introduccion hidrogeologia

7/23/2019 Introduccion hidrogeologia

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Introduccin a la Hidrogeologa

Pablo Guzmn Crdenas

[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]


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Contenido del curso

Introduccin

Hidrogeologa fsica

Tcnicas de investigacin de aguassubterrneas


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Objetivo del curso

Dotar elementos conceptuales yherramientas bsicas para un

entendimiento de lahidrogeologa fsica y las tcnicas

para el monitoreo e investigacinen campo


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Pozo de agua subterrnea California USA, Gobiernode California


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Parque Subterrneo Puerto Prncipe (Filipinas),(Matikas_0805 @ Wiki)
http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Matikas_0805http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Matikas_0805http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Matikas_0805


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Adaptado de: Guzmn, 2015


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Adaptado de: Guzmn, 2015


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Alcance del curso

Relevancia del agua subterrnea y elestudio de la hidrogeologa


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Manejo adecuado de las aguas subterrneas

requiere estudios de:Propiedades de los materiales porosos(suelo);

Teora de flujo de aguas subterrneas (Ley deDarcy);

Hidrulica de pozos;

Qumica del agua subterrnea;


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Manejo adecuado de las aguas subterrneas requiereestudios de:

Istopos ambientales;

Contaminacin hidrogeolgica;

Tcnicas de remediacin y manejo de aguassubterrneas.


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Recarga Artificial(e.g. perdidas en riego,

infiltracin aguasresiduales)

Recarga Natural(percolacin

precipitacin,infiltracin de agua

superficial)

RecargaIndirecta (Flujo

lateral)

Almacenamiento, acufero(aguas subterrneas)

Aprovechamiento sostenible del agua subrterrnea

Beneficios

econmicos

Beneficios

ambientales

Beneficios sociales

Extraccin deagua subterrnea

(agricultura, industria)

Descarga de aguasubterrnea(fuentes, aguas

superficiales, pantanos,zonas costeras)

Esquemas deabastecimiento

(agua potable)


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Que es hidrogeologa?


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La Hidrogeologa

Estudia la presencia, distribucin,movimiento e interaccin del agua

con la corteza terrestre;Es una materia interdisciplinaria,

que incluye aspectos de lahidrologa.


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Algo de Historia

El uso de agua subterrnea es anterior aque se estudiar su origen, ocurrencia y

movimiento

Primeros usos, aproximadamente

hace 3000 aos, qanat en Persia.


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Seccin longitudinal de un qanat. Adaptado de Beaumont (1968) y Biswas (1972)

Pie demonte

rea de recarga

Pozo principal

RocaimpermeableSeccin de

produccin deagua

Acufero (alluvium)

Entradas de aire

Canal

Granjairrigada


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Canal de irrigacinalimentado por unqanat en Omn. Fotopor M.R. Leeder


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Hasta el siglo 17 se asuma en general que elagua subterrnea no se originaba en la lluvia

En el siglo 18 John Dalton (qumico), hizoobservaciones que incluyen el origen de losmanantiales


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En 1815 William Smith (gelogo) us principiosde geologa para la solucin de problemashidrolgicos (caractersticas de las rocas y

estratos de suelo para localizar aguassubterrneas)

La revolucin industrial Inglesa incremento lademanda de agua la cual se supli con aguasubterrnea


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Henry Darcy, estudia el movimiento del agua atravs de arena y a travs de observacionesempricas define la ecuacin universalmente

conocida como ley de Darcy (1830)

En 1874 se introduce el trmino hidrogeologa y

produjo el primer mapa hidrogeolgico (Lucas1877)


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El Ciclo Hidrolgico


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Volmenes () tienen la unidad 106Km3, los flujos [] tienen las unidades 106Km3a-1, PorBerner y Berner (1987)


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Ciclo hidrolgicoPrecipitacin (lluvia, nieve);

Niebla(?)

P

Intercepcin en la vegetacin

Almacenamiento superficial

Zona de races (rea no saturada)

Agua subterrnea

DescargaQ

I

R

Qo

Qi

Qb

Eint

Esup

Evap

E

Esub


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Hidrogeologa Fsica

Introduccin

La existencia de agua subterrnea (suelo y

manantiales) depende de:

i l d l


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Litologa de losmaterialesgeolgicos;

Estructurageolgicaregional;

Geomorfologa;

Disponibilidad de

recursos pararecarga;

(Barbecho y Calle,

2012)


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La mayora del agua subterrneadebe su origen al ciclohidrolgico (agua superficial yatmosfrica)


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El proceso de recarga por aguas atmosfrica osuperficiales, inicia con la infiltracindel aguaen el suelo;

Diferentes tipos de suelo definen distintastasas de infiltracin (capacidad de infiltracin);


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Infiltracin

Nassif y Wilson (1976); basado en trabajoexperimental determinaron que la tasa deinfiltracin para cualquier suelo bajo lluvia

constante es de acuerdo a:

f = fc + u exp (-K t)


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f = fc + u exp (- K t)

Tasa deinfiltracin

al tiempo t

(mm/h)

Capacidadde

infiltracin

(mm/h)

fo -fc

fo es la capacidad deinfiltracin inicialcuando t = 0

(mm/h)

Es una constante para un tipoparticular de suelo y superficie


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fc yfoson funciones de lacobertura y tipo de suelo;

En suelos superficiales con racesestos valores se incrementan;


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fc (capacidad de infiltracin)

es una funcin tambin de la pendiente;

Sobre el limite de pendiente en el rango

superior de 16% a 24% la variacin esmenor;

La intensidad de lluvia es la variable demayor influencia enfc;


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esfcconstante

para unmismo tipo

de suelo?


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E. M. Wilson (1983), la tasa de infiltracin alparecer es controlada en gran forma por losporos de la superficie.

hh


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Porosidad

La porosidad del suelo o de una roca es lafraccin de un volumen de material dado que

es ocupado por aire (espacio vaco), laporosidad usualmente se expresa como n


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Porosidad

Tipos de porosidad con relacin a la textura de las rocas.a) Depsito sedimentario con alta porosidadb) Depsito sedimentario con baja porosidad

c) Depsito sedimentario con pequeas piedras con porosidad propia, de altaporosidadd) Depsito sedimentario cuya porosidad ha sido reducida por la deposicin de

materia mineral en los espacios vacose) Roca soluble con porosidad creada por la dilucin de la rocaf) Roca cristalina con porosidad debido a fracturas

Por Meinzer (1923)


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Porosidad,

=

Volumen devacos

Volumen Total

= 1

Densidad sueloseco

Densidad de

los slidos


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Porosidad,

En rocas fracturadas la porosidad secundaria (defracturas):

= , donde:

es el nmero de intersecciones por unidad de distanciaque intersectan una lnea recta escaneada a lo largo de unafloramiento rocoso,

es la apertura media de las fracturas


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Porosidad,

=

1 + =

Volumen devacos

Volumenslidos

Tasa o proporcin devacos


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Porosidad

Freeze y Cherry (1979) y

Back et al. (1988)


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Conductividad

hidru

licamd

-1

Tamao de grano, d50 (mm)

Acufero aluvial 1,

Ro 2,Acufero aluvial 2,


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Las propiedades del material geolgico

influencian significativamente la isotropa y lahomogeneidad de la distribucin de laconductividad hidrulica.


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Manantiales, fenmenos hidrotermales, y

agua permanentemente congelada en elsuelo constituyen casos especiales enhidrogeologa


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Superficie del suelo


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Zona nosaturada

Agua

subterrnea

Rocaimpermeable

Divisin del agua sub superficial

Zona deaireacin

Zonasaturada

Zona deraces

Zona nosaturada

intermedia

Zonacapilaridad

d d i id d


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Ley de Darcy y conductividadhidrulica

El agua contenida en las distintascavidades interconectadas del suelo se

mueve y la capacidad de la roca (suelo)de transmitir y almacenar el aguaconstituye sus propiedades hidrulicas

L d D d i id d


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Ley de Darcy y conductividadhidrulica

De las leyes que gobiernan elcomportamiento del agua subterrnea

en material saturado la principal es ladesarrollada por el ingeniero FrancsHenry Darcy (1856)

P d i l


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Permemetro para determinar laconductividad hidrulica (Darcy)

Flujo desde un tanque conaltura de aguaconstante,Q

rea, A

Flujo de salidaQ

Largo, L

Material poroso conconductividadhidrulica, K

Nivel de referencia

h1 h2

Manmetro paramedir la altura deagua h

Permemetro

= ( )


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=

=

Flujo(L3T-1)

Gradientehidrulico

Area (L2)

Conductividad hidrulica delmedio poroso ( ? )

Conductividad


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Conductividadhidrulica, K

Freeze y Cherry (1979) y

Back et al. (1988)


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Conductividad

hidru

licamd

-1

Tamao de grano, d50 (mm)

Acufero aluvial 1,

Ro 2,Acufero aluvial 2,


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Las propiedades del material geolgico

influencian significativamente la isotropa y lahomogeneidad de la distribucin de laconductividad hidrulica.


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Isotropa y homogeneidad

Fetter, 2001


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Fetter, 2001


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Darcy para flujo en tres dimensiones

= , =

, =


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