William S. LUDWICK, PG #5645 Lima, Perú

HIDROLGIA GLOBALNoviembre 2015

el FLUJO de AGUA SUBTERRANEA

Objetivos generales de la CharlaBrindará un panorama del

• Régimen de aguas subterráneas• La interacción con el agua

superficial• La importancia de la

conceptualización de la hidrogeología

Para que los profesionales involucrados pueden tomar las mejores decisiones en el diseño y instalación de pozos y piezómetros.

PIEZÓMETROS DE MONITOREO Y LA CALIDAD DE AGUA SUBTERRÁNEA

Modelo conceptual del Ciclo de Agua Superficial

Precipitación

Evaporación

Infiltración

Transpiración

Escorrentía

Flujo subterránea

vertical y lateral –

hacia el acuífero ó

manantiales

¿Dónde esta el agua subterránea?En los acuíferos sedimentarios el agua se encuentra entre los granos de la arena ó la

grava - imagínate un balde lleno con grava - ¿Dónde va el agua?

En los acuíferos rocosos, el agua se encuentra rellenado las fisuras ó fracturas – la mayoría del agua esta en las fracturas con un porcentaje pequeño dentro de la matriz.

En la foto los perforistas han cortado una falla abierta la cual era lleno de agua. Antes de la falla la roca era casi seco.

Acuíferos Libres y Acuíferos Confinados

Acuífero libre es conectado a la atmosfera a través de la zona no saturada

Acuífero confinado tiene un sello por arriba; el sello puede ser un acuitardo ó un acuicludo.

En los acuíferos libres hablamos sobre la Napa freática: la superficie del agua debajo la superficie.

En los acuíferos confinados hablamos sobre el Nivel piezométrica.

¿Cómo fluye el agua subterránea – porque se mueve?

La ecuación principal del flujo de agua subterránea en medios saturados, en condiciones transitorias, en un acuífero confinado heterogéneo, aniso-trópico; con la solución de esta obtiene la carga hidráulica, h (x, y, z, t)

La solución de esta ecuación describe el valor de la carga hidráulica en cualquier punto del campo de flujo tri-dimensional por tiempo; es decir, en condiciones transitorias.

¿Cómo fluye el agua subterránea – porque se mueve?

Condiciones de estado estacionarioLa ecuación para un acuífero no-confinado homogéneo, isotrópico

(acuífero libre con napa freática) en medios saturados, en condiciones estáticas (sin cambios por tiempo), la solución esta mas simple:

La solución de esta ecuación describe el valor de la carga hidráulica en cualquier punto del campo de flujo tri-dimensional.

Ecuación en condiciones transitorias, no condiciones de estado estacionario.

La solución a la ecuación en 2-D describe el flujo de agua subterránea en las direcciones vertical y horizontal.

Flujo en términos de Engería Potencial

Este diagrama muestra piezómetros en un acuífero homogéneo, no confinado; los piezómetros ilustran el potencial piezométrico y la dirección del flujo de agua subterránea.

Nota que en este caso, el nivel de agua estática en los piezómetros no es lo mismo que la napa freática; en este caso, los piezómetros están abiertos solamente sobre un tramo corto en la parte inferior.

Caso especial: Condiciones artesianos están causadas por dos condiciones:

1. Control geológico2. Control topográfico

Lo mas conocido es control geológicos

Pero lo mas común es el control topográfico

Ejemplo de condiciones artesianos causadas por condiciones geológicas.

Diagrama que ilustra el control topográfico que conducen a pozos artesiano.

Para un acuífero no-confinado la Carga Hidráulica tiene dos partes:

Altura y Presion hT = hA + hP

La relación fundamental para describir el flujo de agua en un acuífero libre: HT = HA + HP Carga es la suma de cota topográfica + presión de poros Donde HA es la elevación del punto de medida y HP es la presión de poros resultado de la columna de agua por encima de este punto.HA

HP

Elaboración de un modelo conceptual del agua subterránea

La infiltración no usado por la vegetación ó no perdido a la evaporación fluye por abajo a través de la zona no saturado hacia la zona saturada.

Esta agua forma la recarga al acuífero profundo. Esta agua puede ser almacenada en los acuíferos libres ó confinados.

Modelo Conceptual Preparar un modelo conceptual puede ser simple ó complicado, depende del

propósito para el que se esté construyendo y los datos disponibles.

Para una línea base, con una red a gran escala, no se necesita un nivel de detalle muy preciso. Si se trata de un programa de vigilancia, esa preparación tiene que tener un equilibrio entre de la escala y los datos disponibles.

Los componentes principales para establecer un modelo conceptual incluyen los datos de:

la topografía, la hidrología, la hidrogeología y la hidroquímica.

Modelo Conceptual del Flujo del Agua en una Mina

TAJO ABIERTO Botadero de Desmonte

Dato Piezométrica en planta – Isohipsas y direcciones del Flujo

Análisis de Niveles Piezométricos

Diseño detallado de piezómetrosEl diseño y tipo del piezómetro determinará la

precisión de los datos y tiene implicaciones a las muestras de la calidad de agua

a) A. Sección ranurando corto – monitorear intervalo especifico; acuíferos que no tienen mucho cambio en el tiempo.

b) B. Sección ranurado largo – monitorear el promedio de las características del acuífero; monitorear el descenso del nivel freática durante desagüe de la mina

c) C. Solo un punto – obtener datos preciso: calidad del acuífero; medir la presión de poros; VW sensores de cuerda vibrante

Piezómetros de Monitoreo y la Calidad de Agua Subterránea

Sección vertical de un acuífero hipotética para ilustrar el efecto de los componentes verticales del flujo en piezómetros con filtros largos

Gracias por tu atención - ¿Preguntas?

Es el flujo del agua subterránea lo cual esta responsable del transporte de solutos dentro de acuíferos. La velocidad del flujo de aguas subterráneas puede expresarse de manera más simple por:

Donde:

Kx es la conductividad hidráulica de la formación en la dirección de flujo (x),

dh/dx es el gradiente hidráulico, y

n es la porosidad efectiva de la formación.

Términos de los hidrogeólogos:

Acuífero – formación geológica que permite que circule el agua relativamente rápida y con facilidad, ej: arenas, gravas, roca bien fracturada como la arenisca de LLN ó la toba con alteración cuarzo-alunita en Pierina

Acuitardo – una formación saturada pero que el agua circula muy lentamente, ej –arcillas, limolitas, lutitas

Acuicludo - una formación saturada pero no permite que el agua circule;

ej – granito sin alteración ó no fracturado

Agua aislada – agua subterránea colgada arriba un acuitardo de arcilla, limolita ó lutita

Conductividad Hidráulica (K) (permeabilidad) – unidades de la Velocidad (cm/dia)

Los supuestos Dupuit para Flujo en Acuíferos No Confinado sostiene que el agua subterránea fluye horizontalmente en un acuífero no

confinado y que la descarga de aguas subterráneas es proporcional al espesor del acuífero

saturado. Este requiere que el nivel freático sea relativamente plana y que el agua subterránea sea hidrostática es decir, las líneas equipotenciales son verticales.La consecuencia de estas suposiciones es que:

La descarga Q = - K * h * dh/dx.En esta relación, h = la carga piezométrica en la napa freática y también el espesor del acuífero saturado.