INTERCADE CONSULTORIA • ENTRENAMIENTO • CAPACITACION www.intercade.org [email protected]149 Ing. José Bolzicco - [email protected] - Consultor Intercade 2. OBJETIVOS 2.2. Desventajas • Grado de conocimiento incipiente de su potencial. • Visión relativamente corta de la política hídrica de un país que la suele considerar una técnica especial!!. • Escasez y falta de continuidad en las experiencias y que cada vez son en mayor número. • Escasa información sobre sus resultados e incidencias en la gestión hídrica de los sitios en los que se han implantado. • Mejoras en el control, diseño y ejecución de las obras de Recarga artificial de modo tal de minimizar los riesgos y posibles impactos ambientales. • Alto costo, debido a las obras civiles y tratamientos que se le debe realizar al agua para poder ser inyectada. • Problemas de colmatación de los sistemas de infiltración o inyección, que disminuyen la tasa de infiltración. • Costo de explotación de las aguas recargadas. • Construcción de instalación y sistemas de seguridad. • Mantención permanente y monitoreo de eficiencia del sistema. RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS 150 Ing. José Bolzicco - [email protected] - Consultor Intercade 3. APLICACIONES • Almacenamiento subterráneo de escorrentías superficiales no reguladas. • Reducción o eliminación del descenso piezométrico. • Apoyo a determinados esquemas de utilización conjunta o coordinada. • Mantenimiento hídrico de enclaves ecológicos o medioambientales. • Reducción de costes de transporte, almacenamiento o bombeo. • Actuaciones sobre problemas de subsidencia. • Disminución o corrección de problemas de intrusión marina. • Aprovechamiento de las propiedades del suelo y de la zona no saturada como elemento de tratamiento tanto para aguas potables como residuales. • Dilución del excesivo contenido de nitratos, cloruros u otros constituyentes químicos de las aguas de determinados acuíferos. RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS 75
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• Grado de conocimiento incipiente de su potencial.• Visión relativamente corta de la política hídrica de un país que la suele considerar
una técnica especial!!.• Escasez y falta de continuidad en las experiencias y que cada vez son en mayor
número.• Escasa información sobre sus resultados e incidencias en la gestión hídrica de
los sitios en los que se han implantado.• Mejoras en el control, diseño y ejecución de las obras de Recarga artificial de
modo tal de minimizar los riesgos y posibles impactos ambientales.• Alto costo, debido a las obras civiles y tratamientos que se le debe realizar al
agua para poder ser inyectada.• Problemas de colmatación de los sistemas de infiltración o inyección, que
disminuyen la tasa de infiltración. • Costo de explotación de las aguas recargadas.• Construcción de instalación y sistemas de seguridad.• Mantención permanente y monitoreo de eficiencia del sistema.
• Almacenamiento subterráneo de escorrentías superficiales no reguladas.• Reducción o eliminación del descenso piezométrico.• Apoyo a determinados esquemas de utilización conjunta o coordinada.• Mantenimiento hídrico de enclaves ecológicos o medioambientales.• Reducción de costes de transporte, almacenamiento o bombeo.• Actuaciones sobre problemas de subsidencia.• Disminución o corrección de problemas de intrusión marina.• Aprovechamiento de las propiedades del suelo y de la zona no saturada
como elemento de tratamiento tanto para aguas potables como residuales.
• Dilución del excesivo contenido de nitratos, cloruros u otros constituyentes químicos de las aguas de determinados acuíferos.
• Parámetros característicos del acuífero• Profundidad de los niveles• Tipo de acuífero• Parámetros hidráulicos• Hidrogeología y geología local• Características suelo• Grado de vulnerabilidad a la contaminación
• Calidad y cantidad• Del agua de recarga• De las aguas subterráneas “nativas”
• Otras consideraciones:• Disponibilidad espacio• Aspectos económicos• Normativa vigente• Impacto social• Impacto ambiental en general
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS4. VIABILIDAD DE UN PROYECTO DE RECARGA ARTIFICIAL
Se deben evaluar dos aspectos:• Agua puesta en Almacenamiento• Agua puesta de nuevo en Disposición de Uso
En ambos casos se deberán evaluar los costes de:• Investigación Hidrogeológica• Agua a Recargar• Adquisición de terrenos• Instalaciones de pretratamiento• Instalaciones auxiliares• Instalaciones de recarga• Instalaciones de control y seguimiento• Explotación y Conservación
4.1. Aspectos Económicos
• Instalaciones en California (1993) : 80 a 125 U$S por cada 1000 m3 agua recargada por métodos de superficie.
• Instalaciones en Arizona, proyecto Salt River Project, 3.8 U$S por cada 1000 m3 de agua recargada.
• Si la recarga se efectúa con perforaciones el coste puede ser mayor.• Si se efectúa con aguas residuales se deberán considerar los remanentes correspondientes a los
procesos de tratamiento y depuración.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS4. VIABILIDAD DE UN PROYECTO DE RECARGA ARTIFICIAL
a. Se deberán identificar las zonas o sectores hidrogeológicos en que se producen los mayores descensos de los niveles freáticos frente a determinados volúmenes de explotación de los acuíferos.
b. Se deberá identificar y cuantificar los recursos hídricos superficiales disponibles para distintos años hidrológicos, conforme a los requerimientos y tipología de demanda.
c. Se deberán recopilar, identificar y cuantificar las propiedades geológicas e hidrogeológicas de la cuenca.
d. Se deberá actualizar el o los modelos Hidrogeológicos existentes, de acuerdo a la información actual y tomando en cuenta los resultados de los estudios en desarrollo
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS4. VIABILIDAD DE UN PROYECTO DE RECARGA ARTIFICIAL
• Litología y aspectos geológicos de los materiales que integran el acuífero.• Geometría del acuífero.• Piezometría.• Hidroquímica y Calidad del Agua.• Parámetros Hidráulicos.• Velocidad del Agua Subterránea y Direcciones de flujo.• Reservas útiles.• Zonas de Drenaje o Descarga.• Relación Río Acuífero.• Usos Demandas y Consumos de agua.• Balance Hídrico.
Este dispositivo consiste en una gran zanja de infiltración, de escasa profundidad, rellena de gravas calibrada, dentro de la cual se ubican sondeos de recarga
Consiste en realizar en el fondo de un pozo, por el que se introduce el agua, drenes y galerías
Consiste en aprovechar las simas y dolinas de los terrenos calcáreos para introducir agua en el acuífero
Mediante la construcción de sondeos profundos se inyecta el agua en el acuífero
Se basa en extender agua por la superficie del terreno, normalmente riego con grandes dotaciones
Son dispositivos poco profundos que siguen la topografía del terreno. La infiltración se produce tanto en el fondo como en los flancos
Son semejantes a las balsas, pero la superficie lateral es importante. Domina la infiltración en los flancos
Son dispositivos alargados, poco profundos y de gran superficie. La infiltración se produce predominante por el fondo
Son embalses de superficie cuyo dique no es totalmente impermeable
Consiste en escarificar el lecho del río eliminado finos y mejorando la infiltración
Se fundamenta en aumentar el tiempo y la superficie de contacto entre el agua y el terreno, mediante la construcción de diques ó bien muros de tierra en forma de L
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
VENTAJAS E INCOVENIENTES DE LOS DISTINTOS SISTEMASDE RECARGA ARTIFICIAL
METODOSFACTOR
Precio y disponibilidad del terreno
Factores estéticos y ambientales
Permeabilidad del acuífero.
Construcción de instalaciones
Caudal recargable
Pérdidas por evaporación
Requisitos de calidad del agua
Colmatación
Grado de depuración del agua en el terreno
Grande. El paso del agua por el medio no saturado es decisivo para conseguir una buena eliminación de contaminantes
Los problemas derivados de la colmatación pueden ser importantes. El agua introducida debe presentar un bajo contenido de sólidos en suspensión
Pequeños, ya que se puede aprovechar el poder autodepurador de la zona no saturada
En determinados casos pueden ser importantes. Dependen del tamaño de las instalaciones. Los valores de evaporación no superan, en general los 0’005 m/día
Puede llegar a ser muy grande.
Pueden requerir acondicionamientos previos del terreno para nivelarlo, retirar coberturas poco permeables o arcillosas, retirar vegetación, obtener diques resistentes, construir estructuras para la conducción del agua, etc. La construcción de algunas instalaciones como por ejemplo aquellas que llevan aparejadas un embalse de vaso permeable puede resultar muy compleja
Media a grande. Permeabilidades bajas exigen grandes extensiones de terreno para poder recargar volúmenes apreciables de agua.
Pueden presentar problemas de proliferación de insectos y roedores. Requieren cercados y vallas para proteger a personas y animales
Puede ser muy difícil o imposible establecerlos en una zona poblada o muy cultivada por no disponer de espacio o por ser los terrenos muy caros. Precisa en general terrenos baratos, así como de grandes superficies si se quieren infiltrar importantes volúmenes de agua.
SUPERFICIALES EN PROFUNDIDAD
Pequeño. Precisan poco espacio
Escasos
Variable. Se emplean de una forma generalizada en terrenos formados por una alternancia de niveles permeables e impermeables, o cuando existen niveles poco permeables entre la superficie del suelo y el acuífero
No tienen porqué resultar excesivamente complicados
Nulas
Notablemente inferior si se compara con el medio de las instalaciones superficiales
Grandes, ya que el agua se introduce directamente en el acuífero. A veces implica un coste de pretratamiento importante
Pequeño o nulo
Presentan una gran susceptibilidad a la colmatación
7. 1. Superficiales. En Cauces. Serpenteos y Represas
SERPENTEOSConsiste en aumentar el tiempo y el área de contacto entre el agua del río y el terreno, mediante la construcción de una serie de muros de tierra en forma de L puestos a un lado y a otro del cauce .
REPRESASConsiste en aumentar el tiempo y el área de contacto entre el agua del río y el terreno, mediante la construcción de diques de tierra opresas de goma inflables. En los diques se deben prever vertederos para evitar la erosión de los mismos, que puede verse acelerada en época de riadas o crecidas.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
7. 1. Superficiales. En Cauces. Serpenteos y Escarificado
SERPENTEOS Y ESCARIFICADOSe mejoran estos sistemas mediante un escarificado del propio lecho del río, lo que aumenta su permeabilidad, tarea que se suele realizar al final de cada crecida.
Desde 1952 Pallejá (Valle Bajo del Llobregat), R..A. de aprox. 2hm3/año Al acuífero freático (AGBAR)
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
ESCARIFICACIONConsiste en escarificar el lecho del río, eliminando finos y mejorando la infiltración. Se debe escarificar a poca profundidad y en el mismo sentido de la corriente
VASOS PERMEABLESSon embalses de superficie cuyo substrato no es totalmente impermeable, posibilitando así la recarga del acuífero. No siempre se construyen expresamente para este fin, este tipo de obras. Muchas veces un mal diseño del embalse conduce a este tipo de situaciones, originalmente no previstas.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
7.2. Superficiales. Fuera de Cauce. Balsas de Infiltración
BALSAS DE INFILTRACIONSon excavaciones rectangulares en sitios cercanos a un cauce natural. Poco profundas, de 1.20m . Profundidades menores poca recarga, profundidades mayores compactación del terreno.
1985-1998: Castellbisbal (Cubeta de Sant’Andreu),R.A. de aprox. 4hm3/año con agua río Llobregat
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7.2. Superficiales. Fuera de Cauce. Zanjas, Surcos Canales
ZANJAS. SURCOS, CANALESSe podría decir que es de los métodos mas primitivos. Se hace circular el agua por ellos. Requiere grandes superficies, poca capacidad de infiltración. Las velocidades de flujo se deben controlar para evitar erosión o deposición de finos.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
7.2. Superficiales. Fuera de Cauce. Campos de Inundación
CAMPOS DE INUNDACIONEs una combinación entre el sistema de recarga en balsas y aquel de zanjas, canales y surcos. El agua se hace ingresar por determinados sectores y se produce un efecto de riego tipo manta. Muy similar al riego que se hace para las plantaciones de arroz. Se debe disponer de grandes superficies y efectuar un mantenimiento de la instalaciones.
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7.2. Superficiales. Fuera de Cauce. Fosas de Recarga
FOSAS DE RECARGASe utiliza cuando se dispone de un acuífero en materiales muy permeables y de un espesor no saturado importante. Se pueden excavar estas fosas (las hay de hasta 10 metros de profundidad o aprovechar las denominadas graveras. La Fosa permite almacenar e infiltrar aguas de avenidas de forma lenta y gradual.Se deben controlar los taludes por temas de estabilidad.Se suele colocar un filtro de grava en el fondo para mejorar la capacidad de infiltración del sistema, no obstante la mayor parte del mismo se da por las paredes.
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NE = Nivel estático cuando cesa la recarga.ND = Nivel dinámico con la recarga
7.3. En Profundidad. Pozos en Acuíferos Libres. Drenes y Galerías
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
Figura 19.17Esquema y disposición del pozo de recarga del río Besós (Barcelona) para recarga del agua de un canal de riego y su recuperación en un pozo próximo (cortesía de Sociedad General de Aguas de Barcelona – Aguas del Besós, S.A.)
7.4. En Profundidad. Sondeos en Acuífero Confinado o Cautivo. Pozo de Inyección.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
Figura 19.14Dibujo esquemático de los sistemas típicos de recarga por pozos. A) Sistema de los Llanos Altos de Tejas; el agua se toma de un lago que acumula la escorrentía superficial, con o sin, decantación previa; la limpieza se realiza con la bomba instalada. B) Sistema de Los Angeles (pozo simple) con agua a presión; para la limpieza se ha de desmontar la cabeza de pozo e instalar un sistema apropiado.
ACUIFERO CAUTIVO
Bomba
LagoVálvula
Motor
Cementación
Nivel del agua de inyección
A B
ACUIFERO CAUTIVOMacizo de gravaVálvula
VálvulaClorador
Cierre decemento
Caudalómetroy totalizador
Tubería de suministro a presión
Nivel del agua en inyección
Alcachora de toma de agua para evitar la entrada de sólidos gruesos
7.4. Sistema Mixto. Balsas y Pozos de Inyección y Extracción
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
Figura 19.19Combinación de balsas y pozos de recarga. Las balsas recargan el acuífero superior y los pozos recogen esta agua en el acuífero superior y la conducen al acuífero inferior. Alrededor de cada pozo se dispone un círculo de radio R, de material impermeable a fin de tener un recorrido mínimo en el acuífero que garantice un depuración y mezcla apropiada al agua que alcanza el pozo.R es el radio equivalente de la porción de balsa asociada a cada pozo de forma que tenga igual área que la porción obtenida mediante el método de los polígonos de Thiessen (ver el capítulo 6.1). Si el acuífero profundo que se recarga es semiconfinado, y su nivel es inferior al del acuífero superior, la recarga por pozos es un complemento al goteo.
7.4. Sistema Mixto. Balsas y Pozos de Inyección y Extracción
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
Figura 19.20Pozo de recarga con filtración en la zanja donde está instalado, del tipo de los construidos en Cavaillon (Francia) con objeto de paliar la falta de recarga a causa del canal Donzère-Mondragon(según Decelle, Guelion y Muller-Feuga, 1954). En una misma zanja de 12 x 70 m2 se colocaron 5 pozos para recargar un total de 700 l/seg (de 4,3 a 7 m3/día/m2 de filtro y 2,5 a 3 m3/día/m2 de rejilla de pozo). 15/60_= granulometría entre 15 y 60 mm. Dentro de la zanja se instalaron algunos piezómetros.
7.4. Eficiencia y Caudales de los Pozos de Inyección
Eficiencia de un Pozo de Inyección
Ecuación de Rorabaugh
st = B*Q + C*Q^n
Ef = B*Q / (B*Q + C*Q^n)
Ecuación de Theis
st = [Q/(4*Pi*T)] * W(u)
Ef = st / sr
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Figura 19.18Ciclos sucesivos de recarga y limpieza de un pozo. Cada vez la limpieza debe ser más frecuente y el caudal específico después de la limpieza es menor. Depende del tipo de acuífero, plan de limpieza, métodos empleados y tipo de colmatación. En general el fenómeno parece tanto más acusado cuanto mayor es el distanciamiento de los ciclos de limpieza, o sea, cuanto mayor es la reducción de caudal específico antes de proceder a la descolmatación. A veces se tiende a una situación estacionaria pero no siempre, en cuyo caso debe abandonarse el pozo después de inyectar un cierto volumen de agua, o a una restarauración más rápida.
7.4. Eficiencia y Caudales de los Pozos de Inyección
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS7. TIPO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
Producto k. π.D.P (10-3 m3/s)
Figura 19.10Caudal inyectado por pozos en función de las característicasdel pozo (Según Bourguet, 1971).k = permeablidad (m/seg)D = diámetro (m)P = profundidad (m)
10-1 100 101 102 103100
101
102
103
104
Q c
auda
l med
io in
yect
ado
l/seg
desviación típ
ica
desviación típ
ica
Log Q= 0,816 lo
g k.π.D.Pl=0,53
Figura 19.11Caudal específico de recarga en pozos en areniscas. (Según Harpaz, 1970)
• Se refieren a una evaluación hidrogeológica de la posible zona de recarga, la cual debe incorporar la información necesaria para la elección de la mejor zona de recarga, así como una descripción general de las fuentes de agua de recarga.
El criterio de disponibilidad y calidad del agua
• Apunta a determinar cuanta agua se encuentra disponible en el lugar proyectado para la recarga, para lo cual se necesitan estadísticas de caudales superficiales y de precipitación, aportes laterales, así como niveles piezométricos históricos del acuífero.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS9. UBICACION Y TAMAÑO DE INSTALACIONES DE RECARGA ARTIFICIAL
La colmatación es un proceso que se caracteriza por la pérdida sostenida de la capacidad de conducción de agua por parte de un medio poroso permeable (disminución de la conductividad hidráulica saturada).
Orígenes:
• Colmatación física• Colmatación biológica• Colmatación por reacciones
químicas
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
Valor final
25 50 75 100 Tiempo,días0
0,5 -
1 -
Perío
do d
e hu
mid
ifica
ción
de
l sue
lo
Perío
do d
e ex
plos
ión
del
aire
acl
uído
Des
cens
o po
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y d
ism
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ión
del g
radi
ente
hid
raul
ico
Cau
dal e
spec
ífico
de
infil
trac
ión
m/d
ía
Figura 19.7Curva típica de caudal de infiltración en función del tiempo.Las escalas son meramente orientativas; los valores reales varían mucho de un caso a otro. El valor asintóico final puede llegar a ser casi cero con agua muy turbia y con abundantes materiales finos y orgánicos
• Colmatación física• Colmatación biológica• Colmatación por reacciones
químicas
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
A veces, dependiendo de las condiciones de la instalación y de las características del agua de recarga, se pueden producir fenómenos de calmataciónbiológica debido al crecimiento de algas.
La deposición de los sólidos en suspensión que lleva el agua de recarga forma sobre el suelo una película arcillosa que reduce notablemente la tasa de infiltración de la instalación de recarga.
Tabla 19.2. Calidad del agua antes y después de recarga por extensión (modificado de Bouver, 1970). Se trata de aguas residuales con un intenso grado de tratamiento. El resultado depende de la existencia o no de un recorrido en medio no saturado.
Concepto Valor Recomendado ComentariosSistemas en ProfundidadSST < 2 [mg/l] Para K >40 [m/d]SST < 0.1 [mg/l] 4 [m/d] < K < 40 [m/d]Sistemas en SuperficieSST < 10 [mg/l]
Colmatación Biológica
TUR < 5 [NTU]Sistemas en ProfundidadpH > 7.2 (límite bacterias Fe)Evitar COEh > 10 [mV]AOC < 10 [mg C/l]DOC < 2 [mg/l]Sistemas en Superficie
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS10. COLMATACION SISTEMAS DE RECARGA ARTIFICIAL
Dispositivos de recarga en
superficie
Dispositivos de recarga en profundidad
El método más usual de descolmatación es el bombeo intenso, a veces intermitente, a caudal superior al de recarga. Como alternativa, el desarrollo mediante aire comprimido. En formaciones carbonatadas, previa inyección de ácido clorhídrico con dispersantes.
Extracción de la zona colmatada y posterior lavado: cuando la colmatación es profunda, se puede proceder a retirar dicha zona (filtro de arenas y/o terrenos naturales), para que, tras su lavado, pueda reintegrarse a su lugar e iniciar un nuevo ciclo de recarga.
Escariado de la parte colmatada: cuando la penetración de limos es poco profunda se puede proceder a eliminar la zona colmatada, lo que es preferible hacer manualmente con rastrillos, puesto que las máquinas pueden alterar la disposición del filtro o del terreno natural, compactándolo.
Dejar secar la instalación de recarga: esto contrarresta el hinchado de las arcillas, restituyendo así parte de la permeabilidad. En ocasiones se deja crecer la vegetación, cuyas raíces perforan y rompen la zona colmatada, facilitando así el posterior paso de agua.
PROCEDIMIENTO DE DESCOLMATACIONPROCESOS DE DESCOLMATACION MAS UTILIZADOS
• Fase I: Inicio de la Recarga y Crecimiento de la cresta de agua
• Fase II: Evolución a Régimen Estable luego de alcanzar algún control
• Fase III: Régimen Estacionario
• Fase IV: Cese de la Recarga y Decrecimiento de la cresta de agua
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
Figura 19.21Las fases de la recarga artificial. Crecimiento, estabilización y desaparición de una cresta de agua con un control lateral y un posible control superior.
11. HIDRAULICA DE LA RECARGA DE ACUIFEROS
Descarga
Descarga Recarga
Recarga
Acuífero libre
Descarga
Descarga
Acuífero libre
Impermeable
Impermeable
0 = Nivel inicial1 = Crecimiento de la cresta de agua2 = La cresta alcanza un límite de potencial
a = Crecimiento vertical limitadob = Crecimiento horizontal limitado
3 = Regimen estacionario4 = La cresta de agua desaparece al cesar la recarga
• Altura de Lámina Libre (m); Espesor (m) y Permeabilidad (m/día) (fondo y lateral del sistema de recarga).
• Duración de la Recarga ó Característica de los Turnos
• Permeabilidad (m/día) y Porosidad (%) del acuífero. Si es confinado el Coeficiente de Almacenamiento (%)
• Profundidad del Nivel piezométrico (m)
• Espesor saturado (m) inicial.
• Pendiente base impermeable y piezometría inicial
• Estado de la base del sistema de recarga
• Ritmo de colmatación del sistema de recarga
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
Figura 19.22Evolución de la cresta de recarga bajo una balsa y evolución temporal del caudal de recarga por unidad de superficie por efecto hidraúlico, en ausencia de colmatación.
11. HIDRAULICA DE LA RECARGA DE ACUIFEROS
balsa de recarga
Nivel freático inicial
a, b, c, d , e, f…..posicionessucesivas de la cresta de recarga
11.3. Recarga y Descarga en Régimen Permanente. Zanjas y Drenes
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
HR=espesor de agua bajo la zanja de recarga
HB=espesor de agua bajo la zanja de extracción
L = distancia entre ambas zanjas, contado desde los bordes de las mismas
K = permeabilidad horizontal
Y si el espesor es grande de modo HR ≈ HB
Siendo H un valor intermedio entre HR y HB
lk L QHH 22 BR
=−
lk H 2L QHHH BR ≈Δ=−
Si qS es la capacidad de infiltración (velocidad aparente de entrada) de la zanja de recarga, para recargar el caudal Q hace falta una anchura de balsa, a, que vale: l q
Qas ⋅
=
El tiempo de retención τ es el tiempo en recorrer el agua la distancia L. Suponiendo un gradiente uniforme i = ΔH/L
QH1Lm2
HkmL
i/mkL
real velocidadespacio
2
=Δ⋅
≅⋅
=
==τ
Admitiendo que no existe un lecho de menor permeabilidad en el fondo de la balsa de recarga y que ésta es de penetración nula (sólo filtrante por el fondo), la pérdida de carga adicional es (Huisman, 1970):
4Hπaln
lk πQ
4HπaShln
lk πQHR ≈⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛−=Δ
Figura 19.23Esquema de un sistema de recarga continua. A) Con zanjas y drenes b)con zanjas y líneas de pozos.La figura inferior esquematiza el sistema hidraúlico
11.4. Recarga y Descarga en Régimen Permanente. Sistema Radiales de Pozos y Balsas Circulantes
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
Sea el caso de un balsa de recarga circular de radio p, rodeada de un canal de drenaje circular concéntrico a distancia R.Si q, es la capacidad de infiltración por unidad de superficie, para recargar un caudal Q hace falta una balsa de radio
Y el tiempo de retención τ es de
sqQp⋅
=π
Qpπ(R
caudalvolumen 22 −
==τ
La diferencia de nivel entre la balsa y la zanja, prescindiendo de las pérdidas de potencial en la entrada y salida, es de (ver capítulo 9.2):
pRIn
πkQ H -H 2d 2R =
Y cuando HR difiere poco de Hd:
Si la zanja de drenaje se sustituye por un anillo de n pozos de drenaje que penetran una longitud λbajo nivel freático, se tiene una pérdida de carga adicional dad por:
Si8endo r0 el radio de cada uno de los pozos. Si los pozos son notablemente penetrantes, basta con prescindir del segundo sumando.
La recarga en régimen variable supone un cambio en el almacenamiento y por lo tanto interviene en las ecuaciones el coeficiente de almacenamiento (S), que en acuíferos libres coincide con la porosidad eficaz (me)
En las figuras 19.26; 19.27 y 19.28 se indican algunos resultados para balsas cuadradas y rectangulares. En esas figuras, a es el ancho de la balsa, l su longitud, k la permeabilidad del medio, m la porosidad, Hp el espesor saturado inicial, ΔH0 la altura del domo en el centro, ΔH la altura del domo a distancia x del centro en dirección de la dimensi~n menor, t el tiempo y W la recarga en altura de agua libre por unidad de tiempo (m/día o m3/día/m2)
Figura 19.26Ascenso del centro del domo de agua creado bajo una balsa de recarga de forma cuadrada que infiltra una altura de agua W por unidad de tiempo (modificado de Bianchi y Muckel, 1970).
Figura 19.28Efecto de la relación a anchura de una balsa de recarga rectangular en la elevación en el centro del domo de agua formado cuando la infiltración equivvale a una altura W de agua por unidad de tiempo (según Bianchi y Muckel, 1970)
Figura 19.27Ascenso del domo de agua que se forma bajo una balsa de recarga de forma cuadrada que infiltra una altura de agua W por unidad de tiempo (según Bianchi y Muckel, 1970)
Gráfico para calcular la elevación del domo de agua bajo una fosa o balsa circular de radio v que recarga un caudal Q. Se supone que el espesor saturado inicial es H, que el espesor saturado bajo la zona de recarga es Hn. Constante, y que la distancia R es el límite del domo de recarga (según Berend, 1970). Ejemplo: En una fosa circular de 20m de diámetro se recarga 2 m/día de agua en un acuífero de k=100 m/día, m=0,20 y H=0,10m. Hallar la elevación del domo de agua y su extensión al cabo de 1 día y al cabo de 1 mes. Para t=1 día:
En el gráfico, se obtiene: 120,010
12mHtq
02,01010
1002
Hp
kq
s
22s
=⋅
⋅=
⋅⋅
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
3020,010
302mHtq
02,0Hp
kq
días 30 mes 1 tPara 120mR 12;R/p
0,25mH 10,25m;H1,025;H/H
s
2s
RRR
=⋅⋅
=⋅⋅
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅
====
=Δ==
En el gráfico, se obtiene:
HR/H= 1,04; HR=10,4m; ΔHR=0,4mR/p=60; R=600m
Si el medio es amisótropo, siendo Kh y KV respectivamente, la permeabilidad horizontal (isótropa) y la vertical. El valor de ΔHR calculado debe ser multiplicado Kh/KvPor ejemplo si Kh/Kv=16; para t=1 díaΔHR=0,25 X 4 = 1m y para t=1 mesΔHR=0,4 x 4 = 1,6 m
Se supone el caso de un acuífero inclinado (pendiente i) y espesor saturado inicial Ho constante. Existe además una zanja de recarga de gran longitud perpendicular a las líneas de flujo y a distancia L1 aguas arriba de una línea de drenaje. El nivel freático no alcanza la superficie del terreno.
Si ΔH es la elevación de agua sobre el nivel inicial, en régimen estacionario se tiene para la zona 2 (modificado de Baumann, 1965):
Siendo q0 el caudal aportado por unidad de longitud. La fórmula es válida para acuífero horizontal, pero puede emplearse para acuífero inclinado si ΔH<<H0
Figura 19.30Recarga en un acuífero inclinado con un control lateral (drenaje) aguas abajo. Se supone que en ancho de la zanja de drenaje es despreciable en relación con Ls y Ld.
Existe una amplia experiencia a nivel internacional de esta técnica, fundamentándose en la gestión sustentable y eficiente de los recursos hídricos a nivel de Cuenca:
• Recarga Artificial del Acuífero de Santa Marta (Colombia),1993.• Recarga Artificial en Llanuras Aluvionales del Véneto (Nororiente de Italia),
1993.• Recargas en las Cuencas Aluvionales del río San Juan, Argentina, 1995.• Recarga Artificial en la zona de Florida, Estados Unidos, 1990.• Recarga Artificial de los Sistemas Acuíferos de Marchfeld, Austria, 1991.• Recargas de Aguas Subterráneas en el Orange County Water District
(OCWD), Estados Unidos, 1990.• Recarga Artificial en el Acuífero de Jijona, España, 1994.
Goteburgo Suecia en 1897, se utilizarón balsas y zanjas para la recarga de acuíferos, extendiéndose luego al resto de Europa.
En el año 1896 se tienen las primeras experiencias en Estados Unidos.
En 1903 se empiezan las experimentaciones con pozos profundos. Los primeros trabajos a gran escala se realizan en Los Angeles con el sistema de Control de Inundaciones (Los Angeles Flood Control District).
Los países mayor experiencia: Alemania, Holanda, Suecia, Israel, Estados Unidos y España.
En España en el Valle del río Besós en las cercanías de Barcelona se recargan aguas previamente tratadas.
En el Valle del río Llobregat se recarga, a través de 12 pozos de inyección, agua de río potabilizada y también existe acondicionamiento del lecho del río de modo de alcanzar mayores tasas de infiltración.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS12. EJEMPLOS INTERNACIONALES
Se construirán pequeñas balsas de infiltración para la R. A. de excesos de agua superficial procedentes de una cuenca cercana.
Sistema acuífero de Campina de Faro (Región de Algarve)
El objetivo es el almacenamiento de excesos de aguas superficiales y mejora de las aguas subterráneas contaminadas especialmente por actividades agrícolas
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS12. EJEMPLOS INTERNACIONALES
PLANA DE GANDIA-DENIA SECTORVERGEL-ELS POBLETS.(ALICANTE)
VALLE DEL ESGUEVA(VALLADOLID)
ALUVIAL DEL RIOGUADALQUIVIR(SEVILLA)
CALCARENITASDE CARMONA(SEVILLA)
VEGA DE GUADIX(GRANADA)
ALUVIAL DEL RIO OJA(LA RIOJA)
LocalizaciónLugar y provincia Tipo de instalación Origen y calidad
del agua de recarga ObjetivoDuración de
la experienciaCaudal
infiltrado
De 40 a 50 l/s
De 200 l/s a 300 l/s
6-7 l/s
De 250 a 500 l/s
De 2 a 20 l/s
35 l/s por pozo de recarga
7-8 l/s
De 1.2 a 2.4 l/s
0.6 l/s
1 año
Desde 1990 todos los días del año
Durante 2001 15 días al año
Desde diciembre de 1985 la operación de recarga tiene una duración de 5 a 6 meses al año
4 años
Menos de 1 mes
Menor de 3 meses
Desde 1984 a 1998 durante 3 ó 4 meses al año
1987 y 1988. En el primer año durante 3 meses, y en el segundo durante 5
3 balsas de infiltración y 10 km de canales
6 balsas de infiltración
1 Balsa de infiltración tipo “Fosa” y un pozo de gran diámetro
2 Zanjas de infiltración (300 m) con pozos de 1 m de diámetro en su interior que se localizaban cada 10m.
1 Sondeo profundo
1 Pozo de gran diámetro con dos galerías paralelas a la costa de 100m de longitud cada una. A partir de noviembre de 1996 se cuenta con 2 pozos de recarga
2 Pozos rellenos de grava.
6 Balsas de infiltración
2 Balsas de infiltración
DepuraciónAgua residual bruta
Agua residual urbana bruta
Depuración e incremento de los recursos hídricos para regadío
Aumentar la garantía de suministro de los regadíos de la zona
Excelentes invernales del arroyo La Molineta. Contenido de sólidos en suspensión 6 mg/l
Excelentes invernales del río Girona que presentan una conductividad de 750 μS/cm. El contenido de sólidos en suspensión es de 3-5 mg/l
Frenar el avance de la intrusión marina e incrementar los recursos hídricos para riego
Incrementar los recursos hídricos para riego
Excedentes invernales del río Esgueva. Calidad agua de recarga buena. Sólidos en suspensión 2-3 mg/l
Incrementar los recursos hídricos para riego
Excedentes invernales del Canal del Bajo Guadalquivir. Calidad del agua de recarga mala. Contenido de sólidos en suspensión de 250 mg/l
Excedentes invernales del Canal del Bajo Guadalquivir. Calidad del agua para recarga mala
Resolver problemas locales de sobreexplotación
Incrementar los recursos hídricos para riego
Incrementar los recursos hídricos para riego y mejorar la calidad del agua del acuífero donde existen captaciones para abstecimientourbano
Excelentes superficiales del río Oja y Santurdejo. Agua con mineralización baja. Swlidos en suspensión inferiores a 10 mg/l
Drenaje de la Mina de Alquife. Contenido en sólidos disueltos 250 mg/l. Bajo contenido de materia en suspensión
Se construirá una balsa de infiltración (municipio El Papiol) para la R.A. de aguas derivadas del río Llobregat.
El objetivo es la optimización de los recursos hídricos, mejora e incremento de los recursos acuíferos, mejora en el conocimiento de los procesos recarga.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS12. EJEMPLOS INTERNACIONALES
Los efectos de la recarga son prácticamente inmediatos y de gran eficacia.
Mediante el modelo del canal (INFILTRA), se estimaron infiltraciones del orden del 42% (100l/s), y mediante el modelo del acuífero (VModflow), un área de influencia de aprox. 300 há, con un aumento de los N.E. de aprox. 2,0 a 2.5 m.
La implementación de la obra cuesta del orden de 5.000 U.F., mientras que su operación y mantención 570 U.F.
La evaluación económica arroja que el proyecto genera un aumento de los ingresos cercano al 30%, sobre la situación actual (Horizonte a 20 años).
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS
Recarga Artificial de acuíferos en los valles de La Ligua y Petorca (5ta Región)
13. PROYECTO DE UN SISTEMA DE RECARGA ARTIFICIAL (CHILE)
Debido a la creciente demanda de agua para el abastecimiento de la ciudad de Lima y a la escasa disponibilidad de agua superficial, la extracción de las aguas subterráneas del acuífero de Lima se ha incrementado progresivamente desde menos de 1 m3/s en 1955 hasta 12,4 m3/s en 1997. De este caudal, 9 m3/s correspondieron a los pozos administrados por el Servicio de Agua Potable y alcantarillado de Lima (SEDAPAL) y el resto a los pozos de propiedad de empresas industriales y de particulares. La intensiva explotación de este recurso así como la desaparición progresiva de las fuentes de recarga, ocasionada principalmente por el cambio de uso de las tierras de agrícola a urbana, han propiciado el desequilibrio del nivel freático, evidenciado por el constante descenso del nivel freático y el deterioro de la calidad de las aguas en los sectores más críticos. Para contrarrestar el problema de sobreexplotación, se ha tenido en consideración que el máximo caudal explotable del acuífero de Lima es de 8 m3/s y el rendimiento seguro de 6 m3/s, determinados mediante modelos de simulación matemática. Las acciones que se han emprendido para contrarrestar la sobreexplotación del acuífero fueron: uso racional de las aguas, a través de la micromedición, uso conjuntivo de aguas superficiales y aguas subterráneas, recarga artificial inducida e incorporación de nuevas fuentes de agua superficial. Como resultado de las acciones señaladas, la extracción de las aguas subterráneas ha disminuido de 12,4 m3/s en 1997 a 9 m3/s en el 2001, presentándose en consecuencia recuperaciones importantes del nivel del acuífero entre 1 y 15 m. En escasos sectores la tendencia al descenso aún continúa pero con una gradiente más suave.
14. RECARGA ARTIFICIAL EN LIMA (PERU)
Evaluación del acuífero de Lima (Perú) y medidas correctoras para contrarrestar la sobreexplotación, J. Quintana (SEPADAL) y J. Tovar (Presidente AIH Perú)
La recarga artificial inducida consiste en provocar un gradiente hidráulico entre los niveles del agua superficial y del agua subterránea. Este gradiente permite incrementar la velocidad de alimentación del acuífero desde el lecho del río, lo cual se logra a través del bombeo de pozos de extracción-recarga situados en las proximidades del lecho del río Rímac.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS14. RECARGA ARTIFICIAL EN LIMA (PERU)
El proyecto comprendió la adecuación del lecho del río entre La Atarjea y Huampaní para mejorar las condiciones de infiltración en un tramo de 22 km.También comprendió la construcción y equipamiento de pozos tubulares con el doble objetivo de extraer el agua subterránea para su aprovechamiento y el de crear las condiciones necesarias (vaciado parcial del acuífero y creación del suficiente gradiente hidráulico entre el río y el acuífero) para garantizar la inmediata realimentación del acuífero, sin afectar las reservas existentes. Los estudios realizados al respecto determinaron que en el tramo de Huampaní - La Atarjea se pueden aprovechar unos 5 m3/s o 155 MMC de agua por año.
RECARGA ARTIFICIAL DE ACUIFEROS14. RECARGA ARTIFICIAL EN LIMA (PERU)
La infraestructura correspondiente, está constituida por lo siguiente:- 60 pantallas transversales en el lecho del río, constituidos por muros enterrados de hormigónciclópeode 1,20 m de ancho, 3,00 a 3,50 m de profundidad y 150 a 200 m de longitud, con distanciamiento de 100 m entre ellos.- 30 pozos tubulares de extracción y recarga de 80 a 150 m de profundidad (18 en la margen derecha, dispuestos en una sola línea y 12 en la margen izquierda, dispuestos en dos líneas de 6 pozos cada una). La capacidad instalada total es de de 1,6 m3/s.- 19 piezómetros de 50 a 80 m de profundidad distribuidos convenientemente en el área del proyecto. Algunos piezómetros representativos cuentan con limnígrafos electrónicos.