Implicaciones hidrogeológicas pozos climatización Zaragoza 2 · 2 Área de Investigación en...

Eduardo A. Garrido Schneider1

Celestino García de la Noceda2

1 Área de Infraestructura Hidrogeológica2 Área de Investigación en Recursos Minerales

IMPLICACIONES HIDROGEOLÓGICAS DE LA UTILIZACIÓN DE LOS ACUÍFEROS POR LOS

POZOS DE CLIMATIZACIÓN

EL CASO DE LA CIUDAD DE ZARAGOZA

2I Congreso de Energía Geotérmica en la Edificación y la Industria. Madrid, 15-16 de octubre de 2008

Introducción

Zaragoza:

• Punto de confluencia de 3 ríos

• Principal explotación del acuífero para satisfacer demanda industrial

• Reciente proliferación pozos de climatización. Motivos:

- Salubridad e higiene: Prevención Legionella pneumofilla

- Menor coste económico y mejor rendimiento

- Fácil acceso a las aguas subterráneas

• Gran expectativa de crecimiento

• Demanda superior al 65% del total de agua subterránea en la ciudad


Características hidrogeológicasdel acuífero urbano de Zaragoza

• Un solo acuífero pero 2 m.a.s.

• 5 niveles de terraza y glacis conectados con el río. 5-190 m sobre el cauce actual

• 10 km de anchura en la ciudad

• Sustrato acuífero y espesor irregulares:• Umbrales: < 30 m• Surcos: 30-80 m

• Sustrato terciario impermeable (yesos, sales, margas y arcillas)

• Naturaleza soluble: genera morfologías kársticas de subsidencia y colapso

• Dinámica del agua subterránea asociada al río Ebro. Freático a 188-196 m.s.n.m.

• Margen izquierda N-S• Margen Derecha ESE-ONO

• Aguas duras y alto contenido en sales (1500-3000 µS/cm)

• Explotación limitada prácticamente para usos industriales y riego (400 pozos)

Espesor del acuífero cuaternario (Garrido et al. 2008)


• Zaragoza, ciudad pionera en España en aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja temperatura• Pozos anteriores a 1990• Instalaciones:

– Industrias– Comunidades de vecinos– Locales de ocio– Zonas comerciales– Hoteles– Centros hospitalarios– Dependencias universitarias

• 90 pozos (captación e inyección)• 80% solicitudes en 10 años

– Prevención Legionella– Buena acogida. Efecto llamada– Impulso lema Expo-08. Desarrollo

sostenible• Sistemas abiertos. Al menos 1 pozo captación y 1 inyección aguas abajo• Captaciones antiguas: 1 único sondeo (restitución agua por caída libre)

Aprovechamiento de las aguas subterráneas para climatización

Expedientes de solicitud de explotación de aguas subterráneas (captación e inyección) para uso industrial (climatización). Fuente CHE

POZOS DE CLIMATIZACIÓN

0

2

4

6

8

10

12

14

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Año

Nº

de e

xped

ient

es


• Volumen bombeado:– Según datos de expedientes

de explotación A.S.

Aprovechamiento de las aguas subterráneas para climatización

Caudal máximo autorizado (L/s) Inyección / sin datos 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25

Total

45 21 4 4 13 2 89

– Máximo volumen anual de explotación concedido (L/s)

– Necesidad de dotar contadores y controlar el régimen de funcionamiento y bombeo

• Demanda de agua urbana:– Total: 20 hm3/año– Consuntiva: 7-8 hm3/año– No consuntiva: 13 hm3/año

• Recursos urbanos subterráneos renovables: 42 hm3/año (dependientes de 2 m.a.s. de mayor entidad)

Localización de captaciones de agua subterránea en Zaragoza. En rojo las destinadas a procesos de climatización. Fuente IGME-CHE.


• RIESGOS– Contaminación

• T.R.L.A. (art. 93): introducción directa o indirecta en el agua de formas de energía

• DMA (art. 2): introducción de calor como consecuencia de la actividad humana

– Proliferación desordenada de pozos. Vacío legal

– Autointerferencia entre pozos de bombeo e inyección

• IMPACTOS– Hidrogeoquímico: inyección aguas con características fisicoquímicas modificadas

– Hidrodinámico: incremento de bombeos, inyección de caudales, alteración red de flujo y posición nivel piezométrico

– Térmico: saltos térmicos entre 5-6 ºC y 15 ºC. Modificación características extrínsecas permeabilidad, equilibrio y solubilidad especies minerales, sostenibilidad captaciones y aprovechamientos de A.S.

• OTROS PROBLEMAS– Similares a recarga artificial de acuíferos

• Colmatación pozos de inyección

• Inyección partículas y burbujas de aire

• Disminución porosidad efectiva

• Acortamiento vida útil del pozo

• Mantenimiento y limpieza de pozos

• Nuevas perforaciones

– Pozos deficientemente construidos

• Conexión entre niveles productivos de diferente calidad

• Parámetros hidráulicos del acuífero

• Control del impacto (piezómetros de control)

Implicaciones hidrogeológicas:Riesgos e Impactos


• Modificación equilibrios minerales en procesos disolución-precipitación sales

• Precipitados e incrustaciones minerales: afección al rendimiento captaciones

- Colmatación (pozos, conducciones)- Reducción porosidad (acuífero)

• Disolución: oquedades, conductos, colapsos por subsidencia, dolinas

• Deterioro calidad química agua subterránea:

- Total de sales disueltas- Conductividad eléctrica- pH- Eh- Oxígeno disuelto- Materia orgánica- Crecimiento bacteriano

• Movilización metales pesados en zona no saturada y de oscilación nivel piezométrico

• Afección térmica e hidrodinámica a terceros en sectores con gran densidad de captaciones


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Superficie piezométrica y dirección del flujo subterráneo en relación a la ubicación de captaciones de A.S

IMPACTOS en el acuífero de Zaragoza


• Modificación equilibrios minerales en procesos disolución-precipitación sales

• Precipitados e incrustaciones minerales: afección al rendimiento captaciones

- Colmatación (pozos, conducciones)- Reducción porosidad (acuífero)

• Disolución: oquedades, conductos, colapsos por subsidencia, dolinas

• Deterioro calidad química agua subterránea:

- Total de sales disueltas- Conductividad eléctrica- pH- Eh- Oxígeno disuelto- Materia orgánica- Crecimiento bacteriano

• Movilización metales pesados en zona no saturada y de oscilación nivel piezométrico

• Afección térmica e hidrodinámica a terceros en sectores con gran densidad de captaciones


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Superficie piezométrica y dirección del flujo subterráneo en relación a la ubicación de captaciones de A.S

PREVENCIÓN DE IMPACTOS, ORDENACIÓN DE CAPTACIONES Y GESTIÓN DEL ACUÍFERO

URBANO

• Conocer:• Geometría acuífero• Piezometría• Dirección del flujo subterráneo• Parámetros hidráulicos

• Apoyo en modelos matemáticos:• Flujo subterráneo• Transporte de calor

IMPACTOS en el acuífero de Zaragoza


• La ausencia de criterios implica dificultad en planificación y gestión captaciones. Implica a la autoridad hidráulica

• Principales dificultades:– Distancia entre sondeos– Caudal extracción-inyección– Salto térmico

• Tramitación solicitud autorización de vertido directo

• Otras:– Profundidad y penetración pozos– Ubicación pozos extracción-inyección (flujo, límite propiedad, otros abastecimientos)– Requerimientos técnicos de captaciones (perforación, materiales según calidad del agua,

equipo bombeo, abandono de pozos...)– Limitación o criterios de potencia térmica utilizada.– Uso reversible verano/invierno– Temperatura max/min de inyección– Exigencia de piezómetros de control (en propia instalación, en puntos de observación)– Control de afecciones a fauna y flora en zonas húmedas y cursos fluviales conectados

Criterios de buenas prácticas parael aprovechamiento de los acuíferos. Normativas existentes


• Asimilación de criterios aplicados en sistemas parecidos (captadores geotérmicos verticales)– Distancia entre sondeos:

- A otros pozos: >20 m- Controles y estudios si existen otros pozos a menos de 100 m- Límite de propiedad: >10m

- Caudales extracción-inyección: - No establecen criterios. Límite dependiente de la productividad del acuífero- Posibles problemas por precipitados dependiendo de calidad del agua- No se plantean problemas de disolución de materiales (mayor caudal y mayor temperatura

incrementa la posibilidad de disolución)

- Salto térmico y temperatura inyección:- Tª máxima inyección: 20 ºC (latitudes altas); 30 ºC (latitudes bajas)- Saltos térmicos (positivo o negativo) 6-11 ºC

• Requisitos y criterios de buenas prácticas. Aplicación en Zaragoza:- Inyección en propio acuífero, sondeos totalmente penetrantes- Distancias entre pozos 25 m (100-150 m a terceros)- Salto térmico: 10 ºC y Tª máxima de inyección: 30 ºC- Caudal inyección por pozo: < 50 m3/h- Control periódico: Tª y nivel en pozos y piezómetros- Uso reversible con intercambio de funciones de los pozos

Criterios de buenas prácticas parael aprovechamiento de los acuíferos. Normativas existentes


Conclusiones

• Zaragoza ciudad pionera en la explotación geotérmica de las A.S.

– Gran nº de pozos– Concentración de captaciones– Elevada explotación

• Gran expectativa crecimiento

– Clima extremo– Prevención Legionella– Fácil acceso a las aguas subterráneas en casi toda la ciudad

• Impactos previsibles

– Hidrodinámico (interferencias hidráulicas y térmicas), hidroquímico y térmico– Incrementa el riesgo de subsidencia y colapso del terreno por solubilidad del

sustrato y de los materiales del acuífero

• La ausencia de criterios de gestión de estas captaciones con los que prevenir posibles afecciones requiere

– Profundizar en el conocimiento del funcionamiento del acuífero urbano– Utilizar herramientas de modelación geoquímica y modelación matemática del

flujo y transporte de calor– Establecer criterios de buenos usos o normativas

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