INTRUSION MARINA – FACTOR DETERMINANTE EN LA GESTION DE LOS ACUÍFEROS COSTEROS

1. Introducción 2. La extensión de la intrusión marina como una variable decisión

3. Medidas alternativas para el control

3.1. Barrera de depresión

3.2. Barrera de recarga costera

3.3. Barrera subterránea impermeable

4. Colectores costeros como interceptores del flujo hacia el mar

4.1. Concepto 4.2. Eficacia de la intercepción

4.3. Consideraciones sobre el ascenso de la interfase

4.3.1. Interfase neta 4.3.2. Efectos de dispersión y salinidad del agua bombeada

4.3.3. Relaciones entre el ascenso de la interfacies y la salinidad del

agua bombeada

5. Utilización de colectores costeros para interceptar flujos residuales y para explotar las reservas

6. Identificación de la intrusión marina

7. Referencias

TIAC'88. T e c n o l o g í a de l a I n t r u s i ó n en A c u í f e r o s C o s t e r o s

Almuñécar (Granada, España) . 1988

INTRUSION MARINA - FACTOR DETERMINANTE EN LA GESTION DE LOS ACUIFEROS COSTEROS

Abraham Mercado

J e f e de l a D i v i s i ó n de Recursos de Agua e I n g e n i e r í a Amb ien ta l

TAHAL-Water P l a n n i n g f o r I s r a e l

T r a d u c c i ó n : S. Somoza D íaz -Sarm ien to y R. Fernández-Rubio

1. INTRODUCCION

La i n t r u s i ó n mar ina , en a c u í f e r o s muy e x p l o t a d o s , es un fenómeno común en

l a s áreas c o s t e r a s . La i n t r u s i ó n i n c o n t r o l a d a de agua s a l a d a puede dañar , en

a lgunos casos i r r e v e r s i b l e m e n t e , l a e x p l o t a c i ó n de agua en e s t a s á reas .

~ t i u i u y c u i ~ y ~ ~ UCVCI I I U C I I L I I I L ~ I e s t e t i p o de

con taminac ión , cuando t o d a v í a se e n c u e n t r a en sus p r i m e r a s e tapas , p a r a

p roponer l a s adecuadas medidas c o r r e c t o r a s .

a l e - h<A---,.Alm--,- A-he.. < A - - + : C < - - - nnhi A,.

El p r o p ó s i t o de e s t a comun icac ión es exponer a lgunos de l o s p r i n c i p i o s

b á s i c o s , r e l a c i o n a d o s con l a i n t r u s i ó n m a r i n a y su c o n t r o l , i d e n t i f i c a r l a

i n t e r f a s e d i n á m i c a en base a l quimismo, y p r e s e n t a r a lgunas h e r r a m i e n t a s

u t i l i z a d a s p a r a su c o n t r o l . Se da e s p e c i a l é n f a s i s a l a e x p e r i e n c i a

i s r a e l i t a en e l d i s e ñ o y o p e r a c i ó n de c o l e c t o r e s c o s t e r o s .

2. LA EXTENSION DE LA INTRUSION MARINA COMO UNA VARIABLE DECISION

La fo rma de l a i n t e r f a s e , que separa e l agua d u l c e d e l agua sa lada , en l o s

315

acuíferos costeros , e s t á impuesta por l a dis t r ibución de los potenciales del agua dulce sobre l a in te r fase . De acuerdo con l a aproximación de GHYBEN (1988)-HERZBERG (1901), l a relación en t re el potencial del agua dulce $ y l a profundidad de l a i n t e r f a s e ? e s t á dada por l a expresión ( f igura 1 ) :

donde y y l f son l a s densidades del agua salada y del agua dulce respectivamente. Valores normales de e s t a relación ($ / v , para aguas mediterráneas y oceánicas son, respectivamente, 0.0285 y 0,025.

R

X 7 / / / / / l / / / / / / / / / / / / / ' i / / / / / l ////////////l///////// l / / . f ,

t 4 o L

Figura 1 . Nomenclatura de l a i n t e r f a s e en condiciones de régimen permanente.

La i n t e r f a s e t i e n e forma de parábola ( f i g u r a 11, aproximada por :

( 2 ) ? * / X = b 2 /L

o bien:

donde 7 es l a profundidad (bajo e l nivel del mar) de l a in te r fase a l a d i s tanc ia X de l a costa , b es e l espesor del acuífero confinado y L l a d i s tanc ia , t i e r r a adentro, de l a base de l a i n t e r f a s e , desde l a costa .

De acuerdo con l a s re laciones anteriormente expuestas, para mantener una penetración dada de l a intrusión marina, e s necesario u n f l u j o Q L , expresado

316

en función de la distancia L entre la base de la superficie de scparaclh y l a costa:

Y - ' Kb2/2L (4 ) QL = Yf

donde K es la conductividad hidraulica del acuifero,

La relación anterior es válida para el capo de un acuifero confinado en contacto con el mar. La descarga al mar necesaria se reduce ligeramente para e1 caso de aculfero libre, con coeficiente de recarga uniforme, R, sobre la upr r f icie invadida:

QL = - y Kb2/2L - RL/2 ( 5 ) Yf

E l hecha de que QL y L sean inversamente proporcionales, significa que la @&tensión de la intrusión marina L es una variable decisión, en l a gestión & los aculferos costeros, en los que el flujo salierrte QL se mantiene, a través del control del bombeo, efectuado tierra adentro, y/o de l a recarga art if icial .

Un ejemplo típico de incremento del caudal disponible, en acuíferos costeros, consiste en permitir una cierta intrusión marina y en reducir l a pérdida de agua dulce hacia el mar.

El incremento resultante del caudal de garantla AQ, consecuencia de la decisión de trasladar la base de la interfase desde una distancia L1 a otra L2 (figura 2 ) puede ser predicho a partir de las ecuaciones anteriores. Para el caso de un acuifero confinado contiguo al mar (ecuación 4) :

La decisión aquí es principalmente econhica, ya que es necesario comparar la ganancia en el caudal de garantla con las consecuencias de l a posible salinización de las captaciones existentes, en el área afectada por l a

317

pos ter ior invasión de l a in te r fase móvil

Figura 2 . Movimiento de l a in te r fase , como consecuencia del bombeo t i e r r a adentro.

En el caso de acuífero costero l i b r e , con coef ic ien te de recarga uniforme R , l a s decisiones son posiblemente más complicadas, debido al hecho de que casi l a mitad de l a recarga natural , sobre l a super f ic ie invadida, podría perderse en e l mar (ecuación 5 ) :

A Q = I s - y f Kb2 ( 1 / 2 L 2 - 1 / 2 L 1 ) - R ( L 2 - L 1 ) / 2 ( 7 ) l f

Estas ecuaciones permiten establecer l a explotación permisible del acuifero. Considerando, para mayor c lar idad, e l caso senc i l lo de f l u j o permanente unidimensional hacia el mar, en una f ran ja costera de anchura B y longitud 1 , con recarga uniforme, R, l a máxima explotación permisible e s t á dada simplemente por:

donde QL se calcula mediante l a s ecuaciones an ter iores .

Además de l a ganancia A Q , en el caudal de garant ía , desplazando l a base de l a i n t e r f a s e desde una posición L1 a o t r a L 2 ( f i g u r a 21, resu l ta también una descarga de l a s reservas de agua dulce equivalente a un volumen Vs,

aproximado por:

318

Vs = 1/3* bn (L, - L 1 ) ( 9 )

donde V s representa el volumen de descarga de reservas , por unidad de extensión del acuífero, y n l a porosidad del acuífero.

En el periodo t r a n s i t o r i o , cuando l a base de l a i n t e r f a s e se t ras lada de u n a posición de e q u i l i b r i o a o t r a , el f l u j o hacia e l mar Qs var ia en t re los valores QL, y QL1:

Hay que hacer notar que Q s ( t = O ) = Q y que Q (t- a)) = QL2. Esto hace posi- ble que el volumen de descarga de reserva V s pueda expresarse, también, mediante l a integración de Qs( t ) con respecto al tiempo:

L 1 S

Debe recalcarse que todo e s t e volumen se pierde al mar, a no ser que l a dirección de Qs se inv ier ta ( Q , O ) , dentro del periodo t r a n s i t o r i o requerido para l a explotación del volumen de reservas, caso que será descr i to más adelante.

La explotación propiamente dicha, del volumen de reservas requiere l a ut i i ización de modelos. Las soiuciones a n a l í t i c a s que describen e l movimiento de l a i n t e r f a s e , causado por u n brusco cambio del f l u j o hacia e l mar, en acuíferos confinados, fueron derivadas por BEAR y DAGAN (1964). Las soluciones numéricas fueron presentadas por DAGAN y SHAMIR (1970) para e l caso de u n acuífero monocapa, y por K A P U L E R y BEAR (1981) para acuíferos costeros multicapa

Los modelos que se mencionan, en e l párrafo an ter ior , suponen una gran ayuda en l a determinación del comportamiento dinámico de l a in te r fase , al var iar l a s condiciones de contorno, y hacen posible, l a planif icación hidrológica, para conseguir l a explotación Óptima del volumen de reservas . Los estudios realizados por MERCADO (1971) y MERCADO e t a l . (1971) son ejemplos t í p i c o s de ut i l ización de estos modelos. Este tema se d i s c u t i r á más adelante, en l a introducción al concepto de colector costero.

319

La l o c a l i z a c i ó n Óptima de l a i n t e r f a s e f i n a l , basada t a n t o en l a s

cons iderac iones h i d r o l ó g i c a s como económicas, f u e i nves t i gada po r PASTERNAK

(1968) y pos ter io rmente por SHECHTER (1969). Su aproximación e s t á basada en

l o c a l i z a r l a d i s t a n c i a Xm a l a que se encuentra l a base de l a i n te r fase ,

para l a cua l se ob t ienen l o s máximos bene f i c ios anuales B(X) :

B(X, X ) = V-p.Qs + (R(X-Xo) - C (X-Xo)) O

en donde, según PASTERNAK y SHECHTER:

3 P es e l v a l o r ne to r e a l de 1 m de agua,

R(d) son l o s b e n e f i c i o s anuales a l desplazar l a i n t e r f a s e d metros;

es tos b e n e f i c i o s i nc luyen :

( a ) v a l o r de l volumen de reservas exp lo tab le , y

( b ) v a l o r de l a ganancia de l a recarga exp lo tab le , en régimen

permanente,

C(d) son l o s cos tos anuales equ iva len tes , asociados con e l t r a s l a d o

de l a i n t e r f a s e d metros desde su p o s i c i ó n i n i c i a l Xo,

( a ) t r a n s f e r e n c i a de agua a sec tores cuyas captaciones han

quedado s a l i n i z a d a s a l t r a s l a d a r l a i n t e r f a s e , y / o

(b ) cons t rucc ión de nuevas captaciones para reemplazar a l a s

contaminadas,

Iii¿;uyefidü:

es e l f l u j o r e s i d u a l cerca de l a costa, d e f i n i d o mediante l a s

ecuaciones an ter io rmente expuestas. Debe des tacarse 1 a

dependencia de Qs respec to a l a d i s t a n c i a e x i s t e n t e e n t r e l a

base de l a i n t e r f a s e y l a costa, y

Q S

V e l v a l o r d e l agua anual que e n t r a en e l acu í fe ro , de c u a l q u i e r

o r i gen .

La c o n d i c i ó n necesar ia, a p a r t i r de l a ecuación a n t e r i o r , para ob tener e l

máximo b e n e f i c i o ne to (B), a una d i s t a n c i a Xm Óptima de l p i é de l a

i n t e r f a s e , es:

320

dB/dX (X = Xm) = O

Xm puede ser ob ten ida para l a cond ic ión a n t e r i o r , t a n t o numérica como

anal í t icamente, dependiendo de l a e s t r u c t u r a de l a s func iones de b e n e f i c i o y

de costo.

3. MEDIDAS ALTERNATIVAS PARA EL CONTROL

TODD (1960) s u g i r i ó c i n c o métodos para c o n t r o l a r y p r e v e n i r l a exces iva

i n t r u s i ó n de agua salada:

1. c o n t r o l a r l a s ex t racc iones en e l i n t e r i o r , o su d i s t r i b u c i ó n espac ia l , con e l f i n de cump l i r l o s r e q u i s i t o s c u a n t i t a t i v o s ,

de f i n idos por algunas de l a s ecuaciones an te r io res ,

2. r e a l i z a r l a recarga a r t i f i c i a l , para compensar l a p o s i b l e sobreexp lo tac ión en e l i n t e r i o r ,

3. d e s a r r o l l a r una b a r r e r a de depresión ( f i g u r a 3 ) adyacente a l a cos ta ,

mediante una l í n e a de pozos de bombeo, s i t uada paralelamente a l a

l í n e a de costa,

4. dr:arru!lur un: barrer: de recurga ces te ra ( f i g l l r u e ! , por medio de una l í n e a de pozos s u p e r f i c i a l e s , p a r a l e l a a l a cos ta , creando una

c res ta de pres ión , que f r e n e e l avance de l agua de l mar, y

5. r e a l i z a r una b a r r e r a subterránea a r t i f i c i a l , de impermeabi l ización,

para separar e l agua du lce de l agua salada.

De estas c inco medidas a l t e r n a t i v a s , parece que s ó l o l a pr imera, y

posiblemente l a segunda, se han mostrado tecno lóg ica y económicamente

adecuadas. La segunda medida es cas i i d é n t i c a a l a pr imera, excepto por

c i e r t o s aspectos l e g i s l a t i v o s e i n s t i t u c i o n a l e s , que no se d i scu ten aqu i . La exper ienc ia i s r a e l i t a , con co lec to res cos teros , es un caso espec ia l de l a

pr imera a l t e r n a t i v a , que se d i s c u t i r á más adelante, en e s t a comunicación.

Parece ser que merece l a pena, s i n embargo, u t i l i z a r es ta ocasión para

321

presen ta r algunos de l o s pros y con t ras de l a s res tan tes a l t e r n a t i v a s .

Pozo de bombeo Superficie del terreno A

Oceano Línea de mínimos

de agua salado

F igu ra 3. Cont ro l de l a i n t r u s i ó n marina, mediante una b a r r e r a de depresión,

p a r a l e l a a l a cos ta .

3.1. Barrera de depresion

Cons is te en c rea r una l i n e a de descensos, en l o s n i v e l e s p iezomét r icos ,

bombeando en una s e r i e de captaciones adyacentes y p a r a l e l a s a l a l í n e a de

costa, que penetren completamente en e l acu í fe ro , i n c l u i d a l a po rc ión de

agua que se encuentra po r debajo de l a i n t e r f a s e . Es ta depres ión l i m i t a l a

i n t r u s i ó n marina hac ia e l i n t e r i o r ( f i g u r a 3 ) .

De acuerdo con TODD (19601, as í como con o t r o s hidrogeólogos, es ta

i n s t a l a c i ó n es económicamente inadecuada, debido a l cos te de i n s t a l a c i ó n y

operación, a l a pé rd ida de agua subterránea dulce, que se produce a l mezclar

aguas du lces y saladas y bombear l a mezcla a l mar, y a que e s t a operac ión

puede r e d u c i r l a capacidad de almacenamiento de agua subterránea.

Tal b a r r e r a s ó l o se j u s t i f i c a como una so luc ión t r a n s i t o r i a , para r e d u c i r l a

s a l i n i d a d en acu i fe ros con i n t r u s i ó n , has ta que sea p o s i b l e l a a p l i c a c i ó n de

o t r o método.

3.2. Barrera de recarga costera

La b a r r e r a de recarga es exactamente l o c o n t r a r i o a l a b a r r e r a de depresión.

322

Esta barrera se crea mediante unos pozos super f ic ia les de recarga ( f igura 4 ) o u n área de i n f i l t r a c i ó n . La función de l a barrera de recarga es c rear y mantener una l ínea de presión de agua dulce, adyacente y paralela a l a costa.

Pozo de recarga Superficie del terrano

ica

Línea da máximas

Agua salada

Figura 4. Control de l a intrusión marina mediante una barrera de recarga paralela a l a costa (TODD, 1960).

Esta barrera de presión debe tener a l t u r a suf ic ien te , por encima del nivel del mar, para poder mantener l a in te r fase en l a posición adecuada. Parte del agua inyectada i r á a parar al mar y l a res tan te se moverá hacia e l i n t e r i o r , para reemplazar a l a bombeada. La divis ión, en t re el f l u j o que se pierde en el mar y el que se mueve t i e r r a adentro, dependerá de l a a l t u r a del agua subterránea en el i n t e r i o r . Si e s t a elevación es s imilar al nivel medio del mar más de l a mitad del agua inyectada i r á a parar al mar. Si los niveles piezométricos se mantienen por debajo del nivel del mar, l a cantidad de agua que i r á a parar al mar se reducirá considerablemente.

Hace una década se consideraba que l a s aguas de a lcantar i l lado t ra tadas se pod ían u t i l i z a r como fuente de recarga, p a r a es tas barreras costeras . Esta pol í t i ca se abandonó debido a los dos ser ios inconvenientes que conllevaba:

* dif icul tades técnicas , experimentadas a l a hora de inyectar es tas aguas de a lcantar i l lado a t ravés de los pozos, y

* riesgo de Contaminación de l a s captaciones i n t e r i o r e s al inyectar es tos ef l uentes.

323

La Dar re ra de recarga cos te ra debe l o c a l i z a r s e a d i s t a n c i a s u f i c i e n t e , de l a

base de l a i n t e r f a s e , hac ia e l i n t e r i o r . De o t r o modo e l agua de mar puede

separarse en dos: una p a r t e se i r á hac ia e l mar, como estaba planeado, y l a

o t r a se d i r i g i r á hac ia e l i n t e r i o r .

Los resu l tados de l Proyecto Manhattan Beach, a l sur de C a l i f o r n i a , pus ie ron

de m a n i f i e s t o es te problema (TODD, 1960).

E l a c u í f e r o conf inado, seleccionado para es te es tud io , estaba muy sa l i n i zado

por e l agua de mar, y conten ía aproximadamente 16.000 ppm de c l o r u r o s . Se

ub icó una l í n e a de pozos de recarga a una d i s t a n c i a de l a cos ta de 600 m. Su

puesta en operac ión d i ó como r e s u l t a d o l a separación de l a i n t r u s i ó n en dos

par tes , como se muestra en l a f i g u r a 5b. Hay que r e s a l t a r l a s a l i n i z a c i ó n de

un pozo de observac ión en e l i n t e r i o r ( f i g u r a 5c) , l o c a l i z a d o a 900 m desde

l a b a r r e r a de recarga. A pesar de e s t e f a l l o , se concluyó que e s t e método es

adecuado t a n t o económica como tecnológicamente (TODD, 19601.

Un método s i m i l a r se u t i l i z ó en I s r a e l para detener l a i n t r u s i ó n marina, en

un a c u í f e r o cos te ro muy explotado, en l a r e g i ó n de Dan. La conc lus ión que

ob tuv ie ron l o s exper tos de Tahal f u e que l a i n s t a l a c i ó n de co lec to res

cos teros no es una so luc ión adecuada para l a s cond ic iones e x i s t e n t e s en l o s acu í fe ros cos te ros de I s r a e l .

3.3. Barrera subterránea impermeable

En acu í fe ros re la t i vamen te s u p e r f i c i a l e s se s u g i r i ó (TODD, 1960) l a

cons t rucc ión de una presa sumergida, mediante una empalizada o un muro de

a r c i l l a , para ' r educ i r l a permeab i l idad de l a c u í f e r o cerca de l a costa, con

e l f i n de p r e v e n i r l a i n t r u s i ó n marina. E l método es muy caro, aunque l o s

cos tos de su operac ión y mantenimiento se r ían ba jos . Además, hace p o s i b l e l a

completa u t i l i z a c i ó n de l a capacidad de almacenamiento de l acu í fe ro .

Una observación de campo, r e a l i z a d a por un c o n t r a t i s t a americano, en e l

curso de una operac ión de desagüe en Holanda, l e p e r m i t i ó s u g e r i r (ROBERTS,

1967) que l a i nyecc ión de a i r e a t r a v é s de pozos puede se r u t i l i z a d a como

una a l t e r n a t i v a , re la t i vamen te bara ta , para r e d u c i r l a conduc t i v idad

324

Agua solado

Agua nat iva @ relat ivamente dulce

A Techo de1 acui tero

1 E Muro dei acui fero 20

O

20

40

a*

o 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 zoaa 2200

Distancia d e s d e e l oceano (m i

0

rn A

E

Agua salada

Agua nativa relativamente dulce Agua dulce inyectada

Techo dei acuí iero

Muro del acuítero

o zao 400 600 800 1000 1200 1400 ieoo 1800 2000 2200

Distancia desde el oceono ( m )

7 20000 1 I o -

Distancias medias desde la ri d

-

1953 1954 1955

P e r i o d o de observaciones

F igura 5. I n t r u s i ó n marina en Manhattan Beach, C a l i f o r n i a , antes ( A ) y

después de dos años ( B ) de funcionamiento de l a b a r r e r a de recarga. A y B son l o s l i m i t e s super io r e i n f e r i o r de l a c u i f e r o .

Resa l ta l a separación de l a i n t r u s i ó n en dos pa r tes . ( C )

representa l a evo luc ión de l o s contenidos en c l o r u r o s (TODD,

1960).

325

h i d r á u l i c a de l o s acu í fe ros cos teros , cerca de l a cos ta . La i dea fue

vis lumbrada también, probablemente, por JACOB. Desafortunadamente, SUS

i n tenc iones de i n v e s t i g a r e s t a prometedora p o s i b i l i d a d nunca se mater ia -

l iza ron .

Es tud ios r e c i e n t e s (GOLDENBERG e t a l . , 1984, 1986a, 1986b) i n d i c a n que l a s

ba r re ras en e l subsuelo se podr ían c rear , de forma n a t u r a l , por l a s

f l u c t u a c i o n e s de l a i n t e r f a s e . La ev idenc ia de l a d isminuc ión de l a

conduc t i v idad h i d r á u l i c a se observó, en experimentos de l a b o r a t o r i o , sobre

columnas r e l l e n a s con arenas de l acu i fe ro , que conten ían a r c i l l a ,

desplazando e l agua salada de l a s arenas por agua dulce. Estos resu l tados se

exp l i ca ron , p r i nc ipa lmen te , po r l a d e f l o c u l a c i ó n de l o s minera les de l a

a r c i l l a y su m ig rac ión hac ia e l i n t e r i o r de l o s poros, obstruyéndolos.

La e x t r a p o l a c i ó n de es tas observaciones de l a b o r a t o r i o , a l a s condic iones

r e a l e s de l acu í fe ro , es extremadamente impor tan te para l a g e s t i ó n de l o s

acu í fe ros cos teros . Los a n á l i s i s p re l im ina res , basados en l a eva luac ión de

l o s balances de l agua subterránea en e l a c u i f e r o cos te ro cercano a Tel-Aviv,

antes y después de l a operac ión de l a ba r re ra de recarga en esa reg ión ,

i n d i c a n que e l proceso an ter io rmente mencionado podr ía haber aparecido

también en cond ic iones de campo r e a l e s (GOLDENBERG e t al . , 1986a1,

resu l tando una d isminuc ión s i g n i f i c a t i v a de l a t ransmis i v idad , deb ida a l a

i nyecc ión de agua du lce a t r a v é s de l a b a r r e r a de pozos. En consecuencia,

p o d r í a r e q u e r i r s e un f l u j o menor hac ia e l mar, que e l predicho, para detener

l a i n t e r f a s e en l a p o s i c i ó n planeada.

Desafortunadamente, debido a l a escasez de datos de campo, no se pueden

obtener conc lus iones concre tas en e s t a etapa, y son necesar ias fu tu ras

ev idenc ias de campo.

4. COLECTORES COSTEROS COMO INTERCEPTORES DEL FLUJO HACIA EL MAR

4.1. Concepto

De acuerdo con l a s r e l a c i o n e s d i s c u t i d a s en l o s puntos a n t e r i o r e s

(ecuaciones 4 y 5 ) , se r e q u i e r e una c i e r t a can t idad de f l u j o r e s i d u a l hac ia

326

e l mar, con e l f i n d e mantener l a in te r fase en l a posición determinada previamente. El propósito de los colectores costeros , cuyo concepto se desarrol ló en Israel (TAHAL, 19651, e s interceptar una porción de e s t e f l u j o residual hacia el mar. Una vez que están completamente l lenos su función es e s t a b i l i z a r l a i n t e r f a s e , por medio de pozos de bombeo super f ic ia les , situados paralela y adyacentemente a l a l ínea de costa . Haciendo es to se consigue también l o s iguiente:

* aumentar e l caudal de seguridad del acuifero,

* controlar el f l u j o s a l i e n t e hacia el mar y , a s í , mejorar l a gestión de l a cuenca, y.

* explotar aguas de sal inidad relativamente ba ja , ya que l a mayoría Droceden de l a l l u v i a sobre dunas cercanas.

La e f ic ienc ia de l a interceptación del esquema de colectores costeros viene limitada por dos acciones desfavorables:

* ascenso de l a in te r fase por debajo de l o s pozos colectores individuales, debido al bombeo, dando como resultado su sal inización,

Y

* desplazamiento de l a in te r fase más a l l á de su posición planeada.

El avance adicional de l a in te r fase , A L , puede estimarse de forma favorable por ( B E A R y DAGAN, 1964):

A L = a w ( 1 1 )

donde a es l a e f ic ienc ia de l a interceptación ( -= 1 ) y w l a d i s tanc ia de l a l inea de pozos colectores a l a costa . El beneficio del colector podría j u s t i f i c a r s e , aquí, comparando l a cantidad de agua dulce interceptada ( = a

Q L ) con el descenso a l te rna t ivo , t i e r r a adentro, del f l u j o s a l i e n t e hacia el

327

mar A Q L , r e s u l t a n t e para va lo res i d é n t i c o s deOL (ecuaciones 6 y 7 ) .

La comparación de l a ecuación (11) con l a s ecuaciones ( 6 ) y ( 7 ) permi te

obtener l a conc lus ión o b v i a de que l o s pozos co lec to res deben s i t u a r s e t a n

ce rca de l a c o s t a como sea pos ib le . S in embargo, cerca de l a costa, l a

i n t e r f a s e es bas tan te s u p e r f i c i a l , l o cua l l i m i t a l a p roporc ión de descarga

de agua sa lada de l o s pozos i n d i v i d u a l e s .

A con t inuac ión se desc r ibe l a f i s i c a de l ascenso de l a i n t e r f a s e por bombeo,

y su r e l a c i ó n con l a s a l i n i d a d d e l agua bombeada.

4.3 Consideraciones sobre el ascenso de la interfase

4.3.1. I n t e r f a s e ne ta

La s i g u i e n t e d iscus ión , re lac ionada con e l ascenso de l a i n t e r f a s e neta,

debido a l a i n f l u e n c i a de l bombeo, se basa p r inc ipa lmen te en l o s es tud ios de

MUSKAT (1937) y BEAR y DAGAN (1 968).

BEAR y DAGAN (1968) han obtenido, para e l caso de un ascenso de l a i n t e r -

fase, por debajo de un pozo de bombeo, parc ia lmente penetrante, en un

a c u i f e r o re la t i vamen te po ten te ( f i g u r a 6) , 1 a s i g u i e n t e expresión, que r e f l e j a e l ascenso de d i cha i n t e r f a s e , por debajo de l pozo, en func ión d e l

t i ernpo :

donde 7' es un parámetro adimensional de l t iempo, que v iene dado po r :

En es tas dos ecuaciones:

Z l a a l t u r a de l a i n t e r f a s e con respec to a su p o s i c i ó n i n i c i a l ,

328

Q caudal de bombeo de l pozo,

A y / y d i f e r e n c i a adimensional e n t r e l a s densidades de l agua de mar y

dul ce,

d d i s t a n c i a e n t r e e l fondo de l pozo ( f i g u r a 6 ) y l a presumible

p o s i c i ó n de l a i n t e r f a s e i n i c i a l ( t = O ) ,

n poros idad de l acu í fe ro ,

KZ, Kx permeab i l idad v e r t i c a l y h o r i z o n t a l respect ivamente, y

t t iempo t r a n s c u r r i d o desde que empezó e l bombeo.

F igu ra 6. Ascenso de l a i n t e r f a s e neta, por debajo de un pozo de bombeo

(SCHMORAK y MERCADO, 1960.

La ecuación a n t e r i o r se puede s i m p l i f i c a r , para t-a), quedando:

329

siendo Z l a a l t u r a f i n a l de l a i n t e r f a s e , en e l nuevo e q u i l i b r i o . En l a

fó rmula se ve que Z es d i rec tamente proporc iona l a l caudal de bombeo Q.

Esta r e l a c i ó n l i n e a l e n t r e Z y Q e s t á l i m i t a d a , has ta una c i e r t a a l t u r a

c r i t i c a Zcr, debido a l a aproximación l i n e a l , que se hace para l a s

condic iones de contorno, de po tenc ia l no l i n e a l (BEAR y DAGAN, 1968).

Es tud ios rea l i zados mediante modelos ( i b i d ) i n d i c a n que para Z/d 7 1/3 - 1/2, e l ascenso se ace le ra ( f i g u r a 61, y l a a l t u r a c r i t i c a Zcr = 8 d , alcanza e l fondo de l pozo de bombeo, mediante un s a l t o brusco.

De acuerdo con MUSKAT (19371, e l ascenso ráp ido se ob t i ene para valores de Z/d > 0,48 y l a a l t u r a c r i t i c a e s t á den t ro de l o s l i m i t e s : 0,60 < Z/d c 0,75, con una s e n s i b i l i d a d re la t i vamen te ba ja a l a penet rac ión de l o s pozos

de bombeo.

De acuerdo con l a s pruebas de campo, l l evadas a cabo por SCHMORAK y MERCADO

(19691 l a a l t u r a c r i t i c a se encuentra e n t r e l o s l í m i t e s : 0 ,4< Zcr/d < 0,6,

l o cua l co inc ide , bas tan te b ien , t a n t o con l a aproximación t e ó r i c a y l o s

experimentos en l a b o r a t o r i o de MUSKAT (19371, como con l o s de BEAR y DAGAN

(1968) .

Asumiendo una i n t e r f a s e neta, as í como que l a s a l i n i z a c i ó n de l pozo de

bombeo aparece s ó l o para Z>Zcr = d, e l máximo caudal p e r m i t i d o que asegura

l a ausencia de s a l i n i z a c i ó n v iene dado po r :

o po r :

Debemos r e s a l t a r que Qmáx es proporc iona l a l cuadrado de l a d i s t a n c i a i n i c i a l d. De e s t a manera,al aumentar d a l doble, se rá p o s i b l e aumentar l a

330

descarga p e r m i s i b l e c u a t r o veces. Es ta r e l a c i ó n nos demuestra l a impor tanc ia

que t i e n e l a p e r f o r a c i ó n de pozos cos teros , t a n s u p e r f i c i a l e s como l o

permi ta l a l i t o l o g í a de l acu í fe ro y sus parámetros h i d r o l ó g i c o s , por encima

de l a i n t e r f a s e .

4.3.2. E fec tos de d i s p e r s i ó n y s a l i n i d a d de l agua bombeada

E l proceso de ascenso de l a i n t e r f a s e se ha t ra tado , en e l apartado

a n t e r i o r , asumiendo que l a i n t e r f a s e e n t r e l o s dos f l u i d o s es una i n t e r f a s e

neta.

En rea l i dad , e x i s t e una f r a n j a de t r a n s i c i ó n , e n t r e l o s dos l í q u i d o s

misc ib les , en l a cua l 1 as concentraciones v a r í a n gradualmente, desde 1 a

concent rac ión de un f l u i d o has ta l a de l o t r o . La e x i s t e n c i a de e s t a f r a n j a de t r a n s i c i ó n e s t á re lac ionada con e l fenómeno de l a d i s p e r s i ó n h i d r o d i n á -

mica, provocado por l a s f l uc tuac iones de l a i n t e r f a s e , debidas a l o s e f e c t o s

de l a marea, a l a s va r iap iones es tac iona les y a los procesos loca les .

La d i spe rs ión h id rod inámica es una combinación de l a d i s t r i b u c i ó n de l a s

velocidades, d i f u s i ó n molecu la r y t rans fe renc ia de masa en l a i n t e r f a s e , que

a l t e r a l a forma i n i c i a l de l f r e n t e de d i cha in te r fase . E l f l u j o con t inuo de

sales, a l mar, e q u i l i b r a e l t e ó r i c o aumento i n f i n i t o de l a anchura de l a f r a n j a de t r a n s i c i ó n .

SCHMORAK y MERCADO (1969) c o r r i g i e r o n l a s expresiones a n t e r i o r e s , para l a

d i spe rs ión h id rod inámica , mediante una aproximación l i n e a l d e l modelo de

d ispers ión . Su aproximación f u é confirmada por l o s resu l tados de l o s

experimentos de campo ( i b i d ) .

4.3.3. Relaciones e n t r e e l ascenso de l a i n t e r f a s e y l a s a l i n i d a d d e l agua

bombeada

La s a l i n i d a d de l agua bombeada se debe a l a i n t r u s i ó n de agua salada, po r

encima de l a a l t u r a c r í t i c a . Mediante un simple a n á l i s i s de c o r r e l a c i ó n (SCHMORAK y MERCADO, 1969) se l l e g a a que e l aumento de l a s a l i n i d a d de l

331

agua bombeada e s t á e n t r e un 5 y un 8%, de l a s a l i n i d a d media de l agua que

i n t r u y e por encima de l a p ro fund idad c r i t i c a ( f i g u r a 7 ) . La s a l i n i d a d media,

sobre l a p ro fund idad c r i t i c a , puede determinarse mediante l a s expresiones

an te r io res , cor respond ien tes a l caso de i n t e r f a s e neta, cor reg idas por 1 a

d i spe rs ión ( i b i d ) .

E'-Concentracion relotiva rneala ae agua ae mar SoDre ia proiunaioou L~;~IL.U rii T-L:íe:

F igu ra 7 .Sa l in idad de l agua bombeada, en func ión de l a s a l i n i d a d media d e l

agua i n t r u i d a , po r encima de l a p ro fund idad c r i t i c a .

Por ú l t imo, SCHMORAK y MERCADO (1969) d iseñaron unos nomogramas ( f i g u r a 81, basados t a n t o en cons iderac iones t e ó r i c a s como en resu l tados de SUS

i nves t i gac iones de campo, para e l d iseño h i d r o l ó g i c o de pozos de bombeo poco

profundos, po r encima de l a i n t e r f a s e . Una ve rs ión a jus tada de es tos

nomogramas se u t i l i z ó para p l a n i f i c a r l a e x t r a c c i ó n de l agua du lce de l o s

l en te jones de Ghyben-Herzberg, en l a i s l a de Guam en e l océano P a c i f i c o (JOE

MINK, Hawaii-comunicación persona l , 1972).

E l e jemplo numérico que se descr ibe, a cont inuac ión , i l u s t r a e l USO de es tos nomogramas, ten iendo en cuenta que l a d i s p e r s i ó n d e l acu í fe ro , y l a anchura

332

a ) Valor mdximo permisible de banb.0 para una salinldad prebtrrminadoiCp) an funcbh da la distancia hilclal d

b) Valor mdxlmo p.rmlsible del centro d. la interfase para una rallnidod prsdo- hrmloada iCp) en tunción de la distan

I 10

d - blstanclo iniciai entre el centro dk la intwtasr y el fondo dd pozo im)

Figura 8. Diseiio de nomo ramas para l a extracción del agua dulce sobre l a interfase. ?SCHMORAK y MERCADO, 1969).

333

i n i c i a l de l a f r a n j a de t r a n s i c i ó n , son s i m i l a r e s a l a s de l a exper ienc ia de Semadar (SCHMORAK y MERCADO, 1969).

E l cen t ro de l a r e j i l l a de un pozo s u p e r f i c i a l e s t á l o c a l i z a d o a una

d i s t a n c i a i n i c i a l d = 20 m sobre e l cen t ro de l a i n t e r f a s e . La conduct iv idad

h i d r á u l i c a de l a c u i f e r o K se est imó en 30 m/dia. E l po rcen ta je de d i f e r e n c i a

de densidades ( A y / ! ) e n t r e e l agua de l mar y e l agua du lce es 0,0285. Se

t r a t a de de terminar e l caudal de bombeo recomendado para aportaciones

sa l i nsas máximas de agua de mar de 1, 2 y 4%.

Siguiendo l a cu rva cor respond ien te en l a f i g u r a 8, l o s va lo res respec t i vos

de Qmáx/K ( Ay / y para mezclas de agua de l mar de 1, 2 y 4% son 900, 2 1.100 y 1.600 m . Esto nos l l e v a a que l a s descargas recomendadas para

d ichas sa l i n idades son 770, 940 y 1.370 m /d ía , respect ivamente. 3

Considerando una concent rac ión i n i c i a l de 100 ppm de c l o r u r o s de 100 y de

22,500 ppm para e l agua de mar, l a s sa l i n idades d e l agua bombeada obtenidas

son 325, 550 y 1000 ppm de c l o r u r o s , respect ivamente.

5 . UTILIZACION DE COLECTORES COSTEROS PARA INTERCEPTAR FLUJOS RESIDUALES Y

PARA EXPLOTAR LAS RESERVAS

La exp lo tac ión de l a s reservas r e q u i e r e l a i n v e r s i ó n de f l u j o Qs en l a s

proximidades de l a cos ta . De es ta forma l o s c o l e c t o r e s cos teros se pueden

u t i l i z a r t a n t o pa ra i n t e r c e p t a r los f l u j o s res idua les , como para e x p l o t a r

l a s reservas . Para es te o b j e t i v o , l o s co lec to res cos teros deben co locarse

e n t r e l a p o s i c i ó n e x i s t e n t e y l a f u t u r a de l a base de l a i n t e r f a s e ( f i g u r a

9A).

Los pozos c o l e c t o r e s cos te ros están p l a n i f i c a d o s , en ese caso, para dos

etapas sucesivas. Durante 1 a p r imera etapa, se requ ie ren bombeos r e l a t i v a -

mente a l t o s con e l f i n de i n v e r t i r e l f l u j o Q s ( t ) . Esta etapa f i n a l i z a

cuando l a base de l a i n t e r f a s e alcanza l o s pozos c o l e c t o r e s ( f i g u r a 9A).

Durante l a segunda etapa, que no t i e n e l í m i t e en cuanto a l tiempo, los caudales se reducen considerablemente, con e l f i n de mantener l a s a l i n i d a d de l agua bombeada den t ro de unos l í m i t e s .

334

r W

Q =Q,(I)

O

- Q SALIDA

y p,(I) 1: t

o

Figura 9. Doble objet ivo operativo de l o s colectores costeros: ( A ) Etapa 1:

Explotación de reservas, ( 6 ) Etapa 11: Intercepción de f l u j o residual hacia e l mar, ( C ) : variación de los términos del balance de agua ( Q I & I I : descarga de los pozos colectores durante l a primera y segunda etapa, respectivamente; Qe( t ) : explotación del almacenamiento; dVs/dt : explotación de reservas; LS:

almacenamiento local ; Q s ( t ) : variación del f l u j o hacia e l mar en l a costa; Q,: f l u j o de agua subterránea, sobre el p ié de l a i n t e r f a s e ) . (MERCADO, 1971 1 .

P

335

El movimiento de l a in te r fase , bajo l a inf luencia de es tas dos etapas sucesivas, se muestra esquemáticamente en l a s f iguras 9A y 9B.

El caudal de explotación, en la primera etapa, s e a jus ta en base a:

* f l u j o ex is ten te hacia el mar, Q L , por encima de l a base de l a in te r fase .

* volumen de reserva explotable por una só la vez, V s ,

* f l u j o adicional , Q s ( t ) , sobre el consumo de l a reserva exis tente; e s t e término disminuye con el tiempo, debido a l a proximidad de l a cos ta , que actúa como barrera hidrológica contribuyente, y

* explotación de l a reserva l o c a l , L S ( t ) ; l a contribución de e s t e término es relativamente pequeña y e fec t iva para u n periodo bastante cor to .

La variación que es tos términos producen en e l balance del agua e s t á esquematizada en l a f igura 9C.

Para unas posiciones dadas de l a in te r fase , i n i c i a l y fu tura , y para una dis tancia dada w del colector costero, se pueden proponer numerosas a l te rna t ivas de operación. La mayoría de e l l a s se ref ieren al caudal planeado en l a primera etapa, el cual impone, para una combinación de parámetros hidrológicos dada, el tiempo de duración de e s t a etapa. Los volúmenes explotados no son, necesariamente, constantes. Generalmente aumentan al incrementarse l a descarga y viceversa. La representación gráf ica t í p i c a del tiempo de t ransición de l a i n t e r f a s e , Tt, en función de l a descarga en l a primera etapa Q ( ) , t i e n e l a forma de una hipérbola ( f i g u r a l o ) , as in tó t ica al e j e de ordenadas ( T t ) para valores pequeños de l a descarga, y casi a s i n t ó t i c a al e j e de abcisas para valores pequeños del ti empo de t r a n s i c i ón .

P I

Si trasladamos hacia e l i n t e r i o r el colector costero, haremos posible , indudablemente, l a explotación de mayores volúmenes durante l a primera etapa de l a operación. Por tan to , aparentemente, e l colector costero debería

336

co locarse l o más a l e j a d o p o s i b l e de l a cos ta . S i n embargo, e s t a conc lus ión

es errónea, debido a l hecho de que e l peso r e l a t i v o de Q s aumenta con l a

d i s t a n c i a w de l c o l e c t o r a l a cos ta ( f i g u r a 9C). Por o t r a par te , se r e q u i e r e

mantener l o s n i v e l e s de agua su f i c ien temen te a l t o s , en base a l o impuesto

por l a ú l t i m a p o s i c i ó n planeada de l a i n t e r f a s e .

A = A l

'7 3

-

A - Distancia al colector +

l- A, < A2< A$ A,

Figura 10. Duración de l a Etapa 1 en func ión de l a descarga y l a d i s t a n c i a

de l o s pozos co lec to res desde l a cos ta . (a ) Secuencia a l t e r n a t i v a

operac iona l para una d i s t a n c i a dada. ( b ) Curvas de

duración-descarga-di s tanc i a.

La l o c a l i z a c i ó n y operac ión óptima, de los pozos co lec to res , se ob t i ene

combinando l a s cons iderac iones económicas e h id ro lóg i cas . LOS métodos para

p l a n i f i c a r l o s co lec to res , de forma óptima, con e l p r o p ó s i t o de i n t e r c e p t a r f l u j o s res idua les y e x p l o t a r l a s reservas, fueron desa r ro l l adas por SHECHTER

337

(1969) y p o s t e r i o r m e n t e p o r MERCADO (1971 1.

En c u a l q u i e r caso, l a d i s t a n c i a máxima p o s i b l e , w, d e l c o l e c t o r a l a c o s t a

d e b e r í a s e r un poco menor que l a i n t r u s i ó n m a r i n a p laneada ( L 2 ) p a r a poder

compensar l a i n t r u s i ó n m a r i n a a d i c i o n a l causada p o r e l bombeo de l a segunda

e t a p a ( f i g u r a 9 6 ) .

Las g r á f i c a s t í p i c a s de du rac ión /desca rga , p a r a d i f e r e n t e s d i s t a n c i a s d e l

c o l e c t o r a l a c o s t a , se mues t ran en l a f i g u r a 11.

Valor da la descarga en la etapa 1 (rncrn/años/Km)

F i g u r a 11. Curvas d u r a c i ó n - d e s c a r g a - d i s t a n c i a p a r a e l E rez C o a s t a l C o l l e c t o r

P r o j e c t (MERCADO, 1971 1.

E s t a s c u r v a s se c a l c u l a r o n a p a r t i r de l o s s i g u i e n t e s pa rámet ros :

338

* pos ic ión i n i c i a l y planeada de l a base de l a i n t e r f a s e : 300 y 1.000 m

* conduct iv idad h i d r á u l i c a : 18 m/dia, 2 * t ransmis i v idad de l acu í fe ro : 900 m /d ía , y

* porosidad y almacenamiento de l a c u i f e r o : 38%.

desde l a costa,

o 1000 O

O 0

c soo--------------~~-- 5

6. IDENTIFICACION DE LA INTRUSION MARINA

Frecuentemente se s o l i c i t a a los h idrogeó logos para i d e n t i f i c a r l a i n t r u s i ó n

marina, en su etapa i n i c i a l , y para proponer l a s medidas co r rec to ras

adecuadas.

Las herramientas u t i l i z a d a s , por e l l o s , para de terminar l a ex tens ión de l a

i n t r u s i ó n y l a s tendenc ias fu tu ras , son generalmente una combinación de l

c o n t r o l de campo (SCHMORAK, 1967; SCHMORAK y MERCADO, 19691, l a s imu lac ión

mediante modelos, y l a i n t e r p r e t a c i ó n de l o s datos químicos e i s o t ó p i c o s .

O V O o

T E S T A

I I I I

---I 1 Análisis detallado .

ou l I J 31 10 20 30 10 20 31 7 -

0 Marzo 1907 Abril Mayo Junio D

C 0

'- I > T E S T B

339

Uno de l o s métodos más simples, para i d e n t i f i c a r l a contaminación marina en

un pozo dado, es mediante e l c o n t r o l d e l con ten ido en c l o r u r o s ( f i g u r a 1 2 ) o

de l a conduc t i v idad e l é c t r i c a de l agua bombeada.

TEST

Las r e l a c i o n e s medidas e n t r e l a descarga y l a s a l i n i d a d ( f i g u r a 13) pueden

s e r v i r como pruebas complementarias.

A

F igu ra 13. Comparación e n t r e l a s r e l a c i o n e s medidas y l a s obtenidas en

ordenador de s a l i n i d a d y descarga para e l pozo de Semadar 1

(SCHMORAK y MERCADO, 1969).

Una con f i rmac ión p o s t e r i o r puede obtenerse mediante e l r e g i s t r o de los p e r f i l e s de s a l i n i d a d , en los pozos de observación ( f i g u r a 14) que penetran

t a n t o en e l agua du lce como en l a salada de l acu í fe ro . La representac ión

g r á f i c a de l o s p e r f i l e s , sobre un c o r t e h id rogeo lóg ico , pe rm i te d i b u j a r l a

i n t r u s i ó n mar ina en una f r a n j a cos te ra dada ( f i g u r a 15 ) .

340

T E S T " A ' T C D i p p r n . 1 0 ~ )

o 20 30 40 50 o 10 20 30 40 50 O 10 20 30 40 50 O 10 2 0 3 0 4 0 5

Figura 14. Perfiles típicos de salinidad/profundidad, para una elevación de la interfase (SCHMORAK y MERCADO, 1969).

CORTE HIDROGEOLOGICO

mrnm/m~m(m& -150

Formacion SAQYA

1000 I l l l t l l l ~ ~ ~ l

O 500

(GeolopÍa 3egÚn E SHACHNAI - Servicio GeolÓgico)

u Agua dulce

Agua salobre

0 Apua de mar

D Caicarenita

Lodo

0 Arena

a Gravas

Fragmentos de conchas

Arcilla y coral

!u Filtro

Figura 15. Delimitación de la intrusión marina en el área de Ashqelon (SCHOMORAK y MERCADO, 1969).

341

La mayoría de l o s métodos químicos, u t i l i z a d o s para i d e n t i f i c a r l a i n t r u s i ó n

marina, se basan, esencialmente, en e l concepto de " t razador i d e a l " . Como

consecuencia, s ó l o l a s especies quimicas que se desplazan a t r a v é s de l

acu í fe ro de forma s i m i l a r a l a s moléculas de l agua, se pueden cons iderar

como t razadores , en e l e s t u d i o de l o s procesos de i n t r u s i ó n . Por e s t a razón,

e l aumento en l a concent rac ión de c l o r u r o s ( f i g u r a 12) e s t á considerado como

e l más ind i cado para conocer l a i n t r u s i ó n marina, mien t ras que, f recuente-

mente, ne se t i e n e en cuenta l a v a r i a c i ó n de o t r o s iones mayor i t a r i os ,

debido a l a s mod i f i cac iones que su f ren , como consecuencia de l a i n t e r a c c i ó n

con l o s minera les de l acu í fe ro (HEM, 1970).

Una aproximación d i f e r e n t e f u e presentada por MERCADO (1985). En l u g a r de

u t i l i z a r , sólo, aque l l os iones que están l i b r e s de cua lqu ie r i n t e r a c c i ó n con

l o s minera les de l acu i fe ro , se u t i l i z a r o n l a s e fec tos de t a l e s

i n te racc iones , r e f i e j a a o s en todas ¡as d iagénes is químicas de¡ agua

subterránea, para i d e n t i f i c a r t a n t o l a i n t r u s i ó n como l a i nyecc ión de agua

salada desde acu í fe ros carbonatados.

En e l e s t u d i o de l a d iagénes is química de l agua subterránea, se cons ideraron

l a s propiedades i n h i b i d o r a s de l o s minera les de l a a r c i l l a , de algunos

acu i fe ros carbonatados. . junto con 1 as r e l a c i o n e s de e a u i l i b r i o ex i s ten tes

con respec to a l o s minera les de l acu í fe ro .

Se puede a n t i c i p a r (MERCADO, 1985) que, en e l t ranscurso de l a etapa de

s a l i n i z a c i ó n , l a concent rac ión de i ones Na' no s igue exactamente l a

evo luc ión p red icha por e l modelo de "mezcla i d e a l " . Una p a r t e de l sod io será

r e t e n i d a e in te rcambiada por iones Ca y Mg , dominando e l in te rcambio en

l a s zonas de minera les de a r c i l l a , en l o s acu í fe ros con agua du lce .

2+ 2+

S in embargo, e l aumento de c a l c i o y magnesio t i e n e n como r e s u l t a d o l a

p r e c i p i t a c i ó n de minera les carbonatados, para a lcanzar e l e q u i l i b r i o con l a

roca carbonatada. Como consecuencia, se producen l a s s igu ien tes

desviaciones, con respec to a l modelo de mezcla i d e a l :

* aumento de l a s concentraciones de c a l c i o y magnesio, e q u i l i b r a d a s

p r inc ipa lmen te po r l a d isminuc ión de sodio,

342

* d isminuc ión de l a s concentraciones de b icarbonatos , compensada

posiblemente po r l a l i g e r a reducc ión de pH,

* d isminuc ión temporal de l a r e l a c i ó n molar Na/C1, por debajo de l a d e l

agua du lce (aproximadamente 1) y de l a de l agua de mar ( = 0,86), y

* mantenimiento de l a r e l a c i ó n de absorc ión de sod io (SAR), por debajo

de l o s va lo res de l a l í n e a de mezcla.

Cuando aparece un f l u j o de agua salada, l a d i r e c c i ó n de in te rcambio se

i n v i e r t e y aparecen l a s tendencias opuestas. Es tcs comportamientos pueden

u t i l i z a r s e , en p r i n c i p i o , para reconocer l o s proce.;os de s a l i n i z a c i ó n , en

sus pr imeras etapas, y para de terminar s i l a s a l i n i d a d observada e s t á

motivada por una i n t r u s i ó n rec ien te , o s i representa e l remanente de un agua

marina an t igua atrapada.

Los a n á l i s i s químicos de aguas, de pozos que penetran en e l a c u i f e r o c o s t e r o

rie i s r a e i , con i i r i i i an i d > ier idei ic idb ar i i i c ipar ias ii.iEíiLHüG, iG.05;. i iás aún, se

encontró que l o s comportamientos eran muy d i f e r e n t e s e n t r e áreas de

i n t r u s i ó n marina rec ien te , y áreas en l a s que permanecían todav ía r e t e n i d a s

an t iguas salmueras.

Las tendencias observadas se v e r i f i c a r o n , en su mayor pa r te , con l a ayuda de

un modelo de s imu lac ión de ce lda Única (MERCADO, 1985).

En e l es tud i o r e a l i zado por MERCADO ( i b i d) , se recomienda emplear parámetros

combinados, t a l e s como: r e l a c i ó n Na/C1, SAR, y dureza no carbonatada, en

l uga r de l a s concentraciones de iones s e n c i l l o s , y a que és tos suavizan

c i e r t a s i n s u f i c i e n c i a s en l o s supuestos de i so te rm ias de absorc ión y

equi 1 i b r i o .

Los parámetros an te r io res , en r e l a c i ó n con l a concent rac ión de c lo ru ros , se

representan en l a s f i g u r a s 16, 17 y 18, t a n t o para e l proceso de i n t r u s i ó n

como para e l de agua remanente.

Tanto e l modelo como l a s concentraciones observadas parece que siguen, bas tan te bien, l a s tendencias p r e v i s t a s . Hay que r e s a l t a r que debe p res ta rse

343

0 V O n

Q V

C 0 L 2 10 O

Q

c V

-0 o 0 E

-

I

O A . D

I B . E n c . F

Concentración de cloruros i p p rn )

Grupos de análisis

Figura 1 7 . Comparación entre r e l ac ión de absorción de sodio y concent rac ión de c l o r u r o s (MERCADO, 1985).

345

1

I I

l intrusión - lo'

O u 3 0) V

10 E, n O 5 -

10 O

c c

L o

10

-10 5

O N

L a

- 10

e Resultado final

A Agua de mor

O D 1 o A

1 1

102 I o3 I o4

concentración ae cloruros ippmi

Grupos de onolisis

i F

. B

o c

F i g u r a 18. Dureza s i n carbonatos ( ( r ( C a + Mg) - r(HC03)), comparada con l a concent rac ión de c l o r u r o s . Adv ié r tase l a d i scon t inu idad de los d i b u j o s dob le l oga r í tm icos , para poder d i b u j a r va lo res nega t i vos

de l a dureza s i n carbonatos. (MERCADO, 1985).

346

espec ia l at,ención a l a s e l ecc ión de los parámetros, y a l modelo de simulación de todas l a s d i agénes i s h idroquimicas .

En l a f i g u r a 19 s e p re sen ta l a g r á f i c a de l a r e l a c i ó n Cl/Br, en peso, para e s t a b l e c e r comparaciones, y a que f u e cons iderada como una de l a s más s i g n i f i c a t i v a s para l a i d e n t i f i c a c i ó n del o r igen del agua s a l a d a , de u n a c u i f e r o s a l i n o . S in embargo, l a comparación de l o s pocos da tos de campo e x i s t e n t e s , con e l modelo de mezcla idea l ( f i g u r a 191, muestra que l a u t i l i z a c i ó n de e s t a r e l a c i ó n es s ó l o s i g n i f i c a t i v a para s a l i n i d a d e s r e l a t ivamen te a l t a s (Cl 2000 ppm). Es t a debe r í a compararse con e l l í m i t e de de tecc ión de l a i n t r u s i ó n marina, con l a ayuda de l a r e l a c i ó n Na/Cl ( f i g u r a 161, que se es t ima que e s v á l i d a para can t idades de c l o r u r o s t a n ba j a s como 300 ppm.

A (0.121

l l

102 103 10' 108

@ Previsibles estados finales Concentroclón da cloruro* i p p m )

O Experimento Ashqelon í Grupo A )

A Pozos R A M (Grupo F )

( 5 6 0 ) Conceniracion de bromuros

Figura 19. Comparación entre l a s r e l a c i o n e s Cl/Br medidas y l a s p red ichas para condic iones de mezcla i d e a l .

347

7. REFERENCIAS

Bear , J. and Dagan, G . , 1964. Moving I n t e r f a c e i n C o a s t a l A q u i f e r s , P r o c .

ASCE 99 (HY4), pp 193-215.

Dagan, G. and Shamir, U. 1970. M o t i o n o f Seawater I n t e r f a c e i n a Coas ta l

A q u i f e r : A Numer i ca l So l u t i o n , T e c h n i o n - H a i f a.

Goldenberg, L.C., M a g a r i t z , M. , Amie l , A.J. and Mandel, S., 1984. Changes i n

t h e Hydrau l i c C o n d u c t i v i t y o f L a b o r a t o r y Sand-C1 ay M i x t u r e s Caused b y

Seawate r -F reshwate r I n t e r f a c e , J1 o f H y d r o l o g y (701, pp 329-336.

Goldenberg, L.C. Mandel, S. and M a g a r i t z , M. , 1986a. Water Rock I n t e r a c t i o n s

a t t h e M i x i n g Zone Between C h e m i c a l l y D i f f e r e n t Bodies o f

Groundwater-Implications f o r t h e Management o f Sandy A q u i f e r ,

H y d r o l o g i c a l Sc ience J1 31, pp 413-425.

Go ldenberg , L.C., Mandel, S . and M a g a r i t z , M. , 1986a. F l u c t u a t i n g ,

Non-Homogeneous Changes o f H y d r a u l i c C o n d u c t i v i t y i n Porous Media,

Q u a r t e r l y J1 o f E n g i n e e r i n g Geology, London, 19, pp 183-190.

K a p u l e r , Y . and Bear , J , 1981. A Numer i ca l S o l u t i o n f o r t h e Movernent o f an

I n t e r f a c e i n a Laye red C o a s t a l A q u i f e r , J1 o f H y d r o l o g y , 50, p p

273-298.

Mercado, A . , 1971. A Method f o r t h e

C o a s t a l Col l e c t o r Schemes, Tahal

Op t ima l L o c a t i o n and O p e r a t i o n o f

i n Hebrewl .

Mercado, A . , K a p u l e r , 1. and S a h u q u i l l o A. , 1971. R e c l a m a t i o n o f Wadi R u b i n F l o o d w a t e r , H y d r o l o g i c a l Examin,:ion o f E x p l o i t a t i o n A l t e r n a t i ves,

I n c l u d i n g C o a s t a l C o l l e c t o r s , Tahal ( i n Hebrew).

Mercado, A. , 1985. The Use o f Hydrogeochemical P a t t e r n s i n Carbonate Sand an

Sandstone A q u i f e r s t o I d e n t i f y I n t r u s i o n and F l u s h i n g o f S a l i n e Water ,

Ground Water 23 (51, pp 634-645.

P a s t e r n a k , A. , 1968. The Op t ima l L o c a t i o n o f t h e I n t e r f a c e i n a C o a s t a l

348

Aquifer (unpublished).

Roberts, G.O., 1967. Use of Air to Influence Groundwater Movement, The Haifa Symposium on Artifical Recharge and Management of Aquifers, IASH publ. 72, pp 390-400.

Shechter, M., 1969. The Economic Exploitation of a Coastal Aquifer by Means of a Coastal Collector, Technion-Faculty of Industrial and Management Engineering, 55 p.

Schmorak, S., 1967. Salt Water Encroachment in the Coastal Plain of Israel, The Haifa Symposium on Artifical Recharge and Management of Aquifers, IASH publ. 72, pp 305-318.

Schmorak, S : , and Mercado, A., 1969, Upconing of Fresh-Water Sea-Water Interface Below Pumping Wells; Field Study, Water Resources Research 5 ( 6 ) , pp 1290-1311.

Tood, D .K . , 1960. Ground Water Hydrology, 336p., John Wiley.

349