activated as result of the rainfallgenerated by the climatic event called El Niño Costero 2017 impacting the urbaninfrastructure during its channel. The present study aims to demonstrate therelationship between environmental factors: atmospheric pressure and ambienttemperature in the fluctuation of the water table of the San Ildefonso gorge,determining that the variation of a few hectopascals (hPa) of pressure as wellas the increase in the temperature influences the fluctuation of the watertable exposed below the ground surface. The methodology consisted of themeasurement of the environmental parameters during the years 2018 and the levelof the water table of a disused artesian well located in the channel of theravine during the months of January to July 2019. The data were taken from thesurface of the terrain to the water level inside the well every six hoursaccording to the maximum and minimum oscillation of the barometric tide;Simultaneously, the air, water and soil temperature were recorded. It isconcluded that atmospheric pressure and temperature influence the daily riseand fall of the groundwater level of the San Ildefonso.

Keywords: Quebrada SanIldefonso; water table; atmospheric pressure; environmental temperature.

INTRODUCCIÓN

Duranteepisodios de intensas lluvias en la provincia de Trujillo, las escorrentíasgeneradas por la pluviosidad sobre la microcuenca de la Quebrada de SanIldefonso descienden desde el embudo de erosión (cuenca de recepción) a travésde los tributarios de primer nivel hasta el cauce de transporte. Medina etal. (2017) argumenta que el terreno existente en el cauce de la quebradaestá conformado por arenas, limos y arcillas, distribuidos en forma caótica yde pobre consolidación, materiales que identificarían a esta área la presenciade acuíferos porosos (Fuentes, 2012). El nivel de agua subterránea vaascendiendo, pudiendo alcanzar la superficie del terreno si la temperaturaambiental alcanza niveles superiores a los 30ºC con un descenso de la presiónbarométrica menor a 6 hPa en pozos abiertos o grietas expuestas. Estosvolúmenes de agua freática emergente se sumarian a los volúmenes de lluvia quedesciende desde las vertientes de la quebrada a su cauce de transporteaumentando el caudal.

Durante elverano del año 2017 en la costa norte del litoral peruano se desarrolló unevento climático extremo que por sus características océano atmosféricas secalificó como “Niño Costero 2017” por El Estudio Nacional del Fenómeno El NiñoENFEN (2017). En el litoral marino de la provincia de Trujillo frente albalneario de Huanchaco los días del 11 al 25 de marzo del 2017 la temperaturasuperficial del mar (TSM) se incrementó de 22,37 °C y anomalía térmica (AT) de+3.53°C (09 de marzo) a 25,63°C y AT de +6.80 (11 de marzo) alcanzando latemperatura critica de 27,0ºC y AT +8.29°C el día 14 de marzo, condicionesambientales que generaron lluvias sobre la provincia de Trujillo y alrededoresno menores de 25 mm como lo registro la Estación Meteorológica Automática (EMA)Davis del Proyecto Huacas de Moche. Los días sucesivos la temperaturasuperficial del mar siguió ascendiendo hasta alcanzar los 29,27°C y AT +10,49°C el 16 de marzo como lo reporta el Instituto del Mar del Perú IMARPE (2017).Este nivel térmico extremo de la TSM y su AT no se registraba en nuestrolitoral nacional y particularmente regional en los últimos 19 años posterioresal evento El Niño Oscilación Sur (ENOS) suscitado en febrero del año 1998. Comoconsecuencia de este evento climático intensas lluvias precipitan sobre lacuenca orográfica de los valles del litoral de La Libertad activando quebradasubicadas al este de la planicie costanera de la provincia de Trujillo, así comoincrementando el cauce de los ríos Moche y Chicama. El Centro Nacional deEstimación, Prevención y Reducción del Riesgo de Desastres. CENEPRED (2017)considera este evento pluvial como “Extremadamente lluvioso” superando enfrecuencia e intensidad las lluvias registradas en los años “Niño 1982-83” y“Niño 1997-98”. Las escorrentías y efluentes generados en el cauce de laquebrada San Ildefonso impactaron con sus sedimentos tres distritos de laprovincia de Trujillo y la metrópoli misma, ocho activaciones durante los díasdel 15 al 22 de marzo del año 2017 Proyecta Consultoría (2018a).

Los estudios dehidrología en cuencas áridas y particularmente en nuestro litoral costanero sonaun incipientes al plantearse más preguntas que respuestas en su complejo ciclohidrológico no existiendo estudios para identificar los procesos en ladistribución espacial de la lluvia, su infiltración, recarga de acuíferos y suinteracción con los factores ambientales imperantes.

La presenteinvestigación se realizó ante el limitado conocimiento en la interacción de lapresión barométrica, temperatura ambiental y su influencia en el ascenso ydescenso diario del nivel freático de los acuíferos subterráneos de lamicrocuenca de San Ildefonso. Estas variables ambientales intensifican sudinámica cuando se presentan condiciones climáticas extremas como en eventos ElNiño asociado a intensa pluviosidad, favoreciendo el incremento freático yafloramiento superficial de agua subterránea hacia el cauce de la quebrada lamisma que con la lluvia presente en estas condiciones aumenta sustancialmente elcaudal de la quebrada. El presente estudio está orientada a demostrar larelación existente entre los factores ambientales: presión atmosférica y temperaturaambiental en la fluctuación del nivel freático en el lecho de la quebrada SanIldefonso, distrito de El Porvenir, provincia de Trujillo.

Por lodescrito anteriormente y no habiéndose realizado trabajos sobre estos factoresclimáticos en la zona de estudio, la presente investigación se avoco adeterminar la influencia de la presión atmosférica y la temperatura ambientalen el ascenso y descenso del agua freática en el cauce de la quebrada SanIldefonso, distrito del Porvenir, provincia de Trujillo., para un mejorentendimiento de las fuerzas climáticas en la activación fluvial de lasquebradas costeras.

MATERIAL Y MÉTODOS

2.1. Área de estudio

El presente estudio sedesarrolló en las coordenadas geográficas: 8º 2’35.46” Latitud Sur y 78º 59’5.96” Longitud Oeste a una altura de 192 m.s.n.m sobre el lecho de la microcuenca San Ildefonso, distrito de ElPorvenir, provincia de Trujillo. Esta formación geológica está ubicada en lavertiente occidental de la cordillera de los andes, emplazada en la intercuenca137719 de la vertiente del Pacifico; limita hacia el sur con la CuencaHidrográfica del Moche y por el norte de su ubicación con la CuencaHidrográfica del Chicama.

2.2 Técnica e instrumentosde recolección de datos

Registro mensual detemperatura ambiental, temperatura del suelo en el área de estudio.

Registro mensual de lapresión barométrica en el área de estudio.

Medición de la napafreática en el pozo artesiano ubicado en el lecho de la quebrada San Ildefonso

Registros meteorológicosdel Complejo arqueológico Huacas de Moche, Complejo Arqueológico Chan Chán,Servicio de Meteorología y Aeronáutica CORPAC, ONERN-Autoridad Nacional delAgua e información pluviométrica proveniente del Servicio Nacional deMeteorología e Hidrología (SENAMHI, 2014, 2106).

Medición de datos. Se tomaron medicionesdel nivel freático del pozo de manera directa, esto es mediante una winchamétrica se midió la distancia entre el nivel del suelo preestablecido y lasuperficie del agua del pozo. Las primeras mediciones se realizaron entre las08:50 a 11:00 horas y la segunda medición entre las 15:00 a las 16:00 horas,siguiendo la variación máxima y mínima de la marea barométrica. En cadamedición se tomó la presión barométrica, la temperatura del aire, latemperatura del suelo introduciendo el bulbo del termómetro 2 cm bajo elterreno, la temperatura de la roca se realizó colocando el sensor deltermómetro sobre la superficie de la piedra. La temperatura del agua del pozose realizó extrayendo agua del pozo mediante una jarra plástica de 2 litros decapacidad e inmediatamente introduciendo dentro de la columna de agua eltermómetro digital y procediéndose a registrar la lectura.

Análisis de datos. Lainformación recabada fue organizada en tablas sometiendo las variables deestudio: temperatura del aire y presión barométrica a la prueba estadísticaconocida como “coeficiente producto – momento” Hernández et al. (2014).El coeficiente de correlación de Pearson determino el vínculo entre ellas.

Dónde:

rxy: Coeficiente decorrelación de Pearson; X: La variable independiente de intervalo / razón:Temperatura del aire; Y: La variable dependiente de intervalo / razón: Presiónbarométrica, y N: Tamaño de la muestra.

Se empleó para elprocesamiento el programa Excel 2013 Análisis de datos -Funciones para Análisis– Coeficiente de correlación.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La quebrada de SanIldefonso es una formación geológica con un área de recepción pluvial de 10,7km² y con un perímetro de 18,6 km² en forma elipsoidal ubicada a 8 km alnoreste del continuum urbano de la ciudad de Trujillo (Apoyo Consultora, 2018).

Esta quebrada es una delas siete micro cuencas secas tributarias y no tributarias de la cuenca bajadel rio Moche y que, en episodios océano-atmosféricos extremadamente cálidos comolos de “El Niño” o de “El Niño Costero” cobran especial atención por los flujosque genera como resultado de las precipitaciones pluviales extraordinarias endicho evento, efluentes pluviales que transportan solidos suspendidos en granvolumen como en El Niño 1983 donde se estimó un caudal máximo instantáneo de 26m³/s siendo superado solo por El Niño de 1998, cuando en febrero alcanzó laquebrada San Ildefonso un máximo de 60 m³/s originando el colapso del dique deMampuesto (Convenio UNT/INDECI, 2002).

La variación de temperatura del aire en la zona deestudio registra una tendencia inversa a los valores de la presión barométricacomo se observa en la tabla y Figura 1 correspondiente a mediciones realizadasel año 2018.

Tabla 1

Registro de temperaturadel aire, suelo, roca y presión atmosférica registrada en la quebrada de SanIldefonso. Periodo: enero a diciembre 2018. Altura 186 m.s.n.m. encoordenadas WGS 84: 8° 02’35.46” L.S y 78° 59’596” LW

Figura 1. Comparativo delos valores de temperatura del aire, temperatura del suelo, temperatura de lasrocas y presión barométrica tomados en la quebrada San Ildefonso a una alturade 192 msnm durante los meses de enero a diciembre del año 2018.

Figura 2. Relación de lasvariables del estudio y su tendencia

Se evidencio que los valores de ascenso y descensodel nivel freático en el lecho de la quebrada oscilan en la mañana y tardeentre los 3,90 m (31 de enero 2019) hasta los 0,20 m (18 julio 2019),concordante con la temperatura ambiental que registra sus más altos niveles enverano contrario a los valores de la presión barométrica que desciendensignificativamente (Tabla 3) para valores correspondientes al año 2019.

Tabla 2

Temperatura del aire (X) ypresión barométrica (y) tomada en la quebrada San Ildefonso (año 2018)

La relación dela presión atmosférica y el nivel de la napa freática ha sido estudiada por Raffo(1954) en Argentina, aseverando que cuando aumenta la presión atmosférica, elnivel de agua de los pozos disminuye y viceversa. Lo antes indicado ha sidocorroborado en el presente estudio como se observa en la Tabla 3 y Figura 3 y4, destacando las mayo-res fluctuaciones de la napa freática del pozo en elverano: El día 31 de enero 2019 a las 11:00 am en el área de estudio se registróuna presión atmosférica de 991 hPa la más elevada en el día prevista en lacurva sigmoidea de la marea barométrica; la temperatura ambiental fue de 33,0°C y la temperatura del suelo de 38,9 °C; bajo esas condiciones el nivelfreático registro la profundidad más extrema reportada a la fecha: 9,0 m bajo la superficie del terreno. En la medición realizada a las 04:50p.m. hora del punto barométrico más bajo: 989,9 hPa, con una temperatura delsuelo en 29,1 °C la medición de la napa freático registro un ascenso de 3,90 mde la columna de agua al haber alcanzado la napa freática los 5,10 m bajo elterreno, ello tan solo con una diferencia de 1,1 hPa en aproximadamente 6 horasde diferencia. El 13 de marzo del 2019 a las 10:00 a.m. se reportó el máximo valor barométrico del día: 990 hPamidiéndose la profundidad del nivel freático en 6,50 m bajo la superficie; alas 03: 15 p.m. La mínima cota barométrica alcanzo los 987,0 hPa registrándoseuna medición desde el borde del terreno hasta el nivel del líquido del pozo unaprofundidad de 3,50 m, esto es, entre la medición de la mañana y a lavespertina existía una diferencia de 3 m de la columna de agua tan solo por unavariación de 3 hPa y en un tiempo aproximado de 5:15 horas. El día 14 de marzola quebrada de San Ildefonso registro desde la 1:00 am una intensa lluvia quealcanzó los 8,59 mm, repitiéndose a las 2:00 y 4:00 a.m. con menor intensidad: 1,6 mm y 0,8 mm respectivamente, registrando un volumen total día de 10,99 mm como se observa en la Figura 5. Al evaluar los niveles y valoresambientales a las 9:00 am la presión barométrica reporto: 990,0 hPa, latemperatura del aire 36,5 °C, la temperatura del agua 30,0 °C y la del suelo36,5 °C, el nivel freático había ascendido hasta alcanzar 0.30 m bajo lasuperficie del terreno. Al evaluar a las 04:15 p.m se registró una presiónbarométrica de 984 hPa (diferencia de 6 hPa con respecto a la primera medicióndel día) el nivel freático había ascendido hasta alcanzar los 0,10 m bajo lasuperficie del terreno como se evidencia en la Tabla 3. El sustantivoincremento del nivel freático registrado el día 14 de marzo 2019 estaríarelacionado a la lluvia de 11 mm en las primeras horas del día y que comoasevera Fuentes (2012): “Las aguas superficiales y las aguas subterráneas estánmuy relacionadas, pues es frecuente que el agua subterránea aflore en fuentes ymanantiales para seguir un recorrido superficial, mientras que en otros casosel agua superficial se infiltra pasando a formar parte del agua subterránea (…)Las Aguas superficiales se infiltran en el terreno por los poros y grietas delsuelo hasta llegar a la profundidad donde todos los huecos están llenos deagua, formando una franja capilar de mayor o menor espesor esta zona esla denominada zona de saturación o capa freática, su límite superior se llamasuperficie de saturación o superficie freática. El agua de la zona desaturación asciende por capilaridad por los pequeños intersticios del terrenosegún su naturaleza puede elevarse uno, dos o tres metros por encima de lasuperficie de saturación”. La información procesada evidencia que durante losmeses de enero a marzo (verano) la presión barométrica en el área de estudiotuvo un promedio de fluctuación de 2.4 hPa; sin embargo, el nivel de ascenso/descenso del agua freática alcanzo la media de 2,93 m. Contrario a ello losmeses de abril a julio (otoño /invierno) la variación de la presión barométricaentre la mañana y la tarde promedio los 5,6 hPa y una fluctuación de la napafreática no mayor de 1,00 m. La información obtenida en la quebrada de SanIldefonso indicaría que cuando los valores de la temperatura ambiental seincrementan en el verano los valores de la presión atmosférica decrecen.Podemos entender que además de la lluvia que generan flujos de agua superficialque precipita sobre el relieve de la quebrada de San Ildefonso en eventosclimáticos pluviales extremos como es el caso de El Niño Costero, habría queconsiderar el ascenso del nivel de la napa freática en volúmenes significativospor efecto de la disminución de la presión atmosférica externa. Durante elevento El Niño Costero 2017 la precipitación pluvial más intensa registrada porlas Estaciones Meteorológicas Automáticas (EMA) ubicadas en la provinciaTrujillo fue el día 14 de marzo 2017 con 25.0 mm (EMA Huacas de Moche )generando dicha precipitación el día 15 de marzo el desembalse del diqueconstruido para esas eventualidades en la quebrada de San Ildefonso; estedesembalse impacto los centros urbanos: El Porvenir, Florencia de Mora,Trujillo y Víctor Larco. Cuatro días después el 19 de marzo con unaprecipitación de solo 6.2 mm registrado por la EMA Proyecto Huacas de Moche yde 3.6 mm por la EMA Agroindustrial Laredo, el caudal procedente de la quebradaSan Ildefonso alcanzo el record pico de 39.9 m³/s Proyecta Consultoría (2018b).Consideramos que por las condiciones ambientales presentes (baja gradiente dela presión atmosférica e incremento de la temperatura) las copiosasprecipitaciones pluviales en el evento climático extremo aunado a la rugosidaddel terreno y la naturaleza del sedimento de la micro cuenca constituido porgravas, arena gruesa, limos y arcillas de pobre consolidación Medina et al.(2017) típico de un acuífero poroso, el agua se habría infiltrado rápidamentehasta incrementar el manto freático el que habría ascendido alcanzado el lechodel cauce de la quebrada, aumentando el volumen de escorrentía pluvial . Elefecto cíclico de ascenso y descenso de la presión ambiental se denominado“marea barométrica” característica importante en la circulación de la atmosferamedia y alta observándose de ella una variación diurna y semidiurna, así comoen transcurso del año con el cambio de las estaciones siendo muy marcadas en elverano y en invierno. Igualmente, estas mareas atmosféricas pueden sufrirmodificaciones de hasta 50 hPa como consecuencia de los sistemas del tiempo” (Possia et al.,2015). Lasfluctuaciones de la presión atmosférica diarias explicarían la ocurrencia delluvias veraniegas sobre la provincia en las horas donde se registran losmínimos valores de esta: 04 a 05 horas y 16:00 a 17:00 horas del día. Lapresencia de mayor vapor de agua (nubes) sobre el terreno y colinas disminuyela densidad del aire por que el peso molecular del agua (18,016 Kg/mol), esmenor que el peso molecular promedio del aire (28,97 kg/mol), por lo tanto,ante temperaturas similares, una masa de aire más húmedo ejerce menos presiónque una masa de aire más seco, favoreciendo el ascenso de los niveles de lanapa freática hacia la superficie (Zúñiga y Crespo, 2015).

Tabla 3

Registro de la presiónbarométrica, temperatura del aire, temperatura del agua, temperatura del sueloy nivel de la napa freática en horas de la mañana (a.m.) y en horas de la tarde(p.m.) según fechas indicadas durante los meses de enero a julio 2019 en laquebrada de San Ildefonso

Figura3. Valoresde la presión barométrica y niveles de la napa freática en el área deestudio registrados en horas de la mañana (09:00 - 11:00 horas).

Figura4. Valoresde la presión barométrica y niveles de la napa freática en el área deestudio registrados en horas de la tarde. (15:00 - 17:00 horas).

Figura 5. Niveles delluvia registrada por la Autoridad Nacional del Agua (ANA) durante los meses deFebrero y Marzo 2019. Fuente: Estación Pluviométrica. ANA- Quebrada SanIldefonso (año 2019).

Coincidimos por lo expuesto por Ayllon (2013) “Lafuerza atmosférica varía según la temperatura, la altitud y la humedad.A un aumento de temperatura corresponde una dilatación del aire y, por tanto,una disminución de presión entre las moléculas del aire y, viceversa: undescenso de temperatura produce una contracción del aire, y en consecuencia unaumento de la presión”. Para establecer el grado de relación o índice deasociación lineal de las variables estudiadas: temperatura del aire y presiónbarométrica se ha aplicado el coeficiente de correlación de Pearson a losvalores obtenidos (Tabla 2 y Figura 2).

Los resultadosprocesados mediante la fórmula del cálculo del coeficiente de Pearson seobtuvo r: -0.763068 y un R² de 0.5823, lo que significa que el valor delcoeficiente entre ambas es 76,3% de variación, pero en sentido inverso uopuesto considerándose dicha cifra una correlación negativa considerable (Hernándezet al., 2014).

CONCLUSIONES

La temperatura del aire tiende a seropuesta a los valores de la presión barométrica sobre el cauce de la quebradaSan Ildefonso, factores que tienen influencia directa sobre la fluctuación dela napa freática.

La información procesada evidencia quedurante los meses de enero a marzo (verano) la presión barométrica en el áreade estudio tuvo un promedio de fluctuación de 2,4 hPa; sin embargo, el nivel deascenso /descenso del agua freática alcanzo la media de 2.93 m. Un episodio delluvia de 11 mm suscitado el 14 de marzo 2019 evidencio el ascenso del nivel dela napa freática hasta ubicarse a 0.10 m del nivel del terreno. Contrario aello los meses de abril a julio (otoño/invierno) la variación de la presiónbarométrica entre la mañana y la tarde promedio los 5.6 hPa y una fluctuaciónde la napa freática no mayor de 1.00 m.

Consideramos que ante el cambioclimático en desarrollo y el incremento en la frecuencia pluvial sobre lasquebradas costeras que ponen en vulnerabilidad los centros urbanos asentados ensu cauce, se recomienda ampliar estudios que permitan evaluar las variablestemperatura y presión barométrica y su influencia en el ascenso de los nivelesfreáticos y de estos en el incremento de los caudales pluviales.

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