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Estudio Hidrogeológico para perforación de Pozos
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA.
ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA PERFORACIÓN DE POZOS
Eva Isabel Ulloa Montoya
San Miguel, 29 de Junio de 2012
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Estudio Hidrogeológico para perforación de Pozos
ÍNDICE
Pág. Introducción
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Objetivos
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Marco teórico
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Exploración hidrogeológica
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Ejemplo de estudio hidrogeológico para la perforación de pozos
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Conclusiones
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Recomendaciones
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Bibliografía
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Estudio Hidrogeológico para perforación de Pozos
INTRODUCCIÓN
El suministro de agua, saneamiento y drenaje son servicios claves en el proceso de urbanización, en el desarrollo económico y en la salud pública de los habitantes urbanos. En el medio urbano las Aguas Subterráneas son casi siempre el primer recurso que se utiliza con fines de abastecimiento de agua, porque poseen los siguientes beneficios: a) son de excelente calidad natural; b) son más seguras como fuente de abastecimiento en época de sequias; c) pueden utilizarse para el abastecimiento público y la utilización privada independientemente; y d) son atractivas en términos de inversiones de capital. Razones por las cuales contribuyen al desarrollo integral de las ciudades. Por las razones anteriormente expuestas es necesario realizar estudios hidrogeológicos que permitan establecer la localización, calidad y disponibilidad de caudal que tiene un acuífero subterráneo. En este trabajo se presenta la metodología a seguir en un estudio hidrogeológico para la perforación de un pozo, además de un ejemplo de la realización del mismo.
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OBJETIVOS
Objetivo General Conocer la metodología que se sigue en la realización de un estudio hidrogeológico para la perforación de un pozo
Objetivos Específicos Conocer como los materiales geológicos que componen un estrato de suelo favorecen o disminuyen la generación de acuíferos subterráneos. Identificar como los parámetros de escorrentía, precipitación entre otros favorecen la producción de aguas subterráneas.
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MARCO TEÓRICO Agua subterránea
Afloramiento de agua subterránea en un pozo El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de km² (como el acuífero guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial,1 pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa, la ofrecen las rocas solubles como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la creencia popular. Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Dentro de estas formaciones podemos encontrarnos con materiales muy variados como gravas de río, limo, calizas muy agrietadas, areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa, algunas formaciones volcánicas, depósitos de dunas e incluso ciertos tipos de arcilla. El nivel superior del agua subterránea se denomina tabla de agua, y en el caso de un acuífero libre, corresponde al nivel freático. Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua subterránea.
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Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático y varía según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas. Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua. Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas impermeables, que puede tener forma de U o no, vimos que era un acuífero cautivo o confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica, y si se perfora la capa superior o exterior del terreno, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano. Tipos de acuíferos Según su estructura. Desde el punto de vista de su estructura, ya se ha visto que se pueden distinguir los acuíferos libres y los acuíferos confinados. En la figura de al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos:
río o lago (a), en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos. suelo poroso no saturado (b). suelo poroso saturado (c), en el cual existe una camada de terreno impermeable (d), formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina el acuífero a cotas inferiores. suelo impermeable (d). acuífero no confinado (e). manantial (f); pozo que capta agua del acuífero no confinado (g). pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano (h).
Según su textura Desde el punto de vista textural, se dividen también en dos grandes grupos: los porosos y fisúrales.
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En los acuíferos porosos el agua subterránea se encuentra como embebida en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe "permeabilidad" (transmisión interna de agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las arcillas presentan una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión o permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos porosos, tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales En los acuíferos fisúrales, el agua se encuentra ubicada sobre fisuras o diaclasas, también intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar a los acuíferos kársticos. Según su comportamiento hidrodinámico Por último, desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua, podemos denominar, en sentido estricto: Acuíferos: Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas fisúrales). Acuitardos: Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej.- limos). Acuícludos: Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas). Acuífugos: Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas). Según su comportamiento hidráulico Acuífero subestimado o libre Es aquel acuífero que se encuentra en directo o con la zona subsaturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la zona superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a medida que aumenta el espesor saturado. Acuífero cautivo o confinado Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea se encuentra encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por una zona en la que existen materiales permeables, recarga alóctona donde el área de recarga se encuentra alejada del punto 7
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de medición, y puede ser directa o indirecta dependiendo de si es agua de lluvia que entra en o directo con un afloramiento del agua subterránea, o las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas de suelo antes de ser integrada al agua subterránea. A las zonas de recarga se les puede llamar zonas de alimentación. Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero, nunca se evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene de un área de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los acuíferos semiconfinados y los no confinados o libres (freáticos). Acuífero semi-confinado Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del acuífero mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de este estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir. Una de las ciencias que estudia las aguas subterráneas y su comportamiento es la Hidrogeología de la cual podemos decir que: La hidrogeología es una rama de las ciencias geológicas (dentro de la Geodinámica Externa), que estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su circulación, sus condicionamientos geológicos y su captación, así su definición dice «La hidrogeología es la ciencia que estudia el origen y la formación de las aguas subterráneas, las formas de yacimiento, su difusión, movimiento, régimen y reservas, su interacción con los suelos y rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas); así como las condiciones que determinan las medidas de su aprovechamiento, regulación y evacuación Actualmente los estudios hidrogeológicos son de especial interés no solo para la provisión de agua a la población sino también para entender el ciclo vital de ciertos elementos químicos, como así también para evaluar el ciclo de las sustancias contaminantes, su movilidad, dispersión y la manera en que afectan al medio ambiente, por lo que esta especialidad se ha convertido en una ciencia básica para la evaluación de sistemas ambientales complejos. El abordaje de las cuestiones hidrogeológicas abarcan: la evaluación de las condiciones climáticas de una región, su régimen pluviométrico, la composición química del agua, las características de las rocas como permeabilidad, porosidad, figuración, su composición química, los rasgos geológicos y geotectónicos, es así que la investigación hidrogeológica implica, entre otras, tres temáticas principales: 1. El estudio de las relaciones entre la geología y las aguas subterráneas.
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2. El estudio de los procesos que rigen los movimientos de las aguas subterráneas en el interior de las rocas y de los sedimentos. 3. El estudio de la química de las aguas subterráneas (hidroquímica e hidrogeoquímica). LA EXPLORACIÓN HIDROGEOLÓGICA Conjunto de estudios, trabajos y operaciones, llevados a cabo tanto por técnicas directas como indirectas, encaminados a la localización de acuíferos, para captación de aguas subterráneas, en cantidad y con calidad adecuadas para el fin pretendido y definición de las condiciones óptimas de explotación. 1ª Etapa: Estudio Hidrogeológico: Conduce a la propuesta de perforación de sondeo, con definición técnica y de objetivos del mismo. 2ª Etapa: Construcción de la obra de captación. 3ª Etapa: Valoración de los resultados del sondeo, para determinación de los parámetros hidráulicos del acuífero y de las condiciones óptimas de explotación.
EL ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO 1.1 Recopilación de la información. 1.2 estudio de la demanda de agua. 1.3 estudio geológico. 1.4 estudio geofísico. 1.5 estudio climatológico. 1.6 hidrología superficial. 1.7 estudio hidrogeológico. 1.7.1 Obtención de datos básicos. 1.7.2 Síntesis hidrogeológica
Introducción a la metodología para estudios hidrogeológicos Para conocer las características de los acuíferos, con cierta aproximación, es necesario realizar costosos trabajos de reconocimiento. Los estudios hidrogeológicos para la explotación de las aguas subterráneas se pueden clasificar en tres grandes grupos: Estudios preliminares: Dirigidos fundamental a la localización de acuíferos. Permiten realizar una primera estimación de sus dimensiones, parámetros, zonas de recarga y descarga y de la calidad de sus aguas. Sus resultados se sintetizan 9
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en mapas hidrogeológicos cuya escala suele estar comprendida entre 1:100.000 y 1:200.000, sobre un área de estudio de varios miles de kilómetros cuadrados. En general, este tipo de estudios no requieren la realización de prospecciones geofísicas o sondeos, ya que se apoyan en la geología analizada con criterio hidrogeológico. En cambio, si requiere técnicos muy expertos. Estudios hidrológicos generales: Permiten obtener una cuantificación más aproximada de los acuíferos localizados en los estudios preliminares. Con los resultados se elaboran mapas hidrogeológicos de escala variable entre 1:25.000 y 1:100.000. En estos mapas se suelen representar las curvas de isopiezas (puntos de igual nivel piezométrico), y con frecuencia también las isotransmisibilidades (oscilaciones del nivel piezométrico), profundidades de la zona saturada, concentraciones iónicas, etc. Habitualmente, estos estudios suelen extenderse a una cuenca hidrográfica de centenares a miles de kilómetros cuadrados. En esta etapa, es siempre necesario realizar un inventario detallado de pozos y fuentes. También frecuentemente se requiere la realización de prospecciones geofísicas, sondeos mecánicos, ensayos de bombeo y análisis químicos. Estudios de detalle: Dirigidos a lograr un conocimiento pormenorizado de las características de un acuífero concreto. En este tipo de estudios tienen una especial importancia los datos hidrológicos y técnicos de las captaciones existentes. Los resultados suelen presentarse en mapas hidrogeológicos a escala variable entre 1:10.000 y 1:25.000. Requieren de estudios geofísicos, sondeos mecánicos, ensayos de bombeo, análisis químicos y la realización de algunos pozos experimentales. Emplean métodos geológicos, geofísicos, climatológicos, de hidrología de superficie, de hidrología subterránea, etc. La caracterización hidrogeológica de una zona depende de la litología de las formaciones geológicas de la misma, de la litología de donde procedan los distintos cursos de agua, así como de la litología de los acuíferos. Pero depende también de las características hidrostáticas del acuífero y del espesor de la zona no saturada. Las litologías se pueden agrupar en diferentes grupos en función de las clases de permeabilidades del terreno (porosidad intergranular, fracturación, karstificación, fracturación/karstificación y materiales de baja permeabilidad).
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Contenido de los estudios hidrogeológicos Recopilación de información Economía de tiempos y costes de realización a datos históricos Estudio de la demanda de agua Estimación de demandas actuales y futuras Previsión de crecimiento demográfico permanente y estacional, industrial, agrícola, recreativo. Usos del agua: cantidad, calidad Estudio geológico Reconocimiento preliminar (mapas topográficos, mapas geológicos, fotografías aéreas) Formulación de hipótesis sobre localización y movimiento de aguas subterráneas. Comprobación de hipótesis y establecimiento de otras nuevas en trabajos de campo Series estratigráficas. Cartografía geológica. Cortes geológicos. Bloques diagrama. Correlaciones. Estructuras. Facies Estudio geofísico Métodos eléctricos y electromagnéticos Métodos sísmicos y gravimétricos Resonancia magnética
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Estudio climatológico Precipitación Evapotranspiración Infiltración Escorrentía Hidrología de superficie Ubicación y caudal de manantiales Aforos periódicos (limnígrafos, limnímetros, molinete...) Estudio hidrogeológico Obtención de datos básicos (inventario de puntos acuíferos) Síntesis hidrogeológica
Inventario de puntos de agua Consiste en la localización, identificación, toma de información y situación geo referenciada de los puntos acuíferos. Finalidad e importancia del inventario Tipos de puntos acuíferos 12
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Manantiales Zanjas de drenaje y galerías Pozos de excavación Sondeos Información que ofrece el inventario Naturaleza litológica de los acuíferos Columnas estratigráficas Geometría de los acuíferos Piezometría del área investigada Determinación de la red de fllujo Caudales que aportan las captaciones Parámetros hidráulicos (T, S, caudal específico) Características químicas de las aguas Extracciones que se llevan a cabo en el acuífero, así como uso que de ellas se hace. Realización del inventario Trabajos previos a la recogida de información (IGME, Confederaciones, SGOP, Diputaciones, Ayuntamientos, Sociedades de riego...) Trabajos de campo. Material auxiliar: cartografía, fotos aéreas, brújula, GPS, altímetro, cámara fotográfica, termómetro, sonda de nivel, botellas, conductímetro, phmetro,..) Datos a tomar en manantiales: Situación (X,Y,Z) Caudal (molinete, estimación..) Temperatura Observaciones del entorno (litología) Conductividad y pH Muestra de agua para análisis Datos a tomar en galerías o zanjas: Situación (X,Y,Z) 13
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Características constructivas (longitud, diámetro, revestimientos, características de los drenes o los filtros,.. Muestra de agua para análisis Datos a tomar en pozos o sondeos Situación (X,Y,Z) Columna litológica y niveles productores atravesados en la perforación Nivel de agua. Profundidad. Reflejar si se ha estado bombeando Caudal Descensos producidos y recuperación de niveles Características constructivas de la perforación (sistema empleado, profundidad, diámetro, revestimientos, entubación, empaques,...) Características de la estación elevadora (tipo de bomba, potencia, grupo generador, profundidad de la aspiración, consumo energético...) Conductividad y pH Muestra de agua para análisis Almacenamiento de la información Fichas de inventario Mapas de situación de los puntos acuíferos Cuadros resúmenes Informatización. Banco de datos. G.I.S.
Síntesis hidrogeológica Recoge la información hidrogeológica obtenida a lo largo del estudio, referida a los siguientes aspectos: Características geológicas e hidrogeológicas de acuíferos Litología, estructura y límites Relaciones laterales y verticales Piezometría 14
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Parámetros hidráulicos Hidroquímica Funcionamiento hidrodinámico de los acuíferos Direcciones de flujo, gradientes,.. Balance hídrico Entradas, salidas, recursos, reservas Cartografía hidrogeológica (escala variable). Aspectos geológicos Litologías Tipos de o (concordante, discordante, mecánico) Estructuras antiformes y sinformes Dirección y buzamiento de los estratos Aspectos hidrogeológicos Formaciones permeables e impermeables Inventario de puntos acuíferos Límites de acuíferos Isolíneas de caudales específicos Transmisividades Coeficientes de almacenamiento Aspectos de hidrología de superficial Cursos de agua principales Embalses superficiales Divisorias hidrológicas Aspectos geomorfológicos Aspectos piezométricos Líneas isopiezas Isoprofundidad de la zona saturada 15
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Isoespesor de la zona saturada Isovariaciones piezométricas Aspectos hidrodinámicos Divisorias hidrogeológicas Direcciones del flujo subterráneo Relaciones río-acuífero Aspectos hidroquímicos Isolíneas de contenidos de diferentes aniones y cationes Isolíneas de conductividad Isolíneas de cloruros (especialmente importante en acuíferos costeros) Representación gráfica de parámetros químicos (Stiff, Piper,..)
EJEMPLO DE ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA SELECCIÓN DE UN SITIO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO MECÁNICO EN LA ALDEA LABOR PINAL DEL RIO SAN JOSÉ, SUCHITEPEQUEZ. ÍNDICE 1. Introducción 2. Aspectos Generales 2.1. Descripción de la Zona de Estudio 2.2. Demanda de Agua 3. Geología de la zona de estudio 4. Condiciones hkárogeológicas de la Zona de Estudio 5. Localización del Sitio para la Construcción del Pozo Mecánico Propuesto 6. Aspectos Constructivos del Pozo Mecánico Propuesto 7. Conclusiones y Recomendación
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ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA SELECCIÓN DE UN SITIO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO MECÁNICO EN LA ALDEA LABOR PINAL DEL RIO SAN JOSÉ, SUCHITEPEQUEZ. 1. INTRODUCCIÓN A solicitud de la municipalidad de San José; se realizó el presente Estudio Hidrogeológico. el cual tiene como principal objetivo la investigación de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de área para la selección de un sitio adecuado para la perforación de un, pozo mecánico en jurisdicción de la aldea Labor Piñal Del Río San José, el cual se utilizará como fuente del sistema de abastecimiento de agua potable de dicha comunidad y sus alrededores para realizar el estudio antes mencionado, fue necesario efectuar una serie de actividades de campo y gabinete tendientes a definir fa factibilidad de construir el pozo mecánico. Así mismo, fue necesario considerar las áreas que reúnanlas mejores condiciones hidrogeológicas para la perforación de dicho pozo. Cabe indicar que a través del estudio que se describe a continuación, nos permite minimizar el riesgo en la búsqueda de un caudal que satisfaga los requerimientos de la comunidad, sin embargo no garantiza el éxito total del proyecto. En virtud de lo antes expuesto, se describe a continuación el estudio detallado, conteniendo todas las actividades necesarias para el desarrollo del mismo. 2. ASPECTOS GENERALES 2.1 Descripción de la Zona de Estudio La aldea Labor Piñal Del Río del municipio de San José El Ídolo del departamento de Suchitepéquez, se localiza aproximadamente a 10 km. Al suroeste de la cabecera municipal de San José. La elevación promedio de la aldea Labor Piñal De! Río es de 128 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.) aproximadamente, y se localiza en las coordenadas UTM siguientes: latitud norte 14° 24' 39" y longitud oeste 91°26' 50.3" .2.2 Demanda de Agua2.2.1. Población y demanda actual De acuerdo a información obtenida del Alcalde Municipal de San José, la aldea Labor Pinal Del Río y sus alrededores cuenta actualmente con 76 viviendas con una densidad de vivienda alrededor de los 6hab/vivienda, lo cual aporta una población de aproximadamente 438habitantes actuales. Debido a las condiciones de! clima y altura de la aldea Labor Piñal Del Río y por tener características semi-urbanas, se asumió una dotación de 25gls/hab/día, con lo cual se obtiene que la demanda actual de agua es de 40gpm, es decir, se requiere que por lo menos el pozo produzca 60 m3/día, para suplir los requerimientos actuales de la población. Sin embargo, para fines prácticos y económicos, se asumirá, que la demanda para el pozo será de un caudal medio diario de 10 /rs/seg, es decir aprox. 160 galones/minuto, por medio de lo cual se disminuirán 17
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los gastos de consumo de energía eléctrica para su operación, disminuyendo las horas de bombeo (2 horas diarias). 3. GEOLOGÍA 3.1. Geología de la Zona de Estudio La aldea Labor Pinal Del Río se encuentra ubicada fisiográficamente dentro de lo que se denomina planicie costera del pacífico, por lo que es común encontrar en el lugar unidades de rocas que corresponden o han sido formadas por materiales aluviales del cuaternario provenientes de erupciones volcánicas muy recientes, así como de detritus laháricos y fluvial, con intercalaciones de estratos de arcillas 4. CONDICIONES HIDROGEOLÓGICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO Con el objetivo de establecer los espesores de las unidades geológicas, así como las características hidrogeológicas de la zona. Se efectuó un inventario de pozos de la zona, obteniéndose información de varios pozos perforados en áreas cercanas a dicha aldea. Dicha información fue proporcionada por la municipalidad y por la empresa AGROPOZOS. Para estimar la transmisividad del acuífero de la zona de estudio, se realizó el análisis de la prueba de bombeo del pozo referido, determinándose que la transmisividad se encuentra alrededor de los 3 a 10 m2/día. De acuerdo a la experiencia en condiciones geológicas similares, se ha determinado que las transmisívídades de las lavas y depósitos aluviales constituidos por bloques de lavas y arenas son bastante variables dependiendo los procesos de depositación, por consiguiente, se asumirá una transmisividad promedio de 10 m^día/m. Con base en el reconocimiento hidrogeológico de la zona de estudio, se estima que los niveles dé aguas subterráneas de la zona de estudio, se encuentran alrededor de los 25 a 40 metros (80-130 pies). De acuerdo a los niveles de agua encontrados en los pozos de la zona y a la morfometria de fa planicie costera, se estableció en términos generales, que las líneas de flujo regional se manifiestan del norte hada el sur en dirección a la costa pacífica. No obstante, las direcciones de flujo locales, están controladas por la cuenca del río Ixtacapa y sus afluentes, constituyendo el mismo, un río efluente de las aguas subterráneas de la zona, con dirección hada la costa pacífica. Geológica e hidrogeológicamente, la zona de estudio tiene las condiciones favorables para la explotación de las aguas subterráneas, considerando que tos flujos de lavas y detritus laháricos no se encuentran muy profundas, las cuales como se menciona anteriormente, constituyen a nuestro criterio la unidad hidrogeológica más favorable para la explotación de las aguas subterráneas. Ahora bien, en base a las consideraciones hidrogeológicas establecidas anteriormente y en función de la 18
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demanda de agua de la aldea Labor Piñal Del Río se considera que la profundidad requerida para la perforación del pozo de dicho lugar, en función del caudal que se desea explotar, se define de la siguiente manera: Nivel del terreno seleccionado para la perforación del pozo: 360 m.s-n.m. Nivel estático estimado: NE =40m. (130 pies). Caudal mínimo a explotar Q = 10 Its/seg. Transmisividad Estimada: T = 10 m^día/m. (Lavas del terdario y fahares) Con base en la ley de Darcy, cuya fórmula establece: d = 0.366 (Qn") log (R/r) (Ley do Darcy) d = descenso de nivel del pozo a partir del NE. Q = Caudal de explotación del pozo (rn^día) T = Transmisividad del acuífero (m^día/m) R = Radio de Influencia de* Pozo r = Radio del Pozo b = Espesor del acuífero penetrado. Y considerando, Que el radio de influencia, es menor a 100 metros y radio del pozo es igual a 4" (0.10 m), se determina que el descenso estimado en el pozo de 8' de diámetro es de aproximadamente: d = 1.1* [10 Its/seg * (86,400 seg/día)/1000 Its/m3] / 10 m^día/m d = 95 metros de acuífero =310 pies de acuífero. Sin embargo, hidrogeológicamente se requiere que el descenso para un caudal determinado, represente aproximadamente el 20 o50 % del total de la columna de agua en el pozo, por consiguiente el espesor saturado mínimo que hay que penetrar deberá ser igual a h s= 110 m., considerando un factor del 50%. El nivel estático estimado de la zona es 130 pies (40 m.) y el acuífero saturado inicia a partir de éste nivel, entonces se estima que para obtener el caudal definido anteriormente, se necesita un pozo de una profundidad total de: H(p
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Dónde: H (pozo) = Profundidad necesaria del pozo para explotar el caudal futuro demandado N.E. = nivel estático (pies)d = espesor del acuífero requerido para cumplir con la demanda futura. h= total de acuífero a penetrar considerando un 50 % de descenso de la columna de agua. Entonces: H = 40 m + 110 m = 150.00 m. Equivalente a 500 pies de perforación. En conclusión se sugiere un pozo con las características siguientes: • Diámetro de perforación: 12-1/4" • Profundidad del pozo: 500 pies (150mts) • Encamisado y filtros con un diámetro de: 8" (mínimo) 5. LOCALIZACIÓN DEL SITIO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL POZO MECÁNICO PROPUESTO Con base en el estudio de las unidades geológicas, a la geología estructural y las condiciones hidrogeológicas de la zona y por experiencias en otros lugares con unidades similares, se considera que el sitio que tiene disponible la municipalidad de San José en la aldea Labor Pinar Del Río es apropiado para la perforación del pozo mecánico, en virtud que tiene las condiciones favorables para la explotación de las aguas subterráneas 6. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEL POZO MECÁNICO PROPUESTO. Tomando en consideración las condiciones geológicas e hidrogeológicas anteriormente expuestas, se recomienda los siguientes características constructivas del pozo mecánico a perforar: Método de perforación: Rotación • Lodos de perforación: BENTONITA SÓDICA • Diámetro de perforación: No menor de 12 %" (pulgadas) • Profundidad: No menor de 400 pies (125 metros) • Diámetro de Ademe y Filtros: No menor de 8 pulgadas ACERO NEGRO
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• Rejilla: Importada (con un área de paso no menor del 15%) Así mismo, se hacen las siguientes recomendaciones para la construcción, evaluación, operación y mantenimiento del pozo • Sello sanitario no menor de 75 pies. • Prueba de bombeo no menor de 24 horas • De ser posible una prueba de bombeo escalonada (5 escalones de 2horas cada escalón) • Medición de niveles con sonda eléctrica y no con línea de aire. • Instalar al momento de la introducción de la bomba, un tubo de PVC de1', adosada a la tubería de impulsión, con el objeto de llevar un control de niveles de aguas subterráneas. • Efectuar el análisis físico-químico y bacteriológico del agua explotada del pozo, preferentemente, tomando la muestra una hora antes de finalizar la prueba de bombeo de larga duración, para determinar la necesidad de la aplicación de doro para la purificación del agua. Es importante mencionar que la profundidad recomendada no significa que sea disminuida o incrementada. Esta profundidad deberá ser definida con mayor claridad de acuerdo a las formaciones geológicas encontradas y a las anomalías geológicas e hidrogeológicas in situ. Estas decisiones deberán efectuarse durante la perforación.
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CONCLUSIONES
A partir de la investigación realizada se puede concluir que una de las áreas donde se emplean los estudios hidrogeológicos es para determinar el comportamiento hidrodinámico de los acuíferos de las aguas subterráneas, determinándose la profundidad a la cual se encuentra el acuífero, los estratos permeables e impermeables presentes en el suelo del área de estudio; pero sobre todo se emplean para la provisión de agua a la población a partir de los depósitos de agua subterránea, además estos estudios se emplean para determinar el origen y formación de las aguas subterráneas.
RECOMENDACIONES
Antes de efectuarse una perforación para un pozo es necesario realizar un estudio hidrogeológico del área donde se propone la perforación, para determinar la profundidad a la que se encuentra el agua, la calidad de la misma, entre otros.
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BIBLIOGRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrogeolog%C3%ADa http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterr%C3%A1nea http://www.pnud.org.gt/data/bases/Estudio%20Hidrogeol%C3%B3gico%20de%20San% 20Juan%20Ostuncalco.pdf http://es.idoub.com/doc/50221759/Estudio-Hidrogeologico-para-pozo-chilte http://www.agua.uji.es/pdf/presentacionPEG02.pdf
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Figura 1. Esquema de la situación de una ciudad inicial
Figura 2. El sistema bajo el auge de una ciudad industrializada
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Figura 3. Ciudad postindustrial y su impacto sobre el agua subterránea
Figura 4. Ciudad del futuro bajo el cambio climático
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ÍNDICE
Pág. Introducción
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Objetivos
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Marco teórico
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Exploración hidrogeológica
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Ejemplo de estudio hidrogeológico para la perforación de pozos
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Conclusiones
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Recomendaciones
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Bibliografía
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INTRODUCCIÓN
El suministro de agua, saneamiento y drenaje son servicios claves en el proceso de urbanización, en el desarrollo económico y en la salud pública de los habitantes urbanos. En el medio urbano las Aguas Subterráneas son casi siempre el primer recurso que se utiliza con fines de abastecimiento de agua, porque poseen los siguientes beneficios: a) son de excelente calidad natural; b) son más seguras como fuente de abastecimiento en época de sequias; c) pueden utilizarse para el abastecimiento público y la utilización privada independientemente; y d) son atractivas en términos de inversiones de capital. Razones por las cuales contribuyen al desarrollo integral de las ciudades. Por las razones anteriormente expuestas es necesario realizar estudios hidrogeológicos que permitan establecer la localización, calidad y disponibilidad de caudal que tiene un acuífero subterráneo. En este trabajo se presenta la metodología a seguir en un estudio hidrogeológico para la perforación de un pozo, además de un ejemplo de la realización del mismo.
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Estudio Hidrogeológico para perforación de Pozos
OBJETIVOS
Objetivo General Conocer la metodología que se sigue en la realización de un estudio hidrogeológico para la perforación de un pozo
Objetivos Específicos Conocer como los materiales geológicos que componen un estrato de suelo favorecen o disminuyen la generación de acuíferos subterráneos. Identificar como los parámetros de escorrentía, precipitación entre otros favorecen la producción de aguas subterráneas.
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MARCO TEÓRICO Agua subterránea
Afloramiento de agua subterránea en un pozo El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de km² (como el acuífero guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial,1 pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa, la ofrecen las rocas solubles como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la creencia popular. Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Dentro de estas formaciones podemos encontrarnos con materiales muy variados como gravas de río, limo, calizas muy agrietadas, areniscas porosas poco cementadas, arenas de playa, algunas formaciones volcánicas, depósitos de dunas e incluso ciertos tipos de arcilla. El nivel superior del agua subterránea se denomina tabla de agua, y en el caso de un acuífero libre, corresponde al nivel freático. Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua subterránea.
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Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático y varía según las circunstancias: descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas. Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua. Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas impermeables, que puede tener forma de U o no, vimos que era un acuífero cautivo o confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica, y si se perfora la capa superior o exterior del terreno, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano. Tipos de acuíferos Según su estructura. Desde el punto de vista de su estructura, ya se ha visto que se pueden distinguir los acuíferos libres y los acuíferos confinados. En la figura de al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos:
río o lago (a), en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos. suelo poroso no saturado (b). suelo poroso saturado (c), en el cual existe una camada de terreno impermeable (d), formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina el acuífero a cotas inferiores. suelo impermeable (d). acuífero no confinado (e). manantial (f); pozo que capta agua del acuífero no confinado (g). pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano (h).
Según su textura Desde el punto de vista textural, se dividen también en dos grandes grupos: los porosos y fisúrales.
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En los acuíferos porosos el agua subterránea se encuentra como embebida en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe "permeabilidad" (transmisión interna de agua), frente a un simple almacenamiento. Aunque las arcillas presentan una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión o permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos porosos, tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales En los acuíferos fisúrales, el agua se encuentra ubicada sobre fisuras o diaclasas, también intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar a los acuíferos kársticos. Según su comportamiento hidrodinámico Por último, desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua, podemos denominar, en sentido estricto: Acuíferos: Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas fisúrales). Acuitardos: Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero lentos) (p.ej.- limos). Acuícludos: Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas). Acuífugos: Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas). Según su comportamiento hidráulico Acuífero subestimado o libre Es aquel acuífero que se encuentra en directo o con la zona subsaturada del suelo. En este acuífero la presión de agua en la zona superior es igual a la presión atmosférica, aumentando en profundidad a medida que aumenta el espesor saturado. Acuífero cautivo o confinado Son aquellas formaciones en las que el agua subterránea se encuentra encerrada entre dos capas impermeables y es sometida a una presión distinta a la atmosférica (superior). Sólo recibe el agua de lluvia por una zona en la que existen materiales permeables, recarga alóctona donde el área de recarga se encuentra alejada del punto 7
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de medición, y puede ser directa o indirecta dependiendo de si es agua de lluvia que entra en o directo con un afloramiento del agua subterránea, o las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas de suelo antes de ser integrada al agua subterránea. A las zonas de recarga se les puede llamar zonas de alimentación. Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero, nunca se evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene de un área de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los acuíferos semiconfinados y los no confinados o libres (freáticos). Acuífero semi-confinado Un acuífero se dice semi-confinado cuando el estrato de suelo que lo cubre tiene una permeabilidad significativamente menor a la del acuífero mismo, pero no llegando a ser impermeable, es decir que a través de este estrato la descarga y recarga puede todavía ocurrir. Una de las ciencias que estudia las aguas subterráneas y su comportamiento es la Hidrogeología de la cual podemos decir que: La hidrogeología es una rama de las ciencias geológicas (dentro de la Geodinámica Externa), que estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su circulación, sus condicionamientos geológicos y su captación, así su definición dice «La hidrogeología es la ciencia que estudia el origen y la formación de las aguas subterráneas, las formas de yacimiento, su difusión, movimiento, régimen y reservas, su interacción con los suelos y rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas); así como las condiciones que determinan las medidas de su aprovechamiento, regulación y evacuación Actualmente los estudios hidrogeológicos son de especial interés no solo para la provisión de agua a la población sino también para entender el ciclo vital de ciertos elementos químicos, como así también para evaluar el ciclo de las sustancias contaminantes, su movilidad, dispersión y la manera en que afectan al medio ambiente, por lo que esta especialidad se ha convertido en una ciencia básica para la evaluación de sistemas ambientales complejos. El abordaje de las cuestiones hidrogeológicas abarcan: la evaluación de las condiciones climáticas de una región, su régimen pluviométrico, la composición química del agua, las características de las rocas como permeabilidad, porosidad, figuración, su composición química, los rasgos geológicos y geotectónicos, es así que la investigación hidrogeológica implica, entre otras, tres temáticas principales: 1. El estudio de las relaciones entre la geología y las aguas subterráneas.
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2. El estudio de los procesos que rigen los movimientos de las aguas subterráneas en el interior de las rocas y de los sedimentos. 3. El estudio de la química de las aguas subterráneas (hidroquímica e hidrogeoquímica). LA EXPLORACIÓN HIDROGEOLÓGICA Conjunto de estudios, trabajos y operaciones, llevados a cabo tanto por técnicas directas como indirectas, encaminados a la localización de acuíferos, para captación de aguas subterráneas, en cantidad y con calidad adecuadas para el fin pretendido y definición de las condiciones óptimas de explotación. 1ª Etapa: Estudio Hidrogeológico: Conduce a la propuesta de perforación de sondeo, con definición técnica y de objetivos del mismo. 2ª Etapa: Construcción de la obra de captación. 3ª Etapa: Valoración de los resultados del sondeo, para determinación de los parámetros hidráulicos del acuífero y de las condiciones óptimas de explotación.
EL ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO 1.1 Recopilación de la información. 1.2 estudio de la demanda de agua. 1.3 estudio geológico. 1.4 estudio geofísico. 1.5 estudio climatológico. 1.6 hidrología superficial. 1.7 estudio hidrogeológico. 1.7.1 Obtención de datos básicos. 1.7.2 Síntesis hidrogeológica
Introducción a la metodología para estudios hidrogeológicos Para conocer las características de los acuíferos, con cierta aproximación, es necesario realizar costosos trabajos de reconocimiento. Los estudios hidrogeológicos para la explotación de las aguas subterráneas se pueden clasificar en tres grandes grupos: Estudios preliminares: Dirigidos fundamental a la localización de acuíferos. Permiten realizar una primera estimación de sus dimensiones, parámetros, zonas de recarga y descarga y de la calidad de sus aguas. Sus resultados se sintetizan 9
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en mapas hidrogeológicos cuya escala suele estar comprendida entre 1:100.000 y 1:200.000, sobre un área de estudio de varios miles de kilómetros cuadrados. En general, este tipo de estudios no requieren la realización de prospecciones geofísicas o sondeos, ya que se apoyan en la geología analizada con criterio hidrogeológico. En cambio, si requiere técnicos muy expertos. Estudios hidrológicos generales: Permiten obtener una cuantificación más aproximada de los acuíferos localizados en los estudios preliminares. Con los resultados se elaboran mapas hidrogeológicos de escala variable entre 1:25.000 y 1:100.000. En estos mapas se suelen representar las curvas de isopiezas (puntos de igual nivel piezométrico), y con frecuencia también las isotransmisibilidades (oscilaciones del nivel piezométrico), profundidades de la zona saturada, concentraciones iónicas, etc. Habitualmente, estos estudios suelen extenderse a una cuenca hidrográfica de centenares a miles de kilómetros cuadrados. En esta etapa, es siempre necesario realizar un inventario detallado de pozos y fuentes. También frecuentemente se requiere la realización de prospecciones geofísicas, sondeos mecánicos, ensayos de bombeo y análisis químicos. Estudios de detalle: Dirigidos a lograr un conocimiento pormenorizado de las características de un acuífero concreto. En este tipo de estudios tienen una especial importancia los datos hidrológicos y técnicos de las captaciones existentes. Los resultados suelen presentarse en mapas hidrogeológicos a escala variable entre 1:10.000 y 1:25.000. Requieren de estudios geofísicos, sondeos mecánicos, ensayos de bombeo, análisis químicos y la realización de algunos pozos experimentales. Emplean métodos geológicos, geofísicos, climatológicos, de hidrología de superficie, de hidrología subterránea, etc. La caracterización hidrogeológica de una zona depende de la litología de las formaciones geológicas de la misma, de la litología de donde procedan los distintos cursos de agua, así como de la litología de los acuíferos. Pero depende también de las características hidrostáticas del acuífero y del espesor de la zona no saturada. Las litologías se pueden agrupar en diferentes grupos en función de las clases de permeabilidades del terreno (porosidad intergranular, fracturación, karstificación, fracturación/karstificación y materiales de baja permeabilidad).
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Contenido de los estudios hidrogeológicos Recopilación de información Economía de tiempos y costes de realización a datos históricos Estudio de la demanda de agua Estimación de demandas actuales y futuras Previsión de crecimiento demográfico permanente y estacional, industrial, agrícola, recreativo. Usos del agua: cantidad, calidad Estudio geológico Reconocimiento preliminar (mapas topográficos, mapas geológicos, fotografías aéreas) Formulación de hipótesis sobre localización y movimiento de aguas subterráneas. Comprobación de hipótesis y establecimiento de otras nuevas en trabajos de campo Series estratigráficas. Cartografía geológica. Cortes geológicos. Bloques diagrama. Correlaciones. Estructuras. Facies Estudio geofísico Métodos eléctricos y electromagnéticos Métodos sísmicos y gravimétricos Resonancia magnética
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Estudio climatológico Precipitación Evapotranspiración Infiltración Escorrentía Hidrología de superficie Ubicación y caudal de manantiales Aforos periódicos (limnígrafos, limnímetros, molinete...) Estudio hidrogeológico Obtención de datos básicos (inventario de puntos acuíferos) Síntesis hidrogeológica
Inventario de puntos de agua Consiste en la localización, identificación, toma de información y situación geo referenciada de los puntos acuíferos. Finalidad e importancia del inventario Tipos de puntos acuíferos 12
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Manantiales Zanjas de drenaje y galerías Pozos de excavación Sondeos Información que ofrece el inventario Naturaleza litológica de los acuíferos Columnas estratigráficas Geometría de los acuíferos Piezometría del área investigada Determinación de la red de fllujo Caudales que aportan las captaciones Parámetros hidráulicos (T, S, caudal específico) Características químicas de las aguas Extracciones que se llevan a cabo en el acuífero, así como uso que de ellas se hace. Realización del inventario Trabajos previos a la recogida de información (IGME, Confederaciones, SGOP, Diputaciones, Ayuntamientos, Sociedades de riego...) Trabajos de campo. Material auxiliar: cartografía, fotos aéreas, brújula, GPS, altímetro, cámara fotográfica, termómetro, sonda de nivel, botellas, conductímetro, phmetro,..) Datos a tomar en manantiales: Situación (X,Y,Z) Caudal (molinete, estimación..) Temperatura Observaciones del entorno (litología) Conductividad y pH Muestra de agua para análisis Datos a tomar en galerías o zanjas: Situación (X,Y,Z) 13
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Características constructivas (longitud, diámetro, revestimientos, características de los drenes o los filtros,.. Muestra de agua para análisis Datos a tomar en pozos o sondeos Situación (X,Y,Z) Columna litológica y niveles productores atravesados en la perforación Nivel de agua. Profundidad. Reflejar si se ha estado bombeando Caudal Descensos producidos y recuperación de niveles Características constructivas de la perforación (sistema empleado, profundidad, diámetro, revestimientos, entubación, empaques,...) Características de la estación elevadora (tipo de bomba, potencia, grupo generador, profundidad de la aspiración, consumo energético...) Conductividad y pH Muestra de agua para análisis Almacenamiento de la información Fichas de inventario Mapas de situación de los puntos acuíferos Cuadros resúmenes Informatización. Banco de datos. G.I.S.
Síntesis hidrogeológica Recoge la información hidrogeológica obtenida a lo largo del estudio, referida a los siguientes aspectos: Características geológicas e hidrogeológicas de acuíferos Litología, estructura y límites Relaciones laterales y verticales Piezometría 14
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Parámetros hidráulicos Hidroquímica Funcionamiento hidrodinámico de los acuíferos Direcciones de flujo, gradientes,.. Balance hídrico Entradas, salidas, recursos, reservas Cartografía hidrogeológica (escala variable). Aspectos geológicos Litologías Tipos de o (concordante, discordante, mecánico) Estructuras antiformes y sinformes Dirección y buzamiento de los estratos Aspectos hidrogeológicos Formaciones permeables e impermeables Inventario de puntos acuíferos Límites de acuíferos Isolíneas de caudales específicos Transmisividades Coeficientes de almacenamiento Aspectos de hidrología de superficial Cursos de agua principales Embalses superficiales Divisorias hidrológicas Aspectos geomorfológicos Aspectos piezométricos Líneas isopiezas Isoprofundidad de la zona saturada 15
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Isoespesor de la zona saturada Isovariaciones piezométricas Aspectos hidrodinámicos Divisorias hidrogeológicas Direcciones del flujo subterráneo Relaciones río-acuífero Aspectos hidroquímicos Isolíneas de contenidos de diferentes aniones y cationes Isolíneas de conductividad Isolíneas de cloruros (especialmente importante en acuíferos costeros) Representación gráfica de parámetros químicos (Stiff, Piper,..)
EJEMPLO DE ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA SELECCIÓN DE UN SITIO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO MECÁNICO EN LA ALDEA LABOR PINAL DEL RIO SAN JOSÉ, SUCHITEPEQUEZ. ÍNDICE 1. Introducción 2. Aspectos Generales 2.1. Descripción de la Zona de Estudio 2.2. Demanda de Agua 3. Geología de la zona de estudio 4. Condiciones hkárogeológicas de la Zona de Estudio 5. Localización del Sitio para la Construcción del Pozo Mecánico Propuesto 6. Aspectos Constructivos del Pozo Mecánico Propuesto 7. Conclusiones y Recomendación
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ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA SELECCIÓN DE UN SITIO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO MECÁNICO EN LA ALDEA LABOR PINAL DEL RIO SAN JOSÉ, SUCHITEPEQUEZ. 1. INTRODUCCIÓN A solicitud de la municipalidad de San José; se realizó el presente Estudio Hidrogeológico. el cual tiene como principal objetivo la investigación de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de área para la selección de un sitio adecuado para la perforación de un, pozo mecánico en jurisdicción de la aldea Labor Piñal Del Río San José, el cual se utilizará como fuente del sistema de abastecimiento de agua potable de dicha comunidad y sus alrededores para realizar el estudio antes mencionado, fue necesario efectuar una serie de actividades de campo y gabinete tendientes a definir fa factibilidad de construir el pozo mecánico. Así mismo, fue necesario considerar las áreas que reúnanlas mejores condiciones hidrogeológicas para la perforación de dicho pozo. Cabe indicar que a través del estudio que se describe a continuación, nos permite minimizar el riesgo en la búsqueda de un caudal que satisfaga los requerimientos de la comunidad, sin embargo no garantiza el éxito total del proyecto. En virtud de lo antes expuesto, se describe a continuación el estudio detallado, conteniendo todas las actividades necesarias para el desarrollo del mismo. 2. ASPECTOS GENERALES 2.1 Descripción de la Zona de Estudio La aldea Labor Piñal Del Río del municipio de San José El Ídolo del departamento de Suchitepéquez, se localiza aproximadamente a 10 km. Al suroeste de la cabecera municipal de San José. La elevación promedio de la aldea Labor Piñal De! Río es de 128 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.) aproximadamente, y se localiza en las coordenadas UTM siguientes: latitud norte 14° 24' 39" y longitud oeste 91°26' 50.3" .2.2 Demanda de Agua2.2.1. Población y demanda actual De acuerdo a información obtenida del Alcalde Municipal de San José, la aldea Labor Pinal Del Río y sus alrededores cuenta actualmente con 76 viviendas con una densidad de vivienda alrededor de los 6hab/vivienda, lo cual aporta una población de aproximadamente 438habitantes actuales. Debido a las condiciones de! clima y altura de la aldea Labor Piñal Del Río y por tener características semi-urbanas, se asumió una dotación de 25gls/hab/día, con lo cual se obtiene que la demanda actual de agua es de 40gpm, es decir, se requiere que por lo menos el pozo produzca 60 m3/día, para suplir los requerimientos actuales de la población. Sin embargo, para fines prácticos y económicos, se asumirá, que la demanda para el pozo será de un caudal medio diario de 10 /rs/seg, es decir aprox. 160 galones/minuto, por medio de lo cual se disminuirán 17
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los gastos de consumo de energía eléctrica para su operación, disminuyendo las horas de bombeo (2 horas diarias). 3. GEOLOGÍA 3.1. Geología de la Zona de Estudio La aldea Labor Pinal Del Río se encuentra ubicada fisiográficamente dentro de lo que se denomina planicie costera del pacífico, por lo que es común encontrar en el lugar unidades de rocas que corresponden o han sido formadas por materiales aluviales del cuaternario provenientes de erupciones volcánicas muy recientes, así como de detritus laháricos y fluvial, con intercalaciones de estratos de arcillas 4. CONDICIONES HIDROGEOLÓGICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO Con el objetivo de establecer los espesores de las unidades geológicas, así como las características hidrogeológicas de la zona. Se efectuó un inventario de pozos de la zona, obteniéndose información de varios pozos perforados en áreas cercanas a dicha aldea. Dicha información fue proporcionada por la municipalidad y por la empresa AGROPOZOS. Para estimar la transmisividad del acuífero de la zona de estudio, se realizó el análisis de la prueba de bombeo del pozo referido, determinándose que la transmisividad se encuentra alrededor de los 3 a 10 m2/día. De acuerdo a la experiencia en condiciones geológicas similares, se ha determinado que las transmisívídades de las lavas y depósitos aluviales constituidos por bloques de lavas y arenas son bastante variables dependiendo los procesos de depositación, por consiguiente, se asumirá una transmisividad promedio de 10 m^día/m. Con base en el reconocimiento hidrogeológico de la zona de estudio, se estima que los niveles dé aguas subterráneas de la zona de estudio, se encuentran alrededor de los 25 a 40 metros (80-130 pies). De acuerdo a los niveles de agua encontrados en los pozos de la zona y a la morfometria de fa planicie costera, se estableció en términos generales, que las líneas de flujo regional se manifiestan del norte hada el sur en dirección a la costa pacífica. No obstante, las direcciones de flujo locales, están controladas por la cuenca del río Ixtacapa y sus afluentes, constituyendo el mismo, un río efluente de las aguas subterráneas de la zona, con dirección hada la costa pacífica. Geológica e hidrogeológicamente, la zona de estudio tiene las condiciones favorables para la explotación de las aguas subterráneas, considerando que tos flujos de lavas y detritus laháricos no se encuentran muy profundas, las cuales como se menciona anteriormente, constituyen a nuestro criterio la unidad hidrogeológica más favorable para la explotación de las aguas subterráneas. Ahora bien, en base a las consideraciones hidrogeológicas establecidas anteriormente y en función de la 18
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demanda de agua de la aldea Labor Piñal Del Río se considera que la profundidad requerida para la perforación del pozo de dicho lugar, en función del caudal que se desea explotar, se define de la siguiente manera: Nivel del terreno seleccionado para la perforación del pozo: 360 m.s-n.m. Nivel estático estimado: NE =40m. (130 pies). Caudal mínimo a explotar Q = 10 Its/seg. Transmisividad Estimada: T = 10 m^día/m. (Lavas del terdario y fahares) Con base en la ley de Darcy, cuya fórmula establece: d = 0.366 (Qn") log (R/r) (Ley do Darcy) d = descenso de nivel del pozo a partir del NE. Q = Caudal de explotación del pozo (rn^día) T = Transmisividad del acuífero (m^día/m) R = Radio de Influencia de* Pozo r = Radio del Pozo b = Espesor del acuífero penetrado. Y considerando, Que el radio de influencia, es menor a 100 metros y radio del pozo es igual a 4" (0.10 m), se determina que el descenso estimado en el pozo de 8' de diámetro es de aproximadamente: d = 1.1* [10 Its/seg * (86,400 seg/día)/1000 Its/m3] / 10 m^día/m d = 95 metros de acuífero =310 pies de acuífero. Sin embargo, hidrogeológicamente se requiere que el descenso para un caudal determinado, represente aproximadamente el 20 o50 % del total de la columna de agua en el pozo, por consiguiente el espesor saturado mínimo que hay que penetrar deberá ser igual a h s= 110 m., considerando un factor del 50%. El nivel estático estimado de la zona es 130 pies (40 m.) y el acuífero saturado inicia a partir de éste nivel, entonces se estima que para obtener el caudal definido anteriormente, se necesita un pozo de una profundidad total de: H(p
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Dónde: H (pozo) = Profundidad necesaria del pozo para explotar el caudal futuro demandado N.E. = nivel estático (pies)d = espesor del acuífero requerido para cumplir con la demanda futura. h= total de acuífero a penetrar considerando un 50 % de descenso de la columna de agua. Entonces: H = 40 m + 110 m = 150.00 m. Equivalente a 500 pies de perforación. En conclusión se sugiere un pozo con las características siguientes: • Diámetro de perforación: 12-1/4" • Profundidad del pozo: 500 pies (150mts) • Encamisado y filtros con un diámetro de: 8" (mínimo) 5. LOCALIZACIÓN DEL SITIO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL POZO MECÁNICO PROPUESTO Con base en el estudio de las unidades geológicas, a la geología estructural y las condiciones hidrogeológicas de la zona y por experiencias en otros lugares con unidades similares, se considera que el sitio que tiene disponible la municipalidad de San José en la aldea Labor Pinar Del Río es apropiado para la perforación del pozo mecánico, en virtud que tiene las condiciones favorables para la explotación de las aguas subterráneas 6. ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEL POZO MECÁNICO PROPUESTO. Tomando en consideración las condiciones geológicas e hidrogeológicas anteriormente expuestas, se recomienda los siguientes características constructivas del pozo mecánico a perforar: Método de perforación: Rotación • Lodos de perforación: BENTONITA SÓDICA • Diámetro de perforación: No menor de 12 %" (pulgadas) • Profundidad: No menor de 400 pies (125 metros) • Diámetro de Ademe y Filtros: No menor de 8 pulgadas ACERO NEGRO
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• Rejilla: Importada (con un área de paso no menor del 15%) Así mismo, se hacen las siguientes recomendaciones para la construcción, evaluación, operación y mantenimiento del pozo • Sello sanitario no menor de 75 pies. • Prueba de bombeo no menor de 24 horas • De ser posible una prueba de bombeo escalonada (5 escalones de 2horas cada escalón) • Medición de niveles con sonda eléctrica y no con línea de aire. • Instalar al momento de la introducción de la bomba, un tubo de PVC de1', adosada a la tubería de impulsión, con el objeto de llevar un control de niveles de aguas subterráneas. • Efectuar el análisis físico-químico y bacteriológico del agua explotada del pozo, preferentemente, tomando la muestra una hora antes de finalizar la prueba de bombeo de larga duración, para determinar la necesidad de la aplicación de doro para la purificación del agua. Es importante mencionar que la profundidad recomendada no significa que sea disminuida o incrementada. Esta profundidad deberá ser definida con mayor claridad de acuerdo a las formaciones geológicas encontradas y a las anomalías geológicas e hidrogeológicas in situ. Estas decisiones deberán efectuarse durante la perforación.
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CONCLUSIONES
A partir de la investigación realizada se puede concluir que una de las áreas donde se emplean los estudios hidrogeológicos es para determinar el comportamiento hidrodinámico de los acuíferos de las aguas subterráneas, determinándose la profundidad a la cual se encuentra el acuífero, los estratos permeables e impermeables presentes en el suelo del área de estudio; pero sobre todo se emplean para la provisión de agua a la población a partir de los depósitos de agua subterránea, además estos estudios se emplean para determinar el origen y formación de las aguas subterráneas.
RECOMENDACIONES
Antes de efectuarse una perforación para un pozo es necesario realizar un estudio hidrogeológico del área donde se propone la perforación, para determinar la profundidad a la que se encuentra el agua, la calidad de la misma, entre otros.
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BIBLIOGRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrogeolog%C3%ADa http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterr%C3%A1nea http://www.pnud.org.gt/data/bases/Estudio%20Hidrogeol%C3%B3gico%20de%20San% 20Juan%20Ostuncalco.pdf http://es.idoub.com/doc/50221759/Estudio-Hidrogeologico-para-pozo-chilte http://www.agua.uji.es/pdf/presentacionPEG02.pdf
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Figura 1. Esquema de la situación de una ciudad inicial
Figura 2. El sistema bajo el auge de una ciudad industrializada
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Figura 3. Ciudad postindustrial y su impacto sobre el agua subterránea
Figura 4. Ciudad del futuro bajo el cambio climático
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