evaluación y gestión de aguas subterráneas · diseños, pruebas de bombeo, análisis de ......

PROYECTO ARCAL RLA/7/018

“MEJORA DEL CONOCIMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS PARA

CONTRIBUIR A SU PROTECCIÓN, GESTIÓN INTEGRADA Y

GOBERNANZA”

REPÚBLICA DEL ECUADOR

Evaluación y gestión de aguas subterráneas

Lucila Candela. Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.

Universidad Politécnica de Catalunya, UPC, Barcelona, España

Quito, Ecuador, 4-8 Julio 2016

Objetivos

2

Evaluación y gestión

CUESTIONES CLAVE !!!

-¿cuanta agua hay disponible? Medidas/estimación del almacenamiento (porosidad, recursos,

reservas)

-¿con que velocidad se mueve?

Recarga, tiempo tránsito, renovación (conductividad

hidráulica/transmisividad)

-¿que calidad tiene?

Química del agua

3


Caracterización: Escala

regional/local/in situ

Identificación nivel base

natural: cantidad/calidad (a

partir de información histórica)

Prevención contaminación

Cumplir con requerimientos

legales

Refuerzo legislación (pleitos)

Investigación

4

OBJETIVOS

PREVIO A TOMA DE DECISIONES

RESPECTO A:

Monitoreo

Situación piezómetros y número

Profundidad investigación

Muestreo y métodos a utilizar

Almacenamiento, transporte,

etc….

Informes (como, cuando, tipo…)


Conocimiento aspectos geológico e hidrogeológico de la zona

Planificación y gestión del agua subterránea mediante modelos

numéricos

•Elaboración planes gestión de acuíferos

•Estudio y análisis de alternativas (recarga artificial, gestión

integrada…)

•Análisis de impactos por infraestructuras (túneles de metro..)

•Efectos del cambio climático

•Evaluación parámetros

5

Debe incluir una cierta flexibilidad del procedimiento que permita su

modificación en función del análisis de los resultados que se vayan

obteniendo


Conocimiento geológico e hidrogeológico de la zona

Ensayos en pozos y acuíferos para obtención de parámetros (incluye

trazadores)

Calidad/contaminación.

Aplicación métodos geofísicos apropiados (superficie y en pozos*)

Instalación piezómetros y pozos de monitoreo

Muestreos y técnicas analíticas

Otros (modelación, estudio económico…..)

6

La definición del plan de trabajo debe contemplar:

Debe incluir una cierta flexibilidad del procedimiento que permita su

modificación en función del análisis de los resultados que se vayan

obteniendo

*las técnicas nucleares requieren de personal capacitado para esta aplicación

Evaluación. Hidrogeología regional

• Selección del Área : Escala Información

cartográfica

• Inventario de pozos aljibes: Reconocimiento

puntos de agua

• Levantamiento de información Geológica:

Mapas geología superficial, subsuelo y

estructural. Supervisión de perforaciones.

Geometría del acuífero

• Hidráulica Subterránea: Pruebas de bombeo,

calculo de parámetros hidráulicos(T, S),

Medición de niveles del agua, caudales y

volúmenes bombeados.

• Balance Hídrico: Cálculo de la recarga y

variación reservas.

• Evaluación de calidad del agua: Monitoreo,

clasificación, uso, evolución en el tiempo

• Modelo hidrogeológico conceptual: Zonas de

recarga y descarga, sistema de flujo

Escalas :

1:250.000, 1:100.000 o superiores 7

MAPA GEOLOGICO

Escalas: 1:50.000 y

1:25.000

Cortes Geológicos

Estudios geofísicos

Correlaciones

estratigráficas

8

1. Hidrogeología regional

C:/Documents and Settings/gloria-isabel.paez/TALLER-ISOT/PRESENTACION TALLER PEREIRA2.ppt

2. Estudios exploraciones y perforaciones

• Levantamiento información hidrogeológica

• Columna litológica Registro eléctrico,

Diseños, Pruebas de bombeo, análisis de

aguas

• Correlaciones, perfiles y Parámetros

hidráulicos

Fundamental para conocer la geometría y

parámetros hidráulicos del sistema acuífero.

9

3. Inventario de pozos

10

11

4. Acuíferos

REGIMEN DE FLUJO

• Nivelación topográfica pozos

• Medida de niveles del agua

• Sistema de flujo Subterráneo

Útil para conocer: Zonas de recarga

y descarga.

Zonas con sobreexplotación

12

4. Piezometría

CALIDAD DEL AGUA

SUBDIRECC ION DE PLA NEA CION - CART OGR AFI A

FU ENT E: I NGE OM I NAS - CVC A ÑO 200 0 S UB. DE GEST ION AM BIE NTA L GR UP O DE AGUAS SUBTE RRA NEA S

CORPORACION AUTONOMA REGIONAL

DEL VALLE DEL CAUCA

Escala: 1 : 750.000

8 40 .0 00 N

9 80 .0 00 N

1'1

40

.0

00

E

1'1

20

.0

00

E

1 0 00 .0 00 N

9 60 .0 00 N

9 40 .0 00 N

1'1

00

.0

00

E

1'0

40

.0

00

E

1'0

60

.0

00

E

1'0

80

.0

00

E

1 0 20 .0 00 N

8 80 .0 00 N

8 60 .0 00 N

9 20 .0 00 N

9 00 .0 00 N

CAR TAGO

ANS ERM AN UEV O

OB AND O

LA VICT ORI A

TOR O

LA U NION

ZA RZA L

AN DAL UCI A

BUGAL AGR AND E

ROL DAN ILL O

BOL IVA R

FLORID A

PRA DER A

T ULU A

SA N P EDR O

PAL M IR A

RIOFRI O

BUGA

EL CER RIT O

GIN EBR A

GUA CAR I

CAN DEL ARI A

PTO. TE J AD A

YOTOC O

V IJ E S

YU M B O

CALI

J AM UND I

MAPA DE CALIDAD DEL

AGUA SUBTERRANEA

CIENAGA EL CHIRCAL

CONVENCIONES

CABECERA MUNICIPAL

CAPITAL DEL DEPARTAM ENTO

RIO O QUEBRADA

VIA SECUNDARIA

VIA FERREA

VIA PRINCIPAL

RIO CAUCA

Muy buena

Buena

Objetable600 - 700

300 - 400

400 - 500

500 - 600CLASE 4

CLASE 2

CLASE 3

Regular

40 - 75

10 - 20

20 - 40

100 - 200

CALSE 5

200 - 300

300 - 400

400 - 500

Excelente

F e + MnCONDUCTIVIDAD

(µmho / cm)

< 10200 - 300

DUREZ A

(mgr/lt CaCO2) (mgr/l t)

CO2

(mgr/l t)

CALIFICACION

REGIONAL

1.0 - 5.0

1.0 - 5.0

0.0 - 0.3

0.3 - 0.6

0.6 - 1.0

CLASE 1 0 - 100

CONVENCIONES

40 - 75

ACUIFERO SUPERFICIAL

Agua Bicarbonatada Calcico-

Magnésica. En general cumple

parámetros físicos para agua

potable en algunas áreas tiene

limitaciones de tipo organoléptico

por hierro y manganeso y dureza

que pueden ser fácilmente tratados

ACUIFERO PROFUNDO

Excelente calidad para el riego y

consumo humano. por estar

protegido naturalmente, esta libre

de bacterias, coliformes totales y

fecales.

13

4. Zonificación específica

MODELO HIDROGEOLOGICO CONCEPTUAL DEL

VALLE DEL CAUCA

14

4. Modelo conceptual

EL VALLE DEL CAUCA

• PRECIPITACION MEDIA ANUAL: 1550 mm

• RESERVAS: 10.000 millones de m3

• RECARGA NATURAL: 3500 Mm3- 325 mm/a (20%P)

• DEMANDA ANUAL: 500 Mm3

(*a partir del balance en la cuenca)

15

5. Balance

• Mapa de variación de niveles – Segundo semestre 2000 - 2008

INSTRUMENTO ACTIVIDAD

Diseño estructura tasas por uso Acuerdo 16 de 1995 (CVC) y Decreto 155 de 2003 (MMA). Decreto 4742/05 se cambió la estructura de cobro para disminuir el impacto del factor regional.

Permisos para construcción de pozos

Conceptos técnicos de construcción

Concesiones de aguas subterráneas

Concepto técnicos de concesión

Planes de manejo cuencas

POTs, PBOTs y EOTs

Asesoría técnica a municipios. Formulados: 3 En ejecución: 20. Articulac. POTs-POMCH-Plan. Des. Dep. y mun.

Controles operativos Medición de niveles del agua y caudales semestralmente, supervisión de perforación de pozos, instalación y lectura de contadores y regímenes de operación.

Metodología para reglamentar el recurso hídrico subterráneo

Reglamentación actualizada (Acuerdo 043 de julio 9 de 2010

Uso conjunto aguas superficiales aguas subterráneas

Proyecto Administración de aguas Cuenca río Tuluá

Re-uso de aguas residuales tratadas

No se ha reglamentado

Educación ambiental Réplica en los municipios prioritarios

Cooperación Institucional Convenio CVC - Ingenios-Asocaña - Cenicaña. Convenio Minminas-OIEA

Evaluación y monitoreo del recurso hídrico subterráneo

Levantamiento de información hidrogeológica y de calidad, inventario de pozos, sistematización de información

16

Riesgos: sobreexplotación

VULNERABILIDAD Y RIESGO DE

CONTAMINACION DE LAS

AGUAS SUBTERRANEAS

Evaluación- focalización de los

actividades potencialmente

contaminantes

Valle del Cauca

CARTAG O

ANSERM ANUEVO

O BANDO

LA VI CTO RI A

TO RO

LA UNI O N

ZARZAL

ANDALUCI A

BUG ALAG RANDE

RO LDANI LLO

BO LI VAR

FLO RI DA

PRADERA

TULUA

SAN PEDRO

PALM I RA

RI O FRI O

BUG A

EL CERRI TO

G I NEBRA

G UACARI

CANDELARI A

PTO . TEJADA

YO TO CO

VI JES

YUMBO

CALI

JAMUNDI

SUBDI RECCI O N DE PLANEACI O N - CARTO G RAFI A

FUENTE: I NG EO M I NAS - CVC AÑO 2000 SUB. DE G ESTI O N AMBI ENTAL G RUPO DE AG UAS SUBTERRANEAS

CORPORACION AUTONOM A REGIONAL

DEL VALLE DEL CAUCA

Esc ala: 1 : 750.000

840. 000 N

980. 000 N

1'140.000E

1'120.000E

1000. 000 N

960. 000 N

940. 000 N

1'100.000E

1'040.000E

1'060.000E

1'080.000E

1020. 000 N

880. 000 N

860. 000 N

920. 000 N

900. 000 N

C I E N A G A E L C H I R C A L

CO NVENCI O NES

C A B E C E R A M U N I C I P A L

C A P I T A L D E L D E P A R T A M E N T O

R I O O Q U E B R A D A

V I A S E C U N D A R I A

V I A F E R R E A

V I A P R I N C I P A L

R I O C A U C A

14, 96

22, 59

50, 21

AREA

%

425, 46

520, 12

1. 745, 67

785, 22

12, 24

Acuí f eros vulnerables a largo plazo a cont aminant es conservat ivos,

si son descargados en f orma cont inua y amplia. Baja permeabilidad.

T O T A L 100, 003. 476, 47

Acuí f eros vulnerables a la mayorí a de cont aminant es con impact o

relat ivament e rápido. Alt ament e permeable.

Acuí f eros vulnerables a algunos cont aminant es, except o en algunos

muy absorbibles o t ransf ormables. Permeabilidad alt a a moderada.

Acuí f eros vulnerables a algunos cont aminant es, solo cuando son

descargados o inf ilt rados en f orma cont inua. Permeabilidad variable.

AREA

( Km 2)CARACTERI STI CAS

V ULNE RABILIDAD

ALTA

M O DERADA

BAJA

EXTREM A

CI ENAG A EL CHI RCAL

CONVENCIONES

CABECERA M UNI CI PAL

CAPI TAL DEL DEPARTAM ENTO

RI O O Q UEBRADA

VI A SECUNDARI A

VI A FERREA

VI A PRI NCI PAL

RI O CAUCA

ACT I VI DAD G ENERADO RA DE CO NT AM I NACI O N

EF L UENT ES AG RO I NDUST RI AL ES Y M UNI CI PAL ES ( L AG UNAS)

M AT ADERO S

CARG A CO NTAM I NANTE

I NDI CE DE PELI G RO PO TENCI AL

EF L UENT ES I NDUST RI AL ES

EF L UENT ES M UNI CI PAL ES

CEM ENT ERI O S

RESI DUO S SO L I DO S M UNI CI PAL ES E I NDUST RI AL ES

M O DERADOBAJ O AL T O

RIESGO DE CONTAMINACION DE LAS

AGUAS SUBTERRANEAS

Facilidad Ingreso de contaminantes al acuífero

17

Riesgos

Zona Compost

Reservorio

Vinazas

UBICACIÓN POZOS DE

MONITOREO RESERVORIOS-

PLANTA COMPOST

Pozo Monitoreo 1

Pozo No 3

Pozo monitoreo No 2

POZO ABASTECIMIENTO

INGENIO

18

Evaluación parámetros

19

Evaluación: trazadores

20

Técnicas/métodos habituales: mapas piezométricos, modelos numéricos,

trazadores………..

Compuesto (variedad infinita) que

proporciona información del sistema de

aguas subterráneo:

-natural (flujo de calor)

-artificial (introducido)

Medida/estimación de uno o

varios parámetros del acuífero

Identificar origen, velocidad y dirección del

movimiento de un contaminante (dispersión)

Evaluación: trazadores, tipos aplicación

Flujo: medida en un punto

21

Evaluación: trazadores, ejemplos aplicación Medida en mismo pozo

22

Varios trazadores

Evaluación: trazadores, ejemplos aplicación

Inyeccion y medida en distinto pozo

23


Tipos y usos:

Test/ensayo

-flujo natural

-flujo inducido

Trazador aplicado

-natural (isótopos estables, radiactivos)

-inyectados (isótopos, iónicos/no-iónicos,

colorantes, temperatura, gases, partículas)

24

IMPORTANTE!!!!!!!!! -Detección

-Movilidad

-Toxicidad *económico, disponibilidad tecnológica, consideración salud pública

Evaluación: trazadores, tipos (ejemplos)

25

Trazadores radioactivos comunes

Isótopo Semi-vida

H3 12.3 a

Br32 33.4 h

I131 8.1 d

Cr51 27.8 d

C14 5730 a

U234, 238 105 - 109 a

-Iónicos (Cl-, Br, NO3): tiempo de residencia, dirección flujo, propiedades

acuífero

-No-iónicos (pentafluorbenzoato): similar aplicación (caros, límite detección

bajo)

-Colorantes (fluorescentes o no: rodamina, flouresceina): pueden quedar

adsorbidos en materia orgánica, arcillas e incluso vidrio. Algunos sufren

degradación. Uso en karst (flouresceina/uranina). Rodamina es carcinogénico

-Gases (generalmente gases nobles, inertes): He muy utilizado por coste,

seguridad, concentración requerida…. Uso gases antropogénicos FCFs

(freones CFC11, CFC12, CFC113) para recarga. Xe, Ar, Rn….

-Isótopos (estables, radiactivos): Generalmente no utilizados en inyección.

Estables: D, O18 utilizados para recarga; N para detectar el origen del nitrato;

S para distinguir su origen natural de la contaminación; C14, edad agua.

Otros B, Sr, Cl36: para determinar dirección flujo.

Radiactivos: utilización generalmente para datación del agua

-Temperatura del agua: Muy utilizado en recarga artificial o recarga inducida

por ríos

-Partículas: Esporas (m. fracturados), bacterias (E. coli)

Evaluación: trazadores tipos

26

Evaluación: trazadores en medios porosos

27

Aplicación:

• Caracterización velocidad regional

• Distribución conductividad hidráulica

• Anisotropia

• Dispersividad

• Retardo de un contaminante

Preguntas prácticas: planificación

• Solo se quiere determinar la velocidad del flujo?

• Que otros parámetros pueden interesar

• Tiempo disponible para realizar el test, duración?

• Presupuesto?

• Técnicas analíticas disponibles y selección trazador?

• Nivel base del acuífero? Cantidad de trazador a inyectar

• Pozo único/múltiples pozos?, técnica mas apropiada

• Interpretación? (met. Analíticos, curva patrón, modelos numéricos)

Evaluación: trazadores precauciones

28

• Caracterización previa del acuífero y de los sondeos utilizados

• Los puntos de monitoreo deben estar desarrollados

• Los pozos que atraviesan diversos niveles acuíferos no deben ser utilizados

• Estimación parámetros del acuífero

• Flujo estacionario (caudal de bombeo constante)

• Inyección correcta (pulso, continuo o trazado columna)

• Distribución muestreo correcta

• Elección adecuada del trazador (utilizar varios). Comprobar interacciones

• Elección adecuada concentración (detección y problemas de densidad)

• Conservación adecuada de las muestras

• Verificar masa recuperada

• Estimar duración aproximada del ensayo

Evaluación: trazadores, datación

29

CFCs en N-América, IAEA (2006)

UT en precipitación (Otawa)

Evaluación: trazadores, recarga natural

30

Ensayo con agua tritiada (7.3 × 108 Bqm−3)

Recarga

Jiménez-Martínez et al, 2012

Evaluación: trazadores, velocidad infiltración

31

Ensayo con LiBr

0

10

20

30

40

50

60

0,00 0,10 0,30 0,50 0,70 0,90 1,50 1,90 2,50 2,90 3,50 3,90 4,50

Prof. (m)

Con

cent

raci

ón B

r (m

icro

g/g)

Blanco

27/09/94

6/10/94

17/10/94

14/11/94

14/12/94

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 14 23 34 62 92

Tiempo (días)

Vel

ocid

ad d

e In

filtr

ació

n (c

m/d

ía) VDarcy Br

(cm/día)

Vagua

(cm/día)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

14 23 34 62 92

Tiempo (días)

% d

e M

asa

de T

raza

dor

Rec

uper

ada *Rec.>100%

Evaluación: trazadores, circulación/flujo preferencial

32

Temp llobregat

Ensayo de trazador con PFBA

en el residuo SAL

R=1 Ap=0.041

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Pore volumes

Cw/C

o

Experimental data in stratified column

Experimental data in homogeneous column

PFB


33

Definir propiedades hidrogeológicas del acuífero cuaternario

(modelación).

• Uso simultáneo 3 trazadores: ácido pentafluorobenzoico (PFBA) ; LiBr

y I131

• Li (retenido) puede proporcionar datos de tranporte y paramétros de

adsorción in situ

• Inyección en piezómetro y recuperación en pozo (situado a 3.45 m)

• Duración ensayo 1050 min

• N.f a 1m de profundidad

• Inicio ensayo de bombeo para alcanzar nivel estacionario (bomba a 14

m, Q= 1l/s)

• Descenso en el pozo 5.22 m; en el sondeo 0.88

• Toma muestras para análisis laboratorio (PFB, Br, Li) (intervalos)

• Medida in situ I131 (lab de aplicaciones nucleares, CEDEX)

Ensayo bombeo-inyección Campo de Cartagena (Julio 2010)


34

Acuífero libre cuaternario (n.f. 1m)

Pozo y piezómetro parcialmente penetrantes

Ensayo de bombeo previo (12.30 h)

Régimen estacionario

Ensayo tipo pulso

Muestreo durante 1050 min

Evaluación: ensayo para obtención propiedades medio

36

Punto de bombeo:

Diámetro 120 mm

Profundidad perforación 25 m

Rejilla, todo el espesor

Profundidad de la bomba (aspiración)

desde referencia (brocal) 12.91 m (12 m

desde suelo)

Punto de observación:

Diámetro 63 mm

Profundidad perforación 7 m

Rejilla, todo el espesor

Ensayo bombeo+recuperación

Trazadores:

PFB (14.4 mM)

BrLi (2.3 M)

I131 (90 mC)

bombeo

piezómetro Muestreo

I131

Muestreo


37

Evaluación: trazadores resultados

38

Reimus & Robinson, 2004

39