Modelamiento Matematico Del Acuifero de El Ayro Informe Final

Proyecto Especial TACNA Modelamiento Matemático del Acuífero de El Ayro

MODELAMIENTO MATEMATICO DEL ACUIFERO DE EL AYRO

1.0INTRODUCCION

1.1Generalidades

El acuífero de El Ayro, es un reservorio subterráneo ubicado en el

altiplano, que provee agua a la ciudad de Tacna. Tal vez poco o

mucho estudiado, con dudas que siempre abordan al hidrogeólogo,

así como a los entes gestores de la explotación de sus reservas.

En orden, estas dudas conciernen a conocer con buena exactitud la

intensidad de precipitación total que ocurre en la zona, de este total

cual es la intensidad correspondiente a la recarga neta que

reemplaza el volumen explotado.

La ubicación de las principales zonas de recarga o categorizarlos

acorde con sus intensidades, la cual importante a fin de proponer la

operación de pozos o perforación de pozos de explotación.

Las recargas netas alimentan al acuífero superficial?, profundo?,

estarán estos acuíferos interconectados entre ellos?, es decir existirá

transferencia de masa del acuífero inferior al superior o viceversa.

Otra interrogante de importancia es el flujo de agua subterránea que

fluye fuera del sistema y que no es aprovechado, el que podemos

explicar mediante el análisis morfológico. También está presente, la

incertidumbre de las propiedades del acuífero, las cuales definen la

capacidad de almacenamiento y trasmisión de agua.

Otro aspecto aun mas complejo concierne a la hidroestratigrafia, para

cuya caracterización, se requiere de perforaciones exploratorias,

hasta el uso de métodos indirectos y su validación con la información

estratigráfica de las perforaciones de pozos exploratorios y de

[1]


explotación, para ello la densidad con que se disponga, nos

aproximara a la realidad.

La calidad del agua también es importante, hasta donde conocemos

esta no tiene limitaciones para ser empleadas para consumo

poblacional, riego e industrial.

En el presente trabajo, trataremos de enlazar las variables y

parámetros del acuífero a fin de obtener respuestas a las

interrogantes formuladas, con el único propósito de explotar en forma

racional las reservas del acuífero y conservar la sostenibilidad de los

acuíferos existentes, evitando que la extracción de las aguas

subterráneas repercutan en el medio ambiente, sean estos población,

bofedales, cuerpos naturales de agua, flujos naturales entre otros

que podrían verse amenazados por las actividades de extracción de

las aguas subterráneas.

1.2Objetivos

a) Elaborar el modelo matemático para la simulación de flujo de las

aguas subterráneas del Acuífero de El Ayro.

b) Simular escenarios que permitan diseñar las estrategias de

explotación racional, así como la conservación de los recursos

hídricos subterráneos.

2.0CARACTERISTICAS GENERALES DEL AREA EN ESTUDIO

2.1 Ubicación

El acuífero El Ayro se halla ubicado en la zona El Ayro, jurisdicción del

distrito de Palca, provincia y departamento de Tacna. Referencialmente

el inicio del canal que conduce las aguas hacia la ciudad de Tacna, se

halla en la coordenada UTM E432927.76m, N8056456.54m, a 4250

msnm de altitud.

[2]


2.2 Vías de acceso

La zona, se halla comunicada con la ciudad de Tacna, mediante la vía

afirmada que une Tacna, Palca, Paso Los Vientos y El Ayro, con 140

Km de recorrido.

2.3 Clima

El clima, de la zona corresponde a las características propias de la zona

alto andina y altiplánica, cuyas variables meteorológicas se hallan

reguladas por la cordillera de los antes cuyas altitudes están

comprendidas entre 4200msnm a 5200 msnm. Las variables principales

han sido descritas en base a la información climática registrada en la

estación Paucarani.

La temperatura varían entre -10 ºC y 20 ºC, ocurriendo las mínimas entre

las 4 am a 4.30 am. La humedad relativa esta comprendida entre 50%

(Julio) y 74% en febrero, siendo alto en los periodos de lluvia y mínimas

durante el estiaje. Las horas de sol varían entre 3.6 (Febrero) a 9.6

(Agosto), durante los periodos de lluvia la nubosidad es persistente por

lo tanto las horas de sol son mínimas. La velocidad de viento se halla

comprendido entre 43 Km/d (Febrero – Marzo) a 95 km/d (Junio, Julio).

La evapotranspiración potencial estimada para zonas ubicadas a esta

altitud se halla comprendidas entre 1.99 mm/d (junio) y 3.42 mm/d

(Octubre).

La precipitación anual varia entre 311 mm/año a 400 mm/año, siendo

esta intensidad relativamente baja, para los propósitos de recarga

sostenida de los acuíferos.

2.4 Recurso hídrico superficial

Acorde con el análisis hidrológico realizado por PET(2008), la

disponibilidad del recurso hídrico superficial esta constituido por los

[3]


aportes del río Uchusuma, cuyos afluentes son las quebradas Uncalluta,

Represa Paucarani, canal Queñuta y aportes de río Uchusuma, asi como

los aportes del Canal Patapujo, asi como las intensidades de

precipitación.

a) Precipitación

Siendo la intensidad de precipitación una variable meteorológica de

importancia para la recarga sostenida de los acuíferos, se ha tomado

los resultados de los análisis realizado por el PET(2008), el que esta

basado en los datos registrados en las estaciones Paucarani, El Ayro

y Chuapalca, periodo (1964 – 2007), tal como se muestra en el

Cuadro No 2.1. La precipitación media anual en la estación

Chuapalca es 389.30 mm/año, seguido por la estación Paucarani que

registra 384.9 mm/año y finalmente 333.2 mm/año para la estación El

Ayro. Importantes intensidades de precipitación se concentran

durante los meses de Diciembre a Marzo, consecuentemente la

recarga de los cuerpos de agua subterránea se producen durante

estos meses, siendo el resto de meses mínimo, los cuales

prácticamente son nulas con fines prácticos de estimaciones de

recarga de los acuíferos.

Cuadro No.2.1 Intensidades de precipitación medias mensuales

Estaciones Pluviométricas

Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Total

Paucarani 4,9 7,1 18,4 47,9 109,0 96,5 75,2 11,1 2,8 4,3 3,0 4,6 384,9

El Ayro 1,3 4,0 8,4 28,1 108,8 94,1 60,1 19,8 2,0 4,2 0,8 1,7 333,2

Chuapalca 3,0 6,7 21,1 51,8 114,4 97,1 75,0 12,6 2,3 1,1 1,1 3,2 389,3

PRECIPITACIÓN PROMEDIO MENSUAL

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Set Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago

Tiempo (Meses)

Pre

cip

itac

ión

(m

m)

Paucarani

El Ayro

Chuapalca

Fuente: PET, 2008.

b) Descargas medias mensuales de la cuenca Uchusuma

[4]


Las descargas medias mensuales registradas en la Estación de Aforo

Uchusuma, correspondientes al periodo (1964 -2008), procesadas

por el PET(2008) es mostrada en el cuadro No. 2.2. En el podemos

observar que la descarga promedio anual es 0.793 m3/s, con valores

mínimos que varían entre 0.637 m3/s (Septiembre) a 0.698 m3/s

(Noviembre), y valores máximos registrados durante los meses de

Enero a Abril. Para el 75% de probabilidad de ocurrencia las

descarga media anual es 0.601 m3/s, con una mínima de 0.497 m3/s

y máxima 0.827 m3/s.

Cuadro No.2.2 Descargas medias mensuales del rio Uchusuma

Periodo (1964-2008)

Fuente: PET (2008)

Con propósitos de modelamiento de acuíferos la forma de los

hidrogramas es importante a fin de establecer el periodo de

simulación para el modelo en régimen estacionario donde ,

periodo en el cual se aproximan los caudales de recarga y descarga,

consecuentemente haciéndose mínimo la diferencia entre ellos,

condición que se aproxima a esta condición durante los meses Junio

[5]

MESES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC PROM

PROM 0,881 1,106 1,229 0,872 0,706 0,658 0,703 0,673 0,637 0,629 0,698 0,719 0,793

Persist. 75% 0,651 0,793 0,827 0,646 0,538 0,538 0,528 0,573 0,508 0,497 0,544 0,564 0,601

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC

Tiempo (Meses)

Q(m

3/s

)

Promedio Mensual75% Persistencia


a Enero, con ligero incremento de las descargas en los meses de

Febrero a Abril.

c) Descargas medias mensuales del canal Patapujo

Caudales importantes aporta el canal Patapujo con 0.164 m3/s de

promedio anual, con caudales comprendidos entre 0.152 m3/s (Octubre)

y 0.186 m3/s (Febrero), tal como se muestra en el Cuadro No.2.3. Para

75% de probabilidad de ocurrencia el caudal medio anual ha sido

estimado en 0.118 m3/s.

d) Balance hídrico en la cuenca del rio Uchusuma y estimación de la recarga neta del acuífero

El balance hídrico realizado por el PET (2008), servirá como

información inicial para estimar la recarga neta del sistema acuífero

de El Ayro. Las variables de importancia en el balance se encuentran

la precipitación y evaporación y entre los parámetros se hallan el

área de cuenca, áreas hidromorficas y áreas de lagunas.

El volumen de agua de precipitada sobre 534.67 Km2 de superficie es

191.96 Hm3/año, correspondiendo a los meses de Diciembre a Marzo

con mayores aportes.

[6]

MESES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC PROM

PROM 0,172 0,186 0,154 0,131 0,166 0,155 0,176 0,176 0,189 0,152 0,168 0,137 0,164

Persist. 75% 0,139 0,132 0,126 0,082 0,106 0,097 0,125 0,118 0,145 0,127 0,114 0,102 0,118

Cuadro No.2.3 Descargas medias mensuales del Canal Patapujo (m3/s)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC

Tiempo (Meses)

Q(m

3 /s)

Promedio Mensual75% Persistencia

Fuente: PET (2008)


Las pérdidas de las aguas precipitadas identificadas corresponden a

evaporación, intercepción, almacenamiento en depresiones,

escurrimiento superficial, evapotranspiración de zona hidromórficas,

los que suman 139.35 Hm3/año.

La diferencia entre la intensidad de precipitación y la perdidas

identificadas ha sido estimado en 52.60 Hm3, de este volumen el 60%

correspondería la recarga neta al acuífero estimado en 31.56

Hm3/año. Un aspecto importante es que las recargas importantes

ocurren únicamente durante los meses de Diciembre a Marzo, siendo

nulas el resto de meses. El análisis detallado del balance hídrico es

mostrado en el Cuadro No.2.4.

En el modelo se empleara el valor de recarga neta estimada como

valor inicial, el que será modificada durante el proceso de calibración.

[7]


Fuente: PET(2008).

[8]

Cuadro No.2.4 BALANCE HIDROLÓGICO CUENCA UCHUSUMA

V A R I A B L E S UNID. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC TOTAL

PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL mm 108,9 95,3 67,7 15,5 2,4 4,3 1,9 3,1 3,1 5,5 13,4 38,0 359,0

EVAPORACIÓN TOTAL mm 105,7 94,2 114,2 126,0 138,6 121,0 126,8 141,8 158,4 171,6 154,5 152,4 1605,1

INTERCEPCIÓN PASTURAS mm 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

ALMACENAMIENTO DEPRESIONES mm 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00 7,00

AREA CUENCA km2534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67 534,67

AREA HIDROMÓRFICA km218,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50 18,50

ÁREA DE LAGUNAS km214,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50 14,50

ENTRADAS Hm3 58,23 50,95 36,19 8,27 1,29 2,27 1,00 1,68 1,64 2,96 7,17 20,32 191,96

PRECIPITACIÓN Hm358,23 50,95 36,19 8,27 1,29 2,27 1,00 1,68 1,64 2,96 7,17 20,32 191,96

SALIDAS Hm3 10,98 10,84 12,14 11,52 11,57 10,74 11,10 11,55 12,04 12,53 12,18 12,17 139,35

EVAPOTRANSPIRACIÓN ZONA HIDROMÓRFICA Hm31,95 1,74 2,11 2,33 2,56 2,24 2,34 2,62 2,93 3,17 2,86 2,82 29,69

INTERCEPCIÓN POR PASTURAS Hm31,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 12,39

ALMACENAMIENTO EN DEPRESIONES Hm33,61 3, 61 3,61 3,61 3,61 3,61 3,61 3,61 3,61 3,61 3,61 3,61 43,36

ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL Hm32,36 2,68 3,29 2,26 1,89 1,70 1,88 1,80 1,65 1,68 1,81 1,93 24,94

EVAPORACIÓN DEL ESPEJO DE LA LAGUNA Hm31,53 1,37 1,66 1,83 2,01 1,75 1,84 2,06 2,30 2,49 2,24 2,21 23,27

EVAPORACIÓN DESDE EL SUELO Hm30,49 0,41 0,43 0,46 0,46 0,40 0,39 0,42 0,52 0,54 0,62 0,57 5,70

ENTRADAS - SALIDAS Hm3 47,25 40,11 24,05 -3,25 -10,28 -8,46 -10,09 -9,86 -10,40 -9,58 -5,01 8,14 52,60

INFILTRACIÓN - RECARGA ACUÍFERO Hm3 28,35 24,06 14,43 -1,95 -6,17 -5,08 -6,06 -5,92 -6,24 -5,75 -3,01 4,89 31,56

CAUDAL (m3/s) 1,00


2.5 Hidrología subterránea

a) Topografía superficial

Los modelos de flujo tridimensionales demandan disponer de la

topografía del área a estudiar, el cual constituye el techo de los

acuíferos libres por ser estos superficiales y de reciente formación.

De la información proporcionada por el PET, las cotas del ámbito de

estudio están comprendidas entre 4128.94 msnm (planicie) y

5645.44 msnm (montañas que circundan la planicie), con altitud

media 4631.59 msnm. Las pendientes están comprendidas entre

0.01% y 71%, el detalle de lo mencionado es reportado en el cuadro

No.2.5 y Plano No.2.1.

Cuadro No. 2.5 Estadísticos de las cotas topográficas ——————————————————————————————————————— Este(m) Norte(m) Cotas(msnm)———————————————————————————————————————————Minimum: 409957.877 8046947.271 4128.9425%-tile: 417721.475 8053047.652 4300.93Median: 425485.074 8059332.894 4614.1675%-tile: 433248.672 8065433.275 4879.11Maximum: 441012.27 8071533.656 5645.44Range: 1516.50Mean: 4631.59 Coef. of Variation: 0.07Coef. of Skewness: 0.43

————————————————————————————————————————————

b) Horizontes hidroestratigraficos

La secuencia hidroestratigráfica ha sido analizada en base la

información de los perfiles estratigráficos de los pozos así como de

los perfiles geoeléctricos. Como se conoce, el primer estrato

permeable que predomina corresponde a la formación Capillune,

seguida por un estrato semipermeable correspondiente a la

formación Sencca y finalmente el estrato permeable correspondiente

a la formación Maure.

[9]


Las cotas de la base del primer horizonte permeable están

comprendidas entre 3964 msnm y 4430 msnm, con 4263.31 msnm

de altitud media, con espesores que varían entre 12 m y 298 m, con

41 m en promedio. Estas altitudes son de importancia a fin de

relacionar los efectos de la explotación sobre los cuerpos de agua,

pudiendo ser estos ríos, lagunas, drenes, o también el efecto de las

condiciones de borde sobre los acuíferos, tal como ocurren con los

ríos. Los estadísticos de las cotas de la base del primer horizonte son

reportados en el cuadro No.2.6

Cuadro No. 2.6 Estadísticos de las cotas de base del primer horizonte ——————————————————————————————————————— Este(m) Norte(m) Cotas(msnm)———————————————————————————————————————————Minimum: 423523 8047830.92 3964Median: 431108.3386 8055642 4265.5Maximum: 440929.28 8070751.94 4430Midrange: 432226.14 8059291.43 4197Range: 466Mean: 4263.31 Coef. of Variation: 0.017 Coef. of Skewness: -1.34

————————————————————————————————————————————

El segundo estrato geológico constituido por la formación Senca,

cuya base tiene como cota mínima y máxima 4179.60 msnm y 4430

msnm, respectivamente, con 4273.61 msnm de altitud promedio, tal

como se observa en el cuadro No. 2.7. Con espesores que varían de

22 m a 80.40m, y con 39.0 m en promedio, por sus características

impermeables constituye el techo del acuífero confinado o

semiconfinado, así como también constituye la base del acuífero

superficial.

[10]


Cuadro No. 2.7 Estadísticos de las cotas de la base del segundo horizonte ——————————————————————————————————————— Este(m) Norte(m) Cotas(msnm)———————————————————————————————————————————Minimum: 423523 8047830.92 4179.6Median: 431108.3386 8055642 4268Maximum: 440929.28 8070751.94 4430Midrange: 432226.14 8059291.43 4304.8Range: 250.4Mean: 4273.61 Coef. of Variation: 0.012 Coef. of Skewness: 0.51————————————————————————————————————————————

El tercer horizonte esta constituido por la formación Maure, el mismo que

tiene como techo al impermeable Sencca y como base a la formación

volcánica Tacaza también impermeable. Las cotas de la base del estrato

permeable, varían de 3829 msnm a 4430 msnm, con espesores

comprendidos entre 98 m y 572 m, con 154 m en promedio.

Cuadro No. 2.8 Estadísticos de las cotas de la base del tercer horizonte ——————————————————————————————————————— Este(m) Norte(m) Cotas(msnm)———————————————————————————————————————————Minimum: 423523 8047830.92 3829Median: 431108.3386 8055642 4205.6Maximum: 440929.28 8070751.94 4430Midrange: 432226.14 8059291.43 4129.5Range: 601Mean: 4181.72 Coef. of Variation: 0.025 Coef. of Skewness: -0.305

c) Pozos de bombeo

Acorde con el inventario realizado por el PET (2007), se disponen de 43

perforaciones, de ellos 15 son pozos y 28 son piezómetros. La

profundidad perforada varía de 21 m hasta 250 m, con diámetros que

varían de 18” a 24”, los caudales de los pozos varían de 50 l/s a 75 l/s,

tal como se muestra en el cuadro No.2.9. Acorde con el aforo realizado

a los pozo en operación, se conoce que los caudales de los pozos se

hallan comprendidos entre 70 l/s y 130 l/s, siendo el pozo PA-06 el de

mayor caudal, seguido por el pozo PA-12, PA-13 Y PA-14.

[11]


Aforo de pozos en operación – Enero del 2009Pozo Caudal (l/s)

PA-04 70PA-06 130PA-09 80PA-12 110PA-13 97PA-14 95

Acorde con la información recopilada por el PET, el volumen promedio

de extracción mensual en el periodo 1992-2005 fue de 0.577MMC,

haciendo un total anual de 6.682 MMC lo que equivale 0.212 m3/s de

[12]


caudal de explotación del agua subterránea (cuadro No.2.10,y Fig.

No.2.1 ).

Fig. No. 2.1 Variación temporal de los Volúmenes de Extracción de Aguas Subterráneas (Periodo 1992-2005)

[13]


i) Variación temporal de las descargas de los pozos

Debido a la importancia de conocer la capacidad de explotación de los

pozos en el tiempo, se ha analizado información de aforos de los pozos

realizados por el PET en distintos periodos de tiempo. En general el

caudal de los pozos disminuyen con el tiempo, en el pozo PA-3

disminuye de 68 l/s a 60 l/s en 12 años, con una tasa de 0.67 l/s/año, en

otros casos como el pozo PA-1, disminuye de 72 l/s a 45 l/s, con una

tasa de decremento de 2.25 l/s/año, información que se muestra en la

Fig. No.2.2.

En la Fig.No.2.3, se muestra la variación del caudal de explotación del

Pozo PA-6, con mayor longitud de registro, en el podemos observar la

disminución del caudal de 130 l/s a 124 l/s en el periodo 1993 – 2005.

[14]


ii) Variación temporal de los volúmenes de explotación de los pozos

Los volumenes de explotacion, tambien han sufrido disminucion, en

cada uno de los pozos. Los pozos mas representativos como el PA-6

desde su puesta en marcha en 1992, el volumen de explotacion se

incremento hasta alcanzar el volumen maximo de 3.9MMC

aproximadamente, disminuyendo hasta 0.25 MMC en 2001, luego

incrementandose hasta 2.70MMC en el 2004 y finalmente la explotacion

en el 2007 es minima. Los patrones de disminucion de los volumenes

explotados de los pozos PA-1, PA-2 y PA-3 son muy similares, con

minima explotacion en el 2007.

Otro grupo de pozos conformado por el PA-9, PA-10, PA-12, PA-13,

tiene similar patrón de volumen de explotación, la tendencia es a la

disminución, con excepción del pozo PA-9, que registra un incremento

[15]


en el volumen de explotación de 0.10 MMC a 2.40 MMC en el 2007, tal

como muestra las Fig. No.2.4 y 2.5.

[16]


d) Pozos de observación

El acuífero dispone de 28 piezómetros y 8 pozos en los cuales se

efectúan mediciones de la profundidad de los niveles de agua

subterránea. Se disponen registros que datan desde enero de 1994

hasta diciembre del 2007, siendo estos no continuos. Esta información

ha permitido analizar el comportamiento de los niveles de agua

subterránea en el tiempo y el espacio, acorde con su entorno

hidrológico.

i) Intensidades de precipitacion media mensual y los niveles estaticos observados

Se ha tomado como referencia 09 pozos en las cuales el PET tiene

registrado los niveles estaticos durante el periodo 1994 – 2007, siendo

ellos aproximadamente continuos, asi como las intensidades de

precipitacion registradas en la estacion El Ayro. El proposito del analisis

es, conocer la variacion de los niveles de agua subterranea frente la

intensidad de lluvia que obviamente genera recarga del acuifero.

En las Figuras No.2.6, 2.7 y 2.8, del analisis visual podemos mencionar

que los niveles de agua subterranea se mantienen constantes, las

variaciones de los niveles son pequeñas con recuperacion y

conservacion del nivel original. La variacion minima de los niveles,

estando aun los pozos en explotacion, significan que la recarga del

acuifero es sostenido, y tratandose de un acuifero confinado, pues la

respuesta del acuifero a cualquier explotacion es muy buena.

Ligera tendencia a la disminucion de los niveles de agua subterranea se

observa en el pozos PA-1 y PCA-1, con descensos de aproximadamente

2.50 m en 13 años y con 0.19 m de abatimiento por año, por lo que esta

zona debe ser tomada en cuenta durante la planificacion de la

explotacion de agua subterranea. En el pozo CA-2 (Pampa del Ayro),

[17]


tambien se observa un ligero descenso del nivel de agua variando desde

19 m a 20.50 m, en el periodo 1994-2007, con 0.11 m por año de

velocidad de descenso. En el resto de pozos los niveles fluctuan y con

recuperacion de sus niveles y con tendencias a la normalidad.

[18]


0.0

20 .0

40 .0

60 .0

80 .0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0

0 .0

5 .0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156

Niv

el E

státi

co

Tiempo 1994-2007

Precipitación 1994-2007

PA-1

PA-2

PA-2B

Fig. No.2.7 Intensidades de precipitación mensual y los niveles estáticos observados

[19]



0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156

Niv

el E

státi

co

Tiempo 1994-2007


PCA-1

PCA-2

PCA-3


[20]


0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156

Niv

el E

státi

co

Tiempo 1994-2007


CA-2

CA-3

CA-4

[21]


e) Profundidad del nivel freático

En el acuífero el Ayro, se registra la profundidad de los niveles del

acuífero libre (dominada por la formación Capillune y depósitos

cuaternarios) y semiconfinado (formación Maure). Acorde con el

análisis espacial de la profundidad del nivel freático registrada en

Diciembre del 2007, varia desde un mínimo de 13.21 m hasta un

máximo de 42.09 m, con 25.14 m en promedio y una alta variabilidad,

por las anisotropía que muestran las capas, en las cuales se

encuentran las perforaciones, tal como se muestra en el cuadro №

2.11 y plano №.2.2.

Cuadro № 2.11. Estadísticos de la profundidad de los niveles freáticos—————————————————————————————————————————— Este (m) Norte(m) Prof. Napa(m)——————————————————————————————————————————Minimum: 423523 8051082 13.2125%-tile: 427875 8053875 20.44Median: 429889 8055661 23.1175%-tile: 433706 8057166 31.44Maximum: 434440 8064653 42.09Range: 28.88Mean: 25.14 Variance: 85.70 Coef. of Variation: 0.36 Coef. of Skewness: 0.49

De manera similar la profundidad de los niveles piezométricos de los pozos y

piezómetros que se hallan perforados hasta la formación Maure, se hallan

comprendidos entre 3.04 m y 31.44 m, los estadísticos del análisis espacial se

muestra en el cuadro No. 2.12 y Plano No.2.2.

Cuadro No.2.12. Estadísticos de la profundidad de los niveles piezométricos

—————————————————————————————————————————— Este (m) Norte(m) Prof. N.P(m)——————————————————————————————————————————Minimum: 432043 8053609 3.04Median: 434027 8058395 7.74Maximum: 434422 8064929 31.44Range: 28.4Mean: 12.91 Standard Deviation: 9.46 Variance: 89.59 Coef. of Variation: 0.73 Coef. of Skewness: 0.76

[22]


Los niveles de agua se agua en el acuífero libre se hallan mas

profundo que los de aquellos pozos que alcanzaron la formación

Maure y se hallan en el estrato semiconfinado.

f) Morfología de las aguas subterráneas

Las cargas hidráulicas en los pozos de observación, h(x,y,z,t), son

imprescindibles a fin de conocer la morfología del agua subterránea,

los gradientes hidráulicos, fluctuaciones de los niveles freáticos. En

los modelos de flujo del agua subterránea son imprescindibles

durante el proceso de calibración y validación, por cuanto permiten

comparar las cargas observadas y calculadas por el modelo tanto en

régimen de flujo estacionario y no estacionario.

Con la información de los niveles de agua observados en Diciembre

del 2007 y las cotas del terreno en los respectivos pozos se han

estimado las respectivas cargas hidráulicas, tanto del acuífero libre

como del semiconfinado, cuyos estadísticos se muestran en el

cuadro No. 2.13 y 2.14. Los resultados del análisis espacial han sido

plasmados en el Plano No.2.3, en que se observa que el sentido de

flujo en el acuífero libre es de NorOeste a SurEste (pampa el Ayro), y

de Norte a SurEste en la zona Hospicio y Pampa Samalaque. En el

acuífero semiconfinado el sentido de flujo es similar al del acuífero

libre, consecuentemente las recargas de estos estratos provienen de

la zona NorOeste y Norte principalmente.

Las cargas hidráulicas de las aguas en los pozos ubicados en el

acuífero libre se halla comprendidas entre un mínimo de 4235.56

msnm y 4373.80 msnm con 4284.70 msnm en promedio. Mientras

que las cargas hidráulicas en el acuífero semiconfinado se hallan

comprendidas entre 4224.142 msnm y 4347.26 msnm, debido a la

diferencia de las cargas hidráulicas existe la probabilidad de la

existencia de transferencia de masa de agua entre ambos acuíferos y

en la dirección vertical.

[23]


Cuadro No. 2.13 Estadísticos de las cargas hidráulicas -Acuífero Libre (Diciembre – 2007)

—————————————————————————————————————————— Este (m) Norte(m) Carga (m)

——————————————————————————————————————————Minimum: 423523 8051082 4235.56Median: 429889 8055661 4280.56Maximum: 434440 8064653 4373.8Range: 138.24Mean: 4284.70 Trim Mean (10%): 4280.70 Standard Deviation: 38.53 Variance: 1484.90 Coef. of Variation: 0.008 Coef. of Skewness: 0.98 ——————————————————————————————————————————

Cuadro No. 2.14 Estadísticos de las cargas hidráulicas -Acuífero Semiconfinado (Diciembre – 2007)

—————————————————————————————————————————— Este (m) Norte(m) Carga (m)

——————————————————————————————————————————Minimum: 432043 8053609 4224.142Median: 434027 8058395 4261.7Maximum: 434422 8064929 4347.26Range: 123.118Mean: 4272.60 Variance: 1867.94 Coef. of Variation: 0.010 Coef. of Skewness: 0.711 ——————————————————————————————————————————

g) Fluctuación de la napa freática

Del análisis realizado, en base a los hidrogramas de 09 pozos

mostrados en las Fig. №. 2.6, 2.7 y 2.8, se puede mencionar que los

niveles de agua subterránea se hallan estables, no se visualizan

abatimientos, la explicación básica es que la recarga es sostenida y

la intensidad de explotación del agua subterránea ha disminuido, tal

como observamos en las Fig. № 2.4 y 2.5, por ende no se observan

anomalías que podría ameritar mayor análisis.

h) Propiedades del acuífero

Las leyes que gobiernan el flujo del agua subterránea, están en

función de las propiedades de los acuíferos, entre los mas

importantes: la conductividad hidráulica, rendimiento especifico (para

acuíferos libres), coeficiente de almacenamiento para acuíferos

[24]


(confinados y semiconfinados), la transmisividad como propiedad

muy importante para modelos de simulación de acuíferos confinados

y semiconfinados desde que sus valores son constantes, sin

embargo en los modelos de acuíferos libre no se estila emplear

debido a que T(x,y,z) varia en el tiempo y espacio.

Los valores de las propiedades del acuífero reportadas en el cuadro

№ 2.15, corresponden a los resultados de la interpretación de las

pruebas de bombeo efectuados por el PET en distintos periodos

desde el inicio del proyecto.

Cuadro № 2.15 Propiedades hidráulicas del acuífero

POZO ESTE(m) NORTE(m) K(m/d) T(m2/d) SPA-1 434027 8057162 3.44 275 5.09E-03PA-2 432750 8056850 0.261 20.9 6.91E-05PA-5 431391 8051545 1.78 142 1.04E-02PA-6 434177 8060639 12.7 1010 2.86E-03

PA-10 433838 8058395 1.81 144 6.09E-02PA-11 429889 8053421 0.396 31.7 4.05E-03PA-12 434332 8063609 4.03 323 2.10E-03PCA-1 434034 8057195 6.99 559 8.20E-03PCA-2 432581 8056463 2.61 209 3.91E-03

K(m/d)= conductividad hidraulica, T(m2/d)= transmisividad, S=coeficiente de almacenamiento

i) Conductividad hidráulica

La conductividad hidráulica es una de las propiedades de los

acuíferos muy empleados en el desarrollo de los modelos de

simulación de flujo en acuíferos. Del análisis espacial de la

conductividad hidráulica se conoce que el valor mínimo es 0.26 m/d y

el máximo 12.70 m/d, con 3.67 m/d en promedio. Los valores antes

descritos califican a un acuífero con reacciones lentas a eventos de

precipitación o recarga en general. Los estadísticos, antes descritos

se muestra en el cuadro № 2.15, así como su representación grafica

espacial en el plano No. 2.4, en el cual podemos ver, que en la zona

centro, NorOeste no se dispone de información, por lo que podremos

[25]


iniciar en el modelo con el promedio armónico o geométrico de los

valores estimados.

Cuadro № 2.16 Estadísticos de las Conductividades Hidráulicas

Este (m) Norte (m) K (m/d)

Minimum: 429889 8051545 0.261Median: 433838 8057162 2.61Maximum: 434332 8063609 12.7Midrange: 432110.5 8057577 6.48 Range: 12.43 Mean: 3.77 Variance: 13.68 Coef. of Variation: 0.97 Coef. of Skewness: 1.412

iii) Coeficiente de almacenamiento

Los valores estimados en la reinterpretación de las pruebas de

bombeo, se hallan comprendidos entre 6.91E-5 y 6E-2, valores

pequeños se observan en el Pozo PA-10, incrementándose en

forma radial. En el plano № 2.5, podemos observar la falta de

información en la zona centro y NorOeste, el rango de valores son

característico de una mixtura de acuíferos semiconfinados y

libres.

Cuadro № 2.17 Estadísticos del Coeficiente de Almacenamiento —————————————————————————————————————————— Este(m) Norte(m) Sy(%)——————————————————————————————————————————Minimum: 429889 8051545 6.91E-005Median: 433838 8057162 0.004 Maximum: 434332 8063609 0.060 Midrange: 432110.5 8057577 0.030 Range: 0.060 Mean: 0.010 Standard Deviation: 0.017 Variance: 0.0003 Coef. of Variation: 1.65 Coef. of Skewness: 2.35——————————————————————————————————————————

[26]


3.0 MODELAMIENTO MATEMATICO DEL SISTEMA ACUIFERO

3.1 Modelo conceptual del sistema acuífero

El desarrollo del modelo conceptual es uno los pasos de importancia en

el desarrollo de los modelos de simulación de acuíferos. Por definición,

el modelo conceptual es la representación simplificada de las

características hidrogeológicas del sistema acuífero, así como los

detalles del comportamiento hidrológico del acuífero y sus

externalidades. Debido a la complejidad geológica de la zona

realizaremos asunciones y simplificaciones a fin de representar múltiples

proceso físicos complejos. Las asunciones son explicadas debido a la

imposibilidad de reconstruir completamente el sistema acuífero a ser

modelado. Consecuentemente en la formulación del modelo conceptual

emplearemos el principio de simplicidad, de modo que sea lo más simple

posible, manteniendo la suficiente complejidad para la representación

adecuada de los elementos físicos del sistema acuífero y reproducir su

comportamiento hidráulico y la respuesta frente a esquemas de

bombeos, sequías, y cambios hidrológicos naturales y antrópicos, el que

se muestra en el Plano No. 3.1 y 3.2.

El modelo conceptual del acuífero ha sido elaborado acorde con ayuda

de la información geológica, hidrológica y los factores antropogénicos

preponderantes, los cuales serán detallados a continuación.

a) Marco geológico

Acorde con los resultados del estudio hidrogeológico PET(2008), basado

en el análisis complementario a los estudios anteriores y estudios

geofísicos, se conoce la existencia de dos acuíferos el primero

constituido por material cuaternario fluvio glaciar cuya formación

geología es denominado Capillune, seguido y a mayor profundidad con

espesor variable y baja conductividad hidráulica se localiza la formación

Sencca, el que confina las aguas subterráneas almacenadas en un

estrato potente y profundo localizado a mayor profundidad y constituido

[27]


por la formación Maure cuyas características son muy buenas para

almacenar y trasmitir agua. A mayor profundidad se ubica la formación

correspondiente al volcánico Tacaza, impermeable y considerado como

la base impermeable de la formación Maure.

b) Límites impermeables

El límite impermeable esta constituido por la formación del volcánico

Tacaza el mismo que representa la base del acuífero. Lateralmente, la

formación Tacaza no emerge, sin embargo la formación Sencca

considerada como semipermeable limita el acuífero profundo y el

superficial.

La formación Sencca emerge a la superficie al Este de la zona Hospicio

y quebrada Chontacollo, constituyéndose en una barrera que orienta las

aguas subterráneas del acuífero superficial hacia la orientación NorEste

–SurOeste.

c) Marco hidrológico

El marco hidrológico, está descrita por el régimen hidrológico de río

Uchusuma cuya superficie estimada es 452.72 Km2 y la Microcuenca

Picanani y zonas aledañas suman 81.95 Km2, de superficie, haciendo un

total de 534.67 Km2.

El volumen de agua precipitada sobre la superficie mencionada es

191.96 Hm3/año, siendo los meses de Diciembre a Marzo con mayores

intensidades.

Del balance hidrológico se conoce que la diferencia entre la intensidad

de precipitación y las perdidas identificadas fueron estimados en 52.60

Hm3, y como primera aproximación se ha estimado que el 60%

correspondería a la recarga neta del acuífero estimado en 31.56

Hm3/año, considerando uniforme la intensidad de precipitación

[28]


representa una lamina de 59 mm/año, el que de ser necesario será

modificado durante el proceso de calibración del modelo.

De las observaciones en campo, conocemos que la intensidad de

precipitación se incrementa con la altitud, tanto al sur como al norte de la

planicie, las intensidades de precipitación son mayores y probablemente

el periodo de lluvia neto sea mayor que en la propia planicie. Las aguas

infiltradas en las zonas altas fluyen a través de la fisuras y lograr

recargar los diferentes estratos del acuífero, tal como se muestra en el

Plano No.3.2, los aportes o volúmenes de recarga serán estimados

mediante aproximaciones sucesivas durante el proceso de calibración

del modelo.

d) Factores antropogénicos

Los factores antropogénicos, están explicados por la acciones realizadas

por el hombre sobre el acuífero, entre las que podemos destacar, la

existencia de pozos en explotación, los cuales operan acorde con los

requerimientos de agua del proyecto. Las condiciones de operatividad de

los pozos acorde con el inventario de Enero de 2009,es mostrado en el

cuadro № 3.1.

Cuadro № 3.1 Relación de pozos de explotación

Pozos en Operación – Enero del 2009Pozo Caudal (l/s)PA-04 70PA-06 130PA-09 80PA-12 110PA-13 97PA-14 95PA-10 Sin motorPA-1 ParalizadoPA-11 Sin equipoPA-3 Sin equipoPA-5 Sin equipoPA-7 Sin equipoPA-2 Desactivado

[29]


Seis pozos se encuentran en operación y los 07 restantes no se

encuentran operativos básicamente por falta de equipo y/o calidad del

agua. Los volúmenes de explotación han sido analizados en el ítem c)

Pozos de bombeo, en cual se expresa la magnitud de la evolución del

volumen de bombeo, siendo el PA-06 el más intensamente utilizado.

3.2 Selección del código de modelamiento

El código de modelamiento, es el programa de cómputo que contiene

los algoritmos, para resolver numéricamente las ecuaciones que

gobiernan el flujo del agua en medios porosos saturados. Muchos de

ellos en la actualidad poseen interfaces gráficas para el pre y post

procesamiento de datos. En general el modelo matemático está

constituido por las ecuaciones que gobiernan del flujo del agua en

medio poroso saturado, siendo este una ecuación diferencial parcial

tridimensional en el tiempo y el espacio. El modelo conceptual y el

esquema hidrogeológico ayudaran a definir las condiciones de frontera

para la solución del modelo matemático para el acuífero de El Ayro.

Con este propósito, se ha optado por hacer uso del software Visual

ModFlow Premium 4.2, principalmente por su versatilidad en el manejo

de la información, tanto para el ingreso de datos como para la edición

de resultados, bajo distintos formatos. Dispone de interfases gráficas

para el ingreso de datos, parámetros del acuífero, así como las

condiciones de frontera, con verificadores de precisión de ingreso de

datos. El proceso de calibración y el progreso de la misma son

realizados con la opción grafica que muestra las cargas observadas y

calculadas, controlado con estadísticas empleadas para la calibración

de modelos de acuíferos. Información numérica del balance de masas

de agua y múltiples opciones que permiten estructurar el modelo

apropiado. Finalmente, la opción de exportar los resultados del proceso

de simulación del acuífero y los resultados de los escenarios

formulados.

[30]


El programa hace uso del método numérico en diferencias finitas para

la solución de la ecuación diferencial parcial (ecuación de flujo del agua

subterránea), y los métodos de solución de las ecuaciones son

múltiples. Cuenta con opciones para modelar acuíferos libres y

confinados, con múltiples capas, en régimen de flujo permanente y

transitorio.

3.3 Diseño del modelo de acuífero

a) Discretización del sistema acuífero

La discretización del sistema acuífero superficial (Capillune) en

diferencias finitas, se ha realizado empleando mallas cuadradas Δx =

200 m y Δy = 200 m, habiéndose inicializado la discretización del

sistema con 125 filas y 150 columnas, haciendo un total de 18750

mallas, de este total 5784 mallas corresponden al área de acuífero

modelado cuya superficie estimada es 231.35 Km2, tal como se

detalla en el Plano No.3.3.

La discretizacion del acuífero profundo (Maure) tiene similar

configuración, mallas de 200 m x 200 m, la superficie neta de

acuífero es 394.64 Km2, cubiertas con 9866 mallas.

En las zonas con pozos en operación las mallas tendrán menores

dimensiones a fin de conocer la existencia o no de interferencia entre

ellos. Similar criterio se aplicara al curso de rio Uchusuma a fin de

simular el efecto del rio sobre el acuífero o viceversa, en casos de

ser necesario.

El sistema ha sido georeferenciado según la información mostrada

en el Cuadro No.3.2, referida a sus coordenadas, basado en un

archivo previamente elaborado denominado borde.dxf :

[31]


b) Unidades

Las unidades empleadas para las variables del modelo son:

Variable UnidadLongitud mConductividad hidráulica m/dRecarga o ETo mm/añoDescarga m3/d

Cuadro No.3.2 Georeferenciación del modelo

Descripción Coordenadas UTM

Este(m) Norte(m)

Display Area (Ventana de trabajo)

X1= 411400X2 =441400

Y1= 8047000Y2= 8072000

Model Origin (origen del

modelo )

X= 411400 Y = 8047000

Angle (ángulo del

mallado)

Θ = 0.0

Model Corners (vértices

del modelo)

X1= 411400X2= 441400

Y1= 8047000Y2= 8072000

c) Número de capas y tipo de acuífero

Las capas son empleadas en los modelos para representar las

unidades hidroestratigráficas, las cuales son unidades geológicas

con similares o diferentes propiedades. Acorde con las secciones

geológicas elaborados por el PET (2008), la unidades estratigráficas

de importancia son tres: el primer horizonte corresponde a la

formación Capillune , que de acuerdo a la estratigrafía regional sobre

yace al volcánico Sencca, el que está constituido por depósitos

remanentes de erosión diferencial de conglomerados muy

compactos, cubiertos por capas aluviales Pleistocenicos, asi como

por materiales fluvioglaciares, en la zona Norte el Capillune esta

cubierta por la formación Barroso, el cual se encuentra fisurada lo

que facilita el flujo de las aguas de precipitación y recarga al estrato

de la formación Capillune. El primer estrato esta definida como

acuífero libre a semiconfinado, pues los niveles estáticos en los

piezómetros ubicados en este estrato así lo explican.

[32]


El segundo estrato, esta constituido por la formación Sencca,

caracterizada por tener baja conductividad hidráulica,

geológicamente son tobas volcánicos de color blanco compuestos de

elementos vítreos, cristalinos y líticos de color blanco a blanco

grisáceo y ubicado en la base del Capillune y techo de la formación

Maure, generando confinamiento a esta ultima formación. Esta

formación no almacena agua como para ser aprovechada,

consecuentemente en el modelo se considera como un estrato

semipermeable con capacidad mínima de trasmisión y bajo

almacenamiento.

El tercer estrato esta constituido por la formación Maure con

presencia de tobas aéreas e ignimbritas y sedimentos lacustres

donde predomina tobas retrabajadas, limolitas, fangolitas, areniscas

con algunos conglomerados, lutitas negras y calizas, los cuales se

han depositado en un ambiente lacustrino, palustrino someros y

turbulentos en el techo por sedimentos conglomeradicos volcánicos

con fragmentos de lapilli de 2 a 4 cm. de diámetro en una matriz

tobacea de color gris oscura. En general esta formación tiene

características permeables favorables, con buena capacidad de

almacenamiento y retención de agua subterránea, en la zona central

del acuífero se comporta como estrato confinado, pues tiene como

techo a la formación Sencca y como base la formación Tacaza y

hacia el Norte subyace el volcánico Barroso comportándose como

acuífero semiconfinado.

d) Condiciones de frontera

Las condiciones de frontera son restricciones impuestas sobre las

mallas del modelo, a fin de representar la interface entre el modelo

del acuífero y sus externalidades. Se han identificado dos tipos de

tipos de condiciones de frontera comúnmente empleados en modelos

de acuíferos.

[33]


La condición de frontera tipo 2 (Tipo Neuman), denominado también

frontera con flujo especificado, corresponde básicamente a la

intensidad de recarga producto de la precipitación. Para ello se

establecieron cuatro zonas, cuya información referencial se muestra

en el cuadro No.3.3.

La zona 1 corresponde al área de recarga proveniente del sector

Oeste del Acuífero, mientras que la zona 2 corresponde a la zona

Norte cuyas aguas fluyen hacia el cauce del rio Uchusuma, la zona 3

corresponde a la zona Norte cuyas aguas de recarga fluyen hacia el

sector NorEste del acuífero y finalmente la zona 4 corresponde al

área principal del acuífero sobre el cual ocurre precipitación y se

produce una recarga neta.

Cuadro No.3.3 Estimación de recarga del acuífero por zonas

El otro tipo frontera definido como flujo dependiente de la carga

hidráulica, esta constituida por las mallas que representan el

comportamiento del rio Uchusuma y las cargas generales tanto en el

acuífero superficial y profundo, tal como se muestra en el plano No.

3.4.

Como información inicial para el modelo (Cuadro No.3.4), se ha

estimado la conductancia del lecho de rio en 80 m2/d, el mismo que

podrá ser modificado durante el proceso de calibración.

[34]


Cuadro No.3.4 Conductancia del rio Uchusuma

Conductancia = Klecho de rio*Área de Rio en la celda/Espesor de Lecho

La carga general (GHB) tiene las siguientes características:

En el acuífero superficial la carga hidráulica es 4220 msnm y la

conductancia calculada C=A*K/L, donde A= área de la malla (m2), K=

conductividad hidráulica (m/d), y L = distancia del rio a la frontera

(m), C=200m*200m*4m/d/2530m=63 m2/d. Similar valor ha sido

asignado al acuífero profundo como valor inicial, el mismo que de ser

necesario deberá ser modificado durante el proceso de calibración.

e) Parámetros de entrada del modelo

En acuíferos como la presente, se requiere información referente a

sus propiedades, principalmente conductividad hidráulica (K) y

coeficiente de almacenamiento (S), cuyos valores están relacionados

con las pruebas de bombeo realizados en distintos pozos y fechas.

Acorde con la información analizada, se han establecido 07 rangos

de valores de conductividades hidráulicas, los cuales se muestran en

el Plano No. 3.5. Los rangos podrán variar durante el proceso de

calibración, así como sus valores.

Valores Iniciales de conductividad hidráulica

[35]


Para el modelo en régimen no estacionario o transitorio se ha

ingresado información de coeficientes de almacenamiento, cuya

distribución espacial ha sido plasmado en el plano No. 3.6, en el se

observa 07 rangos, conjuntamente con valores de rendimiento

especifico y porosidad total estimado.

Valores iniciales de coeficiente de almacenamiento y porosidad

3.4Pozos

a) Pozos de bombeo

La explotación del agua subterránea del acuífero El Ayro, se realiza

mediante pozos tubulares, el total de pozos inventariados han sido

ingresados al modelo, incluyendo aquellos que registran caudales de

explotación cero (0 l/s) y también los proyectados.

Para el ingreso de los pozos al modelo se ha elaborado un formato

especial requerido por el software, el cual se reporta en el cuadro

No.3.5.

Cuadro No.3.5 Información de pozos ingresados al modelo

[36]


Donde: Pozo = nombre del pozo, Este(m), Norte(m) son las

coordenadas UTM, ScrId= identificación del tramo de rejilla, cuando

el pozo tiene varios tramos con tubería ranurada, tomara varios

nombre, TopScr= la cota superior de la tubería ranurada(msnm),

BottScr= cota inferior de la tubería ranurada(msnm), Stop Time=

periodo de simulación (d) y Q(m3/d) = el caudal de explotación si le

antecede el signo negativo de bombeo en su defecto será un pozo de

recarga. Los caudales de explotación variaran durante el proceso de

simulación de los escenarios.

b) Pozos de observación

Los pozos de observación son ingresados al modelo, a fin de

conocer la diferencia entre las cargas observadas en estos pozos y

los calculados por el modelo.

Se ha ingresado al modelo 20 pozos de observación y/o piezómetros,

siendo la carga inicial observada correspondiente a Septiembre del

2008, tal como se detalla en el cuadro No.3.6.

Cuadro No.3.6 Relación de pozos de observación

[37]


Donde:

Well: es el nombre del pozo de observación

Este, Norte: las coordenadas UTM del pozo de observación (m)

ID: identificación del la tubería ranurada

ScrEl: cota media de la tubería ranurada (msnm)

Time: periodo de simulación (días)

Carga: carga hidráulica observada (msnm).

3.5Calibración del modelo

El proceso de calibración del modelo ha consistido en: i) Selección

de los parámetros de entrada, ii) Simulación de flujo de las aguas

subterráneas mediante el software Visual Modflow Premium, iii)

Comparación entre las cargas observadas y calculadas, iv) Selección

de nuevos valores de los parámetros de entrada orientados a

minimizar la diferencia entre los valores de las cargas observadas en

los pozos de observación y las calculadas.

3.6Resultados de la calibración

El modelo ha sido calibrado para Setiembre del 2008, mes

correspondiente a las mediciones realizadas de los niveles de agua

en los pozos de observación, consecuentemente las cargas iniciales

solicitadas por el modelo corresponden a las cargas hidráulicas

registradas en el mes antes mencionado. En la Fig.No.3.1, se

[38]


muestra el modelo calibrado, siendo la raíz media cuadrática

normalizada de las cargas observadas y calculadas igual a 5.181%.

En la figura podemos observar que el coeficiente de correlación entre

las cargas calculadas y observadas es 0.986, valor alto,

considerando la complejidad de funcionamiento del sistema acuífero

El Ayro.

Fig. No.3.1 Cargas observadas y calculadas – Modelo en

régimen estacionario

El proceso de calibración se ha logrado incrementado el número de

zonas con distintos valores de conductividades hidráulicas, de las

inicialmente planteadas, siendo esta 11. Los valores altos de

conductividad hidráulica se registran en las zonas 4 y 9 y 11, los que

a su vez mostraron poca sensibilidad a los cambios en sus valores

originales.

[39]


Las intensidades de recarga también fueron modificados,

habiéndose incrementado el número de zonas de recarga a 8, y las

intensidades de recarga estimados fueron:

Zona 1 2 3 4 5 6 7 8

Recarga(mm/año) 0 4000 1400 1772 75 4700 90 75

3.7 Balance hídrico del modelo de simulación en régimen

estacionario

Los resultados del balance hídrico obtenidos mediante el modelo de

simulación en régimen estacionario, tiene las componentes

expuestas en el cuadro No.3.7.

Cuadro No.3.7 BALANCE DEL AGUA SUBTERRANEA(SIMULACION DE FLUJO DEL AGUA SUBTERRANEA -REG.

ESTACIONARIO)

RECARGAS Q(m3/d) Q(m3/s) Q(l/s) Vol(MMC)

Recarga 229434.84 2.66 2655.50 83.74Recarga desde Rio 24113.27 0.28 279.09 8.80Recarga total 253548.11 2.935 2934.58 92.55

DESCARGAS Q(m3/d) Q(m3/s) Q(l/s) Vol(MMC)Explotación del Acuífero con pozos 12960 0.15 150.00 3.89Flujo de Acuífero al Rio 31737.7 0.37 367.33 11.58Evapotranspiración 4283.39 0.05 49.58 1.56Flujo subterráneo natural 204567.13 2.37 2367.68 74.67Descarga Total 253548.22 2.93 2934.59 92.55Diferencia -0.11 0.00 0.00

La recarga producto de la precipitación reportado por el modelo luego

de haber sido calibrado es 83.74 Hm3, mientras que la recarga

[40]


proveniente del rio Uchusuma es 8.80 Hm3 haciendo un total de

92.55 Hm3.

Como se menciono en el ítem d) de la sección recurso hídrico

superficial, que sobre 534.67Km2 precipita 191.96 Hm3, el cual ha

sido calculado con registros promedios de la zona, el valor del

balance hídrico subterráneo igual a 92.55 Hm3, representa el 48.21%

de 191.96 Hm3, el mismo que explica que las cuenca subterránea es

mayor a la superficial, y de otro lado las recargas de mayor

importancia se producen en las zonas más altas del área de estudio

en las cuales las intensidades de precipitación son mayores a las

registradas en las estaciones meteorológicas. Adicionalmente, las

fallas que atraviesan la cuenca estarían favoreciendo la recarga del

acuífero, conduciendo aguas desde zonas alejadas del área de

proyecto y de allí la presencia de acuíferos semiconfinados los

cuales son altamente productivos y con recargas sostenidas.

Las descargas están explicadas por el caudal de explotación

mediante pozos 3.89 Hm3 y el flujo de agua desde el acuífero al rio

igual a 11.58 Hm3, evapotranspiración igual a 1.56 Hm3 y el flujo

subterráneo natural en la orientación NorOeste – SurEste ha sido

estimado en 74.67 Hm3, haciendo un total de 92.55 Hm3, con una

mínima diferencia entre la recarga y descarga.

3.8Análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad es realizado a fin de conocer la respuesta

del modelo calibrado frente al cambio del valor de un parámetro de

entrada, manteniéndose invariable los demás parámetros.

El parámetro de entrada probado fue básicamente la conductividad

hidráulica. El análisis de sensibilidad fue realizado, haciendo uso del

software PEST, incluido en el Visual Modflow Premium.

En el cuadro No. 3.8 se muestra los valores actuales y los valores

correspondientes a los pesos o ponderados, con los cuales los

[41]


resultados no variaran. Por ejemplo la conductividad hidráulica Kx-2

(zona 2), cuyo valor actual podrá se ponderada en el rango ±0.972,

es decir el valor de la conductividad hidráulica podrá en esta zona

variar entre 7.558 m/d a 9.502 m/d, así sucesivamente para el resto

de los parámetros y los resultados del modelo no se verán alterados.

En general todas la conductividades hidráulicas tienen un rango muy

reducido de sensibilidad, salvo el Kx-1, Kx-6 y Kx-9, que muestran un

rango amplio de variación de su valor actual.

Cuadro No. 3.8 Análisis de sensibilidad de conductividad hidráulica

Parámetro Grupo Valor Actual Sensibilidad Sensib. Relativa kx_10 cndct 5.237153E-03 4.784550E-02 0.109131 ky_10 cndct 0.200593 1.430534E-15 9.980613E-16 kz_10 cndct 3.250874E-03 0.344222 0.856424 kx_11 cndct 326.273 9.064146E-02 0.227835 ky_11 cndct 40.0000 0.00000 0.00000 kz_11 cndct 2.16520 4.178391E-02 1.401842E-02 kx__1 cndct 1.95826 16.8865 4.92869 ky__1 cndct 0.500000 0.00000 0.00000 kz__1 cndct 1.88931 9.605488E-02 2.654023E-02 kx__2 cndct 8.53613 1.04385 0.972101 ky__2 cndct 2.00000 0.00000 0.00000 kz__2 cndct 0.632437 1.295204E-02 2.577237E-03 kx__3 cndct 3.063457E-02 0.436846 0.661292 ky__3 cndct 2.00000 0.00000 0.00000 kz__3 cndct 0.614045 5.384678E-03 1.140473E-03 kx__4 cndct 14.6748 2.40366 2.80404 ky__4 cndct 6.00000 0.00000 0.00000 kz__4 cndct 1.26661 6.821774E-02 7.002026E-03 kx__5 cndct 2.83337 3.37036 1.52443 ky__5 cndct 1.00000 0.00000 0.00000 kz__5 cndct 2.988529E-04 1.919529E-02 6.765463E-02 kx__6 cndct 6.25738 5.12410 4.08080 ky__6 cndct 1.00000 0.00000 0.00000 kz__6 cndct 0.511090 7.297602E-02 2.127272E-02 kx__7 cndct 0.250203 0.859079 0.516915 ky__7 cndct 0.500000 0.00000 0.00000 kz__7 cndct 2.425402E-02 4.433785E-02 7.161522E-02 kx__8 cndct 18.8379 1.60894 2.05145 ky__8 cndct 6.00000 0.00000 0.00000 kz__8 cndct 0.424370 0.107972 4.019320E-02 kx__9 cndct 18.5960 6.10403 7.74858 ky__9 cndct 5.00000 0.00000 0.00000 kz__9 cndct 0.721186 8.784501E-02 1.246985E-02

Donde:Por ejemplo:Kx-2 = conductividad hidráulica de la zona 2 en la dirección x(m/d), x, y y z son las principales direcciones de flujo de agua subterránea.Grupo= Cndct = termino simplificado de conductividad hidráulica para ser reconocido por el programa.Valor Actual= el es valor de la conductividad hidráulica en el modelo calibrado(m/d), Sensibilidad: rangos de valores máximos que podrían ser afectados a los valores actuales y los resultados del modelo no variaran.

3.9 Simulación del acuífero en régimen no estacionario

[42]


El modelo en régimen transitorio, tiene importancia a fin de simular

distintos escenario de explotación en el espacio y el tiempo, y

efectuar balances de agua en el tiempo, consecuentemente, es

necesario plantear escenarios muy bien estructurados con buena

base de datos o fundamentos a fin de conocer la reacción del

acuífero frente a aquellas interrogantes que requieren conocer los

usuarios de las fuentes de agua superficial y subterránea del acuífero

en estudio.

En virtud a ello el PET(2008) ha formulado el programa de bombeo

de la zona El Ayro, cuyo resumen se muestra en el cuadro No.3.9.

Se ha tomado como referencia que el inicio de la implementación de

los escenarios de bombeo se inicie en enero del 2010 y se proyecten

hasta el 2024.

Cuadro No.3.9 Escenarios de explotación de agua subterránea

Año Caudal Promedio Anual

(m3/s) a ser atendido

Año Día

(modelo)

1 0.637 2010 2496

2 0.322 2011 2861

3 0.599 2012 3226

4 0.793 2013 3591

5 0.779 2014 3956

6 0.810 2015 4321

7 0.758 2016 4686

8 0.852 2017 5051

9 0.798 2018 5416

10 0.853 2019 5781

11 0.859 2020 6146

12 0.865 2021 6511

13 0.901 2022 6876

14 0.917 2023 7241

15 0.973 2024 7606

a) Escala de tiempo

[43]


La implementación de los escenarios es función del tiempo, en virtud

a ello se ha elaborado el cuadro No. 3.10, denominado escala de

tiempo. Tiene como inicio en Abril del 2003 (día cero = primero de

Abril), periodo desde el cual se dispone de información mensual de

niveles de agua en los piezómetros y se ha proyectado hasta enero

del año 2024 (siendo este el día 7606).

b) Coeficiente de almacenamiento

En los modelos en régimen no estacionario una de las propiedades

de mayor importancia es el coeficiente de almacenamiento, sin dejar

de ser importante durante el proceso de calibración del modelo de

acuífero en régimen no estacionario las conductividades hidráulicas.

Los valores de coeficiente de almacenamiento se hallan

comprendidos entre 6.91E-5 y 6E-2, correspondiente el primer valor

a la formación Maure y el segundo a la formación Capillune, cuya

distribución espacial fue mostrada en el plano No.3.6.

c) Cargas iniciales y de frontera del modelo

Los resultados de las cargas del modelo calibrado en régimen

estacionario para Septiembre del 2008, han sido considerados como

carga inicial para el proceso de simulación del modelo en régimen

transitorio. Estas cargas constituyen el escenario base o la línea base

[44]


del proyecto, sobre el cual actuarán los escenarios de bombeo a ser

simulados.

Con el fin de proporcionar estabilidad en la convergencia de la

solución numérica de las ecuaciones de flujo, en las mallas que

simulan el comportamiento del rio, las cargas se han mantenido

constantes durante el proceso de simulación, así como las

intensidades promedio de recarga.

d) Explotación del acuífero

Con el objetivo de conocer la reacción del acuífero frente al

incremento de los caudales de bombeo, se han considerado que en

el 2010 deben operar los Pozos PA-4,6,9,12,13,14 y 10, en el 2013

se implementaran los pozos PA-1 y 11, en el 2015 el pozo PA-15, el

2017 el pozo PA-16, en el 2020 se incorpora el pozo PA-17, el Pozo

PA-18 en el 2022 y finalmente el 2024 el pozo PA-19 y PA-20. La

información de los caudales de explotación en (m3/d), son mostrados

en el cuadro No.3.11.

[45]


e) Calibración del modelo en régimen transitorio y predicción

Para la calibración del modelo en régimen transitorio se ha hecho uso

de los hidrogramas de los piezómetros con longitudes mas largas de

registros de niveles de agua, los cuales se hallan ubicados en las

distintas zonas del acuífero.

[46]


Fig.No.3.2 Hidrogramas de los piezómetros – modelo en régimen

transitorio

En la Fig. No.3.2, se muestra el escenario inicial simulado, que

consistió en mantener constante todas las variables y parámetros del

acuífero en el tiempo, en este caso la interrogante fue conocer la

tendencia de los niveles de las aguas subterráneas, el resultado es

que sistema bajo el esquema actual de explotación, se mantendrá

casi constante y con ligero incremento de los niveles de agua

subterránea, básicamente explicado por la mínima explotación del

agua subterránea.

En este contexto, el modelo calibrado en régimen transitorio, se halla

en condiciones de predecir el comportamiento del nivel de agua en el

tiempo.

[47]


3.10 SIMULACION DE ESCENARIOS

Tal como se menciono anteriormente, el objetivo de los escenarios es

conocer la reacción del acuífero frente al incremento de los caudales de

bombeo, específicamente cuantificar los abatimientos en el espacio y el

tiempo. Los escenarios a simular son : i) el año 2010 deben operar los

Pozos PA-4,6,9,12,13,14 y 10, ii) en el año 2013 se bombearan

adicionalmente los pozos PA-1 y 11, iii) en el año 2015 se bombeara

adicionalmente a las anteriores el pozo PA-15, iv) en el año 2017 se

incorpora el pozo PA-16, v) en el 2020 se incorpora el pozo PA-17, vi) el

Pozo PA-18 se incorpora en el año 2022 y vii) finalmente el año 2024 se

incorpora el pozo PA-19 y PA-20, y dos escenarios adicionales conducentes

a una explotación racional y uniforme del acuífero fueron planeados.

a) Primer escenario

i). Explotación de agua subterránea

La explotación del agua subterráneo para el escenario ha sido estimado en

55036.80 m3/d, equivalente a 637 l/s, para ellos será necesario

implementar 07 pozos de bombeo, con caudales similares a las planteadas

en el cuadro № 3.12. Se ha establecido que los pozos inciarán su

operación el 01 de enero del 2010 hasta enero del 2024. Los pozos

operaran las 24 horas del día y 365 días al año.

Cuadro № 3.12 Pozos de explotación (primer Escenario)

[48]


ii) Hidrograma de pozos de observación

Los pozos de observación de mayor importancia por encontrarse muy

cercanos a los campos de pozos a ser explotados constituyen el PCA-13A

y PCA-2. En el primer caso la carga hidráulica varia de 4331.57 msnm

(2010) m 4323.56 msnm (2024), con 8.01 m de abatimiento, mientras que

para el otro pozo de observación la carga hidráulica varia de 4254.65

msnm a 4253.90 msnm, con 0.75 m de abatimiento.

Fig. №.3.3 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Primer Escenario)

iii) Abatimientos

La distribución espacial de los abatimientos para el periodo 2010-2024, ha

sido analizada para el acuífero superficial y profundo. Las zonas más

sensibles y con mayor abatimiento se registran en las cercanías del pozo

PA-12 y 13 de hasta 16 m, seguido de la zona cercana al PA-6 en el que

se observan abatimientos de hasta 4.0 m y en las cercanías del pozos PA-

4 los abatimientos aproximados son de 1.0 m, tal como se observa en el

Plano № 3.7. En el plano se observan isolíneas con valores igual a cero,

ellos representan a zonas en las cuales no registran abatimientos debido a

[49]


la implementación de los pozos de bombeo considerados en el primer

escenario.

iv) Balance hídrico

El ingreso de agua al acuífero esta expresada por la recarga neta debido a

la precipitación y aportes laterales, así como el aporte del rio hacia el

acuífero y variación en el almacenamiento que hace un total de 110.03

Hm3, y las salidas explicadas por la variación en las reservas, aportes del

acuífero al rio, perdidas de agua por evapotranspiración, el flujo

subterráneo natural y explotación de agua mediante pozos que suman

110.06 Hm3, el detalle de la información es reportada en el cuadro №3.13.

b) Segundo escenario

i) Explotación de agua subterránea

Considera la implementación de dos pozos adicionales a las

consideradas en el primer escenario, siendo estos los pozos PA-1 y PA-

11, sumando el caudal de explotación total 793 l/s, con 156 l/s de

incremento con respecto al primer escenario, tal como se reporta en el

cuadro №3.14.

[50]


Cuadro №3.14 Relación de pozos(Segundo Escenario)

ii) Hidrograma de pozos de Observación

La variación de cargas hidráulicas es mínimo con respecto al escenario

anterior, en el PCA-13ª la carga hidráulica varia de 4331.57 msnm a

4323.56 con 8.01 m de diferencia, y en el PCA-2, la carga hidráulica

varia de 4254.65 msnm a 4253.63 msnm con 1.02 de diferencia, con

indicios de ser más sensible la zona cercana al pozo PA-2.

Fig. №.3.4 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Segundo Escenario)

iii) Abatimientos

[51]


Los abatimientos en las cercanías del pozo PA-12, se mantiene igual al del

primer escenario, sin embargo el radio de influencia de la explotación se

aproxima a la zona Chilluyo, con desplazamiento la isolínea con abatimiento

cero hasta el pozos PA-5, tal como se observa en el Plano № 3.8.

iv) Balance Hídrico

Al incrementarse el volumen o caudal de explotación a 18.53Hm3, hay mayor

dinámica en las reservas, disminuye la recarga del acuífero desde el rio a 8.81

Hm3, así como el flujo desde el acuífero al rio a 11.45 Hm3, manteniéndose

aproximadamente similar el resto de variables con respecto al primer

escenario.

c) Tercer escenario


Con respecto a los dos primeros escenarios, se incorpora el pozo PA-15, con

30 l/s de caudal para suplir la demanda del año 2015 estimado en 823 l/s

(Cuadro № 3.16), el mismo que se halla en el extremo sur del área de estudio,

su ubicación obedece a desconcentrar los pozos de explotación y prevenir

agotamiento de reservas de agua subterránea, así como la interferencia entre

pozos.

[52]


Cuadro №3.16 Relación de pozos(Tercer Escenario)


En la Fig. №.3.5, las cargas hidráulicas en el PCA-13A, se mantiene

invariable, en el pozo de observación CA-2 varia de 4269.65 msnm a

4269.61 msnm, con una mínima variación de 0.04 m y en el PCA-2, la carga

hidráulica varia de 4254.65 msnm a 4253.63 msnm, con 1.02 m de variación,

comparado al segundo escenario, no se observa cambio alguno debido al

reducido incremento de caudal de explotación y a lo alejado del pozo de los

pozos de observación antes mencionado.

Fig. №.3.5 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Tercer Escenario)

iii) Abatimientos

[53]


Acorde con el análisis espacial de los abatimientos detallado en el plano №

3.9, en la zona NorEste, y en las cercanías del pozo PA-2, se mantienen los

abatimientos muy similares a los estimados en los escenarios anteriores, sin

embargo en la zona sur la isolínea con valor cero, se desplaza en la

orientación SurEste, debido a la explotación del pozo PA-15,

iv) Balance Hídrico

Debido al incremento en 30 l/s comparado con el escenario anterior, pues no

se observan cambios significativos en el balance hídrico, destaca la

reducción de flujo de agua desde el acuífero al rio a 11.40 Hm3 e incremento

de la recarga desde el rio al acuífero, siendo este 8.82 Hm3.

d) Cuarto escenario


Acorde con la demanda de agua por el proyecto, se incorpora el pozo

PA-16, localizado en las cercanías del pozo PA-15 (extremo Sur), el

caudal de bombeo estimado para este pozo es 35 l/s, haciendo un

total de 858 l/s y corresponde a un incremento de 221 l/s con

respecto al primer escenario. La relación de pozos considerados en

el presente escenario es mostrado en el cuadro №3.18.

[54]


Cuadro №3.18 Relación de pozos(Cuarto Escenario)


Las cargas hidráulicas en los pozos de observación PCA-13A y PCA-2, se

mantienen constantes con respecto a los escenarios anteriores, con ligera

variación de la carga hidráulica en el TD-2 de 4269.25 msnm a 4269.14, con

0.11 m de diferencia, básicamente por la cercanía del pozo PA-16 al TD-2.

Fig. №.3.6 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Cuarto Escenario)

[55]


iii) Abatimientos Acorde con el resultado del análisis espacial, de la distribución de los

abatimientos, se observa un ligero desplazamiento de la isolínea con

abatimiento cero hacia el SurEste, manteniéndose invariable los

abatimientos en el resto de zonas de explotación de agua subterránea, tal

como se muestra en el plano № 3.10.


Debido al incremento del caudal a 22.24 Hm3, la recarga desde el rio al

acuífero se incrementa a 8.83 Hm3, y disminuye el flujo de agua desde el

acuífero al rio a 11.34 Hm3, así mismo disminuye ligeramente el flujo natural

subterráneo a 74.75 Hm3,

e) Quinto escenario


La demanda de agua por el proyecto para el presente escenario es

888 l/s, la que será abastecida mediante 14 pozos incluyendo el PA-

17 con 30 l/s de aporte que se implementaría el año 2020, el que se

halla localizado al Noroeste del pozo PA-16, extremo Sur del área en

estudio. El valor de la descarga tiene por objeto evitar abatimientos

excesivos en zonas muy localizadas y con pozos con descargas

superiores a 50 l/s. La relación de pozos a ser operados

simultáneamente el 2020, se muestra en el cuadro № 3.20.

[56]


Cuadro №3.20 Relación de pozos(Quinto Escenario)


La variación importante en la carga hidráulica ocurre en el pozo de

observación CA-2, de 4269.65 msnm a 4268.36 msnm, con 1.29 m contra

0.11 m estimado en el cuarto escenario. Como es evidente el pozo de

observación CA-2, se halla dentro del radio de influencia del pozo PA-17.

Fig. №.3.7 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Quinto Escenario)

[57]


iii) Abatimientos

El comportamiento espacial de los abatimientos son muy similares, explicado

por la descarga mínima de explotación estimada para el pozo PA-17, el

mismo que no produce efectos de importancia en la morfología de las aguas

subterráneas, tal como se observa en el plano № 3.11.


Los efectos del incremento en el bombeo de agua subterránea, con respecto

a los escenarios anteriores, son básicamente, el incremento del aporte del

rio al acuífero en 8.84 Hm3 debido al ligero incremento de la diferencia entre

la carga hidráulica del rio y del acuífero. Disminución del flujo del agua del

acuífero al rio habiéndose estimado 11.26 Hm3 y la ligera disminución en el

flujo subterráneo natural.

f) Sexto escenario


Acorde con la demanda de agua por el proyecto, en el año 2022

corresponde incrementar el caudal en 30 l/s mediante la implementación del

pozo PA-18, siendo 918 l/s el caudal total de explotación mediante 13 pozos.

El pozo PA-18, se localiza en la zona Oeste del acuífero El Ayro, el criterio

de su ubicación y caudal es principalmente evitar minimizar los abatimientos

en el ámbito del acuífero y desconcentrar la ubicación de pozos. La relación

de los pozos a ser implementados el escenario se muestra en el cuadro №

3.22.

[58]


Cuadro №3.22 Relación de pozos(Sexto Escenario)


Con respecto al primer escenario, la carga hidráulica del pozo de

observación CA-2, disminuye de 4269.65 msnm a 4268.35 msnm, con 1.30

m de diferencia, manteniéndose la morfología en la zona Este del acuífero

(Fig.№3.8).

Fig. №.3.8 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Sexto Escenario)

iii) Abatimientos

[59]


En el plano № 3.12, se observa la distribución de los abatimientos para el

final del periodo de simulación, siendo este similar al del anterior escenario,

debido principalmente al distribución y caudales apropiados de los pozos de

explotación proyectados.


La tendencia en el balance hídrico es la disminución del flujo de agua del

acuífero al rio debido a la disminución de las cargas hidráulicas en la zona

Oeste del acuífero, y debido al incremento del gradiente hidráulico inducirá

que la recarga del acuífero sea mayor y como es obvio a mayor explotación

de agua disminución en el flujo subterráneo natural, tal como se detalla en el

cuadro № 3.23.

g) Séptimo escenario


Acorde con las estimaciones de la demanda de agua por el proyecto

estimada en 978 l/s, se ha previsto implementar los pozos PA-19 y PA-20

con 30 l/s cada uno, las que deberán iniciar su operación en Enero del 2024.

En el cuadro № 3.24, se lista los pozos a ser operados en el presente

escenario.

Cuadro №3.24 Relación de pozos

[60]


(Séptimo Escenario)


Las carga hidráulica del pozo de observación TD-3, por encontrase cerca al

PA-20, muestra un ligero descenso variando de 4278.49 msnm a 4278.18

msnm, con 0.31 m de abatimiento.

Fig. №.3.9 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Séptimo Escenario)

iii) Abatimientos

[61]


Debido a la distancia apropiada de pozos y las descargas estimadas, no se

observan diferencias sustanciales en los abatimientos en el ámbito del

acuífero El Ayro.


El balance hídrico comparado con los resultados del primer escenario, la

recarga del acuífero proveniente del rio se incrementa conforme se

incrementa el caudal de explotación habiendo variado de 8.80 Hm3 a 8.86

Hm3, inversamente han una disminución de flujo del acuífero al rio, variando

de 11.52 Hm3 a 11.15 Hm3, finalmente el flujo subterráneo natural disminuye

de 74.73 Hm3 a 74.68 Hm3. Los resultados justifican la condición de la

existencia de un acuífero semi-confinado con buena recarga y sostenida, así

como la renovación de sus reservas y deterioro nulo de la calidad del agua

subterránea. Los resultados del balance del séptimo escenario expresado en

distintas unidades han sido detallados en el cuadro № 3.25.

h) Octavo escenario


En vista de la sensibilidad de la zona Este del acuífero, en el cual se

concentran los pozos con mayor rendimiento, en el presente escenario se

plantea uniformizar los caudales de explotación de modo que los

abatimientos sean mínimos y permitir mejor sostenibilidad de la explotación

del acuífero, los pozos y sus respectivos caudales que suman 980 l/s,

equivalente a la demanda de agua por el proyecto para el año 2024, son

[62]


listados en el cuadro № 3.26. La ubicación de los pozos ha sido propuesto

por el cuerpo de ingenieros del PET (2008).


La variación de las cargas hidráulicas han sido evaluados en los pozos de

observación PCA-13A, TD-3, CA-2 y PCA-2. En el pozo de observación

PCA-13A, la carga hidráulica disminuye de 4342.13 msnm a 4335.46 msnm

con 6.67 m de diferencia, lo cual favorece a esta zona, por cuanto los

abatimientos se reducen al reducir los caudales de explotación de los pozos.

Fig. №.3.10 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Octavo Escenario)

[63]

OCTAVO ESCENARIO

TOTAL 980

Pozo Q(l/s)PA-1 50PA-2 50PA-3 50PA-4 50PA-5 35PA-6 50PA-7 35PA-9 50PA-10 50PA-11 35PA-12 35PA-13 35

PA-14 50PA-15 40PA-16 40PA-17 40PA-18 40PA-19 35PA-20 35PA-21 35PA-22 35PA-23 35PA-24 35PA-25 35

Pozo Q(l/s)

Cuadro No.3.26 Relación de Pozos


En el TD-3, la carga hidráulica varia de 4278.58 m a 4278.0 m, con 0.58 m

de abatimiento, mientras que en los pozos de observación CA-2 y PCA-2 las

cargas hidráulicas varían de 4267.94 m a 4267.37 m y de 4255.52 m a

4254.76 m, con 0.57 m y 0.76 m de abatimiento, respectivamente. Esta

distribución de abatimientos es mucho más uniforme sin afectar ciertas

zonas más sensibles a la extracción de agua subterránea.

iii) Abatimientos

La propuesta de explotar agua subterránea mediante 24 pozos, genera

abatimientos de hasta 7 m en la zona este del acuífero (zona más sensible)

y entre 0.5 m y 1 m en la zona central y oeste, tal como se muestra en el

plano № 3.14.


En el balance destaca el mejor aprovechamiento de las aguas que fluyen de

forma natural, disminuyendo de 74.73 Hm3 a 74.33 Hm3, la recarga del rio al

acuífero ha sido estimado en 8.84 Hm3 y el drenaje del rio se mantiene en

condiciones medias siendo 11.26 Hm3, disminuye la perdida de agua por

evapotranspiración a 1.32 Hm3 y el volumen de explotación abastece

satisfactoriamente la demanda del proyecto.

i) Noveno escenario


[64]


Con respecto al escenario anterior se ha incrementado el caudal de explotación

de 980 l/s a 1100 l/s, los cuales han sido asignados con el criterio de

uniformidad de caudales de explotación, el que se detalla en el cuadro № 3.28.


La carga hidráulica en el pozo de observación PCA-13A, varia de 4345.13 m

a 4334.51 m con 10.62 m de abatimiento, en el TD-3 la carga hidráulica varia

de 4278.58m a 4277.95 m con 0.63 m de abatimiento y en el PCA-2 varia de

4257.37 m a 4254.76 m con 2.61 m de abatimiento, tal como se observa en

la Fig.№3.11.

Fig. №.3.10 Variación de cargas hidráulicas en pozos de observación(Octavo Escenario)

[65]

Cuadro No.3.28 POZOS EN OPERACIONNOVENO ESCENARIO

TOTAL 1100

Pozo Q(l/s)Pozo Q(l/s)PA-1 50PA-2 50PA-3 50PA-4 50PA-5 45PA-6 50PA-7 40PA-9 50PA-10 50PA-11 40PA-12 40PA-13 40

PA-14 50PA-15 40PA-16 40PA-17 40PA-18 40PA-19 45PA-20 45PA-21 45PA-22 50PA-23 50PA-24 50PA-25 50


iii) Abatimientos

La distribución espacial de los abatimientos mostrados en el plano № 3.15,

muestran un ligero incremento con respecto a los observados en el octavo

escenario, siendo las zonas más sensibles al incremento de las descargas

las zonas aledañas al pozo PA-20, PA-21, PA-12 y PA-3.


Debido al incremento en la explotación disminuye el volumen de

evapotranspiración, así como el flujo subterráneo natural fuera del area de

estudio, existe una buena dinámica de las reservas las cuales se renuevan,

satisfaciendo la demanda, tanto el drenaje como la recarga desde el rio se

mantienen en promedio similares a los escenarios simulados.

[66]


4.0 CONCLUSIONES

a) El modelo matemático del acuífero El Ayro, consta de tres capas, la

primera corresponde a la formación Capillune, que cubre 231.35 Km2

con 5784 mallas cuadradas de 200m x 200 m y la formación Maure con

394.64 Km2 de superficie, discretizada con 9866 mallas con iguales

dimensiones a la anterior capa. Hidráulicamente el estrato superior se

comporta como semiconfinado a libre y el inferior como confinado.

b) Las condiciones de frontera del modelo son el rio Uchusuma con 80m2/d

de conductancia hidráulica, las cargas generales con 63 m2/d de

conductancia hidráulica y las intensidades de recarga del acuífero, que

varian por zonas, siendo 1486 mm/año, 1728 mm/año, 3227 mm/año y

59 mm/año, para las zonas 1,2,3 y 4 respectivamente.

c) El modelo de simulación de flujo de agua subterránea ha sido calibrado

para septiembre de 2008, habiéndose logrado el valor de la raíz media

cuadrática normalizada entre las cargas observadas y calculadas igual a

5.18%, mediante la variación de las conductividades hidráulicas

originales, encontrándose estas en el rango 0.014 m/d (zona 3) a 33.75

m/d (zona 4). Así mismo, las intensidades de recarga se ampliaron a 8

zonas, variando sus intensidades entre 75 mm/año a 4700 mm/año.

d) Acorde con el balance hídrico, estimado por el modelo de flujo en

régimen estacionario, el volumen de recarga producto de la precipitación

es 83.74 Hm3, y la recarga proveniente del rio Uchusuma es 8.80 Hm3

haciendo un total de 92.55 Hm3. De otro lado las salidas están

explicadas por el caudal de explotación mediante pozos es 3.89 Hm3, el

flujo de agua desde el acuífero al rio igual a 11.58 Hm3, perdida por

evapotranspiración 1.56 Hm3 y el flujo subterráneo natural en la

orientación NorOeste – SurEste estimado en 74.67 Hm3, haciendo un

total de 92.55 Hm3, con una mínima diferencia entre la recarga y

descarga, lo que garantiza la bondad del modelo.

[67]


e) El modelo en régimen transitorio ha sido calibrado y validado haciendo

uso de la serie de cargas hidráulicas registradas por el PET, en el

periodo 2003-2008, habiéndose estimado el rango de los valores de

coeficiente de almacenamiento entre 6.91E-5 y 6E-2, correspondiendo

los valore altos a la formación Capillune y los bajos para la formación

Maure.

f) Se formularon 9 escenarios de simulación de flujo de agua subterránea

en régimen no estacionario, a fin de conocer la reacción del acuífero

frente al incremento de los caudales de bombeo y proponer la estrategia

de explotación sostenida del acuífero. Los caudales de explotación ha

sido propuesto por el PET el que se halla acorde con los requerimientos

de agua, estimado es 978 l/s para el año 2024.

g) De los escenarios simulados, se conoce que la zona más sensible del

acuífero se ubica en el ámbito en la cual se hallan los pozos PA-12 y

PA-13, con abatimientos de hasta 16 m para los distintos periodos de

simulación. En el resto de zonas los abatimientos no superan los 3 a 4

m, debido al distanciamiento apropiado entre pozos y a los caudales de

explotación estimados.

h) En vista de la conclusión anterior, se recomienda implementar los

escenarios 8 y 9, el octavo escenario considera una disminución del

caudal de explotación de los pozos PA-12 y PA-13, y operar 23 pozos

con caudales comprendidos entre 35 l/s a 50 l/s, disminuir los

abatimientos hasta 6 m en la zona más sensible y entre 0.5 m a 2 m en

las zonas restantes. Debido a las condiciones de acuífero confinado el

acuífero podrá ser explotado hasta en 1100 l/s, con abatimientos de

hasta 10 m en la zona sensible y de de 0.60 a 2 m en las zonas menos

sensibles.

[68]


5.0REFERENCIAS

PET. 1993. Estudio Hidrogeológico del acuífero El Ayro. Proyecto especial

Tacna. 128 pp.

PET. 2008. Hidrogeología del acuífero de El Ayro. Proyecto especial Tacna.

99 pp.

[69]

Modelamiento Matematico Del Acuifero de El Ayro Informe Final

Documents

Transcript of Modelamiento Matematico Del Acuifero de El Ayro Informe Final