“Tecnologías innovadoras para la gestión y protección de acuíferos; caso El Culebron, Pan de Azúcar, región de

Coquimbo”.

Francisco Meza A. Ing. Agr. M. Sc. Investigador Recursos HídricosINIA Intihuasi, fmeza@inia.cl

Pan de Azúcar

General view of the study area

We are here

Information from the aquifer(TECK mining Company)

Antecedentes (1/2)

a) Valle cuyo basamento rocoso se encuentra a una profundidad media sobre los 300 metros, con máximos de 800 metros en el sector Corazón de María y 700 metros en El Sauce.

b) Se identifican tres estratos o capas:

- Estrato superior corresponde a granulometrías arcillosas, las que en sectores se vuelven casi impermeables, su espesor varia entre los 20 y 40 metros.

- Estrato inmediatamente inferior lo conforman varias capas de distintas granulometrías, presentándose alternancias de capas permeables y poco permeables, su espesor varia entre 30 y 40 metros.

- Tercer estrato tiene contacto con el basamento rocoso y se tienen pocos antecedentes de él, pero se trataría de capas semi permeables e impermeables.

c) Las mayores permeabilidades, según las pruebas de bombeo, son del orden de 1*10-3 (m/s) y corresponden a transmisibidades del orden de 1000 (m2/día).

FUENTE:

(1) “ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO CERRILLOS-PAN DE AZÚCAR, IV REGIÓN” efectuado por SITAC en 1996

(2) “ESTUDIO Y MODELO HIDROGEOLÓGICO, VALLE PAN DE AZÚCAR” realizado por AC INGENIEROS CONSULTORES Ltda.” en 1998

Antecedentes (2/2)

d)En el valle existe una disminución drástica de la transmisibidad en el sector del cordón Pan de Azúcardebido a depositación de finos provenientes de los cerros.

e)La principal recarga del acuífero proviene del drenaje de cuencas laterales por medio de las quebradas La Cortadera, Las Cardas, Martínez entre otras. En menor grado también existe recarga debida a la infiltración de riego predial y de precipitaciones.

f)Las descargas naturales en forma de escorrentía superficial son el estero Culebrón y en forma de Dren la quebrada Lagunillas, mientras que las descargas naturales en forma subterránea son la quebrada Peñuelas, el estero Culebrón y el mar.

g)En cuanto a las descargas artificiales, existían según catastro (1997) un total de 163 pozos, de los cuales 115 estaban en uso, de ellos 83 están insertos en el área de interés. La explotación promedio el año 1993 fue de 563 (l/s), mientras que el año 1997 alcanzo a 607 (l/s).

h)En cuanto a los niveles freáticos, estos muestran un sostenido descenso entre los años 1992 y 1997 en particular en la zona ubicada entre Santa Filomena y Lagunillas. El descenso varia entre 7 y 10 metros.

FUENTE:

(1) “ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO CERRILLOS-PAN DE AZÚCAR, IV REGIÓN” efectuado por SITAC en 1996

(2) “ESTUDIO Y MODELO HIDROGEOLÓGICO, VALLE PAN DE AZÚCAR” realizado por AC INGENIEROS CONSULTORES Ltda.” en 1998

ESTADO DEL ARTE

La región de Coquimbo se presenta con avanzada sequía, y con gran competencia por el recurso hídrico escaso. Es relevante lograr un equilibrio para que el recurso hídrico no llegue a su agotamiento, ni se perturbe su calidad. Los monitoreos frecuentes de su cantidad y calidad, debiesen ser en tiempo real, con tecnologías de confianza.

Cruz de Caña SectorPersonal Informationdecreased water level:72 m (2015) to 94 m (2016)

Recarga

El Sauce

1 2

3 4

56

78

Proyecto FIC “Vigilancia on line de calidad de agua ”

PROPUESTA INNOVADORA DEL PROYECTO

Imagen conceptual del seguimiento en tiempo real de la calidad de las aguas

subterráneas para el caso de un acuífero costero o cercano a la costa.

El Presente Proyecto propone adquirir equipos de monitoreo “on-line” de calidad de agua de última generación (tecnología francesa y findlandesa), para el seguimiento de la calidad del agua superficial y subterránea en tiempo real en subcuencas de Elqui Bajo y Cuncumén.

Analizador de metales

en dispositivo MEAN de

monitoreo ambiental

desarrollado por Cemis.

Perfil de suelo zona de interés (Hidrogestión, 2014)

Sector Pan de Azúcar

Estudio de recarga

acuífero El Culebron,

propuesta de dos zonas de

recarga(Hidrogestión)

Surveillance et gestion active de la ressource en eau

souterraine

16/05/2016

Olivier Depraz - Directeur

SOMMAIRE

1. Identité & proposition

2. Présentation produit SMD

3. Exemples de surveillance

1. Intrusions salées

2. Echanges nappe/rivière

3. Eau de barrage

Géophysicien : Denis Neyens (EOST)

Géologue/hydrogéologue : Matthieu Baïsset (ENSG)

Electronicien : Loïc Baqué (Université de Marseille)

Informaticien : Hugo Lovighi (Sup Info)

Géophysicien du CNRS de

Montpellier détaché 2j/mois :Philipe Pezard (PhD) & Giles Henry (CNAM)

Directeur : Olivier Depraz (ESC)

imaGeau : identité

20

•Créé en 2009, imaGeau est spécialisé dans l’expertise Géophysique et Hydrogéologique du sous-sol via l’utilisation d’une technologie développée par imaGeau & le CNRS : le SMD

•Le SMD est un observatoire in-situ qui enregistre et télétransmet la conductivité électrique de l’eau d’un aquifère àune profondeur donnée de manière calibrée, validée, en continu en utilisant un outil de géophysique en forage.

L’équipe imaGeau

imaGeau : identité

21

R&D Capteurs

Electronique Informatique

Gestion de la donnée

Géophysique

Connaissance du sous sol

Hydrogéologie

Expertise, aide àl’exploitation

Mettre en place un réseau de surveillance connecté et adapté à la problématique

quantité & qualité d’un champ captant

pour une gestion active, durable et optimisée de la ressource en eau

souterraine

Janvier 2016

CONSTAT : OBLIGATION DE SURVEILLER LA RESSOURCE

« … nécessité de passer à une gestion active et dynamique des aquifères côtiers soumis au phénomène d’intrusion salée .… par le suivi en continu »

N. Dorfliger - Directrice Eau du BRGM – Rapport sur les impacts du changement climatique (BRGM, 2011)

MAINTENANT !

23

Proposition imaGeau : une solution complète

Surveiller précisément pour AGIR efficacement

imaGeau : prestations

24

Données et

Maintenance

Études hydrogéologiques

25

Réseau de surveillance : les capteurs installés

Un point unique de mesureMesure de moyennes (scalaire)Paramètres surveillés : P, T, C, pH, Turbidité

Installation en Piezomètre

Plusieurs capteurs connectés (jusqu’à200)Vision dynamique et 2DParamètres surveillés : P, T, C

Brevet imaGeau

Capteurs issus du marché Système breveté imaGeau (SMD)

Installation en piézomètre

+

SOMMAIRE

1. Identité & proposition

2. Présentation produit SMD

3. Exemples de surveillance

1. Intrusions salées

2. Echanges nappe/rivière

3. Eau de barrage

27

SMD : Principe de la mesure

• 1 – un courant électrique est injecté entre deux électrodes afin de mesurer la résistivité du milieu autour de l’ouvrage

• 2 – Répétition des injections de courant en descendant afin d’obtenir un profil de résistivité

• 3 – Conversion du signal de résistivité totale en conductivité de l’eau

• 4 – Obtention d’un profil de conductivité de l’eau

• 5 – Télétransmission de la donnée

SMD : mesure in situ de la conductivité électrique de l’eau

> SMD solution : in-situ measurements of aquifer water conductivity

28Vertical profiles of fluid electrical conductivity changes.

• Electrical conductivity profiles from a coastal aquifer in Charentes Maritimes (France), with an on-going salinization process active during summer at 11 to 14 m depth

Sandy clay

gravel

29

The downhole saline intrusion dynamics is revealed from this SMD

image of the coastal aquifer including 1440 successive water

conductivity profiles.

> SMD solution : in-situ measurements of aquifer water conductivity

Water electrical conductivity from the coastal aquifer (July 5, 2011 to May 16, 2015)

Sandy clay

gravel

Pore water conductivity (µS/cm)

Dep

th (

m)

Fabrication sur mesure en fonction du problème

Autonome FiableRapport

coût-efficacité assuré30

Choix de la profondeur=> jusqu’à 300 m de longueur ou de profondeur

Choix du type de capteur⇒Conductivité (qualité de l’eau) , Température, Pression (niveau d’eau)

Choix du nombre et de la densité des capteurs⇒Positionnés « en face » des zones à surveiller

Choix des fréquences de mesures⇒horaire, quotidienne à mensuelle

SMD : outil de surveillance innovant & complémentaire

SMD : illustration - boitier de surface et sonde de mesure

31

Boitier d’acquisition

Cable électrique installé dans le piézomètre

CHN1

Electrode

Installation

32

Graphes générés par imaGeau et mis à disposition pour interprétation.

Position du SMD

Accès aux données (type XL)Possibilité de télécharger

Information sur le système SMD installé

• Un extranet « friendly user » mis à disposition pour accéder en direct aux données de terrain – possibilité d’intégration automatique aux bases de données existantes (nationales, d’entreprises…)

Données : Consultables via extranet

33

Données : une interface riche et complète

SOMMAIRE

1. Identité & proposition

2. Présentation produit SMD

3. Exemples de surveillance

1. Intrusions salées

2. Echanges nappe/rivière

3. Eau de barrage

Surveillance de la dynamique des intrusions

salinesSMD conductivité

35

Etude de cas #1

36

Objectif : Maintenir la production eau potable

1)Comprendre la dynamique de salinisation de l’aquifère2)Déterminer le scénario de production optimum en terme de

- Volume annuel- Débit instantané

SMD installé:

•À proximité du captage•Profondeur : 18 m•13 points de mesures (Conductivité)•Frequence : quotidienne

SMD : Mesure in-situ de la conductivité de l’eau de l’aquifère

SMD : Mesure in-situ de la conductivité de l’eau de l’aquifère

37

• Conductivité électrique de l’eau de l’aquifère

exemple données : 5/07/2011 au 16/05/2015

De nombreuses informations concernant le fonctionnement, la cyclicité ou l’évolution de l’intrusion saline dans la nappe côtière de Saint Laurent de la Prée découlent ainsi de ce graphe

condensant l’information venant de 1440 profils de conductivité.

SMD : Aquifer Storage and Recovery (Deltares project)

38

Context : fresh water lenses exploited for agricultural purposes with detailed monitoring close to a production wellResults : 12 months of SMD data provide new insights into groundwater recharge

� Detail view of aquifer dynamics : colour coding reflects pore fluid salinity changes

� Interface between fresh and brackish water monitored very precisely (10 cm

resolution)

� SMD data lead to unprecedented water management possibilities

• Surveillance de ré-injection eau douce sur lentille eau salée (Serooskerke, the Netherlands)

•

Autum -winter

Autum -winter

Spring -summer

Spring -Summer

Aquifer Storage and Recovery (Projet avec Deltares - NL)

39

interface

Épaisseur de la

zone de transition

• Deux ans et demi de profils quotidiens de conductiv ité électrique de l’eau de l’aquifère ont permis de mettre en évidence l’effic acité des méthodes de ré-injection

Baisse de l’interface

Adoucissement de la zone de transition

40

Etude de cas #2

Surveillance des échanges nappe / rivière SMD multi-paramètres (température + conductivité)

Suivi des échanges rivière/nappe – étude du système de recharge

41

• Suivi de la température / conductivité en forage près d’un puits de production (Marana, Corse)

3 SMD installés en surveillance

Ajout de capteurs de Température

42

Des capteurs de température sont intégrés tout au long de l’architecture du SMD ce qui permet de réaliser des profils automatisés à haute fréquence temporelle de température

Identification de la pénétration d’eau du fleuve (plus chaude) entre 6 et 10 m qui percole dans la nappe jusqu’à 15 m de profondeur.

43

Surveillance de la qualité des eaux des barrages

contacts

44

ANNEXES

1. ANNEXES

• imaGeau Solution

� imaGeau SMD : automatic borehole geophysics

46

1 – Biblio study and site visit•Tools and solution design•Tools manufacturing (custom made)

2 – Foration

3 – Borehole Geophysics (sonic, gamma ray, hydronaut…) : Calibration of imaGeau tools

• Porosity

• Argilosity

• Geological log

• SMD installation

47

4 – SMD installation : high frequency measurement of the conductivity (measure for the salinity) outside the observation wells in depth5 – online provision of treated and validated datas

6 – hydrogeological study

installation of an electrodes stream into a piezometer

Autonomous and remote controled acquisition box

� imaGeau SMD : automatic borehole geophysics

• Measurement principle

> SMD solution : in-situ measurements of electrical resistivity

48

A, B : power injection electrodes

M, N : power measurement electrodes

=> Measurement of electrical resistivity outside the observation well at a defined depth

U = R(formation, pore water) * i

49

• An innovative and patented technology enabling a continuous and representative pore water

mineralization process monitoring in aquifers

> SMD solution : in-situ measurements of electrical resistivity

«Different electrical methods can be applied : Dipole-Dipole, Pole- Dipole or Wenner »

50

• Downhole electrical resistivity profiles from a coastal aquifer at Hossegor (SW France) : an on-going and progressive salinization process is identified from 11 to 14 m depth during summer

Porous media electrical resistivity, including geological formation and

pore fluid parameters. Only the fluid resistivity does vary with time.

> SMD solution : in-situ measurements of electrical resistivity

Sandy clay

gravel

The fluid electrical conductivity (Cw) is derived from electrical resistivity (Ro) with the Waxman-Smits model(1968) after calibration accounting mostly for clays with the surface conductivity term (Cs), and for pore space topology with the electrical formation factor (F) :

> From downhole electrical resistivity to fluid conductivity

51

1

Ro

= Co = Cw

F+ Cs

with : Cs = a . GR and F = Φ-m

Cs is a linear function of the natural gamma radioactivity ( « gamma ray » often noted GR), while Φ is the matrix porosity and m the pore connectivity index.

In most studies, F and Cs can be considered as geological invariants depending on the geological formation. A reduced set of logging measurements (gamma ray, resistivity and sonic for porosity) are needed before SMD setup to calibrate the formation conductivity data delivered by the SMD in terms of fluid conductivity (Cw) or Na-C l equivalent salinity (s) for coastal studies .

> From downhole electrical resistivity to water conductivity

52

• Downhole electrical resistivity versus fluid electrical conductivity profiles

Sandy clay

gravel