Hidrogeologia petroleros _ Unidad I.pdf

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<p>HIDROGEOLOGIA.La Hidrogeologa o Hidrologa Subterrnea es una Rama de la HIDROLOGA la cual se define como: La ciencia natural que estudia al agua, su ocurrencia, circulacin y distribucin en la superficie terrestre, sus propiedades qumicas y fsicas y su relacin con el medio ambiente. (Comit Coordinador del Decenio Hidrolgico Internacional;UNESCO, 1965)</p> <p>Segn Custodio, E y Llamas M.R., 1996, definen la Hidrologa Subterrnea o Hidrogeologa como: Es la parte de la Hidrologa que corresponde al almacenamiento y circulacin y distribucin de las aguas terrestres en la zona saturada de las formaciones geolgicas, teniendo en cuenta sus propiedades fsicas y qumicas, sus interacciones con el medio fsico y biolgico y sus reacciones a la accin del hombre.</p> <p>La Hidrologa subterrnea es aquella parte de la Hidrologa que considera las aguas situadas bajo la superficie del terreno, as como sus manifestaciones exteriores e intercambios con los otros medios que son objeto de la Hidrologa (Custodio y Llamas, 1976; Price, 1996). Por supuesto que las fronteras entre las diferentes ramas de la Hidrologa son difusas, como sucede con el conocimiento del agua en el suelo, donde confluyen las Hidrologas superficial, atmosfrica, edfica y subterrnea, y las Ciencias con las que estn relacionadas: Climatologa, Edafologa, Geologa, Geofsica, Geoqumica y Biogeoqumica. Para exponer los limites del dominio de la Hidrologa Subterrnea vamos a enumerar los campos de la ciencia y de la tcnica con los que est relacionada o que la utilizan. En el Cuadro 1 se pueden ver los campos diferentes, las tcnicas y aplicaciones que se utilizan y los desarrollos cientficos y tecnolgicos relacionados.</p> <p>HIDROGEOLOGIA., las leyes que rigen la circulacin del agua, los caracteres fsicoqumicos de las aguas subterrneas y su evolucin, la prospeccin y explotacin de estas aguas y una numerosa relacin de aspectos especficos, entre los que puede incluirse la incidencia del agua en las obras de infraestructura. Adems, dada la necesaria preocupacin por el medio ambiente se han desarrollado ampliamente los temas relacionados con la contaminacin de las aguas subterrneas y, en general, la proteccin de los recursos hdricos.</p> <p>Una definicin mas adecuada para este curso sera la siguiente: La Hidrogeologa como Ciencia estudia los materiales geolgicos en cuanto que condicionan la presencia, distribucin y flujo del agua en el subsuelo, la relacin del agua subterrnea con el entorno geolgico,</p> <p>El concepto de ciclo hidrolgico lleva consigo el movimiento o transferencia de las masas de agua, de un sitio a otro y de un estado a otro. El movimiento permanente del ciclo se debe fundamentalmente a dos causas; El Sol. Provee energa para elevar el agua el suelo (evaporacin) y, Gravedad. Precipitacin. Suponiendo que el ciclo se inicia cuando una parte del vapor de agua (es un ciclo por lo que no tiene principio ni fin), de la atmsfera se condensa y da origen a precipitaciones en forma de lluvia o nieve. Cuando la precipitacin alcanza la superficie del terreno, tenemos: Almacenamiento Superficial. Charcas, Lagos o mar. Escorrenta Superficial. Ros y riachuelos. Infiltracin. Penetracin bajo superficie, saturacin de poros o fisuras. Organismos. Tanto en su cuerpo como para sus funciones vitales. En todas las etapas estn sometidas a evaporacin y en las dos primeras pueden estar influenciadas por la infiltracin.</p> <p>El agua retenida en el suelo vuelve a la atmosfera en forma de vapor bien por evaporacin directa o bien por transpiracin de las plantas. En la prctica, es difcil separa el volumen de agua que pasa a la atmosfera por evaporacin del que lo hace por transpiracin por lo que se suelen tratar en conjunto en un concepto denominado Evapotranspiracin. De lo anterior las componentes del ciclo hidrolgico son: PRECIPITACIN, EVAPOTRANSPIRACIN, INFILTRACIN Y ESCORRENTIA.</p> <p>BALANCE HIDROLGICO.En general el ciclo hidrolgico lo podemos observar como transferencias energticas con sus correspondientes transferencias de masas, por lo que atendiendo a la ley de la conservacin de la masa y considerando una cuenca cerrada y para un tiempo determinado tendramos:Almacenamiento =PrecipitacinEvapotranspiracinEscorrentia.</p> <p>La anterior ecuacin es conocida como Balance hidrolgico de una cuenca y puede ser simplificada a: EntradasSalidas = Variacin en el almacenamiento. La situacin se complica si no es un sistema cerrado, si existen intercambio de agua natural, con otras cuencas o artificialmente. Por lo que tenemos que tener claro que en un balance hidrolgico solo es vlido para unas condiciones de espacio y tiempo especficos.</p> <p>En la anterior ecuacin estamos suponiendo que la precipitacin es la nica fuente de agua, y que por escorrenta nos referimos tanto a la superficial como subterrnea.</p> <p>Ejemplo: Una cuenca hidrogrfica tiene una superficie aproximada de 500 Km2, y recibe una precipitacin anual (P) de 3 x 108 m3/ao. Tambin se ha estimado que la escorrenta total (E) asciende a unos 120 x 106 m3/ao. Si el volumen de almacenado en la cuenca se mantiene aproximadamente constante al cabo de dicho perodo de tiempo, calcular la evapotranspiracin real (ETR) en mm. Atendiendo la Ley de la Conservacin de la Masa: Entras Salidas=almacenamiento. En este caso: PEETR=V=0.(1).Homogenizandounidadesyteniendoque1mm=1L/m2 La precipitacin en mm/ao ser: P = 3 x 108 m3/ao x 1000 L/m3 = 3 x 1011 L/ao. 500 Km2 x 106 m2/Km2 = 5 x 108 m2 P (mm) = 3x1011 L/ao / 5 x 108 m2 = 600 mm/ao. Y la Escorrenta: E (mm) = (120 x 106 m3/ao x 1000L/m3)/(500Km2x106m2/Km2) = 240L/ao m2 = 240 mm/ao Aplicando (1). ETR = (600200)mm/ao = 360 mm/ao.</p> <p>O lo que es lo mismo: PE = ETR 3 x 108 m3/ao 1.2 x 108 m3/ao = 1.8 x 108 m3/ao Lo dividimos entre la superficie de la cuenca, para obtener un valor unitario o sea en m. (1.8x108m3/ao)/(5x108m2) = 0.360 m/ao x 1000 mm/m = 360 mm/ao</p> <p>A hora analizaremos cada uno de los trminos del ciclo hidrolgico. Precipitacin. Cualquier y todas las formas del agua, en estado lquido o slido, que cae de las nubes hasta llegar a la tierra. Esto incluye la lluvia, llovizna, llovizna helada, lluvia helada, granizo, hielo granulado, nieve, granizo menudo y bolillas de nieve. La cantidad de precipitacin se expresa generalmente en milmetros midiendo la profundidad del agua en estado lquido en la sustancia que ha cado en un punto determinado durante un perodo especfico de tiempo Cmosemide? Pluvimetros. Registro discreto de precipitacin en un punto durante un da, no da informacin sobre la distribucin de la precipitacin durante el da. Pluviografos . Registro continuo de precipitacin, provee un pluviograma curva de precipitacin acumulada.</p> <p>De un pluviograma se puede obtenerse: Volumen total de agua precipitada. Hora de comienzo y fin de cada tormenta. Intensidad mxima de precipitacin (Volumen mximo de agua cada en la unidad de tiempo). Coincide con la mxima pendiente del pluviograma. Curvas de intensidadduracinfrecuencia, que se utilizan para el clculo de perodos de retorno de tormentas de diferentes intensidades.Pluvimetro</p> <p>Pluviogrfo</p> <p>CALCULO DEL VOLUMEN DE AGUA PRECIPITADO SOBRE UNA CUENCA. Este se realiza para la precipitacin media de toda la serie considerada, para la media de una secuencia seca representativa, para la media de una secuencia hmeda representativa, para el ao ms seco del perodo y para el ao ms hmedo del perodo. Los mtodos clsicos para calcular el volumen de agua precipitado sobre una cuenca son tres: a) b) c) Media Aritmtica. Polgonos de Thiessen. Isoyetas. b) POLIGONOS DE THIESSEN. Es una media ponderada, A cada estacin pluviomtrica se le asigna un rea de influencia delimitada por un polgono el cual se obtiene de la siguiente manera:Se realiza una triangulacin de la cuenca uniendo cada una de las estaciones pluviomtricas, con las adyacentes a ellas. Se trazan las mediatrices de cada uno de los lados de los tringulos dibujados. Estas mediatrices definen una serie de polgonos y cada uno de ellos encierra una estacin. Suponiendo que la precipitacin media en esa estacin define la del rea del poligono. Se multiplica la precipitacin en cada estacin por el rea del polgono asociado, obtenindose el volumen de agua precipitado en cada polgono, la suma de todos estos es el volumen de precipitacin de la cuenca, Si se quiere dar el equivalente en mm basta dividir el volumen total entre la superficie de la cuenca.</p> <p>a)MEDIA ARITMTICA. Calcula la precipitacin sobre la cuenca como la media aritmtica de la precipitacin para el perodo considerado.</p> <p>Donde: hp = es precipitacin media, hpi es la precipitacin registrada en la estacin i y n es el nmero de estaciones bajo anlisis. Es un mtodo rpido utilizado en zonas con topografa suave y homogeneidad climtica en la cuenca, pues da el mismo peso a la precipitacin de todas las estaciones. Suele utilizarse como una primera aproximacin.</p> <p>Donde: Ai = Es el rea de influencia de la estacin i y AT = rea Total del cuenca. Este mtodo es puramente geomtrico y no toma encuenta la fisiografa de la cuenca, da buenos resultados en zonas con fisiografa homognea, a medida que aumentan los accidentes topogrficos, es necesario un incremento en el nmero de estaciones para obtener datos fiables. c) MTODO DE ISOYETAS. Se define como isoyeta como el lugar geomtrico de los puntos de igual precipitacin. Este mtodo tambin es una media ponderada. Al rea entre cada dos isoyetas, se le aplica la precipitacin de la isoyeta media de las dos que limitan esa rea. La suma de los volmenes de agua as calculados proporciona el volumen total de agua precipitado sobre la cuenca. Es el mtodo que se ajusta mas a la realidad, si se toma en cuenta la meteoreologia de la zona, su funcin viene dada por:</p> <p>Donde: Ai = Es el rea de influencia de la estacin i y AT = rea Total del cuenca.</p> <p>Ejemplo: En la cuenca mostrada en la figura anterior (6.21 a) se tienen entre parntesis, registradas las altura de precipitacin. Calcular la precipitacin media en la cuenca usando los tres mtodos vistos anteriormente. Mtodo Aritmtico. hpm = 1/6(12+9+19+14+23+27) = 17.33 mm. Mtodo de Polgonos de Thiesen. La figura aledaa muestra la configuracin de cada uno de los polgonos, de los cuales se ha determinado lo siguiente: Mtodo de Isoyetas. Como se observa en la siguiente figura si se trazan isoyetas a cada 5 mm, la cuenca queda dividida en cinco partes, cuyas reas y altura de precipitacin son:</p> <p>Estacin 1 2 3 4 5 6 Ai</p> <p>reaAi(Km2) 4613 1170 2802 4061 3314 1390 17350</p> <p>Hpi (mm) 12 9 19 14 23 27 hpiAi</p> <p>hpiAi(mmKm2) 55356 10530 53238 56854 76222 37530 289730</p> <p>De lo anterior tenemos que la precipitacin media sera hpm = 16.69 mm</p> <p>Isoyeta 05a10 10a15 15a20 20a25 25a30 Ai</p> <p>Area(Ai) 368 7295 5452 2237 1998 17350</p> <p>hpi(mm) Ai(hpi) 7.5 2760 12.5 91187.5 17.5 95410 22.5 50332.5 27.5 54945 hpiAi 294635 hpim 16.9818444</p> <p>Como escorrenta denominamos al agua que circula por los cauces de los ros. A los volmenes circulantes en unidades pequeas (generalmente seg), se le denomina caudales instantneos, expresandose en m3. Para intervalos de tiempo mayores (das a aos), el volumen se mide en hm3 y se denomina aportaciones. La escorrenta superficial depende de: Precipitacin (Intensidad, duracin y distribucin). Permeabilidad del suelo y roca. Vegetacin y Pendiente del Terreno. Entendemos a la Cuenca como un rea topogrficamente delineada que resulta drenada por un sistema de corrientes de agua, o sea, la superficie total que drena hasta un cierto punto de una corriente o ro. La cuenca es una unidad hidrolgica que ha sido descrita y usada como unidad fsicobiolgica y unidad socioeconmicapoltica para planificar y ordenar recursos naturales. Tambin, la Cuenca hidrogrfica puede considerarse como la unidad territorial que constituye un sistema ambiental integrado por factores fsiconaturales y socioeconmicos, dinmicos e interrelacionados entre s, los cuales operan dentro y fuera de la misma cuenca.</p> <p>El volumen de agua precipitado en el intervalo de tiempo seleccionado se calcula, en litros, multiplicando la precipitacin en mm por el rea de la cuenca en m2. Como suele obtenerse una cifra muy elevada, se suele expresar en hm3 ( 1 hm3 = 106m3 = 109L). Pare el caso anterior el volumen precipitado sera. A(m2) = 17350 Km2 x 106 m2/Km2 = 1.735 x 109m2 Ahpm = (1.7350 m2 x 17 mm) x 109 = 2.95 x 1010L. La precipitacin de recibida en la cuenca para el periodo seleccionado es de 29.5 hm3. ESCORRENTIA. Como hemos indicado, por el termin Escorrenta, nos referimos tanto a la superficial como a la subterrnea, aunque en este apartado nicamente nos referiremos a la primera, en virtud a que el objetivo del curso se fundamenta en la segunda y ser abordada mas ampliamente, en otras unidades.</p> <p>Una definicin mas sencilla sera: Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde (si fuera impermeable), las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida. Corriente. Flujodeaguacanalizadodecualquier tamao. FLUJOSDECORRIENTE: A)FLUJO LAMINAR (La trayectoria de las partculas de agua son paralelas entre s y el cauce. (Velocidades bajas, en canales rectos y poco profundos) B) FLUJO TURBULENTO. Movimiento irregulares en remolino. (Velocidades altas, irregularidades del lecho)</p> <p>TRANSPORTEDESEDIMENTOS. CargaenSolucin(Cargadisuelta). DisolucindemineralesporelAgua(ppm) CargaenSuspensin. Partculasfinasdearenasaarcillas,colorturbio. CargadeTraccin(CargadeFondo). Rodamiento,deslizamientoysaltacin.</p> <p>Parmetros Geomorfolgicos o Hidrogrficos. Parteaguas. Lnea imaginaria formada por los puntos de mayor nivel topogrfico y que separa la cuenca de las cuencas vecinas.Mtodo de Trazado: Las divisorias pasan por los picos ms elevados de una zona. Partiendo del punto ms alto de una montaa, hay que desplazar el lpiz procurando perder la menor altitud posible, por la lnea de mnima pendiente. La divisorias coinciden con el eje de una alineacin montaosa (la cuera, la lnea de cumbres ) y por lo tanto viene a ser como planos de simetras de las curvas de nivel. La divisorias pasa por el medio de la uves que hacen las curvas de nivel en las cuerdas. Una depresin aparece en el mapa con al menos cuatro curvas de nivel en forma de V enfrentadas. La divisoria pasa por el medio de la V de las dos curvas de mayor altitud. Cada cuenca hidrogrfica es nica y cerrada. Esto no quita el que la cuenca pueda dividirse en subcuencas. La confluencia de un rio y su afluente es el punto de partida para una divisoria, la otra margen de uno de los cauces, tendr que cerrarse la cuenca.</p> <p>rea de la Cuenca. Superficie en proyeccin horizontal delimitada por el parteaguas. Corriente Principal. Es la que pasa por la salida de la misma. Entre ms corrientes tributarias (toda aquella que no es principal y en la cuenca solo hay una principal), se tengan, ms rpida ser la respuesta a al precipitacin.</p> <p>Orden de Corrientes. El orden de la cuenca refleja el grado de ramificacin o bifurcacin de la cuenca. Para definir este parmetro, es necesario introducir el...</p>