Diseno sistemas de monitoreo

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En la presente se expone sobre una red de monitoreo eficiente que incluye los siguientes puntos: Modelamiento conceptual, Diseno de monitoreo, Recoleccion de datos de campo, Analisis de laboratorio, Transferencia, almacenamiento y diseminacion de datos, Interpretacion y reporte.

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Diseno sistemas de monitoreo

  1. 1. Diseño de Redes de Monitoreo
  2. 2. Desafíos técnicos actualesEn el presente, las redes de monitoreo de aguas subterráneaspertenecientes a entidades gubernamentales o privadas,debido a falta de un sistema de referencia (requerimientos,tipos de datos esenciales, etc.), tienen diversos métodos derecolectar información.Esto se deriva en un desorden tanto en toma de datos,almacenamiento y difusión originando que la información sufraproblemas de inconsistencia o incompatibilidad.Por último, la información muchas veces no puede sercompartida efectivamente o es incluso borrada por no cumplirrequisitos mínimos de confiabilidad.
  3. 3. Desafíos técnicos actualesPara esto es necesario seguir un procedimiento estándar queguíe y dé las pautas correctas para conformar una red demonitoreo eficiente que incluya los siguientes puntos:• Modelamiento conceptual• Diseño de monitoreo• Recolección de datos de campo• Análisis de laboratorio• Transferencia, almacenamiento y diseminación de datos• Interpretación y reporte
  4. 4. Desafíos técnicos actualesEl diseño de red demonitoreo y la simulacióndel modelo están unidos Sistema demediante un sistema Monitoreoiterativo en constanteretroalimentación.El modelamiento conceptualy numérico depende muchode la cantidad de datos Modelo Modelodisponibles, y el re-diseño Conceptual Numéricode la red de monitoreo esmutuamente dependientedel análisis de la actualsimulación del modelo.
  5. 5. Desafíos técnicos actualesPor otro lado, para empezar con el diseño inicial de una red demonitoreo de agua subterránea lo óptimo sería tener una líneabase de información recolectada de distintos proveedores de,por lo menos, cinco años anteriores al proyecto. (ACWI, 2009) Resumen de Información Piezométrica para un pozo en Indiana – USA Fuente: USGS
  6. 6. Objetivos de Redes de MonitoreoBásicamente, se busca implementar redes de monitoreo quelogren los siguientes puntos esenciales:• Almacenar mediciones temporales y espaciales de niveles y calidad del agua subterránea y sus cambios relacionados con la actividad humana• Analizar las respuestas de dichas mediciones a las variaciones del clima, y• Predecir los efectos en la disponibilidad del recurso y los cambios en la calidad del agua para las actividades humanas o ecosistemas.
  7. 7. Clasificación de RedesCiertos sitios o puntos de monitoreo tendrán mayor relevanciarespecto de otros con relación al propósito de la política de gestióndel agua adoptada o de algún estudio en específico. Dadas estascondiciones, se clasifican en:Redes de monitoreo no estresadas:Se caracterizan por juntar puntos que no están bajo presiónconstante como por ejm. cuando no hay bombeo a la superficie. Enestos puntos no hay mucha probabilidad de variación en lascaracterísticas a medir.Redes de monitoreo focalizadas:Son aquellas que están perturbadas de manera más frecuente,debido normalmente a la manipulación humana. Sus fluctuacionespodrían influir en un cambio en el paisaje o afectar a algúnecosistema existente..
  8. 8. Clasificación de RedesRedes de monitoreo Redes de monitoreo no estresadas: focalizadas: Redes de monitoreo aplicadas para el cono de depresión de un tajo abierto
  9. 9. Categorías de MonitoreoNo se medirán todos los puntos de una red de monitoreo (seano estresada o focalizada) con la misma frecuencia. Esto esdebido a que hay sitios que representan mejor la muestra aestudiar; por lo que según el uso que se les dé dentro de lared de monitoreo se clasifican en:Monitoreo de vigilancia:Es aplicado a puntos de menor importancia para la red, por loque su frecuencia de monitoreo será menor, y solo se harápara verificar que no haya cambios bruscos en los parámetrosmedidos que evidencien que algún agente está influyendo demanera importante en el acuífero.
  10. 10. Clasificación de Redes Fuente: DCNRVariaciones naturales en el nivel piezométrico y su relación con el flujo base. Relación de fluctuación con profundidad?
  11. 11. Categorías de MonitoreoMonitoreo de tendencia:Se aplica para puntos que tienen una mayor relevancia para lared y que representan mejor sus características generales. Setoman para predecir los cambios futuros que tendrá elacuífero, es decir, estos puntos son los que marcan latendencia en la evolución en el tiempo del cuerpo de agua.Monitoreo para estudios especiales:Prácticamente sólo se aplica a redes de monitoreo focalizadas,y, como se puede inferir del nombre, sirve para finesespecializados en los que se requiere una mayor densidad depuntos en base al objetivo. Este tipo de redes se aplica para laevaluación de filtraciones.
  12. 12. Clasificación de RedesMonitoreo de Monitoreo de Vigilancia Tendencia Redes de monitoreo aplicadas para el cono de depresión de un tajo abierto
  13. 13. Categorías de Monitoreo Monitoreo de Monitoreo para Vigilancia Estudios EspacialesSección de Corte de un sistema de monitoreo de aguas de un botadero (GAO, 1995)
  14. 14. Recolección de DatosUn buen muestreo de datos es la mejor plataforma para poderobtener una buena base con la cual modelar y predecir loscambios presentes y futuros a corto y largo plazo de acuíferoso sistemas de acuíferos.Cualquier método utilizado para la toma de datos es válidosiempre y cuando tenga el respaldo de una instituciónreconocida que avale el procedimiento a utilizar, y que setomen las precauciones para una recolección de datosadecuada.Existen tres aspectos importantes a considerar en la fase derecolección de datos: Cantidad de datos, Distribución depuntos, Frecuencia de monitoreo
  15. 15. Recolección de DatosCantidad de datos:La cantidad de datos estará determinada por factores quedependen del parámetro a tomar. Estos referentes son:Calidad del agua:Algunos especialistas apuntan hacia la cantidad mínimaexigida para lograr una distribución NORMAL estadística, esdecir, tener un mínimo de 30 datos independientemente delárea analizada (muchos puntos para áreas pequeñas).Sin embargo, otros plantean un ratio de un pozo medido porcada 100 km2 (pocos puntos para áreas grandes).
  16. 16. Recolección de DatosMedición de niveles:No hay un dato exacto, pero algunos expertos consideran quedebe de estar en un rango entre 2 a 100 pozos medidos cada1000 km2.Para cualquiera de los dos tipos, se considera una distribuciónbidimensional de los puntos (puntos por m2). Sin embargo,ciertos cuerpos de agua pueden variar considerablemente suscaracterísticas según su profundidad, por lo que se puedeajustar el monitoreo a una toma de datos que incluya estatercera dimensión.
  17. 17. Recolección de DatosDistribución de puntos:Según el análisis de variabilidad de Alley (1993), serecomienda usar una distribución estratificada y conseparación por bloques en mallas, es decir, los tipos (b) y (d)de la imagen mostrada.La primera distribución asegura que se tomen puntos en todoslos estratos de la región analizada, ya que cada uno poseepropiedades diferentes.La segunda distribución asegura que el muestreo sea muchomás uniforme, logrando que los puntos tomados tengan laseparación suficiente que garantice dicha cualidad,lógicamente siempre aplicando una óptica realista donde setome en cuenta todas las limitaciones que ocasionan que nose logre equidistancia entre los puntos estudiados.
  18. 18. Recolección de DatosDistribución de puntos:
  19. 19. Recolección de DatosFrecuencia de monitoreo:La frecuencia de monitoreo está íntimamente ligada a laimportancia que tiene el punto en cuestión para la red demonitoreo.Una red de monitoreo focalizada tendrá mucha másrecurrencia de mediciones que una no estresadaUna red de monitoreo de tendencia tendrá una mayorfrecuencia de monitoreo que una de vigilancia.Por supuesto, una de estudios especiales, tendrá mayorrecurrencia todavía que las dos anteriores..
  20. 20. Recolección de DatosFrecuencia de monitoreo:Para determinar la frecuencia de muestreo de un punto enparticular no se puede solo ver a ciegas la relevancia quetiene para la red independientemente del análisis de lascaracterísticas que definen su naturaleza.También se tienen que ver otros parámetros como su nivel deconfinamiento, su conductividad hidráulica, las característicasdel flujo (si fluye por un medio poroso o roca fracturada) o suprofundidad..
  21. 21. Recolección de DatosFrecuencia de monitoreo:Por ejemplo:Entre dos pozos de igual importancia en la red, si uno de ellosestá confinado por arcilla, su conductividad hidráulica es bajay está ubicado en un nivel profundo, entonces la probabilidadde que sus características varíen es muy baja, por lo que si elotro punto posee características opuestas (mayorconductividad hidráulica y somero), se puede deducir deforma muy lógica que el primero merece una menorfrecuencia de monitoreo comparándolo con su par..
  22. 22. Recolección de DatosFrecuencia demonitoreo:Calidad de Agua:
  23. 23. Recolección de DatosMedición de Niveles
  24. 24. Niveles de EvaluaciónPara tener un mejor orden sobre las prioridades de la red demonitoreo de agua subterránea y en aras de generar unamejor versatilidad en las respuestas al momento de atenderlas diversas inquietudes o problemas propuestos, nace lanecesidad de fijar una escala en las evaluaciones que sepodrían plantear.Los tipos de evaluaciones de las aguas subterráneas sonclasificados en:• Evaluaciones de nivel I• Evaluaciones de nivel II
  25. 25. Niveles de EvaluaciónEvaluaciones de nivel ILa información esencial y necesaria para llegar a la respuesta recaeen la recolectada por la red de monitoreo. Se subdivide en:Evaluaciones de nivel IA:Son aquellas que se pueden responder teniendo como únicainformación todos los datos recolectados en la red de monitoreo deaguas subterráneas. Ejm: ¿Cómo variarán los niveles de agua en eltiempo?Evaluaciones de nivel 1B:Necesitan cierta información adicional para ser respondidas tal comoinformación de bombeo, uso de la tierra, climatología, etc. que sirvencomo complemento a los datos obtenidos del monitoreo realizado.Ejm: ¿Cómo afecta la variabilidad del clima a los recursos de aguassubterráneas?
  26. 26. Niveles de EvaluaciónEvaluaciones de nivel IIVan más allá del alcance directo del programa de monitoreo ynecesitan de información suplementaria para responder preguntasmás complejas. Normalmente se conectan con otras redes demonitoreo como las de agua superficial e incluso necesitaninformación de otros campos como economía, derecho, etc.Ejm: ¿Cuál es el valor económico de los recursos de aguassubterráneas hoy y en el futuro?
  27. 27. Intercambio de InformaciónPara que el sistema de monitoreo de aguas subterráneas seaeficiente, se debe diseñar un portal web que entre sus funcionesprimordiales pueda:• Permitir a los usuarios bajar información libremente para el propósito que crean conveniente• Facilitar, básicamente debido a que recolectar una buena base de datos de información hidrológica demanda bastante tiempo e inversión, que los propietarios o proveedores poseedores de estos tipos de datos puedan compartirlos con el servidor, logrando una especie de recuperación de información antes perdida.Así, el portal sería un medio dinámico por el cual se podríaintercambiar información rápidamente y en el cual se reuniríanesfuerzos para mejorar la calidad y cantidad de la informaciónproporcionada por las redes de monitoreo.
  28. 28. Análisis costo-beneficio para determinar la profundidad media del nivel freático www.gidahatari.com
  29. 29. Análisis Costo-BeneficioMétodología:Siete estrategias fueron utilizadas: Semanales, mensuales,bimestrales, cuatrimestrales, anuales, bianuales y trianuales.Los criterios utilizados para evaluar la efectividad delmonitoreo fueron: el criterio de la media (Mean criterion) y elde la desviación estándar (Standard deviation criterion).
  30. 30. Análisis Costo-BeneficioCosto de las mediciones:Para evaluar el costo-beneficio de las diferentes estrategias demonitoreo, se estimo un costo para cada toma de informaciónque incluye el costo de la construcción de los pozos, delequipo de monitoreo y de las operaciones asociadas alprocesamiento de datos).
  31. 31. ResultadosComparación las siete estrategias de monitoreo presentandola media (Mean) y la desviación estándar (Estándar deviationcriterion) para diferentes grupos de datos graficados enpercentiles 0, percentil 50, percentil 95 (círculo negro),percentil 99, percentil 100 y el percentil 10-90 (rectángulo).
  32. 32. Resultados Análisis de lascombinaciones alternativas mensuales.
  33. 33. Estrategias costo-beneficioSe estudia el incremento del costo asociado a la reducción oerror en la estimación del nivel freático. La siguiente tablamuestra la información recolectada durante 5 años para cadaestrategia de monitoreo, el error máximo asociado a lamediana y la desviación estándar para el percentil 95 y elcosto marginal e incremental (en dólares por cm) de mejorarla exactitud al aumentar la frecuencia del muestreo.
  34. 34. ConclusionesEl nivel medio freático y su variabilidad pueden ser estimadosusando mediciones del nivel freático infrecuentes.Se encontró que el monitoreo mensual, bimestral,cuatrimestral e inclusive trianual arrojó buenos resultados enla estimación de la media y la desviación estándar del nivelmedio freático.Los medios electrónicos de monitoreo mostraron un mayorcosto-beneficio que los medios manuales de monitoreo paralas mediciones realizadas con una frecuencia mayor a lamensual.Los resultados de este estudio, de amplia aplicación,envuelven acuíferos superficiales de muchas regiones delmundo donde el nivel de lluvia anual exceda los 50 cm..
  35. 35. Selección de elementos de datos para investigaciones de agua subterránea ASTM D 5474 www.gidahatari.com
  36. 36. Selección de Elementos de DatosLa selección de elementos de datos depende del objetivo deestudio, la complejidad esperada del sistema y los recursosdisponibles para la investigación.Cuatro casos más comunes de las evaluaciones de aguassubterráneas :• Evaluación general• Evaluación de instalaciones de eliminación de desechos• Evaluación y remediación de contaminación• Evaluación de almacenamiento de aguas subterráneas
  37. 37. Selección de Elementos de DatosSegún el objetivo del estudio, se requiere diversa información,sin embargo, para cualquier propósito de evaluación loselementos de datos se deben incluir:• Localización geográfica (latitud, longitud)• Datos políticos (estado, país)• Identificadores de la fuente (propietario)• Características individuales del sitio (unidad hidrológica, tipo, uso, razón de recolección de datos).
  38. 38. Selección de Elementos de DatosSegún la finalidad se puede pedir diversos parámetros,algunos burocráticos como registros de nombres depropietarios o visitantes, y algunos científicos como registroshidráulicos, geofísicos, etc.Siempre pidiendo la profundidad de la parte más alta y másbaja del pozo, manantial, etc.; y algunos otros datos comocuerpos de agua tributarios y receptores.También se requerirán datos de la construcción de laperforación o bombeo, y de las capas de confinamiento; queayuden a entender mejor el proceso hidrológico.
  39. 39. Evaluaciones más comunesEvaluación general• La cantidad de información disponible de agencias del estado o de empresas de desarrollo de recursos hídricos, y, por último,• El objetivo total del proyecto.Entre la información adicional para esta evaluación se tiene:localización geográfica, registros de propietarios y de visitas,observaciones, registros de construcción y confinamiento delpozo, equipo empleado para extraer el agua y su potencia,registros geofísicos, hidrogeológicos e hidráulicos, parámetrosdel acuífero y sus posibles agrupamientos, etc.
  40. 40. Evaluaciones más comunesEvaluación generalSe centra básicamente en obtener información sobre lacantidad de agua disponible para su extracción, su calidadsegún sus usos específicos y su potencial de recarga orenovabilidad.El tiempo de estudio varía desde algunos meses hasta variosaños dependiendo de los siguientes parámetros:• El tamaño del área de estudio• El grado de desarrollo• La urgencia de la necesidad de la investigación• La complejidad del sistema de acuíferos
  41. 41. Evaluaciones más comunesEvaluación de instalaciones de eliminación de desechosDebido a la instalación de capas impermeables para detenerfiltraciones de deshechos, se instalan pozos de monitoreo paraverificar que residuos o lixiviaciones no lleguen a otrosestratos.Algunos elementos de datos se repiten con relación a laevaluación anterior, sin embargo, se presentan algunoselementos nuevos como ensayos consolidados y noconsolidados, registro de redes de monitoreo, registro dedesmantelamiento de equipos de monitoreo, etc.
  42. 42. Evaluaciones más comunesEvaluación y remediación de contaminaciónEl área de contaminación es altamente variable por lo que senecesita información sobre sedimentos geológicos ycaracterísticas hidrológicas para estimar la magnitud de lacontaminación.No hay elementos de datos nuevos que no hayan sidomencionados en los dos ejemplos anteriores.
  43. 43. Evaluaciones más comunesEvaluación de aguas subterráneas cerca de tanquesenterrados de almacenamientoLa contaminación por fugas o derrames de las tuberías queabastecen tanques de almacenamiento subterráneo(normalmente de petróleo) puede llegar a afectar gravementeel suministro de aguas tanto subterráneas como superficiales.Se trata de monitorear a los pozos de extracción cercanos altanque, también a los pozos del acuífero que esté contiguo y,por último, a pozos de prueba para investigar zonas nosaturadas.No hay elementos de datos nuevos que no hayan sidomencionados en los ejemplos anteriores.
  44. 44. Caso de Estudio: Diseño e instalación de redes de pozosde monitoreo de aguas subterráneas en el acuífero altiplánico, Colorado www.gidahatari.com
  45. 45. Diseño de RedesSe orienta para el uso en la agricultura.Se diseñan para proveer representación estadística de lascondiciones de la calidad del agua usando técnicascomputarizadas para generar aleatoriamente distribuidos,potenciales sitios de muestreo de aguas subterráneas,basados en:• La extensión del acuífero• La extensión de la tierra irrigada de agricultura• La profundidad del agua medido desde la superficie, y• El espesor saturado (del acuífero)
  46. 46. Diseño de RedesSe tomaron pozos con profundidad de la napa freática demenos de 200 (70m) pies y con espesor saturado mayor a 50(17m) pies.Los pozos de las áreas de tierras irrigadas eran escogidas siestaban separados por lo menos 2 km uno del otro.Con ayuda de mapas digitales, se eligieron como puntos demonitoreo a aquellos que hacían coincidir las áreas deagricultura importantes con las áreas del acuífero quecumplían con las condiciones anteriormente explicadas.
  47. 47. Diseño de RedesUbicación del Acuífero
  48. 48. Diseño de RedesExtensión de las Áreas Agrícolas
  49. 49. Diseño de RedesProfundidad a las Aguas Subterráneas
  50. 50. Diseño de RedesEspesor Saturado del Acuífero
  51. 51. Diseño de Redes Áreas que cumple con elcriterio para la instalación de Pozos de Observación
  52. 52. Diseño de RedesPuntos posibles para lainstalación de Pozos de Observación
  53. 53. Diseño de RedesPuntos posibles para lainstalación de Pozos de Observación
  54. 54. Diseño de RedesUbicación de los 20 Pozos de Observación
  55. 55. Diseño de RedesSe plantearon 2 o 3 puntos por cada área y la ubicacióngeográfica final del punto elegido era determinadacontemplando la restricción impuesta por los permisos dadospor el propietario del terreno.Los pozos fueron desarrollados después de la perforaciónremoviendo todo el lodo y otros materiales extraños al pozopara así establecer una buena conexión hidráulica entre este yel acuífero.El desarrollo del pozo fue completado usando una combinaciónde bombeo y surgimiento mecánico hasta que el agua delpozo fue limpiada y parámetros como turbidez, conductanciaespecífica y PH fueron estabilizados; o por máximo 8 horas.
  56. 56. Gracias por su interés en este tema
  57. 57. Para mayor información sobre nuestra empresa puede revisar los siguientes vínculos: MEDIO MINERÍA CONSULTORÍA CAPACITACIÓN CARRERAS AMBIENTE Filtración de Centrales Hidrogeología enCaudal ecológico Desafío relaves hidroeléctricas minería Cambio Diseño de Modelamiento SIG en la Oportunidades climático coberturas numérico gestión de R.H. Balances Sistemas de Modelamiento Drenaje de mina Nuestro equipo hídricos monitoreo MODFLOW Monitoreo de Bioremediación Asentamiento Modelamiento Misión y visión calidad hídrica de relaves por bombeo hidrológico Monitero de Redes de Contacto cuencas monitoreo Gidahatari

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