12.HIDROGEOLOGÍA

1 18:17

Geol. NYDIA ROMERO BUITRAGO Candidata a Esp. Patología de la Construcción

Facultad de Ingeniería Ingeniería Civil y Agrícola

Ocurrencia de una o más manifestaciones hídricas no previstas o no cuantificadas correctamente

RESGO TÉCNICO - CONSTRUCTIVO y en consecuencia

FINANCIERO

RIESGO AMBIENTAL Con eventuales consecuencias de tipo

TÉCNICO / POLÍTICO / FINANCIERO

ANÁLISIS DEL RIESGO EN FASE DE EXCAVACIÓN DE UN TUNEL

RIESGO TÉCNICO - CONSTRUCTIVO

Condiciones de trabajo dificil y problemas de seguridad

Inundaciones del túnel y paralización del avance

RIESGO TÉCNICO CONSTRUCTIVO

RIESGO AMBIENTAL Existe una dificultad real para evitar el drenaje en túneles profundos. En presencia de cargas hidráulicas elevadas no es factible construir revestimientos completamente impermeables. Con presiones de agua superiores a 10 bares el agua subterránea es drenadas por el túnel.

El drenaje del agua en el túnel genera una

disminución de la presión hidráulica en el

macizo rocoso interceptado.

Este efecto puede causar un abatimiento del nivel

freático y una consecuente afectación a

los recursos hídricos.

RIESGO AMBIENTAL

Ciencia que estudia el origen y la formación de las aguas subterráneas, las formas de yacimiento, su difusión, movimiento, régimen y reservas, su interacción con los suelos y rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas); así como las condiciones que determinan las medidas de su aprovechamiento, regulación y evacuación.

HIDROGEOLOGÍA

HIDROGEOLOGÍA La denominada “crisis del agua” constituye uno de

los problemas más acuciantes del siglo XXI. De acuerdo con el Consejo Mundial del Agua, unos 1.200 millones de personas tiene un deficiente acceso al agua y casi la mitad de la población mundial consume un agua carente de las necesarias garantías sanitarias y de higiene.

El constante crecimiento de las ciudades, el aumento de las demandas industriales y el uso extensivo de pesticidas y agroquímicos en la agricultura está afectando de forma muy grave a la calidad de las aguas superficiales (ríos y lagos) y subterráneas del planeta.

HIDROGEOLOGÍA

Las obras de ingeniería (o sus actividades) pueden ocasionar efectos negativos sobre la calidad y/o cantidad de las aguas subterráneas. Unas aguas que tienen una función básica en el ciclo hidrológico y estratégica en muchas actividades económicas.

Las obras de ingeniería como respuesta a cada territorio, deben partir del conocimiento preciso de la condición hidrogeológica del subsuelo

Disponibilidad de agua en América latina

Un Continente Rico en Agua

33% de los recursos hídricos renovables del mundo, Es el continente con la

disponibilidad más alta del mundo. Sus 3100 m3 de agua per cápita por

año, duplican el promedio per cápita mundial.

Fuente: Tribunal Latinoamericano del agua (www.tragua.com)

Pero existen, condiciones,

problemas, limitantes y conflictos

RETOS Y DESAFÍOS Poblaciones concentradas en zonas con menor disponibilidad de agua.

77 millones de personas carecen del servicio de agua potable (51 millones en zonas rurales)

100 millones de personas carecen de servicios de saneamiento (Menos del 14 por ciento de las aguas residuales es tratada)

En América del Sur, del 40 al 60 % del agua utilizada proviene de acuíferos, enfrentan una creciente contaminación.

Población con acceso al agua potable en América Latina y El Caribe

Una situación desigual, faltan muchos esfuerzos. Los que tienen agua, no siempre disponen de continuidad.

Población con acceso a saneamiento en América Latina y El Caribe

No solo falta tratamiento de las aguas, también parte del enfoque de los sistemas, es que falta la visión integral. Los sistemas no consideran las fuentes y zonas de recarga.

La región experimenta una creciente dependencia en el uso de sus fuentes hídricas subterráneas: América del Sur utiliza entre el 40 y el 60% del agua que consume de los acuíferos, mientras que América Central y México dependen en un 65% de estas fuentes.

Importancia del agua subterránea para abastecimiento de agua potable en la región Latinoamericana y Caribeña

Hacia donde va América Latina? Disminución de la disponibilidad per cápita de

agua. Reducción de la calidad del agua Incremento de la competencia / Conflicto entre

sectores y dentro de la sociedad Usos urbanos versus agricultura Los que tienen versus los que no tienen Aguas arriba versus aguas abajo Nacional versus Internacional

Incremento en la competencia / conflicto con el ambiente

En América Latina, en resumen tenemos lo siguiente:

• Una región con muchos recursos hídricos, pero con una variabilidad espacial significativa (zonas lluviosas mas de 7,000 mm y zonas áridas).

• Aguas subterráneas son explotadas, sin enfoques de sostenibilidad (recarga y descarga)

• Calidad de aguas superficiales, muy amenazadas (ríos muy contaminados)

• Aprovechamiento con baja eficiencia (riego) • Agua potable y saneamiento en déficit. • Conflictos en incremento (minería, tierras

indígenas)

AGUAS SUBTERRÁNEAS AGUAS SUPERFICIALES

Reservas Representan sobre la superficie de la Tierra más del 97%.

Representan sobre la superficie de la Tierra menos del 3%.

Localización Incluso en regiones desérticas. Zonas con escorrentías superficiales importantes.

Estacionalidad Las reservas no presentan grandes variaciones en verano e invierno.

Hay fuertes variaciones en verano respecto al invierno.

Velocidad de transmisión

En los acuíferos es muy baja siendo de varios metros a decenas de metros por año.

La velocidad de transmisión en general es muy elevada recorriendo cientos de kilómetros diarios.

Velocidad de contaminación

La velocidad de transmisión de contaminantes es lenta.

La velocidad de transmisión de contaminantes es muy rápida.

Facilidad de contaminación

Media a baja. Los acuíferos poseen filtros biológicos y físico-químicos. Elevada. No poseen filtros naturales

Velocidad de recarga La velocidad de recarga de un acuífero es lenta. Pueden transcurrir de cientos a miles de años.

La velocidad de recarga de un río es rápida produciéndose en las estaciones de lluvia.

Evaporación Las pérdidas por evaporación en un acuífero son muy bajas.

Muy elevada sobre todo en zonas de acumulación (embalses y lagos).

Calidad No depende tanto de la contaminación superficial.

Depende de la contaminación superficial que se transmite rápidamente a los ríos.

Coste de captación, depuración y almacenamiento

Bajo. La explotación de las aguas subterráneas requiere de escasas inversiones económicas.

Alto. Su explotación implica importantes construcciones de ingeniería: presas, canales..

Composición físico-química y Tª. Constante y generalmente buena. Variable y generalmente mala.

Impacto ambiental Bajo ya que la construcción de pozos no produce grandes impactos visuales ni ecológicos.

Alto a medio. La inundación de grandes áreas ha producido la perdida de recursos inestimables.

El agua de los océanos, mares lagos, ríos y embalses se evapora, con mayor intensidad cuanto mayor es la temperatura y más seco el ambiente. La vegetación también contribuye a su evaporación por transpiración. El agua en forma de vapor pasa a la atmósfera, cargando el aire de humedad. El vapor de agua, con el frío, puede condensarse en minúsculas partículas que dan lugar a las nubes y la niebla.

Del agua líquida que alcanza la superficie del terreno, una parte queda retenida en charcas o pequeños surcos, y en su mayor parte vuelve a la atmósfera. Otra parte circula sobre la superficie y se concentra en pequeños regajos que luego se reúnen en arroyos y más tarde desembocan en los ríos. Parte de la precipitación se infiltra en el terreno; este agua infiltrada empapa el suelo y después percola lentamente a través de la zona no saturada dando lugar a la recarga de la zona saturada.

Del agua líquida que alcanza la superficie del terreno, una parte queda retenida en charcas o pequeños surcos, y en su mayor parte vuelve a la atmósfera. Otra parte circula sobre la superficie y se concentra en pequeños regatos que luego se reúnen en arroyos y más tarde desembocan en los ríos. Parte de la precipitación se infiltra en el terreno; este agua infiltrada empapa el suelo y después percola lentamente a través de la zona no saturada dando lugar a la recarga de la zona saturada.

Cuando la intensidad de la precipitación excede a la capacidad de infiltración de un suelo se produce escorrentía superficial. Ésta y la escorrentía subterránea constituyen la escorrentía total, que va a confluir a los ríos para terminar en lagos o en el mar.

El agua retornará a la superficie del terreno y a los océanos en forma de lluvia, nieve o granizo, rocío o escarcha. Hay que tener en cuenta que no toda la precipitación alcanza la superficie del terreno, pues parte se evapora en su caída y parte es interceptada por la vegetación o por las superficies de edificios, carreteras, etc., y devuelta a la atmósfera al poco tiempo en forma de vapor de agua.

Aportación Hídrica: Volumen de agua recibido por una cuenca vertiente en un determinado periodo de tiempo. En régimen natural dicha aportación coincide con el volumen total de agua descargado en un lugar determinado de dicha cuenca.

Escorrentía Superficial Directa: Es la parte del agua de lluvia que circula por la superficie del terreno, y confluye a los ríos, arroyos y otras masas de agua.

Escorrentía Subsuperficial o Hipodérmica: La parte de la precipitación que se infiltra, circula por la parte superior del terreno sin llegar a la zona saturada y reaparece en superficie, incorporándose a la escorrentía superficial directa.

Escorrentía Subterránea: La parte del agua infiltrada que recarga la zona saturada y circula por los acuíferos.

Escorrentía Total: fracción de la precipitación caída en una cuenca vertiente que escapa a la evapotranspiración y circula superficial y subterráneamente.

Infiltración: cantidad de agua precipitada que atraviesa la superficie del terreno y pasa a ocupar, total o parcialmente, los poros, fisuras y oquedades del suelo.

Percolación: movimiento del agua u otro líquido a través de los intersticios del terreno. Se suele aplicar al flujo vertical a través del medio no saturado.

Zona no Saturada: terreno comprendido entre la superficie del suelo y la zona saturada. En ella los poros están ocupados por aire y agua.

Zona Saturada: franja del terreno situada por debajo de cierta profundidad donde el agua ocupa la totalidad de los huecos. Recarga: parte del agua infiltrada que alcanza la zona

saturada.

El agua subterránea es la que se encuentra por debajo del terreno, situada bajo el nivel freático, ocupando completamente los poros y fisuras de dicho terreno.

¿QUÉ ES EL AGUA SUBTERRÁNEA?

Nivel Freático: conforma el límite superior de la zona saturada en un acuífero libre. Es el lugar geométrico de los puntos de un acuífero libre que se encuentran a la presión atmosférica. Su altura en un acuífero libre viene determinada por la cota que alcanza el agua en un pozo en reposo.

El agua subterránea fluye a la superficie de forma natural a través de manantiales, áreas de rezume, cauces fluviales, o directamente al mar; también puede salir al exterior de forma artificial mediante sondeos, pozos, galerías u otro tipo de captación subterránea.

La lentitud del movimiento del agua subterránea, favorece la gestión hídrica, así como un mejor aprovechamiento de las aguas subterráneas y su protección. Tiempo de tránsito es el tiempo que tarda una partícula de agua desde que alcanza la zona saturada hasta que llega a la captación por el camino más rápido, o hasta que sale a la superficie de forma natural.

Normalmente el agua se desplaza muy lentamente por los acuíferos. Su velocidad media normal puede variar entre decímetros a algunos centenares de metros al cabo del año. En acuíferos Kársticos puede alcanzar velocidades similares a la de las aguas superficiales.

Una gota de agua que cayera en una divisoria hidrográfica situada a 200 Km. De la costa y se incorporara a la corriente de un río, tardaría pocos días en alcanzar el mar, sin embargo, si esa misma gota se desplazara a través del subsuelo (en un acuífero detrítico), tardaría siglos e incluso miles de años en alcanzar el mar.

Tiempo de Residencia: Es el tiempo medio que permanece el agua subterránea en un acuífero. Equivale al cociente entre el volumen de agua almacenada y la recarga anual.

Suelo Saturado Zona no saturada Parcialmente saturado

Zona no saturada: en ella los poros contienen aire y agua. El agua está sujeta a tensiones capilares que la mantienen adherida al terreno, y esto hace que su presión efectiva sea inferior a la presión atmosférica.

EL AGUA EN EL SUBSUELO

La zona edáfica, se sitúa en la zona no saturada y abarca desde la superficie del terreno hasta la profundidad alcanzada por las raíces. Está atravesada por raíces, por huecos dejados por raíces desaparecidas, y por pistas y canalículos abiertos por ratones o topos entre otros, anélidos (gusanos) y similares; en ella, la humedad del suelo varía mucho con los cambios estacionales de la vegetación.


La zona intermedia se sitúa en la zona no saturada y varía en espesor notablemente de un acuífero a otro (de centímetros a decenas de metros) o incluso puede no existir; en ella la humedad del suelo apenas cambia estacionalmente.


La franja capilar está dentro de la zona no saturada y se caracteriza por la existencia de poros, canalículos y fisuras llenas de agua que se mantienen por encima del nivel freático a causa de las tensiones capilares; la elevación es mayor cuanto más finos son los granos y fisuras.


Zona saturada: en ella los poros están completamente rellenos de agua. Aquí la presión del agua es superior a la de la atmósfera y crece hidrostáticamente al aumentar la profundidad. El agua de esta zona se mueve de forma natural hacia ríos, lagos mar, manantiales, etc. y de forma provocada hacia las captaciones subterráneas especialmente por bombeos, drenajes o galerías.


CLASIFICACIÓN DEL AGUA SUBTERRANEA

El agua alojada en el subsuelo puede ser clasificada según dos criterios fundamentales:

A.- Su origen. B.- Su disposición en el Subsuelo.


Las aguas subterráneas según su origen. Agua juvenil: Deriva del interior de la tierra y que no ha existido previamente en la atmósfera o en la superficie terrestre. Agua magmática, agua volcánica y agua cósmica. Agua fósil: Las aguas que quedaron entrampadas en tiempos geológicos, y que han estado en contacto con la atmósfera. La posterior compactación eliminó parte de las mismas pero una proporción variable de ella queda alojada en los poros. Agua metamórfica. Esta es la que estuvieron involucrada en los procesos metamórficos. Es el agua metamórfica se deriva de minerales hidratados los cuales, por los procesos de presión y temperatura, han pasado a ser minerales anhidros.


Agua de compactación. Es el agua que ingresa al ciclo hidrológico como consecuencia de los procesos de compactación de los sedimentos, que reducen el volumen de la roca sedimentaria a expensas, casi exclusivamente, de la red poral la que, por falta de espacio expele el agua que no puede alojar. Agua Meteórica. Es el agua que proviene directamente o indirectamente de la atmósfera y puede alcanzar los reservorios subterráneos por infiltración, con eventuales etapas previas de escurrimiento superficial y almacenamiento en lagos, lagunas, etc. Constituye una enorme proporción de aguas alojadas en el subsuelo, y es la única fuente económicamente explotable. La edad es más o menos reciente que se involucró en el ciclo hidrológico.

Las aguas subterráneas según su disposición en el subsuelo

6:29 p.m. 52

Desde un punto de vista de su comportamiento hidrodinámico (movilidad del agua).

Desde un punto de vista su comportamiento Hidráulico (En función de la presión hidrostática).

Desde un punto de vista su material (litología). Desde un punto de vista de su textura.

6:29 p.m. 53

Acuíferos: Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas fisurales).

Acuitardos: Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej.- limos).

Acuícludos: Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas).

Acuífugos: Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas).

Se denomina acuífero a la formación geológica capaz de almacenar agua y transmitir el agua subterránea a través de ella en cantidades significativas, gracias a su permeabilidad, la que es debida a su porosidad, fisuración o disolución, de modo que pueda extraerse mediante obras de captación como pozos, sondeos, galerías, etc.

ACUIFERO

6:29 p.m. 55

Acuíferos libres, no confinados o freáticos.

Acuíferos confinados, cautivos o a presión.

Acuíferos semiconfinados o semicautivos

Es aquel acuífero que se encuentra en contacto directo con la zona sub-saturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la zona superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a medida que aumenta el espesor saturado.

Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea se encuentra encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por una zona en la que existen materiales permeables.

Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del acuífero mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de este estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir.

Hidrogeología-UCA-Cs.Tierra-Meconi,Sticco 59

ACUÍFERO TECHO BASE ESPESOR PROFUN-

DIDAD TÍPICA

PRESIÓN DEL

AGUA ALMACE-

NADA

SUPERFI-CIE

PIEZOMÉ-TRICA

COEF. DE ALMACE-

NAMIENTO “S”

LIBRE o FREÁTICO

Superficie freática (dentro de material permeable = acuífero)

Acuícludo o acuitardo (o acuífugo)

Variable: desde sup. freát. móvil (asciende y desciende) hasta base

Someros en regiones húmedas; pueden ser profundos en zonas áridas y semiáridas

Atmosférica sobre superficie freática

Superficie freática, existencia material real (coincide con el techo móvil)

S = porosidad efectiva; 0,05<S<0,30 (0,05 = 5 %; 0,30 = 30 %)

SEMICON-FINADO Acuitardo

Acuícludo o acuitardo (o acuífugo)

Totalmente saturado: constante (en un mismo punto)

Profundidad intermedia, también profundos

Mayor que atmosférica: hidrostática + atmosférica

Superficie piezométrica, existencia física virtual (más alta que el techo)

S << porosidad efectiva; S ≅ 10-3

CONFINA-DO

Acuícludo (o acuífugo)

Acuícludo (o acuífugo)

Totalmente saturado: constante (en un mismo punto)

Profundos en general

Mayor que atmosférica: hidrostática + atmosférica

Superficie piezométrica, existencia física virtual (más alta que el techo)

S << porosidad efectiva; 10-5 < S < 10-3

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ACUÍFEROS

6:29 p.m. 60

Acuíferos en formaciones plutónicas y metamórficas,

Acuíferos en rocas detríticas Acuíferos en rocas carbonatadas Acuíferos en rocas sulfatadas Acuíferos en formaciones sedimentarias

disgregadas Acuíferos en formaciones volcánicas.

Son rocas permeables solo por fisuración, y aun así en conjunto se deben considerar como poco permeables.

Las aguas suelen ser de buena calidad; pero

presentan el peligro de contaminación a causa de su superficialidad, hecho que debe ser tenido en cuenta en áreas urbanas con captaciones individuales o diseminadas y alcantarillado deficiente o nulo.

Los caudales suelen ser de 1 a 4 l / seg. Por captación, con fuertes variaciones estaciónales.

Son permeables por porosidad y las rocas características son las areniscas y los conglomerados.

En general dan lugar a acuíferos confinados con

caudales variables.

La calidad de las aguas será función del tipo del clastro y del cemento del conglomerado.

La captación debe hacerse mediante sondeo, siendo muy recomendable no utilizar en la perforación lodos, arcilla ni bentonita, sino agua o aire

Son permeables por porosidad o fisuración y disolución.

Por su distribución geográfica y temporal, así

como por sus altos rendimientos hidrogeológicos, son los acuíferos mas importantes.

Los caudales extraíbles de cada captación

suelen ser importantes, no siendo extraño alcanzar los 100 l / seg.; pero resultando excepcionales los de 400 – 500 l / seg.

Los acuíferos en yesos son de un interés mucho menor que los anteriormente.

pueden proporcionar en casos caudales

importantes. su aprovechamiento se minimiza por su

salobridad, debido al alto porcentaje del Ion sulfato.

debe ser considerada como formación

impermeable o acuífero no explotable.

Los componentes de este tipo de acuíferos son las gravas y arenas y, en general, todo material detrítico suelto.

El factor predominante en este tipo de

acuíferos es la porosidad.

Las formaciones arenosas es frecuente que se sitúen entre sedimentos arcillosos

es corriente que no se pueda definir el techo y la base del acuífero con la misma precisión que lo permiten los acuíferos en roca consolidada.

Los terrenos volcánicos tanto por su distinta naturaleza litológica como por su estructura, poseen características diferenciales en su comportamiento hidrogeológico que hacen posible su aprovechamiento.

6:29 p.m. 67

Acuíferos porosos Acuíferos fisurales

6:29 p.m. 68

En los acuíferos porosos el agua subterránea se encuentra como embebida en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe "permeabilidad" (transmisión interna de agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las arcillas presentan una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión o permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos porosos, tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales

6:29 p.m. 69

En los acuíferos fisurales, el agua se encuentra ubicada sobre fisuras o diaclasas, también intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar a los acuíferos kársticos.

6:29 p.m. 70

Constantes hidráulicas: ◦ Porosidad (p) ◦ Conductividad eléctrica (K) ◦ Transmisividad (T) ◦ Coeficiente de almacenamiento (s)

Porosidad: determina la capacidad de almacenar agua de un acuífero. Se define como el cociente entre el volumen de huecos (ocupados por el aire o agua) y el volumen total de la roca. La porosidad drenable (también llamada porosidad eficaz) considera sólo la cantidad de agua que una roca o suelo saturado puede liberar por efecto de la gravedad.

Valores Médios de Porosidade Total Valores Médios de Porosidade Efetiva

Rochas ígneas e metamórficas

Rochas ígneas e metamórficas fraturadas

Basaltos aqüíferos

Arenitos

Calcários fraturados

Cascalhos e areias

Rochas ígneas e metamórficas fraturadas e/ou alteradas e basaltos

aqüíferos

Rochas sedimentares

Sedimentos arenosos

Argilas

2 – 5 %

30 – 40 %

1 – 12 %

10 – 50 %

1 – 25 %

25 – 60 %

5 – 10 %

5 – 18 %

7 – 27 %

1 – 2 %

Grano de arena

Espacio de Poros

Areniscas Cementadas

Mineral

Cementante

Pequeña cantidad de poros entre las arcillas y los granos de cuarzo

Granos de cuarzo

Pizarras No fracturadas

Permeabilidad: también denominada conductividad hidráulica, es la medida de la facilidad con que un acuífero transmite agua.

Coeficiente de Almacenamiento: Volumen de agua que un acuifero cede o toma en almacenamiento por unidad de area y por unidad de cambio en el nivel piziometrico . Es un valor adimensional. En acuíferos libres su valor coincide con la porosidad drenable. En acuíferos cautivos está ligado a la compresibilidad del agua y del medio acuífero, y su valor suele oscilar entre 10-5 y 10-3.

La transmisividad se define como el producto de la permeabilidad horizontal por el espesor saturado del acuífero.

6:29 p.m. 79

Pruebas de bombeo Estudiando las variaciones periódicas de los niveles piziométricos

Por medio de trazadores naturales o artificiales

La práctica acostumbrada consiste en iniciar la perforación con diámetro pequeño, de 8" a 12”, para recabar información acerca de las condiciones hidrogeológicas locales a través de los registros y pruebas del pozo: Pruebas de Penetración, Cortes Litológicos y Registros Geofísicos, (en el interior del pozo), control de Iodos como densidad,conductividad eléctrica, pérdidas y niveles, pruebas de productividad, etc.

Todos los registros apuntados se complementan entre sí, por lo que deben ser interpretados conjuntamente. Como resultado, se determina la ubicación, litología y espesor de los acuíferos; la distribución vertical de la carga hidráulica, y la calidad del agua que contienen.

Principales elementos de pozos tubulares

Radio de influencia

Cono de depresión

Pozo testigo

Nivel hidrost. estático

Nivel hidrost. dinámico

Pozo principal

Un Hidrogeólogo con su conocimiento a los planes de ordenamiento y manejo de cuencas contribuye al conocimiento de los siguientes temas:

Estudio de de interacción acuífero río Impactos del cambio de usos del suelo Ecosistemas dependientes del comportamiento de aguas

subterráneas Diseño de escenarios sobre impacto de usos del suelo Calidad del agua Políticas de operación

Un modelo es una representación simple de la realidad, y por lo tanto no es perfecta

El término modelo se usa para describir la formulación matemática, más un algoritmo de computador junto con los datos de entrada.

En todo modelo se trabaja con: ◦ Hipótesis (Validez de la Ley de Darcy, densidad

constante, etc.) ◦ Limitaciones ◦ Escalas (Tamaño de malla, períodos de simulación, etc.) ◦ Condiciones reales del sistema

La dinámica del agua subterránea es sinónimo de Hidrodinámica, y se refiere al movimiento del agua alojada en los medios porosos, la cual se rige por principios físicos, cuya adecuada interpretación es de fundamental importancia a los fines prácticos, y se representa mediante superficies equipotenciales.

El principio que la rige es la LEY DE DARCY

Q (m3/seg) = K . A . i Las superficies equipotenciales son aquellas

donde la altura de agua (h) toma el mismo valor, se dicen que son superficies de igual altura piezométricas o isopiezas, que también se las conoce como equipotenciales.

- Si el acuífero es homogéneo e isotrópico y las condiciones de frontera se pueden definir algebraicamente, SOLUCIÓN ANALÍTICA

- Si el acuífero es anisotrópico y no homogéneo

MÉTODOS NUMÉRICOS

(Soluciones Aproximadas)

Diferencias Finitas Elementos Finitos

De Predicción: Usados para hacer estimaciones del comportamiento futuro del acuífero. Requieren calibración.

Interpretativos: Usados para estudiar la dinámica del sistema y/o organizar datos de campo, no requieren calibración.

Genéricos: Usados para analizar el flujo en un sistema hidrogeológico hipotético (interacciones ríos –acuíferos), ayudan a dar pautas de regulación para una región específica, no necesariamente requieren calibración.

Se puede correr un modelo con el fin de entender un sistema con pocos datos

Un modelo es una herramienta de predicción: Es mejor uno imperfecto que nada

Se necesita un modelo? Necesito entender el sistema? (a veces modelos simples dan mucho

mejores resultados) Qué necesito predecir: Niveles Concentraciones Necesito evaluar el trabajo de otros: Para reproducir resultados Para confirmar conclusiones Para verificar otro programa Para probar la sensibilidad de los parámetros de otro programa

Herramientas visuales. Las interfaces de usuario completamente gráficas permiten: ◦ Definir geometrías ◦ Incorporar parámetros ◦ Incluir condiciones de borde ◦ Herramientas para apoyar proceso de calibración ◦ Salidas gráficas

Resultados: ◦ Modelación hidrogeológica puede ser abordada por

hidrogeólogos ◦ Mejores modelos conceptuales ◦ Mejor comprensión de los resultados de un modelo

Antes de construir un modelo, el hidrogeólogo debe contestar las siguientes preguntas:

◦ Que tipo de modelo se necesita? ◦ Que se desea que responda el modelo? ◦ Es la modelación la mejor alternativa de solución? ◦ Es mejor una solución analítica o es indispensable

aplicar un modelo numérico?

Análisis iniciales sin mucho grado de complejidad

Diseñar una campaña de mediciones de campo Chequeo de valores de variables Sitios donde se puedan aplicar las

simplificaciones de soluciones analíticas

Evaluación regional del recurso agua subterránea-superficial

Predicción de efectos de posibles abatimientos Delimitación de zonas de captura Diseño de redes de monitoreo Rastreo de posibles contaminantes Evaluación de riesgo de contaminación Reglamentación del recurso Evaluar problemas geotécnicos Gestión y ordenamiento de cuencas

Identifica las condiciones de recarga y descarga de agua, las características de la roca permeable, las unidades estratigráficas y las respectivas condiciones hidrogeológicas locales: direcciones de flujo del agua subterránea, gradientes hidráulicos, transmisividad y capacidad de almacenamiento, etc.

En resumen, es una serie de hipótesis que reducen el problema y el dominio real a una versión simplificada de la realidad

Para construir el modelo hidrogeológico conceptual se deben seguir tres etapas: ◦ Definir las unidades hidroestratigráficas ◦ Preparar un balance hídrico ◦ Definir el sistema de flujo (Anderson, 1991)

Litología

Geomorfología

Estructuras geológicas

Geometría del área de estudio (topografía y acuíferos)

Fronteras (interfase salina, nivel freático)

Condiciones de frontera (Potencial impuesto, flujo impuesto)

Clase del medio acuífero (homogéneo, isotrópico)

Permeabilidad y transmisividad

Propiedades del agua (γ, química, isotopía…)

Balance hídrico

Modelo Hidrogeológico Conceptual: Unir las partes

Litología

Geomorfología







Propiedades del agua (γ, química, isotopía…)

Balance hídrico


Litología

Geomorfología







Prpiedades del agua (γ, química, isotopía…)

Balance hídrico MODELO

HIDROGEOLÓGICO CONCEPTUAL


Hidrogeología-UCA-Cs.Tierra-Meconi,Sticco

105


106

A. B.

C.D.

E.

G.

H.

I.

J.

K.

L.

9

8

A

7

K

10

L

E

I

HD

J

B

11

G

C

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.00.0

50.0

100.0

150.0

Entrada a predio

Arroyo

Conchitas

N.8. 7.

10.

9.

11.

1F25-8-4.srfMAPA 1: Mapa Isofreático: red de flujo subterráneo de la superficie freática, 25-08-04. (Cotas relativas sobre un plano arbitrario horizontal)


107

Su25-8-4

Mapa 2: Vista tridimensional de la superficie freática representada en el Mapa 1, desde el ángulo Este del predio. Todas las escalas en m.

N.


108

A. B.

C.D.

E.

G.

H.

I.

J.

K.

L.

9

8

A

7

K

10

L

E

I

HD

J

B

11

G

C

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.00.0

50.0

100.0

150.0

Entrada a predio

Arroyo

Conchitas

N.8. 7.

10.

9.

11.

Q.

N.

O.

M.

P.

1.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.0

m (altura sobre plano horizontal de referencia, arbitrario)

F15-3-05.srf

MAPA 1: Isofreático: red de flujo subterráneo de la superficie freática, 15-03-05. (Cotas relativas sobre un plano arbitrario horizontal.)


109

Entrada a predio

N.

8.

7.

10.

9.

11.

O.

Mapa 2: Vista tridimensional de la superficie freática representada en el Mapa 1, desde el ángulo Este del predio. Todas las escalas en m.

2-Su-3-5.srf

Q.

P. M.

N.

Las Características Fisicoquímicas del Agua

son determinadas por dos procesos: ◦ Comportamiento de minerales y metales en un

medio acuoso. ◦ La Influencia del medio ambiente. Clima.

Clima. Meteorización de las rocas.

Formación de Suelos.

Cobertura Vegetal. Composición Química del Agua

superficial o subterránea. * Bicarbonato, Sulfato y Cloruro.

La Corteza Terrestre es la principal

fuente de elementos disueltos en el agua subterránea.

Composición Química del Agua

la determinan:

Composición Mineralógica.

Textura de las Rocas.

Estructura de las Rocas.

Temperatura de las Rocas

Aumenta con la Profundidad

Agua más caliente

Concentración de Sales

Disminuye en la Superficie.

Agua menos caliente

Menos Concentración de

Sales

La composición del agua se determina por medios físicos y químicos, mediante la colección y análisis de muestras. Muestreo. Representación Gráfica de la Composición del Agua.

Se debe diseñar adecuadamente el programa de muestreo (número, tamaño y forma de colección), de tal manera que las muestras sean representativas de la masa de agua en cuestión.

Cationes de Calcio. Cationes de Magnesio Cationes Sodio Cationes Potasio Aniones de Sulfato. Aniones de Cloruro. Aniones de Carbonato. Aniones de Bicarbonato. Aniones de Nitrato.

Análisis Químico de las muestras: Resultados analíticos, relaciones iónicas, Constituyentes Peligrosos

Datos Climatológicos y meteorológicos: Tipo climático, precipitación, temperatura, evapotranspiración real y potencial,etc).

Geomorfología y suelos: Geoformas principales y secundarias, facilidad de los suelos para permitir la circulacion de aguas

Geología regional e hidrolitología: Unidades formacionales en superficie y subsuelo, estratigrafía, controles estructurales, características hidrolitológicas de los sedimentos.

Hidrogeología regional: Definir el sistema geohidrológico, acuíferos en medio poroso o fisurados, acuíferos freático o profundos, capas colgadas.

Contaminación Industrial

Contaminación Agrícola y Ganadera

viene producida por los vertidos que las industrias realizan directamente en los ríos o a la atmósfera a través de las chimeneas de expulsión de los humos. Las partículas expulsadas al aire se depositan con la lluvia en el suelo y se filtran hacia los acuíferos subterráneos contaminando las aguas.

Es aquella que se produce por el tratamiento de los productos con herbicidas y abonos químicos. Se incorporan al agua por filtración del terreno hacia las aguas subterráneas. Las explotaciones ganaderas también son responsables de la contaminación del agua, por la producción de grandes cantidades de residuos orgánicos en forma de purinas que producen la contaminación de los acuíferos.

Contaminación Doméstica y Urbana

Es la producida por los hogares al verter en el desagüe gran cantidad de residuos orgánicos e inorgánicos. Los plásticos, el vidrio, el papel de water, restos de muebles o electrodomésticos o las materias fecales ricas en bacterias. También las que se producen de una manera accidental por roturas o escapes en las conducciones y que se filtran directamente hacia el subsuelo. La producida por los coches con emisión de humos que depositados por la lluvia, responsables, junto con las emisiones de las industrias, de la lluvia ácida. vertidos incontrolados de aceites de motor, los líquidos de frenos, el ferodo de los discos, etc.

Contaminación Marina (Intrusión Marina)

En las zonas costeras hay un equilibrio entre el agua subterránea dulce y el agua subterránea salada, que por ser más pesada queda abajo. Pero cuando extraemos una cantidad excesiva de agua dulce, hacemos que el agua salada suba, salinizando el acuífero.

La vulnerabilidad de los acuíferos frente a la contaminación depende de diversos factores: • La capacidad de la zona saturada para recibir y almacenar contaminantes. • La capacidad de atenuación de los materiales geológicos situados por encima del acuífero. Esta depende, a su vez, de la capacidad de retención física del medio geológico así como de la potencial reactividad de los contaminantes. • El tipo de contaminante en términos de su movilidad relativa y su capacidad para ser diluido. • La concentración y estado de agregación de la carga contaminante (líquida, gaseosa, sólida) al llegar al medio receptor. La interacción entre todos estos factores condiciona el tiempo de residencia del contaminante en la zona no saturada, su tiempo de llegada a la zona saturada, así como el grado de atenuación y retención con la que llegará a ésta. En teoría, el análisis de vulnerabilidad nos permite calcular, en función de la carga contaminante, su concentración en un punto concreto del sistema y para un tiempo dado.

Vulnerabilidad de las aguas subterráneas

El uso de las aguas subterráneas de los acuíferos es una práctica muy extendida en numerosas actividades. Se trata de un recurso común, por lo que –en ausencia de una intervención correctora por parte de la administración- tiene precio 0 para productor Esto hace que pueda hacer muy rentables financieramente (para el productor) operaciones productivas intensivas en el agua subterránea (regadío...). Pero la utilización subóptima del sistema (sobreexplotación) puede derivar en externalidades negativas de gran trascendencia en el acuífero sobreexplotado.

Sobreexplotación de acuíferos

1) La depresión, o el hundimiento del terreno,

con los efectos que ello tiene sobre las infraestructuras construidas

2) La pérdida de calidad de las propias aguas subterráneas, producto de la movilización de facies hidroquímicas o de la intrusión salina; pudiendo tener efectos no solamente sobre la productividad agrícola y otros usos (ej. uso de abastecimiento)

3) En el caso de ser un acuífero costero, la intrusión de agua de mar, que produce una salinización de tierras y de aguas, con el correspondiente efecto negativo sobre la calidad del suelo y el rendimiento de los cultivos a largo plazo

Sobreexplotación de acuíferos: efectos negativos (1)

4) La entrada de productos fitosanitarios

(caso de agricultura intensiva) en el acuífero, deteriorando su calidad

5) La depresión de los niveles freáticos, suponiendo un consumo energético mayor para los bombeos, así como la necesidad de reperforar pozos, estableciendo competencia de más profundidad

6) El incremento de los fenómenos de interacción entre bombeos, reduciendo la eficiencia de las mismas

7) Efectos sobre humedales relacionados con las aguas subterráneas

Sobreexplotación de acuíferos: efectos negativos (2)

12.HIDROGEOLOGÍA

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