Evaluación y gestión de aguas subterráneas · Diseños, Pruebas de bombeo, análisis de ......
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PROYECTO ARCAL RLA/7/018
“MEJORA DEL CONOCIMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS PARA
CONTRIBUIR A SU PROTECCIÓN, GESTIÓN INTEGRADA Y
GOBERNANZA”
REPÚBLICA DEL ECUADOR
Evaluación y gestión de aguas subterráneas
Lucila Candela. Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.
Universidad Politécnica de Catalunya, UPC, Barcelona, España
Quito, Ecuador, 4-8 Julio 2016
Objetivos
2
Evaluación y gestión
CUESTIONES CLAVE !!!
-¿cuanta agua hay disponible? Medidas/estimación del almacenamiento (porosidad, recursos,
reservas)
-¿con que velocidad se mueve?
Recarga, tiempo tránsito, renovación (conductividad
hidráulica/transmisividad)
-¿que calidad tiene?
Química del agua
3
Evaluación y gestión
Caracterización: Escala
regional/local/in situ
Identificación nivel base
natural: cantidad/calidad (a
partir de información histórica)
Prevención contaminación
Cumplir con requerimientos
legales
Refuerzo legislación (pleitos)
Investigación
4
OBJETIVOS
PREVIO A TOMA DE DECISIONES
RESPECTO A:
Monitoreo
Situación piezómetros y número
Profundidad investigación
Muestreo y métodos a utilizar
Almacenamiento, transporte,
etc….
Informes (como, cuando, tipo…)
Evaluación y gestión
Conocimiento aspectos geológico e hidrogeológico de la zona
Planificación y gestión del agua subterránea mediante modelos
numéricos
•Elaboración planes gestión de acuíferos
•Estudio y análisis de alternativas (recarga artificial, gestión
integrada…)
•Análisis de impactos por infraestructuras (túneles de metro..)
•Efectos del cambio climático
•Evaluación parámetros
5
Debe incluir una cierta flexibilidad del procedimiento que permita su
modificación en función del análisis de los resultados que se vayan
obteniendo
Evaluación y gestión
Conocimiento geológico e hidrogeológico de la zona
Ensayos en pozos y acuíferos para obtención de parámetros (incluye
trazadores)
Calidad/contaminación.
Aplicación métodos geofísicos apropiados (superficie y en pozos*)
Instalación piezómetros y pozos de monitoreo
Muestreos y técnicas analíticas
Otros (modelación, estudio económico…..)
6
La definición del plan de trabajo debe contemplar:
Debe incluir una cierta flexibilidad del procedimiento que permita su
modificación en función del análisis de los resultados que se vayan
obteniendo
*las técnicas nucleares requieren de personal capacitado para esta aplicación
Evaluación. Hidrogeología regional
• Selección del Área : Escala Información
cartográfica
• Inventario de pozos aljibes: Reconocimiento
puntos de agua
• Levantamiento de información Geológica:
Mapas geología superficial, subsuelo y
estructural. Supervisión de perforaciones.
Geometría del acuífero
• Hidráulica Subterránea: Pruebas de bombeo,
calculo de parámetros hidráulicos(T, S),
Medición de niveles del agua, caudales y
volúmenes bombeados.
• Balance Hídrico: Cálculo de la recarga y
variación reservas.
• Evaluación de calidad del agua: Monitoreo,
clasificación, uso, evolución en el tiempo
• Modelo hidrogeológico conceptual: Zonas de
recarga y descarga, sistema de flujo
Escalas :
1:250.000, 1:100.000 o superiores 7
MAPA GEOLOGICO
Escalas: 1:50.000 y
1:25.000
Cortes Geológicos
Estudios geofísicos
Correlaciones
estratigráficas
8
1. Hidrogeología regional
2. Estudios exploraciones y perforaciones
• Levantamiento información hidrogeológica
• Columna litológica Registro eléctrico,
Diseños, Pruebas de bombeo, análisis de
aguas
• Correlaciones, perfiles y Parámetros
hidráulicos
Fundamental para conocer la geometría y
parámetros hidráulicos del sistema acuífero.
9
3. Inventario de pozos
10
11
4. Acuíferos
REGIMEN DE FLUJO
• Nivelación topográfica pozos
• Medida de niveles del agua
• Sistema de flujo Subterráneo
Útil para conocer: Zonas de recarga
y descarga.
Zonas con sobreexplotación
12
4. Piezometría
CALIDAD DEL AGUA
SUBDIRECC ION DE PLA NEA CION - CART OGR AFI A
FU ENT E: I NGE OM I NAS - CVC A ÑO 200 0 S UB. DE GEST ION AM BIE NTA L GR UP O DE AGUAS SUBTE RRA NEA S
CORPORACION AUTONOMA REGIONAL
DEL VALLE DEL CAUCA
Escala: 1 : 750.000
8 40 .0 00 N
9 80 .0 00 N
1'1
40
.0
00
E
1'1
20
.0
00
E
1 0 00 .0 00 N
9 60 .0 00 N
9 40 .0 00 N
1'1
00
.0
00
E
1'0
40
.0
00
E
1'0
60
.0
00
E
1'0
80
.0
00
E
1 0 20 .0 00 N
8 80 .0 00 N
8 60 .0 00 N
9 20 .0 00 N
9 00 .0 00 N
CAR TAGO
ANS ERM AN UEV O
OB AND O
LA VICT ORI A
TOR O
LA U NION
ZA RZA L
AN DAL UCI A
BUGAL AGR AND E
ROL DAN ILL O
BOL IVA R
FLORID A
PRA DER A
T ULU A
SA N P EDR O
PAL M IR A
RIOFRI O
BUGA
EL CER RIT O
GIN EBR A
GUA CAR I
CAN DEL ARI A
PTO. TE J AD A
YOTOC O
V IJ E S
YU M B O
CALI
J AM UND I
MAPA DE CALIDAD DEL
AGUA SUBTERRANEA
CIENAGA EL CHIRCAL
CONVENCIONES
CABECERA MUNICIPAL
CAPITAL DEL DEPARTAM ENTO
RIO O QUEBRADA
VIA SECUNDARIA
VIA FERREA
VIA PRINCIPAL
RIO CAUCA
Muy buena
Buena
Objetable600 - 700
300 - 400
400 - 500
500 - 600CLASE 4
CLASE 2
CLASE 3
Regular
40 - 75
10 - 20
20 - 40
100 - 200
CALSE 5
200 - 300
300 - 400
400 - 500
Excelente
F e + MnCONDUCTIVIDAD
(µmho / cm)
< 10200 - 300
DUREZ A
(mgr/lt CaCO2) (mgr/l t)
CO2
(mgr/l t)
CALIFICACION
REGIONAL
1.0 - 5.0
1.0 - 5.0
0.0 - 0.3
0.3 - 0.6
0.6 - 1.0
CLASE 1 0 - 100
CONVENCIONES
40 - 75
ACUIFERO SUPERFICIAL
Agua Bicarbonatada Calcico-
Magnésica. En general cumple
parámetros físicos para agua
potable en algunas áreas tiene
limitaciones de tipo organoléptico
por hierro y manganeso y dureza
que pueden ser fácilmente tratados
ACUIFERO PROFUNDO
Excelente calidad para el riego y
consumo humano. por estar
protegido naturalmente, esta libre
de bacterias, coliformes totales y
fecales.
13
4. Zonificación específica
MODELO HIDROGEOLOGICO CONCEPTUAL DEL
VALLE DEL CAUCA
14
4. Modelo conceptual
EL VALLE DEL CAUCA
• PRECIPITACION MEDIA ANUAL: 1550 mm
• RESERVAS: 10.000 millones de m3
• RECARGA NATURAL: 3500 Mm3- 325 mm/a (20%P)
• DEMANDA ANUAL: 500 Mm3
(*a partir del balance en la cuenca)
15
5. Balance
• Mapa de variación de niveles – Segundo semestre 2000 - 2008
INSTRUMENTO ACTIVIDAD
Diseño estructura tasas por uso Acuerdo 16 de 1995 (CVC) y Decreto 155 de 2003 (MMA). Decreto 4742/05 se cambió la estructura de cobro para disminuir el impacto del factor regional.
Permisos para construcción de pozos
Conceptos técnicos de construcción
Concesiones de aguas subterráneas
Concepto técnicos de concesión
Planes de manejo cuencas
POTs, PBOTs y EOTs
Asesoría técnica a municipios. Formulados: 3 En ejecución: 20. Articulac. POTs-POMCH-Plan. Des. Dep. y mun.
Controles operativos Medición de niveles del agua y caudales semestralmente, supervisión de perforación de pozos, instalación y lectura de contadores y regímenes de operación.
Metodología para reglamentar el recurso hídrico subterráneo
Reglamentación actualizada (Acuerdo 043 de julio 9 de 2010
Uso conjunto aguas superficiales aguas subterráneas
Proyecto Administración de aguas Cuenca río Tuluá
Re-uso de aguas residuales tratadas
No se ha reglamentado
Educación ambiental Réplica en los municipios prioritarios
Cooperación Institucional Convenio CVC - Ingenios-Asocaña - Cenicaña. Convenio Minminas-OIEA
Evaluación y monitoreo del recurso hídrico subterráneo
Levantamiento de información hidrogeológica y de calidad, inventario de pozos, sistematización de información
16
Riesgos: sobreexplotación
VULNERABILIDAD Y RIESGO DE
CONTAMINACION DE LAS
AGUAS SUBTERRANEAS
Evaluación- focalización de los
actividades potencialmente
contaminantes
Valle del Cauca
CARTAG O
ANSERM ANUEVO
O BANDO
LA VI CTO RI A
TO RO
LA UNI O N
ZARZAL
ANDALUCI A
BUG ALAG RANDE
RO LDANI LLO
BO LI VAR
FLO RI DA
PRADERA
TULUA
SAN PEDRO
PALM I RA
RI O FRI O
BUG A
EL CERRI TO
G I NEBRA
G UACARI
CANDELARI A
PTO . TEJADA
YO TO CO
VI JES
YUMBO
CALI
JAMUNDI
SUBDI RECCI O N DE PLANEACI O N - CARTO G RAFI A
FUENTE: I NG EO M I NAS - CVC AÑO 2000 SUB. DE G ESTI O N AMBI ENTAL G RUPO DE AG UAS SUBTERRANEAS
CORPORACION AUTONOM A REGIONAL
DEL VALLE DEL CAUCA
Esc ala: 1 : 750.000
840. 000 N
980. 000 N
1'140.000E
1'120.000E
1000. 000 N
960. 000 N
940. 000 N
1'100.000E
1'040.000E
1'060.000E
1'080.000E
1020. 000 N
880. 000 N
860. 000 N
920. 000 N
900. 000 N
C I E N A G A E L C H I R C A L
CO NVENCI O NES
C A B E C E R A M U N I C I P A L
C A P I T A L D E L D E P A R T A M E N T O
R I O O Q U E B R A D A
V I A S E C U N D A R I A
V I A F E R R E A
V I A P R I N C I P A L
R I O C A U C A
14, 96
22, 59
50, 21
AREA
%
425, 46
520, 12
1. 745, 67
785, 22
12, 24
Acuí f eros vulnerables a largo plazo a cont aminant es conservat ivos,
si son descargados en f orma cont inua y amplia. Baja permeabilidad.
T O T A L 100, 003. 476, 47
Acuí f eros vulnerables a la mayorí a de cont aminant es con impact o
relat ivament e rápido. Alt ament e permeable.
Acuí f eros vulnerables a algunos cont aminant es, except o en algunos
muy absorbibles o t ransf ormables. Permeabilidad alt a a moderada.
Acuí f eros vulnerables a algunos cont aminant es, solo cuando son
descargados o inf ilt rados en f orma cont inua. Permeabilidad variable.
AREA
( Km 2)CARACTERI STI CAS
V ULNE RABILIDAD
ALTA
M O DERADA
BAJA
EXTREM A
CI ENAG A EL CHI RCAL
CONVENCIONES
CABECERA M UNI CI PAL
CAPI TAL DEL DEPARTAM ENTO
RI O O Q UEBRADA
VI A SECUNDARI A
VI A FERREA
VI A PRI NCI PAL
RI O CAUCA
ACT I VI DAD G ENERADO RA DE CO NT AM I NACI O N
EF L UENT ES AG RO I NDUST RI AL ES Y M UNI CI PAL ES ( L AG UNAS)
M AT ADERO S
CARG A CO NTAM I NANTE
I NDI CE DE PELI G RO PO TENCI AL
EF L UENT ES I NDUST RI AL ES
EF L UENT ES M UNI CI PAL ES
CEM ENT ERI O S
RESI DUO S SO L I DO S M UNI CI PAL ES E I NDUST RI AL ES
M O DERADOBAJ O AL T O
RIESGO DE CONTAMINACION DE LAS
AGUAS SUBTERRANEAS
Facilidad Ingreso de contaminantes al acuífero
17
Riesgos
Zona Compost
Reservorio
Vinazas
UBICACIÓN POZOS DE
MONITOREO RESERVORIOS-
PLANTA COMPOST
Pozo Monitoreo 1
Pozo No 3
Pozo monitoreo No 2
POZO ABASTECIMIENTO
INGENIO
18
Evaluación parámetros
19
Evaluación: trazadores
20
Técnicas/métodos habituales: mapas piezométricos, modelos numéricos,
trazadores………..
Compuesto (variedad infinita) que
proporciona información del sistema de
aguas subterráneo:
-natural (flujo de calor)
-artificial (introducido)
Medida/estimación de uno o
varios parámetros del acuífero
Identificar origen, velocidad y dirección del
movimiento de un contaminante (dispersión)
Evaluación: trazadores, tipos aplicación
Flujo: medida en un punto
21
Evaluación: trazadores, ejemplos aplicación Medida en mismo pozo
22
Varios trazadores
Evaluación: trazadores, ejemplos aplicación
Inyeccion y medida en distinto pozo
23
Evaluación: trazadores
Tipos y usos:
Test/ensayo
-flujo natural
-flujo inducido
Trazador aplicado
-natural (isótopos estables, radiactivos)
-inyectados (isótopos, iónicos/no-iónicos,
colorantes, temperatura, gases, partículas)
24
IMPORTANTE!!!!!!!!! -Detección
-Movilidad
-Toxicidad *económico, disponibilidad tecnológica, consideración salud pública
Evaluación: trazadores, tipos (ejemplos)
25
Trazadores radioactivos comunes
Isótopo Semi-vida
H3 12.3 a
Br32 33.4 h
I131 8.1 d
Cr51 27.8 d
C14 5730 a
U234, 238 105 - 109 a
-Iónicos (Cl-, Br, NO3): tiempo de residencia, dirección flujo, propiedades
acuífero
-No-iónicos (pentafluorbenzoato): similar aplicación (caros, límite detección
bajo)
-Colorantes (fluorescentes o no: rodamina, flouresceina): pueden quedar
adsorbidos en materia orgánica, arcillas e incluso vidrio. Algunos sufren
degradación. Uso en karst (flouresceina/uranina). Rodamina es carcinogénico
-Gases (generalmente gases nobles, inertes): He muy utilizado por coste,
seguridad, concentración requerida…. Uso gases antropogénicos FCFs
(freones CFC11, CFC12, CFC113) para recarga. Xe, Ar, Rn….
-Isótopos (estables, radiactivos): Generalmente no utilizados en inyección.
Estables: D, O18 utilizados para recarga; N para detectar el origen del nitrato;
S para distinguir su origen natural de la contaminación; C14, edad agua.
Otros B, Sr, Cl36: para determinar dirección flujo.
Radiactivos: utilización generalmente para datación del agua
-Temperatura del agua: Muy utilizado en recarga artificial o recarga inducida
por ríos
-Partículas: Esporas (m. fracturados), bacterias (E. coli)
Evaluación: trazadores tipos
26
Evaluación: trazadores en medios porosos
27
Aplicación:
• Caracterización velocidad regional
• Distribución conductividad hidráulica
• Anisotropia
• Dispersividad
• Retardo de un contaminante
Preguntas prácticas: planificación
• Solo se quiere determinar la velocidad del flujo?
• Que otros parámetros pueden interesar
• Tiempo disponible para realizar el test, duración?
• Presupuesto?
• Técnicas analíticas disponibles y selección trazador?
• Nivel base del acuífero? Cantidad de trazador a inyectar
• Pozo único/múltiples pozos?, técnica mas apropiada
• Interpretación? (met. Analíticos, curva patrón, modelos numéricos)
Evaluación: trazadores precauciones
28
• Caracterización previa del acuífero y de los sondeos utilizados
• Los puntos de monitoreo deben estar desarrollados
• Los pozos que atraviesan diversos niveles acuíferos no deben ser utilizados
• Estimación parámetros del acuífero
• Flujo estacionario (caudal de bombeo constante)
• Inyección correcta (pulso, continuo o trazado columna)
• Distribución muestreo correcta
• Elección adecuada del trazador (utilizar varios). Comprobar interacciones
• Elección adecuada concentración (detección y problemas de densidad)
• Conservación adecuada de las muestras
• Verificar masa recuperada
• Estimar duración aproximada del ensayo
Evaluación: trazadores, datación
29
CFCs en N-América, IAEA (2006)
UT en precipitación (Otawa)
Evaluación: trazadores, recarga natural
30
Ensayo con agua tritiada (7.3 × 108 Bqm−3)
Recarga
Jiménez-Martínez et al, 2012
Evaluación: trazadores, velocidad infiltración
31
Ensayo con LiBr
0
10
20
30
40
50
60
0,00 0,10 0,30 0,50 0,70 0,90 1,50 1,90 2,50 2,90 3,50 3,90 4,50
Prof. (m)
Con
cent
raci
ón B
r (m
icro
g/g)
Blanco
27/09/94
6/10/94
17/10/94
14/11/94
14/12/94
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0 14 23 34 62 92
Tiempo (días)
Vel
ocid
ad d
e In
filtr
ació
n (c
m/d
ía) VDarcy Br
(cm/día)
Vagua
(cm/día)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
14 23 34 62 92
Tiempo (días)
% d
e M
asa
de T
raza
dor
Rec
uper
ada *Rec.>100%
Evaluación: trazadores, circulación/flujo preferencial
32
Temp llobregat
Ensayo de trazador con PFBA
en el residuo SAL
R=1 Ap=0.041
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
Pore volumes
Cw/C
o
Experimental data in stratified column
Experimental data in homogeneous column
PFB
Evaluación: trazadores
33
Definir propiedades hidrogeológicas del acuífero cuaternario
(modelación).
• Uso simultáneo 3 trazadores: ácido pentafluorobenzoico (PFBA) ; LiBr
y I131
• Li (retenido) puede proporcionar datos de tranporte y paramétros de
adsorción in situ
• Inyección en piezómetro y recuperación en pozo (situado a 3.45 m)
• Duración ensayo 1050 min
• N.f a 1m de profundidad
• Inicio ensayo de bombeo para alcanzar nivel estacionario (bomba a 14
m, Q= 1l/s)
• Descenso en el pozo 5.22 m; en el sondeo 0.88
• Toma muestras para análisis laboratorio (PFB, Br, Li) (intervalos)
• Medida in situ I131 (lab de aplicaciones nucleares, CEDEX)
Ensayo bombeo-inyección Campo de Cartagena (Julio 2010)
Evaluación: trazadores, circulación/flujo preferencial
34
Acuífero libre cuaternario (n.f. 1m)
Pozo y piezómetro parcialmente penetrantes
Ensayo de bombeo previo (12.30 h)
Régimen estacionario
Ensayo tipo pulso
Muestreo durante 1050 min
35
Evaluación: ensayo para obtención propiedades medio
36
Punto de bombeo:
Diámetro 120 mm
Profundidad perforación 25 m
Rejilla, todo el espesor
Profundidad de la bomba (aspiración)
desde referencia (brocal) 12.91 m (12 m
desde suelo)
Punto de observación:
Diámetro 63 mm
Profundidad perforación 7 m
Rejilla, todo el espesor
Ensayo bombeo+recuperación
Trazadores:
PFB (14.4 mM)
BrLi (2.3 M)
I131 (90 mC)
bombeo
piezómetro Muestreo
I131
Muestreo
Evaluación: trazadores, circulación/flujo preferencial
37
Evaluación: trazadores resultados
38
Reimus & Robinson, 2004
39