caracterizacion hidrológica de una explotacion minera a cielo abierto de sulfuros metalicos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
INGENIERÍA AMBIENTAL
Autor : Humán Chávez, Manuel Orlando
Docente : Ing. Amb. Eugenio
Curso : Obras de Prevención
Monografía : “Caracterización hidrológica de una Explotación Minera a
Cielo Abierto de Sulfuros Metálicos ”
2010
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Ingeniería Ambiental
“Caracterización hidrológica de una Explotación Minera a Cielo Abierto ” Humán Chávez M. O. 1
INDICE
I. INTRODUCCIÓN............................................................................................. 3
Objetivos..................................................................................................... .........3
II. REVISIÓN DE LA LITERATURA ................................................................ ...4
CAPITULO I: Conceptos Básicos...................................................................... .4
1.1.Cuenca Hidrográfica................................................................ ..................4
1.2.Acuífero................................................................................................... ..4
1.3.Mina a Cielo Abierto....................................................................... ...........5
1.4.Caracterización ............................................................................... .........7
1.5.Minería de Sulfuros Metálicos ........................................................... ........7
CAPITULO II: Métodos y Técnicas de Caracterización Hidrológica e
Hidrogeológica....................................................................................... ..............9
2.1.Caracterización Hidrológica................................................................ ......9
2.2.El Régimen de Lluvias en la Hidrología Minera......................................10
2.3.Metodología para la Caracterización hidrología .....................................12
2.3.1. Método de Curvas Másicas o dobles ..................................... ...........13
2.3.2. Método de Balance Hídrico.......................................................... ....13
2.3.3. Análisis de Isoyetas...................................................................... ....14
2.3.4. Correlación entre escorrentía media, Precipitación y ETP ...............14
2.3.5. Escala espacial y Temporal .......................................................... ....14
2.4.Cálculos Hidrológicos Para un Área Seleccionada .................................14
2.5.Determinación de Cuencas y Redes de Drenaje ............................... .....16
2.6.El Modelo Digital de Flujo Corregido (MDFC) y los Método
tradicionales........................................................................................... .17
2.7.Métodos de Caracterización Hidrogeológica ........................................... 17
2.7.1. Métodos Indirectos.................................................................... .......17
Métodos Geológicos................................................................... ...17
Métodos Hidrológicos................................................................... .18
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2.7.2. Métodos geofísicos de Superficie.................................................... .18
Métodos Sísmicos..................................................................... ....18
Métodos Directos.................................................................... .......18
2.7.3. Métodos Directos........................................................................ ......18
Perforación Mecánica.............................................................. ......18
2.7.4. Metodología Geomatemática ................................. ...........................19
2.8.Diseños de redes de Monitoreo de Aguas Subterráneas ........................21
2.9.Modelo del sistema acuífero ............................................................. ......21
2.10. Técnicas para el Monitoreo de Acuíferos ............................................ ..22
2.10.1. Objetivos........................................................................................ ...23
2.10.2. Escala............................................................................................. ..24
2.10.3. Resultado...................................................................................... ....24
2.10.4. Interpretación................................................................................ ....25
2.10.5. Ajuste............................................................................................ ....25
CAPITULO III: La Caracterización Hidrológica de Explotaciones Mineras y
Medio Ambiente............................................................................................... ..26
3.1. Alteraciones hidrológicas de Tajos Abiertos ........................................ ...26
3.1.1. Alteración del recurso hídrico superficial .............................. ..........26
3.2. La Interferencia de La Explotación Minera en la Hidrosfera ...................27
3.3. La Hidrología Como Factor en el Diseño del Cierre de minas ..............29
III. CONCLUSIONES..................................................................................... ...31
IV. RECOMENDACIONES............................................................................. ..32
V. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACIÓN ................................... ...33
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I. INTRODUCCIÓN
El agua transita por las diversas esferas que componen el planeta
Tierra: se precipita desde la atmósfera, se incorpora al suelo, a las
rocas y a los seres vivos, se escurre hacia los océanos y vuelve a
la atmósfera. Es el llamado ciclo hidrológico, que puede ser
presentado por un modelo de flujo s y reservas. El mayor reservorio
son los océanos, donde está almacenado 97,39% del agua del
planeta, mientras que 2,01% corresponde a las reservas de los
casquetes polares y apenas 0,60% a las aguas dulces
continentales. De ellas, solamente 0,02% se encue ntra en ríos y
lagos y 0,58% en acuíferos. En cuanto a los flujos, se estima que el
total anual de precipitación en todo el planeta (lluvia y ni eve) sea
del orden de 496 x 1012 m3, siendo el volumen evaporado o
producto de la transpiración de las plantas v irtualmente igual.
Todas las actividades humanas de alguna manera interfieren con
las aguas, y la explotación minera no es una excepción. Por eso la
caracterización hidrológica de sitios con explotación minera es
importante para que se pueda medir la canti dad de agua afectada,
superficial y subterránea, y los controles necesarios para reducir la
afectación a este líquido. En el cierre de minas la hidrología e
hidrogeología es un aspecto que condiciona los métodos de cierre
y su eficiencia.
Objetivos
1. Definir conceptos previos utilizados en la hidrología de minas
2. Identificar las metodologías tradicionales e innovadoras de
caracterización hidrológica e hidrogeológica de explotaciones mineras
3. Definir la importancia de la caracterización hidrológica con e l medio
ambiente
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II. REVISIÓN DE LA LITERATURACAPITULO I
Conceptos Básicos
1.6.Cuenca Hidrográfica
Espacio geográfico continental donde todas las aguas producto de la
precipitación confluyen hacia un colector común, cauce principal,
para luego entregarlas a otro sistema mayor y finalmente al mar. Es
un sistema cerrado por la línea de “divortio acuarum”. (1)
1.7.Acuífero
Formación geológica saturada con capacidad de almacenamiento y
conducción de las aguas subterráneas. Los acuíferos conformados
por materiales aluviales no consolidados, tales como gravas y
arenas, poseen excelentes características hidrodinámicas. (2)
Los tipos de acuíferos comúnmente encontrados en explotaciones
mineras son:
Acuíferos figurados: Unidades hidrogeológicas cuya producción
y almacenamiento de agua subterránea es en las fisuras,
fracturas y en una escasa porosidad primaria (porosidad
intergranular). Este tipo de acuíferos se caracterizan por tener
caudales de descarga bajos, pero un rendimiento más
permanente, es decir que su c audal se mantiene durante gran
parte del año, debido a que la velocidad de flujo interno en la
zona saturada es lenta. Durante la temporada de lluvias se
recargan de manera paulatina, incrementando su caudal de
descarga ligeramente.
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Acuíferos cársticos: Se caracterizan por tener un coeficiente de
agotamiento muy fluctuante, es decir, pueden producir
importantes caudales, pero que en estiaje pueden bajar su
caudal al mínimo. Los conductos de circulación interna se
asemejan a canales abiertos y las velocidade s de circulación del
agua también. Debido a la disolución, estos acuíferos suelen
presentar aguas bastante cargadas de iones disueltos, con una
dureza permanente superior a 250 mg/L de CaCO3
generalmente.
Acuíferos acuitardos: caracterizan por ser poco productores de
agua y que al ser estratos poco permeables, controlan la
descarga y el flujo de las aguas subterráneas. La acumulación y
descarga de aguas subterráneas en este tipo de rocas es local,
pero debido a su poca capacidad de almacenamiento, localm ente
pueden tener cierta importancia en aquellas zonas fracturadas.
Acuíferos acuífugos: Son rocas impermeables que no
transmiten ni almacenan agua subterránea. (3)
1.8.Mina a Cielo Abierto
La explotación a cielo abierto comprende una excavación, un sistema
de transporte, almacenamiento y clasificación del producto vendible y
vertederos de estériles. Los volúmenes de materiales que se mueven
condicionan el que las áreas perturbadas sean extensas. El suelo,
formaciones superficiales y cubierta vegetal desaparecen y, en
consecuencia, la erosionabilidad del territorio se incrementa
acusadamente. La construcción de taludes inestables, constituye un
peligro potencial para personas e instalaciones. Los vertederos de
escombros y estériles, plantean serios problemas de estabilidad
cuando los diseños son defectuosos. (4)
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La minería de oro a cielo abierto o minería metálica implica una serie
de procesos y acciones de muy alto impacto ambiental, y
dependiendo del sitio donde esta se localice, así se incrementará o
disminuirá sus riesgos y por lo tanto impactos ambientales.
Es así que este tipo de actividad en zonas tropicales con alto nivel de
pluviosidad, sin una época seca bien marcada, alto nivel de humedad
ambiental y nivel freático, son de un riesgo aún mayor que en zonas
áridas o secas, riesgo que se incrementa aún más si se localiza en
zonas de alto nivel sísmico. (5)
Es una explotación en superficie que extrae en franjas horizontales
llamados bancos, en forma descendente a partir del banco que está
en la superficie. Normalmente para la remoción de un banco de
mineral es necesario extraer el material estéril que lo cubre, lo que se
llama desbroce y expresa una relación de tonelaje de desmonte a
mineral, este ratio es totalmente variable entre las minas ya que
dependen netamente de la posición y tipo de yacimiento, que es
totalmente variable.
Este método se utiliza principalmente en yacimientos de mineral
diseminado, y se basa en la extracción de todo el material donde se
ubica el mineral. Ello supone mover g randes volúmenes, y,
inevitablemente, utilizar equipos de gran capacidad.
El agotamiento progresivo de los depósitos minerales próximos a la
superficie y de alta ley ha obligado a las compañías explotadoras a
considerar los yacimientos profundos, con con diciones geológicas
más complejas y situaciones más desfavorables en cuanto a
relaciones estériles a mineral, aguas subterráneas, estabilidad de
taludes, etc. Los principales métodos que se aplican en minería de
superficie son: cortas, descubiertas, terrazas, especiales, canteras,
graveras, disolución y lixiviación y dragado. (6)
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1.9.Caracterización Los factores hidrológicos esenciales de la tipificación son: el origen
del agua, el modo de vaciado, el hidroperiodo y la tasa de
renovación; de forma complementaria se usan la hidroquímica y la
hidrodinámica. (7)
1.10. Minería de Sulfuros Metálicos
Antes de desarrollarse las actividades mineras en un determinado
lugar, es muy reducida la cantidad de pirita expuesta a las
condiciones bajo las cuales se producen aguas ácidas. Las
operaciones de minería implican la exposición de la pirita a la acción
de aguas superficiales o subterráneas, y permiten su oxidación.
Los sulfuros se oxidan a sulfatos de hierro solubles, en la superficie
de las rocas meteorizadas, los c uales forman costras salinas, ocre -
amarillentas, que serán disueltas e hidrolizadas por aguas de lluvia,
generando aguas ácidas. (8)
Minería de la Pirita , En cuanto a la pirita se refiere se debe resaltar que
son innumerables las minas abandonadas, las cuales son fuentes
productoras de aguas ácidas, que afectan tanto a los sistemas acuíferos
subterráneos, como a la escorrentía superficial y, por supuesto, mucho
más por la cantidad de pilas de estériles acumulados, sujetos a la
lixiviación por las aguas meteóricas.
Estas acumulaciones son comunes en minas en que se han
incrementado los volúmenes de estériles, tanto por la necesidad de
explotar sectores más profundos (con mayor ratio estéril/mineral), como
por la necesidad de conseguir mayor movimiento de rocas.
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La pirita en general, no es el único sulfuro que da lugar a este proceso.
También lo es la marcasita, presente en muchos yacimientos que
contribuye de manera decisiva, a la generación de aguas ácidas. (9)
Minería de Sulfuros Complejos , Llegado a este punto, los minerales
productores de aguas ácidas están prácticamente omnipresentes en
muchos otros yacimientos muy diversos, tanto por su contenido
mineral como por su génesis.
En gran parte de la minería de sulfuros complejos, en los que la
asociación BPG (blenda-pirita-galena) es la más frecuente, los
yacimientos tienen extensión más generalizada. Igualmente, en minas
abandonadas y en yacimientos en explotación, donde el import ante
movimiento de rocas supone un gran desarrollo de huecos mineros y
de pilas, con lo que se dan condiciones favorables para la afección a
las aguas subterráneas y a las superficiales.
En este dominio se ha hecho poco, en general, aunque con honrosas
excepciones, e incluso, a veces, se han aplicado "soluciones"
totalmente inadecuadas, como es la ubicación de estériles en
depresiones kársticas, o el relleno de minas con introducción de
rechazos de lavadero en proceso de oxidación. Por otra parte, en este
grupo de yacimientos, si bien puede no ser la pirita el mineral
mayoritario, es verdad el que, en muchas ocasiones, ha tenido y tiene
condición de rechazo, por lo que ha ido a apilarse con los desechos
de mina. Si bien una serie de estos yacimientos están en contacto con
formaciones carbonatadas, las cuales pueden neutralizar la acidez de
las aguas, esto no tiene lugar sin un incremento de su contenido
iónico en sulfatos, bicarbonatos, calcio y magnesio. (10)
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CAPITULO IIMétodos y Técnicas de Caracterización Hidrológica e
Hidrogeológica
2.1. Caracterización Hidrológica
Una de las vías más aceptadas y acertadas en los últimos tiempos,
se refiere al desarrollo integral de “unidades geográficas funcionales”,
donde la estrategia fundamental es mantener el balance ecológico.
El objetivo general es conocer la dinámica y los procesos
hidrológicos que tienen lugar en la cuenca, como base para
propósitos de manejo. Los objetivos específicos son:
a. Lograr la subdivisión de la región de estudio en uni dades
geográficas funcionales;
b. Conocer las principales características del clima, como un factor
condicionante de las regulaciones hidrológicas de la región;
c. Conocer el funcionamiento hidrogeológico de la región de
estudio,
d. Analizar la dinámica hidrológ ica de determinadas unidades
geográficas funcionales de la región. (11)
Puntos a tener en cuenta en el estudio hidrogeológico de una mina
Ubicación
Infraestructura de la unidad minera
Climatología
Meteorología Estaciones meteorológicas, Humedad relativa,
Evaporación, Precipitación
Geología
Características geomorfológicas de la zona
Estratigrafía. (12)
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2.2. El Régimen de Lluvias en la Hidrología Minera
Para un determinado lugar de la superficie de la Tierra, el régimen de
lluvias se determina por una serie de factores de grande o pequeña
escala, a partir de la circulación de las grandes masas de aire en
escala planetaria hasta factores topográficos como la existencia de
barreras a la circulación local de las masas de aire húmedo. Las
lluvias se distribuyen desigualmente en el espacio y en el tiempo.
Inclusive en una pequeña cuenca hidrográfica pueden haber
variaciones significativas de los totales anuales de lluvia, en función
de factores de orden local.
En climas tropicales es común medirse lluvias concentrada s,
digamos de 200 mm en 24 horas o inclusive de 100 mm en una hora.
La cantidad de lluvia por unidad de tiempo (mm/h) es llamada
intensidad pluviométrica y es el parámetro empleado en el
dimensionamiento. Las intensidades pluviométricas a través de
medidas sistemáticas y periódicas tomadas en los puestos
pluviométricos. Los períodos de observación, sin embargo, son
cortos.
A través de extrapolaciones, los hidrólogos consiguen esti mar lluvias
y crecientes máxima para períodos de retorno de hasta diez mil años,
que son utilizadas para el proyecto de grandes obras, como las
represas para generación de energía eléctrica, las llamadas
crecientes decamilenarias.
No toda la lluvia que cae sobre un área determinada se escurre
inmediatamente, parte de ella se inf iltra y parte queda retenida en las
hojas de los árboles y otras plantas y sólo lentamente alcanza la
superficie del suelo. La relación entre la cantidad de agua que se
escurre superficialmente y la cantidad de lluvia es llamada coeficiente
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de descarga (C) y naturalmente depende de las condiciones de la
superficie, tales como el material, la cobertura vegetal y la inclinación
de las laderas. Superficies revestidas tales como calles asfaltadas
tendrán un coeficiente de descarga próximo a 1, mientras que área s
forestadas de suave relieve presentarán un bajo coeficiente de
descarga. El cuadro 1 muestra valores de C que pueden ser
utilizados en proyectos de explotación minera. Para el
dimensionamiento del sistema es necesario conocer el caudal
afluente, particularmente en el caso de las cuencas de decantación.
Cuadro 1: valores de C utilizados en proyectos de explotación minera
Ese caudal puede ser calculado a través de la fórmula racional,
multiplicándose el total de agua precipitada en la cuenca de drenaje
por el coeficiente de descarga; la cantidad de agua precipitada, a su
vez, puede ser asumida como el producto de la intensidad
pluviométrica (en milímetros de lluvia por unidad de tiempo) por el
área de drenaje. De esta forma, la expresión de l a fórmula racional
será:
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Donde:
Q = caudal (m3/s);
C = coeficiente de descarga (no dimensional);
i = intensidad de precipitación pluviométrica (mm/h);
A = área de la cuenca de drenaje (km2)
El caudal obtenido dependerá del tipo de precipitación utilizado, o
sea, de cuál es la intensidad pluviométrica adoptada. Sólo presentan
interés en el dimensionamiento de sistemas de drenaje los caudales
de pico. (13)
2.3. Metodología para la Caracterización hidrología
Se entiende por análisis hidrológico la evaluación cualitativa y
cuantitativa de las relaciones entre pluviometría (agua meteórica o de
precipitación) y fluviometría (rendimiento hídrico superficial) de una
determinada cuenca, y de los registros que de ella se generaran con
el fin de determinar el recurso hídrico disponible.
Se tiene diferentes métodos de análisis, a saber: método de Curvas
Másicas o dobles, método de balance hídrico, análisis de isoyetas,
correlación entre escorrentía media, precipitación y ETP, escala
espacial y temporal. (14)
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2.3.1. Método de Curvas Másicas o dobles
El método de las curvas másicas o dobles acumuladas permite
estudiar y corregir, en una estadística fluviométrica de una
estación, lo efectos de un cambio de exposición o ubicación de la
estación, los cambios en la técnicas de observación e incluso
algunos errores instrumentales o de lectura. Detectar estos
cambios o errores en una estadística es muy importante, ya que
en la solución de problemas hidrológicos interesa asegurarse que
los cambios de tendencia en el tiempo se deban solo a causas
hidrometeorológicas y no a la manera en que se hacen las
observaciones. De este modo, se logra también una consistencia
en el tiempo del registro fluviométrico para que pueda ser
comparado con el de otra estación vecina. El método está basado
en que generalmente los va lores acumulados del promedio de
lo0s caudales anuales de varias estaciones contiguas, no se ve
afectado por un cambio en la estación individual, ya que existe
una compensación entre ellas . (15)
2.3.2. Método de Balance Hídrico
Es una herramienta cuya finalidad es calcular el volumen total de
agua. El balance hídrico se usa generalmente para evaluar la
disponibilidad de agua en la cuenca.
El agua almacenada por el suelo depende del aporte que hace la
lluvia y de la extracción que hacen las plantas a tr avés de la
evapotranspiración potencial (ETP).Partiendo del conocimiento de
las precipitaciones medias mensuales y de la ETP mensual
estimada, podemos hacer el balance de agua en el suelo. (16)
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2.3.3. Análisis de Isoyetas
Se basa en identificar el comportamiento espacial y regional del
área en estudio a través de un mapa de isoyetas. Con este
análisis se puede obtener el balance entre la pluviometría y los
caudales medidos. (17)
2.3.4. Correlación entre escorrentía media, Precipitación y ETP
Esta correlación indica cómo se comporta el sistema hidrológico
para un periodo determinado, es decir, el comportamiento para los
meses secos y para los meses húmedos no es el mismo, a través
de una grafica podremos observar el comportamiento de estos
parámetros. (18)
2.3.5. Escala espacial y Temporal
El análisis de los caudales dentro de una escala espacial y
temporal da a conocer el comportamiento o la reacción del área de
estudio ante un evento extremo. (19)
2.4.Cálculos Hidrológicos Para un Área Seleccionada
Una vez dividida el área de estudio en cuencas y subcuencas
hidrográficas es posible calcular los caudales punta de las cuencas
incluidas en el área a drenar.
Los caudales punta son una variable primaria para el diseño de
sistemas de drenaje. Para su cálculo s e pueden usar modelos
calibrados en los que los caudales se calculan mediante una análisis
de regresión de los registros pluviométricos para un periodo de
tiempo denominado periodo de retorno, o modelos no calibrados en
los que los caudales punta son calcu lados sobre la base de fórmulas
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empíricas en las que las variables que intervienen son el área de
drenaje, el uso del suelo, la intensidad de la lluvia y la pendiente,
junto con otros coeficientes empíricos que nunca tienen la
importancia de las variables antes mencionadas. De entre estos
últimos métodos, el más ampliamente utilizado es el método racional.
Este método es publicado por Kuichling mediante la ecuación
En la que el caudal punta (Q) se obtiene al multiplicar el área de la
cuenca (A) por la intensidad media máxima de la lluvia (I) y por un
coeficiente de escorrentía (C). No obstante se utiliza la siguiente
ecuación:
En la que también interviene el coeficiente de uniformidad (K) que
cuantifica la influencia de las variaciones temporales de un episodio
lluvioso y el factor empírico 3.6. Para la estimación de K se utiliza la
siguiente ecuación, propuesta por Ferrer:
El tiempo de concentración (Tc) será:
Donde (L) es el máximo recorrido del agua dentro de la cuenca,
desde su inicio hasta el punto de salida, y (J) la pendiente media de
la cuenca. (20)
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2.5.Determinación de Cuencas y Redes de Drenaje
Una cuenca hidrográfica se define como un área cuyo perímetro
incluye todo el terreno que vierte aguas hacia la red de drenaje
presente aguas arriba de un punto denominado nivel de base. La
mayor parte de los estudios hidrométricos de caudales punta toman
como áreas de cuenca el total del área estudiada, sin tener en
cuenta el hecho de que viertan o no a un único punto, ante la
dificultad que supone un estudio detallado del relieve del área
estudiada. Ciertamente la definición de las cuencas de una
determinada zona no es sencilla. Así, la utilización de la topografía
permite establecer una aproximación a una definición de la cuenca
que siempre dependerá de la escala utilizada, al ser el relieve una
variable fractal. Teniendo en cuenta esto se deben seleccionar
escalas adecuadas al sistema estudiado, es decir la topografía base
tiene que representar todos los elementos del relieve que modifi quen
el sistema de drenaje. De ellos los más importantes son la red de
drenaje natural.
Una vez seleccionada la escala la forma convencional de definir la
cuenca hidrográfica y su red de drenaje mediante la utilización de
modelos digitales del terreno (MD T), puesto que al tratar
exclusivamente de variables cuantitativas y continuas, pueden
considerarse es este contexto, como una aportación de los SIG que
permite la entrada de nueva información en los procesos de
modelización cartográfica. A partir de esta información, y con el
software adecuado se pude crear un modelo digital de elevaciones
(MDE). Con el MDE se puede obtener finalmente el modelo de flujo
acumulado (MDF) que permite conocer cuáles son los puntos de
máxima acumulación de caudal (red de drena je potencial) y sobre la
base de ellos trazar el sistema de drenaje. (21)
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2.6.El Modelo Digital de Flujo Corregido (MDFC) y los Métodotradicionales Los cálculos hidrométricos por método tradicionales asumen una
serie de variables constantes y uniformizan el tratamiento de la
cuenca, de tal manera que sus datos resultan finalmente poco
fiables. Así la definición de las cuencas de drenaje es imprecisa e
incluso se llega a tratar el área total objeto de estudio como una
cuenca de drenaje unitaria. Además se simplifican los coeficientes de
escorrentía, ante la imposibilidad de cuantificar a partir de la
cartografía tres o más variables independientes de f orma simultánea,
elaborando valores promedio de los coeficientes de escorrentía
combinando las variables de dos o más mediante ecuaciones del
tipo:
En la que es el coeficiente Cw de escorrentía media de las sumas de
los coeficientes de escorrentía parci ales (Ci), aplicados sobre sus
correspondientes áreas (A i) y dividido por el área total. (22)
2.7.Métodos de Caracterización Hidrogeológica2.7.1. Métodos Indirectos
Métodos GeológicosPara áreas mayores de 250 Km2, se puede realizar un rápido
reconocimiento del terreno y consulta a partir de mapas
geológicos regionales, para lo cual el profesional se sirve de los
conocimientos de petrografía, estratigrafía, geología estructural y
geomorfología. El método consiste e n cartografiar las distintas
unidades litológicas, prestando especial atención en las
propiedades del acuífero. (23)
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Métodos HidrológicosLos método hidrológicos de prospección incluyen estudios acerca
de la cantidad de agua útil para la recarga, de la fa cilidad con que
se realiza la misma, y de la valoración de volumen de agua
subterránea con que se descarga en la superficie. La cantidad de
total de agua útil para la recarga incluye tanto la precipitación
natural como las aguas superficiales que circulan en corrientes
permanentes. Este método se basa en la ecuación del balance
hidrológico de todas las variables de entrada y salida del
reservorio acuífero. (24)
2.7.2. Métodos geofísicos de Superficie
Métodos SísmicosMétodo fundado en la reacción de las masas rocosas frente a
vibraciones inducidas artificialmente. Estas vibraciones se
detectan a distancias diferentes y según varias direcciones de la
fuente de energía, mediante pequeños sismógrafos, llamados
geófonos o detectores, los cuales permiten registrarla s sobre
papel fotográfico.
Métodos DirectosEs el método geofísico indirecto, de uso más frecuente en la
exploración de aguas subterráneas, son de bajo costo. (25)
2.7.3. Métodos Directos
Perforación MecánicaEs el método geofísico más caro, pero el más exacto.se basa en
la perforación mediante equipos de percusión o de rotación. (26)
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2.7.4. Metodología Geomatemática
En la generalización de las observaciones hidrogeológicas o
en la cartografía de las propiedades de los sistemas se introducen
errores derivados de varias fuentes, entre las que pueden
destacarse la incertidumbre con que fueron tomados o medidos,
las que son propias de los métodos que se emplearon en su
cuantificación, o las que corresponden a los errores vinculados a
los métodos de interpolación o extrapolación. Aquellas variables
que son medidas directamente no están, tampoco, exentas de
errores de distinto tipo: analíticos, instrumentales, sistemáticos,
entre otros.
Las técnicas geomatemáticas conducen a la reducción de las
fuentes de incertidumbre en la representación y descripción de las
propiedades del sistema.
El método geomatemático, fundamentado en las ideas básicas
expresadas por Agterberg, conjuga las técnicas de la teoría de la
información, el análisis de di stribución de frecuencia y de las
funciones aleatorias independientes, el análisis factorial y de
cluster, la dependencia estadística, el análisis de las variables
estacionarias aleatorias y kriging, la estadística de datos
orientados, el análisis armónico, autocorrelatorio y espectral, la
matemática fractal y el análisis de variabilidad espacial de
sistemas multivariados. Tales técnicas se aplican a las series
cronológicas y espaciales de la red de monitoreo
hidrogeológico y se complementan con variables geométricas
que describen los detalles constructivos de cada estación de
monitoreo; la posición absoluta de la estación; la posición
relativa de la estación respecto a fuentes de abasto o sistemas
de explotación importantes y, o a fuentes de contaminación o
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puntos vulnerables o de riesgo, como también respecto a
estructuras geológicas y, o geomorfológicas de interés; la
estructura del campo de propiedades físicas del sistema acuífero
definida en cada estación de monitoreo y las acciones sobre y
desde el sistema.
La metodología establecida, consiste en las siguientes etapas:
1. Elaboración del modelo conceptual del sistema
hidrológico: estructura, leyes que rigen su funcionamiento,
acciones sobre el sistema y mecanismos de respuesta y
resilencia del sistema.
2. Identificación de la informatividad actual que posee el
sistema de flujo.
3. Procesamiento estadístico uni y multivariado de las series
cronológicas.
4. Procesamiento estadístico uni y multivariado de las series de
propiedades espaciales.
5. Procesamiento multivariado de las variables geométricas.
6. Regionalización del sistema.
7. Definición de la frecuencia de monitoreo.
8. Identificación de los puntos complementarios y de los puntos
que se eliminan de la red actual.
9. Definición de los indicadores constructivos y espaciales de
los puntos complementarios.
10.Validación de la red diseñada u optimizada.
11.Cálculo de la informatividad de la red diseñada u optimizada.
12.Evaluación de los costos de operación y balance de la
relación costo-beneficio entre la red en operación y la red
optimizada. (27)
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2.8.Diseños de redes de Monitoreo de Aguas Subterráneas
Al diseñarse una red de monitoreo de aguas subterráneas es
imprescindible definir los aspectos básicos de su operación:
1. Los objetivos de la Red.
2. La representatividad espacial del punto de monitoreo.
3. La frecuencia de las observaciones.
4. El tipo y número de variables a monitorear.
Las técnicas clásicas de proyección de redes de monitoreo de
las aguas subterráneas se han basado en la aplicación, más o menos
generalizada, de la interpolación espacial mediante kriging y, en
menor grado del filtrado de Kalman a redes preexistente s. Algo más
refinadas son las que se derivan de la aplicación de la Teoría
del observador o aplican conjuntos Fuzzy. Todos estos métodos,
sin embargo, dan por sentado, en sus presupuestos, que las
estaciones de observación cu ya distribución espacial y frecuencias
será optimizada están correctamente diseñadas y, por ello, las
mediciones u observaciones que se realizarán en ellas, reflejarán
perfectamente la dinámica del fenómeno a estudiar. Ninguna de
tales técnicas resuelve el problema de la frecuencia óptima del
monitoreo ni del número de variables a observar en la red. (28)
2.9.Modelo del sistema acuífero
El desarrollo del modelo conceptual es uno los pasos de importancia
en la elaboración de los modelos de simulación de acuíferos y de
transporte de contaminantes. Durante el proceso de elaboración del
modelo conceptual, es frecuente realizar asunciones y
simplificaciones a fin de representar procesos complejos. Las
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asunciones son explicadas debido a la imposibilidad de reconstruir
completamente el sistema acuífero a ser modelado. (29)
2.10. Técnicas para el Monitoreo de Acuíferos
El primer paso para un adecuado sistema de prevención
hidrogeológica, es la instalación de una red para el monitoreo
de niveles, caudales y calidad del agua subterránea. El término
monitoreo implica seguimiento y por lo tanto, se refiere a mediciones
y muestreos reiterados y periódicos.
En la figura 1 se sintetiza un ciclo idealizado de las fases
que integran las tareas de monitoreo. (30)
Figura 1: Ciclo de monitoreo
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asunciones son explicadas debido a la imposibilidad de reconstruir
completamente el sistema acuífero a ser modelado. (29)
2.10. Técnicas para el Monitoreo de Acuíferos
El primer paso para un adecuado sistema de prevención
hidrogeológica, es la instalación de una red para el monitoreo
de niveles, caudales y calidad del agua subterránea. El término
monitoreo implica seguimiento y por lo tanto, se refiere a mediciones
y muestreos reiterados y periódicos.
En la figura 1 se sintetiza un ciclo idealizado de las fases
que integran las tareas de monitoreo. (30)
Figura 1: Ciclo de monitoreo
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asunciones son explicadas debido a la imposibilidad de reconstruir
completamente el sistema acuífero a ser modelado. (29)
2.10. Técnicas para el Monitoreo de Acuíferos
El primer paso para un adecuado sistema de prevención
hidrogeológica, es la instalación de una red para el monitoreo
de niveles, caudales y calidad del agua subterránea. El término
monitoreo implica seguimiento y por lo tanto, se refiere a mediciones
y muestreos reiterados y periódicos.
En la figura 1 se sintetiza un ciclo idealizado de las fases
que integran las tareas de monitoreo. (30)
Figura 1: Ciclo de monitoreo
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2.10.1. Objetivos
En la generalidad, el monitoreo tiene por finalidad establecer
las características y el comportamiento hidrogeológico, así como
sus posibles variaciones, tanto espaciales como temporales.
Las propiedades comúnmente monitoreadas de los acuíferos
son: calidad, reserva y productividad.
La calidad, comprende tanto la composición química como
biológica. El primer punto a considerar para lograr un muestreo
representativo es asegurarse de que la muestra provenga
efectivamente del acuífero en el mom ento de la toma y por
ende, que no sea agua almacenada en el pozo durante un
lapso relativamente prolongado. En este sentido y pese a que el
ámbito de influencia en el acuífero, debido a la extracción en
el pozo, varía significativamente en función del caudal y, de los
parámetros y propiedades hidráulicas subterráneas
(permeabilidad, transmisividad, porosidad, continuidad,
heterogeneidad, anisotropía), en términos generales se puede
asumir que la extracción de un volumen de agua en tre 5 y 10
veces mayor al que almacena el pozo, asegura un muestreo
representativo
Reserva, Para establecer las posibles variaciones
espaciales y temporales del volumen de agua almacenada en
un acuífero, se deben medir periódicamente los niveles
hidráulicos en los pozos que integran la red de monitoreo. Sin
embargo, esto sólo tiene validez directa en el caso de un acuífero
que se comporte como libre, pues la variación vertical de la
superficie freática, en función de la porosidad efectiva y el área
involucrada, permite establecer las modificaciones volumétricas
de la reserva.
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Productividad, Sus variaciones pueden deberse a modificaciones
en la reserva de los acuíferos, o a cambios en el rendimiento de
los pozos. En los ámbitos sobre-explotados, la productividad
generalmente manifiesta una disminución a medida que
progresa el tiempo de extracción. (31)
2.10.2. Escala
La síntesis de toda investigación hidrogeológica, incluido el
monitoreo, es su representación cartográfica y para ello
resulta vital que los mapas estén confeccionados a escala.
Espacial, es la relación de tamaños entre el real que tiene el
ámbito monitoreado y el del mapa correspondiente. Resulta
claro que a medida que aumenta la superficie de la región a
investigar, disminuye el detalle y la escala de reproducción
Temporal, es la frecuencia con que se efectúan los registros
del monitoreo y depende fundamentalmente de la finalidad del
mismo. (32)
2.10.3. Resultado
Este ítem comprende la verificación de los resultados obtenidos
con el monitoreo. En relación al monitoreo destinado a
establecer el comportamiento hidráulico de los acuíferos (reserva
y productividad), el mismo debe estar a cargo de personal
entrenado en las mediciones de niveles y caudales, en lo posible
profesionales o técnicos, que además conozcan el objetivo y la
importancia de la tarea. (33)
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2.10.4. Interpretación
La interpretación de la información derivada del monitoreo,
deben realizarla profesionales altamente especializados en el
tema, dado que la misma tiene que orientarse a cuantificar los
cambios en la cantidad y la calidad del agua subterránea y
también a descifrar el origen de los mismos.
En lo referente a calidad, las vari aciones en la composición
química pueden deberse a procesos naturales o derivados de
la actividad antrópica. (34)
2.10.5. Ajuste
El análisis de los resultados y la interpretación de los datos
y la información obtenida con los monitoreos realizados,
permitirá ajustar el desarrollo de los monitoreos a realizar.
En relación a resultados, si los derivados del laboratorio
elegido hubiesen adolecido de errores importantes, habrá que
cambiarlo. El mismo criterio es aplicable al pers onal destinado a la
medición y el muestreo de la red de monitoreo, si los registros y la
preservación de las muestras no son confiables.
La interpretación constituye la mejor herramienta para el
ajuste. Al respecto es trascendente validar las escalas
espacial y temporal, con el objeto de decidir si se debe continuar
con las elegidas o es conveniente cambiarlas. Otro factor
importante es el referido a las determinaciones de laboratorio,
respecto a si se mantiene la necesidad de continuar o no con las
seleccionadas preliminarmente. (35)
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CAPITULO IIILa Caracterización Hidrológica de Explotaciones Mineras y
Medio Ambiente
3.1. Alteraciones hidrológicas de Tajos Abiertos
3.1.1. Alteración del recurso hídrico superficial
Diversos artículos, estudios y denuncias en el ámbito internacional
publicados, reportan problemas por contaminación de agua de
actividades mineras de extracción de oro a cielo abierto, con el
uso de cianuro, situación provocada, principalmente, por los
sedimentos, las sustancias qu ímicas que se consumen y el
drenaje ácido.
El “drenaje ácido de Minas” (ARD) es uno de los efectos más
peligrosos en este tipo de actividad económica, debido a que las
rocas de escombreras (material estéril), así como los relaves del
proceso metalúrgico, l levan un contenido importante de especies
minerales de azufre, específicamente de pirita (con la forma de
sulfuros), que al ser expuestos a la oxidación a causa de la
exposición de la roca extraída del subsuelo al aire, agua y
radiación solar, produce ácido sulfúrico y sales de sulfato. Este
ácido logra disolver cualquier tipo de minerales en las rocas,
alterando la calidad del agua del drenaje. “Cuando la exposición
de las rocas es continua, el drenaje ácido tiende a aumentar en
vez de disminuir”. Una molécula de pirita puede producir hasta 4
iones de hidrógeno (H+). El pH del ARD es de 2,0 a 4,59. De este
proceso hay lixiviado de metales pesados. Los metales pesados
son sustancias con un elevado poder de bioacumulación en los
tejidos de los organismos vivos y de toxicidad, los cuales,
dependiendo de la concentración y del tipo de metal, provocan
diversas enfermedades y hasta la muerte. (36)
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3.2. La Interferencia de La Explotación Minera en la Hidrosfera
Comparándose con la mayoría de las actividades industriales y
agrícolas, la explotación minera no es una gran consumidora de
agua. Muchas veces el problema es el inverso y tiene que liberar
grandes cantidades de agua no deseables. Este es el problema del
drenaje de las minas, el de captar, transportar y eliminar al medio
ambiente flujos de agua de manera que no ocasionen daños.
El agua de lluvia o de infiltración en contacto con el mineral, con los
estériles, con los desechos y con las áreas operativas se cargan
muchas veces de substancias contaminantes, que sólo pueden ser
liberadas mediante procedimientos adecuados.
La mayor parte de las veces, las interferencias de la actividad minera
en la hidrosfera tiene efectos locales, ocasionalmente regionales .
Esta interferencia se da de varias man eras, tanto en la cantidad
como en la calidad de las aguas superficiales y subterráneas, de
acuerdo con la figura x.
Esa figura está estructurada en cuatro columnas que representan
algunos componentes o actividades de las iniciativas de
explotación minera (1); los principales efectos ambientales resultantes
directamente de esas acciones (2); los procesos ambientales
afectados por esas acciones (3); y los impactos ambientales
resultantes (4), o sea, modalidades de alteración de la «calidad
ambiental» que pueden asociarse a las modificaciones de los
procesos ambientales mencionados.
Como en cualquier discusión sobre los impactos ambientales de la
explotación minera como un todo, el diagrama de la figura 2 es
genérico, en el sentido que es válido para una iniciativa que tuviera
todos los componentes.
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Figura 2: Interferencia en la cantidad y la calidad de las aguas superficiales ysubterráneas.
No siempre es necesario bombear agua desde la cava o desde las
galerías subterráneas en todas las minas, por ejemplo. De la misma
forma, la disposición de residuos sólidos como estériles y desechos
no siempre ocasionará una elevación significativa de la na pa
freática. (37)
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3.3. La Hidrología Como Factor en el Diseño del Cierre de minas
Las condiciones específicas de cada lugar y el uso de la tierra
después de las labores mineras que deberían ser consideradas
durante la planificación del proyecto y el diseño del cierre incluyen:
Equilibrio climático e hidrológico.
Geología e hidrogeología.
Hidrología del agua superficial.
La información climática es decisiva para determinar tipos y patrones
de tormentas con el fin de evaluar el potencial para erosión,
inundación, evaporación y re vegetación durante el período posterior
al cierre. El balance del agua del lugar es útil para determinar el
potencial para la ocurrencia de rezumaderos de los depósitos de
relaves, instalaciones de lixiviación o minas.
La caracterización de la hidrología del agua superficial del área del
proyecto es necesaria para diseñar salvaguardas apropiadas con el
objeto de minimizar la erosión, el rezumadero y la inundación de
componentes de minas cerradas.
Durante las condiciones posteriores a la explotación minera, un
yacimiento pasa por un ciclo climático natural que incluye
precipitación, escorrentía y rezumadero. El diseño del cierre de una
mina debe considerar el ciclo climático y el balance de agu a del
lugar.
Los componentes críticos que controlan el potenci al para impactos
ambientales al agua superficial y subterránea incluyen:
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Almacenamiento de Humedad: Las diferentes condiciones de
humedad en el suelo o los materiales de desecho de minas incluyen,
retención por saturación específica mediante fuerzas capilares, y
punto de marchitez.
Infiltración: Las velocidades de infiltración dependen del tamaño,
textura, geometría, contenido de humedad y precipitación.
Escorrentía Superficial: La cantidad de escorrentía de un
componente de mina o de áreas perturbadas depende de la cantidad
de precipitación cerca del contenido de humedad superficial, la
permeabilidad del material, el ángulo de la pendiente y la cobertura
vegetal.
Evaporación: La velocidad de evaporación está determinada por
fuerzas externas como la cantidad de sol y viento, y por control
interno como el contenido de humedad y la permeabilidad del
material.
Evapotranspiración: La evapotranspiración incluye la evaporación y
la transpiración de la cobertura vegetal.
Percolación: La percolación ocurre cuando el contenido de humedad
excede la capacidad del material para retener la humedad.
Todos estos factores junto con el clima específico del lugar, controla n
la cantidad de «soluciones de lixiviación» desarrolladas durante las
condiciones posteriores al cierre. La cantidad de precipitación es lo
más importante; sin embargo, son posibles los controles secundarios
sobre el proceso de control de soluciones de lixiviaci ón mediante el
empleo de parámetros de diseño. Los controles secundarios pueden
incluir:
Inclinación y gradiente de la superficie
Tamaño del Grano de la Superficie
Vegetación
Coberturas en Capas. (38)
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III. CONCLUSIONES
1. La terminología en la caracterización hidrológica de explotaciones
mineras son básicamente la utilizada en hidrología, se emplea
términos como cuenca hidrográfica, cuenca, acuífero y tipos de
acuíferos, caracterización; además de minería, tajo abierto, minerales
sulfurosos, aguas acidas, etc.
2. Los métodos tradicionales de caracterización hidrológica son métodos
de curvas másicas o dobles, de balance hídrico, análisis de isoyetas,
correlación entre escorrentía media, precipitación y ETP.
En el método de curvas másicas o dobles, permite estudiar y corregir
los efectos de cambio de posición de la estaciones, entonces los
cambios de posición de estaciones no se afecta el resultado porque
existen compensaciones. El método de balance hídrico permite
calcular el volumen total de agua, o sea, la disponibilidad de agua en
la cuenca. El análisis de isoyetas permite obtener el balance entre la
pluviometría y los caudales medidos.
Existe un método innovador en la caracterización hidrológicas, y es el
modelo digital de flujo corregido (MDFC) el que por medio de software
(SIG) permite cartografiar y emplear formulas matemáticas mas
exactas, aunque este método está aun en mayores investigaciones
para su perfeccionamiento, el modelo evita asumir una serie de
variables constantes y uniformizar el tratamiento de la cuenca, de tal
manera se evita que sus datos resulte n poco fiables como en los
método tradicionales.
Los método de caracterización hidrogeológica son los métodos
geológicos, los hidrológicos (estos son los más usados), geofísicos de
superficie, método directo y método geomatemático.
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3. La hidrología local en los lugares donde hay minería a cielo abierto
queda sumamente dañada, porque para las operaciones mineras se
emplea agua superficial en varios procesos, y si el yacimiento está
sobe aguas subterráneas (acuíferos) es necesario bombear el agua lo
que genera un enorme impacto a la hidrología local; además de
generar drenaje acido de minas.
La caracterización hidrológica es importante también para programas
de cierre de minas, la guía ambiental para el cierre de minas, del
ministerio de energía y minas, afirma que la caracterización hidrológica
es uno de los estudios fundamentales en el cierre de minas.
IV. RECOMENDACIONES
1. La caracterización hidrológica e hidrogeológica para explotaciones
mineras deberían ser en el Perú un requisito de cumplimiento
obligatorio y deberían darse con la mayor exactitud y exigencia
posible.
2. Es de mucha prioridad incentivar la investigación para generar
métodos de caracterización hidrológica más efectivos, prácticos y
exactos.
3. Las empresas mineras deberían asumir con total responsabilidad la
caracterización hidrológica e hidrogeológica de sus explicaciones para
hacer programas exitosos de cierre de minas.
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V. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACIÓ N
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