GerHidro-01 Manejo de Aguas · 2007. 9. 21. · – Desarrollo de Curvas IDF que sirven para...
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Curso de Especialización en Cierre de Minas y Pasivos Ambientales
MANEJO DE AGUAS(Jorge Tovar, Hidrogeólogo)
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HIDROLOGÍA
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INTRODUCCIÓN
• La hidrología de una región depende de: el clima, la topografía, la geología y la cobertura vegetal.
• El Perú tiene una gran variedad de regiones climáticas y condiciones geográficas.
• Todos los sitios de minas presentan características hidrológicas diferentes entre sí.
• Se deben desarrollar parámetros hidrológicos específicos para el planeamiento y diseño del cierre para cada sitio.
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DATOS HIDROLÓGICOS PARA EL CIERRE
• ¿Qué datos se necesitan?– Precipitación (lluvia o nieve)– Temperatura del aire – Evaporación– Viento (velocidad y dirección)– Radiación solar– Humedad relativa
• ¿Para qué se utilizan?– Diseño de las estructuras de manejo de agua– Balance de agua del sitio de la mina– Evaluación de rendimiento de coberturas de baja
permeabilidad
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DATOS DE PRECIPITACIÓN
• ¿Dónde se utilizan?– Estimación de valores de precipitación anual y
mensual– Componente del balance hídrico– Desarrollo de Curvas IDF que sirven para cálculos
de caudales máximos– Estimación de la PMP que sirven para cálculos de
inundación extrema.
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CARACTERÍSTICAS DE LA PRECIPITACIÓN
• Anual y Mensual (para varios períodos de retorno)• Determinación de la época seca y la época húmeda• Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF)• Precipitación Máxima Probable (PMP)
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DESARROLLO DE VALORES DE PRECIPITACIÓN
– Identificar estaciones regionales cercanas y ubicadas en altitudes y regiones similares con largo plazo de registro.
– Correlacionar las estaciones regionales con datos específicos del sitio (verificación de la aplicabilidad de las estaciones regionales)
– Desarrollo de parámetros específicos para el sitio mediante métodos de regresión.
– Estimación de parámetros para varios períodos de retorno mediante análisis probabilísticos
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DISTRIBUCIÓN DE LA LLUVIA ANUAL
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200
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400
Mes
Prec
ipita
ción
, mm
100 años, seco 109 136 150 114 58 24 13 20 52 98 78 87 94120 años, seco 123 154 170 128 65 27 15 23 59 110 88 98 1061Promedio (1964-2002) 167 208 230 174 89 37 20 31 79 149 119 133 143920 años, húmedo 220 274 303 229 117 49 27 41 105 197 157 175 1894100 años, húmedo 248 309 341 258 132 55 30 46 118 222 177 198 2136
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Total
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MEDICIONES DE EVAPORACIÓN
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CAUDAL
• ¿DÓNDE LO USAMOS?• Evaluación ambiental
– Caudal ecológico (flujo ambiental mínimo para sustentar la vida acuática)
– Cálculos de mezclado– Manejo de efluentes
• Determinación de escorrentía superficial • Control de inundaciones
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HIDROGRAMA ANUAL
Río Namora - Estación Namora BocatomaÁrea de Cuenca 460 km2 - Elevación Promedio de Cuenca 3,268 msnm
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Jan-72 Feb-72 Mar-72 Apr-72 May-72 Jun-72 Jul-72 Aug-72 Sep-72 Oct-72 Nov-72 Dec-72Fecha
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Flujo Promedio Anual
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VALIDACIÓN DE LOS DATOS HIDROLÓGICOS
• Metodologías empleadas para la selección de estaciones regionales.
• Métodos de control de calidad aplicados a los datos (análisis doble masa, inspección visual, etc.)
• Métodos transparentes para el relleno de datos faltantes (se debe distinguir siempre la data real de la data generada).
• Incluir siempre una discusión acerca del nivel de incertidumbre en los datos de precipitación desarrollados (permite tomar decisiones acerca de los criterios de diseño).
• Ojo: la distribución mensual para un año promedio no es necesariamente igual para un año húmedo o seco (implicancia en el balance de agua).
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HIDROGRAFÍA
• Es el área de recepción de lluvias• Permite delimitar cuencas, subcuencas y microcuencas• Define la hidrografía local y regional• Permite definir las áreas de influencia y responsabilidad
directas• Permite establecer un balance hídrico
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200000mE 400000mE300000mE
CUENCAILAVE
LAGOTITICACATITICACA
LAGOLAGUNILLASLAGUNILLAS
LAGOSALINASSALINAS
EMBALSEPASTO GRANDEPASTO GRANDE
CUENCALOCUMBA
CUENCASAMA
CUENCAUCHUSUMA
CUENCATAMBO
CUENCAMAURE
CUENCAOSMORE-MOQUEGUA
CUENCACAPLINA
PRINCIPALES CUENCAS
HIDROGRÁFICASDEL SUR DEL
PERÚ
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PARÁMETROS HIDROLÓGICOS EN EL LARGO PLAZO
• ¿Cómo se estiman?– En base a extrapolación de los análisis de frecuencia
de una serie de datos conocida (precipitación, caudal)
– La extrapolación se realiza en base al ajuste con curvas de distribución conocidas:
• Distribución Normal• Distribución Logarítmica Normal • Distribución Pearson III• Distribución Gamma• Distribución Gumbel (de valor extremo)• ¡Muchas otras distribuciones!
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MODELOS HIDROLÓGICOS
• Pasos de una modelación:– Definición del Modelo– Calibración– Verificación– Aplicación
• Modelos típicos para el planeamiento del cierre:– Cálculo de caudales pico– Balance de agua del sitio
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CAUDALES PICO
• La magnitud del caudal pico de una cuenca depende de muchos factores:– Intensidad y duración de la tormenta– Localización y amplitud de la tormenta en la cuenca– Área y forma geométrica de la cuenca colectora– Topografía de la cuenca, las pendientes del cauce
principal y sus tributarios– Geología de la cuenca colectora– Cobertura vegetal y acción antrópica sobre la cuenca– Estado de saturación hídrica antecedente de la
cuenca
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INUNDACIÓN MÁXIMA PROBABLE (PMF)
• Es aquella que puede esperarse de la coincidencia entre la PMP y los demás factores que maximizan la escorrentía
• La PMP se puede definir que sea físicamente posible y que caracterice razonablemente como la mayor profundidad de precipitación estimada analíticamente una región geográfica.
• No se tienen en cuenta los efectos del cambio de clima en el concepto de PMP.
• Existen diferentes metodologías para estimar la PMP (Hershfield, World Meteorological Organization, US National Weather Service)
• La PMP no está asociada a un período de retorno específico.
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BALANCE DE AGUA
Flujos de Ingreso = Flujos de Salida + Almacenamiento del Sistema
• ¿Para qué se utiliza?– Para evaluar cuándo y qué cantidad de efluente
tratado se descargará al ambiente desde una instalación dada.
– Para calcular los requerimientos de almacenamiento de una estructura de manejo de agua.
– Para evaluar los impactos aguas abajo en flujo y calidad durante el post-cierre
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Esquema de Balance de Agua Típico de un Botadero de Desmonte
ESCORRENTÍA DEL
TERRENO EXISTENTE
DIQUE PERIMETRALA LA POZA DE
SEDIMENTACIÓN OESTE
PERDIDA DE FILTRACIONES ALAGUA SUBTERRÁNEA REGIONAL
PÉRDIDA PORABSORCIÓN
INFILTRACIÓN A TRAVÉS DELBOTADERO DE DESMONTE
O CUBIERTA DE CIERRE
FILTRACIONES COLECTADOSPOR DRENES
PRECIPITACIÓN
DIQUE PERIMETRAL A LA POZA DE SEDIMENTACIÓN OESTE
ESCORRENTÍA DEL BOTADERO DE DESMONTE
DRENAJE A POZA DECOLECCIÓN DE DAR
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Flujo Promedio Anual Simulado a lo Largo de la Vida de la Mina
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0.21
0.22
0.23
0.24
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Año
Fluj
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Flujo de Línea Base
Flujo Promedio Anual Simulado
OPERACIÓN CIERRE AL CIERRE
Línea Base +10%
Línea Base -10%
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MONITOREO DE FLUJO POST-CIERRE
• Estructuras para el Control del Flujo– Secciones de Control– Canaleta Parshall– Vertederos
• Sensor de nivel de agua + Dispositivo electrónico de almacenamiento de datos
• Regla limnimétrica para control manual• Flujómetro para mediciones manuales• Desarrollo de relaciones flujo-nivel, Q=f(H)• Conversión de niveles en flujos• Todas las estructuras de monitoreo de flujo requieren
mantenimiento periódico (especialmente luego de la época de lluvias)
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ESTRUCTURAS DE MEDICIÓN DE FLUJO
Sección de Control
Canaleta Parshall
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ESTRUCTURAS DE MEDICIÓN DE FLUJO (CONT.)
Vertederos Rectangulares
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HIDROGEOLOGÍA
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ACUÍFEROS CONFINADOS Y LIBRES
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PERMEABILIDAD DE LA ROCA
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CARSTIFICACIÓN
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PROTECCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA
• La industria produce sustancias tóxicas. Los derrames y efluentes industriales contaminan el suelo y el agua.
• Necesitamos recursos hídricos seguros, esto implica conocer el suelo y el sistema hídrico subterráneo.
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PASOS PARA LA PROTECCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA
• Caracterización:Conocer integralmente el lugar.
• Contención:Impedir la movilización del contaminante.
• Remediación:Reparar o restaurar el recurso contaminado.
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CONDICIONES HIDROGEOLÓGICASPRE-MINADO
• Estudio hidrogeológico de línea base o inventario de la situación natural de las fuentes de agua (origen, ubicación, caudal, calidad, usos y usuarios)
• Determinación de las áreas de recarga y de flujo del agua subterránea hacia la mina (fallas, fracturas, contactos).
• Identificación de áreas dentro de las instalaciones de la mina, donde se producen aguas ácidas (cuerpos de pirita, relleno hidráulico, desmonte, relaves).
• Estimación de caudales de aguas ácidas y neutras que circulan por dentro de la mina.
• Determinación de las variaciones espaciales de la calidad del agua dentro de la mina.
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FUENTES DE AGUA SUBTERRÁNEA
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USOS Y USUARIOS DE AGUA
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AGUA SUBTERRÁNEA AFECTADA POR LA MINERÍA
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IMPACTOS HIDROGEOLÓGICOS DURANTE EL MINADO
• Desestabilización de suelos• Alteración de cuerpos de agua superficial (cantidad y
calidad)• Alteración de afloramientos de agua subterránea
(cantidad y calidad)
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FORMACIÓN DE AGUA ACIDA EN EL INTERIOR DE LA MINA
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EFLUENTE DE MINA DESCARGANDO SOBRE BOTADERO
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MOVIMIENTO DE UNA PLUMA DE LIXIVIACION
Botadero
Basamento Impermeable
Pluma
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CONTAMINACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA
Basamento Impermeable
Botadero
AcuíferoPluma
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CAMBIOS EN EL RÉGIMEN HIDROGEOLÓGICO LUEGO DEL CIERRE
Tras el Cierre Desaparece el Cono de Depresión y el Agua Invade Áreas con Sulfuros
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CIERRE DE BOCAMINAS
Cierres de mina que impiden la entrada de aire y permiten el desagüe de la mina
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INUNDACIÓN DE BOCAMINAS
Tres tipos de taponesImpermeables tanto para el aire como para el agua
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FORMACIÓN DE UN LAGO EN UNA MINAA CIELO ABIERTO ABANDONADA
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IMPERMEABILIZACIÓN Y DESVÍO DE AGUAS
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MODELAMIENTO DEL RÉGIMEN HIDROGEOLÓGICO A LARGO PLAZO
• Predecir el comportamiento del agua subterránea durante el minado
• Establecer las condiciones hidráulicas después del cierre (presiones hidrostáticas, flujos, calidad del agua)
• Evaluar la eficiencia del modelo hidrogeológico conceptual
• Proyectar los efectos potenciales del cierre• Identificar los parámetros hídricos que requieren mayor
investigación para mejorar la definición del sistema de flujo del agua subterránea
• Existen diversos softwares de modelación
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DOMINIO DEL MODELO NUMÉRICO
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MALLA DEL MODELO NUMÉRICO
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CONDICIONES DE BORDE DEL MODELO
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DISCRETIZACION VERTICAL DEL MODELO
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MONITOREO HIDROGEOLÓGICOPOST-CIERRE
• Sonda para registro manual en piezómetros• Sensor de nivel de agua con Data Logger para
almacenamiento de datos• Registro de presiones hidrostáticas en tapones• Mapeo e inventario de filtraciones• Registro de caudales de filtraciones• Las estructuras de monitoreo requieren mantenimiento
periódico• Responsable del monitoreo
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POZO TÍPICO DE MONITOREO DE
AGUAS SUBTERRÁNEAS
Tapa MetálicaBase de Concreto
Napa Freática
Tubo PVC
Bentonita
Tubo PVCRanurado
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TECNICAS DE MANEJO DE AGUAS DE MINA
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TÉCNICAS PREVENTIVAS APLICABLES AMINAS SUBTERRÁNEAS
• Reducción de la infiltración de agua desde superficie• Intercepción de aguas subterráneas• Sellado de grietas y sondajes• Separación de aguas ácidas y neutras• Instalación de sistemas de drenaje• Clausura de bocaminas y galerías, cierre e inundación
de minas
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PREVENCIÓN DEL DRENAJE ACIDO
• Limitación de la cantidad de agua dentro de la mina.• Modificación de los cursos de agua• Reducción del nivel de oxígeno en la mina
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TÉCNICAS PREVENTIVAS
El rediseño de la superficie contribuye eficazmente a reducir la infiltración de aguas superficiales en una mina abandonada
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TÉCNICAS PREVENTIVAS APLICABLES AMINAS A TAJO ABIERTO
• Desviación de aguas superficiales y de escorrentía• Compactación del terreno e impermeabilización de
bancos y accesos• Drenaje de aguas superficiales y subterráneas
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TÉCNICAS PREVENTIVAS PARA RELAVERAS Y BOTADEROS
• Desviación de aguas superficiales y de escorrentías• Compactación e impermeabilización de la superficie del
depósito• Manipulación selectiva del estéril, colocación de lechos de
caliza e inyección alcalina• Construcción de conductos de drenaje
I-58
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La manipulación selectiva puede impedir la contaminación del agua subterránea
MANIPULACIÓN SELECTIVA DEL ESTÉRIL
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I-59
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TÉCNICAS CORRECTORAS
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INUNDACIÓN CON NEUTRALIZACIÓN NATURAL
Mediante sondeos, puede forzarse la entrada de agua alcalina natural en la mina inundada
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I-61
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Napa Freática
Desecho
Basamento Rocoso
Descarga aguas subterráneas
Uso de pozos de extracción para remover las aguas subterráneas contaminadas
DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
Pluma
I-62
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CONTENCIÓN DE CONTAMINANTES
Métodos:
• Zanjas de Infiltración
• Pantallas de
bentonita• Pantallas de
concreto• Barreras de
geomembrana
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I-63
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BARRERA VERTICAL CON
GEOMEMBRANA
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EMPLAZAMIENTO CIRCULAR
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Muchas Gracias