Actividades Preliminares Proyecto Acuífero Esquipulas-Ocotepeque-Citala 2012

Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza

Actividades Preliminares Proyecto Acuífero Esquipulas-

Ocotepeque-Citala 2012Carlos Rosal


Etapa de Planificación

• Apoyo en la preparación de los criterios técnicos para la negociación de la propuesta para el Acuífero Esquipulas-Ocoteque-Citalá. (Centro de Derecho Ambiental y Unidad de Medios de Vida y Cambio Climático).

• Negociación y definición de la estrategia de intervención (fase preparatoria y fase implementación)



• Reunión en ORMA para definir cronograma preliminar de actividades y estrategia de abordaje.

• Definición del equipo técnico consultor necesario para realizar el inventario de información disponible.

• Preparación de TDR´s preliminares para la selección del equipo consultor



• Convocatoria preliminar para la selección del equipo consultor

• Ajuste de los TDR´s para la contratación del equipo consultor.

• Selección de profesionales de Guatemala, Honduras y El Salvador para conformar equipo consultor.



• Equipo Consultor conformado:– Coordinador (Especialista en Uso y Manejo

de Aguas Subterráneas).– Hidrogeólogo (Ing. Civil con 20 años de

experiencia en el tema)– Especialista en Manejo de Cuencas (Ing. Agr)– Especialista en Gestión Ambiental (Ing. Agr.)– Especialista en Aspectos Institucionales y

Legales (Abogado)


Etapa de Coordinación y Socialización del Proyecto

• Reunión con Director del INSIVUMEH en Guatemala (punto focal del ISARM, UNESCO).

• Reunión con Gerencia Técnica del Plan Trifinio (Ing. Juan Carlos Montufar).

• Presentación de la estrategia de intervención del proyecto Acuífero E-O-C.



• Presentación del Equipo Consultor ante el Programa Trinacional Trifinio.


Componentes

• Gestión del Conocimiento

• Construcción de Capacidades

• Diálogo Transfronterizo

• Influir en políticas y capacidad institucional

• Escalamiento y discurso global


Ubicación del Acuífero Trifinio


Distribución Política-Administrativa


Antecedentes

• El acuífero posee dos zonas, una superficial (niveles freáticos a una profundidad de unos 2-3 metros en la zona adyacente a los cauces de los ríos)

• Zona Profunda (profundidad se incrementa conforme se aleja de los cauces; llegando a profundidades de hasta 60-80 metros.)

• Se puede considerar que la profundidad media es de 20- 30 metros.


Antecedentes

• El valle del lado de Guatemala(Esquipulas), es bastante impermeable por su formación geológica, debido a que cuenta con un lecho rocoso a poca profundidad, por lo cual las aguas subterráneas quedan muy superficiales siendo muy susceptibles a la contaminación.


Antecedentes

• La segunda zona acuífera es más profunda; pero de menor rendimiento hidrológico (menor capacidad de almacenamiento) por las características geológicas (valle impermeable) y el agua producida es de menor calidad debido a los altos contenidos de sales (agua salóbrega).


Antecedentes

• Es importante definir el grado de vulnerabilidad del acuífero superficial y los niveles de contaminación actuales y futuros por el constante crecimiento de la población, especialmente por el acelerado aumento de las urbanizaciones en la periferia de Esquipulas, así como por el beneficiado del café en la zona, la cual cuenta con varias fincas dedicadas a esta actividad.



• Recorrido y Evaluación por el área del Acuífero Esquipulas-Ocotepeque-Citalá (lado Guatemalteco)


Recorrido por El Acuífero Trifinio (Lado Guatemalteco)


Estratigrafía del Acuífero (Lado Guatemala)


Recorrido Acuífero Trifinio Lado

Guatemalteco


Zona de Baja Recarga Hídrica


Recorrido por el Acuífero Lado Salvadoreño


Reunión con Observatorio Ambiental El Salvador


Contaminación Aguas Subterráneas y Efectos del Cambio Climático

sobre el Rendimiento del Acuífero


El Efecto de la Variabilidad y El Cambio Climático


El Rendimiento Hidrológico de Cuencas

(La producción de agua)


Próximas Actividades

• Seguimiento y Coordinación del Trabajo del Equipo Consultor.

• Reunión con Secretario Nacional Guatemala del Plan Trifinio.

• Reunión Trinacional en San Ignacio, Chalatenango, El Salvador (17 Enero 2013)



• Presentación del primer borrador de la Consultoría.

• Presentación y Socialización al Plan Trifinio del trabajo de Consultoría y Retroalimentación

• Presentación del Informe Final de Consultoría a UNESCO



• Preparación de la Propuesta del Acuífero Esquipulas-Citala.


El agua subterráneaEl agua subterránea debe ser considerada un debe ser considerada un recurso estratégico, a ser usado cuando existen crisis de recurso estratégico, a ser usado cuando existen crisis de

agua superficial y como reserva para futuras generaciones.agua superficial y como reserva para futuras generaciones.

Debemos usarla de manera racional y velar por la Debemos usarla de manera racional y velar por la preservación de su calidad.preservación de su calidad.

Una vez contaminada, el proceso es prácticamente Una vez contaminada, el proceso es prácticamente irreversible.irreversible.

Las políticas de gestión deben ser preventivas y no Las políticas de gestión deben ser preventivas y no correctivas ya que éstas últimas son extremamente correctivas ya que éstas últimas son extremamente caras y de dudosa eficacia.caras y de dudosa eficacia.

Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza CEHCEH

¿¿QUE ES UN ACUÍFERO?QUE ES UN ACUÍFERO?

Agua presente en el subsuelo en forma libre, ocupando los Agua presente en el subsuelo en forma libre, ocupando los espacios vacíos entre las partículas de arena o grava y en espacios vacíos entre las partículas de arena o grava y en las fisuras en las rocas.las fisuras en las rocas.


Agua SubterráneaAgua Subterránea


Aljibes (pozos cavados)Aljibes (pozos cavados)Pozos profundosPozos profundos

SE EXTRAESE EXTRAE

Manantiales (ojos de agua) Manantiales (ojos de agua)


Propiedades físicas e hídricas de las rocas

Densidad [ML-3]: Depende de la densidad de los granos minerales. En rocas sedimentarias está entre 2100-2900 kg/m3.

Resistencia según límite condicional de fluencia:

* Blandas (para p< 500 MPa) * Medias 500 MPa<p<1000 MPa

* Duras 1000 MPa<p<2000 Mpa * Muy duras p>2000MPa

Porosidad o Porosidad Total

T

h

V

VP

Porosidad Eficaz o Efectiva

T

dE V

VP

Retención Específica T

dhE V

VVR

Granulometría: Tamaño medio

Coeficiente de uniformidad50d

10

60

d

df

P = PE + RE


Relaciones entre Porosidad Total, Porosidad Eficaz y Retención Específica

10

20

30

40

50 Porosidad Total

Retención Específica

Porosidad Eficaz

GranulometríaArcilla Limo Aren

a muy fina

Arena fina

Arena Media

Arena Gruesa

Arena muy Gruesa

GravillaGrava Cantos

Bloques


Porosidad Total y Porosidad Eficaz media de algunos materiales

Tipo Descripción Rango P(%) Rango PE(%)

Rocas masivas Granito (0,2 - 4) 0,3 (0 - 0,5) < 0,2

Caliza masiva (0,5 - 15) 8 (0 - 1) < 0,5

Dolomía (2 - 10) 5 (0 - 1) < 0,5

Rocas metamórficas (0,2 - 5) 0,5 (0 - 2) < 0,5

Rocas volcánicas Escorias (10 - 80) 25 (1 - 50) 20

Basaltos vacuolares (5 - 30) 12 (1 - 10) 5

Rocas sedimentarias consolidadas

Pizarras sedimentaria (2 - 15) 5 (0 - 5) < 2

Areniscas (3 - 25) 15 (0 - 20) 10

Caliza detrítica (1,5 - 30) 10 (0,5 - 20) 3

Rocas sedimentarias sueltas

Aluviones (20 - 40) 25 (5 - 35) 15

Gravas (25 - 40) 30 (15 - 35) 25

Arenas (20 - 45) 35 (10 - 35) 25

Depósitos glaciares (15 - 35) 25 (5 - 30) 15

Limos (35 - 50) 40 (2 - 20) 10

Arcillas sin compactar (40 - 60) 45 (0 - 10) 2


Comportamiento del agua según la profundidad en la corteza terrestre

Zona de aireación (ZNS)

(agua vadosa)

(Flujo con componente de velocidad predominantemente vertical)

Zona de saturación

(agua subterránea)

•Subzona de agua en el suelo

•Subzona intermedia

•Subzona capilar (p<Patm.)

• El agua ocupa todo los poros, fisuras y grietas de las formaciones geológicas.

• Flujo con componente de velocidad predominante horizontal


Precipitación

Evapotranspiración

Zona de suelo

Recarga al nivel freático Nivel

freáticoFranja capilar

Zona saturada

(Agua subterránea)

Z

N

S


El agua en el suelo

Agua de constitución

Agua retenida por fuerzas no capilares (higroscópica o adsorbidas por las partículas sólidas y agua pelicular que envuelve al agua higroscópica y a las partículas sólidas.

Agua retenida por fuerzas capilares (retenida por adherencia y tensión superficial, es la única forma de agua del suelo que aprovechan las plantas, se relaciona con la capacidad de campo como término agronómico)Agua no retenida por el suelo (es el agua gravífica o de gravitación)

Capacidad de Campo (grado de humedad sin el agua gravífica o sea porcentaje del peso de la muestra sin el agua gravífica al peso de la saturada).La Capacidad de Campo multiplicada por la densidad aparente o relativa al agua es igual a la Retención Específica.

S

R

gV

gVVC E

ST

adhC

)(


Los acuíferos

• Definición de acuífero:

Formación geológica en la zona de saturación que es capaz de almacenar y transmitir el agua en cantidades suficientes que permiten su captación y utilización por el hombre.


• Permeabilidad intrínseca o geométrica (k).

Se obtiene de la Ley de Darcy y tiene por dimensiones [L2]. A partir de ella se derivan la conductividad hidráulica (KD) y la transmisividad (TD)

y TD=m*KD dónde m: es el espesor del acuífero.

Propiedades características de los acuíferos y otras derivadas de ellas.

gk

KD

Conductividad KD en (m/d)

Calificación Impermeables Poco permeable

Algo permeable

Permeable Muy permeable

Tipo de estrato Acuicludo Acuitardo Acuífero pobre

Acuífero de regular a bueno

Acuífero excelente

Tipos de materiales Arcilla compacta

Pizarra y Granitos

Limos y arcillas limosas

Arena fina

Arena lim.

Caliza frac.

Arena limpia

Grava y arena

Arena fina

Grava limpia

Caliza muy fracturada

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-11 10 102 103 104


•Rugosidad equivalente del medio ( C ).

Tiene su influencia en el régimen no lineal, es adimensional y de ella se derivan la conductividad hidráulica (KT) y la transmisividad (TT).

y TT=m*KT dónde m: es el espesor del acuífero.

Coeficiente de almacenamiento (E).

Es adimensional y equivale a la porosidad efectiva en acuíferos libres. Sus magnitudes dependen del tipo de acuífero dado su diferente origen. Se define como la cantidad de agua que drena una columna de área unitaria de acuífero cuando la superficie piezométrica en acuíferos confinados o el nivel freático en acuíferos libres desciende una unidad.

La rugosidad del medio C y el coeficiente de almacenamiento E

C

kgKT 2

Acuíferos libres: E = PE Valores medios entre 0,01 y 0,2Acuíferos confinados: E Valores medios entre 0,001 y 0,00001

mmEEE 21

mE


Formaciones geológicas que Formaciones geológicas que constituyen los constituyen los acuíferoacuífeross..

Formaciones geológicas que pueden constituir acuíferos.

a) Rocas no consolidadas.

Formados por materiales sueltos, tales como: arenas, gravas, cantos rodados y mezclas de ellos. Costituyen el 90% de los acuíferos en explotación a nivel mundial.

b) Rocas consolidadas.

Los intersticios u oquedades son originadas por disolución o por fracturación, principalmente por la acción del intemperismo. Se presentan en formaciones tales como: Calizas y dolomías, conglomerados y areniscas, rocas volcánicas alteradas y algunas rocas cristalinas.


Formaciones geológicas que limitan a los acuíferos.

Los acuíferos pueden estar limitados verticalmente ( superior o inferiormente), por estratos o formaciones geológicas con diferentes características a las de los acuíferos en cuanto a su capacidad de almacenamiento y transmisión. Pudiendo ser:

A. Impermeables o acuicierres.

No almacenan ni transmiten el agua (acuífugos) o almacenan pero no la transmiten (acuicludos).

B. Semipermeables (acuitardos).

Almacenan pero transmiten muy lentamente el agua.


TTipos ipos de de acuíferosacuíferos según su según su confinamientoconfinamiento

De acuerdo al tipo de formación geológica que constituye el techo del acuífero, los acuíferos se pueden clasificar en:– Acuíferos confinados o artesianos. La formación geológica es un acuicierre. El agua está sometida a

presiones superiores a la atmosférica.– Acuíferos semiconfinados. La formación geológica limitante es un acuitardo, donde la componente

horizontal del flujo es despreciable.– Acuíferos semilibres. La formación geológica limitante es un acuitardo, pero es necesario

considerar la componente horizontal del flujo.– Acuíferos libres. No existen características que diferencien el comportamiento del agua en

el acuífero y por sobre la posición del nivel máximo saturado. La presión en dicho nivel es la atmosférica y se le denomina nivel freático.


TTipos ipos de de acuíferosacuíferos según su según su confinamientoconfinamientoPozos de bombeo

Nivel freático

Nivel piezométrico

Embalsemar

Agua dulce

Agua salobre

interfaz

impermeable

Nivel freático

Dique


Según la presión hidrostática:Según la presión hidrostática: Libres, Confinados, Semiconfinados y ColgadosLibres, Confinados, Semiconfinados y Colgados

Según las características litológicas:Según las características litológicas: Detríticos, CarbonatadosDetríticos, Carbonatados

Según su descarga natural:Según su descarga natural: abiertos y cerradosabiertos y cerrados

Tipos de acuíferosTipos de acuíferos

Según el tipo de poros:Según el tipo de poros: Poroso, Kárstico, FisuradoPoroso, Kárstico, Fisurado


Funciones de los acuíferos

• Depósitos de almacenamiento. Permiten almacenar apreciables cantidades de agua

en periodos húmedos producto de la lluvia, por el flujo de retorno en las áreas sometidas al riego y en zonas con recarga artificial.

• Conductos de transmisión. Pueden ser utilizados como conductos de

transmisión en acuíferos interconectados con las aguas superficiales, para inducir una mayor alimentación o como alternativa económica de otras obras de ingeniería con iguales objetivos.


• Depósitos de almacenamiento.

La propiedad hidrogeológica asociada es el coeficiente de almacenamiento (E), por lo que los acuíferos libres son los actúan como los mayores embalses de aguas subterráneas.

• Conductos de transmisión.

Tanto la rugosidad equivalente del medio ( C ), como la permeabilidad intrínseca ( k ) influyen en las pérdidas de energía en la circulación del agua subterránea en cualquier tipo de acuífero, pero realmente el primer parámetro solo tiene su influencia en las proximidades de las obras de captación.

Relación entre las propiedades hidrogeológicas de los acuíferos y sus

funciones


Conceptos geológicos básicos de aplicación en la Hidrogeología

Estratos, columnas estratigráficas y cortes o secciones hidrogeológicas:

40

60

80

100

120

140

ST2 ST1P1

P3

P2

Rio San Juan

ARCILLAS Y MARGAS

GRAVAS Y ARENAS GRUESAS

CALIZAS FISURADAS Y FRACTURADAS

CALIZA BLANCA COMPACTA

Rio Blanco

Cotas

SECCION I-I

EscalasHZ 1:100000

V 1:2000

NF.


Flujo lineal del agua subterránea

Objetivos:• Conocer los principios generales que rigen el movimiento

del agua subterránea.• Estudiar la clasificación de los regímenes de flujo

atendiendo a diversos aspectos.• Conocer y saber aplicar la Ley de Darcy.• Conocer las ecuaciones diferenciales que rigen el

movimiento del agua subterránea en régimen lineal en acuíferos confinados y libres bajo determinadas hipótesis simplificatorias.

• Saber transformar un medio estratificado no homogéneo en uno homogéneo equivalente.


Principios generales del movimiento del agua

en los medios porosos.

321 HHH

impermeable impermeable

Nivel freático

Z1

Z2Z3

1P

2P

3P

32

1

g

VPZH

2

211

11 g

VPZH

2

222

22 g

VPZH

2

233

33

UU

0 0 0


Tipos de regímenes de flujo

Clasificaciones del flujo saturado atendiendo a diversos factores:

• De acuerdo la variación con el tiempo.

– Permanente o estacionario e impermanente o no estacionario.

• De acuerdo a la dirección del flujo.

– Unidireccional, bidimensional, radial y tridimensional

• De acuerdo al grado de confinamiento del acuífero.

– Confinado, semiconfinado, semilibre y libre.

• De acuerdo a las características del medio geológico.

– Homogéneo o heterogéneo e isótropo o anisótropo.

• De acuerdo a la relación entre velocidad y gradiente.

– Lineal, no lineal y turbulento completo.


Escorrentía SubterráneaEscorrentía Subterránea Contenido: Flujo en medios porosos: Contenido: Flujo en medios porosos: Ley de DarcyLey de Darcy

Esta fórmula puede aplicarse a los movimientos de un líquido dentro Esta fórmula puede aplicarse a los movimientos de un líquido dentro de un sólido permeable, así vemos que se puede aplicar tanto a las de un sólido permeable, así vemos que se puede aplicar tanto a las aguas subterráneas como a los almacenes de petróleo. aguas subterráneas como a los almacenes de petróleo.

LEY DE DARCYLEY DE DARCY

El movimiento del agua en le interior de los materiales El movimiento del agua en le interior de los materiales geológicos se mide con la:geológicos se mide con la:

Q = Caudal que pasa a través deQ = Caudal que pasa a través de una sección del acuífero una sección del acuífero k = Permeabilidad k = Permeabilidad A = Área de la sección de A = Área de la sección de acuífero considerada acuífero considerada i = Gradiente o potenciali = Gradiente o potencial hidráulico hidráulico i = H/L (ver dibujo) i = H/L (ver dibujo)


Experimento de Darcy (1856).

Ley de Darcy y su generalización

Ley de Darcy para régimen lineal.

qs = U*As I = h / L

U = KD*I =(gk/)*I

qe

L

qs

qr h

As=Area Transversal

Limitaciones de la Ley de Darcy

Potencial velocidad (x,y,z,t).

U=- KD*grad(h) donde;

Para un medio homogéneo e isótropo:

kz

hj

y

hix

hhgrad

)(

xu

yv

zw

x

hKu D

yh

Kv D

zh

Kw D

hKDPara un medio homogéneo y anisótropo:

xh

Ku DX

yh

Kv DY

zh

Kw DZ


Resumiendo podemos decir que la ley Resumiendo podemos decir que la ley lineal del flujo establecida por Darcy lineal del flujo establecida por Darcy tiene tres (3) limitaciones tiene tres (3) limitaciones fundamentales:fundamentales:

No se cumple para pequeñas velocidadesNo se cumple para grandes velocidades

La conductividad hidráulica no es una constante característica del medio. Sin embargo, la ley de Darcy se cumple para una amplia gama de situaciones, tanto en el laboratorio como en la naturaleza, lo que permite utilizarla en un gran numero de casos, a pesar de sus limitaciones.


Regímenes de flujo

Objetivos:

• Analizar los tipos regímenes de flujo según la relación entre velocidad y gradiente.

• Definir las leyes del flujo saturado a utilizar y los límites de validez, según la magnitud del gradiente hidráulico.

• Saber aplicar las leyes de flujo a la hidráulica de captación de las obras horizontales.


Los regímenes de flujo según la relación entre velocidad y gradiente

I=ICRD

MICROFLUJO

U

IIo 12Io

NO

FLUJO FLUJO

LINEAL

FLUJO NO LINEAL

FLUJO TURBULENTOPURO

I=ICRT


Leyes del flujo saturado en regímenes de alta velocidad

Ley de Darcy para régimen lineal (1856).

IKU T

Flujo no lineal (Ley binómica)2

2

TD KU

KU

I

C

kgKT 2

gk

KD dónde;

Flujo turbulento puro:

U = KD*I =(gk/)*I

Límites de Límites de flujo:flujo:

kUNRK Número de Reynolds:

Gradientes críticos:

2

050

D

TCRD K

KI .

CRDCRT II 8000


Flujo hacia trincheras de penetración total

Se aplican las hipótesis de Dupuit-Forcheimer

Penetración Total

X

h

HT

ST

X

Nivel Estático

H

Impermeable

H0

2202 T

D HHLK

q WqQ 2

L


Flujo hacia trincheras de penetración parcial

X

Y

a

b

ST

X

Nivel Estático

Penetración Parcial

Y

UXUAq 1

De la ecuación de continuidad;

2

2

TD KU

KU

I

C

kgKT 2

gk

KD dónde;

dXdY

I Xq

U

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