HIDROGEOLOGÍA - ACUIFEROS

HIDROGEOLOGÍA

EJERCICIO BLOQUE 4

MASTER EN GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA

GRUPO 1: Francisco José Álvarez Marcos Hernández Juan José Rueda María Inmaculada Gutiérrez Mercedes A. Villa A.

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MÁSTER EN GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA

HIDROGEOLOGÍA

HIDROGEOLOGÍA - B4. ACUÍFEROS. Ejercicio (a realizar por grupos)

Se pretende realizar un estudio hidrogeológico en la región representada en la figura adjunta para conocer diversos aspectos del funcionamiento de los sistemas hidrogeológicos. Para ello contamos con la siguiente información:

a) Geología del área: existen 3 formaciones litológicas que de más antigua (abajo) a más moderna (arriba) son: calizas, arcillas y arenas. La estructura geológica consiste básicamente en una fosa tectónica delimitada por fallas aproximadamente verticales que hundieron el bloque central, lo que produjo una cubeta en donde se depositaron los materiales detríticos arenosos más recientes en un medio marino de plataforma somera. Por tanto, se identifican dos acuíferos, el superior de naturaleza detrítica con porosidad intergranular y el inferior carbonático con porosidad por fisuración y karstificación, ambos separados por la formación arcillosa.

b) Tras realizar un inventario y recopilación de información de las columnas de sondeos existentes en el área, se han conseguido reunir los siguientes datos:

COD COTA (m.s.n.m)

Prof-NP (m)

Prof.obra (m)

Prof. Contacto Arenas-arcillas (m)

Prof. Contacto Arcillas-calizas (m)

1 520 20 45 40 2 518 28 220 48 195 3 517 27 50 46 4 510 30 350 60 195 5 500 25 65 54 6 500 27 65 51 7 510 40 70 61 8 505 35 300 80 235 9 503 33 60 54 10 520 60 90 77 11 500 40 87 80 12 500 35 62 54 13 512 57 390 77 305 14 507 57 85 76 15 480 29 66 57 16 500 40 370 58 305 17 470 29 410 44 326 18 505 65 96 77 19 495 55 430 67 350 20 500 50 70 66

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c) La zona se encuentra en un contexto climático semiárido. Se han realizado

estimaciones de lluvia útil por el método de balance mensual del agua en el suelo y se han obtenido valores medios para todo el acuífero de 75 mm/año, la totalidad de los cuales se infiltran en el acuífero por ser inexistente la escorrentía superficial.

d) Datos de propiedades hidrogeológicas de los materiales. La porosidad eficaz media de los materiales detríticos es 0.1. La permeabilidad en la zona A se ha evaluado mediante ensayos de campo en 50 m/día.

e) El nivel piezométrico en el contacto arenas-calizas es 510 m.s.n.m. Se pide:

a. Trazar el mapa de isobatas del techo del acuífero profundo.

Mapa de Isobatas: Ver Anexo 1. b. Qué inversión es necesaria si queremos reperforar el sondeo 11 para captar el

acuífero profundo, si el coste es 120 €/m de perforación y el sondeo debe de atravesar 30 m de calizas para que sea productivo?

Sabemos, gracias al mapa de isobatas del techo del acuífero profundo, que el contacto arcillas-calizas en el punto 11 se encuentra a una profundidad de 274 m.

Tenemos ya perforados 87 metros, por lo que descontamos esta cantidad a los metros que tenemos que perforar:

274 m – 87 m = 187 m Nos dicen que para que sea productivo el pozo tenemos que adentrarnos 30 m en las calizas, por lo que añadimos esta cantidad a los metros que debemos perforar:

187 m + 30 = 217 m

En total la cantidad de metros que tenemos que ampliar el pozo son 217. El precio por metro de perforación es de 120 euros.

217 m x 120 €/m = 26040 €

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El precio de la obra a realizar es 26040 €.

c. ¿Este sondeo resultaría surgente?

El nivel piezométrico en ese punto sería el mismo que el que encontramos en el límite arenas-calizas que aflora en superficie, que tiene un valor de 510 m. Puesto que la cota en el punto 11 es de 500 m, tenemos que en dicho punto el nivel piezométrico está por encima de la superficie topográfica y esto supone que el pozo realizado es surgente.

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d. ¿Qué sucedería si no aislamos hidráulicamente el sondeo reperforado del acuífero superior?

Si no aislamos hidráulicamente ambos acuíferos quedarían conectados y el agua del acuífero calizo pasaría al detrítico por razones de gradientes creando una deformación en la superficie freática. Sabemos que el agua se desplaza de mayor a menor nivel piezométrico y el agua del acuífero profundo tiene mayor nivel piezométrico. Este proceso se esquematiza en la imagen siguiente.

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2. Trazar el mapa de isopacas del espesor saturado del acuífero detrítico. Calcular a partir de éste el volumen de reservas y comparar el resultado con el obtenido a partir de la media del espesor saturado detectado.

Para el cálculo de las reservas del acuífero detrítico usando el mapa de isopacas, se ha distribuído una serie de capas profundidades de espesor saturado con su estimación del área a partir de la cuál mediante el producto de su área se calcula el volumen que contiene dicha capa de espesor saturado. Los datos indicados se resumen en la siguiente tabla:

Cálculo de reservas a partir del mapa de isopacas

Espesor (m) Área (Km2) Volumen (km3) 10 5,25 0,0525 20 14,99 0,299 30 12,45 0,3735 40 7,12 0,2856 45 2,774 0,124

Total 1,135 Utilizando la porosidad eficaz, podemos calcular el volumen de agua gravífica que realmente es el volumen de agua que nos interesa para su explotación de tal forma que:

Volumen de agua gravífica= volumen total ∙ porosidad eficaz

Vgrav= 1,135 km3∙0,1= 0,1135 km3 113,5hm3

La media del espesor es de 22,5 m, utilizando el área total del acuífero (se ha estimado en 42,582 km2) tenemos el volumen total:

Volumen total= 0,0225 km ∙ 42,582 km2 = 0,958 km3 958,09 hm3

Utilizando la porosidad eficaz podemos calcular el volumen de agua gravífica en este caso:

Vgrav= 958,09 hm3∙0,1= 95,809 hm3

Mapa de Isopacas: Ver Anexo 2.

Cálculo de reservas a partir de la media del espesor

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3. Trazar el mapa de isopiezas y las líneas de flujo. Determinar los gradientes hidráulicos en A y en B.

Utilizando el mapa de isopiezas, calculamos el gradiente hidráulico mediante la utilización de las isopiezas que encierran la zona de la cuál queremos conocer su gradiente de tal forma que en el caso del gradiente hidráulico en la zona A:

( ) ( )

500490500i

distancia1h1hi

A

A

−=

−−+=

iA=0.02

Ahora vamos a calcular el gradiente hidráulico en la zona B, usando las dos isopiezas de 470 y 475, la distancia observada que las separa en el mapa es de 1333 metros por lo que el gradiente en B es:

( ) ( )

1333470475i

distancia1h1hi

B

B

−=

−−+=

iB=0.0037

Mapa de Isopiezas: Ver Anexo 3.

4. Determinar la transferencia de recursos subterráneos desde el acuífero carbonático al detrítico en el borde meridional. La transferencia de recursos subterráneos se refiere al caudal cedido por el acuífero carbonatado al detrítico en su contacto en el borde meridional. Para calcular ese caudal se utiliza la Ley de Darcy mediante los valores del área A ya calculados. Así tenemos que:

Q= iA∙K∙S

Donde Q es el caudal en m3/día, iA es el gradiente hidráulico adimensional, K es la permeabilidad de la zona que tiene un valor de 50m/día y S es la sección la cuál calculamos a continuación:

S= b∙L

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( )3333.3m20mSLbS

=×=

Donde b es el espesor saturado de la zona en metros, y L es la longitud de la sección en metros. El espesor tiene un valor de 20 metros y la longitud es de 3333,3 metros, dándonos una sección de:

S=66666.66m2

A continuación calculamos el caudal que cede el acuífero carbonatado al detrítico:

Q = 24.33𝑯𝑯𝒎𝒎𝟑𝟑

𝒅𝒅í𝒂𝒂

5. Determinar el volumen anual de recursos del acuífero superior y el tiempo de residencia del agua en el mismo.

a. Para el cálculo del volumen anual de recursos vamos a realizar un balance al acuífero detrítico para saber la cantidad de recurso que tenemos:

Entrada- Salidas= ∆volumen (Vt∙me)

Tenemos una entrada por lluvia útil (precipitación – EVT) de 75 mm, o sea 75l/m2∙año, tenemos la superficie del acuífero que es de 42,582 km2 que en metros cuadrados nos da un valor de 42,582∙106m2, así tenemos que la entrada por lluvia al acuífero detrítico es de:

Lluvia útil= 75l/m2∙año∙ 42,582∙106m2= 3,19 hm3/año

Aporte de caudal cedido por el acuífero carbonatado al detrítico de 24,33 hm3/año.

El sumatorio de las entradas al acuífero realmente son la cantidad de recurso que tenemos siendo este valor la suma de la lluvia útil y del aporte por parte del acuífero carbonatado al detrítico en el borde meridional.

RECURSOS= 3,19 hm3/año + 24,33 hm3/año= 27, 52 hm3/año

( )( )díam

2díam

366666.66Q66666.66m500.02Q

SiQ

=

=

××= KA

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b. Para la determinación del tiempo de residencia del agua en el acuífero utilizamos el volumen de reservas obtenido en el apartado 2 y el volumen de recursos recientemente obtenido. Vamos a comprobar el valor que tenemos según utilicemos el volumen a partir del mapa de isopacas o a partir del espesor saturado medio:

Tiempo de residencia mediante el volumen medio saturado del acuífero

Tiempo de residencia= V/Q= 95,809 hm3 /27, 52 hm3/año= 3,48 años

Tiempo de residencia mediante el volumen calculado por el mapa de isopacas

Tiempo de residencia= V/Q= 113,5hm3/27, 52 hm3/año= 4,12 años

6. Determinar la transmisividad del acuífero en el sector B. Gradiente hidráulico comprendido entre el sector A y secor B:

( ) ( ) 0.00732750

470-490distancia

1h1hi A-B ==−−+

=

Relacionando la conductividad hidráulica de la Ley de Darcy, la Transmisividad en B, se dertemino en base a:

( )i- anchoQT Ti

anchoQ

b KT b Kiancho

Q

Kib ancho

Q KiAQ

=⇒×−=

×=⇒××−=

×−=×

⇒×−=

La transmisividad en el sector B es de:

( )

( )0.007353506666.66

i- anchoQT

díam3

=

=

T

𝑻𝑻 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏.𝟐𝟐𝟐𝟐𝒎𝒎𝟐𝟐

𝒅𝒅í𝒂𝒂

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7. Se produce un accidente minero consistente en la rotura de una balsa de residuos altamente tóxicos en la cuenca del río, aguas arriba del acuífero. ¿Hay riesgo de contaminación del acuífero, por qué? Mediante la construcción del mapa de isopiezas realizado en el apartado 3, se han determinado las líneas de flujo del acuífero. Observando las líneas de flujo, vemos que debido a la dirección y a las formas de las isopiezas el acuífero aporta agua al río, éste gana agua que le cede el acuífero por lo que no se produce un aporte de agua del río al acuífero lo que produciría un aporte de residuos tóxicos. En este caso el acuífero no corre riesgo de contaminación por parte del accidente minero, hablando desde el punto de vista del aporte de agua del río al acuífero y del acuífero al río.

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ANEXO 1: MAPA DE ISOBATAS

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ANEXO 2: MAPA DE ISOPACAS

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ANEXO 3: MAPA DE ISOPIEZAS

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