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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
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%
agua dulce

Agua subterránea
Ríos
Lagos

Total de agua

MSc. Ing. Mónica D´Elia

<1%
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
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
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
IMPORTANTE
• Las aguas subterráneas forman parte del ciclo
hidrológico.

• SISTEMAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
(SISTEMAS ACUÍFEROS)

SISTEMA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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
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
El acuífero como sistema
Funciones de Entrada


Continente=Geología
Procesos
Contenido=Fluido



Funciones de Salida
MSc. Ing. Mónica D´Elia
EL CONTINENTE = GEOLOGÍA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Formaciones geológicas
Tienen características
distintivas en función de:
* Tipo de roca y minerales
* Estructura y textura
* Grado de consolidación

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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 o volcánicas
– Filonianas

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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
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 – 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
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
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.
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
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
¿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

Ubicación del pozo (coordenadas y cota)
MSc. Ing. Mónica D´Elia Método de perforación
MSc. Ing. Mónica D´Elia
Sobre la base del análisis y tratamiento de información de:
 muestras de suelo y subsuelo
 prospecciones

Se elaborarán
PERFILES

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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
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

IMPERMEABLE

IMPERMEABLE
“Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
INFILTRACIÓN -PERCOLACIÓN PROFUNDA- RECARGA

MSc. Ing. Mónica D´Elia
IMPERMEABLE

IMPERMEABLE

“Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
¿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
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 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
¿CÓMO SE COMPORTAN
LAS FORMACIONES GEOLÓGICAS
EN RELACIÓN CON EL CONTENIDO=AGUA?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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

*
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.
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
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
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
Tipos de acuíferos

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

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Necesita energía….

El agua se moverá
desde una mayor altura de agua
hacia una menor altura de agua

MSc. Ing. Mónica D´Elia
Punto 1
Profundidad del
agua = 8 m

Superficie del terreno

Punto 2

río

Profundidad del
agua = 2 m
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
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
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
LA RESPUESTA = ESTADO DE ENERGÍA
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
de puntos discretos
que permitan aproximar el
comportamiento de un medio
naturalmente continuo

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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
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
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 como un continuo
con propiedades medias definidas

POR EJEMPLO…
MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
Conceptos Básicos sobre Hidrología Subterránea
Conductividad Hidráulica
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
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
¿PARA QUÉ NOS INTERESA CONOCER
LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS
FORMACIONALES DEL SISTEMA ACUÍFERO?

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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 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
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:
– Fluviales
– Lacustres
– Costeros (marítimos)

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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

• Régimen transitorio
– Hay cambios en el tiempo (flujo,
caudales)  hay cambios en el
almacenamiento

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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
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
◦ las relaciones con otras aguas o
acuíferos
◦ y las leyes del movimiento de sustancias
transportadas por el agua.

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
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+
¿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

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
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

< 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
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
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.
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 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
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
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
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
Modelo Matemático Hidrogeológico

MSc. Ing. Mónica D´Elia
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
“Lo esencial es invisible para los ojos..”

El Principito
Antoine Saint Exupéry
MSc. Ing. Mónica D´Elia

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Conceptos Básicos sobre Hidrología Subterránea

  • 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. El agua en el Planeta MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. 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. IMPORTANTE • Las aguas subterráneas forman parte del ciclo hidrológico. • SISTEMAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS (SISTEMAS ACUÍFEROS) SISTEMA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. El acuífero como sistema Funciones de Entrada  Continente=Geología Procesos Contenido=Fluido  Funciones de Salida MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 13. EL CONTINENTE = GEOLOGÍA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. Y son el resultado de Suceso Geológico MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. Ciclo de las rocas MSc. Ing. Mónica D´Elia “Portal de las Ciencias - http://www.ucm.es/info/diciex/programas/index.html”.
  • 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. 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. 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. 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. 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. ¿CÓMO CONOCEMOS LA GEOLOGÍA DEL SISTEMA ACUÍFERO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. LA ENTRADA ¿CÓMO INGRESA EL AGUA EN EL AMBIENTE SUBTERRÁNEO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. ¿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. EL CONTENIDO = FLUIDOS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 36. Distribución vertical del agua en el suelo y subsuelo MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. ¿CÓMO SE COMPORTAN LAS FORMACIONES GEOLÓGICAS EN RELACIÓN CON EL CONTENIDO=AGUA? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. 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. 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. 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. Tipos de acuíferos MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 46. ¿CÓMO SE MUEVE EL AGUA EN EL ACUÍFERO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. Punto 1 Profundidad del agua = 8 m Superficie del terreno Punto 2 río Profundidad del agua = 2 m
  • 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. 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. 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. LA RESPUESTA = ESTADO DE ENERGÍA DEL SISTEMA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 53. ¿CÓMO SE CONOCE EL ESTADO DEL SISTEMA ACUÍFERO EN UN DETERMINADO MOMENTO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 54. A través del análisis de una representación plana o bi-dimensional de la superficie del agua MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. 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. Acuífero libre (superficie real) MSc. Ing. Mónica D´Elia Fuente: Auge, 2004
  • 60. Acuífero semiconfinado (superficie virtual) MSc. Ing. Mónica D´Elia Fuente: Auge, 2004
  • 61. OTRO MAPA DE INTERÉS Mapa de isoprofundidad MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 62. LEYES DE FUNCIONAMIENTO MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 63. Ahora bien.. ¿CÓMO SE HA ENCARADO EL ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL MEDIO POROSO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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
  • 77. 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
  • 78. 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
  • 79. ¿PARA QUÉ NOS INTERESA CONOCER LAS CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS FORMACIONALES DEL SISTEMA ACUÍFERO? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 80. 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
  • 81. Ensayos de laboratorio MSc. Ing. Mónica D´Elia Ensayos de bombeo
  • 82. Ensayos de campo y laboratorio Ensayos de conductividad hidráulica MSc. Ing. Mónica D´Elia Ensayos de bombeo
  • 83. LAS CUENCAS HIDROGEOLÓGICAS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 84. 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
  • 85. CIRCULACIÓN DEL AGUA EN LOS LOS FLUJOS DE AGUA SUBTERRÁNEA ACUÍFEROS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 87. Descarga natural de acuíferos La descarga de agua subterránea puede ocurrir naturalmente en ambientes diversos: – Fluviales – Lacustres – Costeros (marítimos) MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 88. Descarga artificial de acuíferos BOMBEOS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 89. Relación recarga - descarga R= Recarga D=Descarga S=almacenamiento MSc. Ing. Mónica D´Elia Q=Caudal de explotación
  • 90. Necesidad de evaluación de las reservas de agua subterránea
  • 91. 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
  • 92. 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
  • 93. 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
  • 94. IMPACTOS DE LA EXTRACCIÓN EXCESIVA EN ZONAS COSTERAS MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 95. LA RESPUESTA=LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL AGUA SUBTERRÁNEA MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 96. 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
  • 97. 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
  • 98. 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+
  • 99. ¿CÓMO ESTUDIAMOS LAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA? MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 100. MSc. Ing. Mónica D´Elia Toma de muestras de agua y determinaciones in -situ
  • 102. 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
  • 104. 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
  • 105. MODELO CONCEPTUAL DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA HÍDRICO SUBTERRÁNEO Determinaciones in-situ MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 106. 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.
  • 107. Modelo Conceptual de funcionamiento del sistema hídrico subterráneo MSc. Ing. Mónica D´Elia Fuente: Auge, 2004
  • 108. MODELO MATEMÁTICO HIDROGEOLÓGICO Determinaciones in-situ MSc. Ing. Mónica D´Elia
  • 109. 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
  • 110. 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
  • 111. 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
  • 112. 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
  • 114. 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
  • 115. “Lo esencial es invisible para los ojos..” El Principito Antoine Saint Exupéry MSc. Ing. Mónica D´Elia