EXPLORACION Y EXPLOTACION DE AGUAS SUBTERRANEAS RODOLFO BARRERA OLMOS CUC-2014
QUE ES EL AGUA SUBTERRANEA • Cuando la lluvia cae al suelo, el agua no deja de moverse. Alguna fluye lo largo de la superficie de la tierra a los arroyos o lagos, una la utilizan las plantas, una parte se evapora y regresa a la atmósfera, y algunas filtraciones en el suelo. El agua se filtra en el suelo al igual que un vaso de agua vertida sobre un montón de arena. (Ciclo hidrológico).
QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA • Cuando el agua se filtra en el suelo, parte de esta se aferra a las partículas del suelo o de las raíces de las plantas justo debajo de la superficie terrestre. Esta humedad proporciona a las plantas el agua que necesitan para crecer. El agua no usada por las plantas se mueve más profundamente en el suelo. El agua se mueve hacia abajo a través de espacios vacíos o grietas en el suelo, arena, rocas o hasta que alcanza una capa de roca a través de la cual el agua no se puede mover fácilmente. Entonces, el agua llena los espacios vacíos y grietas por encima de esa capa. La parte superior del agua en el suelo, arena o rocas se llama la capa freática y el agua que llena los espacios vacíos y grietas se llama agua subterránea. • El agua que se filtra por debajo de la superficie de la tierra se suma a las aguas subterráneas y se llama aguas de recarga. El agua subterránea se recarga de las agua de lluvia y deshielo o del agua que se filtra a través de la parte inferior de algunos lagos y ríos. El agua subterránea también se puede recargar cuando los sistemas (tuberías y canales) se derraman y cuando los cultivos se riegan con más agua que las plantas pueden usar.
QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA
QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA • Por lo menos un poco de agua del suelo se puede encontrar en casi todas partes. El nivel freático puede ser profundo, como debajo de una ladera, o superficial, como debajo de un valle. El nivel freático puede subir o bajar dependiendo de varios factores. Las fuertes lluvias o nieve derretida pueden aumentar la recarga y hacer que el nivel freático se eleve. Un período prolongado de tiempo seco puede disminuir la recarga y hacer que el nivel freático se caiga. • Acuífero es el nombre dado al conjunto de rocas o sedimentos en el subsuelo a través del cual el agua subterránea puede moverse fácilmente. La cantidad de agua subterránea que puede fluir a través del suelo o de la roca depende del tamaño de los espacios en el suelo o roca y lo bien que los espacios están conectados . La cantidad de espacios es la porosidad . La permeabilidad es una medida de lo bien que están conectados los espacios .
QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA • Los acuíferos consisten típicamente de grava, arena , arenisca o roca fracturada como la piedra caliza . Estos tipos de materiales son permeables porque tienen grandes espacios conectados que permiten que el agua fluya a través . Los espacios en un acuífero de grava son llamados poros. Los espacios en un acuífero de roca fracturada se llaman fracturas. Si un material contiene poros que no están conectados , las aguas subterráneas no se puede pasar de un espacio a otro . Estos materiales se dice que es impermeable . Los materiales tales como arcilla o esquistos tienen muchos poros pequeños , pero los poros no están bien conectados. Por lo tanto , la arcilla o los esquistos por lo general restringen el flujo de agua subterránea . La siguiente ilustración muestra cómo las conexiones entre los poros o fracturas controlan cómo el agua se mueve a través de un
QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA
EXPLORACION Y EXPLOTACION El agua subterránea se puede obtener mediante la perforación o excavación de pozos. Un pozo es generalmente un tubo en el suelo que se llena de agua subterránea. Esta agua puede ser llevado a la superficie de la tierra por una bomba. Los pozos poco profundos se pueden secar si el nivel freático cae por debajo del fondo del pozo, como se ilustra a continuación.
EXPLORACION Y EXPLOTACION • El agua que se extrae de un acuífero se llama agua de descarga. El agua que se bombea de un pozo es la descarga de agua. El agua subterránea también puede descargarse de forma natural en forma de manantiales o en pantanos, lagos o ríos. • Algunos pozos, llamados pozos artesianos, no necesitan una bomba. Estos pozos se perforan en un acuífero artesiano que se intercala entre dos capas impermeables. El agua entra en un acuífero artesiano en una zona de recarga permeable que puede estar a kilómetros de distancia del pozo.
• Cuando se perfora un pozo en un acuífero artesiano, la presión empuja el agua en el pozo por encima de la parte superior del acuífero. Si la presión es lo suficientemente alta, el agua puede fluir desde un pozo .
EXPLORACION Y EXPLOTACION
EXPLORACION Y EXPLOTACION • Podemos agotar las aguas subterráneas si más agua se descarga que recarga. Por ejemplo, durante períodos de tiempo seco, la recarga a los acuíferos disminuye. Si se bombea demasiada agua subterránea en estos tiempos el nivel freático puede caer y los pozos se pueden secar. • • El agua subterránea puede quedar inutilizable si se contamina y ya no es segura para beber. En las zonas donde el material por encima del acuífero es permeable, los contaminantes pueden filtrarse en las aguas subterráneas. El agua subterránea puede ser contaminada por la filtración a través de los vertederos, de los tanques sépticos, de los tanques de combustible subterráneos con fugas, ya veces de fertilizantes o pesticidas utilizado en las explotaciones agrícolas, como se muestra a continuación.
EXPLORACION Y EXPLOTACION
PRESUPUESTO DE AGUA EN EL PLANETA
ACUIFEROS
Mas técnicamente se denomina acuífero a aquella formación geológica que es capaz de almacenar y transmitir el agua subterránea a través de ella en cantidades significativas, de modo que pueda extraerse mediante obras de captación como pozos, sondeos, galerías, etc.
ACUIFEROS Los acuíferos se pueden clasificar: A) En función de la presión hidrostática del agua contenida en ellos: 1.- Acuíferos libres, no confinados o freáticos. 2.- Acuíferos confinados, cautivos o a presión. 3.- Acuíferos semiconfinados o semicautivos. B) En función del tipo de materiales que constituyen el acuífero: 1.- Depósitos no consolidados de materiales sueltos. 2.- Rocas sedimentarias consolidadas. 3.- Rocas ígneas y metamórficas. Acuíferos libres, no confinados, ó freáticos, son aquellos en los que el límite superior de la masa de agua forma una superficie real que está en contacto con el aire de la zona no saturada y, por lo tanto, a presión atmosférica
Acuíferos confinados, cautivos o a presión son aquellos que en su límite superior o techo, el agua está a una presión superior a la atmosférica. Se comportan así los materiales permeables que están cubiertos por una capa confinante mucho menos permeable, por ejemplo, una capa arenosa bajo otra arcillosa. Acuíferos semiconfinados o semicautivos; pueden considerarse como un caso particular de los acuíferos cautivos, en los que el muro (límite inferior), el techo o ambos, no son totalmente impermeables sino que permiten la circulación vertical del agua. Este paso vertical de agua puede hacerse desde o hacia el semipermeable, e incluso variar con el tiempo, según sean los valores relativos de los niveles piezométricos.
ACUIFEROS Rocas sedimentarias consolidadas. Las más importantes son las calizas y las dolomías. Las areniscas y calcarenitas suelen constituir también importantes acuíferos.
Rocas ígneas y metamórficas. Las posibilidades de formar acuíferos en estas rocas quedan reducidas a las zonas alteradas superficialmente o fracturadas por fallas o diaclasas. Pueden tener importancia para el abastecimiento a pequeños núcleos de población y al ámbito rural. Las rocas volcánicas pueden constituir o no importantes acuíferos, su comportamiento está entre las rocas consolidadas porosas y las fracturadas.
ACUIFEROS
Cuando las formaciones geológicas transmiten el agua muy lentamente y es muy difícil extraerla mediante captaciones en cantidades importantes, reciben el nombre de acuitardo. Para definir aquellas formaciones geológicas que conteniendo agua en su interior no la transmiten y, por tanto, no permiten extraerla, se utiliza el término de acuícludo; y acuífugo cuando no contienen agua.
METODOLOGIA Análisis de Información Sensores remotos Geología (Génesis y edad de rocas y sedimentos, Litología, Fracturamiento y alteración de rocas, Tipo de estructura geológica, Geometría de estructuras hidrogeológicas Inventario de Puntos de Agua Exploración geofísica Reconocimiento hidrogeológico Perforaciones exploratorias Caracterización hidrogeoquímica Evaluación hidrológica Evaluación de vulnerabilidad intrínseca a la contaminación Modelo hidrogeológico conceptual Modelo Matemático
PROSPECCION GEOFISICA La Geofísica es una ciencia que utiliza los postulados fundamentales de la Física para investigar el comportamiento de algunos componentes de nuestro planeta como el campo magnético, la densidad de las rocas, su capacidad para conducir la corriente eléctrica y las ondas sísmicas, el movimiento de los continentes y los fondos marinos, etc. Estudia las propiedades físicas del subsuelo y permite correlacionarlas con la geología, lo cual en el caso de la exploración de aguas subterráneas contribuye a determinar la presencia y la geometría de los acuíferos o zonas acuíferas y la obtención de un modelo conceptual, que a su vez se valida con perforaciones exploratorias. Los métodos más convencionales son: Geoelectrica (resistividad) , gravimetría, sísmica, magnetometría, electromagnetismo, registros geofísicos de pozos y nuevas técnicas como la resonancia magnética de protones o nuclear.
PROSPECCION GEOFISICA
PROSPECCION GEOFISICA
PROSPECCION GEOFISICA
SE DEFINEN LAS RESISTIVIDADES, ESPESORES Y PROFUNDIDADES DE LAS DIFERENTES CAPAS
PROSPECCION GEOFISICA Capa No.
Resistividad (Ohmio.m)
Grosor (m)
Profundidad (m)
Litología
1.
1500
2
1
Sedimentos de la Terraza Aluvial seca
2.
60
5
2
Sedimentos de la Terraza saturada
3.
112
37
7
Esquistos Fracturados
4.
350
39
44
Esquistos Sanos
APLICACIONES GEOFISICA
Estimación del nivel de la profundidad del agua subterránea. Estimación del espesor de la zona no saturada. Estimación de la porosidad de la roca. Contribución a la identificación de los ambientes de deposición. Determinación del grado de mineralización de las aguas subterráneas. Localización de fracturas. Identificación de reservorios geotérmicos y aguas termales.
INVENTARIO DE PUNTOS DE AGUA Es uno de los métodos más útiles y a la vez más económicos para llegar a un adecuado conocimiento sobre las características hidrogeológicas de una región o acuífero. Mediante la utilización de técnicas o sistemas se podrán conocer todos los datos hidrogeológicos siguientes: Perfil litológico de la perforación. Posición del nivel piezométrico. Características químicas del agua extraída. Volúmenes de agua utilizada por unidad de tiempo. Evolución temporal de cualquiera de los datos 2, 3 y 4 Estos son los datos de tipo hidrogeológicos que se pueden obtener: Explotación total de la zona. Distribución en el espacio de puntos de agua. Estimación de la transmisividad del acuífero. Conocimiento a la geología del subsuelo. Evolución histórica de caudales, nivel piezométrico y características químicas. Utilidad para futuros estudios.
INVENTARIO DE PUNTOS DE AGUA Naturaleza litológica de los acuíferos. Columnas estratigráficas. Geometría de los acuíferos. Piezometría del área investigada. Caudales que aportan las captaciones. Parámetros hidráulicos (T, S, caudal específico). Características químicas de las aguas. Extracciones que se hacen en el acuífero.
EXPLOTACION - pozos perforados: de diámetros reducidos y construcción totalmente mecanizada. - pozos excavados: también denominados pozos abiertos, se construyen de forma manual o ligeramente mecanizada (martillos neumáticos), caracterizándose por presentar diámetros relativamente grandes. - pozos radiales : también denominados pozos de drenes horizontales.
Pozos radiales • Los pozos de drenes horizontales, inicialmente concebidos por un ingeniero americano apellidado Ranney (1934), constan de dos partes fundamentales: 1. Un pozo vertical con pared de concreto reforzado y fondo d e concreto en masa de diámetro comprendido entre 1,60-6,00 m. 2. Un conjunto de drenes horizontales, situados en uno o más niveles y conectados con el pozo vertical, en el que desaguan a través de válvulas de compuerta.
MUESTREO LITOLOGICO
Registros eléctricos de la perforación: Para seleccionar los acuíferos se deben combinar las Resistividades Eléctricas (N corta y N larga, con los perfiles Gamma y Potencial Espontáneo, para apreciar la permeabilidad del estrato y la calidad del agua.
INTERPRETACIÓN DEL REGISTRO ELÉCTRICO
CALIDAD Y DISTRIBUCIÓN DE FILTROS DISEÑO DE POZOS Criterios para escoger el revestimiento y los filtros, en Acero o en PVC : • 1. Calidad del material del revestimiento: a. Calidad del agua; b. Salinidad en la zona (zonas costeras o con suelos salinos). • 2. Distribución de los Filtros: a. Calidad del agua en el acuífero; b. Granulometría de las arenas; c. Posición respecto del posible nivel de bombeo. • 3. Cantidad y calidad de materiales y de filtros: Con base en el Presupuesto disponible.
OPCIONES DE CALIDAD DE LOS FILTROS, EN ACERO O EN PVC; DE RANURA CONTINUA O PARCIALES :
Selección del Tipo de Filtro: Objetivos 1. Flujo laminar a la entrada de lagua al pozo, 2. Control del paso de partículas finas, 3. Resistencia a la Calidad del Agua
FLUJO DE AGUA SUBTERRÁNEA HACIA UN POZO:
1. ACUÍFERO (Estrato Poroso), 2. EMPAQUE DE GRAVA (Primer Filtro Artificial), 3. REJILLA (Segundo Filtro Artificial)
POZOS EXCAVADOS • En tiempos pasados, la única forma de construcción de un pozo era mediante excavación. Este sistema constructivo se sigue empleando en aquellos lugares donde todavía no ha llegado o no es posible la mecanización. En general este tipo de pozos se caracterizan por presentar grandes diámetros (>1,50metros) y por el hecho de que en su construcción la mecanización es escasa o nula.
Los pozos excavados, pese a su carestía pueden ser una solución aceptable en los siguientes casos: •
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En rocas débilmente fisuradas, en las que al aumentar el diámetro, aumenta la probabilidad de cortar fisuras inclinadas y además, al ser mayor la longitud de las fisuras interceptadas, el agua entra a menor velocidad y por lo tanto con menor perdida de carga. En acuíferos poco permeables en los que el bombeo va a ser intermitente. En tal caso el pozo, además de actuar como captación, lo hace también corno depósito regulador. En acuíferos de muy poco espesor, en los que para conseguir una velocidad de entrada adecuada no queda otro remedio que aumentar considerablemente el diámetro. Cuando en el interior del pozo debe instalarse maquinaria o han de realizarse trabajos que requieran intervención humana, lo que exige un diámetro de unas ciertas dimensiones mínimas. En los casos en los que se han de perforar drenes horizontales en el interior del pozo (pozos radiales) y por tanto es necesario permitir el descenso de la maquinaria de perforación. En los lugares y circunstancias en los que resulte más económico que un pozo perforado.
