ESTUDIO DE NIVELES FREATICOS Y PIEZOMETRICOS
Dr. Luis Salgado S. Ing. Agrónomo, Ph.D. Facultad de I ngenie ría Agr ícola U ni ve rs id ad d e C on ce pci ón
I. INTRODUCCION. Una parte esencial de una investigación investigación (reconocimie (reconocimiento nto de terreno) terreno) con fines de drenaje, drenaje, es el estudio de las condiciones y características del agua subterránea presente presente tanto en el acuífero acuífero freático como en acuíferos acuíferos confinados confinados o semi confinados confinados que se presentan presentan en el perfil del suelo. Esto no sólo implica la determinación de la posición actual del nivel freático, sino tambin la identificación de las causas que !an provocado el problema.
"ons "onsecu ecuen ente teme ment nte, e, los los prin princi cipal pales es objet objetiv ivos os de un estu estudi dio o de nive nivele less freá freáti tico coss y pie#omtricos, serán ($rassi, ($rassi, %&'%)
a) eterminar eterminar el grado, grado, e*tensión e*tensión y naturale# naturale#a a de los problemas de drenaje drenaje e*istentes e*istentes o potenciales. b) +nali# +nali#ar ar el siste sistema ma y balance balance de aguas aguas subterrá subterránea neas, s, a parti partirr del cual el origen origen del problema de drenaje puede ser interpretado y comprendido. c) ndicar ndicar cómo el sistema sistema puede ser alterado alterado artificial artificialmente mente de modo que el nivel freático resultante no cause da-o a los cultivos.
revio a la iniciación de cualquier trabajo de terreno será necesario tener presente que es altame altamente nte recome recomenda ndable ble una acucios acuciosa a revis revisión ión del materi material al cartog cartográf ráfico ico e inform informes es disponibles. ic!o material material puede ser
7 •
/apas topográficos.
•
0otografías
areas.
roveerán fundamentalmente
información
acerca
de
la
!idrogeología y cubierta vegetal del área de estudio. •
/apas geológicos. ermiten identificar #onas de recarga, descarga y los diferentes tipos de acuíferos.
•
atos !idrológicos (precipitación, (precipitación, caudales, po#os, lagunas, embalses, sistemas de riego, etc.).
•
atos sobre calidad de aguas.
Este trabajo preparatorio puede ser de gran ayuda en el tra#ado de un plan eficiente y efectivo para el estudio de aguas subterráneas subterráneas con fines de drenaje el cual debe comprender las siguientes etapas
•
1ecolección de datos
•
rocesamiento rocesamiento de datos
•
Evaluación de datos
En los párrafos siguientes se discuten separadamente cada una de las etapas !aciendo nfasis en aquellos aspectos de mayor relevancia.
II. RECOLECCION DE DATOS. DATOS. En la recolección de datos de niveles freáticos y pie#omtricos se pueden utili#ar las siguientes alternativas en forma individual y2o complementaria, dependiendo de las caracterí característi sticas cas del estudio estudio en marc!a. 3os observacio observaciones nes se pueden !acer !acer en a) o#os e*istente e*istentes4 s4 b) 5uperficies 5uperficies de agua libre (lagos, ríos, canales, canales, drenes, pantanos, vertientes, vertientes, etc.)4 c) 6ubos de observación especialmente instalados para tal propósito y d) pie#ómetros.
9
2.1. Pozos existentes. 3os po#os po #os e*istentes son frecuentemente los sitios más convenientes para la medida de los nive nivele less freá freáti tico coss en una una etap etapa a prel prelim imin inar ar..
Ello Elloss tien tienen en,, sin emba embarg rgo, o, que que ser ser
cuidadosamente evaluados en cuanto a su confiabilidad y representatividad. representatividad. En cada po#o deben considerar considerarse se condiciones condiciones de profundidad, profundidad, perfil del suelo y revestim revestimiento iento.. e esta información puede concluirse si el po#o está siendo abastecido con aguas freáticas y2o artesianas.
o#os relativamente profundos, en los cuales se alternan capas de arena y arcilla, no son confiables debido a que el agua que los abastece puede provenir de diferentes cargas !idráulica !idráulicass que se presentan presentan en cada estrato. estrato.
"onsecuent "onsecuentemente emente,, po#os construido construidoss a
mano, de escasa escasa profundidad profundidad (norias) (norias) son más confiables confiables puesto que ellos generalment generalmentee penetran sólo un poco más abajo del nivel freático.
3as norias tienen generalmente gran diámetro (mayor a % m). 8ajo estas circunstancias, es posible que se requiera un tiempo considerable para que el nivel del agua dentro del po#o se ajuste a los cambios del nivel freático en el suelo adyacente. or otra parte, en po#os profundos, entubados, la presencia de partículas en los filtros puede !acer bajar la permeabilidad del terreno adyacente y por tanto no e*istir una cone*ión directa entre el nivel del agua del po#o y la del suelo.
3os po#os desde los cuales se e*trae agua de riego regularmente y en grandes cantidades deben considerarse no confiables, principalmente cuando la velocidad de recarga es baja debido a una baja conductivi conductividad dad del suelo. suelo. El tiempo tiempo de recuperación recuperación del nivel nivel de agua, luego de una brusca depresión, puede ser un indicador de la confiabilidad del po#o.
En cuanto a la calidad del agua, los po#os e*istentes en #onas salinas pueden no ser representativos de la condiciones imperantes en la #ona adyacente, particularmente si stos están están destina destinados dos a la bebida. bebida. Ello Ello se debe a que frecuen frecuentem tement ente e este tipo de po#os se ubican en lugares lugares donde donde se !a detectado detectado fuentes fuentes de agua dulce. dulce. +demás, +demás, la calidad calidad del agua de un po#o usado intensamente puede diferir de la calidad de otros po#os cercanos
: debido a que la recarga puede provenir de acuíferos más profundos los cuales pueden tener una calidad mejor que la del nivel freático.
0inalmente, es necesario tener presente que la distribución espacial de los po#os e*istentes no necesa necesaria riamen mente te tienen tienen que satis satisfac facer er los requer requerimi imient entos os de una adecuad adecuada a red de observación, ra#ón por la cual siempre será necesario completar la red con po#os de observación o pie#ómetros.
2.2. Superficies de !u "i#re. 3as superficies de agua libre (lagos, lagunas, pantanos, etc.) suministran información de utilidad utilidad en la medida medida que e*ist e*ista a cone*ión cone*ión con el agua agua subterrá subterránea. nea. 5i el nivel nivel de agua agua libre libre se encuent encuentra ra por sobre sobre o bajo bajo el nivel nivel del agua subter subterrán ránea, ea, indica indicará rá si dic!a superficie se comporta como fuente de recarga o descarga del acuífero, respectivamente.
El nivel de agua es usualmente leído con una regla topográfica graduada (mira) o una estaca graduada con referencia en la superficie del agua.
2.$. Tu#os de o#ser%ci&n. En adición a los po#os y superficies de agua libre e*istentes, frecuentemente es necesaria la construcc construcción ión de estructur estructuras as especiales especiales para medir la profundidad profundidad del agua subterránea, subterránea, ubicados ubicados en puntos estratg estratgicos icos dentro dentro y fuera del área del proyecto. proyecto. Estos Estos pueden ser po#os de observación o pie#ómetros.
Pozos de o#ser%ci&n. Un po#o de observación observación consiste consiste en una perforación perforación construida construida en el suelo, generalmente generalmente mediante mediante un barreno barreno agrológico, agrológico, !asta una profundidad profundidad tal que e*ceda el nivel freático mínimo esperado. El po#o así construido puede ser ser entubado o no entubado (0igura %.).
o#os no entubados pueden emplearse e*itosamente en suelos cuya estabilidad es suficientemente grande como para impedir que colapse. +simismo, estos po#os son una
? forma barata de medir los niveles freáticos en una primera etapa (estudio preliminar) cuando sólo se requiere una información general acerca de la profundidad del agua.
"uando se trabaja trabaja en suelos inestables inestables (arenas) (arenas) es necesario necesario recurrir recurrir a un entubamient entubamiento o temporal del po#o de observación. Esto generalmente se se logra con tubería tubería de ;" de < a 7 pulgadas como má*imo, debidamente ranuradas o perforadas en sus paredes, selladas en el fondo y rodeados de un material altamente permeable (grava, c!ancado y2o geote*til). En atención a que es deseable tener un considerable n=mero de observaciones del nivel freático en el tiempo, tiempo, para poder registrar registrar adecuadamente adecuadamente sus fluctuaciones, fluctuaciones, se recomienda recomienda el uso de po#os de observación entubados.
ara entubar un po#o, proceda de la siguiente manera ("olmenares y otros, %&>')
'i!ur 1. Pozos de o#ser%ci&n de" ni%e" fre(tico ) no entu#do * #) entu#do.
> "on un barreno agrológico construya un po#o !asta la profundidad en que se encuentra el nivel freático. osteriormente osteriormente baje !asta esa esa profundidad otro tubo de mayor diámetro (>@' pulgadas) para que sirva de protección y siga profundi#ando el po#o e*trayendo el suelo desde desde el interi interior or de ste. ste. 5i e*isten e*isten dificult dificultade adess en mantener mantener el terreno terreno establ establee o para para e*traer el material desde el interior, agregue agua para aumentar la co!esión de las partículas.
Una ve# alcan#ada la profundidad requerida, instale la tubería que servirá servirá para controlar la profundidad profundidad del agua. Esta no requiere requiere tener tener más de 7,? cm de diámetro diámetro (% pulgada), pulgada), estar estar ranurada ranurada o perforada a lo menos en % m desde el fondo y estar sellada sellada en el e*tremo e*tremo inferior. + continuación se rellena el espacio entre la tubería interior y e*terior con grava o arena gruesa gruesa !asta una cierta cierta altura por encima encima del largo perforado. perforado. El espacio restant restantee puede completarse con el mismo material original del suelo.
0inalmente, e*traida la
tubería e*terior, construya un anillo superior de concreto para p revenir da-os posteriores.
El material gravoso alrededor del tubo de observación no siempre es necesario.
5in
embargo, si ste !a sido bien instalado instalado puede contribuir favorablemente a facilitar el flujo de agua al interior interior del tubo y prevenir la la obstrucción de las perforaciones o ranuras. 5i el suelo no contiene arcilla ni limo, puede ser suficiente envolver la #ona ranurada del tubo con alg=n tipo de geote*til.
6erminado todo el proceso anterior y antes de iniciar las lecturas del po#o se recomienda e*traer desde el interior todo el barro que pudiera !aberse acumulado durante la etapa de construcción. ara este este efecto ocupe una bomba manual como la la que se indica en la figura 7. la cual puede construirse con materiales de des!ec!o y a muy bajo costo ($rassi, %&'%).
A
'i!ur 2.
) +o,# ,nu" pr extrcci&n de !u desde un pozo de o#ser%ci&n. #) Extre,o superior de " #o,# indicndo #ertur pr s"id de" !u. c) -("%u" inferior de p"c. d) -("%u" inferior de #o".
'
Piez&,etros. Un pie# pie#óm ómet etro ro es una tube tuberí ría a de diám diámet etro ro peque peque-o -o,, abier abierta ta en ambo amboss e*tr e*trem emos os,, generalmente no perforada (e*cepto en una sección peque-a, no superior a %B@7B cm), instal instalada ada mediante mediante barren barreno o o percus percusión ión en el suelo suelo de modo modo tal que no se produ#ca produ#can n filtraciones entre la pared e*terior del tubo y el suelo y permitir que toda el agua que ingrese a su interior lo !aga sólo por el e*tremo inferior (figura 9.).
Una tubería instalada en tales condiciones sirve para medir la presión !idrostática !idrostática del agua subterránea en acuíferos confinados o no confinados en el punto donde se encuentra el e*trem e*tremo o inferi inferior or del tubo. tubo. +l e*isti e*istirr una baterí batería a de pie#óm pie#ómet etros ros instal instalados ados a difere diferente nte profundidad será posible medir la carga !idráulica en cada uno de ellos y las diferencias que e*istan entre unos y otros serán indicadores de la dirección del flujo. Este fenómeno se ilustra en la figura :.
3os pie#ómetros son particularmente =tiles en áreas donde e*iste, o se sospec!e, la presencia de presiones artesianas o en aquellas #onas de riego en que se desee conocer co nocer la velocidad velocidad con que se mueve el agua de percolación. percolación. +simismo, +simismo, los pie#ómet pie#ómetros ros son =tiles =tiles en áreas donde se desea conocer si efectivamente ocurre o no drenaje en estratos arenosos ubicados a mayor profundidad (ver casos a y f de la figura :.).
&
'i!ur $. Piez&,etros.
%B
'i!ur 'i!ur . Ni%e" de !u en piez&,etr piez&,etros os #/o #/o diferente diferentess condicion condiciones es de sue"o sue"o * !u su#terr(ne. A) Sue"o 0o,o!neo renoso. +) Sue"o de dos estrts f"u/o descente. C) Sue"os de dos estrts f"u/o scendente. D) Sue"o de tres estrts f"u/o scendente. E) Sue"o de tres estrts f"u/o desde ren 0ci rci"". ') Sue"o de tres estrts f"u/o desde rci"" 0ci ren.
%%
2.. Red de o#ser%ci&n. Disposici&n. 3a disposición de los po#os de observación y pie#ómetros en forma de reticulado (cuadrado o rectan rectangul gular) ar),, presen presenta ta ventaja ventajass para para el dibujo dibujo e interp interpret retaci ación ón de los los mapas mapas y para para representar perfiles de niveles freáticos freáticos en los los dos ejes de coordenadas. 5in embargo, esta disposición tiene la desventaja de un eventual e*cesivo n=mero de puntos y además su posible ubicación en terrenos cultivados donde pueden entorpecer las labores agrícolas.
5in caer en una e*trema rigurosidad geomtrica, que pueda conducir a la instalación de po#os en lugares inadecuados o que no n o interesan desde el punto de vista del estudio que se está está ejecut ejecutando ando,, parece parece recomen recomendabl dablee insta instalar larlos los con una cierta cierta regula regularid ridad. ad.
/ás
importante que todo, conviene que su ubicación sea realmente de acuerdo a lo que se pretende medir, que tengan fácil acceso y que, al mismo tiempo, posibiliten el tra#ado de perfiles longitudinales y transversales. transversales.
or lo tanto, se recomienda que stos sean
instalados considerando los siguientes criterios básicos
a) aralelo y perpendicularmente a la dirección del del flujo esperado. b) En lugares donde puede esperarse esperarse un cambio en la pendiente del nivel freático. c) En áreas donde pueden ocurrir ocurrir significativos significativos cambios en la elevación del nivel freático. d) aralelo aralelo y perpendicularm perpendicularmente ente (en distribuci distribución ón tipo logarítmi logarítmica) ca) con respecto respecto a cauces naturales (ríos, (ríos, esteros) o artificiales (canales, embalses). embalses). ;er figura ?. e) En áreas donde e*isten e*isten o e*istirán e*istirán altos niveles niveles freáticos. freáticos. f) + lo largo y perpendicularmente a los límites del área del proyecto.
%7
'i!ur 3. Distri#uci&n de un red de o#ser%ci&n. A) Distri#uci&n correct. +) Distri#uci&n incorrect. "omo se indicó indicó previament previamente, e, superficie superficiess de agua libre tales como ríos, ríos, lagunas, lagunas, canales, etc., deben ser incluidos dentro de la red red de observación. observación. 5in embargo, es necesario tener tener en consideración consideración que el nivel del agua en dic!as fuentes no necesaria necesariamente mente se encuentra encuentra conectada con los niveles freáticos no obstante que puedan comportarse como áreas de recarg recarga a o descarga descarga..
En la figura figura >. se ilustr ilustran an algunas algunas alternat alternativa ivass que se present presentan an
frecuentemente en relación al aporte de agua desde ríos o canales.
Densidd. En relación a la densidad de puntos dentro de la red, no e*isten reglas estrictas al respecto en atención a que esto depende enteramente enteramente de las condiciones condiciones topográficas, topográficas, geológicas geológicas e !idr !idrol ológi ógica cass del del área área y del del nive nivell de estu estudi dio o que que se está está real reali# i#an ando do (pre (preli limi minar nar o anteproyecto anteproyecto definitiv definitivo). o).
"omo la precisión precisión requerida requerida es por lo general general inversament inversamentee
proporcional al tama-o del área, la siguiente relación puede servir como guía.
TA+LA 1. N45ERO DE O+SER-ACIONES POR UNIDAD DE SUPER'ICIE 6OOSTER+AAN 1788). T,9o (re +/o estudio 60)
N: puntos o#ser%ci&n
N: puntos pr cd 1;; 0s
%B %BB %BBB
%B 7B ?B
%BB 7B ?
%9
'i!ur <. I,pcto de "s fi"trciones de r=os * cn"es so#re e" ni%e" fre(tico. fre(tico. A) Cuce ef"uente. +) Cuce inf"uente 6ni%e" fre(tico superfici"). C) Cuce inf"uente 6ni%e" fre(tico profundo).
%: uesto que una red d e observación provee datos acerca de las elevaciones y variaciones del nivel freático y superficies pie#omtricas es pertinente que la densidad de los puntos de lectura est relacionada con las fluctuaciones del nivel freático que se espera ocurran en el terreno. Una idea de estas posibles fluctuaciones las las puede proveer el relieve del terreno ya que la forma forma del nivel nivel del agua subterr subterráne ánea a tiende tiende a asemej asemejars arsee más a ste ste que a una !ori# !ori#ont ontal. al.
En terre terrenos nos aluvi aluviale aless profundo profundos, s, de materi material al grues grueso, o, es factibl factiblee que
se
apro*ime apro*ime a un plano. En presencia presencia de estratos estratos relativamen relativamente te impermeable impermeabless cercanos cercanos a la superficie, la configuración del nivel freático tiende a acercarse a la del terreno.
e esta manera, las características características topográficas y del perfil geológico, los accidentes geográficos (ríos, lagos, etc.) etc. ) y las alteraciones introducidas por el !ombre ! ombre (canales, redes de riego, caminos, caminos, etc.) pueden orientar orientar nuestra nuestra decisión decisión con respecto respecto a la densidad de la red. or ejemplo antes de los cambios bruscos de pendiente4 donde e*istan evidencias claras de un cambio de conductividad !idráulica (color del suelo o compactaciones) o donde termine el área regada.
Profundidd. 3a profundidad de los po#os de observación dependerá de los niveles mínimos que alcan#a el agua subterráne subterránea. a. Esto asegurar asegurará á que los po#os no se sequen sequen durante durante la temporada estival y que en lo posible las lecturas puedan reali#arse durante todo el a -o.
3os niveles mínimos del agua freática pueden estimarse a partir de los estudios geológicos o agrológicos, agrológicos, si estos estos =ltimos =ltimos se !an reali# reali#ado ado a mayor profundidad profundidad que la usual. usual. 5in embargo, observaciones a profundidades mayores de 9 metros raramente raramente son necesarias en áreas planas planas en atención a que la profundidad de los drenes agrícolas agrícolas sólo en casos muy especiales superan superan los 7 metros. En caso de terrenos terrenos de topografía topografía ondulada es posible que se requieran po#os de observación a mayor profundidad con el propósito de tener un panorama más completo acerca del comportamiento del agua subterránea.
En suelos estratificados y particularmente en áreas donde e*ista o se sospec!e la presencia de aguas artesianas, será necesario instalar pie#ómetros a profundidades mayores de 9 m. En terrenos de origen aluvial bien valdría la pena considerar alg=n pie#ómetro a más de %B m de profundidad para determinar la influencia de posibles napas artesianas.
%?
Le%nt,iento p"ni"ti,trico. 6erminada 6erminada la construcci construcción ón de los po#os de observación observación y2o pie#ómetr pie#ómetros, os, stos deben ser referi referidos dos al sistem sistema a de coorde coordenada nadass y cotas cotas utili# utili#ados ados para la confec confecció ción n del plano plano topográfico.
isponer de las cotas de cada uno de estos puntos permitirá posteriormente posteriormente correlacionar los niveles niveles del agua subterráne subterránea a a los niveles niveles o cotas del terreno terreno y preparar preparar los mapas respectivos. /ayores antecedentes sobre sobre este tema se entregarán entregarán en la sección .
Procedi,iento de "ectur. "ada una de las lecturas del nivel nivel del agua que se realicen realicen en un po#o de observación observación o pie#ómetro debe !acerse a partir de un nivel de referencia.
En el caso de po#os de
observació observación n no entubados el nivel de referenci referencia a coincide con la cota del terreno terreno del po#o. En el caso de po#os entubados y pie#ómetros, el nivel de referencia corresponde al e*tremo superior del tubo, el cual a su ve# está referido a la cota del terreno puesto que se conoce la distancia que !ay entre el suelo y el borde del tubo.
3as lecturas pueden reali#arse con equipos simples y fáciles de confeccionar. $eneralment $eneralmentee se emplean cintas mojables mojables,, sondas ac=sticas ac=sticas o sondas elctricas. elctricas. En las figuras A. y '. se muestran algunos de estos tipos de sondas.
%>
'i!ur >. Sonds pr " "ectur de" ni%e" de" !u en pozos * piez&,etros.
%A
'i!ur 8. Di!r, de sonds pr " "ectur "ectur de" ni%e" ni%e" de !u en pozos * piez&,etros piez&,etros 6Ooster#n 1788).
%' 3a cinta mojable consiste en una !uinc!a metálica o de gnero, graduada y con un peso en su e*tremo la cual es introducida dentro del tubo !asta una profundidad superior a la cual se encuentra el agua. 5e registra la lectura en el punto superior, se e*trae la cinta y por diferencia con respecto al punto en que la cinta quedo mojada se obtiene la distancia desde el nivel freáti freático co al punto de de referencia. referencia. ara obtener obtener la profundidad profundidad neta neta del agua, a la la lectura lectura anterior anterior se debe restar restar el largo del tubo por sobre el nivel del suelo suelo (0igura '@+). ara facilitar la lectura es conveniente agregar ti#a en polvo a la cinta.
3a sonda ac=stica a c=stica consiste en un peque-o tro#o de tubo metálico (cobre o acero) de % a 7 cm de diámet diámetro ro y ? a A cm de largo, largo, cerrado cerrado en su e*tremo e*tremo superi superior or y conect conectado ado a una !uinc!a !uinc!a graduada metálica metálica o de gnero. gnero. "uando la sonda sonda se introduce introduce dentro dentro del po#o y !ace contacto con el agua provoca un sonido característico que permite registrar el nivel con gran precisión (0igura '@8).
3a sonda elctrica consiste de un cable elctrico doble con los electrodos descubiertos en el e*tremo e*tremo inferior. inferior. El e*tremo e*tremo superior superior se encuentra encuentra conectado a un dispositivo dispositivo tal como voltí voltímet metro, ro, ampollet ampolleta a o timbr timbree alimenta alimentado do median mediante te una baterí batería. a.
"uando "uando la cinta cinta se
introduce introduce en la tubería y los electrodos electrodos tocan la superficie superficie del agua se cierra el circuito circuito elctrico elctrico y activa el indicador indicador (movimient (movimiento o de la aguja, lu# o sonido, respecti respectivament vamente). e). 5i el alambre se encuentra encuentra graduado o ad!erido a una cinta graduada, graduada, la lectura lectura se !ace en forma directa (0igura '@").
"uando se desea tener registro registross continuos continuos de la variación variación de la profundidad profundidad de la napa será necesario !acer un po#o de observación de mayor diámetro y colocar un flotador dentro dentro de l el cual podrá podrá estar estar conectado conectado a un sistem sistema a de regis registro tro como papel, cinta perforada, cinta magntica o registro computacional (0igura '@).
%&
'recuenci de "s "ecturs. El nivel freático reacciona con mayor o menor facilidad frente a los distintos componentes de la recarga recarga y la descarga del sistem sistema a en estudio y por tanto tanto cambia constanteme constantemente. nte. 3a posición media má*ima y media mínima, así como la media de d e todo un a-o !idrológico es fundamental en cualquier dise-o de drenaje. or la misma ra#ón, un estudio de niveles freáticos debiera, a lo menos, prolongarse por todo un a-o !idrológico (% abril@9% mar#o).
3a frecuencia con que se deben reali#ar las lecturas depende del tipo de estudio que se desea reali reali#ar. #ar. "on fines fines de dise-o dise-o es suficie suficiente nte dos veces veces al mes. mes. ara estudia estudiarr casos casos particulares (efecto de las lluvias, ríos, riegos, etc.) la frecuencia requerida puede ser incluso diaria.
"ada po#o debe tener su propio registro de información donde deben contemplarse al menos los siguientes siguientes datos datos fec!as de la observación, observación, profundidad profundidad del agua desde el nivel de referencia, profundidad del agua bajo el nivel del suelo, cota del nivel del agua con respecto al punto de referencia del levantamiento planialtimtrico. planialtimtrico. Ctros datos importantes pueden ser n=mero del po#o, ubicación, profundidad, cota terreno, cota del punto de refere referenci ncia, a, etc. etc.
+ contin continuac uación ión se incluy incluyee una planilla planilla que puede puede consi consider derars arsee como como
modelo para registrar la información recolectada en terreno.
7B
RE?ISTRO DE PO@OS PO@OS DE O+SER-ACION. O+SER-ACION. Pro*ecto O#ser%dor -"or corre!ir 'ec0
Pozo N:
Lectur Terreno
Profundidd de" Ni%e" 're(tico
III. PROCESA5IENTO DE DATOS. DATOS.
Cot de" Ni%e" 're(tico
O#ser%ciones
7%
+ntes de sacar cualquier conclusión sobre la causa, e*tensión y2o severidad del problema de dren drenaj ajee del del área área en estu estudi dio, o, todos todos los los datos datos de terr terren eno, o, incl incluy uyen endo do nive nivele less freát freátic icos os pie#omtricos, calidad del agua, a gua, etc. deben ser procesados de alguna forma que permitan su correcta interpretación y, al mismo tiempo, que a partir de ellos se pueda e*traer la mayor información posible.
+unque las bases tcnicas de los concursos p=blicos de la 3ey 3 ey %'.:?B e*igen que, en relación a los los dato datoss de agua aguass subte ubterr rrán ánea eas, s, se conf confec ecci cion onee sólo sólo un plan plano o de iso! iso!yp ypssas o equipotenciales, en este /anual se presentan otras otras formas de procesamiento procesamiento de los datos que pueden contribuir poderosamente a una mejor interpretación de la situación en estudio.
+ modo de clasificación es posible se-alar que el procesamiento de datos incluye la construcci construcción ón de !idrogramas !idrogramas y mapas o planos. planos. En los párrafos párrafos siguient siguientes es se !ace una discusión acerca de ellos.
$.1. idro!r,s. "uando la cantidad de agua subterránea subterránea almacenada almacenada aumenta, el nivel freático freático del suelo aume aument nta a y cuand cuando o este este almac almacen enam amie ient nto o dism dismin inuy uye, e, el nive nivell freá freáti tico co dism dismin inuye uye.. Un !idrograma !idrograma es entonces un gráfico gráfico que muestra las variacion variaciones es de este este almacenamie almacenamiento, nto, relacionand relacionando o la forma de profundidad profundidad (o altura) del nivel freático freático o pie#omtr pie#omtrico, ico, versus el tiempo (0igura &.).
77
'i!ur 7. idro!r, de un pozo en o#ser%ci&n.
79
En drenaje agrícola es importante conocer las ra#ones o causas de la elevación y particularmente, la disminución del nivel freático. "uando no e*iste recarga, la disminución del nivel freático depende de a) la transmis transmisividad ividad (es decir, el producto producto de conductivida conductividad d !idráulica por la profundidad del acuífero) del estrato conductor de aguas4 b) el coeficiente de almacenamiento del suelo, y c) el gradiente !idráulico.
nmediatamente despus de un período de lluvia o riego, el nivel freático disminuye rápidamente y luego lo !ace más lentamente, en la medida que disminuyen tanto el gradiente !idráulico !idráulico como la transmisivi transmisividad. dad. 3a representaci representación ón gráfica de esta disminución disminución del nivel freático se conoce como curva de recesión. 5i al graficar los logaritmos de la altura del nivel freático versus tiempo en un papel semilogarítmico se obtiene una línea recta, significa que no !ay recarga y que el acuífero acuífero drena en forma natural (0igura (0igura %Ba). 3a pendiente de esta esta curva permite permite proyectar la futura disminución disminución que tendrá tendrá el nivel freático freático bajo condiciones condiciones naturales.
$.2. P"nos. E*iste una considerable cantidad ca ntidad de mapas o planos que pueden confeccionarse a partir de los datos datos del del agua subter subterráne ránea. a. "ada uno uno de ellos ellos tiene tiene un objetivo objetivo especí específico. fico. 3os más más comunes son
P"no de eBuipotenci"es 6iso0*pss). Un mapa de equipotenciales es un plano en el cual se muestran las curvas de nivel de la napa freática y, por tanto, e*presa la configuración del nivel freático en un instante dado. ara construir un plano de este tipo es necesario necesario convertir las lecturas lecturas de profundidad de la napa en sus respectivas respectivas elevaciones elevaciones o cotas, esto es, la cota terreno terreno menos la profundidad a la napa. 3os datos datos así obtenidos obtenidos se se llevan llevan a un plano donde figura figura la locali#aci locali#ación ón de cada punto de observación y luego se tra#an las líneas que unen puntos de igual cota del agua (0igura %%).
7:
'i!ur 1;. Cur%s de recesi&n de" ni%e" fre(tico. A) Sin recr!. +) Ni%e" ctu" * pro*ectdo de" ni%e" fre(tico.
7?
'i!ur 11. P"no de eBuipotenci"es eBuipotenci"es 6iso0*pss) 6iso0*pss) o cots cots de" ni%e" fre(tico. fre(tico.
7>
+l igual que en un plano topográfico, topog ráfico, es necesario elegir un intervalo vertical adecuado entre curv curvas as,, acor acorde de a la pend pendie ient ntee del del nive nivell freá freáti tico co.. reco recome menda ndabl blee es 7? a ?B cm. cm.
En terr terren eno o plan planos os un inte interv rval alo o
En terr terren enos os con pend pendie ient ntee el interv interval alo o vert vertic ical al puede puede
aumentarse !asta % ó 7 m. Un plano de estas características debe incluir tambien la cota del agua en cualqui cualquier er superf superfici iciee de agua libre libre que est direct directamen amente te conect conectada ada con el nivel nivel freático. El tra#ado de las líneas de igual cota sigue los estándares clásicos para el tra#ado de curvas de nivel del terreno.
Evidentemente, con cada conjunto de datos e*istentes es posible construir un plano. 5in embargo, esto no es estrictamente necesario necesario y puede resultar más importante seleccionar un período específico, como por ejemplo el mes crítico (inmediatamente antes o despus del
7>
+l igual que en un plano topográfico, topog ráfico, es necesario elegir un intervalo vertical adecuado entre curv curvas as,, acor acorde de a la pend pendie ient ntee del del nive nivell freá freáti tico co.. reco recome menda ndabl blee es 7? a ?B cm. cm.
En terr terren eno o plan planos os un inte interv rval alo o
En terr terren enos os con pend pendie ient ntee el interv interval alo o vert vertic ical al puede puede
aumentarse !asta % ó 7 m. Un plano de estas características debe incluir tambien la cota del agua en cualqui cualquier er superf superfici iciee de agua libre libre que est direct directamen amente te conect conectada ada con el nivel nivel freático. El tra#ado de las líneas de igual cota sigue los estándares clásicos para el tra#ado de curvas de nivel del terreno.
Evidentemente, con cada conjunto de datos e*istentes es posible construir un plano. 5in embargo, esto no es estrictamente necesario necesario y puede resultar más importante seleccionar un período específico, como por ejemplo el mes crítico (inmediatamente antes o despus del inicio del riego), la media durante el período de crecimiento de los cultivos, la media anual, etc. Un plano de estas estas características características es una importante !erramienta !erramienta en investigaciones investigaciones de aguas subterráneas ya que provee información suficiente para derivar datos sobre gradientes !idráulicos (d!2d*) y dirección del flujo.
P"nos de isoprofundidd. "omo su nombre lo indica, los planos de igual profundidad del nivel freático o planos de isoprofundidad muestran la distribución distribución espacial de la profundidad profundidad del nivel freático bajo la superficie del suelo. Este plano resulta del tra#ado de curvas que unen puntos que tienen igua iguall prof profund undid idad ad al nive nivell freát freátic ico. o.
3as 3as área áreass comp compre rend ndid idas as entr entree dos dos líne líneas as de
isoprofundidad indican que el nivel freático se encuentra dentro dentro de los rangos que cada línea línea e*presa (0igura %7.).
Ctra Ctra form forma a de obte obtene nerr esta esta info inform rmac ació ión n es medi median ante te supe superp rpos osic ició ión n del del plan plano o de equipotencial equipotenciales es o is!ypsas sobre sobre el plano topográfico topográfico del suelo. 3a diferencia diferencia entre ambas curvas indica la profundidad a la cual se encuentra el nivel freático ("astilla, %&>>).
7A
'i!ur 12. P"no de cur%s de isoprofundidd de" ni%e" fre(tico.
7'
lanos de este tipo se preparan para indicar situaciones específicas tales como delimitación del área afectada con problemas problemas de drenaje4 drenaje4 para conocer cuál es la profundidad profundidad del nivel freático durante ciertos períodos críticos del crecimiento de los cultivos o para programar algunas algunas actividades actividades agrícolas. agrícolas. articula articularment rmentee importante importante y =til puede ser el plano de la profundidad media anual o durante un período (estación) específico. gualmente importante podría ser tener planos que indiquen las profundidades má*imas y mínimas y a partir de ellos determinar las fluctuaciones del nivel freático.
P"nos de f"uctuciones de" ni%e" fre(tico Un plano de fluctuaciones fluctuaciones del nivel freático freático muestra muestra la magnitud magnitud y distribuci distribución ón espacial de los cambios en el nivel freático durante un cierto período de tiempo tiempo (por ejemplo, a lo largo
7'
lanos de este tipo se preparan para indicar situaciones específicas tales como delimitación del área afectada con problemas problemas de drenaje4 drenaje4 para conocer cuál es la profundidad profundidad del nivel freático durante ciertos períodos críticos del crecimiento de los cultivos o para programar algunas algunas actividades actividades agrícolas. agrícolas. articula articularment rmentee importante importante y =til puede ser el plano de la profundidad media anual o durante un período (estación) específico. gualmente importante podría ser tener planos que indiquen las profundidades má*imas y mínimas y a partir de ellos determinar las fluctuaciones del nivel freático.
P"nos de f"uctuciones de" ni%e" fre(tico Un plano de fluctuaciones fluctuaciones del nivel freático freático muestra muestra la magnitud magnitud y distribuci distribución ón espacial de los cambios en el nivel freático durante un cierto período de tiempo tiempo (por ejemplo, a lo largo del a-o, entre invierno y verano, antes y despus del riego, riego, etc.). ara la confección de estos estos planos la información se obtiene a partir del !idrograma de los po#os de observación. esde ellos se puede deducir la diferencia diferencia entre la altura (profundidad) má*ima y mínima del nivel freático, o media má*ima y media mínima seg=n se desee, durante un cierto período de tiempo. 3os datos así obtenidos son luego luego llevados a un plano y se tra#an tra#an las líneas uniendo puntos que tienen igual cambio del nivel freático, usando un intervalo vertical adecuado (0igura %9.).
Un plano de estas estas característ características icas es de e*traordi e*traordinari nario o valor en el dise-o de sistemas sistemas de drenaje drenaje por cuanto a travs travs de l es posible individuali# individuali#ar ar áreas que tienen buen drenaje natura naturall (grand (grandes es fluctu fluctuaci aciones ones)) respe respecto cto de aqull aqullos os de mal drenaj drenajee natura naturall (esca (escasas sas fluctuaciones).
P"nos de diferenci de cr!s 0idr(u"ics. Un plano de diferencia de cargas !idráulicas muestra la magnitud y distribución distribución espacial de las las dife difere renc ncia iass en carg carga a !idr !idrául áulic ica a entr entree dos estr estrat atos os del suel suelo, o, medi medidas das medi median ante te pie#ómetros.
7&
'i!ur 1$. P"no de f"uctuciones de" ni%e" fre(tico.
9B
+sumamos una situación como la que se muestra en las figuras :b. o :c. con un gran n=mero de pie#óm pie#ómetr etros os distribu distribuido idoss a lo largo de toda toda el área bajo bajo estudi estudio o y ubicad ubicados os uno en el estrato estrato superior superior y otro en el inferior, inferior, en cada punto. 5e determina determina la diferencia diferencia en la altura de agua entre el pie#ómetro pie#ómetro superior superior y el inferior inferior y se anota dic!a diferencia en un plano. 3uego de elegir un intervalo vertical adecuado, se tra#an las líneas que unen puntos que tienen igual diferencia de carga. El plano así así resultante resultante es =til para determinar determinar áreas áreas donde ocurre ocurren n flujos flujos vertica verticales les ascende ascendente ntess o descen descendent dentes. es.
En aquell aquellos os lugares lugares donde las
diferencias de carga son mayores, mayores, el flujo será tambin mayor.
P"nos de conducti%idd 0idr(u"ic.
9B
+sumamos una situación como la que se muestra en las figuras :b. o :c. con un gran n=mero de pie#óm pie#ómetr etros os distribu distribuido idoss a lo largo de toda toda el área bajo bajo estudi estudio o y ubicad ubicados os uno en el estrato estrato superior superior y otro en el inferior, inferior, en cada punto. 5e determina determina la diferencia diferencia en la altura de agua entre el pie#ómetro pie#ómetro superior superior y el inferior inferior y se anota dic!a diferencia en un plano. 3uego de elegir un intervalo vertical adecuado, se tra#an las líneas que unen puntos que tienen igual diferencia de carga. El plano así así resultante resultante es =til para determinar determinar áreas áreas donde ocurre ocurren n flujos flujos vertica verticales les ascende ascendente ntess o descen descendent dentes. es.
En aquell aquellos os lugares lugares donde las
diferencias de carga son mayores, mayores, el flujo será tambin mayor.
P"nos de conducti%idd 0idr(u"ic. 3os planos de conductividad !idráulica muestran la magnitud y variación espacial de sta. "omo la medición medición de la conductividad conductividad se !ace en un punto específico específico y la variabilidad variabilidad de este parámetro parámetro del suelo es muy alta, es recomendab recomendable le !acer planos que involucren involucren ciertos ciertos rangos de valor tal como se indican en la figura %:.
Esta sectori#ación del suelo indicando los rangos de variación de la conductividad es particularmente =til al momento del cálculo del espaciamiento entre drenes, d renes, por cuanto es la =nica forma práctica práctica de resolver resolver el problema problema en atención atención a que es muy posible posible que e*isten e*isten tantos valores de conductividad !idráulica como puntos de determinación.
9%
'i!ur 1. P"no de conducti%idd 0idr(u"ic.
97
I-. INTERPRETACION INTERPRETACION E-ALUACION DE DATOS. Es conveniente tener presente que para una adecuada evaluación e interpretación de los datos procesados es imprescindible imprescindible correlacionar stos con otros antecedentes del área bajo estudio tales como geología, suelos, topografía, clima, !idrología, uso del suelo y vegetación. En #onas regadas si se desea tener un adecuado conocimiento del comportamiento del agua subterránea se requiere, además, tener conocimiento acerca del patrón de cultivos, el abastecimiento y distribución del agua y la eficiencia de riego.
.1. Interpretci&n * uso de 0idro!r,s.
97
I-. INTERPRETACION INTERPRETACION E-ALUACION DE DATOS. Es conveniente tener presente que para una adecuada evaluación e interpretación de los datos procesados es imprescindible imprescindible correlacionar stos con otros antecedentes del área bajo estudio tales como geología, suelos, topografía, clima, !idrología, uso del suelo y vegetación. En #onas regadas si se desea tener un adecuado conocimiento del comportamiento del agua subterránea se requiere, además, tener conocimiento acerca del patrón de cultivos, el abastecimiento y distribución del agua y la eficiencia de riego.
.1. Interpretci&n * uso de 0idro!r,s. 3os cambios en el nivel del agua subterránea pueden obedecer a dos fenómenos principales. Estos son a) cambios en el almacenamiento del agua subterránea y b) cambios debido a vari variac acio ione ness en la pres presió ión n atmo atmosf sfr ric ica, a, o por por defo deform rmaci ación ón de los los acuí acuífe fero ross debid debido o a movimientos de la corte#a terrestre. terrestre.
En drenaje estamos interesados en los cambios que ocurren en el nivel freático debido a los cambios en el almacenamiento del agua subterránea subterránea en atención a que stos son el resultado resultado del rgimen !idrológico !idrológico imperante. 3os elementos más comunes que provocan cambios en el alma almace cena nami mien ento to y que que se tradu raduce cen n en el comp compor orta tami mien ento to del del !idr !idrog ogra rama ma son son la precipitación, los riegos, el bombeo desde po#os y las filtraciones desde ríos y canales.
"ambios relativamente abruptos abruptos en la cantidad de agua almacenada en el suelo suelo tienen lugar en #onas costeras y cercanos a los esteros esteros o ríos debido a las mareas y a las variaciones en el nivel del agua, respectivamente respectivamente (0igura (0igura %?). Ctro tanto puede suceder en acuíferos acuíferos freáticos relativamente delgados sometidos a fuertes descargas por lluvia o riegos.
99
'i!ur 13. Inf"uenci de "os c,#ios de" ni%e" de !u en un r=o so#re e" terreno d*cente.
9:
+unque los efectos de las lluvias sobre el nivel freático son generalmente bastante evidentes, no siempre es posible posible obtener una conclusión conclusión muy precisa precisa o e*acta debido a a) diferencias diferencias en la porosidad porosidad efectiva efectiva de las estratas estratas dentro dentro de las cuales fluct=a fluct=a el agua subterrán subterránea ea (lo cual crea elevaciones elevaciones o depresiones depresiones del nivel freático freático en forma desigual) desigual) y b) parte de la precipitación puede que nunca llegue a alcan#ar el nivel freático porque puede ser evapo (transpi) rada, almacenada o escurrir libremente por la superficie del suelo.
entro de lo posible, es recomendable evaluar cada uno de los !idrogramas de los po#os de observ observaci ación ón del nivel nivel freáti freático. co.
3a compar comparaci ación ón entre ellos ellos nos permiti permitirá rá evaluar evaluar su
comportamiento en cuanto a que registran elevaciones, declinaciones o variaciones del nivel freático relativamente similares.
5i ese fuera el caso y si los registros de los po#os se
conti contin= n=an an por por un perí períod odo o prol prolong ongad ado, o, es posi posibl blee dism dismin inui uirr el n=me n=mero ro de po#o po#oss de observación teniendo sólo uno que represente el área área en cuestión y obtener la profundidad de los otros mediante la obtención de las respectivas ecuaciones de regresión.
Es conveniente tener presente que la percolación de aguas agu as lluvia, riegos o filtraciones no son las =nicas causantes causantes de las fluctuaciones del nivel freático. freático. 3a evapotranspiración puede ser tambin tambin una causa importante importante de disminución disminución del nivel freático dependiendo de los cultivos cultivos e*istentes en el área y el clima imperante.
En resumen, si se dispone de !idrogramas de po#os de observación con registros relativamente prolongados es posible derivar la siguiente información a) separar áreas de igual igual compor comportam tamien iento, to, b) establ establece ecerr la e*tens e*tensión ión del períod período o crític crítico, o, c) establ establece ecerr los elementos elementos de la recarga recarga y predecir predecir los cambios en los registros registros de recarga recarga y descarga, descarga, d) determinar la velocidad de ascenso o descenso descenso del nivel freático y e) identificar la magnitud y causas de las fluctuaciones.
.2. Interpretci&n * uso de p"nos.
9?
P"nos de eBuipotenci"es. "omo "omo se !a se-ala se-alado do anteri anteriorm orment entee los planos planos de iso!yp iso!ypsas sas o equipot equipotenc encial iales es son una representación gráfica del relieve relieve y pendiente del nivel freático. freático. "onsecuentemente, ellos son la base base para para dete determ rmin inar ar la dire direcc cció ión, n, velo veloci cida dad d y cant cantid idad ad de agua agua subt subter errá ráne nea a en movimiento, movimiento, las fuentes de recarga y descarga y las variaciones variaciones en la tasa de percolación percolación y permeabilidad de materiales aluviales.
En áreas planas el nivel freático tiene generalmente un relieve y pendiente suaves y gradual !acia los puntos de menor cota donde se produce la descarga. En otras áreas, áreas, sin embargo, cambios en el relieve se traducen en elevaciones o depresiones depresiones locales del nivel freático, las cuales pueden ser de origen natural na tural o causadas por el !ombre.
+l igual como sucede en la superficie del suelo, el flujo flu jo de agua subterránea es siempre en la dirección de la pendiente. pendiente. 5i se asume asume un suelo !omogneo e isotrópico (igual (igual conductividad vertical y !ori#ontal), la mayor velocidad velocidad y la mayor cantidad de agua que fluye se producirá en el sentido de de la má*ima pendiente (0igura (0igura %>.). Es decir, equipotenciales y líneas de flujo flujo son perpendiculares entre sí (/illar, (/illar, %&A:).
3a topografía del área bajo estudio es importante puesto que determina la configuración del nivel nivel freático freático..
3a forma del nivel freátic freático o puede puede ser tanto tanto conve* conve*a a como como cóncava cóncava.. Una
elevación elevación local del nivel freático puede deberse deberse a una recarga recarga local por riego o por flujo subterráneo (artesiano) ascendente. epresiones locales del nivel freático pueden deberse a bombeo de po#os o filtraciones a estratos más profundos (falla geológica).
9>
'i!ur 1<. E/e,p"o de un p"no ,ostrdo eBuipotenci"es * "=nes de f"u/o.
9A
En terrenos planos disectados por ríos, canales, esteros o drenes la forma del nivel freático está determinada determinada por el comportamiento que tenga el cauce. Esto es si act=a como elemento de recarga o descarga del acuífero. Esta situación se se presenta en la figura %A., que suele ser muy frecuente en las terra#as bajas adyacentes a los ríos ríos y esteros (vegas). (vegas). e dic!a figura se desprende desprende que en aquellas aquellas secciones secciones donde el río filtra filtra agua !acia el terreno terreno adyacente, adyacente, las equipotenciales se curvan curvan !acia aguas abajo del río. En aquellos lugares en los cuales el río act act=a como como dren ren y el agua agua fluy fluyee des desde el ter terreno eno adya adyace cent ntee !aci !acia a el cauc cauce, e, las las equipot equipotenc encial iales es se curvan curvan !acia !acia aguas aguas arri arriba ba del río. onde onde e*iste e*iste equili equilibri brio o entre entre los niveles niveles del agua dentro dentro del río como en el terreno terreno adyacente, las equipotenciale equipotencialess son líneas rectas.
3a curvatura de las equipotenciales cerca de ríos o drenes puede tener diferente forma debido a la resistencia resistencia que oponga el suelo al flujo flujo radial del agua. /ientras mayor es la curvatura curvatura significa que la resistencia radial es mayor. ara determinar con precisión la forma que tiene la curva y consecuentemente conocer la resistencia resistencia que opone el suelo al flujo radial, es necesario necesario reali#ar reali#ar varias varias determinacion determinaciones es del nivel de agua a ambos lados del cauce y a escasa distancia distancia un po#o del otro. 3a figura %'. muestra muestra diferentes grados grados de curvatura curvatura del nivel freático medidos en un dren en el cual se !an instalados pie#ómetros a ambos lados del mismo.
5eg=n Ernst (Costerban, %&'') la resistencia resistencia radial es la resistencia resistencia que debe vencer el agua subterránea al fluir !acia un dren debido a contracciones en las líneas de flujo en las cercan cercanías ías del dren.
uede uede determin determinars arsee a partir partir del gradient gradientee !idráu !idráulic lico o a una cierta cierta
distancia a ambos lados del dren, donde el flujo es preferentemente !ori#ontal. !ori#ontal. 5i además se se conoce la trasmisividad (D) del subsuelo, el valor de esta resistencia puede obtenerse a partir de la siguiente ecuación
∆! qo (i% @ i 7 ) D @@@@@@ r r r
Ec.%.
9'
'i!ur 1>. P"no de eBuipotenci"es eBuipotenci"es ,ostrndo e" efecto de un r=o "o "r!o de su curso.
9&
'i!ur 18 -rici&n de " for, de" ni%e" fre(tico en "s cercn=s de un dren.
:B
donde flujo total en una sección vertical a travs del perímetro mojado del dren (m (m7 2día)
qo i @ i %
gradie gradiente nte !idráu !idráuli lico co a cada cada lado lado del dren, donde el flujo flujo es eminentem eminentement entee
7
!ori#ontal (adimensional) D
transmisividad de la región de flujo (m72día)
∆!
difere diferenci ncia a de carga entre entre el nivel nivel de agua en el dren dren y el nivel freáti freático co en las
r
cercanías del mismo (m) r
resistencia radial del dren dren (días2m) (días2m)
r r
ara una sola estrata, Ernst sugiere % r r @@@@@@ ln @@@@@@ r π D π r r
Ec. 7.
o
donde D
conductividad !idráulica para flujo radial (m2día)
espesor del estrato donde ocurre resistencia radial (m)
r
radio del dren (m)
r
o
En un terreno en que e*ista un sistema de drenes ya instalados, es posible determinar la resistencia de toda el área a partir de la siguiente e*presión
∆! 37 1 @@@@@@ @@@@@@ F 3r q 'D m
r r
Ec.9.
donde 1
resistencia del área (días2m) (días2m)
∆!
m
diferenci diferencia a de elevación elevación entre entre el nivel nivel de de agua en el interior interior de los los drenes drenes y el punto medio entre dos drenes (m)
q
descarga del dren (m2día)
D
transmisividad del acuífero (m7 2día)
:%
3
espaciamiento entre drenes (m)
ara una correcta evaluación de un plano de iso!ypsas no sólo se debe considerar la topografía del terreno, la red de drenaje natural y los patrones locales locales de recarga y descarga sino tambin las formaciones geológicas subsuperficiales.
/ás específicamente, es
imprescindible conocer la distribución espacial espacial de las capas de mayor o menor conductividad que pudieran e*istir en el subsuelo.
+lgunos casos típicos de esta naturale#a que pueden estar afectando la forma del nivel freático se muestran en la figura %&. En el caso (+) de dic!a figura, fig ura, la presencia de Glentes de arcillaH ubicados a escasa profundidad profundidad de la superficie superficie pueden provocar una elevación local del nivel freático freático a=n cuando la recarga recarga (por riego riego o lluvia) sea sea uniforme. Ctro tanto tanto ocurre ocurre en el caso (8) donde una elevación del estrato estrato más impermeable impermeable !ace que el agua subterránea se acerque a la superficie del suelo. En los casos (") y () se produce una fuerte declinación de la napa debido a un cambio en la te*tura del sustrato y a una falla geológica, respectivamente.
3a 3ey de arcy establece que la velocidad del agua subterránea (;) es directamente proporcional al gradiente (id!2d*) y una constante de proporcionalidad conocida como conductivida conductividad d !idráulica !idráulica (D). Esto signific significa a a su ve# que a flujo constante, constante, el gradiente gradiente es inversame inversamente nte proporcional proporcional a la conductividad conductividad !idráulica. !idráulica.
"onsecuent "onsecuentemente emente,, es posible
deducir deducir que en un plano de equipotenci equipotenciales, ales, en la medida medida que las curvas curvas se acercan unas a otras otras el gradiente gradiente es mayor y la conductividad conductividad !idráulic !idráulica a menor. or el contrario, contrario, cuando cuando las curva se distancian unas de otras la la gradiente es menor pero la conductividad !idráulica es mayor.
:7
'i!ur 'i!ur 17. Inf"uenci Inf"uenci de" ori!en ori!en * crcter crcter=sti =stics cs de" su#sue" su#sue"o o so#re " " for, de" ni%e" ni%e" fre(tico. A) Lentes de rci"" en un sue"o re!do Bue i,pide e" f"u/o %ertic" descendente +) Efecto de " for, de" estrto i,per,e#"e so#re e" ni%e" fre(tico C) C,#io en e" ,teri" de" sue"o D) Presenci de un f"" !eo"&!ic
:9
En resumen, es posible se-alar que a partir de un plano de equipotenciales, iso!ypsas o curvas de nivel del agua subterránea es posible derivar derivar la siguiente información a) dirección del flujo, b) gradiente del agua subterránea, c) cantidad de agua subterránea en movimiento movimiento y d) áreas de recarga y descarga.
P"nos de isoprofundidd. "omo se mencionó en la sección 9.7. los mapas de isoprofundidad isoprofundidad indican áreas en las cuales el nivel freático se encuentra encuentra dentro de un cierto cierto rango de profundidad. profundidad. "onsecuenteme "onsecuentemente, nte, su mayor utilidad consiste en poder separar sobre l la superficie efectivamente a considerar en el proyecto proyecto o en otras palabras la superficie superficie efectivamente efectivamente afectada por un problema problema de drenaje que amerite su estudio y solución.
+ modo de ejemplo, en la figura 7B (obtenida de la figura %7) se !a identificado como área del proyec proyecto to,, aque aquell lla a supe superf rfic icie ie que que tien tienee el nive nivell freát freátic ico o igua iguall o infe inferi rior or a % m de profundidad.
Esto significa que, por consideraciones propias del cultivo que se desea
implantar implantar toda área en la cual el nivel freático se encuentra encuentra a más de % m de profundidad queda fuera del proyecto por cuanto en forma natural satisface los requerimientos del cultivo.
"omo "omo se !a se-a se-ala lado do ante anteri rior orme ment nte, e, para para inte interp rpre reta tarr adecu adecuad adam amen ente te un plano plano de isoprofundidades del nivel freático es necesario tener en consideración una serie de factores. or ejemplo, si en un área e*isten niveles freáticos superficiales en forma casi permanente difícilmente podrá asociarse asociarse a la ocurrencia ocurrencia de lluvias o riegos eventuales. "asi siempre siempre una situación de esta naturale#a se debe a que la cantidad de agua que entra al sistema es mayor que la que sale. or otro otro lado !abrá una serie serie de factores tales tales como topografía, topografía, geología, geología, vegetación, uso del suelo, etc. que deberán tomarse en cuenta para la correcta correcta interpretación del plano.
::
'i!ur 2;. Are de" pro*ecto pro*ecto o#tenido prtir de un ,p de isoprofundiddes. isoprofundiddes.
:?
P"no de f"uctuciones de" ni%e" fre(tico. En áreas topográficamente altas el nivel freático está usualmente a gran profundidad, mientras que en áreas topográficamente bajas el nivel freático se se encuentra superficial. superficial. Esto significa que en las primeras e*iste espacio para que las fluctuaciones sean grandes, mientras que en el segundo caso las fluctuaciones son más peque-as y generalmente ocurrirán cerca de la superficie superficie del suelo. or tanto las fluctuaciones del nivel freático están estrec!amente relacionadas con la profundidad del mismo.
Un segundo factor que debe ser considerado en la evaluación e interpretación interpretación de este tipo de planos es el valor de la porosidad drenable o efectiva ( µ ) del suelo.
uesto que esta
porosidad efectiva en suelos arcillosos es baja y alta en suelos arenosos, los cambios o
:?
P"no de f"uctuciones de" ni%e" fre(tico. En áreas topográficamente altas el nivel freático está usualmente a gran profundidad, mientras que en áreas topográficamente bajas el nivel freático se se encuentra superficial. superficial. Esto significa que en las primeras e*iste espacio para que las fluctuaciones sean grandes, mientras que en el segundo caso las fluctuaciones son más peque-as y generalmente ocurrirán cerca de la superficie superficie del suelo. or tanto las fluctuaciones del nivel freático están estrec!amente relacionadas con la profundidad del mismo.
Un segundo factor que debe ser considerado en la evaluación e interpretación interpretación de este tipo de planos es el valor de la porosidad drenable o efectiva ( µ ) del suelo.
uesto que esta
porosidad efectiva en suelos arcillosos es baja y alta en suelos arenosos, los cambios o fluctuaciones del nivel freático en suelos arenosos será inferior que en suelos arcillosos, bajo una misma condición de recarga. Esto puede demostrarse aplicando la siguiente e*presión
∆5 µ ∆!
Ec.:.
donde ∆5
cambi cambios os en el el almac almacenam enamien iento to de de agua agua del del suel suelo o en un cier cierto to perí período odo de tiem tiempo po (m) (m)
µ
porosidad drenable
∆!
camb cambio io de de la alt altur ura a del del nive nivell freát freátic ico o en el el mism mismo o perí período odo de de tiemp tiempo o (m) (m)
+sumiendo que la porosidad drenable de un suelo arcilloso es ?I y la de un suelo arenoso es 7BI y los cambios cambios en el almacenamiento almacenamiento (recarg (recarga) a) de B,7B m, al aplicar aplicar la ecuación :.:. resu result lta a que que los los cambi cambios os en altu altura ra del del nive nivell freá freáti tico co ( ∆!) serán de : m. y de % m., respectivamente.
P"nos de diferenci de cr! 0idr(u"ic. 3a diferencia en carga !idráulica entre el agua subsuperficial y subterránea está direct directame amente nte relaci relaciona onada da a la conduct conductivi ividad dad (res (resis isten tencia cia !idráu !idráulic lica) a) de las capas capas más profundas. ebido a que tales estratas son raramente !omogneas y de igual espesor a lo
:>
largo y anc!o del área en estudio, la resistencia !idráulica de estas estratas varía de un punto a otro y consecuentemente su diferencia de cargas !idráulicas. + objeto de facilitar los cálculos, cálculos, es recomendable recomendable (aunque (aunque laborioso) laborioso)
elaborar elaborar mapas de igual distribuc distribución ión de
resistencia !idráulica.
5i en el área área bajo bajo estudi estudio o e*iste e*isten n acuífe acuíferos ros semi@con semi@confin finado ados, s, es posibl posiblee evalua evaluarr el flujo flujo vertical vertical ascendente ascendente o descendente descendente a travs travs de dic!os acuíferos. acuíferos. ara tal tal efecto se usa la e*presión.
!@!J !@!J ; DJ @@@@@@ @@@@@@ J c K
Ec. ?.
donde ;
velocidad del flujo vertical ascendente por unidad de área (m2día)
c
J2D J2DJJ res resis iste tenc ncia ia !id !idrá rául ulic ica a del del est estra rato to semi semipe perm rmea eabl blee (dí (días as))
!@!J
∆! diferencia de carga entre acuíferos
K
En suelos regados puede presentase la situación inversa, es decir, el acuífero confinado es alimentado alimentado por e*cesos e*cesos de agua provenient provenientes es de la superficie. superficie. En estos casos casos se utili#a utili#a la misma fórmula para calcular el flujo vertical descendente.
P"nos de c"idd de !us. 3os planos de calidad de aguas permiten estudiar la salinidad de los suelos, reali#ar balances de sales y requerimientos de lavado y convertir la carga !idráulica de los pie#ómetros instalados en acuíferos con diferente salinidad, salinidad, a carga !idráulica !idráulica de agua dulce.
5i la concentración de sales del agua que entra entra a las estratas estratas superiores superiores es conocida, puede calcularse calcularse una concentra concentración ción promedio promedio para toda el área. área. Este valor valor multiplicad multiplicado o por la velocidad de ascenso vertical ascendente (; ), da como resultado el abastecimiento de sales K
al área en estudio.
:A
;ariaciones espaciales de la calidad del agua subterránea están estrec!amente relacionadas con la topografía, la geología, geología, la dirección e intensidad del flujo, flujo, el tiempo de residencia, residencia, la profundidad del agua subterránea y el clima.
En regiones !=medas, áreas topográficamente altas se comportan generalmente como áreas de recarga recarga y allí el agua es de buena calidad. calidad. or el contrario, contrario, en climas climas áridos o semi@ semi@ áridos, áridos, áreas topográficament topográficamentee bajas son áreas de descarga descarga y por lo general general la calidad calidad del agua es mala debido a la disolución de minerales, minerales, concentración de sales y alta alta evaporación. En áreas costeras y de los deltas de los ríos el agua subterránea puede llegar a ser e*tremadamente salina debido a la instrusión de agua de mar y la disolución de las sales que e*isten en las terra#as terra#as de de origen marino adyacentes. 3as partes más altas, sin embargo, son áreas de descarga y por tanto es posible esperar la presencia de agua dulce.
En #onas áridas y semiáridas las napas freáticas superficiales son por lo general salinas debido a la alta evaporaci evaporación ón que consume consume el agua y concentra concentra las sales. sales. El riego de dic!as dic!as áreas puede aumentar la salinidad del agua subterránea por disolución disolución de las sales presentes presentes en las estratas superiores del suelo.
0inalmente, áreas regadas adyacentes a áreas no regadas de climas áridos o semiáridos tienden tienden a tener mejor mejor calidad del agua subterrá subterránea nea debido a que por efecto del gradiente !idráulico que se genera e*iste un continuo movimiento de aguas subterráneas salinas salinas !acia el sector sin riego donde se evapora el agua y se concentra la sal.
-. CITAS +I+LIO?RA'ICAS. "astilla, . Cscar. %&>>. Lormas para el estudio y proyecto de sistemas sistemas de drenaje de aguas freáticas en los distritos de riego. 5ecretaría 5e cretaría de 1ecursos Midráulicos, irección $eneral de istritos de 1iego. /*ico, .0. /emorandum 6cnico LN7:B.
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