PROPUESTA PARA EL TRABAJO DE MODELAMIENTO CONCEPTUAL DE

ACUFEROS

ELABORADO POR:

ING. DANIEL PORTOCARRERO W.

LIMA, MARZO DEL 2014

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CONTENIDO

CONTENIDO ................................................................................................................................................ I

NDICE DE TABLAS ...................................................................................................................................... II

NDICE DE GRFICOS .................................................................................................................................. II

1 INTRODUCCION ....................................................................................................................................... 3

2 OBJETIVO ................................................................................................................................................. 3

2.1 DEFINICIN DE LA ZONA DE ESTUDIO ................................................................................................ 3

2.2 DEFINICIN DEL OBJETIVO DE LA MODELACIN ............................................................................... 3

2.3 REVISION, COLECCIN E INTERPRETACIN DE INFORMACIN EXISTENTE ........................................ 4

2.4 CONCEPTUALIZACIN INICIAL DEL MODELO ..................................................................................... 5

2.5 RECOLECCIN DE INFORMACIN DE CAMPO .................................................................................... 5

2.6 DESARROLLO DEL MODELO HIDROGEOLGICO CONCEPTUAL .......................................................... 5

2.6.1 Definicin geomtrica del acufero y aspectos litolgicos ..................................................... 6

2.6.2 Funcionamiento hidrogeolgico. Caractersticas hidrodinmicas ......................................... 6

2.6.3 Balance hdrico y origen de los recursos ................................................................................ 6

2.6.4 Conceptualizacin de las condiciones de borde .................................................................... 7

3 REVISION DEL MODELO CONCEPTUAL DE FLUJO ............................................................................. 7

3.1.1 Lista de control ...................................................................................................................... 8

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NDICE DE TABLAS

Tabla N 1: Lista de control de cumplimiento .................................................................................... 8

Tabla N 2: Lista de control de revisin .............................................................................................. 9

NDICE DE GRFICOS

Grfico N 1: Proceso de aplicacin del modelamiento .................................................................... 4

Grfico N 2: Esquema conceptual de los componentes del balance hdrico ................................... 7

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1 INTRODUCCION

Conforme a lo presentado en el Plan de Gestin del acufero del valle de Ica y pampas de Villacur y Lanchas, cuyo objetivo es el de contribuir a la solucin del problema de sobre explotacin de los acuferos de Ica, Villacur y Lanchas, a travs de la ejecucin de los programas que se proponen emprender, orientado al logro de una explotacin racional y sostenible del recurso hdrico subterrneo, manteniendo el nivel de equilibrio del sistema acufero.

El acufero de Ica-Villacur y Lanchas ser estudiado mediante modelo de simulacin numrica, el cual permitir evaluar el estado actual y futuro de las aguas subterrneas sometido a diferentes escenarios de explotacin y recarga con la finalidad de determinar la oferta de agua subterrnea explotable y sostenible.

Los acuferos de lca, Villacur y Lanchas estn ubicados en la costa central del Per, aproximadamente entre los kilmetros 239 y 340 de la carretera Panamericana Sur.

Polticamente los acuferos del rio Ica y de Pampas de Villacur se encuentran ubicados en la provincia y departamento de Ica y comprende los distritos de San Jos de los Molinos, La Tinguia, Parcona, Ica, Salas, Subtanjalla, Los Aquijes, Pachacutec, Santiago, Tate, Ocucaje, San Juan Bautista, Pueblo Nuevo y Rosario de Yauca.

El acufero de Pampa de Lanchas se encuentra ubicado en la provincia de Pisco y departamento de Ica, comprende los distritos de Paracas y parte de los distritos de Humay, San Andrs y Tpac Amaru que se encuentran sobre la margen izquierda del Ro Pisco.

2 OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es el de cumplir con el objetivo del Plan de Gestin en lo correspondiente al Programa de Evaluacin del Acufero - Modelamiento Numrico del Acufero de Ica-Villacur y Lanchas, en lo que respecta al modelo conceptual en base al Grfico N 1.

2.1 DEFINICIN DE LA ZONA DE ESTUDIO

El rea de inters del proyecto en general debe de ser establecido y mapeado, preferentemente, en la etapa de planeamiento el trabajo y la extensin general del sistema de aguas subterrneas (dominio hidrogeolgico) de relevancia para el proyecto es definido en la etapa subsiguiente de conceptualizacin. En la etapa de diseo del modelo, el dominio del modelo se debe de definir en concordancia. Una evaluacin debe de ser hecha en el sentido de establecer que componentes del Sistema de aguas subterrneas de o no ser incluidos dadas las caractersticas del Sistema y los objetivos del modelo.

2.2 DEFINICIN DEL OBJETIVO DE LA MODELACIN

Para la construccin de un modelo matemtico de flujo y transporte de contaminantes en agua subterrnea que pueda ser aplicado con xito al diseo y ejecucin de una remediacin del acufero han de completarse una serie de etapas. En primer lugar hay que definir los objetivos a alcanzar, que sern en ltima instancia la simulacin de los flujos de agua subterrnea y/o los procesos de transporte de contaminantes en las mismas, para ms tarde someter al sistema natural simulado a un estrs determinado (bombeos, inyecciones, barreras hidrulicas o fsicas, etc.) y predecir el resultado, obteniendo mediante la consideracin de las diferentes opciones disponibles una solucin ptima desde el punto de vista de la efectividad de la descontaminacin y de la viabilidad econmica de la misma.

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Grfico N 1: Proceso de aplicacin del modelamiento

Fuente: Modificado de Bear, 1992.

De manera general los objetivos de modelacin, de alguna manera se ajustan dentro de lo siguiente:

Para hacer predicciones acerca de la respuesta del Sistema de agua subterrnea a distintas acciones o estrs.

Para entender el sistema Para disear estudios e investigaciones de campo Para usarlo como herramienta de anlisis

2.3 REVISION, COLECCIN E INTERPRETACIN DE INFORMACIN EXISTENTE

Como un segundo paso est la obtencin de datos para la construccin ms fiable del modelo. De tal manera, debe obtenerse una visin tridimensional de la zona de estudio, caracterizando espacio-temporalmente y en la medida de lo posible, los parmetros geolgicos, hidrogeolgicos e hidrodinmicos del subsuelo: forma, distribucin y extensin de las unidades geo-hidrogeolgicas y propiedades de las mismas, tales como la permeabilidad, transmisividad, coeficientes de almacenamiento, porosidades efectivas, elevaciones del agua subterrnea, direcciones de flujo subterrnea, dispersividad, etc. As como las caractersticas fsico-qumicas de las aguas subterrneas del emplazamiento como la distribucin espacio-temporal de los contaminantes implicados y sus propiedades (tasas de degradacin, coeficientes de adsorcin, fraccin de materia orgnica, etc.). Se

Definir la zona de estudio - Dominio

Revisar, interpretar, validar data disponible

Modelo conceptual inicial

Coleccin de data de campo

Desarrollo del modelo conceptual

Seleccin del cdigo

Preparar data de ingreso al modelo

Calibracin y anlisis de sensibilidad

Documentacin

Mejorar modelo

conceptual

Ms data requerida

Definir el (los) objetivo(s) del modelo

Conformacin del modelo numrico

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deben obtener, asimismo, datos referentes a los factores extrnsecos al sistema, tales como precipitacin e infiltracin, presencia y caractersticas de las masas superficiales de agua (ros, lagos, recargas naturales y/o artificiales), tasas de evapotranspiracin, etc.

Hay que destacar que en la mayora de los casos la etapa de adquisicin de datos puede consumir la mayor parte de los recursos disponibles, tanto desde el punto de vista temporal como desde el econmico. La adquisicin de dichos datos se realiza normalmente durante la fase de investigacin y caracterizacin del acufero, y en la que se proceder a la realizacin de una campaa de perforacin e instalacin de piezmetros de control, toma de muestras de suelo y agua subterrnea, realizacin de ensayos hidrogeolgicos y de bombeo, ensayos con trazadores, anlisis qumicos detallados de suelos y aguas, etc. Es muy importante tener en cuenta que un modelo ser tanto ms perfecto cuanto mejores y ms numerosos sean los datos de partida disponibles.

Una vez se ha caracterizado el sistema a modelizar se procede a la construccin de un modelo conceptual.

2.4 CONCEPTUALIZACIN INICIAL DEL MODELO

El modelo conceptual tiene como uno de sus objetivos el de simplificar las caractersticas del sistema acufero en estudio, para poder as pasar al modelo numrico, en el que todos los parmetros se encuentren discretizados mediante un mallado tridimensional que estructure el sistema en celdas, cada una de ellas con sus caractersticas definidas (potencial hidrulico, permeabilidad, concentracin, etc.).

Hay que definir unas condiciones de contorno que delimiten el sistema (presencia de bordes de recarga constante como ros o lagos, bordes impermeables, etc.), tras lo cual se procede a la ejecutar, calibrar (cualitativa y cuantitativamente) y validar el modelo mediante iteraciones y modificacin de variables parta finalmente obtener un resultado acorde con los datos de campo actuales e histricos disponibles.

El desarrollo de un trabajo para la caracterizacin hidrogeolgica de una formacin acufera a nivel regional o local, a partir de la fase previa de recopilacin y sntesis de la informacin existente de la zona de estudio, requiere llevar a cabo una combinacin, coordinacin y vinculacin entre las diferentes tareas a realizadas en especialidades como: geologa, estratigrafa, anlisis estructural, hidrogeologa, hidroqumica, geofsica y teledeteccin que aporten la suficiente informacin para definir aspectos relativos a la determinacin de la estructura geolgica, el funcionamiento hidrodinmico, las caractersticas hidroqumicas, isotpicas y ambientales y, finalmente, la definicin del modelo geolgico e hidrogeolgico.

2.5 RECOLECCIN DE INFORMACIN DE CAMPO

Prospeccin geofsica Perforaciones Muestras de agua Medicin de niveles freticos

2.6 DESARROLLO DEL MODELO HIDROGEOLGICO CONCEPTUAL

En una primera instancia es importante que una escala apropiada para el modelo conceptual sea decidida, de tal manera que el lmite puede ser establecido como referencia para las actividades de coleccin e interpretacin de los datos. La definicin del dominio hidrogeolgico (o el dominio conceptual) provee de la arquitectura del modelo conceptual y de las propiedades del acufero, lo cual conduce a considerar los procesos fsicos que operan al interior del dominio, como es la recarga o la interaccin agua superficial-agua subterrnea.

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2.6.1 Definicin geomtrica del acufero y aspectos litolgicos

Uno de los elementos que se precisa para la generacin de la malla es la superficie topografa, la cual se puede expresar en la forma de Modelo Digital del Terreno (MDT).

Por otro lado, el slido, la representacin tridimensional de la estratigrafa, representa el anlisis de la informacin estratigrfica disponible, del mapa geolgico y de los relevamientos realizados durante la elaboracin del modelo hidrogeolgico conceptual. El slido reproduce el modelo conceptual propuesto.

2.6.2 Funcionamiento hidrogeolgico. Caractersticas hidrodinmicas

El dominio hidrogeolgico debe ser conceptualizado lo suficientemente extensor como para que alcance a incluir la ubicacin de elementos y consideraciones de estrs clave que afectan el Sistema de aguas subterrneas (tanto las ubicaciones actuales como futuras) y el rea influenciada o impactada pos esos estreses. Tambin debera ser lo suficientemente amplio como para capturar de manera adecuada los procesos que controlan el comportamiento del agua subterrnea en el rea de estudio.

Todos los sistemas hidrogeolgicos son abiertos y es debatible en donde o hasta donde el rea de influencia complete del sistema hidrogeolgico puede ser cubierto. De tal manera, alguna forma de compromiso es inevitable cuando se define el dominio hidrogeolgico.

El dominio hidrogeolgico comprende la arquitectura de la unidades hidrogeolgicas (acuferos y acuitardos) relevantes a la ubicacin y escala del problema, las propiedades hidrulicas de las unidades hidrogeolgicas; las condiciones de borde y el estrs.

Una de las decisiones iniciales ms difciles en el desarrollo del modelo conceptual est relacionada con los lmites del dominio hidrogeolgico. Ello debe de ser realizado lo mejor posible, de tal manera que los impactos actuales y futuros al Sistema de agua subterrnea puedan ser considerados de manera adecuada por el modelo. La extensin del modelo conceptual puede seguir lmites naturales, como los formados por la topografa, la geologa o cuerpos de agua superficiales. Tambin debe de tomar en consideracin el alcance de los impactos potenciales del estrs actual, por ejemplo el bombeo o la inyeccin de agua. Es importante que la extensin del dominio hidrogeolgico sea ms grande que la del dominio del modelo durante la etapa de diseo del modelo.

Es fundamental al modelo conceptual de agua subterrnea la identificacin de los procesos de recarga y descarga y como el agua subterrnea fluye entre las zonas de recarga y descarga. Como muchos componentes del modelo de aguas subterrneas, el nivel de detalle requerido depende del propsito del modelo.

2.6.3 Balance hdrico y origen de los recursos

Conocidas series simultneas de lluvia, evaporacin potencial y evapotranspiracin potencial, as como condiciones iniciales del sistema, este modelo calcula el almacenamiento y las salidas de agua de la cuenca. Para su implementacin se adopt una escala temporal de simulacin diaria. La idea general parte de la ecuacin de continuidad hidrolgica:

.. (1) en la cual St es el almacenamiento del sistema, I(t) y O(t) representan respectivamente las entradas y salidas del sistema. Si en la ecuacin 1 se asume una discretizacin de la derivada del miembro izquierdo, y se considera como entrada al sistema la precipitacin P y como salidas la evaporacin EV, la evapotranspiracin EV T (flujos verticales) y el escurrimiento total Q (conformado por el escurrimiento superficial y el flujo base), es posible plantear la denominada ecuacin de balance hidrolgico:

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.. (2)

2.6.4 Conceptualizacin de las condiciones de borde

En algunos casos los lmites del modelo se escogen de manera que coinciden con algunos elementos hidrolgicos especficos, los cuales proporcionan y determinan las condiciones de borde al modelo. De manera similar, las divisiones de flujo de agua subterrnea son seleccionadas con ms frecuencia como lmites del dominio del modelo, en los cual se asume condiciones de no-flujo. Es importante tener cierta consideracin en este aspecto, ya la divisoria de aguas subterrnea puede migrar en tanto las cargas hidrulicas cambien en respuesta al estrs aplicado durante la etapa de prediccin.

El proceso de conceptualizacin establece donde van a estar los lmites del Sistema de flujo del agua subterrnea basados en el entendimiento del proceso del agua subterrnea. La conceptualizacin debe tambin considerar los lmites del sistema de flujo del agua subterrnea tomando en cuenta el estrs futuro a ser impuesto (ya sea de manera real o va simulaciones).

Estos lmites incluyen la base impermeable del modelo, el cual puede estar basado en contactos geolgicos conocidos o inferidos que definen un acuitardo potente o roca impermeable.

Grfico N 2: Esquema conceptual de los componentes del balance hdrico

Fuente: Weber et al, 2010.

3 REVISION DEL MODELO CONCEPTUAL DE FLUJO

La revisin del modelo conceptual se realiza para proveer al equipo de modelamiento con el control de donde el modelo cumple con el propsito cuando es juzgado contra los objetivos del modelo.

Tres niveles de revisin deben de ser acometidos: una apreciacin del modelo por un revisor no tcnico para que evale los resultados del modelo bajo su punto de vista; una revisin a profundidad a nivel tcnico, de hidrogelogos experimentados y modelistas; y una auditoria posterior que involucre una reexamen crtico del modelo cuando nueva data se incorpora o cuando cambian los objetivos del modelo. La auditora posterior puede ocurrir mucho tiempo despus de haber sido hecho el modelo.

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3.1.1 Lista de control

La primera tarea del revisor es la asesorar respecto de que tan bien el modelo se ajusta con el propsito fijado. Los propsitos/objetivos del modelo y como estos han sido decididos por el equipo de modelamiento deben de haber sido documentados. Una lista de control de preguntas de revisin pueden ayudar en juzgar en ver si el modelo se ajusta al propsito para el que fue creado.

La Tabla N 1 provee de un examen genrico de cumplimiento para modelos de aguas subterrneas. Las 10 preguntas son aspectos esenciales que cualquier modelo de aguas subterrneas debe de cumplir independientemente de los objetivos del modelo o de la clasificacin del nivel del confianza. Este examen de cumplimiento puede ser usado para resumir y comunicar los resultados del examen entre colegas.

Tabla N 1: Lista de control de cumplimiento

Pregunta Si/No

1. Estn los objetivos del modelo claramente establecidos?

2. Estn los objetivos satisfechos?

3. Es el modelo conceptual consistente con los objetivos?

4. Est el modelo conceptual basado en toda la data disponible y presentada de manera clara?

La Tabla N 2 provee una lista de control ms detallada para la revisin del modelo conceptual. Los elementos de la lista de revisin estn agrupados por captulo y consisten en dos niveles de pregunta. El primer nivel es general, con preguntas que pueden ser tratadas tanto por el revisor aprensivo, como por la realizada por un colega hidrogelogo/modelador. El segundo nivel provee preguntas mucho ms detalladas o aspectos del modelo que son necesarios de ser vistos. Estas preguntas son tpicas de la revisin del colega hidrogelogo/modelador.

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Tabla N 2: Lista de control de revisin

1. Planeamiento Si/No Comentario

1.1 Estn los objetivos del proyecto establecidos?

1.2 Estn los objetivos del modelo establecidos?

1.3 Esta claro como el modelo va a contribuir a alcanzar los objetivos del proyecto?

1.4 Es el modelo numrico de flujo la mejor opcin para alcanzar los objetivos del modelo/proyecto?

1.6 Estn las limitaciones y exclusiones del modelo establecidas?

2. Conceptualizacin Si/No Comentario

2.1 Ha sido la revisin bibliogrfica completada, incluyendo el examen de investigaciones previas?

2.2 Est el sistema acufero adecuadamente descrito?

2.2.1 Hidrostratigrficamente se incluye los tipos de acuferos existentes?

2.2.2 La extensin lateral, lmites, fallas, etc?

2.2.3 La geometra del acufero incluyendo las elevaciones de las capas y espesores?

2.2.4 Las condiciones de flujo en confinado y no confinado y las variaciones en espacio y tiempo?

2.3 En cuanto a la data del estrs del agua subterrnea ha sido colectada y analizada?

2.3.1 La recarga a partir de la precipitacin, irrigacin, etc.?

2.3.2 Alturas de los niveles de agua los ros, humedales?

2.3.3 Uso del agua subterrnea (bombeo, retornos, etc.)?

2.3.4 Evapotranspiracin?

2.3.5 Otros?

2.4 Han sido las observaciones de los niveles de agua subterrnea colectados y analizados?

2.4.1 Se ha seleccionado hidrogramas de pozos de observacin representativos?

2.4.2 Se ha realizado la comparacin entre hidrogramas?

2.4.3 Se ha analizado el efecto del estrs en los hidrogramas?

2.4.4 Se han realizado mapas de niveles freticos/superficies piezomtricas?

2.4.5 De ser relevante, los efectos baromtricos y de densidad en la interpretacin de la carga hidrulica y flujo del agua subterrnea han sido tomados en cuenta en la interpretacin?

2.5 Se han colectado y analizados las observaciones de flujo?

2.5.1 Flujo base en ros?

2.5.2 Descarga de manantiales?

2.5.3 Ubicacin de zonas de descarga difusa?

2.6 Se ha reportado la medicin del error o incertidumbre de la data?

2.6.1 Mediciones del error de mediciones directas de niveles piezomtricos y flujos?

2.6.2 variabilidad espacial/parmetros de heterogeneidad?

2.6.3 Algoritmos de interpolacin e incertidumbre en los datos de la cuadrcula?

2.7 Se han usados datos con unidades y proyecciones geogrficas consistentes?

2.8 Est clara la descripcin del modelo conceptual?

2.8.1 Se muestra una descripcin grfica del modelo conceptual?

2.8.2 Se ha basado el modelo conceptual en toda la data relevante disponible?

2.9 Es el modelo conceptual consistente con los objetivos del modelo?

2.9.1 Estn los procesos relevantes identificados?

2.9.2 Est la justificacin provista por omisin o por un proceso de simplificacin?

2.10 Se han investigado modelos conceptuales alternativos?