Adquisición e Interpretación de Información Hidrogeológica
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
ADQUISICIÓN E INTERPRETACIÓN DE
INFORMACIÓN HIDROGEOLÓGICA
Oruro, Bolivia
Mayo de 2013
MSc. Ing. Mónica D´Elia
2. El acuífero como sistema
Funciones de Entrada
Continente=Geología
Procesos
Contenido=Fluido
Funciones de Salida
MSc. Ing. Mónica D´Elia
3. Adquisición e interpretación de
información hidrogeológica
Información de perfiles litológicos de perforaciones
Información de niveles de agua subterránea
Información hidroquímica
Parámetros hidráulicos formacionales
Mónica Patricia D´Elia Ing. Msc.
13. Adquisición e interpretación de
información hidrogeológica
Información de perfiles litológicos de perforaciones
Información de niveles de agua subterránea
Información hidroquímica
Parámetros hidráulicos formacionales
Mónica Patricia D´Elia Ing. Msc.
14. Información de niveles de agua subterránea
Evolución temporal
Distribución espacial
MSc. Ing. Mónica D´Elia
15. Evolución temporal
• Establecer relaciones con:
– Niveles de agua subterránea de otros pozos del
área de estudio
– Precipitaciones
• Estimar recarga a los acuíferos
MSc. Ing. Mónica D´Elia
16. Área de estudio: Esperanza-Santa Fe-Argentina
MSc. Ing. Mónica D´Elia
26. Registros de profundidad del agua subterránea
Pozo
Fecha/Período de registro
PM1, PM2, PM3,
PM4
09/2002; 04-09-10-12/2003; 04-09/2004;
05/2005; 04-06/2006
PM5
08/2002-04/2011
diario/semanal
PM6
08/2002-04/2011
diario/semanal
SRE-N
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2010
horario/diario
SRE-S
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
MER-N
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
MER-S
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
FCA-E
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
FCA-O
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
CEM-E
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
CEM-O
08/2007-10/2008 y 06/2009-04/2011
horario/diario
MSc. Ing. Mónica D´Elia
Paso de tiempo
27. Registros de profundidad del agua subterránea
Profundidad del nivel de agua subterránea (m)
Fecha
PM1
PM2
PM3
PM4
09/02
7,85
7,92
8,79
7,49
04/03
6,87
7,13
7,08
6,13
09/03
5,67
5,71
6,16
4,63
09/03
5,64
5,69
6,12
4,64
10/03
5,61
5,67
6,27
4,66
10/03
5,65
5,76
6,34
4,73
12/03
5,95
5,97
6,76
5,04
04/04
6,60
6,73
7,65
6,03
09/04
6,83
6,88
7,99
6,85
05/05
4,54
4,62
5,90
4,66
04/06
5,59
5,59
7,40
--
06/06
5,65
5,67
7,67
6,81
MSc. Ing. Mónica D´Elia
29. Registros de profundidad del agua subterránea
SRE-N PNAS
(m)
Fecha
2007
2008
2009
2010
A
S
O
N
D
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
E
F
M
A
M
SRE-S
PNAS (m)
MER-N
PNAS (m)
MER-S
PNAS (m)
5,02
5,07
4,97
---6,60
6,85
7,15
7,66
7,84
8,07
8,35
8,62
8,82
--------9,74
9,88
10,02
10,17
10,10
9,99
9,55
9,07
8,56
8,47
--
4,94
4,95
4,93
---6,38
6,66
6,94
7,49
7,69
7,93
8,22
8,50
8,71
--------11,17
11,29
11,42
11,42
11,43
11,28
10,77
10,32
9,79
9,55
9,13
3,82
3,84
3,85
---5,10
5,27
5,42
5,73
5,81
5,94
6,09
6,27
6,41
--------8,28
8,33
8,45
8,54
8,66
8,62
8,09
7,41
6,61
6,34
6,41
3,92
3,94
3,97
---5,35
5,53
5,72
6,03
6,13
6,26
6,42
6,61
6,77
--------8,09
8,15
8,27
8,38
8,49
8,43
7,90
7,23
6,38
6,12
6,15
FCA-E
PNAS (m)
FCA-O
PNAS (m)
4,89
4,83
--5,29
4,79
5,44
5,70
5,73
6,34
6,03
7,12
6,10
7,03
6,05
6,91
6,16
7,08
6,20
7,16
6,22
7,22
6,25
7,28
6,32
7,35
6,41
7,46
6,46
7,52
----------------6,93
6,86
6,91
6,87
6,97
6,90
6,97
6,92
7,03
6,97
6,50
6,44
5,84
5,74
5,75
5,47
5,43
5,32
MSc. Ing. Mónica D´Elia
5,65
5,59
5,79
5,73
CEM-E
PNAS (m)
CEM-O
PNAS (m)
2,25
1,80
1,80
---3,08
3,17
3,40
3,68
3,76
3,94
4,11
4,33
4,52
--------6,32
6,41
6,51
6,62
6,72
6,45
5,65
5,20
4,53
4,49
4,51
1,96
1,56
1,61
---2,93
3,03
3,28
3,53
3,58
3,66
3,75
3,85
3,95
--------6,20
6,29
6,41
6,51
6,60
6,23
5,50
4,96
4,39
4,38
4,51
PNF
08-2007/04-2011
30. Profundidades niveles de agua subterránea
Profundidad de los niveles de agua subterránea
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A
000
Profundidad del nivel de agua subterránea (m)
002
004
006
008
010
012
PM5
PM6
SRE-N
SER-S
MERC-N
MERC-S
FCA-E
FCA-O
CEM-E
CEM-O
PM1
PM2
PM3
PM4
MSc. Ing. Mónica D´Elia
31. Niveles de agua subterránea
050
Niveles de agua subterránea
Pozos de monitoreo - Esperanza
2002-2011
045
Cotas (m)
040
035
030
025
020
A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A J A O D F A
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
PM5
PM6
SR-N
SR-S
MER-N
MER-S
FCA-E
FCA-O
CEM-E
CEM-O
PM1
PM2
PM3
PM4
MSc. Ing. Mónica D´Elia
2011
32. Relaciones PNF-precipitación
Profundidad del nivel freático PM5 - PrecipitacionesEsperanza
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
J
A
E
O
000
mes
Año
2002 2003 2003 2004 2004 2005 2005 2006 2006 2007 2007 2008 2008 2009 2009 2010 2010011
2
550
002
450
004
350
006
250
008
010
150
012
50
014
-50
precipitaciones mensuales
MSc. Ing. Mónica D´Elia
PNF (m)
37. Estimación de la recarga al acuífero
R = Sy*dh/dt = Sy*Δh/Δt
donde:
R = tasa de recarga [L/T]
Sy = coeficiente de almacenamiento [adimensional]
h = altura del nivel freático [L]
t = tiempo [T]
MSc. Ing. Mónica D´Elia
38. Información de niveles de agua subterránea
Evolución temporal
Distribución espacial
MSc. Ing. Mónica D´Elia
39. Distribución espacial
• Definir red de flujo:
– Dirección del escurrimiento
– Zonas de recarga circulación y descarga
– Identificar divisorias de agua subterránea
• Estimar:
–
–
–
–
Caudales
Gradientes hidráulicos
Velocidades de escurrimiento
Reservas de agua subterránea (si se conoce la base del
sustrato impermeable)
MSc. Ing. Mónica D´Elia
50. Trazado de curvas isopiezas
Sanders, 1998
• Verdaderos
– Inyección
– Extracción
• Inválidos
– Error de lectura
– Punto anómalo
51. Red de flujo
Sobre la base del mapa de curvas piezométricas y teniendo en
cuenta las leyes de flujo en medios porosos se pueden trazar
líneas perpendiculares a las líneas equipotenciales que se
denominan líneas de corriente.
52. Red de flujo
Conjunto de líneas de
corriente y equipotenciales,
que en un medio isótropo y
homogéneo, en estado
estacionario, forman una
red ortogonal.
53. Red de flujo
La red de flujo permitirá obtener información respecto
del comportamiento hidrodinámico del sistema de
agua subterránea en un área determinada
–
–
–
–
–
Dirección y sentido del escurrimiento
Diferenciar áreas de recarga / conducción / descarga
Identificar divisorias hidrogeológicas
Calcular gradientes, velocidades y caudales
Mostrar diferencias de parámetros hidráulicos
56. Análisis cuantitativo de la superficie
piezométrica
– Ecuación de continuidad
– Ley de Darcy (condiciones de validez)
•
•
•
•
Gradientes hidráulicos
Velocidades de escurrimiento
Caudales
Parámetros hidráulicos
58. Cálculo de la velocidad de escurrimiento
•
•
•
se conoce el espesor
acuífero
se cumple la
ecuación
continuidad
Qi = Qi+1
de
se cumple la Ley de
Darcy
v=K*i
FFuente: Sanchez Román F. Dpto de Geología. Universidad de Salamanca.
//web.usal.es/javisan/hidro
hhttp:
59. Cálculo de los parámetros hidráulicos
H4
H3
QIN = QOUT
L3
H2
H1
Q=v*A
L2
b3
L1
v=K*i
b2
b1
K = conductividad
hidráulica
i = (Hi+1 – Hi) / Li
Tubo 1
A=b*e
60. Cálculo de los parámetros hidráulicos
H4
H3
entra Q1 = Q2 sale
L3
H2
H1
Qi = Ki * ii * bi * ei
L2
b3
L1
b2
b1
Qi = Ti * ii * bi
T1 * i1 * b1 = T2 * i2 * b2
T2 = (T1 * i1 * b1) / (i2 * b2 )
Ki+1 = Ti+1 / ei+1
Tubo 1
75. Adquisición e interpretación de
información hidrogeológica
Información de perfiles litológicos de perforaciones
Información de niveles de agua subterránea
Información hidroquímica
Parámetros hidráulicos formacionales
Mónica Patricia D´Elia Ing. Msc.
93. Adquisición e interpretación de
información hidrogeológica
Información de perfiles litológicos de perforaciones
Información de niveles de agua subterránea
Información hidroquímica
Parámetros hidráulicos formacionales
Mónica Patricia D´Elia Ing. Msc.
94. Metodologías para la determinación
de la conductividad hidráulica
Ensayos puntuales – Slug Tests
por bombeo
96. Metodologías para la determinación
de la conductividad hidráulica
Ensayos por bombeo
Se determina el valor de transmisividad:
T=K*b
b= espesor del acuífero.
Los valores calculados de T son valores promedios, pero si se
conocen con suficiente aproximación los valores de b se
pueden obtener muy buenos resultados
Comúnmente se estima la conductividad hidráulica horizontal
Estos ensayos no son fáciles de realizar e
implican un elevado costo
100. Consideraciones a tener en cuenta
las características geológicas del subsuelo (litología, estratigrafía,
características estructurales que pueden influenciar el escurrimiento
subterráneo)
el tipo de acuífero y la presencia o ausencia de bordes de recarga
horizontal (percolación de agua de lluvia o riego, mantos acuitardos)
el espesor y la extensión lateral del acuífero y los mantos confinantes
las condiciones de borde, gradientes hidráulicos regionales,
variaciones de nivel
101. Supuestos
El acuífero tiene una extensión areal infinita.
El acuífero es homogéneo, isotrópico, y de espesor uniforme en toda el
área de influencia del ensayo por bombeo
Antes de iniciado el bombeo, la superficie freática (o piezométrica)
puede considerarse horizontal en el área de influencia del ensayo
El acuífero se bombea a caudal constante
El pozo de bombeo es completamente penetrante y recibe agua de
todo el espesor acuífero a través de flujo horizontal
Todos los pozos de observación son totalmente penetrantes y poseen
sus filtros en todo el espesor acuífero
102. Flujo radial hacia un pozo totalmente penetrante en
un acuífero confinado
Tomado de Todd y Mays (2005).
103. Métodos de análisis
Tipo de acuífero
Confinado
Régimen
Permanente
Método / Expresión
Thiem
T
Confinado
r
Q
ln 2
2 h2 h1 r1
No Permanente o
Theis
Transitorio
T
Q
W u
4 h0 h
Aproximación de Jacob
T
2,3Q
4 h0 h
S
2,25Tt 0
r2
Referencias
T: transmisividad del acuífero (m2 /día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
h1 : carga hidráulica a la distancia r1 del pozo
de bombeo (ambas en m)
h2 : carga hidráulica a la distancia r2 del pozo
de bombeo (ambas en m)
Figura B2
T: transmisividad del acuífero (m2 /día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
h0 - h: descenso (m)
Wu : función del pozo (adimensional). Se
determina en función de 1/u (u: constante
adimensional) por superposición de curvas.
Figura B3.
Si los valores de u > 0,01 – 0,03
T: transmisividad del acuífero (m2 /día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
(h0 – h): descenso (m) por ciclo logarítmico
de tiempo (min)
S: coeficiente de almacenamiento
r: radio del pozo de bombeo (m)
t0 : tiempo donde la línea recta intersecta al eje
de descenso 0.
Figura B4.
104. Función W(u) en función de 1/u para un acuífero confinado
en estado de equilibrio (Curva de Theis)
Tomado de Fetter (2001)
105. Flujo radial hacia un pozo totalmente penetrante
en un acuífero libre
Tomado de Todd y Mays (2005).
106. Métodos de análisis
Tipo de acuífero
Libre
Régimen
Permanente
Método / Expresión
Thiem - Dupuit
K
Libre
Q
b2 b1
2
2
r
ln 2
r
1
Transitorio con drenaje
diferido
Boulton - Prickett
Transitorio
Idem acuífero confinado
T
Q
W u A , u B ,
4 h0 h
Referencias
K: conductividad hidráulica (m/día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
b1 : espesor saturado a la distancia r1 del pozo
de bombeo (ambos en m)
b2 : espesor saturado a la distancia r2 del pozo
de bombeo (ambos en m)
Figura B8
T: transmisividad del acuífero (m2 /día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
h0 - h: descenso (m)
W (uA, uB, ): función de pozo
(adimensional). Se determina en función de
1/u (u: constante adimensional) por
superposición de curvas en función del tramo
de curva correspondiente.
Figuras Figura B9 y B10
Libre
Theis
Aproximación
de Jacob
logarítmica
107. Curvas tipo para los datos de descenso en un pozo totalmente
penetrante en un acuífero no-confinado
Tomado de Fetter (2001)
108. Flujo radial hacia un pozo totalmente penetrante en
un acuífero semiconfinado
Tomado de Todd y Mays (2005).
109. Métodos de análisis
Tipo de acuífero
Semiconfinado
Régimen
Permanente
Método / Expresión
De Glee
T
Q
K 0 r B
2 h0 h máx
Jacob-Hantush
Si r/B 0.05
T
Semiconfinado (sin
almacenamiento en el
acuitardo)
Transitorio
Q
ln 1,123B r
2 h0 h máx
Walton – Hantush
T
Q
W u , r B
4 h0 h
Referencias
T: transmisividad del acuífero (m2 /día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
h0 - h: descenso máximo smax en (m) en un
piezómetro ubicado a una distancia r (m) del
pozo de bombeo
K0 (u, r/B): función modificada de Bessel de
segundo tipo de orden 2 (tabulada).
B: factor de goteo (m) = Tc
c: resistencia hidráulica de la capa
semiconfinante = b´/k´
b´: espesor de la capa semiconfinante o
acuitardo
k´: conductividad hidráulica vertical del
acuitardo
k´/b´: conductancia del acuitardo
Figura B5
T: transmisividad del acuífero (m2 /día)
Q: caudal de bombeo régimen permanente
(m3 /día)
h0 - h: descenso (m)
W(u, r/B): función de pozo (adimensional).
Se determina en función de 1/u (u: constante
adimensional) por superposición de curvas
Figura B6.
110. Curvas tipo para un pozo en acuífero semiconfinado sin
almacenamiento en el acuitardo. Método de Walton - Hantush
Tomado de Fetter (2001)