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ESTADO PLURINACIONAL
DE BOLIVIA

UNIÓN EUROPEA

GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE ORURO
PROGRAMA DE GESTIÓN SOSTENIBLE DE...
El agua en el Planeta

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Ríos

Mar

Glaciares

Agua subterránea

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Distribución de agua en el planeta

69,2%
97%
agua salada

Casquetes
polares
Hielos
continentales

Agua dulce

30,1%
3%
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La importancia del agua subterránea
Porcentaje de suministro de agua potable
con agua subterránea
Región

Porcentaje

Pobl...
La importancia del agua subterránea
País

Superficie regada
(Millones de Ha.)

Uso para riego
(Km3/año)

% de Aguas
Subter...
El ciclo hidrológico

Fenómeno de circulación global del agua
-> energía solar
->fuerzas de gravedad y la rotación de la T...
IMPORTANTE
• Las aguas subterráneas forman parte del ciclo
hidrológico.

• SISTEMAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
(SISTEMAS ACUÍFE...
La teoría de sistemas
Definición de sistema según Dooge (en Flemmig, 1972)
“Cualquier estructura, dispositivo o procedimie...
La teoría de sistemas
• El sistema comprende
– un conjunto de componentes físicos y geométricos,
– acciones exteriores al ...
El acuífero como sistema
Bajo este punto de vista,
El acuífero constituye un sistema natural y real
en el que el medio fís...
El acuífero como sistema
Funciones de Entrada


Continente=Geología
Procesos
Contenido=Fluido



Funciones de Salida
MSc...
EL CONTINENTE = GEOLOGÍA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Formaciones geológicas
Tienen características
distintivas en función de:
* Tipo de roca y minerales
* Estructura y textura...
Y son el resultado de

Suceso Geológico

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Clasificación de las rocas
Rocas ígneas
se forman por el enfriamiento
y solidificación del magma
– intrusivas
– extrusivas...
Clasificación de las rocas
Rocas metamórficas
se forman por la alteración de otras
rocas bajo la acción de calor o
presión...
Clasificación de las rocas
Rocas sedimentarias
se forman como resultado del
depósito de partículas, a
menudo derivadas del...
Ciclo de las rocas

MSc. Ing. Mónica D´Elia
“Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
Los sedimentos
Denominación

Diámetro de los
granos (mm)

Grava gruesa o piedra

20

Grava media

20 – 10

Grava fina

10 ...
Textura y Estructura

Textura: proporciones relativas de las
agrupaciones por tamaño de los granos
Estructura: constitució...
Porosidad total
Porosidad = m = Volumen de espacios vacíos = (%)
Volumen total

 Porosidad primaria originada por los pro...
Porosidad eficaz
Existen poros de distintas categorías:
1. Poros interconectados
2. Poros semicerrados
3. Poros totalmente...
Porosidad total y eficaz

Sedimentos no
consolidados
Gravas
Gruesas
Medianas
Finas
Arena
Gruesas
Medianas
Finas
Limo
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¿CÓMO CONOCEMOS LA GEOLOGÍA
DEL SISTEMA ACUÍFERO?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
PERFORACIONES

Geólogo / persona capacitada en la cabecera del
pozo
Registro continuo de los sedimentos
atravesados

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MSc. Ing. Mónica D´Elia
Sobre la base del análisis y tratamiento de información de:
 muestras de suelo y subsuelo
 prospecciones

Se elaborarán
...
Y CORRELACIONES
Que permiten establecer relaciones entre los registros de los diferentes perfiles de perforaciones
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Y entonces,
será posible contar con una
caracterización más o menos
ajustada de las formaciones
geológicas que constituyen...
LA ENTRADA
¿CÓMO INGRESA EL AGUA EN EL AMBIENTE
SUBTERRÁNEO?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
INFILTRACIÓN -PERCOLACIÓN PROFUNDA- RECARGA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
IMPERMEABLE

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INFILTRACIÓN -PERCOLACIÓN PROFUNDA- RECARGA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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¿QUÉ PASA SI PERFORAMOS?
Sistema en equilibrio. Nivel de agua subterránea.
Superficie de agua
Pozo

Zona del suelo

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EL CONTENIDO = FLUIDOS

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Distribución vertical del agua
en el suelo y subsuelo

MSc. Ing. Mónica D´Elia
El agua en el suelo y subsuelo
CATEGORÍA
CARACTERÍSTICAS
Absorbida por fuerzas
Agua retenida por
fuerzas no capilares eléc...
¿CÓMO SE COMPORTAN
LAS FORMACIONES GEOLÓGICAS
EN RELACIÓN CON EL CONTENIDO=AGUA?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Carácter Hidrogeológico de las Formaciones
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ACUÍFERO
(del lat. aqua=agua y fero=llevar):
almacenan , trasmiten y...
Carácter Hidrogeológico de las Formaciones
Geológicas
ACUÍCLUDO
(del lat. aqua=agua y claudere=encerrar):
almacenan pero n...
ADEMÁS…
La ubicación relativa de las formaciones acuíferas en
la columna geológica (y la presencia de agua)
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Tipos de acuíferos
El acuífero libre o freático está
delimitado superiormente
por la superficie del terreno
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Tipos de acuíferos
El acuífero confinado se
encuentra limitado superior
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Tipos de acuíferos
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Tipos de acuíferos

MSc. Ing. Mónica D´Elia
¿CÓMO SE MUEVE EL AGUA EN EL ACUÍFERO?

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El Gradiente Hidráulico
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DEL SISTEMA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
¿CÓMO SE CONOCE
EL ESTADO DEL SISTEMA ACUÍFERO
EN UN DETERMINADO MOMENTO?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
A través del análisis de una representación plana
o bi-dimensional de la superficie del agua

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Pero . . .
Su obtención
requiere de la medición de una cantidad
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que permitan aproximar el
comportamien...
CENSO DE POZOS

Georreferenciación
de puntos
Determinación de
la cota de boca de
pozos

Medición de la
profundidad del ...
MAPA DE NIVELES
MAPA POTENCIOMÉTRICO

Determinación de los niveles de agua

MAPA PIEZOMÉTRICO
MAPA DE CURVAS ISOFREÁTICAS...
MAPA DE NIVELES
• Este mapa permite obtener
información de cargas o niveles
piezométricos

SUFERCIE FREATICA

• Estimar gr...
Acuífero libre (superficie real)
MSc. Ing. Mónica D´Elia

Fuente: Auge, 2004
Acuífero semiconfinado (superficie virtual)
MSc. Ing. Mónica D´Elia

Fuente: Auge, 2004
OTRO MAPA DE INTERÉS

Mapa de isoprofundidad
MSc. Ing. Mónica D´Elia
LEYES DE FUNCIONAMIENTO

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Ahora bien..

¿CÓMO SE HA ENCARADO EL ESTUDIO
DEL MOVIMIENTO DEL AGUA
EN EL MEDIO POROSO?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
MEDIO POROSO

formado por poros y canalículos

Estudio microscópico muy complejo

ESTUDIO MACROSCÓPICO
Se trata el medio c...
Velocidad del agua en medios porosos
• Es variable en función del tamaño y orientación de los poros
• Se puede definir una...
Velocidad del agua en medios porosos
Q  A1 * v  A2 *V

A2  A1 * me

Q  A1 * v  A1 * me *V

V  v / me

donde:
V = vel...
Velocidad del agua en medios porosos
VELOCIDAD REAL MEDIA

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ESTUDIO MACROSCÓPICO
Las leyes que traten el medio como un continuo con
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Experiencia de Darcy (1856)
Ámbito de validez de la ley de Darcy:
* Medio homogéneo e isótropo
* Sustrato impermeable hori...
Experiencia de Darcy (1856)

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Ámbito de validez de la ley de Darcy:

Experiencia de Darcy (1856)

MSc. Ing. Mónica D´Elia

* Medio homogéneo e isótropo
...
Conductividad Hidráulica
Medida de la facilidad con la que el agua circula a través
de los distintos estratos
NOTAR: Depen...
Conductividad Hidráulica
No solo varía en función del tipo de roca, sino también de un
lugar a otro
Si K es esencialmente ...
Conductividad Hidráulica
Puede ser diferente también en distintas direcciones en
cualquier parte del acuífero
Si la conduc...
Conductividad Hidráulica
Transmisividad Hidráulica
Capacidad del acuífero de transmitir agua
El rendimiento de un acuífero no sólo será función de ...
Coeficiente de almacenamiento
Capacidad de los materiales de almacenar agua.
Unidades = L3 / L3
Acuíferos libres
S = 0,1 –...
¿PARA QUÉ NOS INTERESA CONOCER
LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS
FORMACIONALES DEL SISTEMA ACUÍFERO?

MSc. Ing. Mónica D´Eli...
Parámetros hidráulicos (K, T, S, m y me)
• caracterizar unidades hidrogeológicas
• estudiar aspectos relacionados con la v...
Ensayos de
laboratorio
MSc. Ing. Mónica D´Elia
Ensayos de bombeo
Ensayos de campo
y laboratorio

Ensayos de conductividad
hidráulica

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Ensayos de bombeo
LAS CUENCAS HIDROGEOLÓGICAS

MSc. Ing. Mónica D´Elia
CUENCA HIDROGRÁFICA: superficie total drenada por un río y sus afluentes
aguas arriba (o lo que es igual, la cuenca topogr...
CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LOS
LOS FLUJOS DE AGUA SUBTERRÁNEA
ACUÍFEROS

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Recarga
a los acuíferos
Natural
Artificial

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Descarga natural
de acuíferos
La descarga de agua subterránea
puede ocurrir naturalmente en
ambientes diversos:
– Fluviale...
Descarga artificial de acuíferos
BOMBEOS

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Relación recarga - descarga

R= Recarga

D=Descarga

S=almacenamiento

MSc. Ing. Mónica D´Elia

Q=Caudal de explotación
Necesidad de evaluación
de las reservas de agua subterránea
Régimen permanente y transitorio
• Régimen permanente
– No hay cambios en el tiempo  no hay cambios en el
almacenamiento
...
Variación de los niveles de agua subterránea

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6000

7000...
Variación de los niveles de agua subterránea

24000
23000
22000
21000
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3000

4000

5000

6000

7000

8000...
IMPACTOS DE LA EXTRACCIÓN EXCESIVA EN ZONAS COSTERAS
MSc. Ing. Mónica D´Elia
LA RESPUESTA=LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL
AGUA SUBTERRÁNEA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
La calidad natural del agua subterránea
◦ la litología
◦ la velocidad de circulación
◦ la calidad del agua de infiltración...
Calidad natural de las aguas subterráneas
IONES PRINCIPALES
Aniones
-

– Cl (10+250ppm)
– SO4= (2+150ppm)
– CO3H- (50+350p...
Evolución de la composición química
del agua subterránea de circulación regional
• Las aguas de
circulación regional
tiend...
¿CÓMO ESTUDIAMOS LAS CARACTERÍSTICAS
QUÍMICAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
MSc. Ing. Mónica D´Elia

Toma de muestras de agua
y determinaciones in -situ
Análisis químicos en
laboratorio

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Caracterización temporal

CLORUROS (mg/l)

300.00

27.93

250.00

200.00

49.58

44.00

150.00

57.96

70.53

32.12

39.46...
Clasificaciones químicas

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Site

Fe

Zn

Cu

Cr

Ni

mg/l

mg/l

gr/l

gr/l

gr/l

Guideline value in
natural fresh
groundwater
B1

< 10

< 0.01

...
MODELO CONCEPTUAL DE FUNCIONAMIENTO
DEL SISTEMA HÍDRICO SUBTERRÁNEO

Determinaciones in-situ

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Modelo Conceptual de funcionamiento
del sistema hídrico subterráneo
Una vez que conozcamos:
Geometría del acuífero
Mater...
Modelo Conceptual de funcionamiento
del sistema hídrico subterráneo

MSc. Ing. Mónica D´Elia

Fuente: Auge, 2004
MODELO MATEMÁTICO HIDROGEOLÓGICO

Determinaciones in-situ

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Modelo Matemático Hidrogeológico
Es una versión simplificada del sistema acuífero real que
simula aproximadamente las rela...
Modelo Matemático Hidrogeológico
• Para poder modelar un sistema real es necesario realizar
una serie de simplificaciones....
Modelo Matemático Hidrogeológico
Se basa en la resolución de la ecuación general que gobierna
el flujo tridimensional en u...
DATOS
MODELO CONCEPTUAL
Definición del esquema de funcionamiento
MODELO MATEMÁTICO
Discretización –Identificación
Definici...
Modelo Matemático Hidrogeológico

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Modelo Matemático Hidrogeológico
IMPORTANTE!
El primer paso en el procedimiento de modelación es la
construcción del model...
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Conceptos Básicos sobre Hidrología Subterránea

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  1. 1. ESTADO PLURINACIONAL DE BOLIVIA UNIÓN EUROPEA GOBIERNO AUTÓNOMO DEPARTAMENTAL DE ORURO PROGRAMA DE GESTIÓN SOSTENIBLE DE LOS RECURSOS NATURALES DE LA CUENCA DEL LAGO POOPÓ Convenio No. DCI-ALA/2009/021-614 CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA Oruro, Bolivia Mayo de 2013 MSc. Ing. Mónica D´Elia
  2. 2. El agua en el Planeta MSc. Ing. Mónica D´Elia
  3. 3. Ríos Mar Glaciares Agua subterránea MSc. Ing. Mónica D´Elia
  4. 4. Distribución de agua en el planeta 69,2% 97% agua salada Casquetes polares Hielos continentales Agua dulce 30,1% 3% agua dulce Agua subterránea Ríos Lagos Total de agua MSc. Ing. Mónica D´Elia <1%
  5. 5. La importancia del agua subterránea Porcentaje de suministro de agua potable con agua subterránea Región Porcentaje Población servida (millones de habitantes) Asia - Pacífico 32 1000-2000 Europa 75 200-500 América del Sur y Central 29 150 Estados Unidos de América 51 135 Australia 15 3 África ND ND WORLD 1500-2750 Fuente: Sampat (2000) after UNEP, OECD, FAO, US-EPA, Australian EPA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  6. 6. La importancia del agua subterránea País Superficie regada (Millones de Ha.) Uso para riego (Km3/año) % de Aguas Subterráneas India 50.1 460 53 China 48 408 18 Pakistán 14.3 151 34 Irán 7.3 64 50 México 5.4 61 27 Bangladesh 3.8 13 69 Argentina 1.6 19 25 Marruecos 1.1 10 31 Fuentes: Burke y Moench, 2000, Foster y otros, 2000 en: UN-WATER/WWAP/2007/01 MSc. Ing. Mónica D´Elia
  7. 7. El ciclo hidrológico Fenómeno de circulación global del agua -> energía solar ->fuerzas de gravedad y la rotación de la Tierra MSc. Ing. Mónica D´Elia
  8. 8. IMPORTANTE • Las aguas subterráneas forman parte del ciclo hidrológico. • SISTEMAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS (SISTEMAS ACUÍFEROS) SISTEMA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  9. 9. La teoría de sistemas Definición de sistema según Dooge (en Flemmig, 1972) “Cualquier estructura, dispositivo o procedimiento, real o abstracto que interrelaciona en un tiempo dado de referencia, una entrada, causa o impulso (de materia, energía o información) y una salida, efecto o respuesta de información energía o materia”. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  10. 10. La teoría de sistemas • El sistema comprende – un conjunto de componentes físicos y geométricos, – acciones exteriores al sistema (que actúan sobre él y lo modifican) y – leyes que modifican su funcionamiento Entrada Salida Medio MSc. Ing. Mónica D´Elia
  11. 11. El acuífero como sistema Bajo este punto de vista, El acuífero constituye un sistema natural y real en el que el medio físico está conformado por agua y rocas con sus propias leyes de funcionamiento que ante acciones exteriores que definen la entrada neta al sistema (recarga natural o artificial, riegos, bombeos, evapotranspiración, etc.) dan lugar a diferentes estadíos del sistema que constituyen la respuesta o salida del mismo. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  12. 12. El acuífero como sistema Funciones de Entrada  Continente=Geología Procesos Contenido=Fluido  Funciones de Salida MSc. Ing. Mónica D´Elia
  13. 13. EL CONTINENTE = GEOLOGÍA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  14. 14. Formaciones geológicas Tienen características distintivas en función de: * Tipo de roca y minerales * Estructura y textura * Grado de consolidación MSc. Ing. Mónica D´Elia
  15. 15. Y son el resultado de Suceso Geológico MSc. Ing. Mónica D´Elia
  16. 16. Clasificación de las rocas Rocas ígneas se forman por el enfriamiento y solidificación del magma – intrusivas – extrusivas o volcánicas – Filonianas MSc. Ing. Mónica D´Elia
  17. 17. Clasificación de las rocas Rocas metamórficas se forman por la alteración de otras rocas bajo la acción de calor o presión Pizarra Cuarcita MSc. Ing. Mónica D´Elia
  18. 18. Clasificación de las rocas Rocas sedimentarias se forman como resultado del depósito de partículas, a menudo derivadas del intemperismo y erosión de otras rocas Caliza Conglomerado MSc. Ing. Mónica D´Elia
  19. 19. Ciclo de las rocas MSc. Ing. Mónica D´Elia “Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
  20. 20. Los sedimentos Denominación Diámetro de los granos (mm) Grava gruesa o piedra 20 Grava media 20 – 10 Grava fina 10 – 2 Arena gruesa 2 - 0,5 Arena media 0,50 - 0,25 Arena fina 0,25 – 0,10 Arena muy fina 0,10 – 0,05 Limo 0,05 - 0,002 Arcilla Sedimentos consolidados sedimentos se encuentran cementados < 0,002 Sedimentos no consolidados o incoherentes agregados sueltos no poseen cemento o aglomerante Clasificación de materiales por tamaños según U.S.D.A. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  21. 21. Textura y Estructura Textura: proporciones relativas de las agrupaciones por tamaño de los granos Estructura: constitución física del material de suelo dada por el tamaño, forma y ordenamiento de las partículas sólidas y los espacios vacíos LA TEXTURA, ESTRUCTURA DEFINEN LA POROSIDAD Y PERMEABILIDAD MSc. Ing. Mónica D´Elia
  22. 22. Porosidad total Porosidad = m = Volumen de espacios vacíos = (%) Volumen total  Porosidad primaria originada por los procesos geológicos que forman la roca.  Porosidad secundaria se desarrolla después de la formación de la roca, como MSc. Ing. Mónica D´Elia las fisuras, juntas, disolución, etc.
  23. 23. Porosidad eficaz Existen poros de distintas categorías: 1. Poros interconectados 2. Poros semicerrados 3. Poros totalmente cerrados Para el estudio del movimiento del agua subterránea interesan los dos primeros Porosidad eficaz (%) = Volumen de espacios vacíos (1, 2) (me) Volumen total MSc. Ing. Mónica D´Elia
  24. 24. Porosidad total y eficaz Sedimentos no consolidados Gravas Gruesas Medianas Finas Arena Gruesas Medianas Finas Limo Arcilla VALORES DE POROSIDAD expresados en % Porosidad Total Porosidad Eficaz 25 – 40 15 – 35 25 – 45 10 – 35 35 – 50 40 – 60 2 – 20 0 – 10 Tomado de Custodio, 1983. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  25. 25. ¿CÓMO CONOCEMOS LA GEOLOGÍA DEL SISTEMA ACUÍFERO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  26. 26. PERFORACIONES Geólogo / persona capacitada en la cabecera del pozo Registro continuo de los sedimentos atravesados Ubicación del pozo (coordenadas y cota) MSc. Ing. Mónica D´Elia Método de perforación
  27. 27. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  28. 28. Sobre la base del análisis y tratamiento de información de:  muestras de suelo y subsuelo  prospecciones Se elaborarán PERFILES MSc. Ing. Mónica D´Elia
  29. 29. Y CORRELACIONES Que permiten establecer relaciones entre los registros de los diferentes perfiles de perforaciones intentando encontrar en todos ellos una misma capa MSc. Ing. Mónica D´Elia
  30. 30. Y entonces, será posible contar con una caracterización más o menos ajustada de las formaciones geológicas que constituyen el sistema… Esto quiere decir: definir la ubicación espacial del techo, base y espesor de cada una de las formaciones geológicas del sistema subterráneo, en otras palabras conocer su GEOMETRÍA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  31. 31. LA ENTRADA ¿CÓMO INGRESA EL AGUA EN EL AMBIENTE SUBTERRÁNEO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  32. 32. INFILTRACIÓN -PERCOLACIÓN PROFUNDA- RECARGA MSc. Ing. Mónica D´Elia IMPERMEABLE IMPERMEABLE IMPERMEABLE “Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
  33. 33. INFILTRACIÓN -PERCOLACIÓN PROFUNDA- RECARGA MSc. Ing. Mónica D´Elia IMPERMEABLE IMPERMEABLE “Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
  34. 34. ¿QUÉ PASA SI PERFORAMOS? Sistema en equilibrio. Nivel de agua subterránea. Superficie de agua Pozo Zona del suelo Zona Intermedia Nivel de agua Agua subterránea MSc. Ing. Mónica D´Elia
  35. 35. EL CONTENIDO = FLUIDOS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  36. 36. Distribución vertical del agua en el suelo y subsuelo MSc. Ing. Mónica D´Elia
  37. 37. El agua en el suelo y subsuelo CATEGORÍA CARACTERÍSTICAS Absorbida por fuerzas Agua retenida por fuerzas no capilares eléctricas debido al carácter bipolar de las moléculas de agua TIPO Higroscópica (retenida entre 10000 y 25000 atm.) Pelicular (película que envuelve a las partículas y agua higroscópica) Agua Retenida por fuerzas de capilaridad Puede elevarse por encima de la superficie libre y mantenerse por tensión superficial Capilar Aislada Capilar Continua Agua no retenida por el suelo Sometida a la acción de la gravedad Gravífica MSc. Ing. Mónica D´Elia EXTRACCIÓN Calcinación Centrifugación Gravedad
  38. 38. ¿CÓMO SE COMPORTAN LAS FORMACIONES GEOLÓGICAS EN RELACIÓN CON EL CONTENIDO=AGUA? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  39. 39. Carácter Hidrogeológico de las Formaciones Geológicas ACUÍFERO (del lat. aqua=agua y fero=llevar): almacenan , trasmiten y liberan agua materiales detríticos no consolidados como las arenas y las gravas ACUITARDO (del lat. aqua=agua y tardare=tardar): almacenan agua pero la trasmiten y liberan muy lentamente materiales detríticos mal clasificados, como mezcla de arenas, arcillas, limos, etc. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  40. 40. Carácter Hidrogeológico de las Formaciones Geológicas ACUÍCLUDO (del lat. aqua=agua y claudere=encerrar): almacenan pero no trasmiten ni liberan agua materiales arcillosos ACUÍFUGO (del lat. aqua=agua y fugare=huir): no almacenan, por lo tanto no trasmiten ni liberan agua granitos no fisurados MSc. Ing. Mónica D´Elia *
  41. 41. ADEMÁS… La ubicación relativa de las formaciones acuíferas en la columna geológica (y la presencia de agua) conforman los ACUÍFEROS. Estos acuíferos pueden clasificarse en: • libres, • semiconfinados y • confinados en función de las diferentes presiones de MSc. Ing. Mónica D´Elia alojamiento del agua.
  42. 42. Tipos de acuíferos El acuífero libre o freático está delimitado superiormente por la superficie del terreno e inferiormente por un manto semi o impermeable Nivel del terreno ZONA NO SATURADA Nivel Freático ZONA SATURADA Presión atmósférica Nivel freático IMPERMEABLE Superficie freática (real) MSc. Ing. Mónica D´Elia
  43. 43. Tipos de acuíferos El acuífero confinado se encuentra limitado superior e inferiormente por formaciones impermeables (acuícludos o acuífugos) Nivel del terreno Nivel piezométrico IMPERMEABLE ACUIFERO Presión de alojamiento Nivel piezométrico Superficie piezométrica (virtual) IMPERMEABLE MSc. Ing. Mónica D´Elia
  44. 44. Tipos de acuíferos El acuífero semiconfinado está delimitado por una base acuícluda (o acuitarda) y un techo acuitardo. Nivel del terreno ACUITARDO Nivel piezométrico ACUIFERO Flujo vertical (goteo) Presión de alojamiento Nivel piezométrico IMPERMEABLE Superficie piezométrica (virtual) MSc. Ing. Mónica D´Elia
  45. 45. Tipos de acuíferos MSc. Ing. Mónica D´Elia
  46. 46. ¿CÓMO SE MUEVE EL AGUA EN EL ACUÍFERO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  47. 47. Necesita energía…. El agua se moverá desde una mayor altura de agua hacia una menor altura de agua MSc. Ing. Mónica D´Elia
  48. 48. Punto 1 Profundidad del agua = 8 m Superficie del terreno Punto 2 río Profundidad del agua = 2 m
  49. 49. GRADIENTE HIDRÁULICO Punto 1 Profundidad del agua = 1m Superficie del terreno Punto 2 Profundidad del agua = 2 m río La profundidad del agua por si sola no expresa altura de agua o estado de energía del sistema
  50. 50. NT Punto 1 Punto 2 NE PROF 1 PROF 2 Cota NT 1 Cota NT 2 Cota NE 1= h1 Cota NE 2=h2 PC L h = carga hidráulica en un punto = cota NE = cota NT - PROF MSc. Ing. Mónica D´Elia
  51. 51. Esto sugiere la existencia de un gradiente… El Gradiente Hidráulico Relación entre la diferencia de cargas entre dos puntos y su separación i = gradiente hidráulico, h h i  h   x L h = carga hidráulica, h = diferencia de carga entre dos puntos = h1-h2 y x = L distancia de separación entre ellos. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  52. 52. LA RESPUESTA = ESTADO DE ENERGÍA DEL SISTEMA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  53. 53. ¿CÓMO SE CONOCE EL ESTADO DEL SISTEMA ACUÍFERO EN UN DETERMINADO MOMENTO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  54. 54. A través del análisis de una representación plana o bi-dimensional de la superficie del agua MSc. Ing. Mónica D´Elia
  55. 55. Pero . . . Su obtención requiere de la medición de una cantidad de puntos discretos que permitan aproximar el comportamiento de un medio naturalmente continuo MSc. Ing. Mónica D´Elia
  56. 56. CENSO DE POZOS Georreferenciación de puntos Determinación de la cota de boca de pozos Medición de la profundidad del nivel de agua subterránea AREA DE ESTUDIO Curvas de nivel del terreno Ubicación de perforaciones MSc. Ing. Mónica D´Elia
  57. 57. MAPA DE NIVELES MAPA POTENCIOMÉTRICO Determinación de los niveles de agua MAPA PIEZOMÉTRICO MAPA DE CURVAS ISOFREÁTICAS MAPA DE CURVAS EQUIPOTENCIALES MSc. Ing. Mónica D´Elia
  58. 58. MAPA DE NIVELES • Este mapa permite obtener información de cargas o niveles piezométricos SUFERCIE FREATICA • Estimar gradientes hidráulicos y caudales C U R V A S IS O F R E Á T IC A S 500000 • Definir la dirección y sentido del escurrimiento subterráneo 450000 400000 350000 300000 250000 REFLEJA O CUANTIFICA LA RESPUESTA AL SISTEMA CONSIDERADO 200000 150000 100000 50000 0 0 0 MSc. Ing. Mónica D´Elia 50000 100000 100000 150000 200000 200000 250000 300000 300000 350000 400000 400000 450000 500000 500000
  59. 59. Acuífero libre (superficie real) MSc. Ing. Mónica D´Elia Fuente: Auge, 2004
  60. 60. Acuífero semiconfinado (superficie virtual) MSc. Ing. Mónica D´Elia Fuente: Auge, 2004
  61. 61. OTRO MAPA DE INTERÉS Mapa de isoprofundidad MSc. Ing. Mónica D´Elia
  62. 62. LEYES DE FUNCIONAMIENTO MSc. Ing. Mónica D´Elia
  63. 63. Ahora bien.. ¿CÓMO SE HA ENCARADO EL ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MEDIO POROSO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  64. 64. MEDIO POROSO formado por poros y canalículos Estudio microscópico muy complejo ESTUDIO MACROSCÓPICO Se trata el medio como un continuo con propiedades medias definidas POR EJEMPLO… MSc. Ing. Mónica D´Elia
  65. 65. Velocidad del agua en medios porosos • Es variable en función del tamaño y orientación de los poros • Se puede definir una velocidad media en una dirección media si se considera un volumen medio suficientemente grande. • Usualmente se obtiene de dividir el caudal que pasa por una superficie perpendicular al flujo por el área total, y se la denomina velocidad de flujo o velocidad aparente (v). MSc. Ing. Mónica D´Elia
  66. 66. Velocidad del agua en medios porosos Q  A1 * v  A2 *V A2  A1 * me Q  A1 * v  A1 * me *V V  v / me donde: V = velocidad real efectiva del flujo en el medio poroso, me = porosidad efectiva, v = velocidad aparente = velocidad del flujo si no existiera material granular MSc. Ing. Mónica D´Elia
  67. 67. Velocidad del agua en medios porosos VELOCIDAD REAL MEDIA (T=10°C, i=1/100) Arena fina (0,2mm) 16m/año Arena (0,4mm) 65m/año Arena gruesa (0,8mm) Grava fina (2mm) 257m/año 1635m/año Suelos arcillosos (i=1) MSc. Ing. Mónica D´Elia <3cm/año
  68. 68. ESTUDIO MACROSCÓPICO Las leyes que traten el medio como un continuo con propiedades medias definidas se basan en la consideración de tres parámetros fundamentales: POROSIDAD CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO Relación macroscópica fundamental LEY DE DARCY MSc. Ing. Mónica D´Elia
  69. 69. Experiencia de Darcy (1856) Ámbito de validez de la ley de Darcy: * Medio homogéneo e isótropo * Sustrato impermeable horizontal * Flujo en régimen laminar h2  h1 Q  K * A*i  K * A* L MSc. Ing. Mónica D´Elia Figura tomada de Custodio, 1983.
  70. 70. Experiencia de Darcy (1856) h2  h1 Q  K * A*i  K * A* L h h i  h   x L K: es una constante de proporcionalidad que tiene en cuenta las características hidráulicas del medio (roca y fluidos) Es la conductividad hidráulica. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  71. 71. Ámbito de validez de la ley de Darcy: Experiencia de Darcy (1856) MSc. Ing. Mónica D´Elia * Medio homogéneo e isótropo * Sustrato impermeable horizontal * Flujo en régimen laminar
  72. 72. Conductividad Hidráulica Medida de la facilidad con la que el agua circula a través de los distintos estratos NOTAR: Depende de la naturaleza del medio poroso y de las propiedades físicas del fluido Unidades: L/T MSc. Ing. Mónica D´Elia
  73. 73. Conductividad Hidráulica No solo varía en función del tipo de roca, sino también de un lugar a otro Si K es esencialmente la misma en un área determinada, se dice que el medio correspondiente a esa área es homogéneo Si, por el contrario, K es distinta en diferentes lugares de un área, se dice que el medio correspondiente a dicha área es heterogéneo
  74. 74. Conductividad Hidráulica Puede ser diferente también en distintas direcciones en cualquier parte del acuífero Si la conductividad hidráulica es esencialmente la misma en todas las direcciones, se dice que el acuífero es isótropo Si es diferente para distintas direcciones, el acuífero es anisótropo
  75. 75. Conductividad Hidráulica
  76. 76. Transmisividad Hidráulica Capacidad del acuífero de transmitir agua El rendimiento de un acuífero no sólo será función de su K, sino también de su potencia o espesor Es el producto de la conductividad hidráulica por el espesor del acuífero: T = K*b Unidades: L2/T MSc. Ing. Mónica D´Elia
  77. 77. Coeficiente de almacenamiento Capacidad de los materiales de almacenar agua. Unidades = L3 / L3 Acuíferos libres S = 0,1 – 0,3; coincide con me Acuíferos confinados y semiconfinados S = 10-3 – 10-5 MSc. Ing. Mónica D´Elia
  78. 78. ¿PARA QUÉ NOS INTERESA CONOCER LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS FORMACIONALES DEL SISTEMA ACUÍFERO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  79. 79. Parámetros hidráulicos (K, T, S, m y me) • caracterizar unidades hidrogeológicas • estudiar aspectos relacionados con la velocidad de escurrimiento, la recarga, la vulnerabilidad del medio a la acción contaminante • estimar la infiltración • diseñar instalaciones de drenaje MSc. Ing. Mónica D´Elia
  80. 80. Ensayos de laboratorio MSc. Ing. Mónica D´Elia Ensayos de bombeo
  81. 81. Ensayos de campo y laboratorio Ensayos de conductividad hidráulica MSc. Ing. Mónica D´Elia Ensayos de bombeo
  82. 82. LAS CUENCAS HIDROGEOLÓGICAS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  83. 83. CUENCA HIDROGRÁFICA: superficie total drenada por un río y sus afluentes aguas arriba (o lo que es igual, la cuenca topográfica). Queda definida por la línea de crestas (divisoria de aguas superficiales). CUENCA HIDROGEOLÓGICA: se refiere a la cuenca de aguas subterráneas, que puede no coincidir con la cuenca topográfica. Queda definida por la divisoria de los sistemas de flujos subterráneos. DIVISORIA DE AGUAS Ing. Mónica D´Elia MSc. SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS
  84. 84. CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LOS LOS FLUJOS DE AGUA SUBTERRÁNEA ACUÍFEROS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  85. 85. Recarga a los acuíferos Natural Artificial MSc. Ing. Mónica D´Elia
  86. 86. Descarga natural de acuíferos La descarga de agua subterránea puede ocurrir naturalmente en ambientes diversos: – Fluviales – Lacustres – Costeros (marítimos) MSc. Ing. Mónica D´Elia
  87. 87. Descarga artificial de acuíferos BOMBEOS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  88. 88. Relación recarga - descarga R= Recarga D=Descarga S=almacenamiento MSc. Ing. Mónica D´Elia Q=Caudal de explotación
  89. 89. Necesidad de evaluación de las reservas de agua subterránea
  90. 90. Régimen permanente y transitorio • Régimen permanente – No hay cambios en el tiempo  no hay cambios en el almacenamiento • Régimen transitorio – Hay cambios en el tiempo (flujo, caudales)  hay cambios en el almacenamiento MSc. Ing. Mónica D´Elia
  91. 91. Variación de los niveles de agua subterránea 24000 30 23000 22000 31 21000 32 20000 19000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 Esperanza -1994 MSc. Ing. Mónica D´Elia 12000 13000 14000 15000
  92. 92. Variación de los niveles de agua subterránea 24000 23000 22000 21000 20000 28.5 19000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 Esperanza -1996 MSc. Ing. Mónica D´Elia
  93. 93. IMPACTOS DE LA EXTRACCIÓN EXCESIVA EN ZONAS COSTERAS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  94. 94. LA RESPUESTA=LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL AGUA SUBTERRÁNEA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  95. 95. La calidad natural del agua subterránea ◦ la litología ◦ la velocidad de circulación ◦ la calidad del agua de infiltración ◦ las relaciones con otras aguas o acuíferos ◦ y las leyes del movimiento de sustancias transportadas por el agua. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  96. 96. Calidad natural de las aguas subterráneas IONES PRINCIPALES Aniones - – Cl (10+250ppm) – SO4= (2+150ppm) – CO3H- (50+350ppm) Cationes +  Na (10+150ppm)  Ca++ (10+250ppm)  Mg++ (1+100ppm) IONES MENORES NO3CO3= NO2Fe++ Sr++ FAs K+ NH4+ 0,01+10 ppm
  97. 97. Evolución de la composición química del agua subterránea de circulación regional • Las aguas de circulación regional tienden a ir aumentando su mineralización hasta irse saturando en los diferentes iones. CO3H- SO4=  ClCa+  Mg+ +  Na+
  98. 98. ¿CÓMO ESTUDIAMOS LAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  99. 99. MSc. Ing. Mónica D´Elia Toma de muestras de agua y determinaciones in -situ
  100. 100. Análisis químicos en laboratorio MSc. Ing. Mónica D´Elia
  101. 101. Caracterización temporal CLORUROS (mg/l) 300.00 27.93 250.00 200.00 49.58 44.00 150.00 57.96 70.53 32.12 39.46 100.00 Caracterización espacial 40.50 50.00 41.20 Determinaciones in-situ 40.16 0.00 0.00 50.00 100.00 0 150.00 50 200.00 100 250.00 150 300.00 200 350.00 400.00 MSc. Ing. Mónica D´Elia
  102. 102. Clasificaciones químicas MSc. Ing. Mónica D´Elia
  103. 103. Site Fe Zn Cu Cr Ni mg/l mg/l gr/l gr/l gr/l Guideline value in natural fresh groundwater B1 < 10 < 0.01 < 10 <1 <4 1.37 < 0.05 25.2 5.3 30.9 B2 < 0.002 < 0.05 1.3 <2 <3 B3 < 0.002 < 0.05 <1 <2 <3 B4 0.33 < 0.05 2.9 5.3 <3 B5 < 0.002 < 0.05 <1 16.2 <3 B7 0.23 < 0.05 6.3 <2 29.6 B8 6.26 < 0.05 16.3 7.3 18.8 B9 < 0.002 < 0.05 <1 <2 <3 B10 < 0.002 < 0.05 <1 <2 <3 B11 < 0.002 < 0.05 <1 <2 <3 B12 < 0.002 < 0.05 <1 <2 <3 B14 25.1 < 0.05 19.8 19.9 20.4 B16 0.84 < 0.05 5.4 6.2 4.3 B17 17.1 < 0.05 15.7 24.7 21.7 B19 0.22 < 0.05 2.8 4.4 6.4 B21 0.37 < 0.05 4.9 <2 7.7 Determinaciones in-situ MSc. Ing. Mónica D´Elia Aptitudes
  104. 104. MODELO CONCEPTUAL DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA HÍDRICO SUBTERRÁNEO Determinaciones in-situ MSc. Ing. Mónica D´Elia
  105. 105. Modelo Conceptual de funcionamiento del sistema hídrico subterráneo Una vez que conozcamos: Geometría del acuífero Material constitutivo del acuífero Tipo de flujo Régimen de escurrimiento Propiedades del agua Fuentes de recarga y descarga Interacciones con su entorno estaremos en condiciones de construir el MODELO CONCEPTUAL DE FUNCIONAMIENTO esto es una representación cualitativa del esquema de funcionamiento hidrodinámico e hidroquímico del sistema MSc. Ing. Mónica D´Elia acuífero real.
  106. 106. Modelo Conceptual de funcionamiento del sistema hídrico subterráneo MSc. Ing. Mónica D´Elia Fuente: Auge, 2004
  107. 107. MODELO MATEMÁTICO HIDROGEOLÓGICO Determinaciones in-situ MSc. Ing. Mónica D´Elia
  108. 108. Modelo Matemático Hidrogeológico Es una versión simplificada del sistema acuífero real que simula aproximadamente las relaciones de las respuestas a las excitaciones. Es decir, es el procedimiento (matemático) que permite realizar la simulación de su comportamiento. El modelo será más representativo del sistema real cuando sea capaz de reproducir más fielmente su comportamiento (el estado del sistema, las acciones sobre él y las leyes que los relacionan). MSc. Ing. Mónica D´Elia
  109. 109. Modelo Matemático Hidrogeológico • Para poder modelar un sistema real es necesario realizar una serie de simplificaciones. • Estas simplificaciones se introducen en la forma de un conjunto de supuestos que expresan el entendimiento de la naturaleza del sistema y su comportamiento:  la geometría del dominio investigado,  la naturaleza del medio poroso,  la naturaleza del fluido  y el régimen del flujo. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  110. 110. Modelo Matemático Hidrogeológico Se basa en la resolución de la ecuación general que gobierna el flujo tridimensional en un medio poroso, saturado, heterogéneo y anisótropo   h    h    h  h Txx *    Tyy *    Tzz *   Qx, y, z   S *  x  x  y  y  z  z  t   en cada uno de los nodos de los elementos de una grilla en los que se discretiza el dominio a modelar MSc. Ing. Mónica D´Elia
  111. 111. DATOS MODELO CONCEPTUAL Definición del esquema de funcionamiento MODELO MATEMÁTICO Discretización –Identificación Definición de la estructura del modelo y de las leyes que rigen su funcionamiento CALIBRACIÓN Definición de los valores de los parámetros NO Aceptable SI SIMULACIÓN Predicción de su comportamiento VALIDACIÓN Contraste de datos posteriores adicionales MSc. Ing. Mónica D´Elia ETAPAS EN EL PROCESO DE MODELACIÓN
  112. 112. Modelo Matemático Hidrogeológico MSc. Ing. Mónica D´Elia
  113. 113. Modelo Matemático Hidrogeológico IMPORTANTE! El primer paso en el procedimiento de modelación es la construcción del modelo conceptual del funcionamiento del sistema acuífero. Sino, cualquier parecido con la realidad será pura casualidad . . . MSc. Ing. Mónica D´Elia
  114. 114. “Lo esencial es invisible para los ojos..” El Principito Antoine Saint Exupéry MSc. Ing. Mónica D´Elia
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