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Groundwater Characterization Using Modern Geophysical Approaches in the Sahaspur Block, Dehradun District, Uttarakhand, India

Este estudio utiliza sondeos eléctricos verticales integrados, parámetros de Dar–Zarrouk y análisis estadístico para caracterizar los acuíferos heterogéneos del Bloque de Sahaspur en Dehradun, revelando que las formaciones meteorizadas, fracturadas y conductoras con mayor espesor son los principales impulsores del potencial de aguas subterráneas en la región.

Autores originales: Somvir Singh

Publicado 2026-08-04

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CC BY 4.0

Autores originales: Somvir Singh

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina la corteza terrestre como un pastel gigante de múltiples capas, pero en lugar de bizcocho y crema, está hecha de rocas, arena, arcilla y agua. Algunas capas son duras y apretadas como un ladrillo denso, mientras que otras son sueltas y desmenuzables como una playa arenosa. El gran misterio para los científicos es descubrir dónde están las capas "jugosas", aquellas que contienen suficiente agua para llenar nuestros pozos, granjas y ciudades. Para resolver esto, utilizan un truco llamado geofísica, que es como darle al suelo una radiografía sin tener que cavar un solo agujero. Una de sus herramientas favoritas es el "Sondeo Eléctrico Vertical" (VES). Piensa en esto como enviar un pequeño choque eléctrico al suelo y escuchar cómo rebota. Si el suelo está húmedo y lleno de arena suelta, la electricidad corre fácilmente (baja resistencia). Si el suelo es roca dura o arcilla compacta, la electricidad se queda atascada y lucha por pasar (alta resistencia). Al medir esta lucha a diferentes profundidades, los científicos pueden mapear dónde se esconde el agua, qué tan profunda es y qué tan rápido puede fluir. Esto es crucial porque, a medida que nuestras ciudades crecen y el clima cambia, necesitamos saber exactamente dónde perforar para obtener agua sin perder tiempo ni dinero en pozos secos.

En este estudio, un investigador llamado Somvir Singh decidió mapear el "pastel de agua" en un área específica llamada Bloque de Sahaspur en Dehradun, India. Este lugar es una mezcla concurrida de colinas y llanuras, donde la gente cultiva y construye hogares, lo que ejerce una fuerte presión sobre el suministro de agua subterránea. Singh no solo adivinó; salió y realizó 58 sondeos eléctricos en toda el área. Trató al suelo como un rompecabezas, utilizando los datos eléctricos para determinar el espesor de las capas, de qué tipo de rocas estaban hechas y cuánta agua podían contener. Luego utilizó algunas fórmulas matemáticas ingeniosas (llamadas parámetros de Dar-Zarrouk) para convertir esos números eléctricos en hechos reales sobre el agua, como la rapidez con la que el agua se mueve a través del suelo (conductividad hidráulica) y cuánta agua podría producir un pozo (transmisividad). También creó dos "tarjetas de puntuación" especiales para el área: el Índice de Potencial de Agua Subterránea (GPI), que califica qué tan bueno es un lugar para encontrar agua, y el Índice Hidráulico Controlado por la Litología (LHI), que califica qué tan fácil es que el agua fluya a través de los tipos específicos de rocas de la zona.

¿Qué encontró Singh? El suelo en Sahaspur es un poco como una montaña rusa. En algunos puntos, la electricidad luchó por pasar, revelando rocas duras y secas que son terribles para encontrar agua. Pero en otros puntos, la electricidad pasó volando, señalando capas gruesas de arena y grava meteorizadas y húmedas que están rebosantes de agua. El estudio mostró que los mejores lugares para encontrar agua son donde el suelo es "conductor" (fácil para que pase la electricidad), lo que generalmente significa que las rocas están agrietadas, meteorizadas y llenas de agua. Específicamente, el estudio encontró que la resistividad del acuífero (cuánto se resiste el suelo a la electricidad) varió de 28.51 a 262.63 Ω-m. El espesor de las capas que retienen agua varió enormemente, desde unos delgados 8.13 metros hasta unos masivos 69.91 metros. La velocidad a la que el agua puede moverse a través de estas capas (conductividad hidráulica) varió de 2.14 a 16.97 metros por día, y la cantidad de agua que una capa puede entregar (transmisividad) varió de 28.30 a 1113.28 m²/día.

La parte más emocionante de los hallazgos es la conexión entre los datos eléctricos y el agua. Singh descubrió una regla clara: cuanto menor sea la resistencia eléctrica, mejor será la situación del agua. Las áreas con la menor resistencia (los caminos "fáciles" para la electricidad) resultaron ser las "minas de oro" para el agua, mostrando alta transmisividad y alto potencial. Por el contrario, las áreas con alta resistencia (los caminos "difíciles") estaban secas y compactas, ofreciendo muy poca agua. Identificó aldeas y ubicaciones específicas, como VES28 (Bhuddi) y VES48 (Rajawala), como poseedoras de un potencial de agua subterránea "Muy Alto", con puntuaciones en su índice GPI que alcanzan hasta 8212.75. Estos puntos son gruesos, húmedos y están llenos de grava suelta, lo que los hace perfectos para perforar. Por otro lado, lugares como VES31 (Sheeshamwada) tenían alta resistencia y puntuaciones bajas, lo que significa que no son buenos candidatos para nuevos pozos.

El estudio también analizó qué tan bien protege el suelo al agua de la contaminación. Encontró que en algunas áreas, las capas por encima del agua son gruesas y ricas en arcilla, actuando como un filtro natural que mantiene fuera la suciedad y los químicos. En otras áreas, esta capa protectora es delgada o falta, lo que significa que el agua es más vulnerable a la contaminación. Al combinar todas estas mediciones eléctricas con las matemáticas del flujo de agua, Singh creó un mapa detallado que nos dice exactamente dónde está el agua, qué tan profunda es y qué tanta hay. No solo encontró agua; descubrió la "personalidad" de las capas subterráneas, mostrando que el agua vive en las grietas y espacios de las rocas meteorizadas, no en la piedra sólida e ininterrumpida.

Aunque el mapa es muy detallado, el estudio admite algunas limitaciones. Debido a que utilizaron un método que mira directamente hacia abajo (1D) en lugar de una película en 3D del subsuelo, podrían haber pasado por alto algunos giros diminutos y complicados en las capas de roca. Además, calcularon los números de flujo de agua basándose en patrones eléctricos en lugar de bombear realmente agua del suelo para probarlo, por lo que, aunque los números parecen muy prometedores, son estimaciones basadas en los datos eléctricos. Sin embargo, los patrones eran tan claros y consistentes que los investigadores están seguros de que este enfoque funciona. Sugieren que este método es una forma poderosa y rentable de encontrar agua en áreas rocosas complejas, no solo en Dehradun, sino potencialmente en cualquier lugar con una geología similar. El fondo es que, al escuchar el latido eléctrico del suelo, finalmente podemos ver dónde se esconde el agua y protegerla para el futuro.

Resumen Técnico: Caracterización de Aguas Subterráneas mediante Enfoques Geofísicos Modernos en el Bloque de Sahaspur, Distrito de Dehradun, Uttarakhand, India

Planteamiento del Problema
La rápida urbanización, la expansión agrícola y la creciente demanda de agua están ejerciendo una presión cada vez mayor sobre los recursos de aguas subterráneas en el Bloque de Sahaspur, en el distrito de Dehradun, Uttarakhand. Situada dentro de la cuenca de antepaís del Himalaya, tectónicamente activa, el área presenta condiciones hidrogeológicas complejas caracterizadas por depósitos aluviales heterogéneos (Gravas de Doon) y formaciones de roca dura (Grupo Jaunsar). La intrincada interacción entre la heterogeneidad litológica, las discontinuidades estructurales y la variación en la deposición sedimentaria hace que la caracterización tradicional de los acuíferos sea un desafío. Existe una necesidad crítica de investigaciones hidrogeofísicas fiables para delinear la geometría del acuífero, evaluar las características hidráulicas y evaluar el potencial de aguas subterráneas para asegurar una gestión sostenible de los recursos en este terreno estructuralmente complejo.

Metodología
El estudio emplea un enfoque integrado que combina el Sondeo Eléctrico Vertical (SEV), los parámetros de Dar–Zarrouk (D-Z) y el análisis de correlación estadística.

Adquisición de Datos: Se realizaron cincuenta y ocho sondeos SEV utilizando la configuración de electrodos Schlumberger con espaciamientos de electrodos de corriente (AB/2) que variaron de 1 m a 575 m, alcanzando una profundidad de investigación máxima de aproximadamente 150 m.
Procesamiento de Datos: Se aplicó la inversión unidimensional (usando IX1Dv3.1) para interpretar las capas de resistividad del subsuelo, manteniendo los errores de ajuste por debajo del 5%.
Derivación de Parámetros:
- Índices Hidrogeofísicos: La resistividad del acuífero, el espesor, la conductividad hidráulica ( $K$ ) y la transmisividad ( $T$ ) se estimaron mediante relaciones empíricas (p. ej., Heigold et al., 1979; Heigold et al., 1979).
- Parámetros de Dar–Zarrouk: Se calcularon la conductancia longitudinal ( $S_c$ ), la resistencia transversal ( $T_r$ ), el coeficiente de anisotropía ( $\lambda$ ) y la capacidad de protección para evaluar el almacenamiento, la transmisión y las capacidades de protección del acuífero.
- Índices Compuestos: Se formularon dos índices novedosos:
  - Índice de Potencial de Aguas Subterráneas (GPI): Un índice compuesto que integra la resistencia transversal, la conductividad hidráulica y la conductancia longitudinal ( $GPI = T \cdot K / S_c$ ) para evaluar la productividad general del acuífero.
  - Índice Hidráulico Controlado por la Litología (LHI): Definido como la relación entre el coeficiente de anisotropía y el espesor del acuífero ( $LHI = \lambda / h$ ), diseñado para cuantificar la complejidad estructural y la dinámica del flujo controlado por fracturas.
Análisis Estadístico: Se realizó un análisis de correlación de Pearson para determinar las relaciones entre la resistividad, los parámetros hidráulicos y los índices derivados.

Resultos Clave

Geometría y Litología del Acuífero: El estudio identificó una heterogeneidad espacial significativa. La resistividad del acuífero osciló entre 28,51 y 262,63 $\Omega$ -m, con un espesor que varió de 8,13 m a 69,91 m. Las zonas de baja resistividad (28,51–40 $\Omega$ -m) correspondieron a aluviones de grano grueso (arena, grava, guijarros) meteorizados, fracturados y saturados, mientras que las zonas de alta resistividad (>170 $\Omega$ -m) indicaron formaciones compactas, secas o de roca dura con potencial limitado.
Características Hidráulicas: La conductividad hidráulica ( $K$ ) osciló entre 2,14 y 16,97 m/día, y la transmisividad ( $T$ ) entre 28,30 y 1113,28 m²/día. Las zonas de alta productividad se concentraron en los sectores central y suroeste (p. ej., VES28, VES48, VES54), caracterizadas por formaciones conductoras, gruesas y saturadas.
Capacidad de Protección: Los valores de conductancia longitudinal ( $S_c$ ) oscilaron entre 0,05 y 2,30 mhos. La mayoría de las áreas exhibieron una capacidad de protección moderada, aunque zonas específicas (p. ej., VES18, VES34) mostraron una capacidad deficiente (<0,10 mhos), lo que indica vulnerabilidad a la contaminación superficial.
Zonificación del Potencial de Aguas Subterráneas:
- GPI: Los valores oscilaron entre 1201,56 y 8212,75. Se identificaron zonas de potencial "Muy Alto" (>7000) en las regiones central y suroeste, asociadas con acuíferos aluviales gruesos y permeables.
- LHI: Los valores oscilaron entre 0,0098 y 0,0369. Las zonas de LHI "Muy Alto" (>0,030) correspondieron a formaciones fracturadas y altamente porosas, confirmando la influencia de la heterogeneidad litológica en la dinámica del flujo.
Análisis de Correlación: El análisis estadístico reveló una fuerte correlación negativa entre la resistividad y los indicadores de potencial de aguas subterráneas (GPI: $R = -0,62$ ; $K$ : $R = -0,47$ ). Por el contrario, se encontraron fuertes correlaciones positivas entre la transmisividad y la conductividad hidráulica ( $R = 0,89$ ), y entre el espesor del acuífero y la transmisividad ( $R = 0,71$ ).

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que la integración de los parámetros geoeléctricos con el análisis de Dar–Zarrouk y los índices hidráulicos derivados proporciona un marco robusto para la exploración de aguas subterráneas en entornos de pie de monte del Himalaya estructuralmente complejos. El estudio demuestra que:

Las formaciones de baja resistividad, meteorizadas y fracturadas son los horizontes principales que albergan agua subterránea en el Bloque de Sahaspur.
El espesor del acuífero y la conectividad de las fracturas son los controles dominantes sobre la productividad de las aguas subterráneas.
Los modelos GPI y LHI ofrecen herramientas efectivas para delinear las zonas de potencial de aguas subterráneas y seleccionar ubicaciones para la realización de pozos, distinguiendo entre acuíferos aluviales productivos y formaciones compactas menos productivas.
La metodología ofrece una alternativa rentable para la caracterización de acuíferos en terrenos heterogéneos donde los datos de pruebas de bombeo son limitados, proporcionando una base científica para la gestión y planificación sostenible de los recursos de aguas subterráneas en el distrito de Dehradun y entornos geológicos similares.

Limitaciones
El autor reconoce que el estudio se basa en datos de SEV 1D, que pueden no resolver completamente las intrincadas variaciones litológicas laterales o las geometrías de fractura complejas. Los parámetros hidráulicos se derivaron de correlaciones empíricas en lugar de pruebas de bombeo directas, y el estudio no incorporó la variabilidad de la recarga a largo plazo ni un análisis hidroquímico detallado. A pesar de estas limitaciones, el enfoque integrado se presenta como una base fiable para la caracterización preliminar de las aguas subterráneas y la zonificación.

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