HIDROGEOLOGÍA - ACUIFEROS

MA STER EN GESTI GESTI ÓN IN TEGR TEGRAL AL DE DEL L A GUA

HIDROGEOLOGÍA

EJ ER ERCICI CICI O B L O Q U E 4

GRUPO 1:     

Fr a n c i s c o J o s é Á l v a r e z M a r c o s He He r n á n d e z J uan José Rueda M a r ía í a I n m a c u l a d a Gu Gu t i é r r e z M e r c e d e s A . V i l la la A .

MÁSTER EN GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA HIDROGEOLOGÍA

HIDR IDROG OGE EOL OLOG OGÍA ÍA - B4. ACU AC UÍF ÍFE EROS OS.. Eje Ejerc rc ic io (a re reaa liza lizarr po p o r grup g rupoo s) Se p rete nd e realiz realiza r un estud estud io hidroge ológ ic o e n la región rep rep resenta esenta d a e n la figura adjunta para conocer diversos aspectos del funcionamiento de los sistemas hid hid rog eológ ic os. os. Pa Pa ra ello ello c onta m os c on la si siguiente inform nform a c ión:

a ) Geología del área: existen 3 formaciones litológicas que de más antigua (abajo) a más moderna (arriba) son: calizas, arcillas y arenas. La estructura geológica consiste básicamente en una fosa tectónica delimitada por fallas aproximadamente verticales que hundieron el bloque central, lo que produjo una cubeta en donde se depositaron los materiales detríticos arenosos más recientes en un medio marino de plataforma somera. Por tanto, se identifican d os a c uíferos uíferos,, el supe supe rior de na turalez turaleza a d etríti etrític c a c on po rosi osid ad intergranular y el inferior carbonático con porosidad por fisuración y karstificación, ambos sep a rad os po r la forma c ión arc illosa. losa.

b ) Tras rea liz lizar un inventa rio y rec op ilac ión de inform nform a c ión d e la s c olumna s d e son d eo s exis existe nte s en el á rea , se se ha n c onseg onseg uido reunir los los si siguient es d a to s:

COD

COTA (m.s.n.m)

Prof-NP (m )

Prof.obra (m )

Prof. Contacto Arenas-arcillas (m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

520 518 517 510 500 500 510 505 503 520 500 500 512 507 480 500 470 505

20 28 27 30 25 27 40 35 33 60 40 35 57 57 29 40 29 65

45 220 50 350 65 65 70 300 60 90 87 62 390 85 66 370 410 96

40 48 46 60 54 51 61 80 54 77 80 54 77 76 57 58 44 77

19 20

495 500

55 50

430 70

67 66

1

Prof. Contacto Arcillas-c Arcillas-c alizas alizas (m) 195 195

235

305

305 326 350


c ) La zona se e nc uentra e n un c onte xto c lim lim á tic tic o sem sem iárid árid o. Se Se ha n rea rea liz lizad o estimaciones de lluvia útil por el método de balance mensual del agua en el suelo y se han obtenido valores medios para todo el acuífero de 75 mm/año, la totalidad de los cuales se infiltran en el acuífero por ser inexistente la escorrentía superficial.

d ) Datos de propiedades hidrogeológicas de los materiales. La porosidad eficaz m ed ia d e los m a teriales teriales d et rítico s es 0.1. 0.1. La p erme a b ilid lid ad en la zon zon a A se se ha evaluado m ediante ensayos ensayos d e c amp o en 50 m/ día. día.

e ) El nivel nivel p iezom ezom ét rico en el c ont a c to a rena s-ca liz liza s es 510 510 m.s.n. m.s.n.m m. Se p ide: a . Trazar razar el ma pa de isobatas del tec ho d el ac uífer uífero o p rofundo. rofundo. Ma p a d e Is Isob at as: as: Ver Anexo Anexo 1. b . Qué inversión es necesaria si queremos reperforar el sondeo 11 para captar el ac uífer uífero o profundo, si si el coste coste es 120 120 €/ m d e pe rforac rforac ión y el sonde sonde o d eb e de atravesar atravesar 30 m d e c alizas alizas pa ra que sea sea p roduc tivo? Sab em os, os, grac grac ias al m ap a d e isob isob ata s d el tec tec ho d el ac uífer uífero o p rofundo, que el c onta c to a rc illas llas-ca -ca liz lizas en el punto 11 se enc uentra a una profund id ad d e 274 274 m . Tene m os ya p erfora erfora d os 87 m etros, etros, po r lo que d esc esc onta m os esta esta c antid ad a los m etros q ue tene m os q ue p erforar: erforar:

274 m – 87 m = 187 m Nos d ic en q ue p ara q ue s sea ea prod uc tivo tivo el p ozo ozo te nem os que ad entrarnos entrarnos 30 m en las c aliz aliza s, por lo lo q ue a ña d im os esta esta c antid ad a los m etros que d eb em os pe rforar: forar:

187 m + 30 = 217 m En tota l la la c antid ad d e m etros q ue te nem os que am plia plia r el po zo son son 217. 217. El prec prec io p or me tro tro d e p erfora erfora c ión e s d e 120 120 euros. euros.

217 217 m x 120 €/ €/ m = 26040 €

2


El prec io d e la ob ra a rea liz lizar es 26040 € .

c . ¿Este sonde on de o resulta resultarí ríaa surge nte? nte ? El nivel piezométrico en ese punto sería el mismo que el que encontramos en el límite arenas-calizas que aflora en superficie, que tiene un valor de 510 m. Puesto que la cota en el punto 11 es de 500 m, tenemos que en dicho punto el nivel piezométrico está por encima de la superficie topográfica y esto supone que el p ozo rea rea liz liza d o e s surge nte .

3


d . ¿Qué sucedería si no aislamos hidráulicamente el sondeo reperforado del ac uífero uífero sup superior? erior? Si no a islam os hid hid ráulic áulic am ente am b os a c uífer uíferos os que d arían arían c one c ta d os y el ag ua del acuífero calizo pasaría al detrítico por razones de gradientes creando una d eform eform ac ión e n la supe supe rfic fic ie freátic freátic a. Sab Sab em os que el ag ua se d esplaz esplaza a de m ayor a menor nivel piezométrico y el agua del acuífero profundo tiene mayor nivel p iezom étric étric o. Es Este p roc eso eso se se esq esq uem a tiza tiza en la im a g en si sig uiente .

4


2. Trazar razar el ma pa de isopa c as del esp esp esor esor sat sat urad o de l ac uíf uífero ero de trítico trítico . Calc ular a partir de éste el volumen de reservas y comparar el resultado con el obtenido a pa rtir rtir de la me dia de l espesor espesor saturado d etec tado . 

Cálc ulo de reservas reservas a pa rt rtir ir del ma pa d e isop isop ac as

Para el cálculo de las reservas del acuífero detrítico usando el mapa de isopacas, se ha distribuído una serie de capas profundidades de espesor saturado con su esti estim m ac ión d el área área a p artir artir d e la c uál med iante el produc to d e su su área se se c alcula el volumen que contiene dicha capa de espesor saturado. Los datos indicados se resume esume n en la siguiente tab la:

Esp esor (m (m)) 10 20 30 40 45

Área (Km 2)

Volumen Vol umen (km 3)

5,25

0,0525

14,99

0,299

12,45

0,3735

7,12

0,2856

2,774

0,124

Total

1,135

Utili tiliz zand o la po rosi osid a d e fic fic az, po d em os c alc ular el volume n de a gua gravífi gravífic a q ue rea lmente es el volumen d e a g ua q ue no s interesa nteresa p ara su su explotac ión d e ta l forma forma que:

Volumen de agua gravífica= volumen total tot al ∙ porosidad eficaz Vgrav= 1,135 km3∙0,1= 0,1135 km3 

113,5hm3

Cálc ulo de res reservas ervas a p arti artirr de la m edia de l espesor espesor

La media del espesor es de 22,5 m, utilizando el área total del acuífero (se ha esti estim m a d o en 42, 42,58 582 2 km km 2) tene m os el volume n tota l:

Volumen total= 0,0225 km ∙ 42,582 km2 = 0,958 km3

958,09 hm3

Utili tiliz zand o la po rosi osid ad efic efic az pod em os c alcular el volumen volumen de ag ua gravífi gravífic c a en este este c aso: aso: Vgrav= 958,09 hm3∙0,1= 95,809 hm3 Ma pa d e Is Isop ac a s: Ver Anexo 2. 2.

5


3. Trazar razar el m ap a de isop isop iezas iezas y la s línea línea s de flujo. Determ Determ inar los gra dien tes hidráu lico s en A y en B. Utilizando el mapa de isopiezas, calculamos el gradiente hidráulico mediante la utilización de las isopiezas que encierran la zona de la cuál queremos conocer su grad iente d e ta l forma forma que en el ca so d el grad grad iente hidráuli hidráulic o en la zona zona A: iA

=

iA

=

(h + 1) − (h − 1) d ista nc ia 500 − 490 500

iA=0.02 Ahora vamos a calcular el gradiente hidráulico en la zona B, usando las dos isop isop ieza ieza s d e 470 470 y 475, 475, la d ista nc ia o b serva d a q ue la s sep a ra en e l m a p a e s d e 1333 1333 m etros p or lo lo q ue el grad iente en B es: es: iB

=

iB

=

(h + 1) − (h − 1) d ista nc ia 475 − 470 1333

iB=0.0037 M a p a d e Isop Isop ieza eza s: Ver Ane xo 3.

4. Determinar la transferencia de recursos subterráneos desde el acuífero c arbonático a l detrí detrítico tico en el borde meridional. meridional. La transferencia de recursos subterráneos se refiere al caudal cedido por el acuífero carbonatado al detrítico en su contacto en el borde meridional. Para calcular ese caudal se utiliza la Ley de Darcy mediante los valores del área A ya c alc ula ula d os. os. Así Así tene m os que :

Q = i A∙K∙S Donde Q es el ca uda l en m 3/día, iA es el gradiente hidráulico adimensional, K es la pe rm ea bili bilid ad d e la zona zona que tiene tiene un valor d e 50m 50m / día y S es la sec c ión la c uál c alc ulam ulam os a c ontinuac ontinuac ión:

S= b ∙L

6


Donde b es el espesor saturado de la zona en metros, y L es la longitud de la sección en metros. El espesor tiene un valor de 20 metros y la longitud es de 3333,3 me tros tros,, dá ndo nos una sec sec c ión d e: S= b × L S = 20m (3333.3m )

S=66666.66m 2 A c ontinuac ontinuac ión c alculamo alculamo s el c auda l que ced e el ac uífer uífero o c arbonatad o al detrítico: Q

=

i A × K × S

Q

=

0.02(50 dmía ) 66666.66m

Q

=

66666.66 dmía

(

2

)

3





Q = 24.33

í 

5. Determinar el volumen anual de recursos del acuífero superior y el tiempo de residenc residenc ia del ag ua en el mismo mismo . a . Pa ra e l cá lculo d el volume volume n anua l de rec urs ursos vam os a realiz realizar un ba lanc e a l ac uífer uífero o d etrí etrític tic o p ara sab sab er la la c antida d d e rec rec urs urso q ue tenem os: os:

Entrad a - Salid Salid a s= ∆volumen (Vt∙me) Ten em os una e ntrad a p or lluvi lluvia a útil (prec ip ita c ión – EVT) d e 75 m m , o sea sea 75l/m 2∙año, tenemos la superficie del acuífero que es de 42,582 km 2 que en metros metros 6 2 c uad rad os nos d a un valor de 42, 42,582 582∙10 m , así así tenem os que la e ntra ntra d a po r lluvi lluvia a al a c uífero uífero de trí trític tic o e s d e:

Lluvia útil= 75l/ 75l/ m 2∙año∙ 42,582∙106m 2= 3,19 hm 3/año Aporte de caudal cedido por el acuífero carbonatado al detrítico de 24,33

hm 3/año. El suma suma torio torio d e las entrad as al a c uífero uífero rea rea lm ente son la c a ntid ntid ad d e rec urs urso q ue tene m os siend o e ste v alor la suma suma de la lluvi lluvia a útil y d el ap orte p or pa rte d el ac uífer uífero o c arbona tad o a l d etrí etrític tic o en el borde me rid ional.

RECURSOS= 3,19 hm 3/ año + 24, 24,33 33 hm 3/año= 27, 52 hm 3/año

7


b . Para la determinación del tiempo de residencia del agua en el acuífero utili utiliz zam os el volum volum en d e reservas reservas ob tenido en el a pa rta d o 2 y el volum volum en d e rec urs ursos rec ientem ente o bte nid nid o. Vam os a c om proba r el valor que tenem os seg ún utili utilic c em os el volume volume n a p a rtir tir d el map a d e isop isop ac as o a pa rtir tir de l esp esp esor esor sa sa tura tura d o m ed io: 

Tiem po d e resi resid enc ia m ed iante el volumen volumen me d io saturad o d el ac uífer uífero o

Tiemp o d e residenc residenc ia= V/ Q= 95,809 hm 3 / 27, 52 hm 3/año= 3,48 años 

Tiem po d e res resiid enc ia m ed iante el volumen volumen c alc ulad ulad o p or el ma pa d e is isop ac as

Tiempo iem po de residen residencc ia= V/ Q= 113,5 113,5hm hm 3/ 27, 52 hm 3/año= 4,12 años 6. Determ Determ inar la transmisi transmisivida vida d d el a c uíf uífero ero en el sec sec tor B. B. Grad iente hid hid rá uli ulic o c om prend id o entre el sec sec tor A y sec sec or B: B: iB- A

=

(h + 1) − (h − 1) d ista nc ia

490 - 470 =

=

2750

0.0073

Relac iona ndo la c ond uc tivi tivid d a d hid hid ráulic áulic a d e la Ley Ley d e Darc y, la Transm ansm isivid vid a d en B, se d ertem ino en b a se a : Q A

Q

= −i × K

Q ancho Q ancho

⇒

= −i × K × b

= −i ×

ancho

T=

⇒

La tran sm isivi isivid d ad e n el sec sec to r B es d e: T=

Q a n c h o (- i) 3

T

=

6666.66 dmía 5350(0.0073) 

 

= . 

8

= −i × K

T= K × b

⇒

T

×b

í 

Q a n c h o (- i)


7. Se produce un accidente minero consistente en la rotura de una balsa de residuos altamente tóxicos en la cuenca del río, aguas arriba del acuífero. ¿Hay ries riesgo go de c ontaminac ión del ac uífer uífero, o, por qué? Mediante la construcción del mapa de isopiezas realizado en el apartado 3, se han determinado las líneas de flujo del acuífero. Observando las líneas de flujo, vemos que debido a la dirección y a las formas de las isopiezas el acuífero aporta agua al río, éste gana agua que le cede el acuífero por lo que no se produce un aporte de agua del río al acuífero lo que produciría un aporte de residuos tóxicos. En este este c aso aso el a c uífer uífero o no c orre orre ries riesgo go d e c ontam inac ión p or parte d el ac c id ente minero, hablando desde el punto de vista del aporte de agua del río al acuífero y d el ac uífero uífero a l rí río.

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ANEXO 1: MAPA DE ISOBATAS

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ANEXO 2: MAPA DE ISOPACAS

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ANEXO 3: MAPA DE ISOPIEZAS

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HIDROGEOLOGÍA - ACUIFEROS

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