7/23/2019 Introduccion hidrogeologia
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Introduccin a la Hidrogeologa
Pablo Guzmn Crdenas
mailto:[email protected]:[email protected]7/23/2019 Introduccion hidrogeologia
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Contenido del curso
Introduccin
Hidrogeologa fsica
Tcnicas de investigacin de aguassubterrneas
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Objetivo del curso
Dotar elementos conceptuales yherramientas bsicas para un
entendimiento de lahidrogeologa fsica y las tcnicas
para el monitoreo e investigacinen campo
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Pozo de agua subterrnea California USA, Gobiernode California
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Parque Subterrneo Puerto Prncipe (Filipinas),(Matikas_0805 @ Wiki)
http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Matikas_0805http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Matikas_0805http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Matikas_08057/23/2019 Introduccion hidrogeologia
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Adaptado de: Guzmn, 2015
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Adaptado de: Guzmn, 2015
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Alcance del curso
Relevancia del agua subterrnea y elestudio de la hidrogeologa
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Manejo adecuado de las aguas subterrneas
requiere estudios de:Propiedades de los materiales porosos(suelo);
Teora de flujo de aguas subterrneas (Ley deDarcy);
Hidrulica de pozos;
Qumica del agua subterrnea;
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Manejo adecuado de las aguas subterrneas requiereestudios de:
Istopos ambientales;
Contaminacin hidrogeolgica;
Tcnicas de remediacin y manejo de aguassubterrneas.
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Recarga Artificial(e.g. perdidas en riego,
infiltracin aguasresiduales)
Recarga Natural(percolacin
precipitacin,infiltracin de agua
superficial)
RecargaIndirecta (Flujo
lateral)
Almacenamiento, acufero(aguas subterrneas)
Aprovechamiento sostenible del agua subrterrnea
Beneficios
econmicos
Beneficios
ambientales
Beneficios sociales
Extraccin deagua subterrnea
(agricultura, industria)
Descarga de aguasubterrnea(fuentes, aguas
superficiales, pantanos,zonas costeras)
Esquemas deabastecimiento
(agua potable)
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Que es hidrogeologa?
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La Hidrogeologa
Estudia la presencia, distribucin,movimiento e interaccin del agua
con la corteza terrestre;Es una materia interdisciplinaria,
que incluye aspectos de lahidrologa.
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Algo de Historia
El uso de agua subterrnea es anterior aque se estudiar su origen, ocurrencia y
movimiento
Primeros usos, aproximadamente
hace 3000 aos, qanat en Persia.
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Seccin longitudinal de un qanat. Adaptado de Beaumont (1968) y Biswas (1972)
Pie demonte
rea de recarga
Pozo principal
RocaimpermeableSeccin de
produccin deagua
Acufero (alluvium)
Entradas de aire
Canal
Granjairrigada
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Canal de irrigacinalimentado por unqanat en Omn. Fotopor M.R. Leeder
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Hasta el siglo 17 se asuma en general que elagua subterrnea no se originaba en la lluvia
En el siglo 18 John Dalton (qumico), hizoobservaciones que incluyen el origen de losmanantiales
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En 1815 William Smith (gelogo) us principiosde geologa para la solucin de problemashidrolgicos (caractersticas de las rocas y
estratos de suelo para localizar aguassubterrneas)
La revolucin industrial Inglesa incremento lademanda de agua la cual se supli con aguasubterrnea
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Henry Darcy, estudia el movimiento del agua atravs de arena y a travs de observacionesempricas define la ecuacin universalmente
conocida como ley de Darcy (1830)
En 1874 se introduce el trmino hidrogeologa y
produjo el primer mapa hidrogeolgico (Lucas1877)
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El Ciclo Hidrolgico
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Volmenes () tienen la unidad 106Km3, los flujos [] tienen las unidades 106Km3a-1, PorBerner y Berner (1987)
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Ciclo hidrolgicoPrecipitacin (lluvia, nieve);
Niebla(?)
P
Intercepcin en la vegetacin
Almacenamiento superficial
Zona de races (rea no saturada)
Agua subterrnea
DescargaQ
I
R
Qo
Qi
Qb
Eint
Esup
Evap
E
Esub
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Hidrogeologa Fsica
Introduccin
La existencia de agua subterrnea (suelo y
manantiales) depende de:
i l d l
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Litologa de losmaterialesgeolgicos;
Estructurageolgicaregional;
Geomorfologa;
Disponibilidad de
recursos pararecarga;
(Barbecho y Calle,
2012)
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La mayora del agua subterrneadebe su origen al ciclohidrolgico (agua superficial yatmosfrica)
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El proceso de recarga por aguas atmosfrica osuperficiales, inicia con la infiltracindel aguaen el suelo;
Diferentes tipos de suelo definen distintastasas de infiltracin (capacidad de infiltracin);
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Infiltracin
Nassif y Wilson (1976); basado en trabajoexperimental determinaron que la tasa deinfiltracin para cualquier suelo bajo lluvia
constante es de acuerdo a:
f = fc + u exp (-K t)
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f = fc + u exp (- K t)
Tasa deinfiltracin
al tiempo t
(mm/h)
Capacidadde
infiltracin
(mm/h)
fo -fc
fo es la capacidad deinfiltracin inicialcuando t = 0
(mm/h)
Es una constante para un tipoparticular de suelo y superficie
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fc yfoson funciones de lacobertura y tipo de suelo;
En suelos superficiales con racesestos valores se incrementan;
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fc (capacidad de infiltracin)
es una funcin tambin de la pendiente;
Sobre el limite de pendiente en el rango
superior de 16% a 24% la variacin esmenor;
La intensidad de lluvia es la variable demayor influencia enfc;
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esfcconstante
para unmismo tipo
de suelo?
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E. M. Wilson (1983), la tasa de infiltracin alparecer es controlada en gran forma por losporos de la superficie.
hh
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Porosidad
La porosidad del suelo o de una roca es lafraccin de un volumen de material dado que
es ocupado por aire (espacio vaco), laporosidad usualmente se expresa como n
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Porosidad
Tipos de porosidad con relacin a la textura de las rocas.a) Depsito sedimentario con alta porosidadb) Depsito sedimentario con baja porosidad
c) Depsito sedimentario con pequeas piedras con porosidad propia, de altaporosidadd) Depsito sedimentario cuya porosidad ha sido reducida por la deposicin de
materia mineral en los espacios vacose) Roca soluble con porosidad creada por la dilucin de la rocaf) Roca cristalina con porosidad debido a fracturas
Por Meinzer (1923)
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Porosidad,
=
Volumen devacos
Volumen Total
= 1
Densidad sueloseco
Densidad de
los slidos
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Porosidad,
En rocas fracturadas la porosidad secundaria (defracturas):
= , donde:
es el nmero de intersecciones por unidad de distanciaque intersectan una lnea recta escaneada a lo largo de unafloramiento rocoso,
es la apertura media de las fracturas
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Porosidad,
=
1 + =
Volumen devacos
Volumenslidos
Tasa o proporcin devacos
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Porosidad
Freeze y Cherry (1979) y
Back et al. (1988)
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Conductividad
hidru
licamd
-1
Tamao de grano, d50 (mm)
Acufero aluvial 1,
Ro 2,Acufero aluvial 2,
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Las propiedades del material geolgico
influencian significativamente la isotropa y lahomogeneidad de la distribucin de laconductividad hidrulica.
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Manantiales, fenmenos hidrotermales, y
agua permanentemente congelada en elsuelo constituyen casos especiales enhidrogeologa
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Superficie del suelo
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Zona nosaturada
Agua
subterrnea
Rocaimpermeable
Divisin del agua sub superficial
Zona deaireacin
Zonasaturada
Zona deraces
Zona nosaturada
intermedia
Zonacapilaridad
d d i id d
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Ley de Darcy y conductividadhidrulica
El agua contenida en las distintascavidades interconectadas del suelo se
mueve y la capacidad de la roca (suelo)de transmitir y almacenar el aguaconstituye sus propiedades hidrulicas
L d D d i id d
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Ley de Darcy y conductividadhidrulica
De las leyes que gobiernan elcomportamiento del agua subterrnea
en material saturado la principal es ladesarrollada por el ingeniero FrancsHenry Darcy (1856)
P d i l
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Permemetro para determinar laconductividad hidrulica (Darcy)
Flujo desde un tanque conaltura de aguaconstante,Q
rea, A
Flujo de salidaQ
Largo, L
Material poroso conconductividadhidrulica, K
Nivel de referencia
h1 h2
Manmetro paramedir la altura deagua h
Permemetro
= ( )
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=
=
Flujo(L3T-1)
Gradientehidrulico
Area (L2)
Conductividad hidrulica delmedio poroso ( ? )
Conductividad
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Conductividadhidrulica, K
Freeze y Cherry (1979) y
Back et al. (1988)
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Conductividad
hidru
licamd
-1
Tamao de grano, d50 (mm)
Acufero aluvial 1,
Ro 2,Acufero aluvial 2,
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Las propiedades del material geolgico
influencian significativamente la isotropa y lahomogeneidad de la distribucin de laconductividad hidrulica.
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Isotropa y homogeneidad
Fetter, 2001
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Fetter, 2001
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Darcy para flujo en tres dimensiones
= , =
, =
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A. B.
C. D.
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