Jordi Guimerà Aspectos Técnicos de la Utilización/Reutilización de Aguas mediante Recarga Artificial de Acuíferos: Experiencia en España Jornadas Técnicas

Jordi Guimerà

Aspectos Técnicos de la Utilización/Reutilización de Aguas mediante Recarga Artificial de Acuíferos: Experiencia en España

Jornadas Técnicas ALSHUD, Santiago de Chile, 28 abril 2011

AGRADECIMIENTOS• ALSHUD por la invitación.• Contribuciones a la presentación.

– Amphos 21/ Jorge Molinero, Salvador Jordana, Miguel Luna, Iker Juárez, Joaquín Salas, Beatriz de la Loma.

– CETAQUA , SGAB/ Grupo Agbar, Barcelona, Joana Tobella, Josep Lluís Armenter.

– CIRSEE/ Suez Environment , París, Jean Jacques Grandguillaume.– Inst. Jaume Almera de C. de la Tierra/ CSIC, Barcelona, Jesús Carrera.– Agencia Catalana de l’Aigua, Barcelona, Alfredo Pérez Paricio, Felip Ortuño.– WATERNET, Amsterdam, Frank Smits.

ÍNDICE DE CONTENIDOS• Conceptos básicos: Definiciones, Objetivos,

Formas, Alcances• Requerimientos básicos• Ejemplos de aplicación• Marco legal• Posibilidades en Chile• Conclusiones

Definiciones

¿Qué?• Consiste en disponer agua superficial en balsas, surcos, zanjas o cualquier otro tipo de

dispositivo (pozos), desde donde se infiltra y alcanza el acuífero.

Implica aumento del recurso subterráneo

• “Gestión de la recarga de los acuíferos” x “recarga artificial” (Dillon, 2006)• ¿Por qué? “artificial”: produce rechazo en la sociedad• Muy frecuentemente, en literatura encontramos el término “MAR” (Managed Aquifer

Recharge).

¿Por qué?

• Costes frente obras superficiales convencionales (presas, embalses). Minimización de CAPEX y OPEX del proyecto.

• Aprovechamiento del suelo como tratamiento primario de depuración filtración (en ocasiones secundario).

¿Para qué?

• Aprovechamiento recurso en condiciones favorables (aumento de la garantía de suministro)

• Mejorar caudales ecológicos, bosques de ribera y efectos en la calidad del agua superficial

• Elemento regulador en zonas de alta presión urbana y demanda estacional• Mejorar la calidad del agua

Mejorar la calidad del agua: Good rivers demand good aquifers

Gaining stream: Feeds flourishing trophic chains

Rich biochemical reactions

1. Rivers are fed by aquifers2. Persistence to the hydrological cycle 3. Resilience to water dependent ecosystems 4. Elimination of most nocious chemicals

natural conditions

Extinguished riverine

vegetation

Loosing stream (dry during droughts)

Depleted aquifer

Those functions are lost

AR needed to restore river aquifer systems

Heavily pumped aqfr

¿Aumentar y proteger los recursos disponibles?

Example: Llobregat DeltaPermissible increase in pumping comparable to recharge rate

¿Cómo?

Bouwer (2002)

Sistemas superficiales

Pozos

Mixtos (Soil-Aquifer Treatment, Aq.Storage & Recovery)



Requerimientos básicos

Zona “target” con necesidades concretasDisponibilidad de agua temporal o de forma permanenteAcuífero donde recargarSuperficie para las instalacionesMantenimiento instalacionesMonitoreo del sistema

Zona “target” con necesidades concretasEscasez crónicaDemanda estacionalOferta estacional (caudales circulantes poco aprovechados)Oferta de recurso de baja calidadZonas degradadas


Disponibilidad de agua temporal o de forma permanenteCaudal de los ríos poco aprovechados (posibilidad de inyección estacional)Acuíferos con alta capacidad reguladora (posibilidad de almacenamiento y

bombeo posterior)Plantas potabilizadoras puntualmente sobredimensionadas (posibilidad de

almacenamiento en épocas de alta producción de agua para ASR)Plantas depuradoras (posibilidad de tratar efluentes para usos no potables,

depuración adicional)

Existencia de acuíferosPresencia de formaciones geológicas permeablesA poder ser con infraestructura (ayuda a minimizar inversiones).Características de la zona no saturada pueden condicionar requerimientos

de tratamiento previoCapacidad de adsorción y de reacción en la matriz del acuífero


Sistemas

Disponibilidad de espacioa título indicativo, balsas pueden necesitar 0.5 km2 + instalaciones de transportepozos menos demanda de espacio

Mantenimiento instalacionesSuperficiales, necesitan retiro de capas impermeablesPozos necesitan bombeo reversible para limpieza preventiva

MonitoreoEfectos sobre las instalaciones (colmatación) y sobre el acuífero (niveles y composición química)



Áreas de:

BarcelonaParísAmsterdam

Río

Besós

Río

Noguera

-Pallare

sa

Río

Ebro

Río S

egre

Río

Llo

bre

gat

FRANCIA

MAR MEDITERRÁNEO

ACUÍFERO LLOBREGAT

ACUÍFEROBESÓS

E. LA BAELLS109 hm3

E. SANT PONÇ24 hm3

E. SAU165 hm3

E. SUSQUEDA233 hm3

E. LA LLOSA DEL C.80 hm3

ETAP CARDEDEU

ETAP BESÓS

ETAP ST. J. DESPÍ

ETAP ABRERA

Río Ter

Barcelona

Configuración del sistema hídrico en el entorno de Barcelona

Caso de estudio: Barcelona. Infiltración agua de río, agua potabilizada, agua reutilizada, ensayos de degradación de contaminantes

Tomado de Armenter, 2007

Número habitantes suministrados 2.912.000

Número municipios abastecidos 23

Longitud red de distribución 4.467 km

Consumo medio diario 680.000 m3

Volumen anual agua entregada a la red 240 hm3

Superficial río Llobregat 80 - 120 hm3

Superficial río Ter 110 - 130 hm3

Subterránea río Llobregat 15 - 30 hm3

Subterránea río Besós 3 - 4 hm3

Datos del abastecimiento a Barcelona y Área metropolitana

Caso de estudio: Barcelona

BARCELONA

ETAP BESÒS ETAP BESÒS

ETAP ABRERAETAP ABRERA

POZOSACUÍFEROLLOBREGAT

POZOSACUÍFEROLLOBREGAT

ETAP CARDEDEUETAP CARDEDEU

ETAP SANT JOAN DESPÍETAP SANT JOAN DESPÍ

TRINITAT II100 m(35.700 m3)

TRINITAT II100 m(35.700 m3)

DESALADORA60 hm3/anyDESALADORA60 hm3/any

FONTSANTA54 m(116.000 m3)

FONTSANTA54 m(116.000 m3)

22,4%

23,6%

5%

37% 2%

10%

ATLL: 51%AGBAR: 49%

Suministro: situación futura

Esquema de funcionamiento del nuevo sistema


Esquema de funcionamiento

Río Llobregat. Captación planta Sant Joan Despí (junio 1999-2000)


MARTORELL

EL PRAT DELLOBREGAT

DE LLOBREGAT

MAR MEDITERRÁNEO

MAR MEDITERRÁNEO

SANT BOI DELLOBREGAT

VILADECANS

CASTELLBISBAL

SANT ANDREUDE LA BARCA

L’HOSPITALETDE LLOBREGAT

EL PRAT DELLOBREGAT

SANT FELIUDE LLOBREGAT

SANT JOAN DESPÍDE LLOBREGATCORNELLÀSANTA COLOMA

DE CERVELLÓ

CASTELLDEFELS

MOLINS DE REI

EL PAPIOL

PALLEJÀ

SANT VICENÇDELS HORTS

GAVÀ

Río Llobregat

ACUÍFERO DELVALLE BAJO

ACUÍFERO DEL DELTA

ACUÍFERO LIBREACUÍFERO CONFINADO

MARTORELL

EL PRAT MOLINS DE REIPALLEJÀ

SANT FELIU CORNELLÀMar Mediterráneo

Superficie:Capacidad útil:Longitud del acuífero libre:Mínima anchura del acuífero libre:Máxima anchura del acuífero libre:Longitud del acuífero confinado:Máxima anchura del acuífero confinado:

110 km2

114 hm3

11.000 m 250 m 2.100 m 9.000 m17.000 m

Acuíferos del Valle Bajo y del Delta del río Llobregat


Recarga artificial del acuífero

MartorellCastellbisbal

Santa Andreude la Barca

Molins de ReiPallejá

Sant Vicenç

Sant Boi de Llobregat

Viladecans

Gava

Castelldefels

El Prat de Llobregat

Río Llobregat

Mar Mediterráneo

L’Hospitalet

Sant Joan DespíCornella de Llobregat

Sant Feliu de Llobregat

RECARGA SUPERFICIAL (escarificación del lecho del río)

RECARGA EN PROFUNDIDAD


Condiciones:Caudal: entre 10 y 35 m3/sTurbidez: < 100 NTUAmonio: < 1 mg/lCloruros: < 350 mg/l

Capacidad de recarga estimada: 40.000 m3/día

Coste agua recargada: 0,03€/m3

Recarga artificial en superficie


POZOS APORTACIÓN ETAP

Recarga artificial en profundidad


Tubería de recarga



Número pozos extracción/recarga: 12

Capacidad de recarga: 75.000 m3/día

Coste agua recargada: 0,09 €/m3



Calidad agua superficial río Llobregat

Color: £ 30 mg Pt/lTurbidez: £ 250 NTUOlor: £ 25Amonio: £ 1,2 mg/lTOC: £ 8 mg/l Absorción UV: £ 15 (100 cm, 254 nm)Cianuros: £ 0,02 mg/lCromo hexav. £ 0,02 mg/lCadmio: £ 0,002 mg/lPlomo: £ 0,01 mg/lNíquel: £ 0,015 mg/lDetergentes: £ 0,3 mg LSS/lConductividad: £ 1700 µS/cmpH: entre 7,5 y 9

Condiciones para la recarga artificial en profundidad acuífero Delta del río Llobregat


Calidad agua tratada ETAP Sant Joan Despí

Color: £ 3 mg Pt/lTurbidez: £ 0,2 NTUpH: entre 6,5 y 8Sulfatos: £ 200 mg/lMagnesio: £ 30 mg/l Sodio: £ 200 mg/lAluminio: £ 0,15 mg/lNitratos: £ 20 mg/lAmonio: £ 0,1 mg/lTOC: £ 3 mg/lDetergentes: £ 0,1 mg LSS/lTrihalometanos: £ 0,1 mg/l

Condiciones para la recarga artificial en profundidad acuífero Delta del río Llobregat


Explotación del acuífero del Valle Bajo y del Delta del río Llobregat

0

5

10

15

20

25

30

35

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

hm3

V. Extraído V. Recargado Recarga en profundidad Recarga en superficie


• Los acuíferos del río Llobregat han constituido durante más de cien años un recurso estratégico para Barcelona y su área metropolitana, donde han sido una pieza fundamental para su desarrollo demográfico, industrial y económico.

• Las aportaciones de agua para abastecimiento procedentes de las aguas superficiales de los ríos Llobregat y Ter han permitido en los últimos cincuenta años preservar en buena medida estos acuíferos y destinar sus aguas para complementar la demanda en periodos de déficit hidrográfico o en episodios de deficiente calidad de las aguas de los ríos.

• Para ello ha sido imprescindible velar por las aguas almacenadas en los acuíferos, evitando su deterioro y sobreexplotación, e incrementando las reservas mediante operaciones de recarga artificial, que han tenido y tienen un importantísimo papel en la utilización sostenible de las aguas subterráneas.

• El poder dar cumplimiento a los valores paramétricos de ciertas sustancias que la actual legislación para las aguas de consumo regula con exigencia, hace que en ciertos periodos la mezcla de aguas de ambas procedencias, superficial y subterránea permita un aprovechamiento óptimo de los recursos disponibles, que por separado no sería posible.

Barrera hidráulica contra la intrusión marina en el acuífero del Llobregat. Inyección con agua tratada de depuradora

• Caudal de infiltración actual (real): 15.000 m3/d• 14 pozos de inyección• Profundidad de inyección 60 – 80 metros

Estado de la intrusión marina: 2008

Simulación al año 2036 con barrera

Fase 1: 3 pozos03/2007

Fase 2 – 7 pozos 04/2010

Fase 2 – 4 pozos 04/2010

Planta de tratamiento de El Prat

Barrera hidráulica contra la intrusión marina en el acuífero del Llobregat

Planta de Tratamiento de El Prat Secundario Terciario Lagunas

y río Mar

UltrafiltraciónÓsmosisDesinfección

Inyección al acuífero

Esquema del proyecto:

1) Origen del agua Procesos en planta de depuración

2) Tratamientos adicionales para agua de inyección

3) Instalaciones de inyección



CONTINGUT EN CLORURS XARXA LOCAL

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

01/01/07 01/04/07 01/07/07 30/09/07 30/12/07 30/03/08 29/06/08 28/09/08 28/12/08 29/03/09

clo

rurs

(m

g/l

)

1_B-7-B 2_Clariant-4 3_BH-PP1 (Mp-47) 4_Pou 4 Total Petroch

5_Pou 5 Clariant 6_Pou 6 Total Petroch 7_Gearbox Prat Barreja Depurbaix

ATURADA SEGURA (26/04/08)

INICI INJECCIÒ 8h/día

(~900 m3/dia)(26/03/2007)

SUBSTITUCIÓ AIGUA DE XARXA PER AIGUA REGENERADA

ULTRAFILTRADA (18/03/08)

INJECCIÓ24 h/dia

(04/12/07)

INCREMENT DE CABAL A 2500 m3/dia

(05/11/07)

REINICI INJECCIÓ (22/07/08)

Evaluación


• Volúmenes:– Aproximadamente 500000 m3/año (16 L/s)

• Mantenimiento:– Limpieza por bombeo /aire comprimido cada 2 semanas

• Algunos costes:– Proyecto: 20 M € (aprox 30 M USD)– 80% finaciado por UE– 0.5 USD/ m3 (básicamente, tratamiento)

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

Vo

lum

tota

l in

jec

tat (

m3

)

Data

Volum total acumulat injectat a la barrera hidràulica del Llobregat


• Ensayo de infiltración en zona de baja permeabilidad (CUADLL y ACA)• Del 9 al 31 de marzo de 2009• Superficie de infiltración de 120 m2

• Tasa de infiltración de 5 m3/m2/dia (120·5·300 d/a= 0.2 Hm3/a• Modelización y previsión impactos en vía ferrocarril alta velocidad

Evaluación de la capacidad de infiltración e impacto hidrogeológico de las balsas de recarga artificial del Baix Llobregat

Ensayo infiltración y modelo

Calibración de los parámetros del modelo a partir del experimento in situ (del 9 marzo al 31 de marzo de 2009) mediante un modelo 2D transitorio (no saturado).Condiciones de contorno: variación de niveles del experimento en puntos de control.Condiciones iniciales a partir de un estacionario de referencia.

Balsa experimental

SC11-S

SC3-P

q = 0

q =

0

q =

0

evolució nivells a SC11S

24,8

24,9

25

25,1

25,2

25,3

25,4

25,5

25,6

25,7

25,8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

temps (dies)

niv

ell

(m

)

Evolució nivells a SC-3S

25,4

25,5

25,6

25,7

25,8

25,9

26

26,1

26,2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

temps des de inici (dies)

Niv

ell

H1 H2

Punto de control SC12-S

H1 > H2

Condiciones iniciales a partir del estacionario

Ensayos de degradación de contaminantes• Agua de río con diferentes contaminantes recalcitrantes y diferentes estados redox• Comprobar la regeneración del agua

8 aerobic

8 NO3- reduction

8 Mn(IV) reduction

8 Fe(III) reduction

8 SO42- reduction

5 reactions * 8 “measurements” =40 Batch Tests A

Blank “NATURAL EFFLUENT”:• NO additional e- aceptor• additional organic substr. Until effluent DOC• NO bubbling with Ar and closing the bottle

Blank ”NATURAL RIVER”:• NO additional e - aceptor• additional organic substr. until river DOC• NO bubbling with Ar and closing the bottle

TOT96 bottles

+ =+

12 “measurements” =12 Batch Tests B1

*2 (reproducibility)

12 “measurements” =12 Batch Tests B2

+

BIOTIC:For each reaction: • e- aceptor (to be added): enough for monitoring the process• organic substrate (to be added): detectable quantity and as much as to be COMPLETELY degradated in the reaction under investigation + the previous ones

5 reactions * 4 “measurements”+ 6 “measurements” Blank Nat. River

+ 6 “measurements” Blank Nat. Effluent =32 Batch Tests C

ABIOTIC:For each reaction, is the same of A and B but

sterilized(autoclave: T=120ºC and P=Patm+1atm)

“Bank filtration” y bombeo vs. planta de tratamiento convencional (París). Objetivos: reducir costes de tratamiento y residuos asociados a la planta y mejorar la calidad del agua

River Seine

WTP

Production WellProduction Well


Artificial Recharge

AmmoniumIron

NitratesPollution

Risks

Sludge

River Seine

WTP



Artificial Recharge

AmmoniumIron

NitratesPollution

Risks

Sludge

River Seine

WTP

Protection Wells

SEINE

PrimaryProduction

Wells

Artificial Recharge

SecondaryProduction Wells

River Seine

WTP

Protection Wells

SEINE

PrimaryProduction

Wells

Artificial Recharge

SecondaryProduction Wells

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Se

ine

Riv

er

Art

ific

ial

Re

ch

arg

e

Ba

nk

Filt

rati

on

WT

P O

utl

et

ng

/l

Sum of 15 antibiotics

0

5

10

15

20

25

30

35

40

date

nitr

ates

(mg/

l) in

wel

ls u

nder

AR

in

fluen

ce

start of Bi'Eau

1 paso

2 pasos

Objetivos: Mejorar el estado ecológico del campo de dunas y aumentar la disponibilidad de recursos en un acuífero de mayor y tamaño con agua superficial

Amsterdam: infiltración superficial y profunda en el campo de dunas



En España, el R.D. 1620/2007 de reutilización de aguas depuradas establece criterios de calidad en función de los posibles usos. Para MAR,

Recarga Artificial y Normativa Chilena

• Cambio de punto de captación– Para adaptar el esquema de explotación/gestión dentro de la cuenca (fuente)

• Cambio de fuente de abastecimiento– Entre agua superficial/subterránea y entre acuíferos conectados (fuente)

• Concesiones de exploración– Para buscar mejores sitios para realizar la inyección o recarga

• Recarga artificial (Artículo 66 Código de Aguas)– Cualquier persona podrá realizar obras de recarga artificial para incrementar los

recursos disponibles.• Memoria técnica proyecto recarga artificial (Art. 34 Res. DGA 425/2007)

– Establece requisitos mínimos del proyecto de recarga artificial.• Derechos provisionales de agua subterránea (Artículo 66 Código de Aguas)

– Otorgados a preferencialmente a quien haga recarga artificial.• Normas de Emisión de Residuos Líquidos a A. Subterráneas (D.S. N°46/2002)

– Aplica a obras de recarga artificial? En qué casos aplicaría?

(Gracias Orlando!)


Formas, Alcances• Requerimientos básicos• Ejemplos de aplicación• Marco legal• Conclusiones• Posibilidades en Chile

CONCLUSIÓN FINAL

Aspectos Técnicos de la Utilización/Reutilización de Aguas mediante Recarga Artificial de Acuíferos: Experiencia en España

• La recarga artificial de acuíferos es una práctica común en el mundo y estandarizada a todos los efectos.

• Tiene beneficios en cantidad y calidad de los recursos• Requiere de menores inversiones iniciales y de mantenimiento que otras obras

hidráulicas• Ayuda a mantener un recurso estratégico (el subterráneo) junto con el superficial• Debe utilizarse con sentido común, buenas prácticas técnicas y planificada a nivel

estratégico y aplicado• Requiere de monitoreo y cuidado intensivo: no se puede descuidar la inversión!• Requiere del marco legal adecuado para facilitar el aumento y mejora de los

recursos

1. (espacio reservado para la discusión) 2. conversar y converger requerimientos básicos

y marco legal

Posibilidades en Chile

AGRADECIMIENTOS

A ustedes, por su atención

Documents

Jordi Guimerà Aspectos Técnicos de la Utilización/Reutilización de Aguas mediante Recarga Artificial de Acuíferos: Experiencia en España Jornadas Técnicas