Conceptos basicos en hidrogeologia

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Esta presentacion trata de conceptos fundamentales para el entendimiento de temas hidrogeologicos, aca se dicta conceptos como hidrogeologia, agua subterraneas, acuiferos, porosidad, ciclo hidrologico, medios consolidados, medios no consolidados, capa confinante, parametrso hidraulicos de agua subterraneas, flujo saturado, cono de depresion, entre otros.

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<ul><li><p>Conceptos bsicos en </p><p>Hidrogeologa </p></li><li><p>Que es la hidrogeologa? </p><p>Es la parte de la hidrologa que estudia la ocurrencia, movimiento y calidad del agua debajo de la superficie terrestre. </p><p>Su enfoque es interdisciplinario e involucra la aplicacin de la fsica, biologa y matemticas. </p></li><li><p>El agua subterrnea </p><p> Flujo laminar no visible por el humano. </p><p> De importancia para las actividades humanas. </p><p> Es la fuente de agua de mayor calidad pero la ms vulnerable a contaminacin. </p><p> Mayor inters en agua fresca y menor en el agua fsil. </p><p> 14% del agua fresca de la tierra es agua subterrnea. </p></li><li><p>Balance de agua fresca global </p></li><li><p>Rocas y Agua </p><p> La mayora de la roca cerca de la superficie esta compuestas de solidos y vacos. </p><p> Las rocas que contienen agua pueden ser depsitos no-consolidados (tipo suelo) o rocas consolidadas. </p><p> Los depsitos no consolidados pueden tener desde unos centmetros hasta ms de 12000m debajo del delta del Ro Mississippi. </p><p> La mayora de depsitos no consolidados provienen de la desintegracin de rocas consolidadas </p></li><li><p>Rocas y Agua </p><p> Rocas consolidadas consisten de partculas minerales unidas por el calor o presin. </p><p> Pueden ser gneas, sedimentarias y metamrficas </p><p> Las rocas sedimentarias de inters son: calizas, dolomitas, lutitas, areniscas y conglomerados. </p><p> Las rocas gneas de inters incluyen granitos y basaltos. </p><p> Importante de determinar la naturaleza de los vacos en las rocas. </p></li><li><p> Rocas de origen exgeno </p></li><li><p> Rocas de origen endgeno </p></li><li><p>Rocas y Agua </p><p>Fuente: USGS </p></li><li><p>Medios No Consolidados Medios Consolidados Fracturados </p><p>(Macizos Rocosos) </p><p>Facilidad de excavacin o perforacin (lo </p><p>que significa captaciones relativamente </p><p>econmicas) aunque a veces no de </p><p>sustentacin, por lo que pueden </p><p>presentar problemas de estabilidad. </p><p>Niveles piezomtricos cercanos a la </p><p>superficie del terreno (es decir, </p><p>pequeas alturas de elevacin, lo que </p><p>implica bombeos de menor coste </p><p>comparativo). </p><p>Recarga aceptable o muy buena (que </p><p>significa buen mantenimiento de los </p><p>caudales en el tiempo y recursos </p><p>elevados). </p><p>La consolidacin est ligada al </p><p>incremento de la presin litosttica con </p><p>la profundidad. </p><p>El agua circula a travs de </p><p>discontinuidades de origen diverso y </p><p>geometra muy variable y las presiones </p><p>ejercidas sobre stas pueden </p><p>modificarse con mayor velocidad que en </p><p>un medio poroso no fracturado. </p><p> Medios Consolidados y No Consolidados </p></li><li><p> Medios Consolidados y No Consolidados </p><p>Medios No Consolidados Medios Consolidados Fracturados </p><p>(Macizos Rocosos) </p><p>Buena porosidad eficaz (lo que </p><p>representa volmenes de regulacin </p><p>altos, o gran capacidad de embalse, es </p><p>decir, notables reservas hdricas frente </p><p>a sequas prolongadas). </p><p>Alta probabilidad de obtener elevadas </p><p>permeabilidades (es decir, buenos </p><p>caudales de explotacin). </p><p>Suelen encontrarse en valles poblados </p><p>donde existe gran demanda de agua </p><p>para abastecimiento y usos agrcolas. </p><p>La conductividad hidrulica est controlada por la frecuencia de las discontinuidades (fracturas en medios gneos, estratificacin en medios sedimentarios), la interconexin de dichas discontinuidades y la zonificacin de su permeabilidad. </p><p>La presin o potencial de agua en un macizo es independiente de la permeabilidad pero define el gradiente hidrulico y su piezometra. En este sentido, la anisotropa de la distribucin de la permeabilidad es muy importante en la evaluacin del potencial del agua. </p></li><li><p>Rocas y Agua </p><p>Porosidad Secundaria? Roca sedimentaria </p><p>Amazonas </p></li><li><p>Rocas y Agua </p><p>Afloramiento de Calizas al costado de la Laguna </p><p>Mamacocha - Cajamarca </p></li><li><p>El agua subterrnea </p><p>El agua subterrnea ocurre en dos zonas: </p><p> Zona vadosa: Terreno que contiene agua y aire, comnmente referido como zona no saturada. Consta de tres partes: Zona de suelo, zona intermedia y franja capilar. </p><p> Zona saturada: Debajo de la zona vadosa y con sus poros interconectados llenos de agua. Esta es la nica agua disponible para los pozos y manantiales. </p><p>La recarga pasa por la zona vadosa antes de llegar a la zona saturada. </p></li><li><p>El agua subterrnea </p><p>La zona de suelo se extiende desde la superficie hasta un mximo de un metro y esta relacionada con la profundidad de races. </p><p>20cm </p></li><li><p>El agua subterrnea </p><p>Dependiendo del tipo de contaminacin se define la zona de inters. </p><p>Fuente: USGS </p></li><li><p>Ciclo hidrolgico </p><p> El trmino refiere al constante movimiento del agua encima o debajo de la superficie. </p><p> Precipitacin puede darse en forma de lluvia, nieve o ambas. La forma tiene importancia en la recarga. </p><p> La infiltracin vara bastante dependiendo del uso de suelo, humedad anterior, intensidad y duracin de la precipitacin. </p><p> Cuando la taza de precipitacin excede la infiltracin, ocurre la escorrenta superficial. </p><p> La infiltracin se desplaza hacia abajo y lateralmente hacia sitios de descarga como bofedales, manantiales, lagos o cursos de agua. </p></li><li><p>Ciclo hidrolgico </p><p>Nos concentraremos en el flujo subterrneo </p><p>Fuente: USGS </p></li><li><p>Ciclo hidrolgico </p><p>Fuente: USGS </p><p>Balance hdrico y de energa para zonas con acumulacin de nieve </p></li><li><p>Ciclo hidrolgico </p><p>Variabilidad de la Precipitacin con la Recarga Zona de estudio en la Patagonia Argentina </p></li><li><p>Ciclo hidrolgico </p><p>Las cuencas andinas tienen patrones caractersticos en su ciclo hdrico </p><p> more information coming soon! </p></li><li><p>Acuferos y Capas Confinantes </p><p>El nivel del agua en el pozo instalados sobre un acufero no confinado nos indica el nivel de la napa fretica. volveremos a este tema luego en la presentacin. </p><p>Fuente: USGS </p></li><li><p>Parmetros Hidrulicos de </p><p>las Aguas Subterrneas </p></li><li><p>Porosidad </p><p>Es la relacin entre el volumen de espacios vacos y el volumen total del suelo: </p><p>n = </p><p> = </p><p>Depende del tamao y forma de las partculas. </p></li><li><p>Porosidad </p><p>Por ejemplo: </p></li><li><p>Porosidad Total y Efectiva </p><p>Las partculas ms finas, bien ordenadas tienen mayor porosidad: </p></li><li><p>Porosidad Total y Efectiva </p><p>A modo de ejemplo, las arcillas son las formaciones naturales con una mayor porosidad total y sin embargo, con una menor porosidad eficaz. Ello provoca normalmente que desde el punto de vista hidrogeolgico sean considerados medios con muy poca capacidad de circulacin de agua, es decir, medios poco permeables. </p><p>De ah su uso normalmente como barrera o pantalla hidrulica en numerosos proyectos. (Ojo: No existe tanta arcilla como se espera) </p></li><li><p>Porosidad efectiva </p><p>Relacin entre el volumen de poros interconectados, excluyendo los poros aislados, y el volumen total. </p><p>Esta porosidad es la que permitir el flujo del agua y aire. Est asociada a la conductividad hidrulica: </p></li><li><p>Tipos de Porosidad </p><p>Porosidad Primaria </p><p>Es aquella que se genera de forma conjunta a la sedimentacin o cristalizacin de los granos o minerales que forman el sedimento o la roca. </p><p>Porosidad Secundaria </p><p>Es cuando se genera en la roca una segunda familia de huecos, que puede superar en magnitud o no a la primaria. </p><p>La porosidad secundaria se produce por causas externas a los procesos de sedimentacin de la unidad geolgica (fracturacin, disolucin y alteracin superficial o endgena, estratificacin producida durante la litificacin y otras). </p></li><li><p>Rendimiento especfico y Retencin especfica </p><p>Rendimiento Especfico (Sy): parte del agua que es drenada por la gravedad. </p><p>Retencin Especfica (Sr):parte del agua que se queda atrapada entre las partculas slidas </p><p> Porosidad = Rendimiento + Retencin </p><p> especfico especfica </p></li><li><p>Columnas y gradientes </p><p>Las columnas de agua nos permiten conocer la pendiente del agua, determinando la direccin del flujo de agua subterrnea. </p></li><li><p>Columnas y gradientes </p><p>La columna de agua total (ht) se determina con respecto al nivel de referencia (datum): </p><p>ht = z + hp </p><p>ht; consta de 3 componentes: </p><p> elevacin de la columna </p><p> columna de presin y </p><p> columna de velocidad; </p><p>siendo esta ltima insignificante, ya que el flujo de agua subterrnea se considera muy lento. </p></li><li><p>Columnas y gradientes </p><p> Gradiente Hidrulico: </p><p>Es la variacin de la altura de la columna de agua por unidad de distancia entre 2 puntos de medicin. Para la figura anterior se calculara de la siguiente manera: </p><p> = </p><p>10015 (9818)</p><p>780 = </p><p>5</p><p>780 </p></li><li><p>Columnas y Gradientes </p><p>Para determinar el gradiente hidrulico y la direccin del flujo de agua subterrnea es necesario la siguiente informacin: </p><p>1. La posicin geogrfica relativa de los pozos </p><p>2. La distancia entre los pozos </p><p>3. La altura de columna de agua de cada pozo </p></li><li><p>Columnas y Gradientes </p><p>Ejemplo de determinacin del gradiente hidrulico y direccin de flujo </p><p>Se tiene la siguiente informacin: </p></li><li><p>Columnas y Gradientes </p><p> A. Identificar el pozo </p><p>con columna de agua intermedio. </p><p>B. Calcular la distancia entre el pozo con mayor columna de agua y el que tiene la menor, a la cul, se encuentre la misma altura que el pozo intermedio. </p></li><li><p>Columnas y Gradientes </p><p>C. Trazar una lnea recta que una el punto determinado en b y el pozo intermedio. </p><p>D. Trazar una perpendicular a la lnea recta trazada en c hacia el pozo de menor altura. (sta ser la direccin del flujo). </p><p>E. El gradiente hidrulico del sistema, corresponder al gradiente entre el punto de la lnea de nivel y el pozo de menor altura. </p></li><li><p>Ley de Darcy </p><p> Nos permite determinar la conductividad hidrulica, la cul, depende del tamao y disposicin de los poros y fracturas; y las caractersticas dinmicas del fluido. </p><p> Esta definida por la siguiente expresin: </p><p>Q = K*A*(</p><p>) </p><p> Donde: </p><p> Q = volumen de agua por unidad de tiempo </p><p> K = conductividad hidrulica </p><p> A = rea transversal en la direccin del flujo </p><p> = gradiente hidrulico </p></li><li><p>Conductividad hidrulica </p><p>www.gidahatari.com </p><p>Elementos que intervienen en la Ley de Darcy: </p></li><li><p>Conductividad Hidrulica </p><p> Determina el coeficiente de permeabilidad en trminos cuantitativos. </p><p>Podemos diferenciar hasta 12 rdenes de magnitud en los valores de conductividad hidrulica entre las rocas: </p></li><li><p>Conductividad Hidrulica </p><p>Si la magnitud de la conductividad hidrulica es la misma/diferente en distintas zonas en un rea determinada, se dice que el acufero es homogneo/heterogneo. </p><p>Si la direccin de la conductividad hidrulica es la misma/diferente en distintas zonas en un rea determinada, se dice que el acufero es isotrpico/anisotrpico. </p><p>No confundir con permeabilidad, que esta relacionado con el medio poroso, mas no con el fluido. </p></li><li><p>Sistema de Aguas </p><p>Subterrneas </p></li><li><p>Sistema de Aguas Subterrneas </p></li><li><p>Sistema de Aguas Subterrneas </p><p>Descarga </p><p> Ocurre en las zonas de cursos de agua y en las llanuras hmedas. (menor rea). </p><p> Se da de manera continua. </p><p>Recarga </p><p> Ocurre en las reas que se encuentran entre los cursos de agua. (mayor rea). </p><p> Se da de manera intermitente, inmediatamente despus de un evento de precipitacin. </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Un acufero es una formacin permeable capaz de almacenar y trasmitir cantidades aprovechables de agua. </p><p> Acufero Libre Aqul en el que el lmite de la zona saturada coincide con la interfase donde empiezan los poros no saturados de agua, de forma que nuevos aportes de sta simplemente elevaran esta interfase a una nueva posicin ms alta; o a la inversa, en el caso de extracciones de agua, la interfase descendera a cotas inferiores. </p><p>La caracterstica de la superficie fretica es que la presin que se aplica sobre ella es la atmosfrica (p = 1 atm). </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Acufero confinado </p><p>Cuando la superficie piezomtrica no coincida con la zona saturada del terreno. En un contexto geolgico en que aparezca una capa poco permeable de terreno (por ejemplo de roca compacta, sin poros) que confina un acufero debajo del cual, a su vez, vuelve a haber un zcalo poco permeable. </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Acufero confinado </p><p>La presin que ejerce el agua sobre el techo impermeable puede medirse por su equivalente de altura, h, que alcanzara una columna de agua con la base situada sobre dicho techo. </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Superficie piezomtrica de un acufero confinado en relacin a su rea de recarga </p><p>Fuente: USGS </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Superficie piezomtrica de un acufero confinado en relacin a su rea de recarga </p><p>Fuente: NGWA </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Superficie piezomtrica y lneas de flujo para una cuenca </p><p> Fuente: USGS </p></li><li><p>Acuferos </p><p>Acuifero Semiconfinado Tiene un comportamiento muy similar al de un acufero confinado, con la diferencia que la capa semiconfinante no se comporta como un acuicludo o un acufugo (materiales geolgicos que prcticamente no permiten el paso de agua a travs de ellos o que ste paso es despreciable), si no que se trata de un tipo de sedimento o macizo consolidado que, aunque con dificultad, permite un cierto flujo del agua (acuitardo). Este flujo se producir en el sentido que indique el gradiente vertical de carga hidrulica entre el acufero receptor (de mayor a menor potencial). </p></li><li><p>Flujo No Saturado </p></li><li><p>Capilaridad </p><p> La capilaridad es el ascenso del agua a travs de superficies tubulares largas y de dimetro pequeo. Esta es producto de 2 fuerzas: </p><p> Cohesin: Atraccin entre molculas de agua Adhesin: Atraccin entre molculas de agua y </p><p>diferentes partculas slidas. </p><p>Altura aproximada de ascenso en materiales granulares: </p></li><li><p>Capilaridad </p></li><li><p>Flujo No Saturado </p><p>El flujo continuo de una zona no saturada, puede ser calculado con la Ley de Darcy modificada (Heath, 1983): </p><p>Q = Ke *A * [ ( hc z</p><p>z ) +/- (</p><p>dh</p><p>dl ) ] </p><p> Q = volumen de agua por unidad de tiempo Ke = conductividad hidrulica efectiva A = rea transversal hc z</p><p>z = gradiente de capilaridad </p><p> dh</p><p>dl = gradiente hidrulico (gravitacional) </p></li><li><p>Flujo No Saturado </p><p>Q = Ke *A * ( </p><p> ) +/- (</p><p>) </p><p>+/- se considera + para flujo hacia abajo, y para flujo hacia arriba. </p><p> Cuando el flujo es vertical el gradiente hidrulico = 1 </p><p> Cuando el flujo es horizontal el gradiente hidrulico se considera = 0. </p></li><li><p>Flujo No Saturado </p><p>El gradiente de capilaridad se puede determinar con las mediciones de la presin hidrulica de un tensimetro. </p></li><li><p>Flujo no saturado </p><p>Tensimetro 1 Tensimetro 2 </p><p> ht = z + hp </p><p> ht = 32 + (-1) = 31 </p><p> ht = z + hp </p><p> ht = 28 + (-2) = 26 </p><p> El gradiente combinado de la capilaridad y gravitacional es igual a la diferencia entre columnas de agua dividido entre la distancia de los tensimetros (Heath, 1983 ): </p><p>hL</p><p>L= </p><p>31 26</p><p>32 28= </p><p>5</p><p>4= 1.25 </p></li><li><p>Flujo no saturado </p><p>Como la columna de agua del tensimetro 1 es mayor a la del tensimetro 2, entonces es verticalmente hacia abajo. Por lo que el gradiente debido a la gravedad es 1. </p><p>Entonces, </p><p> 1.25 = gradiente de + gradiente de gravedad capilaridad 1.25 = 1 + gradiente de capilaridad Gradiente de capilaridad = 0.25 </p></li><li><p>Flujo No Saturado </p><p>Relacin entre la conductividad hidrulica saturada (K) y la conductividad hidrulica en flujo no saturado (Ke). </p></li><li><p>Estratificacin </p><p>Los sedimentos son depositados en capas que tienen diferentes tamao de partculas, disposicin y composicin mineral. </p><p>Las diferencias en estas caractersticas entre las capas, hace que tengan diferente conductividad hidrulica, afectando la percolacin y el movimiento del agua a travs de la zona no saturada. </p></li><li><p>Flujo Saturado </p></li><li><p>Flujo saturado </p><p>En el flujo saturado todos los poros interconectados estn llenos de agua. Y la direccin del movimiento del flujo est regido por el gradiente hidrulico. </p><p>El flujo es predominantemente laminar, caracterstico de los depsitos granulares y fracturas de las rocas. Flujo turbulento slo ocur...</p></li></ul>

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