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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Luis Ignacio Vanegas Espinosa
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Introducción
Metodología
Resultados y discusión
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Introducción
Metodología
Resultados y discusión
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Antecedentes del proyecto
Agenda 21Tecnologías innovadoras
-Suministro idóneo-Funciones hidrológicas
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Antecedentes del proyecto
En México no hay buena gestión hídrica.
13 millones de mexicanos sin servicio de agua potable
12 millones sin drenaje
Acuíferos: fuente de abastecimiento del 60% de la población
15% de los acuíferos están siendo sobreexplotados
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Antecedentes del proyecto
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Problemáticas
◉Inundaciones
◉En el 2015 causaron la muerte de nueve personas y pérdidas económicas de aproximadamente mil millones de pesos (Castillo, 2016).
◉Sobreexplotación de acuíferos
◉Déficit de suministro de agua
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Problemáticas
◉Inundaciones
◉En el 2015 causaron la muerte de nueve personas y pérdidas económicas de aproximadamente mil millones de pesos (Castillo, 2016).
◉Sobreexplotación de acuíferos
◉Déficit de suministro de agua
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Objetivo general
Estudiar la viabilidad de la inyección profunda como estrategia para la recuperación de acuíferos y la reducción de inundaciones en el AMG. .
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Propuesta
Fuente: CONAGUA (2014) Fuente: Escalante (2005)
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Antecedentes del proyecto
Introducción Metodología Resultados y discusión
Experiencias de Recarga Artificial de Acuíferos en el mundo
Infiltración por extensiónFiltración inducidaRecarga por pozosModificación en caucesRecolección de agua de lluvia y escurrentía
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Oportunidad de abonar a una major gestion
Introducción Metodología Resultados y discusión
Geología
Aprovechamiento
De aguas pluviales
Disminuyendo inundaciones
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Tema de investigación
Introducción Metodología Resultados y discusión
Al hablar de que la geología de algunas zonas del AMG hago referencia a 3 características principalmente:
1. Profundidad del estrato rocoso:
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Tema de investigación
Introducción Metodología Resultados y discusión
Al hablar de que la geología de algunas zonas del AMG hago referencia a 3 características principalmente:
2. Coeficiente de permeabilidad: Saborío (1995) 4.1 x 10m/s. Zamudio, Vargas & Ochoa (2016) Permeabilidad más alta: 2.73 x 10 m/s Permeabilidad más baja: 3.66 x 10 m/sPermeabilidad promedio: 1.47 x 10 m/s
-3
-3
-3
-5
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Tema de investigación
Introducción Metodología Resultados y discusión
Al hablar de que la geología de algunas zonas del AMG hago referencia a 3 características principalmente:
3. Suelo seco con buena permeabilidad
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Tema de investigación
Introducción Metodología Resultados y discusión
Aprovechamiento de aguas pluviales
942mm de precipitación anual (Comisión Nacional del Agua, 2000).
Sin embargo, lejos de aprovecharse, el agua de lluvia genera inundaciones que traen las consecuencias comentadas anteriormente.
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Tema de investigación
Introducción Metodología Resultados y discusión
Geología
Aprovechamiento
De aguas pluviales
Disminuyendo inundaciones
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Objetivo general
Estudiar la viabilidad de la inyección profunda como estrategia para la recuperación de acuíferos y la reducción de inundaciones en el AMG. .
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Introducción
•Problemáticas:•Inundaciones•Sobreexplotación de acuíferos
•Déficit de suministro de agua
Metodología
Resultados y discusión
Introducción Metodología Resultados y discusión
•Oportunidades:•Aprovechamiento de agua de lluvias
•Recarga artificial de acuíferos
•Otra fuente de abastecimiento de agua
•Características AMG::•Precipitación anual de 942mm
•Geología con potencial para infiltración (profundidad estrato rocoso, permeabilidad y estratos secos)
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Introducción
Metodología
Resultados y discusión
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Hipótesis
Introducción Metodología Resultados y discusión
La construcción de pozos de inyección profunda abonará a la recarga de acuíferos, al aprovechamiento de las aguas pluviales y a la disminución de las inundaciones en el AMG
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Modelo operacional
Introducción Metodología Resultados y discusión
Hidrología superficial
Geo hidrología
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Unidades de análisis
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Unidades de análisis
Introducción Metodología Resultados y discusión
Geohidrología
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Unidades de análisis
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Diseño de instrumentos y pruebas
Introducción Metodología Resultados y discusión
Hidrología superficial
Geo hidrología
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Diseño de instrumentos y pruebas
◉Microcuencas y escurrimientos
◉Volumen de escurrimientos.
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
𝑄𝑝 = 0.278𝐶𝑖𝐴
𝑡𝑐𝑠 = 0.0003245𝐿
𝑆
.77
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Diseño de instrumentos y pruebas
Introducción Metodología Resultados y discusión
Hidrología superficial
Geo hidrología
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Diseño de instrumentos y pruebas
◉Estrato promedio y características físicas de los diferentes tipos de suelo de dicho estrato
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Introducción Metodología Resultados y discusión
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas en el AMG.
Diseño de instrumentos y pruebas
Introducción Metodología Resultados y discusión
Hidrología superficial
Geo hidrología
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Diseño de instrumentos y pruebas
◉Capacidad de infiltración de un pozo de inyección profunda
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Introducción Metodología Resultados y discusión
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Introducción
Metodología
Resultados y discusión
Introducción Metodología Resultados y discusión
•Unidades de análisis:
•Hidrología superficial
•Geohidrología
•Pozo de inyección profunda
•Productos:•Escurrimientos, microcuencas y volumen de escurrimientos
•Estrato promedio y características físicas de los tipos de suelo
•Capacidad de inyección de un pozo de inyección profunda de ciertas dimensiones
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Introducción
Metodología
Resultados y discusión
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
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Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
0° a 1°
1° a 3°
3° a 5°
5° a 15°
<15°
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
Tipo de superficie
Área (km²) Ci Ci x Ai
(km2)
Casa habitación
10.289 0.70 7.2023
Parques 1.28 0.25 0.32Totales 11.569 - 7.5223
𝑄𝑝 = 0.278𝐶𝑖𝐴
◉Determinación de caudal máximo con el método racional
𝐶𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 =Σ 𝐶𝑖 ∗ 𝐴𝑖
Σ𝐴𝑖
𝐶𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 =7.5223 𝑘𝑚2
11.569 𝑘𝑚2= 0.65
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Determinación de escurrimientos y microcuencas
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
𝑄𝑝 = 0.278𝐶𝑖𝐴
◉Determinación de caudal máximo con el método racional
𝑡𝑐𝑠 = 0.0003245𝐿
𝑆
.77
𝑡𝑐𝑠 = 0.00032456,790𝑚
.0447 𝑚 𝑚
.77
= 0.958 𝒉
𝑡𝑐𝑠 es igual a 57.48 min
periodo de retorno de 5 años
i=56.238 mm/h
𝑄𝑝 = 0.278 ∗ 0.65 ∗ 56.238𝑚 𝑚 ℎ ∗ 11.569𝑘𝑚2
= 𝟏𝟏𝟕. 𝟓𝟕 𝒎𝟑 𝒔
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Estratigrafía de la microcuenca del Chicalote
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Introducción Metodología Resultados y discusión
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Estrato Valor de permeabilidad, K (m/s)
SP 2.7𝑥10−3
SM 8.0𝑥10−4
Basalto 1.16𝑥10−8
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Resultados del modelado de infiltración
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Introducción Metodología Resultados y discusión
SP
SM
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Resultados del modelado de infiltración
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
H (M
)TIEMPO (DÍAS)
Condiciones de frontera
H=35
H=45
H=55
H=65
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Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
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Resultados del modelado de infiltración
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
0 25,000 50,000 75,000
100,000 125,000 150,000 175,000 200,000 225,000 250,000 275,000 300,000 325,000
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
12.5
13.5AL
MAC
ENAM
IEN
TO A
CU
MU
LAD
O (M
³)
TIEMPO (DÍAS)
Volumen acumulado
H=35
H=45
H=55
H=65
0
25,000
50,000
75,000
100,000
125,000
150,000
175,000
200,000
225,000
250,000
275,000
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
12.5
13.5
ALM
ACEN
AMIE
NTO
AC
UM
ULA
DO
(M³)
TIEMPO (DÍAS)
Modificación en el radio del pozo
Radio 0.10m másgrande
Radio 0.20m másgrande
Radio 0.30m másgrande
Radio 0.40m másgrande
Radio 0.50m másgrande
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Resultados del modelado de infiltración
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.001.051.101.15
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
13.0
13.5
14.0
GAS
TO IN
FILT
RAD
O (M
³/S)
TIEMPO (DÍAS)
Gasto infiltrado El valor máximo
de gasto de
infiltración es de
1.067 m3/s y
ocurre al inicio
del proceso de
infiltración. El
valor mínimo de
gasto de
infiltración es de
.1944 m3/s a los
14 días de
infiltración
continua
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Discusión de resultados
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
Periodo de retorno de 5 años e intensidad de lluvia de 56.238mm/h: caudal máximo deescurrimiento de 117.57 m³/s.
Cada pozo de inyección profunda puede infiltrar el 0.9% del mayor escurrimiento quepuede ocurrir cada 5 años.
La microcuenca del Chicalote: profundidad de la roca, poca pendiente, inundaciones, nivelestático que denota un fuerte abatimiento de las aguas subterráneas.
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Discusión de resultados
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
Es importante resaltar que en el proceso de inyección profunda el diámetro del pozo norepresenta una mayor modificación ni al gasto de infiltración ni al volumen total infiltrable.Siendo así la profundidad y ubicación del pozo la variable más importante para hacer máseficiente cada pozo de inyección profunda.
Los sistemas de inyección profunda en la microcuenca del Chicalote son un elemento quepermite la infiltración y abonar a la reducción de la sobreexplotación del acuífero,aprovechando una fuente de agua muy importante como lo son las pluviales y,construyendo un sistema formado por aproximadamente 50 pozos, es posible reducir lasmáximas inundaciones a presentarse en 5 años a la mitad de su expresión actual.
El costo de cada pozo realizado en la estratigrafía tipo es de $1’056,000 ya incluido elequipo de monitoreo.
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Discusión de resultados
Pozos de inyección profunda: Recarga artificial de acuíferos con aguas pluviales en el AMG.
Introducción Metodología Resultados y discusión
Es de suma importancia atender el sistema de pretratamiento para evitar infiltrarcontaminantes a las aguas subterráneas.
Este trabajo comprueba que un sistema de recarga artificial a través de pozos deinyección profunda es una tecnología que permitirá una mejor gestión del aguasubterránea y se espera que de paso a un nuevo paradigma en el que el aguapluvial sea aprovechada para resolver los problemas que se han abordado aquí
Para poder lograr esto es necesario realizar una prueba piloto que permita elmonitoreo del comportamiento del agua subterránea y del proceso de recarga enprofundidad, permitiendo calibrar modelos numéricos para su futura aplicación endistintos puntos de la ciudad.