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INTRODUCCION
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFacultad de Ingeniería Agrícola
Escuela Profesional de Ingeniería AgrícolaEl agua es un elemento esencial para la vida, siendo generador principal de
toda actividad realizada por el hombre. Se calcula que el volumen total de
agua en la naturaleza es de 1,400 millones de km3. El 97,3 % de las aguas
que existen en la tierra, están en los océanos, y son saladas, y solo el 2,7 %,
corresponde a las aguas dulces. Ahora partiendo del porcentaje que existe
de agua dulce, se puede decir que el 77,2 % se encuentra en los casquetes
polares, el 22,4 % está constituido por aguas subterráneas y el 0,36 %
corresponde a lagos y ríos. Por último, el agua en estado gaseoso se
encuentra en la atmósfera y representa el 0.04 % del volumen total de agua
dulce. Las aguas subterráneas alcanzan aproximadamente un volumen de
37,8 millones de km3 del total de agua disponible (1,400 millones de km3)
en la tierra. En zonas áridas, siempre el hombre ha mirado hacia los recursos
de agua subterránea para su sobrevivencia. En consecuencia es evidente
entonces la importancia de las aguas subterráneas como recurso estratégico
para la vida de la humanidad.
En el Perú, las aguas subterráneas cumplen un rol fundamental en el
desarrollo social y económico de los diferentes valles del país, utilizándose
en sus diferentes usos (poblacional, agrícola, pecuario, industrial y otros),
cuya sobreexplotación en algunos de éstos ya está ocasionando su
contaminación (intrusión marina) y en otros, su agotamiento. Teniendo en
consideración lo indicado anteriormente, a partir de 1997, la Ex - Dirección
General de Aguas y
Suelos - DGAS hoy Intendencia de Recursos Hídricos, reinició los estudios
sobre Aguas Subterráneas en diferentes valles, motivado principalmente por
la desactualización de la información hidrogeológica (20 a 27 años de
desfase), ausencia de monitoreos de los acuíferos, carencia de Cartas
Hidrogeológicas (1974), Nulo modelamiento de acuíferos (sólo en Lima –
1974) y ausencia de gestión y administración de los recursos hídricos
subterráneos.
Como resultado de los Estudios Hidrogeológicos, Geofísicos y Monitoreos de
Aguas Subterráneas, actualmente la Intendencia de Recursos Hídricos del
INRENA, tiene información hidrogeológica actualizada y confiable de 29
valles, distribuidos en 17 Administraciones Técnicas de los Distritos de Riego.
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CONTENIDO 1: ¿QUÉ ES LA HIDROGEOLOGIA?
CONTENIDO 2: ¿QUÉ ES ELCICLO HIDROLOGICO?
CONTENIDO 3: LA HIDRAULICA SUBTERRANEA
CONTENIDO 4: OBRAS DE CAPTACION DE AGUAS SUBTERRANEAS:
CONTENIDO 5: DISEÑO DE POZOS
CONTENIDO 6: TEMAS COMPLEMENTARIOS
¿Qué es la Hidrogeología?
Generalidades
1.-HIDROGEOLOGIA:
La hidrogeología es la disciplina científica que estudia las aguas
subterráneas. Como todos sabemos el vapor del agua de la atmósfera
cuando se condensa produce la lluvia. Esta agua al caer, una parte discurre
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CONTENIDO 1
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolapor la superficie, dando lugar a los ríos lagos y océanos y otra se infiltra. El
agua se infiltra en el terreno, discurriendo por el subsuelo y reapareciendo en
la superficie a través de manantiales, ríos o el mar.
2.- PERFIL DEL INGENIERO CON INTERES EN LA HIDROGEOLOGIA:
Las personas interesadas en el desarrollo de un programa de delimitación de
zonas de protección para pozos de abastecimiento deben de tener
fundamentos básicos de geología, hidrogeología, geofísica, hidrogeoquímica,
además de una buena cuota de buena voluntad y mucho entusiasmo.
Adicionalmente, deben de comprender las principales componentes del ciclo
hidrológico y como interactúan entre sí y con el agua subterránea. Respecto
a la geología es necesario tener conocimiento elemental de las
características de los diferentes tipos de rocas que existen en la superficie
terrestre, así como referencias de los procesos y mecanismos que modifican
su composición original. También deben de tener elementos suficientes
como para determinar que tipos de acuíferos son los que explotan los pozos,
conocer la terminología relacionada con la operación y manejo de los
mismos, a fin de que sea posible realizar una evaluación y valoración de la
información disponible. En lo referente a la hidrogeoquímica, es conveniente
conocer cuales son las principales especies que pueden existir disueltas en
el agua subterránea, así como las concentraciones máximas de acuerdo con
el uso de abastecimiento a la población.
3.-INVENTARIO DE FUENTES DE AGUAS SUBTERRANEAS:
Para tener un mejor conocimiento de la situación actual, tanto de las
condiciones de los acuíferos, así como del aprovechamiento de las aguas
subterráneas, la información básica más importante son los datos obtenidos
durante el inventario de pozos y manantiales.
En esta actividad es muy recomendable no intentar ahorrar dinero en la
calidad de los datos obtenidos o en su elaboración. Casi siempre no será
posible, ni conveniente, realizar el inventario de todos los pozos existentes,
sino solamente de los más característicos. Dependiendo de los objetivos del
estudio, como promedio se considera adecuada la densidad de un punto
inventariado cada 4 cm2 del mapa base del estudio a modo de primera
aproximación. Esto equivale a un punto por Km2 para los mapas a escala
1:50.000, y a un punto cada 16 Km2 para los mapas a escala 1:200.000. El
rendimiento del técnico encargado del Inventario viene a ser de 60 a 120
puntos por mes, incluyendo el tiempo necesario para pasar los datos a
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolalimpio. En el caso de un estudio en detalle, donde se tiene que cuantificar
con el mayor detalle posible el balance de las aguas subterráneas, será
necesario inventariar el mayor número posible de pozos y manantiales, que
permitan conocer los volúmenes de descarga artificial y natural de las aguas
subterráneas.
Durante el inventario de pozos y manantiales, los datos que se recaban y las
mediciones que se realizan en campo son las siguientes: nombre del
propietario, situación geográfica (Departamento, Municipio, Provincia,
Cantón, etc.); ubicación exacta del punto, con sus correspondientes
coordenadas y cota; uso del pozo; profundidad del nivel estático;
profundidad del nivel dinámico; caudal de producción; tiempo de bombeo;
características del pozo (profundidad, diámetro, profundidad de los filtros,
columna litológica) y conductividad eléctrica del agua.
Mediante el procesamiento de esta información y la elaboración de mapas
piezométricos, de producción y de conductividad eléctrica, inmediatamente
se puede conocer las áreas de recarga y descarga de los acuíferos, las
direcciones de flujo subterráneo, las zonas de explotación intensiva o sobre
explotación, los volúmenes de extracción en una determinada área y la
calidad de las aguas en cuanto a su mineralización. Esta información ya es
un criterio técnico importante para establecer políticas inmediatas de
aprovechamiento de las aguas subterráneas.
4. CONOCIENDO LOS ACUIFEROS:
La evaluación de las distintas facilidades existentes en el área donde nos
proponemos realizar las pruebas es el primer paso a dar para preparar el diseño.
*Información sobre el acuífero:
Debe estar disponible o investigarse convenientemente la siguiente información
sobre el acuífero
1. Profundidad hasta el acuífero, espesor del mismo, así como los cambios en su
configuración en el área que va a ser sometida a la prueba.
2. Planos o mapas de las discontinuidades del acuífero causadas por cambios en la
litología o por la presencia de ríos y lagos.
3. cálculos y estimados de todas las propiedades hidráulicas pertinentes del
acuífero y de las rocas adyacentes realizados por los medios disponibles. Si se
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolasospecha la presencia de capas semiconfinantes esto debe tenerse en cuenta al
analizar los resultados de las pruebas.
PROPOSITOS DE LA EVALUACION EN EL LUGAR:
a) Describir el acuífero, el pozo de control y los pozos de observación con el detalle
suficiente, que permitirá enfocar correctamente su análisis.
b) Suministrar una base firme para predecir el valor relativo de los resultados de las
pruebas teniendo en cuenta las facilidades existentes y llamar la atención sobre las
posibles deficiencias en la localización de los pozos de observación y en otros
aspectos.
Si la evaluación previa del lugar, indica que éste tiene características que se
desvían notablemente de las que se suponen al deducir las fórmulas de pozo
existentes, el lugar debe descartarse como zona de prueba.
5.-CONOCIENDO ALGUNOS OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES
1. Flujo en medio poroso.- Principios que lo rigen. Ley de Darcy (rango de
validez). Flujos laminar y turbulento. Ecuación de continuidad. Flujo
uniforme y variable. Flujo libre y bajo presión. Flujo radial hacia pozos.
2. Tipos de acuíferos. Libres, confinados y semi-confinados. (Características
y propiedades). Oscilación del nivel hidráulico (causas). Coeficiente de
almacenamiento. Sensibilidad barométrica.
3. Hidrodinámica. Curvas equipotenciales (isofreáticas o isopiezas),
construcción y propiedades. Red de flujo, elaboración y clasificación por
su forma en planta y perfil. Identificación de ámbitos de recarga y de
descarga. Interpretación hidrodinámica cualitativa y cuantitativa.
4...Determinación de parámetros hidráulicos. Transmisividad,
permeabilidad, porosidad y almacenamiento. Métodos empíricos, de
laboratorio y de campo. Trazadores. Ensayos de bombeo (métodos de
equilibrio y de variación, a caudal constante y variable). Ensayos de
depresión y de recuperación. Características del pozo de bombeo y de
observación. Ensayos en acuíferos libres, confinados y semiconfinados.
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Escuela Profesional de Ingeniería AgrícolaInterpretación. Validez de los resultados. Ventajas y limitaciones de los
diferentes métodos.
5. Hidroquímica. Propiedades de la molécula de agua. Incorporación de
elementos en solución (diferentes procesos). Composición de la corteza,
del agua de mar y del agua de lluvia. Sales aportadas por las rocas
(ígneas, metamórficas, sedimentarias). Índice de solubilidad. Movilidad
iónica. Zonaciones (tipos). Relaciones iónicas e índices hidroquímicos.
¿Qué es el ciclo hidrológico y reservorio acuífero?
Desarrollo
6.- EL CICLO HIDROLOGICO
Podemos pensar el ciclo hidrológico como una serie de reservas, o áreas de
almacenamiento, y una serie de procesos que causan que el agua se mueva entre estas
reservas. Las reservas más grande, de lejos, son los océanos, que contienen
aproximadamente un 97% del agua de la Tierra. El 3% restante es el agua dulce, tan
importante para nuestra sobrevivencia. De ésta, aproximadamente 78% está
almacenada en la Antártica y en Groenlandia. Aproximadamente 21% de agua dulce
en la Tierra es agua almacenada en sedimentos y rocas debajo de la superficie de la
tierra. El agua dulce que vemos en los ríos, arroyos, lagos y en la lluvia constituye
menos del 1% del agua dulce de la Tierra y menos que el 0.1% de toda el agua de la
Tierra.
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CONTENIDO 2
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El ciclo hidrológico. Las flechas indican el volumen del agua que viaja de una reserva a otra.
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7.-FORMACIONES GEOLOGICAS (ACUIFEROS, ACUICLUDOS ACUIFUGOS, ETC)
INTRODUCCION:Un acuífero es un almacén geológico a mayor profundidad, en el que se deposita el
agua que puede ser bombeada posteriormente. En el primer caso el agua forma
parte de un suelo que no está saturado, mientras que en el segundo, los acuíferos
se encuentran saturados o muy cerca de saturación.
Si no existe una capa impermeable entre el acuífero y la superficie del suelo, el
acuífero se llama no confinado, libre o freático; la superficie libre del agua o
nivel freático, en este tipo de acuíferos está en equilibrio con la presión
atmosférica. Un acuífero entre estratos de suelo de baja permeabilidad o
totalmente impermeable, se conoce como acuífero confinado, artesiano o
brotante, y comúnmente la presión del agua entre ambos estratos es superior a la
presión atmosférica. Otro tipo de acuífero, con características similares a los
acuíferos libres, es el acuífero colgado: depósito que se encuentra sobre un
estrato impermeable o semipermeable cercano a la superficie, siendo su reserva de
agua de una menor magnitud.
El material presente en un acuífero puede estar compuesto de diversos depósitos
como arenas, gravas, limos y arcillas; o también por formaciones geológicas tales
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolacomo roca fracturada y/o fisuras provocadas por fallas, o material calcáreo (caliza)
con grietas producto de disolución.
8.- CONCEPTOS SOBRE DISTINTOS TIPOS DE ACUIFEROS:
ACUIFERO.- Son Las formaciones geológicas en que se acumula el agua
subterránea y que son capaces de cederla. Los acuíferos sirven como conductos de
transmisión y como depósitos de almacenamiento. Como conductos de transmisión
transportan el agua subterránea de las áreas de recarga, hacia lagos, pantanos,
manantiales, pozos y otras estructuras de captación. Como depósitos de
almacenamiento, los acuíferos actúan suministrando agua de sus reservas para ser
utilizada cuando la extracción exceda a la recarga y, a la vez, almacenando agua
durante los períodos en que la recarga resulta mayor que la extracción.
los acuíferos se caracterizan por ser permeables al agua, es decir, por permitir el
paso de ésta a través de ellos; pero, junto a los acuíferos propiamente dichos,
aparecen otras formaciones geológicas que reciben nombres de acuerdo con sus
posibilidades de contener agua y de permitir su circulación, tales como: los
acuicludos o acuicierres, los acuitardos y los acuífugos .
ACUICLUDOS (del latín claudere = cerrar).- son formaciones geológicas
impermeables que contienen agua, pero que no la transmiten, haciendo de este
modo imposible su explotación. En este caso están las arcillas, que a pesar de
contener enormes cantidades de agua (en muchos casos, más de 50% de su
volumen) no la drenan por gravedad ni la dejan pasar; por consiguiente, no son
aptas para la construcción en ellas de captaciones de agua subterránea.
ACUITARDOS.- (del latin tardare = retardar) son formaciones geológicas
semipermeables que, conteniendo agua en gran cantidad, la trasmiten muy
lentamente, por lo que en estas formaciones tampoco resulta adecuado emplazar
captaciones; no obstante, en determinados casos, la presencia de un acuitardo
puede proporcionar a un acuífero que esté en contacto con él, una recarga vertical
que puede llegar a ser importante. Las arcillas limosas y arenosas son formaciones
que pueden comportarse como acuitardos.
ACUIFUGOS.- (del latín fugere = huir) son aquellas formaciones geológicas
impermeables que no contienen agua ni la pueden transmitir, tales como, por
ejemplo, los macizos rocosos no alterados.
9.-CLASES DE ACUÍFEROS: CONFINADO Y LIBRES SEMICONFINADO.
De acuerdo con el grado de confinamiento de las aguas que contienen, los acuíferos
pueden clasificarse en cuatro tipos:
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolaa) Acuíferos libres, freáticos o no confinados.
b) Acuíferos confinados o artesianos
c) Acuíferos semiconfinados (leaky aquifers)
d) Acuíferos semilibres.
Los acuíferos libres son aquellos en que el agua subterránea presenta una
superficie libre, sujeta a la presión atmosférica, como límite superior de la zona de
saturación. Esta superficie libre se conoce como superficie freática y el nivel a que
ella se eleva, respecto a otro de referencia, nivel freático. Está formado en general
por un estrato permeable parcialmente saturado de agua que yace sobre otro
estrato impermeable o relativamente impermeable. En la mayoría de los casos
existe solamente un nivel freático, pero en algunos casos, a causa de la presencia
de acuicierres o acuitardos de pequeñas dimensiones relativas, pueden existir
acuíferos que se denominan acuíferos colgados con niveles freáticos adicionales,
tales como aparecen en la figura 1.1.
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En algunos acuíferos libres compuestos de partículas finas el drenaje por gravedad
de los poros con frecuencia puede que no sea instantáneo y, en ese caso, el
acuífero entrega el agua un cierto tiempo después de que el nivel freático baja en el
mismo. A este tipo de acuífero se les denomina libres con entrega retardada.
En los pozos perforados en este tipo de acuífero, el agua se eleva hasta el nivel
freático. Los acuíferos confinados o artesianos son formaciones geológicas
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolapermeables, completamente saturadas de agua, confinadas entre dos capas o
estratos impermeables o prácticamente impermeables (una inferior y otra superior).
En estos acuíferos, el agua está sometida, en general, a una presión mayor que la
atmosférica y al perforar un pozo en ellos, el agua se eleva por encima de la parte
superior (techo) del acuífero hasta un nivel que se denomina nivel piezométrico. La
superficie imaginaria que representa la carga piezométrica en los distintos puntos
del acuífero se conoce como superficie piezométrica. En algunos casos, la superficie
piezométrica puede estar por encima del nivel del terreno natural, por lo que un
pozo perforado en el lugar fluirá solo, como si fuera un manantial. Los acuíferos
confinados se nombran también artesianos, a causa de que en la región francesa de
Artois fue el primer lugar donde se perforaron pozos profundos en acuíferos
confinados, alrededor del año 1750. Originalmente, el término artesiano se aplicaba
solamente a los pozos fluyentes, pero en la actualidad, la palabra se aplica a
cualquier pozo perforado en un acuífero confinado.
Fig. Acuífero libre y acuífero confinado
En la figura 1.2 puede apreciarse la representación esquemática de un corte
geológico que muestra un acuífero libre y uno confinado en la misma zona.
Los acuíferos semiconfinados son acuíferos completamente saturados sometidos a
presión que están limitados en su parte superior por una capa semipermeable
(acuitardo) y en su parte inferior por una capa impermeable (acuicierre o acuífugo)
o también por otro acuitardo. En este tipo de acuífero, la disminución de la carga
piezométrica originada por el bombeo, por ejemplo, inducirá un flujo vertical del
agua contenida en el acuitardo, que actuará como recarga del acuífero. Las
características del acuitardo confinante en un acuífero semiconfinado son tales que
puede ignorarse la componente horizontal del flujo en el acuitardo.
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Los acuíferos semilibres representan una situación intermedia entre un acuífero
libre y uno semiconfinado. En este caso, la capa confinante superior es un estrato
semipermeable o acuitardo, de características tales que la componente horizontal
del flujo no puede ignorarse.
Kruseman y De Ridder, partiendo de considerar los acuíferos apoyados en una capa
impermeable, especifican que el tipo de acuífero queda determinado por el carácter
de la capa confinante superior y presentan el cuadro que aparece en la tabla 1.1
como instrumento para caracterizar los acuíferos
Se define como acuífero a la roca o sedimento que pertenece parcial o totalmente a
una o a varias formaciones, suficientemente permeable y saturada de agua para
transmitirla en cantidades económicas hacia pozos o manantiales. El término
acuicludo se refiere al material geológico saturado de agua que es incapaz de
transmitir cantidades significativas de agua bajo gradientes hidráulicos normales;
es decir, no produce cantidades económicas de agua hacia pozos. Un término de
acuñación posterior es el de acuitardo, para referirse a estratos de rocas o
sedimentos con permeabilidades bajas, capaces de transmitir agua en cantidades
significativas para estudios regionales de aguas subterráneas, pero sin la
posibilidad de emplazar pozos de producción en ellos.
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Escuela Profesional de Ingeniería AgrícolaDe estas tres definiciones, es común que dentro de una secuencia
hidroestratigráfica, se manejen los términos de acuífero y acuitardo, como parte del
sistema de agua subterránea, dejando únicamente para el basamento del sistema
el término acuicludo. Otro aspecto importante de denotar, es que las definiciones
de acuífero y acuitardo que se manejan en el ámbito mundial, son imprecisas con
respecto a la conductividad hidráulica del material geológico del subsuelo; esto
significa que son definiciones en el más amplio sentido de la palabra, es decir,
relativos a un marco de referencia. Por ejemplo, en una secuencia interestratificada
de arenas y limos, el material más fino representará a los acuitardos; pero si la
secuencia corresponde a limos y arcillas, ahora el acuitardo será el material
arcilloso.
Se identifica como un acuífero confinado, al acuífero que le subyace y sobreyace
material geológico de conductividad hidráulica significativamente baja, consistentes
en acuicludos (Figura II.1). Una característica común de los acuíferos confinados es
que el nivel del agua en los pozos usualmente está por arriba del techo del acuífero.
De la definición de acuífero confinado, se deriva el hecho de que existan pozos
artesianos, que si rebasan el nivel del terreno, se denominan pozos brotantes. Sin
embargo, es conveniente señalar que el hecho de tener pozos brotantes no
necesariamente significa que se tenga un acuífero confinado, como se verá en el
apartado siguiente.
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Figura .- Esquema de un acuífero confinado Un acuífero libre se caracteriza por tener en su base un acuicludo o acuitardo y en
su parte superior, el límite será su propio nivel freático (Figura II.2). Por lo tanto,
estos tipos de acuíferos son sistemas con espesor saturado variable, debido a las
fluctuaciones del nivel freático. Este tipo de acuíferos presenta ciertas
características diferentes a los confinados, como es el tener la capacidad de ceder
volúmenes mayores de agua por abatimiento unitario de la carga hidráulica.
Asimismo, tiene la desventaja de tener un alto nivel de susceptibilidad a la
contaminación de substancias tales como: productos agroquímicos utilizados en la
agricultura o la lixiviación de desechos tóxicos. En la Figura II.3, se presenta un
perfil de la distribución del agua en el subsuelo.
Figura .- Esquema de un acuífero libre o no confinado Se denomina acuífero semiconfinado, al que se encuentra limitado en su parte
superior por un acuitardo y en su porción inferior por un acuitardo o acuicludo. Este
tipo de acuífero es un caso especial de acuífero confinado, ya que los acuitardos
que lo limitan verticalmente, permiten el desplazamiento de agua subterránea, ya
sea en dirección ascendente o descendente. Bajo condiciones de equilibrio, el nivel
del agua en un pozo, puede coincidir con el nivel freático o diferir, dependiendo de
las condiciones de recarga o descarga y de la presión litoestática suprayacente.
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Figura 1 Esquema de la distribución del agua subterránea en el perfil del subsuelo 10.-PROPIEDAES MÁS IMPORTANTES DE LOS ACUIFEROS En el comportamiento hidráulico de los acuíferos pueden distinguirse diversas
propiedades que se describen a continuación y que se utilizan para caracterizar
dicho comportamiento y establecer sus leyes.
1. CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA.-
En general puede decirse que la velocidad U con que circula el agua subterránea es
proporcional a una potencia del gradiente hidráulico I, multiplicada por una
constante de proporcionalidad denominada conductividad hidráulica.
La conductividad hidráulica representa la mayor o menor facilidad con que el medio
deja pasar el agua a través de él por unidad de área transversal a la dirección del
flujo. Tiene las dimensiones de una velocidad (L T-1) y modernamente se distinguen
dos tipos: la conductividad hidráulica darciana o lineal, KD y la
conductividad hidráulica turbulenta, KT.
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Figura 2 Valores Típicos de conductividad hidráulica
2. La TRANSMISIBILIDAD O TRANSMISIVIDAD.- es el producto del espesor
saturado del acuífero m y la conductividad hidráulica. Tiene las dimensiones L2 T-1 ,
y lógicamente se distinguirán dos tipos: la transmisibilidad darciana o lineal, TD
(TD=m KD) y la transmisibilidad turbulenta, TT (TT = m KT).
Diversos experimentos han demostrado que la conductividad hidráulica darciana no
sólo depende de las características del medio, sino también de las del fluido (su
viscosidad y peso específico) por lo que se estableció una relación entre KD, las
propiedades del fluido y una característica intrínseca del medio que es
independiente del fluido que circula a través de él. Esa característica se denomina
(permeabilidad intrínseca o geométrica y se representará por el símbolo k. La
ecuación que relaciona KD con k se puede expresar como:
y también:
donde:
, peso específico absoluto del fluido
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola, viscosidad dinámica del fluido
g, aceleración de la gravedad
n, viscosidad cinemática del fluido
3.-COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO.- que se representará por el símbolo, E,
como el volumen de agua que puede ser liberado por un prisma vertical del
acuífero, de sección unitaria y de altura igual a su espesor saturado, cuando se
produce un descenso unitario de la carga hidráulica (del nivel piezométrico o del
nivel freático). De esta definición se deduce que el coeficiente de almacenamiento
es adimensional. El concepto fue introducido en la Hidráulica Subterránea en 1935
por C.V. Theis.
Figura 3 Almacenamiento Específico o Coeficientede Almacenamiento Elástico (Ss)
En el caso de los acuíferos confinados, el agua liberada procede de los efectos
mecánicos de la compresión del cuerpo del acuífero y del agua. En el caso de los
acuíferos libres o freáticos, ignorando los efectos relativamente pequeños que
puede introducir la elasticidad del acuífero, resulta claro que el coeficiente de
almacenamiento es equivalente, a la llamada:
4. POROSIDAD EFECTIVA.- ya que en ambos casos resulta ser la cantidad de agua
que puede ser extraída por gravedad de una unidad de volumen del acuífero
saturado.
Tanto para acuíferos confinados como para acuíferos libres las propiedades a
considerar y determinar serían cualesquiera de los tres tríos:
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolak, C y E
KD, KT y E
TD, TT y E
Ya que las ecuaciones de transformación de que se dispone permiten calcular todo
el conjunto si se tienen los valores de uno cualquiera de los tríos.
Figura 4 Granulometría homogénea redondeada – porosidad alta.
Figura 5 Granulometría homogénea redondeada cuya porosidad ha
disminuido por cementación de sus intersticios con materias minerales.
Figura 6 Granulometría heterogénearedondeada – porosidad baja.
Para el análisis de acuíferos semiconfinados es necesario tener en cuenta dos
nuevas propiedades, la resistencia hidráulica y el factor de goteo.
Figura 7 Granulometría homogénea angular – porosidad media.
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Figura 8 Granulometría heterogéneaangular – porosidad muy baja.
Figura 9 Granulometría homogénea yelementos que a su vez son porosos
– porosidad muy alta.
Tipos de Porosidad por Origen Porosidad primaria: es la porosidad que está presente cuando la roca se forma.
Figura 10 Roca porosa portextura vesicular(pueden no estar
conectados)
Porosidad secundaria: es la porosidad que se desarrolla luego, como resultado de disolución o fracturamiento.
Figura 11 RocaPorosa por disolución
Figura 12 Roca porosapor fracturas
y planos de estratificación
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Escuela Profesional de Ingeniería AgrícolaSistemas de Porosidad
Porosidad única (A): porosidad sólo se debe a fracturas, pues la matriz es impermeable.Microfisuras (B): porosidad debido a fracturas principales y a un sistema denso de microfisuras, lo cual incrementa la porosidad de la matriz de la roca.Porosidad doble (C): coexisten dos tipos de porosidad, la primaria o matriz porosa (por ejemplo la roca arenisca) y la secundaria o fracturas.
5. LA RESISTENCIA HIDRÁULICA.- representada por el símbolo C', es una medida de la resistencia que ofrece la capa confinante al flujo en dirección vertical, y se define por la relación entre el espesor saturado del acuitardo, m' y su conductividad hidráulica darciana vertical, K'D, o sea que:
Las dimensiones de la resistencia hidráulica son las del tiempo. Si el acuífero es
confinado, el acuitardo se convierte en acuicierre y C' =
6. EL FACTOR DE GOTEO.- (leakage factor) representado por el símbolo B, tiene
las dimensiones de una longitud y está definido por la ecuación:
Los valores altos de B indican una gran resistencia al flujo del acuitardo confinante
en comparación con el acuífero, lo que implica una pequeña influencia relativa en la
recarga del acuífero a partir del acuitardo.
En el análisis de acuíferos libres con entrega retardada o semilibres, es necesario
tener en cuenta el llamado:
7. FACTOR DE DRENAJE.- D, que está definido por la ecuación:
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícoladonde: , inverso del índice de retraso de Boulton (1/ ).
Sy, volumen total de entrega retardada procedente del almacenamiento, por unidad
de abatimiento por unidad de área horizontal. (Rendimiento específico después de
un tiempo grande de bombeo)
8. PERMEABILIDAD.- También denominada Conductividad Hidráulica (K). Se
define como el volumen de agua que circula a través de una sección unitaria de
suelo, en un tiempo unitario, bajo un gradiente hidráulico también unitario. La
permeabilidad se mide en unidades de longitud por tiempo (m/día, cm/h). Este
parámetro es afectado directamente por la textura del suelo y por la densidad y
viscosidad del agua subterránea. El tipo de partículas, su arreglo y en último
término la porosidad que generan, influye directamente en el movimiento del agua
en el suelo, es decir, en los valores de K.
9.ESPESOR DEL ACUÍFERO.-Corresponde a la distancia que existe entre el
estrato impermeable y el nivel freático en acuíferos libres, siendo variable - en
función de los cambios del nivel freatico - de pocos metros a decenas de metros de
magnitud. En acuíferos confinados y semiconfinados, corresponde a la distancia que
existe entre los estratos impermeables que lo encierran, en este caso el valor es
constante y puede variar en órdenes de magnitud de unos pocos metros, a cientos
o miles de metros.
10. TRANSMISIVIDAD.-Es el producto de la conductividad hidráulica promedio (K),
y el espesor de un acuífero (H). Se expresa en la ecuación siguiente:
T= K x H ecuación 1
En consecuencia, la transmisividad corresponde al caudal que circula por una
sección de área unitaria, bajo un gradiente hidráulico unitario y en un espesor de
acuífero unitario. Las dimensiones en este caso son de longitud2 /tiempo (m2/día).
11. COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO.-
Volumen de agua entregado por el acuífero, en una sección de área horizontal de
éste, por cada metro de descenso en el nivel piezométrico. En acuíferos confinados
el valor de S se obtiene a partir de la siguiente relación:
S = ecuación 2
Donde:
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S : Almacenamiento, adimensionalV : Volumen de agua aportado, m3
A : Area horizontal del acuífero, m2
h : Cambios en la altura piezométrica, m
El coeficiente de almacenamiento en acuíferos confinados se encuentra
normalmente en rangos de 10-6 S 10-4. El mismo parámetro, pero esta vez en
acuíferos no confinados o libres, está controlado por la altura piezométrica, que en
este caso está determinada por el nivel que alcance la napa freática; es decir, al
analizar la ecuación 1, la disminución de un metro de la altura piezométrica (h) en
el acuífero libre, corresponde a la disminución de 1 m de la napa freática.
El coeficiente de almacenamiento en acuíferos no confinados se conoce,
comúnmente, como rendimiento específico y sus valores se encuentran
normalmente en rangos de 0.2 S 0.3.
12. COMPRESIBILIDAD.- La compresibilidad es el inverso del módulo de
elasticidad, por lo que refleja la cantidad de deformación de un volumen
representativo del material poroso cuando es afectado por un esfuerzo. Aunque
existen varios tipos de compresibilidad: i) uno para la fase sólida del medio, ii) otro
para el medio poroso incluyendo los espacios vacíos y iii) otra para el acuífero; la
primera es mínima, por lo que generalmente se desprecia. La compresibilidad del
medio poroso, incluyendo los espacios vacíos, se define como el porcentaje de
cambio en el volumen total del medio poroso dividido por el cambio en el esfuerzo
efectivo que causa la deformación.
Es posible definir la compresibilidad del acuífero como el porcentaje de cambio en
el espesor del acuífero, dividido por el cambio en el esfuerzo efectivo.
13. DENSIDAD.- La densidad es la última de las propiedades físicas de los
acuíferos que se analizará. Por definición, la densidad volumétrica (rb) es la masa
seca por unidad de volumen (incluyendo los espacios vacíos) del medio poroso
inalterado. En depósitos no consolidados, la densidad volumétrica estará
establecida por su mineralogía y por la cantidad de espacios vacíos (porosidad) de
la muestra. La densidad de la fase sólida (rs) está definida como la masa seca de
sólidos por unidad de volumen de sólidos.
14. CAPILARIDAD.-La capilaridad es la elevación o depresión de la superficie de
un líquido en la zona de contacto con un sólido, por ejemplo, en las paredes de un
tubo. Este fenómeno es una excepción a la ley hidrostática de los vasos
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolacomunicantes, según la cual una masa de líquido tiene el mismo nivel en todos los
puntos; el efecto se produce de forma más marcada en tubos capilares, es decir,
tubos de diámetro muy pequeño. La capilaridad, o acción capilar, depende de las
fuerzas creadas por la tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo. Si
las fuerzas de adhesión del líquido al sólido superan a las fuerzas de cohesión
dentro del líquido, la superficie del líquido será cóncava, el líquido subirá por el
tubo, es decir, ascenderá por encima del nivel hidrostático. Este efecto ocurre por
ejemplo con agua en tubos de vidrio limpios. Si las fuerzas de cohesión superan a
las fuerzas de adhesión, la superficie del líquido será convexa y el líquido caerá por
debajo del nivel hidrostático. Así sucede por ejemplo con agua en tubos de vidrio
grasientos (donde la adhesión es pequeña) o con mercurio en tubos de vidrio
limpios (donde la cohesión es grande). La absorción de agua por una esponja y la
ascensión de la cera fundida por el pabilo de una vela son ejemplos familiares de
ascensión capilar. El agua sube por la tierra debido en parte a la capilaridad, y
algunos instrumentos de escritura como la pluma estilográfica (fuente) o el
rotulador (plumón) se basan en este principio.
Hidráulica subterránea
Desarrollo
11. FLUJO SUBTERRÁNEO, LEY DE DARCY, CLASES DE FLUJOS
SUBTERRÁNEOS.-
El agua subterránea, como todo fenómeno, se rige bajo leyes físicas que gobiernan
su comportamiento; por tanto, es posible que estos procesos se describan
matemáticamente, comúnmente a través de ecuaciones diferenciales. En este caso,
la ecuación de flujo que gobierna el movimiento del agua subterránea se obtiene
acoplando las ecuaciones de Darcy y de continuidad.
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CONTENIDO 3
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Flujo saturado en estado estacionario. Considérese un volumen unitario de
medio poroso como el que se muestra en la Figura II.4, el cual se conoce como
volumen de control elemental o volumen elemental representativo (VER). Por otra
parte, la ley de la conservación de la masa para flujo en estado estacionario en un
medio poroso saturado requiere que el volumen de flujo (masa) de entrada al VER
sea igual al volumen de flujo (masa) de salida. La ecuación de continuidad
representa esta ley a forma matemática como:
Donde:
r = densidadv = velocidad de Darcy en las direcciones x, y, z
Figura II.4.- Volumen experimental representativo para el flujo a través de un medio poroso
Mediante un análisis dimensional se observa que el término rv tiene dimensiones
de masa que cruza un área unitaria transversal del VER. Si el fluido es
incompresible, es decir r(x, y, z) = constante, por lo tanto pueden removerse de la
ecuación anterior. Asimismo, si el fluido es compresible, o sea r(x, y, z) ¹
constante, puede verse que el término rdvx/dx es mucho más grande que vx dr /dx.
Esta expresión matemática también se conoce como la ecuación de Laplace. La
solución de la ecuación anterior es una función de h (x, y, z), que describe el valor
de la carga hidráulica en cada uno de los puntos del campo de flujo tridimensional.
Utilizando esta ecuación para encontrar la carga hidráulica de un sistema de aguas
subterráneas, lo que se obtiene es un mapa de equipotenciales, que si se le
incorporan las líneas de flujo, se obtendrá una red de flujo del agua subterránea.
Flujo saturado en estado transitorio. La ley de la conservación de la masa para
flujo transitorio para un medio poroso saturado requiere que la cantidad de flujo
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolaneto que entra al ver sea igual al tiempo del cambio del flujo almacenado dentro del
VER. Por lo tanto, la ecuación de continuidad toma la forma siguiente:
El primer término del lado derecho de la ecuación es la cantidad de masa de agua
producida por la expansión del agua bajo un cambio en la densidad. El segundo
término es la cantidad de masa de agua producida por la compactación del medio
poroso como un reflejo en el cambio de su porosidad.
El primer término está controlado por la compresibilidad del fluido (b) y el segundo
por la compresibilidad del acuífero (a). También se sabe que los cambios en a y h
son producidos por un cambio en la carga hidráulica y que el volumen de agua
producido por los dos mecanismos cuando la carga hidráulica disminuye
unitariamente es el almacenamiento específico Ss y que Ss= r g (a + h b). La
cantidad de masa de agua producida (cantidad de tiempo de cambio de
almacenamiento de flujo de masa) es r Ss dh/dt.
12. LEY DE DARCY.- El movimiento del agua en le interior de los materiales
geológicos se mide con la Ley de Darcy. Esta fórmula puede aplicarse a los
movimientos de un líquido dentro de un sólido permeable, así vemos que se puede
aplicar tanto a las aguas subterráneas como a los almacenes de petróleo.
Q = caudal que pasa a través de una sección del acuífero k = permeabilidad
A = área de la sección de acuífero considerada
i = gradiente o potencial hidráulico
i = H/L (ver dibujo)
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Algunos de los métodos que se utilizan para la definición de zonas de protección de
pozos requieren de la definición de sistemas de flujo de agua subterránea, mientras
que otros consideran el punto de vista de acuífero. El concepto de acuífero se utiliza
para estar en condiciones de aplicar diversas ecuaciones para comprender el flujo
bidimensional del agua subterránea. El punto de vista de sistemas de flujo
incorpora la definición de zonas de recarga, tránsito y descarga, en un esquema
tridimensional. Ambos conceptos son útiles, pero es necesario comprender sus
diferencias y analogías. En México no es común el análisis de problemas
relacionados con el agua subterránea utilizando el concepto de sistemas de flujo.
Por esta razón, antes de relacionar los sistemas de flujo de aguas subterráneas y
acuíferos, es necesario resumir aspectos importantes de la teoría de los sistemas de
flujo de aguas subterráneas y rasgos indicadores de flujo.
Los diferentes sistemas de flujo del agua subterránea propuestos por Tóth (1963) y sus componentes que los caracterizan son los siguientes:
- Sistema de flujo local. Son sistemas de flujo que tiene su área de recarga en
un alto topográfico y el área de descarga en un bajo topográfico adyacente, es
decir, localizados uno al lado del otro.
-Sistema de flujo intermedio. Es el sistema de flujo en el que sus zonas de
recarga y descarga, no son adyacentes, ni tampoco ocupan las elevaciones más
altas y bajas de una cuenca; pero sus zonas de recarga y descarga están separadas
por uno o más altos o bajos topográficos.
-Sistema de flujo regional. Se considera sistema de flujo regional, aquél que su
zona de recarga ocupa el parteaguas subterráneo y su zona de descarga se sitúa en
el fondo de la cuenca.
Área de flujo vertical descendente (zona de recarga). Es la porción
de una red de flujo en el que la dirección del agua subterránea se aleja del
nivel
Área de flujo horizontal (zona de transición lateral). Es donde el
movimiento ocurre horizontalmente, en forma aproximadamente paralela
al
Área de flujo vertical ascendente (zona de descarga). Es la porción de
una red de flujo en el que la dirección del agua subterránea se acerca al
nivel
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Figura II.7.- Diagramas esquemáticos de zonas de: a) flujo lateral, b) descarga y c) recarga En cuencas con materiales geológicos isótropos homogéneos, la topografía puede
crear sistemas complejos de flujo de agua subterránea; pero la única ley inmutable
es que los terrenos topográficamente altos son áreas de recarga y los
topográficamente bajos se consideran áreas de descarga. Para la mayoría de las
configuraciones topográficas más comunes, la línea media de los sistemas de flujo
se localizan más cerca de los valles que de las partes topográficamente altas
(Freeze y Witherspoon, 1967). Con base en esta experiencia, una carta
hidrodinámica tendrá al área de descarga en un 5 a 30% de la superficie total de
una cuenca (Freeze y Cherry, 1979).
Aunque la heterogeneidad y la anisotropía modifican los detalles del patrón de flujo
(Freeze y Witherspoon, 1967), las propiedades básicas de la geometría del flujo
permanecen sin cambio bajo estas condiciones (Tóth, 1970). La heterogeneidad
geológica es de gran importancia debido a que puede tener un efecto profundo
sobre el flujo de agua subterránea regional y afectar: i) la interrelación entre
sistemas locales y regionales; ii) el patrón superficial en zonas de recarga y
descarga; y iii) el volumen de flujo descargado a través de los sistemas.
Los rasgos superficiales relacionados con el flujo del agua subterránea incluyen
todas las observaciones de campo que son útiles para averiguar la ocurrencia del
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolaflujo subterráneo. De ahí que el entendimiento de tal ocurrencia requiera del
conocimiento de la naturaleza de los “afloramientos” de aguas subterráneas
(Meyboom, 1966), o sea, los rasgos indicadores de sistemas de flujo. Los trabajos
de Meyboom (1966, 1967), Tóth (1966, 1972), Mifflin (1968) y Ophori y Tóth,
(1989b) muestran la gran relación que existe entre la descarga y recarga del agua
subterránea y los fenómenos naturales que ocurren en el campo. Por lo tanto, uno
de los principales objetivos de campo consiste en estimar el patrón de flujo del agua
subterránea, tanto como las manifestaciones o indicadores de campo lo permitan
Ophori y Tóth, (1989).
Los rasgos observados en campo pueden ser producto del agua superficial, subterránea o una conjugación de ambas. Por consiguiente, es evidente que áreas donde el agua subterránea se mueve hacia la superficie terrestre, poseerán mayor humedad por arriba de la zona saturada, a diferencia de las áreas donde el agua subterránea se aleja de la superficie terrestre. Consecuentemente, áreas de movimiento ascendente del agua subterránea (áreas de descarga) estarán caracterizadas por Ophori y Tóth, (1989):
manantiales filtraciones o “lloraderos” niveles freáticos someros pozos brotantes aguas con alta conductividad eléctrica altos índices de sólidos totales disueltos freatofitas precipitación de sales cosechas “quemadas” arenas movedizas exceso de humedad algunos tipos de construcciones hechas por el hombre, aprovechando
esas circunstancias
13. CLIMA. Los principales factores climatológicos que afectan ciertos parámetros
del régimen del agua subterránea son la precipitación, la temperatura del aire y la
evapotranspiración actual. Por lo tanto, dentro de una región con una topografía y
geología dadas, el balance entre la recarga y descarga atmosférica determina la
configuración del nivel freático, que es el límite superior de la región de flujo del
medio de saturación; por lo tanto, los factores mencionados son los que controlan el
desarrollo del patrón de flujo.
En regiones con un exceso de precipitación, el nivel freático será una replica más
exacta de la topografía, resultando en un máximo de diferencia del flujo potencial,
en cambio en áreas con precipitación deficiente, el relieve del nivel freático es
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolamenos acentuado, habiendo una menor diferencia de potencial de flujo y bajo
número de sistemas de flujo local.
14. MEDICIONES PIEZOMÉTRICAS.- El indicador más directo para determinar los
sistemas de flujo del agua subterránea es la medición de cargas hidráulicas a
diferentes profundidades. Rigurosamente, una superficie potenciométrica es el
resultado de la configuración de la carga hidráulica de un acuífero confinado y sólo
es válida para flujo horizontal, en acuíferos horizontales. Por lo tanto, la condición
de flujo horizontal sólo se encuentra en acuíferos con conductividad hidráulica
mucho más elevada que la de capas confinantes asociadas (Freeze y Cherry, 1979).
Lo anterior significa que si un plano potenciométrico se configura a partir de datos
obtenidos de pozos con diferentes profundidades, la superficie obtenida es un
compuesto de mediciones de potencial (Domenico, 1972). Esto sucede en la
realidad, cuando se presentan componentes de flujo vertical, como se muestra
esquemáticamente en la Figura II.8, modificada de Mifflin (1968).
Figura II.8.- Esquema de un sistema de flujo representado con información de niveles estáticos medidos en pozos a diferentes profundidades
- MANANTIALES. Los manantiales son indicadores de campo en la búsqueda de
zonas de descarga de sistemas de flujo. Adicionalmente, con base en las
características físicas y químicas de los manantiales y su localización dentro del
ambiente hidrogeológico, es posible definir el sistema de flujo al que pertenecen.
-POZOS BROTANTES. Los pozos brotantes, como su nombre lo indica, son
aprovechamientos con su nivel piezométrico por arriba del terreno, por lo tanto son
surtidores naturales de agua subterránea, su presencia es un claro rasgo de una
zona de descarga. Los principales factores que controlan la presencia de un pozo
brotante son la topografía y el ambiente geológico.
Una vez establecidas las bases de los sistemas de flujo, se analizará cuales son las
relaciones entre ellos y los acuíferos. El punto de vista acuífero se basa en el
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolaconcepto de acuíferos confinado y libre. Esta visión se enfoca especialmente al
análisis de flujo hacia pozos de bombeo y es la base de muchas soluciones
analíticas incluyendo las de Thiem, Theis y Jacob. Desde este contexto, se supone
que el flujo de agua subterránea es estrictamente horizontal en los acuíferos y
vertical en capas semiconfinantes. Por esta razón la conductividad hidráulica se
integra en la dimensión vertical, con lo que se obtiene una característica de
transmisión del agua denominada transmisividad. las cargas hidráulicas en el
horizonte confinante no son de interés.
Es oportuno notar que en el enfoque de los sistemas de flujo, las líneas de flujo
pasan a través de todas las unidades geológicas, pues se considera que existe
continuidad hidráulica entre los acuíferos y las capas confinantes. Los sistemas de
flujo no tratan de identificar acuíferos y capas confinantes por si mismas, sino
construir la distribución tridimensional de cargas hidráulicas, conductividad
hidráulica y propiedades de almacenamiento en cada parte del sistema. Además,
los sistemas de flujo permiten la presencia de componentes verticales y
horizontales de flujo que atraviesan todo el sistema y por consiguientes permiten
tratar el sistema real en perfiles bidimensionales y tridimensionales.
15. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Y LEY DE LA RESISTENCIA
LINEAL.
Según el agua se mueve desde el radio de influencia hacia el centro de un pozo,
aumentará el gradiente para poder aumentar la velocidad en proporción a la
disminución del área cilíndrica a través de la cual fluye el agua. Este aumento de
velocidad implica un aumento del número de Reynolds según se esté más cerca del
pozo, lo que da lugar a la posibilidad de que aún cuando el régimen en las zonas
más alejadas sea darciano, cambie a no lineal (se desvíe de la ley de Darcy) en una
región más o menos cercana al pozo. Esto estará en función del caudal extraído y
de las características hidrogeológicas del acuífero.
Es lógico que de existir desviaciones de la ley de Darcy, éstas se hagan más
evidentes en el propio pozo o en la zona de acuífero inmediata a él.
Sin embargo, en general ha sido costumbre atribuir las desviaciones de la ley de
Darcy observadas en los pozos a pérdidas de carga producidas por el paso del agua
a través de su estructura (empaque de gravas, rejilla y camisa), considerándose
que en el acuífero propiamente dicho, sólo ocurre flujo lineal o darciano.
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Escuela Profesional de Ingeniería AgrícolaEste punto de vista no es válido como criterio general ya que se ha comprobado
que en la práctica, tanto en acuíferos de alta como baja conductividad hidráulica,
en zonas más o menos alejadas del pozo de bombeo, se producen desviaciones
importantes de la ley de Darcy y se presenta el flujo no lineal. O sea que el análisis
del flujo hacia los pozos deberá hacerse siempre partiendo del enfoque no lineal.
Lo anterior implica que pueden aparecer alrededor del pozo de bombeo los distintos
regímenes de circulación del agua subterránea (desde el darciano al turbulento
puro), pero, ¿cómo determinar en forma sencilla las zonas en que ocurren los
diferentes tipos de flujo y los límites que las separan? De acuerdo con lo propuesto
por Pérez-Franco, si se tiene en cuenta que para un caudal determinado, Q, la
velocidad aumenta según disminuye el área de flujo hacia el centro del pozo, la
imagen más completa del flujo alrededor del mismo, debería concebirse como
formada por un máximo de tres zonas, tal como aparece en la figura 3.1, que van
de flujo turbulento puro en la zona más cercana al pozo, hasta flujo darciano en la
zona más alejada, pasando por una intermedia de flujo no lineal. De acuerdo con las
características del acuífero y el caudal extraído, en algunos casos existirá una sola
zona: la lineal o darciana; en otros, dos zonas: la lineal y la no lineal, y en otros las
tres zonas.
Fig.3.1 Zonas de flujo alrededor de un pozo
El límite entre las zonas de flujo no lineal y lineal, está definido por el llamado radio de Darcy, r D, que se expresa como:
El límite entre las zonas de flujo no lineal y turbulento puro, está definido por el llamado radio turbulento, rT, que se expresa como:
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Por comparación entre las ecuaciones 3.1 y 3.2 resulta:
Comparando los valores de r D y r T con el del radio del pozo, rP, puede definirse
fácilmente el número y tipos de zonas existentes y la imagen completa del flujo
alrededor del pozo para el caudal correspondiente. De ese modo:
Si r D Si r D > r P y r T Si r T > r P existirán las tres zonas de flujo
Independientemente del número de zonas de flujo que puedan distinguirse
alrededor del pozo, basta que r D sea mayor que r P para que haya que aplicar
necesariamente el enfoque no lineal para analizar el flujo hacia el pozo. Por otra
parte, si se utiliza el enfoque no lineal y el flujo es darciano en todo el campo, el
propio proceso de cálculo lo indicará sin dar origen a ninguna dificultad en el
análisis. Es por eso que se recomienda utilizar siempre el enfoque no lineal.
También se acostumbra hablar de métodos de equilibrio y métodos de no equilibrio
(flujo impermanente). Realmente, si se hace un ensayo de bombeo, no cuesta
ningún trabajo anotar las informaciones pertinentes que ocurren a través del
tiempo y aprovechar las inmensas ventajas que se derivan de usar los métodos que
se basan en flujo impermanente. Es por eso, que las ecuaciones que se presentan
para analizar los distintos tipos de acuíferos solamente serán para flujo
impermanente, que de hecho contienen en sí como casos particulares los que
corresponden a flujo permanente (condiciones de equilibrio).
La duración de los ensayos para la mayoría de los propósitos no tiene que pasar de
8 a 10 horas y sólo deben prolongarse cuando se haga necesario discriminar la
existencia de fronteras geológicas que limitan el acuífero, ya sean éstas positivas o
negativas.
Formas de conos de bombeo según los parámetros delacuífero.
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En todos los casos el abatimiento estará formado por una componente lineal o
darciana y una componente turbulenta.
* EN ACUIFEROS SEMICONFINADOS
Cuando se bombea un acuífero semiconfinado, el agua extraída procederá no solamente del acuífero, sino también de la capa superior semipermeable, que se supone está saturada en parte, tal como se ilustra en la figura 3.4
Captación de las aguas Subterráneas
Desarrollo
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CONTENIDO 4
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POZOS TUBULARES: MÉTODOS CONSTRUCTIVOS: PERCUSIÓN, ROTACIÓN Y
MANUAL. HABILITACIÓN Y E QUIPOS DE BOMBEO
Objetivos Diseño Y Construcción De Un Pozo Tubular
El mayor caudal con un mínimo abatimiento, en concordancia con las
características del acuífero.
El agua extraída debe carecer de partículas sólidas en suspensión o arenas
La mayor vida útil para el pozo
Costo de construcción y operación económicamente factible.
Pérdidas de carga hidráulica
Para comprender con mayor claridad los objetivos anteriormente indicados es
necesario conocer algunos aspectos de hidráulica de pozos, por lo que a
continuación se hará una breve descripción de aspectos relacionados con las
pérdidas de carga y el abatimiento en el pozo. de energía que sufre el flujo de agua
al atravesar las paredes de la perforación, el filtro de gravas (cuando este existe) y
la tubería a través de la rejilla y ranurado. En este caso este tipo de pérdida se
puede minimizar permitiendo finalmente una alta eficiencia hidráulica del pozo.
Perforación
Esta etapa se inicia posterior al reconocimiento del terreno y definición del punto
de perforación, niveles estáticos y dinámicos posibles, y diámetro de la tubería
de perforación. Consiste en perforar los estratos que componen el subsuelo,
hasta la profundidad definida por el diseño, dejando un espacio interior, que
permita la posterior colocación de la cañería de entubación definitiva. Esta debe
estar ranurada en aquellos tramos que enfrentan a los acuíferos proveedores de
un buen caudal de agua. A medida que se realiza la perforación, se va
determinando la estratigrafía del subsuelo, información fundamental para la
habilitación del pozo.
Perforación a rotación: en este caso la perforación se realiza haciendo girar
una herramienta que también lleva un trépano, colocado en el final de la tubería
de perforación y que rota en el fondo del pozo triturando el terreno. Durante la
operación se introduce agua a presión a través de la cañería de perforación y
hacia fuera por perforaciones en el trépano, retornando a la superficie por el
espacio entre la cañería de perforación y las paredes del pozo, llevando los
materiales triturados o liberados por el trépano hacia la superficie .
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Una de las limitaciones de este método es que no es posible obtener muestras
limpias y completas. Estas se deben obtener del detritus que se extrae a través
del fluido de perforación, por eso son muestras contaminadas con finos que se
pierden diluidos en el fluido de perforación. Además, no es posible determinar la
profundidad exacta a la que corresponde el material que llega a la superficie del
terreno.
PROFUNDIDAD DEL POZO:
Es un parámetro de diseño muy importante y generalmente es posible
determinarlo con antecedentes de otros pozos en las cercanías del estudio o con
estudios hidrogeológicos preliminares.
La profundidad será fijada inicialmente con base en los espesores, profundidades
y rendimientos específicos de los acuíferos, tratando de cubrir la demanda o la
necesidad para el uso que se pretende dar al agua. Es recomendable que si se
trata de un acuífero que funciona como libre, la perforación llegue hasta el piso
del mismo, para evitar efectos de penetración parcial. Por la misma razón, en
acuíferos confinados se recomienda captar todo el espesor del acuífero, salvo
que los espesores sean muy grandes o los caudales de extracción demandados
sean pequeños para aceptar una solución de penetración parcial. Otra razón que
fija la profundidad del pozo es la presencia de estratos que contengan agua de
mala calidad.
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Sistema de perforación a rotopercusión
Diámetro del pozo
Para fijar el diámetro de la tubería influyen factores esencialmente hidráulicos.
En general se distingue dos de estos factores en la tubería: uno que va desde la
superficie hasta la profundidad donde irá instalada la bomba, y se denomina
cámara de bombeo; y otro que se extiende hasta el sistema de captación (rejilla
o tubo ranurado).
En la cámara de bombeo el diámetro recomendable para la tubería es el doble
del de la bomba, aunque este valor será función de la longitud de la cámara de
bombeo, ya que a mayor profundidad el riesgo de tener desviaciones en la
perforación aumenta, por lo que a mayor longitud es recomendable permitirse
una mayor holgura. A continuación se presenta valores de diámetros
recomendados en función de caudales extraídos.
Tabla 4. Diámetro de la bomba y tubería en función del caudal de extracción
(perforación, desarrollo y costos de sondaje. Ex Dpto. Rec. Hidrául. CORFO
Diámetro
Máx.
Bomba, pulg
Diámetro
Mín.
Tubería,
pulg
Caudal, l/s
5
6
8
10
6
8
10
12
0-10
9-24
21-40
36-80
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola12
14
14
16
72-110
98-180
Filtro de gravas: se le llama filtro de gravas al relleno que se coloca entre la
rejilla y la pared de la perforación. Su objetivo es estabilizar la pared de la
perforación evitando derrumbes; retener la mayoría de los materiales finos que
contiene la formación acuífera, evitando que penetren a la cámara de bombeo; e
incrementar el diámetro efectivo del pozo y asegurar una buena porosidad y
conductividad hidráulica alrededor del espacio anular en el sector ranurado. En
ocasiones cuando los materiales del acuífero son gruesos y uniformes no es
necesario colocar un filtro de grava propiamente tal, pero sí un empaque de
gravas para estabilizar las paredes de la formación acuífera y evitar derrumbes .
LIMPIEZA Y DESARROLLO DEL POZO
Este proceso consiste en un conjunto de operaciones, realizadas una vez
colocada la rejilla, destinadas a extraer los residuos de la perforación (lodos); a
estabilizar las formaciones en torno a las rejillas, logrando un arreglo y
mejoramiento en la granulometría; a aumentar la permeabilidad del acuífero al
nivel que tenía previo a la perforación, y que se ve reducida por la perforación
misma al compactar las paredes del pozo; a extraer la presencia de lodos que
recubren las paredes de este; y finalmente, a prolongar la vida útil del pozo.
Una vez terminado el pozo deberá realizarse operaciones de limpieza que tienen
como objetivo desalojar la bentonita, o en forma más general los lodos de
perforación utilizados durante la construcción. Los métodos de desarrollo son
básicamente vaivén y pistón, chorros de agua a altas velocidades, aire
comprimido, bombeos intermitentes o agitación y sobrebombeo. Es conveniente
tomar en cuenta que la limpieza será más difícil conforme el acuífero sea más
fino, o cuando el tiempo de construcción del pozo tenga una larga duración.
De acuerdo con lo anterior, es recomendable realizar la construcción del pozo lo
más rápidamente posible, y una vez entubado y engavillado bombear y realizar
las operaciones de limpieza sin pérdida de tiempo. Cuando los acuíferos son muy
finos es conveniente utilizar lodos orgánicos para aprovechar su autodegradación
y así, facilitar las operaciones de limpieza.
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Otro factor que influye en la selección del método de limpieza del pozo, es el tipo
de rejilla instalado en la zona de captación; si el área de entrada es la apropiada
serán más eficientes y rápidas las operaciones de limpieza y desarrollo.
Además de los métodos mecánicos mencionados, existen aditivos químicos de
agentes dispersantes que pueden acelerar el proceso de limpieza. Estos cumplen
la misión de facilitar la eliminación de las arcillas presentes en el acuífero, pues
las ponen en estado de suspensión, evitando su sedimentación, ya sea en el
fondo del pozo o en la rejilla.
TIPOS DE PRUEBAS DE BOMBEO
Dependiendo del caudal extraído, la prueba se puede realizar a caudal constante o
con abatimiento escalonado.
Los bombeos para estudiar las características de los pozos suelen designarse con el
nombre de aforos o ensayos de descenso y en general no definen la observación de
los niveles del agua en pozos o piezómetros próximos.
Los bombeos en los que se observan los descensos producidos en otros pozos o en
piezómetros próximos se suelen llamar ensayos de bombeo y más específicamente
ensayos de interferencia.
La medición de los niveles del agua, después del cese de bombeo en el propio pozo
de bombeo y en los pozos de observación, se llama ensayo de recuperación.
Todos estos bombeos se realizan en condiciones controladas a fin de que, conocida
la variación de una magnitud y sus efectos, poder determinar las características del
acuífero o del pozo de bombeo. En general se trata de bombeos a caudal constante
por lo menos durante ciertos intervalos de tiempo. Los ensayos a descenso
constante y caudal variable son menos usuales y de realización más complicada,
excepto en pozos surgentes.
Los ensayos de bombeo comportan un descenso progresivo de niveles, debido al
agrandamiento del cono de influencia, hasta que llega un momento en que la
recarga iguala al bombeo y entonces se llega a un régimen estacionario;
teóricamente, en acuíferos cautivos y en acuíferos libres sin recarga, el régimen
estacionario no se alcanza nunca, pero para pozos y piezómetros relativamente
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolapróximos al de bombeo se llega a un estado casi estacionario, en el que el régimen
puede considerarse como estacionario.
Se denominan pruebas de pozo con abatimiento escalonado a aquellas en que el
caudal extraído del pozo se mantiene constante durante un tiempo, para cambiar
súbitamente a otro caudal que se mantendrá constante durante otro tiempo, para
volver a cambiar a un tercer caudal durante un tercer espacio de tiempo, y así
sucesivamente.
Las pruebas de abatimiento escalonado tienen la ventaja de poder determinar con
ellas todas las propiedades hidrogeológicas de un mismo punto del acuífero sin
necesidad de utilizar otra información que no sea la de ese punto, por lo que los
resultados no quedarán afectadas por las variaciones espaciales de las
propiedades, sobre todo en el caso de los acuíferos con fracturas, fisuras o canales
de disolución, que presentan gran heterogeneidad.
El tipo de ensayo a realizar depende de lo que de pretende hallar, los gastos que
puedan realizar, de la existencia previa de pozos y piezómetros, de la complicación
del acuífero o sistema del acuífero, etc.
Independientemente del propósito o del tipo de ensayo de bombeo que vaya a
realizarse, se pueden distinguir claramente en ellos tres fases: el diseño de la
prueba, la realización de las observaciones de campo y la interpretación de los
resultados.
OBSERVACIONES PREVIAS
Para conocer la tendencia de los niveles de agua subterránea y poder efectuar correcciones por fluctuaciones es recomendable efectuar algunas mediciones previas en algún piezómetro de los del ensayo desde un tiempo superior a dos veces la duración del ensayo de bombeo incluida la recuperación. Si se dispone de un limnígrafo el problema queda fácilmente resuelto, de otro modo, es preciso efectuar mediciones periódicas cuya frecuencia depende de las oscilaciones que se puedan esperar.
En este período conviene medir también la presión atmosférica, la temperatura del aire y las variaciones del nivel de fuentes superficiales cercanas, estas mediciones pueden prolongarse durante el bombeo y la recuperación.
CONSIDERACIONES GENERALES
Un ensayo de bombeo exige una cuidadosa preparación para no perder tiempo, esfuerzo y dinero, no deben dejarse detalles a la improvisación.
Debe estimarse con la mejor precisión las características del acuífero, si es posible con un pequeño ensayo previo o aprovechando datos de la construcción del pozo o
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFacultad de Ingeniería Agrícola
Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolapiezómetros y simular por cálculo los resultados que pueden obtenerse en varias hipótesis externas.
Diseño de pozos
Generalidades
DISEÑO HIDRÁULICO Y FÍSICO. DISEÑO DEFINITI VO.
Este es probablemente la más importante y más descuidado de los aspectos
fundamentales de una prueba de bombeo.
El costo de una prueba de bombeo puede ser muy variable en dependencia de los
objetivos que con ella se persiguen, pero en cualquier caso, resulta imprescindible
diseñar adecuadamente el experimento para mejorar la probabilidad de que se
obtengan los resultados esperados y evitar un malgasto de recursos.
El diseño previo de las pruebas, que vayan a ejecutarse en un acuífero tiene el
propósito fundamental de obtener con una precisión aceptable, los valores de las
características hidráulicas del medio. Para ello deberá evaluarse el lugar de la
prueba, conocer previamente determinadas características del acuífero y tomar
determinadas precauciones en relación con los pozos de bombeo, principales o de
control y con los pozos de observación o satélites.
EVALUACIÓN DEL LUGAR DE LA PRUEBA
La evaluación de las distintas facilidades existentes en el área donde nos
proponemos realizar las pruebas es el primer paso a dar para preparar el diseño.
Debe hacerse un inventario de los pozos existentes tanto abandonados como bajo
explotación, ya que la utilización de algunos de ellos puede significar una
disminución del costo de la prueba, aunque pocas veces ocurre que la
configuración, estado y distribución de los pozos existentes resulte adecuada para
la ejecución de una prueba. El análisis de las facilidades existentes debe realizarse
teniendo en cuenta las características que deben reunir los pozos de control y los
de observación según aparece a continuación:
EL POZO DE CONTROL, DE BOMBEO O PRINCIPAL
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola1. El pozo principal debe tener instalado un equipo de bombeo confiable, de
capacidad adecuada para la prueba y con su equipo de control de caudal
correspondiente.
2. Debe evitarse que el agua extraída pueda retornar al acuífero durante la
prueba, por lo que debe ser conducida lejos del pozo de bombeo. Este
aspecto es de importancia capital cuando se trata de un acuífero libre cuya
superficie freática esté cercana a la del terreno.
3. Los dispositivos de descarga de la bomba deben permitir la instalación
fácil de equipos para control remoto y regulación del caudal.
4. Debe ser posible medir adecuadamente el nivel del agua en el pozo de
control, antes, durante y después de la prueba.
5. El diámetro, la profundidad total y la posición relativa de todas las
aberturas de la camisa en el pozo de control deben conocerse
detalladamente, es decir, todas las características del pozo.
Los pozos de observación o satélites
1. Se recomienda normalmente que los pozos satélite se dispongan en líneas
que forman una cruz cuyo centro es el pozo principal. Cuando exista flujo
natural en un acuífero, uno de los brazos de la cruz deberá estar orientado
según la dirección del flujo y el otro normal a dicha dirección. Cuando no
sea posible económicamente perforar las 2 líneas de pozos, es conveniente
que los pozos de observación se dispongan en la línea normal al flujo, en la
cual el nivel estático de todos los satélites va a ser el mismo.
2. Los pozos de observación deben ser por lo menos 2 y estarán situados a
distancias radiales del centro del pozo principal de 5 m y de 20 m. Cuando
se puedan perforar mayor número de pozos estos deben situarse a 40 m,
80m y 10m del centro del pozo principal.
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TEMAS COMPLEMENTARIOS- LECTURAS ADICIONALES
Generalidades
Gestión del agua.- Para que toda la población disponga de agua de calidad
suficiente, de forma que esta explotación de este precioso recurso se haga de una
forma sostenible, sin que se creen graves problemas de escasez a medio plazo, es
necesaria una eficaz gestión del uso y la extracción del agua.
Por una parte hay que asegurar el suministro de agua con la construcción de
embalses, el transporte por sistemas de tuberías y canales y la extracción del agua
subterránea. Por otra parte hay que desarrollar todos los aspectos legales y
administrativos que el uso del agua conlleva. Y es muy importante mejorar la
eficiencia en el uso del agua disminuyendo su desperdicio y reduciendo su uso
innecesario.
Desalinización y otras formas de suministrar agua a zonas secas
La gran abundancia de agua salada hace que pudiera ser una magnífica fuente de
agua si se consiguiera quitarle la sal por métodos económica y energéticamente
rentable. En la actualidad se usan varias tecnologías para desalinizar el agua. Una
de las más corrientes es por destilación, calentando el agua hasta ebullición y
condensando después el vapor. En otro método, el denominado de ósmosis
inversa, se fuerza al agua a pasar por una membrana que deja pasar las pequeñas
moléculas de agua, pero no los iones de sal.
Estos métodos de desalinización son caros porque exigen gran cantidad de energía
aunque, sobre todo en la ósmosis inversa, se han conseguido avances tecnológicos
que han aumentado notablemente su eficiencia. Sólo se usan en países que no
disponen de otras fuentes más económicas. Así por ejemplo hay algunas plantas
desalinizadoras en Canarias y en algunas ciudades de la costa mediterránea, cuya
misión es, sobre todo, de complemento del suministro de agua en las épocas de
más restricción del suministro normal. En el mundo, alrededor de las dos terceras
partes del agua que se obtiene por desalinización, se produce en Arabia Saudí y
otros países del Oriente Medio y del Norte de Africa.
Protección y manejo sostenible
Estudios y recomendaciones para la protección del agua subterránea en el marco
del ordenamiento territorial, para el uso armónico de espacios naturales, así como
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFacultad de Ingeniería Agrícola
Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolael manejo sostenible y la protección de recursos hídricos subterráneos, la
elaboración de mapas hidrogeológicos, estudios piloto sobre la propagación de
materias en el agua subterránea, la operación de bancos de datos de agua
subterránea
Investigaciones en el tema de agua subterránea y desarrollo de métodos
Hidrogeología e hidroquímica: Estudios sobre las propiedades geogénicas del
agua subterránea, conclusiones hidrogeológicas en base a elementos traza y
isótopos amtienbales, elaboración de fundamentos y procedimientos metodológicos
para determinar la recarga del agua subterránea, así como la deducción de mapas
hidrogeológicos temáticos, desarrollo de un sistema de información especializado
Hidráulica de agua subterránea: Desarrollo, verificación y validación de
métodos numéricos y analíticos para determinar el flujo del agua subterránea y el
transporte de materias, investigación del flujo del agua subterránea en sistemas
heterogéneos, el comportamiento de sistemas de agua dulce/salada, el desarrollo
paleohidrogeológico de sistemas, flujos de materias en el sistema suelo-agua
subterránea
Geofísica y geotérmica: Métodos de investigación y evaluación geofísicos,
conceptos de uso referentes a la energía geotérmica, procedimientos "hot-dry-
rock", métodos de ensayo hidráulicos y procedimientos "hydraulic-fracturing",
investigación de las condiciones que llevan a la formación de fisuras artificiales y
sus propiedades hidráulicas
Elaboración de bases de planificación
Operación de un sistema de informaciones técnicas, integración de bancos de datos
técnicos específicos preexistentes, utilización de métodos GIS en la hidrogeología,
confección de material cartográfico hidrogeológico (analógico y digital), aplicación
de modelos de gestión, desarrollo de conceptos de aprovechamiento
EL AGUA SUBTERRÁNEA
Las aguas subterráneas son una parte importante del ciclo hidrológico para el
hombre, ya que el 95% de toda el agua dulce que existe en el planeta Tierra se
encuentran en el subsuelo, formando las aguas subterráneas; y menos del 5%
restante es el agua superficial que se encuentra en ríos y lagos.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA SOBRE LA
SUPERFICIAL
El costo de inversión para el desarrollo de fuentes de abastecimiento de agua
potable es mucho menor
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La calidad físico química natural del agua subterránea, es mucho más constante
que la del agua superficial, y normalmente es de calidad potable con muy poco o
nada de tratamiento
Por la existencia de suelo y/o roca arriba del reservorio de aguas subterráneas,
éstas están más protegidas de la contaminación (natural y antrópica) que las aguas
superficiales
Sus variaciones en cantidad y disponibilidad en épocas de sequía y de precipitación
son muy pequeñas comparadas con la del agua superficial en la que los ríos se
secan o pueden producir inundaciones
Las aguas subterráneas bien manejadas, son también una reserva estratégica
importante en caso de epidemias, desastres naturales, guerras o accidentes
nucleares
Con todo y las anteriores ventajas, las aguas subterráneas pueden ser deterioradas
o contaminadas por sobreexplotación y otras actividades del hombre
Una vez contaminado el reservorio de aguas subterráneas, su recuperación,
algunas veces es prácticamente imposible por el costo y tiempo que toma su
limpieza que podría tomar décadas o siglos
¿Por qué es importante proteger y conservar el agua?
Seguramente usted recuerde el ciclo del agua que aprendió en la escuela. Si usted
entiende el ciclo del agua, sabe que empleamos la misma agua que usaron los
dinosaurios cuando vagaban por el mundo hace millones de años. El agua no se
destruye, solamente cambia de forma. Sin embargo, debemos emplearla con
sensatez. Purificar el agua es un proceso costoso y bombearla a través de las
tuberías consume una gran cantidad de energía eléctrica. Cuanto más sucia esté el
agua, más costoso resulta limpiarla. Esto explica porqué la cuota de la factura de
aguas residuales es más alta que la del agua potable. Otra buena razón para
conservar este valioso recurso es que el agua no está siempre disponible en el
momento y lugar que la necesitamos. A fines de los ochenta y principios de los
noventa, mientras que la zona norte del centro de Texas pasaba por una de las
peores inundaciones de su historia, California sufría la peor sequía que jamás
hubieran visto. Proteger nuestro suministro de agua es cuestión de lógica. Usted
nos puede ayudar a hacerlo si aprende a conservar el agua y ayuda a prevenir la
contaminación de este vital líquido.
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Escuela Profesional de Ingeniería AgrícolaASPECTO GEOLOGICO:Las aguas subterráneas se componen en dos familias
diferentes:
A) Agua de Aluviones: Son acuíferos que se almacenan dentro de los terrenos de
rellenos, aluviones ó coluviones; esta agua se va a conseguir dentro de las capas
con granulometría gruesa y se mantiene a su nivel por las capas de arcillas. El nivel
estático corresponde a menudo a los niveles del mar ó de un Río. La Cantidad de
agua en este caso es directamente ligada a la Pluviometría local; Es entonces
frecuente encontrar fuerte variación de débito en el mismo pozo en función de la
temporada.
B) Agua de Roca: Las aguas de lluvias percolan dentro de las rocas por las fracturas
naturales provenientes de las rupturas de la misma roca bajo la influencia de la
presión de los movimientos tectónicos.
Esta agua circula en un conjunto complicado de fracturas con una velocidad muy
lenta (varios centímetros a unos metros por día) es entonces frecuente explotar
agua de varios meses ó varios años.
De hecho, los pozos en la roca tienen producción a menudo inferior en cantidad
instantánea pero con menos variación en las temporadas (sequías y lluvias).
ASPECTO TECNICO GEOLOGICO:
A) Agua de Aluviones: en un mismo sitio las cantidades de agua pueden variar de
un punto al otro a menudo debido a grandes capas de arcillas impermeables de
diferente espesor formando Ríos acuíferos.
B) Agua de Roca: En este caso la ubicación de un pozo de reconocimiento se debe
ubicar en una buena zona de fracturas.
En facto es posible que a poca distancia una perforación sea completamente seca y
la otra con buena producción
Hidroquímica. Propiedades de la molécula de agua. Incorporación de
elementos en solución (diferentes procesos). Composición de la corteza,
del agua de mar y del agua de lluvia. Sales aportadas por las rocas
(ígneas, metamórficas, sedimentarias). Indice de solubilidad. Movilidad
iónica. Zonaciones (tipos). Relaciones iónicas e índices hidroquímicos.
Evolución. Representaciones gráficas de los análisis químicos.
Clasificación del agua y aptitud para diferentes usos. Cartografía
hidroquímica. Isótopos ambientales y radioactivos.
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Reservas. Clasificación y cartografía empleada para el cálculo. Magnitud de
la recarga. Explotación y sobreexplotación. Manejo de acuíferos.
Contaminación natural y artificial. Caudal seguro.
Comportamiento hidrogeológico en diferentes ambientes. Caracteres y
comportamiento del agua subterránea en áreas montañosas,
pedemontanas y llanas de baja pendiente. Valles intermontanos. Médanos
y dunas costeras. Interfase agua dulce-salada. El agua subterránea en
rocas cristalinas, basálticas, calcáreas y granulares. En depósitos
aluviales, eólicos, marinos y glaciales. Influencia del clima.
Exploración. Métodos de prospección (geológicos, geomorfológicos,
hidrológicos, geofísicos, perforaciones). Fotografía aérea e imágenes
satelitarias: mapas geológicos e hidrogeológicos. Balance hídrico.
Métodos gravimétricos, magnetométricos, sísmicos y eléctricos.
Perforaciones de explotación (registros y ensayos).
Obras de captación. Pozos, perforaciones, zanjas y galerías. Características,
ventajas y desventajas. Diseño, ejecución, terminación y desarrollo de
perforaciones de explotación.
Modelación en hidrología. Aplicación, ventajas y limitaciones. Modelos
conceptuales, analógicos, eléctricos y matemáticos.
Hidrogeología ambiental. Relación entre agua subterránea y el ambiente.
Deterioro del recurso por agotamiento y contaminación, en los centros
urbanos, industriales y de producción agrícola. Identificación del
problema. Prevención. Monitoreo. Restauración de acuíferos. Manejo.
La contaminación del agua subterránea.- No existe agua que sea
completamente pura. Aún el agua en la naturaleza contiene impurezas. A medida
que el agua fluye por diferentes rutas, se acumula en cuerpos de agua y se infiltra
en las capas del suelo, va disolviendo o absorbiendo los minerales o las sustancias
que entran en contacto con ella. Algunas de estas sustancias no son dañinas a la
salud, pero a ciertos niveles podrían afectar el sabor del agua y contaminarla.
Algunos contaminantes se originan de la erosión natural de las formaciones
rocosas. Otros contaminantes provienen de descargas de fábricas, productos
agrícolas, o químicos utilizados por las personas en sus hogares y patios. Los
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Escuela Profesional de Ingeniería Agrícolacontaminantes también pueden provenir de tanques de almacenamiento de agua,
pozos sépticos, lugares con desperdicios peligrosos y vertederos. Actualmente, los
contaminantes del agua subterránea de mayor preocupación son los compuestos
sintéticos. Estos incluyen: solventes, pesticidas, pinturas, barnices, gasolina y
nitrato.
¿Cómo me puede perjudicar la contaminación del agua subterránea?
Por lo general, el agua subterránea es segura para tomar. Sin embargo, puede que
se contamine con sustancias tóxicas que hayan sido dejadas en el suelo por un
largo período de tiempo. Estas sustancias podrían infiltrarse en el suelo y llegar a
contaminar los acuíferos. El beber de esta agua contaminada podría causar
problemas serios de salud. Enfermedades como la hepatitis y disentería pueden ser
causadas por la contaminación procedente de los desperdicios de los pozos
sépticos. Las personas pueden sufrir de envenenamiento causado por agua
contaminada con sustancias tóxicas
El Nitrato en el Agua Subterránea El nitrato es el contaminante inorgánico más
conocido y quizás uno de los que genera mayor preocupación. El nitrato se origina
de diferentes fuentes: aplicación de fertilizantes, pozos sépticos que no estén
funcionando bien, lagunas de retención de desperdicios sólidos no cubiertas por
debajo y la infiltración de aguas residuales o tratadas. El envenenamiento con
nitrato es peligroso en los infantes. Altos niveles de nitrato en el cuerpo pueden
limitar la habilidad de la sangre de transportar oxigeno, causando asfixia en bebés.
Esta condición podría ser fatal si no se trata a tiempo.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA:
-AGUAS SUBTERRANEAS…………………………... UNALM.-LIMA-
PERU
-HIDROLOGIA (capitulo aguas subterráneas)…… MAXIMO VILLON
VEJAR
-CUADERNO DE TRABAJO DEL CURSO” HIDROGEOLOGIA”……… ALEX ESPINOZA
-COPIAS E INFORMACION ASIGNADAS POR EL DOCENTE DEL
CURSO……..ING.AUDBERTO MILLONES CHAFLOQUE
-PAG.WEBs………PAG. DEL INSTITUTO MINERO Y TECNOLÓGICO DE ESPAÑA
-WWW.PLOPPY.NET/
-BUSCADOR GENERAL: GOOGLE.
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