EXPLORACION Y EXPLOTACIONDE AGUAS SUBTERRANEAS RODOLFO BARRERA OLMOS CUC-2014 QUE ES EL AGUA SUBTERRANEA Cuandolalluviacaealsuelo,elaguanodejademoverse.Alguna fluyelo largo de la superficie de la tierra a los arroyos o lagos, una la utilizanlas plantas, una parte se evapora y regresa a la atmsfera, y algunasfiltracionesenelsuelo.Elaguasefiltraenelsueloaligual queunvasodeaguavertidasobreunmontndearena.(Ciclo hidrolgico). QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA Cuandoelaguasefiltraenelsuelo,partedeestaseaferraalas partculasdelsueloodelasracesdelasplantasjustodebajo dela superficie terrestre. Esta humedad proporciona a las plantas el agua que necesitan para crecer. El agua no usada por las plantas se mueve msprofundamenteenelsuelo.Elaguasemuevehaciaabajoa travsdeespaciosvacosogrietasenelsuelo,arena,rocasohasta que alcanza una capa de roca a travs de la cual el agua no se puede moverfcilmente.Entonces,elaguallenalosespaciosvacosy grietasporencimadeesacapa.Lapartesuperiordelaguaenel suelo, arena o rocas se llama la capa fretica y el agua que llena los espacios vacos y grietas se llama agua subterrnea. El agua que se filtra por debajo de la superficie de la tierra se suma a lasaguassubterrneasysellamaaguasderecarga.Elagua subterrneaserecargadelasaguadelluviaydeshieloodelagua quesefiltraatravsdelaparteinferiordealgunoslagosyros.El aguasubterrneatambinsepuederecargarcuandolossistemas (tuberas y canales) se derraman y cuando los cultivos se riegan con ms agua que las plantas pueden usar. QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA Por lo menos un poco de agua del suelo se puede encontrar en casi todaspartes.Elnivelfreticopuedeserprofundo,comodebajode unaladera,osuperficial,comodebajodeunvalle.Elnivelfretico puedesubirobajardependiendodevariosfactores.Lasfuertes lluvias o nieve derretida pueden aumentar la recarga y hacer que el nivelfreticoseeleve.Unperodoprolongadodetiemposeco puede disminuir la recarga y hacer que el nivel fretico se caiga. Acufero es el nombre dado al conjunto de rocas o sedimentos en el subsueloatravsdelcualelaguasubterrneapuedemoverse fcilmente. La cantidad de agua subterrnea que puede fluir a travs delsueloodelarocadependedeltamaodelosespaciosenel sueloorocaylobienquelosespaciosestnconectados.La cantidaddeespacioseslaporosidad.Lapermeabilidadesuna medida de lo bien que estn conectados los espacios . QUE ES EL AGUA SUBETRRANEA Los acuferos consisten tpicamente de grava, arena , arenisca o roca fracturadacomolapiedracaliza.Estostiposdematerialesson permeablesporquetienengrandesespaciosconectadosque permiten que el agua fluya a travs . Los espacios en un acufero de gravasonllamadosporos.Losespaciosenunacuferoderoca fracturada se llaman fracturas. Si un material contiene poros que no estn conectados , las aguas subterrneasno se puede pasar de un espacioaotro.Estosmaterialessedicequeesimpermeable.Los materialestalescomoarcillaoesquistostienenmuchosporos pequeos , pero los poros no estn bien conectados. Por lo tanto , la arcillaolosesquistosporlogeneralrestringenelflujodeagua subterrnea.Lasiguienteilustracinmuestracmolasconexiones entre los poros o fracturas controlan cmo el agua se mueve a travs de unQUE ES EL AGUA SUBETRRANEA EXPLORACION Y EXPLOTACION El agua subterrnea se puede obtener mediante la perforacin o excavacindepozos.Unpozoesgeneralmenteuntuboenel sueloquesellenadeaguasubterrnea.Estaaguapuedeser llevadoalasuperficiedelatierraporunabomba.Lospozos pocoprofundossepuedensecarsielnivelfreticocaepor debajo del fondo del pozo, como se ilustra a continuacin. EXPLORACION Y EXPLOTACION Elaguaqueseextraedeunacuferosellamaaguadedescarga.El aguaquesebombeadeunpozoesladescargadeagua.Elagua subterrnea tambin puede descargarsede forma natural en forma de manantiales o en pantanos, lagos o ros. Algunos pozos, llamados pozos artesianos, no necesitan una bomba. Estospozosseperforanenunacuferoartesianoqueseintercala entredoscapasimpermeables.Elaguaentraenunacufero artesianoenunazonaderecargapermeablequepuedeestara kilmetros de distancia del pozo. Cuandoseperforaunpozoenunacuferoartesiano,lapresin empujaelaguaenelpozoporencimadelapartesuperiordel acufero. Si la presin es lo suficientemente alta, el agua puede fluir desde un pozo . EXPLORACION Y EXPLOTACION EXPLORACION Y EXPLOTACION Podemosagotarlasaguassubterrneassimsaguase descargaquerecarga.Porejemplo,duranteperodosde tiemposeco,larecargaalosacuferosdisminuye.Sise bombeademasiadaaguasubterrneaenestostiemposel nivel fretico puede caer y los pozos se pueden secar. El agua subterrnea puede quedar inutilizable si se contamina yyanoesseguraparabeber.Enlaszonasdondeelmaterial porencimadelacuferoespermeable,loscontaminantes puedenfiltrarseenlasaguassubterrneas.Elagua subterrneapuedesercontaminadaporlafiltracinatravs delosvertederos,delostanquesspticos,delostanquesde combustiblesubterrneosconfugas,yavecesdefertilizantes opesticidasutilizadoenlasexplotacionesagrcolas,comose muestra a continuacin. EXPLORACION Y EXPLOTACION PRESUPUESTO DE AGUA EN EL PLANETA ACUIFEROS Mastcnicamentesedenominaacuferoaaquellaformacingeolgica que escapazdealmacenarytransmitirelaguasubterrneaatravsdeellaen cantidadessignificativas,demodoquepuedaextraersemedianteobrasde captacin como pozos, sondeos, galeras, etc. ACUIFEROS Acuferoslibres,noconfinados,freticos,sonaquellosenlosqueellmitesuperiordela masadeaguaformaunasuperficierealqueestencontactoconelairedelazonano saturada y, por lo tanto, a presin atmosfrica Acuferosconfinados,cautivosoapresinsonaquellosqueensulmitesuperiorotecho,el agua est a una presin superior a la atmosfrica. Se comportan as los materiales permeables que estn cubiertos por una capa confinante mucho menos permeable, por ejemplo, una capa arenosa bajo otra arcillosa. Los acuferos se pueden clasificar: A) En funcin de la presin hidrosttica del agua contenida en ellos: 1.- Acuferos libres, no confinados o freticos. 2.- Acuferos confinados, cautivos o a presin. 3.- Acuferos semiconfinados o semicautivos. B) En funcin del tipo de materiales que constituyen el acufero: 1.- Depsitos no consolidados de materiales sueltos. 2.- Rocas sedimentarias consolidadas. 3.- Rocas gneas y metamrficas. Acuferossemiconfinadososemicautivos;puedenconsiderarsecomouncasoparticulardelos acuferoscautivos,enlosqueelmuro(lmiteinferior),eltechooambos,nosontotalmente impermeablessinoquepermitenlacirculacinverticaldelagua.Estepasoverticaldeagua puedehacersedesdeohaciaelsemipermeable,einclusovariarconeltiempo,segnseanlos valores relativos de los niveles piezomtricos. ACUIFEROS Rocassedimentariasconsolidadas.Lasmsimportantessonlascalizasy lasdolomas.Lasareniscasycalcarenitassuelenconstituirtambin importantes acuferos. Rocasgneasymetamrficas.Lasposibilidadesdeformaracuferosen estasrocasquedanreducidasalaszonasalteradassuperficialmenteo fracturadasporfallasodiaclasas.Puedentenerimportanciaparael abastecimiento a pequeos ncleos de poblacin y al mbito rural. Lasrocasvolcnicaspuedenconstituironoimportantesacuferos,su comportamientoestentrelasrocasconsolidadasporosasylas fracturadas.ACUIFEROS Cuandolasformacionesgeolgicastransmitenelaguamuylentamenteyes muydifcilextraerlamediantecaptacionesencantidadesimportantes, reciben el nombre de acuitardo.Paradefiniraquellasformacionesgeolgicasqueconteniendoaguaensu interiornolatransmiteny,portanto,nopermitenextraerla,seutilizael trmino de acucludo; y acufugo cuando no contienen agua. METODOLOGIA Anlisis de Informacin Sensores remotos Geologa(Gnesisyedadderocasysedimentos,Litologa, Fracturamiento y alteracin de rocas,Tipo de estructura geolgica, Geometra de estructuras hidrogeolgicas Inventario de Puntos de Agua Exploracin geofsica Reconocimiento hidrogeolgico Perforaciones exploratorias Caracterizacin hidrogeoqumica Evaluacin hidrolgica Evaluacin de vulnerabilidad intrnseca a la contaminacin Modelo hidrogeolgico conceptual Modelo Matemtico PROSPECCION GEOFISICA La Geofsica es una cienciaque utiliza los postulados fundamentales de la Fsica para investigar elcomportamiento de algunos componentes de nuestroplanetacomoelcampomagntico,ladensidaddelasrocas,su capacidadparaconducirlacorrienteelctricaylasondasssmicas,el movimiento de los continentes y los fondos marinos, etc. Estudialaspropiedadesfsicasdelsubsueloypermitecorrelacionarlas conlageologa,locualenelcasodelaexploracindeaguas subterrneas contribuye a determinar la presencia y la geometra de los acuferos o zonas acuferas y la obtencin de un modelo conceptual, que a su vez se valida con perforaciones exploratorias. Losmtodosmsconvencionalesson:Geoelectrica(resistividad), gravimetra,ssmica,magnetometra,electromagnetismo,registros geofsicosdepozosynuevastcnicascomolaresonanciamagnticade protones o nuclear. PROSPECCION GEOFISICAPROSPECCION GEOFISICAPROSPECCION GEOFISICASE DEFINEN LAS RESISTIVIDADES, ESPESORES Y PROFUNDIDADES DE LAS DIFERENTES CAPAS PROSPECCION GEOFISICACapaNo.Resistividad (Ohmio.m) Grosor (m) Profundidad (m) Litologa 1. 150021 Sedimentos de la TerrazaAluvial seca 2. 6052 Sedimentos de la Terraza saturada 3. 112377 Esquistos Fracturados 4. 3503944 EsquistosSanos APLICACIONES GEOFISICA - Estimacin del nivel de la profundidad del agua subterrnea. Estimacin del espesor de la zona no saturada. Estimacin de la porosidad de la roca. Contribucin a la identificacin de los ambientes de deposicin. Determinacin del grado de mineralizacin de las aguas subterrneas. Localizacin de fracturas. Identificacin de reservorios geotrmicos y aguas termales. INVENTARIO DE PUNTOS DE AGUA - Esunodelosmtodosmstilesyalavezmseconmicosparallegaraunadecuado conocimiento sobre las caractersticas hidrogeolgicas de una regin o acufero. Mediantelautilizacindetcnicasosistemassepodrnconocertodoslosdatos hidrogeolgicos siguientes: Perfil litolgico de la perforacin. Posicin del nivel piezomtrico. Caractersticas qumicas del agua extrada. Volmenes de agua utilizada por unidad de tiempo. Evolucin temporal de cualquiera de losdatos 2, 3 y 4 Estos son los datos de tipo hidrogeolgicos que se pueden obtener: Explotacin total de la zona. Distribucin en el espacio de puntos de agua. Estimacin de la transmisividad del acufero. Conocimiento a la geologa del subsuelo. Evolucin histrica de caudales, nivel piezomtrico y caractersticas qumicas. Utilidad para futuros estudios. INVENTARIO DE PUNTOS DE AGUA - Naturaleza litolgica de los acuferos. Columnas estratigrficas. Geometra de los acuferos. Piezometra del rea investigada. Caudales que aportan las captaciones. Parmetros hidrulicos (T, S, caudal especfico). Caractersticas qumicas de las aguas. Extracciones que se hacen en el acufero. EXPLOTACION- pozos perforados: de dimetros reducidos y construccin totalmente mecanizada. - pozos excavados: tambin denominados pozos abiertos, se construyen de forma manual o ligeramente mecanizada (martillos neumticos), caracterizndose por presentar dimetros relativamente grandes. - pozos radiales : tambin denominados pozos de drenes horizontales.Pozos radiales Los pozos de drenes horizontales, inicialmente concebidos por un ingeniero americano apellidado Ranney (1934), constan de dos partes fundamentales: 1. Un pozo vertical con pared de concreto reforzado y fondo d e concreto en masa de dimetro comprendido entre 1,60-6,00 m. 2. Un conjunto de drenes horizontales, situados en uno o ms niveles y conectados con el pozo vertical, en el que desaguan a travs de vlvulas de compuerta. MUESTREO LITOLOGICO Registroselctricosdelaperforacin:Paraseleccionarlos acuferossedebencombinarlasResistividadesElctricas(N cortayNlarga,conlosperfilesGammayPotencialEspontneo, para apreciar la permeabilidad del estrato y la calidad del agua. INTERPRETACIN DEL REGISTRO ELCTRICO CALIDAD Y DISTRIBUCIN DE FILTROSDISEO DE POZOS Criterios para escoger el revestimiento ylos filtros, en Acero o en PVC : 1. Calidad del material del revestimiento: a. Calidad del agua; b. Salinidad en la zona (zonas costeras o con suelos salinos). 2. Distribucin de los Filtros: a. Calidad del agua en el acufero; b. Granulometra de las arenas; c. Posicin respecto del posible nivel de bombeo. 3. Cantidad y calidad de materiales y de filtros: Con base en el Presupuesto disponible. OPCIONES DE CALIDAD DE LOS FILTROS, EN ACERO O EN PVC; DE RANURA CONTINUA O PARCIALES : Seleccin del Tipo de Filtro: Objetivos 1. Flujo laminar a la entrada de lagua al pozo, 2. Control del paso de partculas finas, 3. Resistencia a la Calidad del Agua FLUJO DE AGUA SUBTERRNEA HACIA UN POZO: 1. ACUFERO (Estrato Poroso), 2. EMPAQUE DE GRAVA (Primer Filtro Artificial), 3. REJILLA (Segundo Filtro Artificial) POZOS EXCAVADOS Entiempospasados,lanicaformadeconstruccindeunpozoeramediante excavacin. Este sistema constructivo se sigue empleando en aquellos lugares donde todavanohallegadoonoesposiblelamecanizacin.Engeneralestetipodepozossecaracterizanporpresentargrandesdimetros (>1,50metros) y por el hecho de que en su construccin la mecanizacin es escasa o nula.Los pozos excavados, pese a su caresta pueden ser una solucin aceptable en los siguientes casos: Enrocasdbilmentefisuradas,enlasquealaumentareldimetro,aumentala probabilidaddecortarfisurasinclinadasyadems,alsermayorlalongituddelas fisurasinterceptadas,elaguaentraamenorvelocidadyporlotantoconmenor perdida de carga. En acuferos poco permeables en los que el bombeo va a ser intermitente. En tal caso el pozo, adems de actuar como captacin, lo hace tambin corno depsito regulador. Enacuferosdemuypocoespesor,enlosqueparaconseguirunavelocidadde entradaadecuadanoquedaotroremedioqueaumentarconsiderablementeel dimetro. Cuando en el interior del pozo debe instalarse maquinaria o han de realizarse trabajos querequieranintervencinhumana,loqueexigeundimetrodeunasciertas dimensiones mnimas. En los casos en los que se han de perforar drenes horizontales en el interior del pozo (pozosradiales)yportantoesnecesariopermitireldescensodelamaquinariade perforacin. Enloslugaresycircunstanciasenlosqueresultemseconmicoqueunpozo perforado.