la yarada modelamiento master

7/28/2019 La Yarada Modelamiento Master

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

Facultad de Ingeniera Civil

Unidad de Posgrado

Modelamiento para el anlisis de la variacin

hidrogeolgica espacial del acufero la Yarada-Tacna

Tesis para optar el grado de Maestro en Ciencias con mencin en

Ingeniera Hidrulica

Autor:

Rojas Rubio, Hugo Amado

Asesor :

Santayana Vela, Sebastin

Lima Per

2008


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Tabla de contenido

Tabla de contenido.............................................................................................................2

Resumen............................................................................................................................3

Abstract..............................................................................................................................5

Introduccin.......................................................................................................................7

Texto completo:...............................................................................................................10


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Resumen

El presente estudio realizado en el acufero La Yarada, en el Departamento de Tacna,

tiene como objeto modelar en rgimen permanente el acufero y luego simular su

comportamiento bajo diferentes hiptesis de explotacin con la finalidad de determinar

la variacin espacial del nivel esttico del agua subterrnea y determinar la evolucin

del riesgo de intrusin marina en el acufero, el cual constituye un problema en la

actualidad.

El modelo de flujo del agua subterrnea en este estudio, fue desarrollado usando el

MODFLOW del USGS (U.S. Geological Service), compilado en la adaptacin

comercial por el Waterloo Hydrogeologic Inc., llamado Visual MODFLOW versin

3.1; por el cual se construye un modelo de flujo tridimensional de diferencias finitas del

agua subterrnea.

El rea de la regin simulada es de 845.98 km2. Se consider un modelo de una sola

capa con celdas de 100 m x 100 m, en las zonas de mayor explotacin del acufero, con

un espaciamiento irregular de la malla, presentando una disposicin final de 456 filas

por 430 columnas. El modelo fue diseado en condiciones de flujo permanente con

datos del nivel fretico medidos en Junio de 1988, siendo el caudal de explotacin

estimado en 165,743 m3/d, o el equivalente a 2.75 m3/s.

Los niveles de agua subterrnea fueron estimados durante el proceso de calibracin del

modelo y comparados con los medidos en los pozos de observacin en 1988. El modelo

fue calibrado usando un ajuste de parmetros manual de ensayo-error. Los ajustes

fueron hechos a parmetros incluyendo los valores de razn de recarga y la

conductividad hidrulica hasta que la calibracin limite fue encontrada. Se obtuvo un

error normalizado de la raz media cuadrtica de los niveles NRMS de 0.06356

(6.356%), observndose un mayor ajuste en los pozos ubicados en la zona de La Yarada

(zona de mayor inters de la investigacin) y una mayor dispersin en la zona de los

Asentamientos, ubicada prxima a Tacna y Santa Rosa, cerca a la frontera con Chile.


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Los resultados muestran que la direccin principal del flujo patrn del agua subterrnea

sigue la direccin Noreste a Suroeste en casi toda el rea, a excepcin de la zona de

Santa Rosa, en la frontera con Chile, en donde se desplazara hacia el Sur, en direccin

al Ocano Pacfico; no siendo posible establecer una direccin preferencial debido a la

falta de informacin en esa rea.

En la simulacin del acufero se ha planteado 3 hiptesis de explotacin. La primera,

considera un caudal de explotacin de 3,358 l/s, en 86 pozos de bombeo localizados en

5 sectores; la segunda, con un caudal de 1,985 l/s; y la tercera, con un caudal de 1,379

l/s. En todos los casos se mantiene constante los valores de la recarga al acufero.

De los resultados obtenidos de la simulacin hidrulica, se aprecia para la primera

hiptesis un flujo de agua del mar hacia el acufero en las zonas del Litoral y La Yarada,

estimado en 37,642 m3/d, evidenciando el fenmeno de intrusin marina en el acufero.

En la segunda hiptesis, los niveles de la napa fretica ascienden entre 2 y 4 m, en la

zona de La Yarada; en los Asentamientos, el nivel se increment entre 7 y 8.5 m; y, al

sur, en el sector Los Palos, se observ que el nivel fretico asciende 1.5 m, respecto al

estado inicial. Los resultados de la a tercera hiptesis muestran que la curva

piezomtrica de nivel 0.00 m.s.n.m., se desplaza muy prxima a la lnea de playa, no

presentndose flujo de agua de mar hacia el acufero. Esta hiptesis se presenta como

una alternativa aceptable para el control de la intrusin marina y la preservacin del

recurso hdrico.

Respecto a la interfase de la cua marina segn la condicin de Ghyben-Herzberg, se

concluye que para la primera hiptesis se encuentra localizada a una profundidad entre

8.80 y 56.40 m, en el sector del Litoral y La Yarada; entre 11.60 y 123.20 m, para la

segunda hiptesis, y entre 21.20 y 204 m de profundidad, para la tercera hiptesis deexplotacin; presentando, para la ltima consideracin, el riesgo de contaminacin por

agua de mar slo en pozos del sector del Litoral y La Yarada, localizados muy prximos

a la lnea de playa.


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Abstract

The objective of the following research which took place in the aquifer La Yarada in the

department of Tacna, is to mold the aquifer under permanent regime and simulate

different conditions to determine the variability on the static level of the groundwater

and the risk evolution of the sea water intrusion in the aquifer which is so far a current

problem.

The designed groundwater flow model in this research, was developed using the

MODFLOW from USGS (U.S. Geological Service) compiled in the Waterloo

Hydrogeologic Inc. issue called Visual MODFLOW version 3.1 which builds to design

a three-dimensional finite difference groundwater flow model.

The area of the simulated region is 845.98 km2. It was considered a single layer model

with 100 m x 100 m cells in the zones where the aquifer is exploited the most with an

irregular spreading on the mesh leading to 456 rows x 430 columns.

The model was designed in a steady flow condition with data from the phreatic level

taken in June of 1988, with and exploited flow rate of approximately 165,743 m3/d or

2.75 m3/s.

The groundwater level was estimated during the calibration process of the model and

compared which those estimated in the well in 1988. The model was calibrated

following using a Trial and error adjustment. The adjustment was made keeping in mind

the hydraulic recharge and conductibility until the calibration was found.

The percentage of error standard of the root mean square level (NRMS) was estimated

in 0.06356 (6.356%) having a higher adjustment on those zones near La Yarada and a

higher dispersion on the zone next to Tacna and Santa Rosa close to the border with

Chile.

The results shows that the main flow direction is from northeast to southeast in almost

all the area with the exception of Santa Rosa in the border with Chile where it would go


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Introduccin

La planificacin y gestin de los recursos hdricos subterrneos, as como la proteccin

del acufero de La Yarada dependen de la competencia para cuantificar el

comportamiento espacial y temporal de las aguas subterrneas. Esta cuantificacin

puede ser realizada de diversas maneras, tanto por mediciones de campo como por

modelamiento matemtico.

El estudio por mediciones de campo es ms directo y normalmente puede demostrar ser

ms acertado, sin embargo, pocas veces es utilizado con exclusividad debido a su costo

y largos plazos de evaluacin (el movimiento del agua subterrnea es muy lento,

pudiendo requerir varios aos para caracterizar su comportamiento), como lo es el

fenmeno de la intrusin marina en los acuferos aluviales costeros, o en algunos casos

hasta su inaplicabilidad.

A diferencia de algunos aos atrs, cuando ejemplos de modelacin matemtica se

encontraban apenas en artculos de investigacin, hoy en da es una herramienta de

ayuda para solucionar problemas de aguas subterrneas. De hecho, es difcil encontrar

un estudio del flujo de aguas subterrneas, que no utilice de alguna forma un modelo

matemtico.

Es conocido que el recurso hdrico es un factor determinante en el desarrollo de los

pueblos, por lo que se hace necesario su manejo adecuado para la preservacin, tanto en

cantidad como en calidad. Esta situacin se presenta al sur de nuestro Pas, en el

Departamento de Tacna; en el cual la oferta actual del recurso no abastece en forma

satisfactoria las demandas totales.

La sobreexplotacin, de la que ha sido objeto el acufero de La Yarada, y la

planificacin deficiente de los sistemas de los proyectos de riego, favorecido por

periodos de sequa extrema en el ciclo hidrolgico, ha originado un gradual y

permanente descenso de la napa fretica, comprometiendo sus reservas no renovables e

influenciando el riesgo de la intrusin marina.


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El objetivo principal de la presente investigacin es evaluar la variacin espacial y

temporal del acufero La Yarada, mediante la simulacin del mismo, para diferentes

hiptesis y situaciones futuras de explotacin, frente al dficit de escorrenta superficial

existente; asimismo, analizar el riesgo de intrusin marina y el avance de la interfase

agua dulce y agua salada hacia el acufero.

La investigacin pretende contribuir al conocimiento de la hidrogeologa de los

acuferos costeros, a fin de plantear estrategias y desarrollar alternativas que permitan

controlar el proceso dinmico de la intrusin marina. Asimismo, mitigar el impacto de

este fenmeno en la salud, medio ambiente y desarrollo de la regin.

En el Captulo 2 Antecedentes, se presenta la informacin referente a los modelos para

el estudio del flujo del agua subterrnea, el procedimiento y las tcnicas de construccin

y calibracin de los modelos matemticos, as como tambin los estudios

hidrogeolgicos e investigaciones realizados para el conocimiento del acufero La

Yarada.

El Captulo 3 Marco Terico, explica inicialmente la formulacin de la ecuacin

diferencial del flujo del agua subterrnea, las tcnicas de solucin por el mtodo

numrico de diferencias finitas, el proceso de la intrusin marina del agua salada hacia

el acufero, as como tambin la construccin del modelo conceptual, su discretizacin,

asignacin de condiciones de frontera y los criterios para la calibracin del modelo.

En el Capitulo 4 Datos Recolectados, se describe el modo en que se obtuvieron cada

uno de los datos necesarios para la construccin del modelo acufero La Yarada. Los

estudios hidrogeolgicos realizados, las mediciones de campo efectuados para evaluar

la variacin espacial y temporal de la napa fretica, as como la estimacin de la recarga

y reserva del agua subterrnea del acufero constituyen datos esenciales para la

ejecucin del modelo. Asimismo, se determina el caudal de explotacin del acufero en

Junio de 1888, estimado en 55,136,030.40 m3/ao. De igual modo, los parmetros

hidrulicos del acufero, como la conductividad hidrulica y el coeficiente de

almacenamiento, son analizados para su utilizacin posterior.

El Capitulo 5 Materiales y Procedimientos, presenta los alcances y aplicabilidad de la

investigacin, la descripcin de la zona de estudio, caractersticas generales de lageoforma del acufero, las acciones actuantes en el sistema como la precipitacin,


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evaporacin, recarga, explotacin del acufero. Asimismo, se realiza una descripcin del

modelo Visual MODFLOW, utilizado para la simulacin del acufero en rgimen

permanente, el procedimiento del ingreso de datos fsicos de campo al modelo, los

criterios para la discretizacin de la malla, importacin de las capas del acufero al

modelo, la asignacin de las condiciones de frontera y los lmites hidrulicos impuestos

al modelo; as como tambin la construccin del modelo, calibracin y el mtodo

numrico usado para la solucin de la ecuacin del flujo.

En el Captulo 6 Resultados, Anlisis y Discusin, se presenta el anlisis de la

construccin del modelo segn los datos obtenidos del capitulo anterior, se analiza los

resultados de la calibracin del modelo y el ajuste de los las cargas piezomtricas

medidas en los pozos de observacin con los obtenidos mediante clculo por el modelo

y se evala el patrn de flujo resultante. En esta etapa, manteniendo constante la recarga

se discuten los resultados de las hiptesis de simulacin del modelo, el cual estar en

funcin del caudal de explotacin del acufero; analizando las tres hiptesis planteadas,

se determina que el caudal de explotacin de 1,379 l/s se presenta como una alternativa

aceptable para el control de la intrusin marina.

Finalmente en el Capitulo 7 Conclusiones y Recomendaciones, se presentan las

conclusiones a las cuales se ha llegado con los resultados obtenidos de la calibracin del

modelo y de las hiptesis de simulacin planteadas, asimismo, se formulan las

recomendaciones para la realizacin de estudios que continen y/o profundicen la

investigacin sobre el tema.


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Texto completo:

Consultar texto completo en formato PDF en la direccin:

http://cybertesis.uni.edu.pe/uni/2008/rojas_rh/pdf/rojas_rh.pdf
http://cybertesis.uni.edu.pe/uni/2008/rojas_rh/pdf/rojas_rh.pdfhttp://cybertesis.uni.edu.pe/uni/2008/rojas_rh/pdf/rojas_rh.pdf

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