hidrogeologia 2010
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HIDROGEOLOGÍA:
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TEMARIO GENERAL:•Conceptos básicos de hidrogeología.
•Acuíferos: definición y clasificación.
•Zonas hidrogeológicas.
•Explotación de agua subterráneas.
•Calidad de las aguas.
•Función del ingeniero agrónomo en el tema.
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BIBLIOGRAFÍA:GUIA DE CLASES PRACTICAS (2010)
Morales, H.(1996) Introducción a la hidrogeología. Cuaderno AEA.
Heinzen et al. (1986) Memoria explicativa de la carta hidrogeológica escala
1/2:000.000.Heinzen et al. (2003) Mapa hidrogeológico del Uruguay a escala 1/1: 000.00
Semana hidrogeológica Uruguaya (1964) FAC. de Agronomía.
De Marsily, G. (1986) Quantitative Hidrogeology; Pergam on Press.
www.prenader.gub.uy
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La HIDROGEOLOGÍA es la aplicaciónde conceptos hidráulicos a unaestructura geológica para extraer de
ella aguas subterráneas aptas paradeterminado destino.
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En la producción agropecuaria es un
instrumento muy valioso porque permite laobtención de agua potable para usodoméstico, en tambos o lavado de frutas overduras a costos competitivos;algunos acuíferos permiten riego.
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ACUÍFEROS:Los acuíferos son unidades geológicas capaces de almacenar yceder agua con facilidad.
Se clasifican en POROSOS, FRACTURADOS y KÁRSTICOS.
Los acuíferos porosos se desarrollan en rocas sedimentarias;los fracturados se encuentran en rocas ígneas, metamórficas osedimentarias cementadas; los kársticos acumulan agua encavernas generadas por disolución de calcáreos.
En rigor la clasificación es mucho más compleja porque puedenusarse varios criterios.
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ACUÍFEROS POROSOSConceptos básicos:
•Porosidad.•Permeabilidad.•Trasmisividad.
•Nivel piezométrico.•Gradiente hidráulico.•Relación porosidad/permeabilidad.
•Recarga y exudación•Acuíferos confinados•Acuíferos semiconfinados
•Acuíferos libres
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POROSIDAD:En su concepto básico es el porcentaje de huecos que tieneuna roca o sedimento.Relación porosidad/granulometría. (Se expresa en % volumen)
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POROSIDAD:
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PERMEABILIDAD:Es la propiedad de permitir que pase el fluido (en este caso agua)dentro de un cuerpo. La permeabilidad se mide en m³/ m²/ seg.que en definitiva es una velocidad (m/seg).
K = Q . l
A . h
K: Coeficiente de permeabilidad L T־¹.Q: Caudal L³ T־¹.l: recorrido L.A: área de la sección L².
h: diferencia de carga.
K= L³ T־¹ L = L T־¹L² L
1 darcy= 10־³ cm/seg. = 3.6 cm/hora.
h
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ES VARIABLE PARACADA TIPO DE ROCA:
2000-5000Arena gruesa a grava fina
1500-2000Arena media a gruesa
1000-1500Arena media500-1000Arena fina a media
200-500Arena fina
50-200Arena muy fina20-50Arena limosa
5-20Limo arenoso
0.2-5Limo0.05-0.2Arcilla limosa
COEFICIENTE DECOEFICIENTE DECOEFICIENTE DECOEFICIENTE DEPERMEABILIDAD KPERMEABILIDAD KPERMEABILIDAD KPERMEABILIDAD K
(X10-4 cm/seg)
TIPO LITOLOGICOTIPO LITOLOGICOTIPO LITOLOGICOTIPO LITOLOGICO
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TRASMISIVIDAD:
T= K.b donde: K = Coef. de permeabilidad.b = espesor saturado del acuífero.
T = L T ־¹L = L² T ¹־Esta propiedad divide las unidades geológicas según el comportamientohidráulico en;
ACUÍFEROS: Cuando almacenan, ceden y dejan pasar el agua con facilidad (arenaslimpias...) ( T> 80 cm²/seg.)
ACUITARDOS: Cuando almacenan agua pero la ceden y dejan pasar con dificultad(limos) (T= 5 cm²/seg.)
ACUICLUÍDOS: Cuando almacenan agua pero no la ceden ni la dejan pasar (arcillas)
(T=0.05 cm²/seg.).ACUÍFUGOS: Cuando no almacenan agua: Rocas ígneas o metamórficas no alteradasni fracturadas.
ESTO ES APLICANDO CRITÉRIOS FÍSICOS. CON CRITERIOS ECONÓMICOS UN
ACUÍFERO ES TODA ROCA QUE BRINDA EL AGUA NECESARIA A COSTOS QUEPERMITEN RENTABILIDAD.
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ESPESOR EN cm DE TIPOS DE ROCA PARATRAMISIVIDAD DE 80 cm2/ seg
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NIVEL PIEZOMÉTRICO:
Es la superficie del nivel de las aguasen ausencia de bombeo se define comola distancia entre la superficie del
terreno y la superficie del agua en unpozo profundo o un brocal sinbombear.
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NIVEL PIEZOMETRICONIVEL PIEZOMETRICONIVEL PIEZOMETRICONIVEL PIEZOMETRICO
ACOTADOACOTADOACOTADOACOTADO:Npa es la cota del agua en el pozo.
Cota: Altura respecto del cero oficial.
NPa = cota - NP
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GRADIENTE HIDRÁULICO: (∆h/l)
K = Q . l ∆h = Q = L³ T־¹ = adimensional.
A . ∆h l A K L² L T־¹
Es la diferencia de altura entre dos Npa divididospor la distancia entre ellos; la dirección demovimiento del agua es hacia la zona de menorNpa. Dos puntos separados 1500 metros con
diferencia de 1 metro de Npa tienen un gradientehidráulico de 1/ 1500.
DARCY
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Velocidad: V = Q/A K . ∆h/IGradiente hidráulico: 1/1500Permeabilidad: K = 100 . 10 .4cm/seg־
V= K . I = 100 . 10-4 cm/seg. . 1/1500 = 0.06 .10 -4 cm/seg.
0.02 cm/hora = m/día.0,024 0,576
La velocidad de desplazamiento en arena
muy fina, según Darcy será .
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RELACIÓN:
POROSIDAD / PERMEABILIDAD
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ÁÁÁÁREAS DE LOSREAS DE LOSREAS DE LOSREAS DE LOS
ACUIFEROS POROSOS:ACUIFEROS POROSOS:ACUIFEROS POROSOS:ACUIFEROS POROSOS:
ACUIFERO
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CURSOS DE AGUAEFLUENTES
INFLUENTES
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Todos los conceptos usados hasta ahora seaplican a acuíferos porosos. Son estructuras
sedimentarias generalmente homogéneas lo quepermite extrapolar los datos puntuales en toda laextensión de la unidad con pocos riesgos de error.
Acuíferos:
Guaraní,
Mercedes,Raigón,
Cerrezuelo,
Chuy ...
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AcuAcuí í fero Guaranfero Guaraní í
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Corte Salto - Tacuarembó
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ACUACUÍ Í FERO RAIGFERO RAIGÓÓNN
3
1
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ACUÍFEROS DE FISURA:Se rigen por principios radicalmente
diferentes porque son muy heterogéneos y los datospuntuales no son extrapolables.
CARTA
A muy corta distancia dan resultados diferentes
CORTE
Í
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LITOLOGÍAS:
Estos acuíferos de fisura se encuentran enrocas impermeables que pueden ser sedimentariascementadas, metamórficas o ígneas.Son de enorme importancia porque en Uruguay más
del 50 % del subsuelo está constituído por rocasígneas o metamórficas.
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Las rocas no porosas se comportan
rígidamente y entonces se fracturancuando son sometidas a esfuerzos.Estas fracturas recortan las rocas
cristalinas y pueden contener aguahasta profundidades de 70 ± 20
metros desde la superficie.
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De esto surge una conclusiónfundamental:
La única forma de obtener agua enáreas de rocas cristalinas es ubicar una perforación que intercepte una omás fracturas. Como la mayoría son
casi verticales, la ubicación exactarequiere un delicado estudio previo.
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Dichas fracturas a su vez debenestar abiertas, es decir, no rellenas
de arcillas o limos resultando de
meteorización o acumulación.
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Además las fracturas deben estar conectadas con lasuperficie para poderse recargar. En Uruguay, toda elaguas subterránea es agua de lluvia infiltrada através del suelo o de los cursos de agua.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
DE ACUÍFEROS FISURADOS:En los acuíferos de fisura se dan condicionesespeciales:
• No hay superficies piezométricas regionales.
•No es recomendable perforar a más de 70 metros deprofundidad.
•Los estudios puntuales no son extrapolables.
•Las zonas fracturadas son discontinuas.
•Los caudales normales son de 3000 a 5000 lts/hora.
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TERRENO PIEDRA ALTACABALGADURAS CON PEGMATITAS
HORIZONTALES DISCONTINUADAS TECTONICASSUBHORIZONTALES CERRO COLORADO: 7 POZOS
IGUAL NPA.
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TERRENO PIEDRA ALTACABALGADURAS CON PEGMATITASHORIZONTALES
DISCONTINUIDADES TECTONICASHORIZONTALES
CERRO COLORADO: 7 POZOS IGUAL NPA
(nivel piezométrico acotado)
Í Á
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ACUÍFEROS KÁRSTICOS:Los acuíferos kársticos se dan exclusivamente en rocascarbonatadas: CALIZAS o DOLOMITAS.Se forman en cavernas subterránea por disolución de los
carbonatos con la circulación de las aguas con CO2.CO3Ca + CO2 + H2O = (CO3H)2Ca soluble.
En Uruguay no son frecuentes pero se conocen algunos casos.
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El agua subterránea es un recurso
mineral renovable de modo que si seexplota racionalmente se puede
aprovechar por largos períodos (variasdécadas).
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La prospección de agua subterráneaexige buena formación geológica y no esfunción del ingeniero agrónomo. Pero síes importante que el ingeniero agrónomodomine algunos conceptos para evitar manejos equivocados.
En los acuíferos de fisuras, en cambio, la
ubicación es crítica y no es convenienteperforar más de 70 metros porque lasfisuras se cierran.
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En los acuíferos porosos la
ubicación exacta no escrítica porque se comporta
como un acuífero isótropo yhomogéneo en la mayoríade los casos.
OBRAS DE CAPTACIÓN:
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OBRAS DE CAPTACIÓN:
Pueden ser de varios tipos:
pozos brocales.
CONVENCIONALES pozos artesianos.cachimbas.
drenes horizontales.NO CONVENCIONALES pozos puntuales.
zanjas y cunetas
NOTA:
Se tratarán solamente las convencionales.
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BROCALES:Son pozos de gran diámetro (0.8 a 1.2 m en el caso general)
con paredes de ladrillos donde el terreno es deleznable y paredesdesnudas si la rocas es autoportante.
El brocal en realidad es la parte saliente de la obra con una alturade alrededor de 1 m. Que conviene cubrirla herméticamente. Elgran cuidado es forrar y dejar impermeable la zona de rocadescompuesta y de suelo para evitar la contaminación delacuífero.
La gran ventaja que tiene estetipo de obra es que opera
bien en acuíferos pobres,Aunque la velocidad de recargasea baja se puede almacenarmucho agua
POZOS ARTESIANOS:POZOS ARTESIANOS:POZOS ARTESIANOS:POZOS ARTESIANOS:
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POZOS ARTESIANOS:POZOS ARTESIANOS:POZOS ARTESIANOS:POZOS ARTESIANOS:
Son perforaciones de pequeño diámetro ( 3 a 10 pulgadas)realizadas con máquinas perforadoras. La mayoría tiene 4 y 6pulgadas. Se recubren interiormente con caños de PVC o hierrosin costura.
En la o las zonas de aporte de aguasubterránea se coloca un filtro. En
los acuíferos sedimentarios hay quecolocar un pre filtro de grava finabien seleccionada y redondeadapara impedir el ingreso de arena o
arcilla.
POZOS ARTESIANOS
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POZOS ARTESIANOS:
Acuíferos confinados y libres.
Acuífero confinado.Camada
impermeable.
Camada confinante.
Acuífero libre.
Nivelfreático
Nivel de aguasubterránea.
Pozo ARTESIANOsurgente.
Pozofreático.
Pozo ARTESIANOno surgente.
Nivel
Piezométrico.
Zona de
recarga.
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El sellosanitario esla parteimprescindiblede todaperforación.Se constituye
de hormigón ydebe evitar elingreso deaguassuperficiales a
la perforación.
SELLO SANITARIO
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Sello sanitario
Entubado
Bombasumergible
Filtro
ACUIFERO
Rellenode grava
Estructurade un
pozo:
SELLO SANITARIO
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AL PERFORAR UN POZO SE
ARTAVIESAN NIVELES ACUÍFEROSCONFINADOS. EL AGUA SUBE
HASTA EL NE.
CAUDAL ESPECIFICO:
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CAUDAL ESPECIFICO:Es el caudal obtenido por metro de descenso del niveldinámico.NE: nivel estático antes de bombear.ND: nivel dinámico = nivel piezométrico cuando se alcanza elrégimen de explotación.s: descenso = NE – ND
s
Radio de influencia
ZONA FILTRANTE
CAUDAL DE BOMBEO:
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CAUDAL DE BOMBEO:
Recién después de conocido el caudal específico se puedecalcular el caudal de bombeo para mantener el ND adeterminada profundidad. El descenso máximo permitido deberespetar que:
• la bomba no debe succionar aire.
• todos los filtros deben quedar bajo agua.
Una perforación con caudal específico 1.15 m3/h/m, NE = 4m yprimer filtro entre 17 y 19m, ¿CUÁL ES EL CAUDAL MÁXIMO DEBOMBEO?
Descenso máximo razonable 16 – 4 = 12m.
Caudal = caudal específico * descenso = 13000 lts/hora.
GESTIÓN DE RECURSO:
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GESTIÓN DE RECURSO:
Evitar la sobre – explotación a cualquier costo.La sobre – explotación genera perjuicios =
obstrucción de filtros, quema de bomba...
El régimen de bombeo es el número de horas diariasen que puede funcionar la extracción contemplandoun período de recuperación. Lo normal son hasta 18
horas de bombeo y 6 de recuperación para evitar laprecipitación de sales.
Ó
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INFILTRACIÓN:
Es el proceso físico que permite la llegada del agua de lluvia alsubsuelo para renovar el acuífero.
Volumen infiltrado= volumen llovido – escorrentía.
Volumen de alimentación de acuíferos =volumen infiltrado – volumen retenido en el suelo.
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INFILTRACIINFILTRACIÓÓNN
NO VA A SER OBLIGATORIO REALIZAR EL
ENSAYO PORQUE NO ESTA A PUNTO ELMÉTODO.
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La tasa de infiltración se mide en el horizonte B del suelo.Se infiltra un volumen de agua por hora y por hectárea.
I = L3.T-1L-2= L .T-1
En zonas templadas isohigras la infiltración es de alrededor
300 mm/año <> 10 lts./seg./km2.
CALCULO:CALCULO:
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CALCULO:CALCULO:
Se expresa en mm/año o lts/seg./km2
L .T-1 L3T-1L-2
En zonas templadas vale alrededor de:
300 mm/ año. <> 10 lts/ seg./km2.3 dm/ año. 10 dm3. 3600.24.365 año/km.3 dm/3600.24.365 seg. 315360.103 dm3/año/106 m2.3 dm/315360.102 seg. 315360000 dm3/ año/10 8 dm2.
3dm3/dm2/31536000 seg. 3.15 dm3/año/dm2.
3/31536000 dm3
/10-2
m2
seg. 3.15dm/año.3/31536000dm3/10-8km2seg. 315 mm/año.3*10 2/ 3.15 dm3/seg. Km2.~ 10 lts./seg./km2.
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MEDIDA:
Para medir la infiltración se utiliza el método dePORCHERT (modificado).El ensayo evalúa la tasa de infiltración del horizonte
B porque es el menos permeable.
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INFILTRACIÓN Ξ MEDIDA
Para el ensayo se retira el horizonte A y se clava untubo de PVC de 6 pulgadas.Se satura el horizonte B agregando agua en el tuboy esperando un tiempo para no medir el agua desaturación. Esta es una etapa fundamental, luego sehacen medidas durante 30 minutos dentro del tubo.
MÉTODO DE PORCHERT:
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Se excava un hueco cilíndrico de 30 cm de diámetro hasta elhorizonte B o a 30 cm de profundidad, se satura y luego se llenacon agua hasta cierto nivel.
La superficie de infiltración es S:π R2 + 2π R h= π R ( R + 2 h)
La INFILTRACIÓN: I = R en 2 h1 + R2(t
2 – t
1) 2 h
2+ R
Exige medir h1 en el tiempo t1 y h2 en el tiempo t2
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D 4S =h1
Infiltración = h1 – h2t2 – t1 * s
MMÉÉTODO SUGERIDO:TODO SUGERIDO:
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Superficie de infiltración S= π * R2
.Volumen infiltración V= π * R2 (h1 – h2)
Tiempo transcurrido ∆T= t2 – t1
Se expresa en mm/año ó lts/seg./km2
ó m3
/h/km2
.
1
2
CALIDAD DE LAS AGUAS
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CALIDAD DE LAS AGUAS:
DESDE EL PUNTO DE VISTAAGRONÓMICO ES BASTANTE
IMPORTANTE CONOCER LACALIDAD DE LAS AGUAS
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EL CONTENIDO DE Ca++ Mg++
PUEDEN GENERAR PROBLEMASEN EL RIEGO; POR FORMACIÓN
DE CaCO3
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LA CONDUCTIVIDAD EN micromohs/cm,
PORQUE VALORES MUY ALTOSGENERAN RIESGOS DE SALINIZACIÓN;
EL CONTENIDO EN Na + PUEDE GENERARALCALINIZACIÓN Y DISPERSION DEARCILLAS (BLANQUEALES)
BIBLIOGRAFIA DE ORIENTACION
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BIBLIOGRAFIA DE ORIENTACION
• LA PUBLICACION MAS COMPLETA ESHEINZEN et al. (1986)
• TAMBIEN HAY QUE ACUDIR A LA PAGINAWEB DE PRENADER:
www.prenader.gub.uy• LA DIRECCION DE SUELOS Y AGUAS DEL
M.G.A.P. EN GARZON Y PENA ES UN LUGAR
DE CONSULTA
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CALIDADDE
AGUASPARA
RIEGO
<
a 1 0
P E L I G
R O D
E
A L C A
L I N I Z A C I O N D
E L S U E L O ( S A
R )
PELIGRO DE SALINIZACION DEL SUELO
SAR= RELACION ABSORCION DE SODIO
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m * 0.64 = ppmµMicromohs
Salinización < 500 ppm
++ ++
+
SAR =
O ms/cm
TRES
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65620078Na +
12936K +623239Mg ++
58223920Ca++
631092524SiO2
4671,6760340RESIDUO SECO
1190965SULFATOS
1716522889DUREZA (Co3Ca)604516596CLORUROS
2577927594ALCALINIDAD
(CO3Ca)
TRES
BOCASRIVERARAIGÓNCHUYppm
FUNCION DEL INGENIERO AGRONOMO
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CREAR LA CONCIENCIA NACIONAL DE ASEGURAR ELSUMINISTRO DE AGUA NECESARIA PARA CADAEXPLOTACION.
ACONSEJAR SI ES NECESARIO O NO DISPONER DERECURSOS SUBTERRANEOS.
CONOCER LA CAPACIDAD HIDROGEOLOGICA DE CADAZONA AYUDADO POR PRENADER.
CONTROLAR LA EJECUCION DE LA PERFORACION:CONSTRUCCION DEL SELLO SANITARIO, EXIGIR ANALISISQUIMICOS Y ASEGURAR CAUDAL CONTROLANDO BOMBEOPROLONGADO.
CONTROLAR EL USO CORRECTO DE LA PERFORACION.
NO DETERMINAR NUNCA LA UBICACIÓN DEL POZO.
EJERCICIOS DOMICILIARIOS
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Citar dos acuíferos que pueden ser utilizados para riego sinpeligro de salinización del suelo.Citar dos acuíferos que se pueden emplear para riego sinpeligro de alcalinización del suelo.Citar dos acuíferos con menos de 500 ppm de residuo seco.Cite un acuífero que no contenga sulfatos.
Señale dos formaciones geológicas sedimentarias quepueden comportarse como:Acuífero, acuitardo, acuicluído y acuifugo.¿ Que tipo de roca sedimentaria suministra los mayores
caudales?¿ Que tipo de acuífero puede instalarse en un granito?Señale cualidades positivas de los acuíferos porosos y losfisurádos.