PROYECTO ARCAL RLA/7/018
“MEJORA DEL CONOCIMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS PARA
CONTRIBUIR A SU PROTECCIÓN, GESTIÓN INTEGRADA Y
GOBERNANZA”
REPÚBLICA DEL ECUADOR
Monitoreo aguas subterráneas
Lucila Candela. Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.
Universidad Politécnica de Catalunya, UPC, Barcelona, España
Quito, Ecuador, 4-8 Julio 2016
Aguas subterráneas: puntos de agua
Naturales: fuente o manantiales
Tipos
Una captación de agua subterránea es toda aquella obra destinada a obtener un cierto
volumen de agua de una formación acuífera concreta, para satisfacer una determinada
demanda. El conjunto de puntos (pozos, aljibes, sondeos, manantiales…) que
permiten conocer características hidráulicas, hidroquímicas o físicas de un acuífero.
Artificiales: Galerías
Zanjas drenantes
Pozos excavados
Sondeos
Pozos con drenes radiales
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Puntos de agua: tipos
Artificiales:
Pozos excavados
Sondeos
Figura tomada de http://web.usal.es/~javisan/hidro/
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diámetro inferior a 1,5 metros,
aunque los más usuales se
encuentran entre los 150 y los 700
mm.
Puntos de agua: tipos
Artificiales:
Galerias y drenes
Zanjas de drenaje Figuras tomadas de UNESCO
Pozos con drenes horizontales
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Información asociada: ii-características captación
NIVELACIÓN TOPOGRÁFICA, GEO-REFERENCIADO, CÓDIGO, ACUÍFERO… 6
Información asociada: iii-toma de datos
Medida niveles de agua en pozos/sondeos (según referencia fija
siempre: brocal, suelo….)
(muestreo: calidad)
Aforos en manantiales
Otros (bombeos, z de recarga, aforos en ríos…)
Filtro 0.5 m
encima del
NIVEL FREATICO acuifero
ESQUEMA GENERALPOZO MONITOREO
ESTACION DE SERVICIO
TAPA ROSCADA NIVEL DELTERRENO
LONGITUD DELSELLO SANITARIO
LONGITUD DEL FILTROTOTAL 3.O m.
ACUIFERO
8"
DIAMETRO DE PERFORACION
NOTAS : 1. La tapa del pozo debe quedar como máximo a 30 cm. sobre el nivel del terreno.2. La longitud del sello sanitario se establecerá una vez se realice la perforación de sondeo.
SIN ESCALA
ORIFICIO DE VENTILACION
TUBERIA CIEGA DE PVCDIAMETRO 4"
SELLO ( ARENA - CEMENTO )
SELLO ( BOLAS DE BENTONITA )
FILTRO DE PVC DIAMETRO 4"( RANURA 1 mm. )
EMPAQUE DE GRAVA DE RIO( TAMAÑO No 1 )
DESARENADOR ( 0.30 m. )
0.50 m.
Where, what!!!!
When!!!
Frecuencia en función modelo conceptual
En función del método de medida (al menos
una vez al año muestreo, medida
mensual/estacional)
Ojo, medida automática!!
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Explotación información
Estudios hidroquímicos
Mapas piezométricos
Variación parámetros hidráulicos
Contaminación
Otros…
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Importante
SELLADO POZOS ABANDONADOS
cvc SUSTITUCIÓN POZOS
(PERDIDA INFORMACIÓN)
PERO, REPRESENTATIVIDAD DE LOS PUNTOS SELECCIONADOS EN RELACION CON LA
BASE DE DATOS EXISTENTE (USO DEL PUNTO DE CONTROL)
LA INTEGRACIÓN DE PUNTOS EXISTENTES TIENE SUS VENTAJAS ($$$)
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Objetivos monitoreo
Nivel agua subterránea
Plazo tiempo: corto, medio, largo
Cuando: tiempo real, estacional…..
Para qué?: condiciones hidrológicas, informes administración,
reglamentos,
Análisis de tendencias, intrusión marina, subsidencia…
Acuífero/s (consolidados, no consolidados, confinados, libres)
Como: Puntos de agua invariables en el tiempo (XYZ): pozos, piezómetros,
sondeos, manantiales (karst)
Red de observación (selección de puntos, diseño)
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i-Características hidrogeológicas
Su complejidad puede condicionar el diseño (acuíferos multicapa, gradientes
elevados…)
A modo de sugerencia!!!
Zonas aluviales: importante su geometría, permeabilidad, conexión ríos,…
Acuífero homogéneo: geometría, zonas de recarga/descarga, redes de flujo/mapas
Acuífero heterogéneo: geometría especial consideración a la hidroestratigrafía
Multicapa: puede necesitar caracterización 3D, múltiples piezómetros
Zonas fracturadas/plegadas: basado en la presencia de manantiales, vegetación,
geología, estructuras geológicas.
López-Geta et al., 2001 13
ii-Características hidrogeológicas
Cabrera, 2004,
a) z. permeable, np real;
b) pequeñas fisuras, el agua llega lenta
c) no hay fisuras np no representativo
Permeable
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Obtención datos
En manantiales, con caudalímetro o mediante cualquier método volumétrico
(cubo/tiempo, ….) manual o automatizado
La selección de datos indicadores (ej. explotación) puede obtenerse a partir del
contacto con el propietario
Medida manual
Automatizada
(sensores, data loggers)
Importante: chequeo de los datos para evitar errores previo a su almacenamiento
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i-Cuándo medir?
NO EXISTE UNA FRECUENCIA MEJOR O PEOR. DEPENDE DE LAS CONDICIONES NATURALES DEL MEDIO Y CARACTERÍSTICAS DEL ACUÍFERO La selección del periodo de medida depende de los objetivos del monitoreo ( uso de los datos) y la respuesta del sistema a las influencias naturales y antrópicas: ej. estacional (variaciones en la recarga),mensual… largo plazo, corto (diario), del método de medida (automático) y de las características de la región (árida-lluviosa) entre otros
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Objetivo de los datos…
OBJETIVO DE LOS DATOS DE NIVEL
Muestreo requerido (toma de datos) DIAS/SEMANAS MESES AÑOS DÉCADAS
Propiedades hidraúlicas (tests)
Mapas piezométricos
Cambios almacenamiento y recarga (corto plazo)
Cambios almacenamiento y recarga (largo plazo)
Variabilidad climática
Efectos regionales del bombeo
Análisis estadístico de las tendencias
Cambios en el flujo del agua subterránea
Relaciones aguas superficial-subterránea
Modelos numéricos o transporte de contaminantes
mayor interés menor interés 19
ii-Algunos factores importantes
Frecuencia
medida
Somero/libre + Rápido Mayor Mas variable
Profundo/confinado Lento Menor Menos variable -
Acuífero Flujo y
recarga
Bombeo Clima
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En resumen…
A
Los cambios en los sistemas acuíferos se pueden describir de
acuerdo a: tendencias, fluctuaciones periódicas o anuales, o valores
medios correspondientes a un largo periodo (baseline/nivel base!).
Nivel piezométrico (1986-1998) Nivel piezométrico mensual
(octubre septiembre) max-min-med
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La determinación de la frecuencia de muestreo se debe basar en:
a) estudio de las tendencias
b) determinación de las variaciones periódicas
c) estimación del valor medio
Los criterios/métodos aplicados tienen como objetivo:
a) detectar tendencias
b) estimar con fiabilidad las fluctuaciones periodicas y
c) calcular con fiabilidad la representatividad de los valores medios
En resumen…
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Objetivo: 2. calidad
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“conducir a largo plazo a la estabilidad y sostenibilidad de la
calidad del agua subterránea, preservando el "buen estado químico"
para las generaciones presentes y futuras”
DEFINIR OBJETIVOS
ESCALA ESPACIAL TEMPORAL Foto. Collazo, P. 2013
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Monitoreo calidad
La exactitud y representatividad de los resultados del monitoreo deben ser
evaluados regularmente. La falta de acciones de seguimiento no justifica
no implementar programas de monitoreo.
• Determinar la distribución de la contaminación y movimiento de los
contaminantes
• Establecer la extensión de intrusión salina en zonas costeras
• Conocer la presencia de aguas de baja calidad de origen natural (interacción
roca-agua
• Evaluar la efectividad de medidas para controlar o remediar la contaminación
2. Determinar la variación espacial de la calidad de las aguas subterráneas
1. Proporcionar resultados que reflejen exactamente la condición de las
aguas subterráneas en el acuífero
Mediante muestras representativas (no contaminadas) de la condición en un punto
específico del sistema de aguas subterráneas
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Objetivos
Referente a la aceptabilidad de agua bombeada para un uso
determinado y/o con el control de cualquier proceso de tratamiento
necesario. (Foster, 1997)
INTERVIENEN LAS ADMINISTRACIONES
RESPONSABLES DEL AGUA DE CADA PAÍS.
APLICACIÓN DE NORMAS DE POTABILIDAD
NACIONALES E INTERNACIONALES (OMS,
EPA)
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Objetivos
3. Vigilancia o control de la calidad de las aguas subterráneas que se
utilizan para el suministro de agua.
4 . Identificar la presencia de la contaminación por una determinada
actividad a la menor brevedad, que permita la inmediata introducción
de medidas de control.
LÍNEA DE BASE: rango de concentraciones de un elemento dado,
isótopo o compuesto químico en solución, derivado enteramente de
fuentes naturales, geológicas, biológicas o atmosféricas en condiciones
no perturbadas por la actividad antropogénica. (UE.Groundwater
Directive recommendations, 2006, en Natural Groundwer Quality, 2008).
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Calidad natural del agua: línea de base
Definir la COMPOSICIÓN QUÍMICA NATURAL de las aguas
subterráneas y distinguirlas de las afectadas por los
impactos humanos.
REDES DE MONITOREO DE LÍNEA DE BASE: observación a largo plazo (baja
frecuencia y medidas estandarizadas) para el conocimiento del sistema de flujo,
procesos y tendencias geoquímicas.
Información clave para la gestión y la protección de los acuíferos
Referencia de calidad para futuros monitoreo y acciones de remediación
Identificar Impactos antrópicos
Detectar tendencias de origen natural que pueden tener implicaciones para la
salud humana o la de los ecosistemas dependientes de las aguas
subterráneas;
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Calidad natural del agua: redes
REQUIERE:
•Caracterización tridimensional del sistema acuífero.
•Comprender todos los procesos naturales que pueden contribuir a la
variación de la calidad del agua y los posibles cambios dentro del sistema.
•Proporcionar datos apropiados para validar y actualizar el modelo
conceptual del acuífero estudiado.
•Para la interpretación de la tendencia espacial y temporal observada
de calidad del agua
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Calidad natural del agua: redes
PARA:
1. Realizar estudios hidrogeológicos regionales detallados
2. Generar un modelo conceptual realista y adecuado
3. Seleccionar o instalar puntos de muestreo del agua subterránea
4. Definir rango de variables y trazas a monitorear
5. Verificar protocolos analíticos de laboratorio y límites de detección
6. Elección protocolo de muestreo y método de conservación de acuerdo con el
laboratorio
7. Definir la frecuencia del muestreo
8. Definir que datos/parámetros para alerta temprana para la toma de decisión y gestión
de los acuíferos
9. Validación periódica del modelo conceptual
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Objetivo redes
La densidad de puntos de monitoreo depende:
Tamaño y heterogeneidad del sistema acuífero.
Características geológicas e hidrogeológicas del sistema.
Vulnerabilidad del acuífero y el riesgo de las fuentes potenciales
contaminantes.
Como valor de referencia (Vrba, 1989):
Un punto cada 10 a 100 km2 para el monitoreo regional;
Un punto cada 100-10.000 km2 para el monitoreo nacional.
‘cada acuífero es único y la selección de los sitios se basa en el conocimiento
local y en la experiencia de los especialistas; densidad de los puntos de
muestreo puede cambiar según las condiciones locales’
De acuerdo al presupuesto establecido, el muestreo debe ser representativo, y debe
ser capaz de proporcionar la evolución geoquímica según flujo.
Edmunds, M. & Shnad, P. 2008 31
Redes: densidad y puntos
Frecuencias óptimas depende de los aspectos hidrogeológicos
(tiempo de residencia, velocidad de flujo) y condiciones
climáticas y consideraciones estadísticas.
Velocidad del agua subterránea en el medio poroso es lento
(cm/año - m/año) y por lo tanto la variabilidad de la calidad
natural de las aguas subterráneas también es lento.
En un acuífero libre la frecuencia y toma de muestras debe ser
mayor que en un acuífero confinado
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Redes: frecuencia y tipo medidas
Selección de puntos de monitoreo
La instalación de pozos de monitoreo a distintas profundidades, con
intervalos ranurados conocidos, es la mejor opción de obtener
muestras representativas de las condiciones en el acuífero, aunque
esto no es siempre posible
Al seleccionar, los métodos de perforación de pozos, se debe evitar
los que utilizan fluidos de perforación (investigación)
Si se utilizan pozos ya existentes, se debe conocer las características
constructivas y la información. A veces los pozos obtinene agua de
varios niveles explotados
Pozos con gran diámetro deben evitarse
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Un sondeo también puede penetrar dos o más
acuíferos separados por estratos
impermeables.
Diferentes cargas hidráulicas pueden producir flujos positivos o
negativos y el propio pozo puede inducir la contaminación cruzada
al permitir flujo de un acuífero al otro.
alta K
baja K
alta Kagua dulce
agua salada
acuitardo
sucap. tri piezomésup. freáti
ca
(Auge, 2003) 34
Selección de puntos de monitoreo
Selección de parámetros
EN CAMPO: PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
1. pH.
2. Temperatura (T°C)
3. Conductividad eléctrica (CE) (µS/cm).
4. potencial Redox (Eh).
5. oxígeno disuelto (OD).
6. Alcalinidad.
EN LABORATORIO: PARAMETROS QUÍMICOS MAYORITARIOS
Na, K, Ca, Mg, Cl, SO4, NO3, CO3H (Si, NH4, B, Ba, Sr, F, Br….)
Metales/otros según monitoreos especificos
CONOCER LA LITOLOGÍA DEL ACUÍFERO PARA GUIAR LAS DECISIONES SOBRE
PARÁMETROS ESPECÍFICOS Y EN QUE ÁREAS
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