UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
TRABAJO ENCARGADO:
“PROBLEMAS DE NAPA FREATICA”
CURSO: AGUAS SUBTERRANEAS PROFESOR: TORIBIO SANTAYANA VELA NOMBRE: ENZO PABLO HURTADO MENA
GRUPO:C/C *
2014-I
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA Curso: AGUAS SUBTERRANEAS PROBLEMAS DE NAPA FREATICA 1. En el siguiente mapa topográfico, a escala 1:50000, se presenta un área de geología homogénea, que constituye un acuífero libre, con K = 15 m/día y porosidad efectiva de 0,25. En la localización de los pozos (+) se presenta la profundidad del nivel freático. En el punto C se ha detectado un contaminante, que puede provenir de los depósitos ubicados en los puntos A o B. Se pide: a. Elaborar el mapa de isoprofundidad b. Elaborar el mapa de curvas hidroisohipsas c. Establecer de qué depósito proviene el contaminante encontrado en el punto C y calcular el tiempo que demoró en llegar.
A) MAPA DE ISOPROFUNDIDAD
COORDENADAS ASUMIDAS: X 370826.205 370672.961 370795.975 370708.106 370857.564 370893.512 370972.197 371074.923 371193.766 370997.105 370997.559 371080.178 371147.83 371192.087 371089.888 371140.519 371286.802
Y PROFUNDIDAD 311709.383 22 311476.323 10 311362.553 9 311716.643 38 311506.997 19 311804.766 21 311702.946 16 311885.642 24 311865.665 11 311492.911 16 311419.787 14 311433.825 17 311366.213 10 311692.305 18 311627.228 14 311584.861 15 311464.928 16
B) MAPA DE CURVAS HIDROISOHIPSAS
X 370826.205 370672.961 370795.975 370708.106 370857.564 370893.512 370972.197 371074.923 371193.766 370997.105 370997.559 371080.178 371147.83 371192.087 371089.888 371140.519 371286.802
Y 311709.383 311476.323 311362.553 311716.643 311506.997 311804.766 311702.946 311885.642 311865.665 311492.911 311419.787 311433.825 311366.213 311692.305 311627.228 311584.861 311464.928
N.F 638 630 621 642 623 639 623 638 629 614 606 603 592 613 617 608 585
C)
DATOS K= POROSIDAD= COTA PUNTO C= COTA PUNTO A= DIFERENCIA= LONGITUD= GRADIENTE= VELOCIDAD(m/d)= VELOCIDAD REAL (m/d)= TIEMPO (DIAS)= TIEMPO(AÑOS)=
15 0.25 618 681 63 4536.33 0.013888 0.208318 0.833273 5443.99 14.915047
El contaminante encontrado en el punto C proviene del depósito A, esto se determina viendo el sentido de donde se originan las líneas de flujo las cuales provienen del punto A y se demoró en 14.915 años en llegar al punto C. 2. Obtenga los planos de isoprofundidad y de hidroisohipsas del acuífero seleccionado y describa las condiciones del comportamiento de la napa freática.
MAPA DE HIDROISOHIPSAS
MAPA DE ISOPROFUNDIDAD
ANALISIS DE LA MORFOLOGIA DE LA NAPA
La napa freática contenida en el acuífero es libre y superficial, siendo su fuente de alimentación las aguas que se infiltran de la parte alta de la cuenca (zona húmeda) de los tributarios , así como también; las que se infiltran a través del lecho del río, de los canales de riego no revestidos y, en las áreas que se encuentran bajo riego ANALISIS DE LA SUPERFICIE PIEZOMETRICA
Con la finalidad de estudiar la morfología de la superficie piezométrica, determinar la dinámica de la napa y, definir las reservas totales almacenadas en el acuífero, se conformó la Red Piezométrica en el valle (red de observación pre establecida), para lo cual se seleccionó pozos como piezómetros; que están distribuidos uniformemente en todo el área de estudio. La red está constituida por 227 pozos , distribuidos 40 en Cieneguilla, 92 en Lurín y 95 en Pachacamac. Para el análisis de la morfología del techo de la napa, el valle fue dividido en tres (03) zonas:
Zona I: Lurín
Entre los sectores Las Salinas y Los Claveles, la orientación del agua discurre de noreste a suroeste , con una pendiente de 0.64 %; ubicándose las cotas de agua entre 2.00 y 4.00 m.s.n.m. A continuación entre los sectores Playa Arica y Praderas de Lurín, la napa se orienta de noreste a suroeste, con una gradiente hidráulica de 1.00 % y cuyas cotas de agua oscilan entre 0.00 y 8.00 m.s.n.m. Entre los sectores Sumac Paccha y Zona Industrial, la dirección del flujo de aguas es de noroeste a sureste, con una pendiente hidráulica de 0.41 % y con cotas de nivel de agua entre 0.00 y 2.00 m.s.n.m. Asimismo entre los sectores Los Higos y Los Puquiales, el flujo se orienta de noreste a suroeste , su gradiente hidráulica es de 2.78 %; mientras que las cotas de agua varían de 4.00 a 16.00 m.s.n.m. En el sector del fundo Santa Rita, la dirección del flujo de agua es de este a oeste , con una gradiente hidráulica de 3.48 %, mientras que las cotas de agua se encuentran entre 4.00 y 16.00 m.s.n.m. Entre los sectores Huarangal y La Mina, el flujo se orienta de noroeste a sureste, su pendiente es de 2.11 %, con cotas de agua que fluctúan entre 6.00 y 22.00 m.s.n.m; mientras que entre los sectores Lurín y San Pedro, el flujo se orienta de noroeste a sureste , su pendiente es de 0.58 %, y sus cotas de agua fluctúan de 5.00 a 10.00 m.s.n.m. Asimismo en el sector San Vicente, el sentido de flujo se orienta de noreste a suroeste con una pendiente hidráulica de 0.64 %, encontrándose sus cotas de agua entre 3.00 y 5.00 m.s.n.m. Entre los sectores Panamericana y Señor del Morro, cercanos a la carretera Panamericana sur, el sentido de flujo es de noreste a suroeste, con una pendiente de 1.45 %; ubicándose las cotas de agua entre 0.00 y 4.00 m.s.n.m. Asimismo en el sector Buenavista Baja, el sentido de la napa subterránea se orienta de noreste a suroeste, su gradiente hidráulica es de 0.58 % y las cotas de nivel verían de 14.00 a 18.00 m.s.n.m. En el sector Buenavista Alta, la dirección del flujo de aguas es de noreste a suroeste , con una pendiente hidráulica de 3.38 % y cotas de nivel de agua que se ubican entre 28.00 y 42.00 m.s.n.m. En el sector Buenavista, la napa tiene una orientación sureste a noroeste, con una pendiente de 0.77 % y con cotas entre 38.00 y 42.00 m.s.n.m; mientras que en el sector Rinconada, la napa se orienta de suroeste a noreste, con una gradiente hidráulica de 1.61 %, y con cotas de nivel de agua que
fluctúan entre 38.00 y 43.00 m.s.n.m. A continuación se ubica el sector Rinconada Baja, donde la napa tiene una orientación de noroeste a suroeste y una pendiente hidráulica de 2.18 % y con cotas de niveles que fluctúan entre 38.00 y 44.00 m.s.n.m.
Zona II: Pachacamac
Esta zona se encuentra ubicada en la parte central del valle. Así, entre los sectores Santa Rosa y Huertos de Villena, el sentido de flujo es de noreste a suroeste , su gradiente hidráulica de 0.81 %, y las cotas del nivel de agua varían de 18.00 a 26.00 m.s.n.m; mientras que entre los sectores Casica y El Olivar, el flujo subterráneo se orienta de noreste a suroeste , la gradiente hidráulica discurre con una pendiente de 1.78 % y sus cotas de nivel fluctúan entre 34.00 y 42.00 m.s.n.m. Entre los sectores Los Claveles y Cerro Colorado, el flujo subterráneo tiene una dirección de noreste a suroeste, la gradiente hidráulica tiene una pendiente de 1.22 % y las cotas de los nivele s de agua fluctúan entre 50.00 y 54.00 m.s.n.m. Entre los sectores Las Palmas y Clara Luisa, el flujo se orienta de noreste a suroeste , tiene una pendiente de 1.16 %; mientras que las cotas de agua fluctúan de 34.00 a 42.00 m.s.n.m. Se observa también que entre los sectores Platanal Bajo y Platanal Alto, el sentido de flujo subterráneo tiene una dirección de noreste a suroeste, su gradiente hidráulica es de 3.48 %, mientras que sus cotas varía n de 62.00 a 74.00 m.s.n.m. . Entre los sectores La Pampilla y Cuatro Bocas, el sentido de flujo es de noreste a suroeste, con una pendiente de 2.58 %; ubicándose las cotas de agua entre 62.00 y 70.00 m.s.n.m. Asimismo, entre los sectores Venturosa y Quebrada Verde, el sentido de flujo del agua subterránea sigue de noreste a suroeste , encontrándose la pendiente hidráulica en 2.58 % y las cotas de agua entre 62.00 y 70.00 m.s.n.m. Debemos indicar que entre los sectores Casablanca y Pachacamac, el sentido de flujo es de noreste a suroeste , con una gradiente hidráulica de 3.00 %; ubicándose las cotas de agua entre 76.00 y 88.00 m.s.n.m.
Zona III: Cieneguilla
Entre los sectores Manchay y Cieneguilla, la dirección de flujo del agua es de noroeste a sureste, con diferentes gradientes hidráulicas; en una primera parte de este sector , la pendiente es de 2.26 %, con cotas de nivel de agua entre 208.00 y 240.00 m.s.n.m.; en la segunda parte tiene una pendiente hidráulica de 1.36 % y cotas de nivel de agua que oscilan entre 256.00 y 272.00 m.s.n.m. Asimismo, entre los sectores Tercera Etapa y Molle Bajo, el sentido de flujo es de noreste a suroeste , su gradiente hidráulica es de 2.62 %, y las cotas del nivel de agua se encuentran entre 372.00 y 400.00 m.s.n.m. El nivel estático de la napa se ubica a profundidades que varían entre 0.65 – 0.74 m. de profundidad (sectores El Olivar y Santa Rosa) principalmente y 45,30 m (San Francisco) – 57.18 m (Sumac Paccha), llegando incluso a 67.45 m. (sector Sumac Paccha, distrito de Lurín).
ANALISIS DE ISOPROFUNDIDAD En base a las medidas de los niveles estáticos del agua, se ha elaborado el plano de Isoprofundidad de la napa, que permite dar una visión general de los niveles del agua subterránea en todo el valle. En el área investigada, los niveles de agua más superficiales se encuentran en los sectores El Olivar (zona II) y Santa Rosa (zona II), donde los niveles oscilan entre 0.65 y 0.74 m. de profundidad; mientras que los niveles más profundos se ubican entre 45.30 m (San Fernando – Zona II) y 57.18 m. (sector Sumac Paccha - zona I) de profundidad, llegando inclusive hasta 67.45 m. de profundidad (sector Sumac Paccha). PROFUNDIDAD DE LA NAPA FREÁTICA VALLE LURÍN
CARACTERÍSTICAS DE LA MORFOLOGÍA DE LA NAPA FREÁTICA VALLE LURÍN
3. Una pequeña cuenca hidrográfica de 160 km2 de extensión superficial, situada junto al mar, está desarrollada sobre un acuífero libre rodeado de materiales impermeables, conforme se muestra en la figura adjunta. Del inventario de puntos de agua realizado en la región, se ha obtenido la cota absoluta del nivel del agua en los distintos pozos; también se ha podido conocer que el espesor medio de saturación del acuífero es de 50 m, y que la permeabilidad media de los materiales que lo constituyen es de 100 m/día y su porosidad efectiva del 5%. Sabiendo que el sistema se encuentra en régimen permanente, se pide: a) Dibujar el mapa de isopiezas y las líneas de flujo correspondientes. b) Estimar el tiempo que tardaría una partícula de agua inyectada en el punto A en alcanzar el cauce del río.
A) MAPA DE ISOPIEZAS Y LINEAS DE FLUJO
ASUMIENDO COORDENADAS: ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
X 9247.6357 10762.3626 7364.7317 12328.7357 7701.4164 10159.7935 10590.5629 10351.1257 5816.2204 8285.0156 6670.5085 10808.3044 13180.7305 16842.9632 14690.3923 12599.1421 14137.5055 13362.1264 16785.7433 18668.4155 18302.4738 21040.0322 18530.9924 21987.4603 21061.5901 19989.4142 17894.3576 15097.0332 13362.1264 11736.4558 9710.6108 11730.5924 14722.235 12362.4496 13640.9528 14588.2175 16397.5775
Y 1593.0143 1912.734 3120.0078 2683.675 4731.3741 4564.4125 3890.0172 5061.6743 6052.7878 6978.8911 8473.3363 7830.7139 6232.985 5473.7673 7976.4921 7679.6951 5203.2135 9672.0466 6939.4214 6241.196 8465.9582 7236.6527 10018.6899 9832.6846 11349.3778 11983.2437 11509.3827 9611.0366 9672.0466 8811.7492 9654.7504 11056.9679 11734.2927 13206.731 14061.5115 13208.7202 13036.5291
COTA 0.1 0.5 0.2 1.2 0.9 0.8 1 1 1.1 2 2.2 2.1 1.9 2.8 2.5 2 2.1 2.9 3.1 3.3 3.9 4.2 4 4.8 5.3 4.9 4 3 2.9 2.6 3.1 3.9 4.1 4.8 5.4 5.2 4.9
TIPO NR NR NR NR NR NR NR RIO NR NR NR NR NR NR NR RIO NR NR NR NR NR NR NR NR NR NR RIO RIO NR NR NR NR NR NR NR NR NR
B) ESTIMAR EL TIEMPO QUE TARDARÍA UNA PARTÍCULA DE AGUA INYECTADA EN EL PUNTO A EN ALCANZAR EL CAUCE DEL RÍO. DATOS K= POROSIDAD= COTA PUNTO C= COTA PUNTO A= DIFERENCIA= LONGITUD= GRADIENTE= VELOCIDAD(m/d)= VELOCIDAD REAL (m/d)= TIEMPO (DIAS)= TIEMPO(AÑOS)=
100 0.05 2.57 4.7 2.13 3736.6 0.000570037 0.057003693 1.140073864 3277.506939 8.979471066
4. La posición del nivel freático en un acuífero aluvial cercano al río Azul (Blue River) se registra periódicamente en una red de 14 pozos de monitoreo (A, B y C) y 9 pozos de abastecimiento doméstico (DW), los que se muestran en la Figura siguiente.
En la siguiente Tabla se presenta los datos del nivel de la napa subterránea (período de verano de 1994 y primavera de 1995)
Tabla 2. Elevaciones del nivel freático en red de monitoreo POZO
COOR X
COOR Y
Verano Primavera 2004 2005 (m) (m) 673.90 675.60
A-l
(m) (m) 579872.34 4156625.87
A-2
579938.25 4156833.42
672,60
675.55
A-3
580029.12 4157117.56
672.75
675.60
A-4
580080.49 4157282.19
674.65
675.65
B-l
580134.86 4156512.96
673.40
674.70
B-2
580180.35 4156717.51
672.70
674.40
B-3
580223.30 4156846.25
671.60
673.60
B-4
580259.27 4156984.09
672.35
674.15
B-5
580323.65 4157113.12
673.50
674.10
B-6
580350.45 4157268.09
674.70
675.00
C-l
580422.10 4156675.15
672.85
673.65
C-2
580463.54 4156675.23
672.10
673.05
C-3
580524.05 4156827.63
671.50
672.55
C-4
580570.72 4156966.07
672.70
672.70
DW1
579832.14 4157313.89
674.75
676.45
DW2
579949.16 4157180.20
673.45
675.90
DW3
580533.25 4157134.51
673.75
673.80
DW4
580470.81 4157036.78
672.90
673.35
DW5
579968.06 4156674.83
673.45
675.30
DW6
580087.19 4156669.12
673.20
674.85
DW7
580270.34 4156527.45
673.10
674.20
DW8
580500.18 4156558.78
672.65
673.10
DW9
580629.02 4156506.19
672.80
672.85
a. Determine los niveles de agua en el río Azul para las dos fechas indicadas, en los puntos de intersección con los perfiles A-A’, B-B’, y C-C’. Suponga que la conductividad hidráulica es igual a 3,47x10-4 m/s y que la porosidad es de un 20%. Determine el tiempo aproximado en el cual el contaminante llegaría hasta el río.
PRIMAVERA
Niveles de agua en el río Azul en los puntos de intersección con los perfiles A-A’, B-B’, y C-C’.
A-A’: 675.75 – 675.6
B-B’: 675 – 674.7
C-C’: 673.6 – 672.5
Si un contaminante se incorpora al acuífero en la posición del pozo DW7, se desea conocer la trayectoria que seguiría ese contaminante una vez que llegue al nivel freático. Se asume que el medio poroso es isotrópico (misma conductividad hidráulica, mismas propiedades físicas).
Suponiendo que la conductividad hidráulica es igual a 3,47x10-4 m/s y que la porosidad es de un 20%. Se determina el tiempo aproximado en el cual el contaminante llegaría hasta el río.
X DW7 C-3 Dh D K Porosidad
Y
Z
580270.34
4156527.45
580524.05
4156827.63
393.035 m 29.978 m/dia 0.2
674.2 672.55 1.65
DATOS K= POROSIDAD= COTA PUNTO C-3= COTA PUNTO DW7= DIFERENCIA= LONGITUD= GRADIENTE= VELOCIDAD(m/d)= VELOCIDAD REAL (m/d)= TIEMPO (DIAS)= TIEMPO(AÑOS)=
29.978 0.2 672.55 674.2 1.65 393.035 0.004198099 0.125850624 0.62925312 624.6055642 1.711248121
VERANO
Niveles de agua en el río Azul en los puntos de intersección con los perfiles A-A’, B-B’, y C-C’.
A-A’: 674.60 – 673.85
B-B’: 674.65 – 673.40
C-C’: 672.70 – 672.80
Si un contaminante se incorpora al acuífero en la posición del pozo DW7, se desea conocer la trayectoria que seguiría ese contaminante una vez que llegue al nivel freático. Se asume que el medio poroso es isotrópico (misma conductividad hidráulica, mismas propiedades físicas).
Suponiendo que la conductividad hidráulica es igual a 3,47x10-4 m/s y que la porosidad es de un 20%. Se determina el tiempo aproximado en el cual el contaminante llegaría hasta el río.
DATOS K= POROSIDAD= COTA PUNTO C-3= COTA PUNTO DW7= DIFERENCIA= LONGITUD= GRADIENTE= VELOCIDAD(m/d)= VELOCIDAD REAL (m/d)= TIEMPO (DIAS)= TIEMPO(AÑOS)=
5.
29.978 0.2 671.6 674.2 2.6 322.251 0.008068245 0.241869847 1.209349234 266.4664523 0.730045075
En el mapa hidrogeológico adjunto se indica la posición de varios pozos (P) y sondeos (S) y en la tabla siguiente se proporcionan sus datos de cota del terreno (msnm) y profundidad del nivel piezométrico (m).
El pozo P14 (195 msnm) alcanzó a los 115 m de profundidad las margas que atraviesa el sondeo S14 (353 msnm); sondeo que resultó negativo, perforándose hasta 293 m de profundidad. Se pide: a) Trazar el mapa de curvas hidroisohipsas. b) Caracterizar la relación río-acuífero, a lo largo de la sección X-X’. c) Elaborar el mapa de isoprofundidad de la napa freática. (*) En este problema el término “pozo” (P) se refiere a pozo de observación y el de “sondeo” (S), a pozo de explotación (en literatura española
A) TRAZAR EL MAPA DE CURVAS HIDROISOHIPSAS. X
Y
pnp
POZO
14811.5 14768.7 14825.6 14448.3 14265.9 13958.1 13138.5 14134.5 14039.6 14492.8 13667.5 13454.5 13496.3 13646.8 14109.3 14480.9 13903.7 12849.8
4795.48 5770.13 4314.83 5222.77 5993.56 5875.62 4706.25 5338.3 4840.85 5688.77 5519.15 5055.24 4205.69 4679.33 4334.24 4813.71 5139.84 5398.03
215 195 305 293 82 74 115 85 92 78 79 88 93 80 112 100 94 115
S1 S2 S3 S14 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14
B) CARACTERIZAR RELACIÓN RÍO-ACUÍFERO, A LO LARGO DE LA SECCIÓN X-X’.
Para llegar a un buen aprovechamiento del recurso hídrico se requiere conocer los mecanismos de recarga del acuífero, en este ejercicio, tenemos los sustratos de suelo, los cuales nos permiten reconocer si llega a ser una fuente de recarga. Se puede ver que el sentido de flujo tiene muy pocas variaciones respecto a los estratos de suelos como filitas o margas y su mayoría va en una sola dirección en sentido suroeste.
Se puede apreciar que el tipo de sustrato de suelo en el margen izquierdo del rio es filita, el cual por ser impermeable no ayuda a la recarga del acuífero. Además en el lado derecho del rio, solo el pozo de sondeo S4 se encuentra en las margas, el cual es un suelo impermeable y no permite la recarga del acuífero. De ahí en adelante, el resto de sustratos son permeables por lo que hacen que sea posible la recarga del acuífero.
C) ELABORAR EL MAPA DE ISOPROFUNDIDAD DE LA NAPA FREÁTICA.
X
Y
prof
POZO
14811.5 14768.7 14825.6 14448.3 14265.9 13958.1 13138.5 14134.5 14039.6 14492.8 13667.5 13454.5 13496.3 13646.8 14109.3 14480.9 13903.7 12849.8
4795.48 5770.13 4314.83 5222.77 5993.56 5875.62 4706.25 5338.3 4840.85 5688.77 5519.15 5055.24 4205.69 4679.33 4334.24 4813.71 5139.84 5398.03
90 175 35 60 125 125 50 100 75 125 100 75 50 75 50 75 75 60
S1 S2 S3 S14 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 P13 P14
6. En el mapa siguiente se representa la extensión de un acuífero situado en la zona baja de un río
que desemboca en el mar. Se pide: a) Trazar las curvas isopiezas de 0, 5, 15, 50 y 100 msnm; y, para cotas negativas, curvas isopiezas a intervalos de 1 m. Dibujar las líneas de flujo. b) Identificar las zonas de descarga del acuífero. c) Calcular el gradiente hidráulico en las zonas A y B. ¿Qué se puede decir del acuífero en esas dos zonas, con arreglo a la aplicación de la ley de Darcy?
A) CURVA DE ISOPIEZAS
B)
C)
Longitud Diferencia de cota Gradiente hidráulico
TRAMO A 237.611 10 0.04208
TRAMO B 322.335 5 0.0155
TRAMO A: En este tramo tenemos una mayor gradiente hidráulica, esto nos indica que en esta zona encontraremos mayor velocidad de movimiento del agua subterránea hacia las zonas de descarga. También se puede mencionar que esta zona está compuesto por montañas las cuales hacen que exista una gran diferencia de alturas.
TRAMO B: En esta zona encontramos una pequeña gradiente, esto se puede explicar por encontrarse muy cerca de las zonas de descarga, donde no encontramos variaciones importantes de altura.