Influencia de pozos en

aguas subterráneas

Respuesta de acuíferos a

la presencia de pozos

El desarrollo económico y la gestión eficiente del sistema de agua subterráneas requieren el entendimiento de la influencia de los pozos en el sistema de aguas subterráneas.

La respuesta de los acuíferos depende de:

1. La velocidad de expansión del cono de depresión causada por el bombeo, que depende de la transmisividad y el coeficiente de almacenamiento.

2. La distancia que existe del pozo a las zonas de descarga que pueden ser reducidas.

3. La distancia que existe del pozo a las zonas de recarga que se pueden ver incrementadas.

Respuesta de acuíferos a

la presencia de pozos

Antes de la existencia de pozos, en condiciones naturales, la descarga en aguas subterráneas es igual a la recarga.

Las diferencias entre descarga y recarga determinan un cambio en el almacenamiento (∆S). Entonces, la salida (Q) del bombeo conlleva a una reducción en el almacenamiento.

Respuesta de acuíferos a la presencia de pozos

Con el tiempo el cono de depresión se va expandiendo, y puede alcanzar un área de descarga, reduciendo el gradiente hidráulico y la velocidad de descarga natural.

Respuesta de acuíferos a la presencia de pozos

En cambio, si el cono de depresión se expande hacia una zona de recarga, el gradiente hidráulico aumentará. Si en condiciones naturales existe más agua disponible de la que el acuífero pueda almacenar, el aumento en el gradiente hidráulico permitirá una mayor recarga y por lo tanto el crecimiento del cono de depresión será menor.

Respuesta de acuíferos a la presencia de pozos

Si los pozos de bombeo se encuentran cercanos a cursos de agua o su producción es lo suficientemente prolongada, la descarga puede detenerse y por el contrario, el cuerpo de agua superficial empezará a aportar al agua subterránea. Esta consideración es importante cuando el curso de agua es salobre o contiene algún tipo de contaminación.

Respuesta de acuíferos a la presencia de pozos

Determinar el almacenamiento y evaluar el movimiento y dirección de contaminantes en el agua subterránea requiere el conocimiento de:

1. La posición y espesor de los acuíferos y capas confinantes.

2. La transmisividad y el coeficiente de almacenamiento de los acuíferos.

3. Las características hidráulicas de las capas confinantes.

4. La ubicación y naturaleza de los bordes de los acuíferos.

5. La ubicación y cantidad de salidas de agua subterránea.

6. La ubicación, tipos y cantidad de contaminantes .

Respuesta de acuíferos a la presencia de pozos

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Pruebas en Acuíferos

Pruebas de acuíferos

Las pruebas en acuíferos consisten en el análisis del cambio en las cargas hidráulicas con respecto al tiempo debido al bombeo de pozos.

Estas pruebas consisten en bombear un pozo a un flujo constante en un periodo de varias horas a varios días, y medir el cambio en las cargas hidráulica de pozos de observación distribuidos a diferentes distancias del pozo de bombeo.

Pruebas de acuíferos

Las pruebas en acuíferos requieren:

1. La determinación de la carga hidráulica antes del bombeo(tendencia regional).

2. Bombeo constante controlado.

3. Mediciones precisas de la carga hidráulica, a tiempos conocidos y tanto en el periodo de abatimiento como en el periodo de recuperación.

Pruebas de acuíferos

Al principio, el descenso en la carga hidráulica es rápido, pero a medida que el bombeo continua y el cono de depresión se expande, la velocidad de abatimiento es menor.

En condiciones ideales, durante la etapa de recuperación (cuando se ha detenido el bombeo) la velocidad de ascenso en la carga hidráulica es la misma que en el proceso anterior .

Además de las pruebas de bombeo a velocidad constante mencionadas anteriormente, existen métodos analíticos y modelos numéricos que incluyen pruebas con infiltración a través de capas confinantes, para el caso de acuíferos confinados.

Estos métodos permiten el análisis tanto para pruebas en pozos verticales y pozos horizontales o drenes.

Pruebas de acuíferos

Durante las pruebas de bombeo, los conos de depresión experimentan cambios en la forma del cono y en la velocidad de abatimiento. Conforme el cono de depresión migra hacia zonas exteriores al pozo, su forma (y, por lo tanto, su gradiente hidráulico a diferentes puntos del cono) cambia.

Al inicio del bombeo, nos referimos a un cono de depresión con forma inestable.

Pruebas de acuíferos

Después de un tiempo de iniciado el bombeo, la forma del cono de depresión empieza a tomar una forma estable, primero en el pozo de bombeo y luego cada vez a mayores distancias.

Pruebas de acuíferos

Si el bombeo continúa el tiempo suficiente para incrementar la recarga o para disminuir la descarga y equilibrar la velocidad de bombeo, el cambio en la carga hidráulica se detiene y se puede decir que el cono de depresión toma una forma estable.

Pruebas de acuíferos

Las pruebas que incluyen varios pozos de observación son las más efectivas, sin embargo, se puede obtener información valioso de los pozos de producción si es que no se cuenta con pozos de observación disponibles.

Para analizar la información, es importante entender la naturaleza de la disminución en la carga hidráulica en un pozo de bombeo.

Pruebas de acuíferos

La disminución total de la carga hidráulica (st) consta de 2 componentes:

La disminución de carga hidráulica del acuífero (sa)

La disminución de la carga hidráulica que ocurre mientras el agua se mueve del acuífero hacia el pozo (sw)

Pruebas de acuíferos

La disminución total de la carga hidráulica (st) será igual a:

St = sa + sw

St = BQ + CQ2

Donde:

Sa = disminución de la carga hidráulica en el radio específico del pozo.

Sw = pérdida del pozo

Q = flujo de bombeo

B = factor relacionado a las características hidráulicas

C = factor relacionado a las características del pozo.

Pruebas de acuíferos

St = sa + sw

St = BQ + CQ2

Como C es constante, y la prueba se realiza a flujo constante, el término CQ2 se considera constante.

Como resultado, la pérdida del pozo (sw) incrementa la pérdida total de carga hidráulica, pero no afecta la velocidad de cambio de la misma con el tiempo.

Pruebas de acuíferos

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Interferencias entre Pozos

Interferencias entre Pozos

Cuando existen pozos cercanos, el bombeo de uno puede causar una disminución del nivel potenciométrico de otros. Entonces, la disminución de este nivel es igual a la suma del causado por el pozo y la disminución causada por pozos cercanos.

Cuando dos pozos cercanos, bombean agua subterránea al mismo tiempo existe una división en el nivel potenciométrico del acuífero.

Interferencias entre Pozos

En cualquier punto del acuífero afectado por un pozo de recarga y uno de descarga, el cambio en el nivel potenciométrico es igual a la diferencia entre el nivel producido por la recarga y la descarga.

Interferencias entre Pozos

El flujo de bombeo máximo es directamente proporcional a la disminución del nivel potenciométrico disponible.

Para acuíferos confinados este nivel disponible es la distancia entre el nivel de agua antes del bombeo y el techo del acuífero.

Para acuíferos no confinados el nivel disponible es considerado el 60% del espesor del acuífero saturado.

Interferencias entre Pozos

La disminución en el nivel potenciométrico (s) es función de:

s = Q,t

T,S,r2

donde: Q = flujo de bombeo T = transmisividad S = coeficiente de almacenamiento r = distancia del pozo al punto Para un grupo de pozos bombeados con el mismo flujo y en el mismo periodo de tiempo, la interferencia entre pozos es inversamente proporcional a la distancia de los mismos (r2), por ello se evita la interferencia entre pozos construyéndolos a lo largo de una línea en lugar de disponerlos dentro de un circulo en el patrón de grillado.

Interferencias entre Pozos

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Condiciones de Borde

Condiciones de borde

Una de las suposiciones de la ecuación de Theis ( y en muchos de otras ecuaciones fundamentales del flujo de agua subterránea) es que el acuífero que se está estudiando es de extensión infinita.

No es obvia esta suposición ya que en ninguna zona del mundo existe un acuífero de esas características.

Sin embargo, algunos acuíferos son raramente extensos, y, debido al bombeo no se afecta significativamente la recarga o la descarga por varios años.

Más agua bombeada es proveniente de del almacenamiento de agua subterránea; como consecuencia, los niveles de agua disminuyen por muchos años.

Todos los acuíferos son limitados en ambos direcciones tanto en la vertical como en la horizontal.

Condiciones de borde

Por ejemplo, los límites en la dirección vertical pueden incluir al nivel freático, el plano de contacto entre cada acuífero y cada capa de confinamiento, y el plano marcado del nivel más bajo de la zona de aberturas interconectadas. En otras palabras, la base del sistema de agua subterránea.

Condiciones de borde

• Hidráulicamente, los límites del acuífero son de dos tipos: límites de recarga y limites impermeables.

• Un límite de recarga es un límite que se origina a lo largo de las líneas de flujo.

• En otras palabras esto quiere decir, como un límite es, bajo ciertas condiciones hidráulicas sirve como recarga en un acuífero.

• Un ejemplo de los límites de recarga se incluyen zonas de contacto entre un acuífero y un flujo peremne que completamente ingresa al acuífero o al océano.

Condiciones de borde

Un límite impermeable se refiere a un límite en las líneas de flujo que no se cruzan.

Esta condición existe en acuíferos denominados como materiales “impermeables”.

Un ejemplo de esto, se el contacto entre un acuífero constituido por arena y una capa adyacente lateralmente compuesta de arcilla.

Condiciones de borde

La posición y naturaleza de los límites del acuífero son de importancia critica en muchos problemas de agua subterránea, incluyendo el movimiento y transporte de contaminantes y la recuperación del acuífero debido a la extracción de agua.

Depende de la dirección del gradiente hidráulica, un flujo, por ejemplo, puede ser el contaminante o el destino del contaminante

Condiciones de borde

Los límites laterales dentro del cono de depresión tienen un efecto profundo en la reposición de un acuífero debido a las extracciones por bombeo.

Para analizar, o predecir, el efecto de un límite lateral, es necesario hacer que el acuífero deje de ser visto como una superficie infinita.

Este paso es complicado porque hay que emplear pozos imaginarios y la teoría de imágenes se muestra en la imagen 1 y 2.

Condiciones de borde

Figura 1 Figura 2

Condiciones de borde

En tanto se puede observar la vista en planta y perfil, algunas pozos imaginarios se usan para compensar, hidráulicamente, para los efectos tanto de recarga y los efectos producidos por limites impermeables.

Las características claves de un límite de recarga producidas por la extracción de un acuífero que no produce disminución en los niveles de agua a través del límite.

Un flujo perene en contacto estrecho con un acuífero representa un límite de recarga porque el bombeo del acuífero induce una recarga al flujo de corriente.

Condiciones de borde

El efecto hidráulica de un límite de recarga puede ser duplicado suponiendo que un pozo de recarga imaginario existe en el dado del límite opuesto al pozo real de descarga.

El agua es inyectada en el pozo imaginario a la misma taza y al mismo tiempo de que es extraída del pozo real, se presenta una vista en planta en la figura 1, las líneas de flujo se originan en el límite, y las líneas equipotenciales paralelas al límite de un punto cerrado del pozo de bombeo (real).

Condiciones de borde

La característica clave de un límite impermeable es que al agua no lo cruce.

Este límite, algunas veces definido como “limite de no flujo,” se asemeja a la división del nivel freático o de la superficie potenciométrica de un acuífero confinado.

El efecto de un límite impermeable pude duplicarse por la suposición de que la descarga en el pozo imaginario está presente en todo el lado del límite opuesto del pozo real de descarga.

Condiciones de borde

La extracción de agua en el pozo imaginario a la misma tasa y periodo de tiempo que en el pozo real. Las líneas de flujo tienden a ser paralelas al límite impermeable, y las líneas equipotenciales se intersecta en ángulo recto.

La teoría de un pozo imaginario es una herramienta esencial en el diseño de campos de pozos cercanos a los limites un acuífero. De esta manera, sobre la base de minimizar la disminución de los niveles de agua, se aplican las siguientes condiciones:

• Los pozos de bombeo deben localizarse paralelos y lo más cercano posible a los límites de recarga.

• Los pozos de bombeo deben ser localizados perpendicularmente y tan cerca como sea posible a los límites impermeables.

Condiciones de borde

La figura (1) (2) ilustra el efecto de los límites individuales y muestra como los efectos hidráulicos son compensados por el uso de pozos imaginarios. Se asume en estas imágenes que otros límites son tan lejanos que tienen un efecto despreciable sobre las áreas presentadas. En muchos lugares, los pozos de bombeo se ven afectados por dos o más límites. Un ejemplo es un acuífero aluvial compuesto por arena y un borde de grava en un lado de un corriente perene (un límite de recarga) y por el otro lado está compuesto por una capa de roca impermeable (un límite impermeable).

Condiciones de borde

A primera vista, estas condiciones de limites no se pueden satisfacer con solo un pozo imaginario de recarga y descarga. Se necesitan más pozos imaginarios, como se muestra en la imagen (3), para compensar el efecto que producen los pozos imaginarios en los límites opuestos. Debido a que cada nuevo pozo imaginario se ha añadido a la matriz de efectos al límite opuesto, es necesario adicionar más pozos hasta que las distancias en los límites sean tan grandes que los efectos se vuelvan insignificantes.

Condiciones de borde

Imagen 3

Condiciones de borde

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Ensayos afectados por Limites Laterales

Cuando un acuífero es conducido está localizado cerca de un límite lateral de un acuífero, los datos del descenso de los niveles de agua se obtienen de la curva tipo de Theis y de la línea recta que se genera con el método de Jacob.

Los efectos hidráulicos de límites laterales se supone, por conveniencia analítica, que es debido a la presencia de otros pozos.

Por lo tanto, un límite de recarga tiene el mismo efecto sobre las disminuciones del nivel de agua como una recarga imaginara situada a través del límite a la misma distancia del límite del pozo real.

Ensayos afectados por limites laterales

El pozo imaginario se supone que opera al mismo tiempo y a la misma taza de bombeo que el pozo real, similarmente, en un límite impermeable esto tiene el mismo efecto en el descenso de los niveles fe agua como un pozo imaginario de descarga.

Para analizar el efecto de los datos de un ensayo en acuíferos por cualquier límite de recarga o un límite impermeable.

Los datos del rápido descenso en el nivel de agua en los pozos de observación, cerca del pozo de bombeo no pueden ser afectados por el límite.

Ensayos afectados por limites laterales

Estos datos, se pueden, entonces, muestran solamente los efectos del pozo real y pueden ser usados para determinar la transmisividad (T) y el coeficiente de almacenamiento (S) de un acuífero.

En el método de Theis, la curva tipo es comparada con los primeros datos, y un “punto de comparación” se selecciona para calcular los valores de T y S. La posición del la curva tipo, en la zona donde el descenso en los niveles de agua de la curva tipo, es trazada sobre los datos. Imagen (1) (3).

Ensayos afectados por limites laterales

Imagen (1) Imagen (2)

Ensayos afectados por limites laterales

El trazo de la curva tipo muestra cuando el descenso de los niveles de agua pueden ser graficados, si no existe algún efecto de límites.

Las diferencias en los descensos, entre los datos graficados y el trazo de la curva tipo muestran los efectos del límite del acuífero.

La dirección en cada descenso a partir de la curva tipo que en la dirección de cualquiera de las detracciones en mayor disminución del nivel del agua o menor descenso muestra el tipo de límite.

Ensayos afectados por limites laterales

El descenso mayor que se está definiendo por el trazo de la curva tipo indica la presencia de un límite impermeable porque, como se señaló anterior mente, el efecto de cada limite puede ser duplicado con un pozo imaginario de descarga (1).

Por el contrario un límite de recarga causa una descenso de los niveles de agua que pueden ser más pequeños que los definidos por el trazo de la curva tipo.(3)

Ensayos afectados por limites laterales

Imagen (3)

Ensayos afectados por limites laterales

En el método de Jacob, el descenso de los niveles comienza a lo largo de la grafica en una línea recta después de la prueba que se ha llevado acabo por algún tiempo (2) (4)

El tiempo de cada línea recta grafica inicialmente depende de los valores de T y S del acuífero y del cuadrado de la distancia entre los pozos de observaciones, y el pozo de bombeo.

Ensayos afectados por limites laterales

Imagen (4)

Ensayos afectados por limites laterales

Gracias por su interés en este tema

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