279

Fundada en 1962

SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

Gestión de la Recarga en la Cuenca de Santiago: sectores y métodos para su implementación.

Begoña Urtubia1*, Carlos Parraguez2 y Linda Daniele1

1. Departamento de Geología y Centro de Excelencia de los Andes (CEGA), FCFM Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile

2. CPH y Asociados SA, Santiago, Chile * email: burtubia@ug.uchile.com Resumen. Se ha realizado el análisis de las características geológicas e hidrogeológicas de la cuenca de Santiago, (tipo de relleno sedimentario, profundidad del nivel estático, conductividad hidráulica, red hidrográfica) con el fin de determinar los sectores idóneos y el mejor método para la gestión de la recarga en el acuífero.  Los criterios usados para discriminar si un sector es apropiado para infiltrar son: un nivel estático superior a 45m de profundidad y una conductividad hidráulica superior a 7,5x10-5m/s. Estos valores garantizan una capacidad de almacenamiento suficiente del acuífero en el sector. Además, se considera la factibilidad de transportar agua hasta el sector elegido por medio de la red de drenaje. El estudio realizado indica que los terrenos más apropiados se ubican al norte del río Maipo, en la comuna de la Pintana. En este sector la conductividad hidráulica es de 1x10-3m/s y el nivel estático se encuentra, alrededor de 120mde profundidad. Se propone la realización de 70 pozos de inyección de 130m de profundidad, que en total infiltrarían 26,1 millones de m3 por año. Palabras Claves: Infiltración, Gestión de la Recarga

(MAR), Región Metropolitana. 1 Introducción La sequía que afecta al país (DGAC-boletín nº25,2015), junto con el aumento de la población y de las áreas residenciales e industriales, han producido, por una parte, un descenso en la recarga y, por otra, un aumento en las extracciones de aguas subterráneas en la Región Metropolitana. Como consecuencia se hace necesaria la búsqueda de alternativas para contar con reservas de agua, que estén disponibles para ser usadas en épocas de escases hídrica. Dentro de las alternativas posibles, existe la recarga artificial, conocida también como gestión de la recarga, que consiste en la introducción no natural de agua en el acuífero para aumentar la disponibilidad y mejorar la calidad del agua subterránea (Instituto Tecnológico Geominero de España, 1995). La recarga artificial presenta varias ventajas con respecto al almacenamiento en superficie y su reutilización. Para diseñar un sistema de recarga artificial se debe determinar la tasa de infiltración del suelo y verificar que la zona no

saturada entre la superficie del terreno y el acuífero tiene una conductividad hidráulica adecuada, y que no existen zonas contaminadas. El acuífero debe ser suficientemente transmisivo para evitar un ascenso excesivo del nivel estático local. Los aspectos de calidad del agua también deben ser evaluados, especialmente en lo que afecta a la formación de capas colmatantes en el fondo de las superficies de infiltración y a las reacciones geoquímicas en el acuífero. Las capas colmatantes se pueden evitar mediante el filtrado u otros pre-tratamientos del agua, así como mediante la restauración de la capacidad de infiltración del sistema (Bouwer, 2002; Comisión Nacional de Riego, 2013; DGA, 2012 y 2013). La cuenca de Santiago (Figura 1), donde vive más de un tercio de la población y donde se concentra más del 80% del sector industrial del país, es el área elegida para evaluar la idoneidad y factibilidad de una gestión de la recarga.

Figura 1. Localización del área de estudio (Santiago, Región Metropolitana, Chile). 2 Metodología, Presentación de Datos recopilados y Resultados

2.1 Metodología Este trabajo se realiza a partir de recopilación e investigación bibliográfica. Se han buscado datos de nivel estático, conductividad hidráulica, tipo del relleno sedimentario, y caudal histórico en la cuenca de Santiago (DGA, datos en línea). 2.2 Profundidad del Nivel Estático y Distribución

de Conductividad hidráulica En Muñoz et al. (2015) se determina el nivel estático de la cuenca interpolando más de 200 puntos de control con datos de las últimas cinco décadas, mediante un modelo circular con anisotropía, con la herramienta de interpolación kriging ordinario de Geostatical Analyst tool de ArcMap. Con el fin de considerar el efecto de una baja en la recarga y una máxima extracción de agua subterránea en el acuífero, es decir, el caso más pesimista, se considera la profundidad máxima del nivel estático en cada punto (Figura 2).

Figura 2. Profundidad del nivel estático en la cuenca de Santiago. (Modificado de Muñoz et al., 2015). Los datos de distribución de conductividad hidráulica (fig.3) son extraídos del estudio de la Comisión Nacional de Riego (2013). En este estudio, para la generación de coberturas de conductividad hidráulica, se usan las distribuciones incluidas en modelos de flujo subterráneo (Visual Modflow) y modelos de balance (Magic), desarrollados como parte de estudios hidrogeológicos anteriores. Se definen rangos de conductividad hidráulica para homogenizar la información y poder analizar las diferencias a nivel global. De esa forma, es posible visualizar de manera directa, según los colores, las zonas más permeables en la cuenca analizada.

Figura 3. Distribución de conductividad hidráulica en relleno de cuenca de río Maipo. Modificado del estudio de la Comisión Nacional de Riego (2013) 2.3 Fuentes de Agua para la Infiltración En la Figura 4 se muestra la curva de variación estacional promedio en las estaciones Maipo tiene régimen nival, crecidas entre octubre y marzo que tiene su máximo en Diciembre-Enero, de unos 210m3/s. Mapocho tiene régimen nival, con un mínimo en Abril y un crecimiento constante hasta su máximo en Noviembre de unos 13m3/s, con un leve cambio en la tendencia en Junio-Julio. Una vez pasado Noviembre, vuelve a descender hasta encontrar su mínimo nuevamente en Marzo-Abril. El régimen de Colina es nivo-pluvial, con un máximo local en Junio-Julio de 2.07m3/s y un máximo total de 3.8m3/s en Noviembre. San Ramón tiene un régimen pluvio-nival, con dos máximos en invierno; uno local en Junio de 0.35m3/s y otro total en Agosto de 0.4m3/s. En Diciembre existe otro máximo local más pequeño que puede deberse al derretimiento de las nieves que conserve durante los meses más fríos. Las estadísticas definitivas de caudales medios mensuales fueron sometidas a un análisis de frecuencia, con el fin de determinar para cada mes los caudales con probabilidad de excedencia cercanos al 5%, 20%, 50%, 85% y 95%. Estos valores se muestran en la Figura 4.

280

ST 6 GEOTECNIA Y RECURSOS HÍDRICOS

2.1 Metodología Este trabajo se realiza a partir de recopilación e investigación bibliográfica. Se han buscado datos de nivel estático, conductividad hidráulica, tipo del relleno sedimentario, y caudal histórico en la cuenca de Santiago (DGA, datos en línea). 2.2 Profundidad del Nivel Estático y Distribución

de Conductividad hidráulica En Muñoz et al. (2015) se determina el nivel estático de la cuenca interpolando más de 200 puntos de control con datos de las últimas cinco décadas, mediante un modelo circular con anisotropía, con la herramienta de interpolación kriging ordinario de Geostatical Analyst tool de ArcMap. Con el fin de considerar el efecto de una baja en la recarga y una máxima extracción de agua subterránea en el acuífero, es decir, el caso más pesimista, se considera la profundidad máxima del nivel estático en cada punto (Figura 2).

Figura 2. Profundidad del nivel estático en la cuenca de Santiago. (Modificado de Muñoz et al., 2015). Los datos de distribución de conductividad hidráulica (fig.3) son extraídos del estudio de la Comisión Nacional de Riego (2013). En este estudio, para la generación de coberturas de conductividad hidráulica, se usan las distribuciones incluidas en modelos de flujo subterráneo (Visual Modflow) y modelos de balance (Magic), desarrollados como parte de estudios hidrogeológicos anteriores. Se definen rangos de conductividad hidráulica para homogenizar la información y poder analizar las diferencias a nivel global. De esa forma, es posible visualizar de manera directa, según los colores, las zonas más permeables en la cuenca analizada.

Figura 3. Distribución de conductividad hidráulica en relleno de cuenca de río Maipo. Modificado del estudio de la Comisión Nacional de Riego (2013) 2.3 Fuentes de Agua para la Infiltración En la Figura 4 se muestra la curva de variación estacional promedio en las estaciones Maipo tiene régimen nival, crecidas entre octubre y marzo que tiene su máximo en Diciembre-Enero, de unos 210m3/s. Mapocho tiene régimen nival, con un mínimo en Abril y un crecimiento constante hasta su máximo en Noviembre de unos 13m3/s, con un leve cambio en la tendencia en Junio-Julio. Una vez pasado Noviembre, vuelve a descender hasta encontrar su mínimo nuevamente en Marzo-Abril. El régimen de Colina es nivo-pluvial, con un máximo local en Junio-Julio de 2.07m3/s y un máximo total de 3.8m3/s en Noviembre. San Ramón tiene un régimen pluvio-nival, con dos máximos en invierno; uno local en Junio de 0.35m3/s y otro total en Agosto de 0.4m3/s. En Diciembre existe otro máximo local más pequeño que puede deberse al derretimiento de las nieves que conserve durante los meses más fríos. Las estadísticas definitivas de caudales medios mensuales fueron sometidas a un análisis de frecuencia, con el fin de determinar para cada mes los caudales con probabilidad de excedencia cercanos al 5%, 20%, 50%, 85% y 95%. Estos valores se muestran en la Figura 4.

281

AT 2 geología económica y recursos naturales

Figura 4. Curvas de variación estacional, señalando la probabilidad de excedencia mensual, de las estaciones en estudio. 2.4 Sectores Preseleccionados Los criterios utilizados para la selección fueron una profundidad del nivel estático mayor a 45m, para garantizar que el proceso de infiltración tenga la capacidad de almacenamiento suficiente, y que la conductividad hidráulica del relleno sedimentario sea mayor a 7,5x10-

5m/s, para asegurar de que el agua se infiltre a una velocidad tal que no genere problemas en el proceso de infiltración. En la Figura 5 se observan dichos sectores seleccionados. Los sectores que cumplen con las características mencionadas se ubican principalmente en el sector oriente de la gran cuenca de Santiago, particularmente en el sector de Chacabuco, Colina, Chicureo, el sector oriente de la ciudad de Santiago y al sur del río Maipo. 2.5 Características del Sector Seleccionado y

Descripción del Proyecto. El sector que finalmente fue seleccionado por tener las mejores condiciones de conductividad hidráulica, nivel estático y fuentes de agua fue parte del sector Santiago Sur, comuna de La Pintana. Lo anterior no quita que cualquiera de los sectores delimitados en el apartado anterior también son buenos lugares para realizar la infiltración artificial. Se propone realizar la infiltración durante los 4 meses de verano, donde el caudal promedio del río Maipo alcanza un máximo promedio de 120m3/s, transportados a través de canales de regadío. Los mayores caudales del río Maipo, para una probabilidad de excedencia del 20% son, entre los meses de noviembre y febrero se muestran en la Tabla 1. El periodo de retorno para esta probabilidad de excedencia es de 5 años. En el estudio de la Comisión Nacional de Riego (2013) se propone usar los canales Eyzaguirre, San Bernardo y San Francisco para llevar las aguas, que provendrían del río Maipo, hasta las obras de infiltración.

Tabla 1. Caudales del río Maipo para una probabilidad de excedencia del 20% durante los meses de verano en m3/s y en l/s.

Mes   Q[m3/s]   Q[l/s]  Noviembre   209,89   209.890  Diciembre   322,78   322.780  Enero   319,57   319.570  Febrero   210,34   210.340  

Dados que los rangos de profundidad del nivel estático en los terrenos seleccionados son variados, se calcula un nivel estático promedio para todo el sector de unos 120m. La conductividad hidráulica en el sector se encuentra dentro del rango entre 7,5x10-4 a 3x10-3. Se elige como conductividad hidráulica a utilizar para los siguientes cálculos 1,23x10-3cm/s, por ser la menor dentro de las conductividad hidráulica es significativas de los sectores seleccionados. Estos datos se encuentran en la malla Maipo aguas arriba de Melipilla, modelo que forma parte del estudio de Ayala y Cabrera (2000).

Figura 5. Sectores seleccionados para la infiltración en toda la zona de estudio. Estos corresponden a los sectores donde la profundidad del nivel estático es mayor a 45m y la conductividad hidráulica es mayor de 7,5x10-5m/s. Los pozos de infiltración que se propone considerar en este proyecto, deben ser de 130 m de profundidad, habilitados en 12” y con cribas a partir de los 100m de profundidad.

282

ST 6 GEOTECNIA Y RECURSOS HÍDRICOS

Cada pozo podría infiltrar un caudal de 36l/s, lo que para 70 pozos totalizaría 2520l/s, que en un período de 4 meses representa un volumen de 26.1 millones de m3 que podría aprovecharse en la época de estiaje, cuando el riego se intensifica. En la Figura 6 se presenta un esquema de la configuración que tendrían las obras de recarga artificial mediante pozos de inyección. Se estima que el aumento del nivel piezométrico por cada evento de infiltración es cercano a 20m.

Figura 6. Configuración de obras para recarga artificial mediante pozos. Modificado de Comisión nacional de Riego (2013). 3 Discusión y recomendaciones Actualmente, la cuenca del río Maipo se encuentra cerrada para derechos consuntivos, tanto permanentes como eventuales. Sin embargo, dada la importancia de generar alternativas de reserva de agua para paliar la sequía, se sugiere considerar los proyectos de gestión de la recarga como una herramienta que permita aumentar la infiltración y asegurar la disponibilidad de este recurso en el tiempo. Se recomienda iniciar el proyecto con una obra piloto que permita evaluar durante un periodo suficiente la eficiencia y los cambios inducidos en el sistema acuífero, antes de implementar proyectos de mayor envergadura. Además, dado que el estudio económico del proyecto es muy general, se recomienda realizar un diseño económico más detallado. Agradecimientos Se agradece al Departamento de Geología, de la Facultad

de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. En especial a Mauricio Muñoz, haciendo extensivo el agradecimiento al CEGA Proyecto Fondap-Conicyt 15090013 y al Proyecto “Determinación de parámetros termales en el subsuelo de las cuencas de Santiago y Talca: implicancias para el uso directo de la energía geotérmica”. Referencias Ayala, Cabrera, A. I. C. Ltda., 2000. Modelo de Simulación

Hidrológico Operacional, Cuencas de los ríos Maipo y Mapocho, Santiago, vol. 8. Santiago, Chile: Ministerio De Obras Públicas, Dirección General de Aguas, MOPeDGA. SIT N62. Vol. 1, p. 260.

Bouwer, H., 2002. Artificial recharge of groundwater: hydrogeology

and engineering. Hydrogeology Journal N° 10, p.121-142. Comisión Nacional de Riego, Ministerio de Agricultura, GCF

Ingenieros Ltda., 2013. Estudio Diagnóstico de Zonas Potenciales de Recarga de Acuíferos en las Regiones de Arica y Parinacota a la Región del Maule. Comisión Nacional de Riego, Ministerio de Agricultura, Gobierno de Chile. Santiago, 2013.

Dirección General de Aguas, División de Estudios y Planificación,

AC Ingenieros Consultores, Ltda., 2012. Investigación Recarga Artificial Acuíferos Cuencas del Rio Choapa y Quilimarí, Región de Coquimbo, SIT N°292. Dirección General de Aguas, Ministerio de Obras Públicas, Gobierno de Chile. Diciembre 2012.

Dirección General de Aguas, División de Estudios y Planificación, 2013. Análisis y Síntesis Preliminar de Iniciativas Sobre Recargas Artificial en Chile., SDT N°344, Dirección General de Aguas, Ministerio de Obras Públicas, Gobierno de Chile. 2013.

Dirección General de Aguas, Ministerio de Obras Públicas. [en línea]

http://snia.dga.cl/BNAConsultas/reportes [consulta: 10 de diciembre de 2014]

Instituto Tecnológico GeoMinero de España, 1995. Conoce las Aguas

Subterráneas, N°5, Diciembre 1995. Muñoz, M., Garat, P., Flores-Aqueveque, V., Vargas, G., Rebolledo,

S., Sepúlveda, S., Daniele L., Morata, D., Parada, M. A., 2015. Estimating low-enthalpy geothermal energy potential for district heating in Santiago basin-Chile (33.5°S). Renewable Energy 76 (2015) p 186-195