AGUAS SUBTERRANEAS POR DISPOSICION DE BOMBEO

Los acuíferos son una valiosa fuente de agua. El agua subterránea está disponible y utilizado en muchas partes del mundo para fines industriales y municipales y para el suministro público de agua. En varias regiones y centros urbanos el porcentaje de las aguas subterráneas en el servicio público alcanza el 100%. Aunque la química del agua subterránea puede ser muy diferente, la calidad de las aguas subterráneas puede cumplir con los estándares más altos, sin embargo. El agua subterránea se bombea de los pozos individuales o galerías de varios pozos. En las inmediaciones de los pozos de la tabla de agua puede disminuir, dependiendo del tipo del acuífero. En todos los casos la cabeza piezométrica disminuye, lo que se explica con más detalles a continuación.

Los estudios ambientales en relación con la retirada de las aguas subterráneas son necesarias por varias razones. El rendimiento máximo, que se puede extraer de manera sostenible, es de alta preocupación. La reducción de la propia agua de mesa también puede ser de importancia ecológica, como los ecosistemas de la cuenca del pozo pueden ser afectados. Los humedales por ejemplo son los sistemas vulnerables, que reaccionan y son muy sensibles a los cambios de la capa freática del subsuelo o de la superficie.

La calidad del agua es otro tema importante para los sistemas de extracción de agua. Si la calidad del agua bombeada no es suficiente, el conocimiento sobre la cuenca y las trayectorias de flujo pueden permitir contramedidas para evitar o reducir la migración de agua contaminada hacia las instalaciones de bombeo. Pozos de recarga pueden impedir esa migración si se opera en un lugar apropiado y una tasa de recarga adecuada.

En este trabajo se examina el cambio de la cabeza piezométrica h en las proximidades de un solo pozo de bombeo. Hay soluciones analíticas para h como función de la distancia desde el centro R, que se pueden calcular fácilmente usando MATLAB. En todos los casos se descuidan otras causas para el flujo de las aguas subterráneas (por ejemplo, el flujo de base).

Acuífero Confinado

Un acuífero confinado es una capa de agua subterránea permeable entre dos capas impermeables, como se muestra en la Fig. 1. En situaciones idealizadas, que se tratan en este trabajo, el agua subterránea fluye en una capa permeable, el acuífero, de todos los lados radialmente hacia un pozo de bombeo instalado. Se supone que la situación es totalmente iguales en todas las direcciones radiales, lo que permite el uso de la radio “r” como el variable espacio. También se supone que no hay diferencias en dirección vertical: el pozo se tamiza a través de todo el acuífero y no hay diferencias en cuanto a las propiedades hidráulicas dentro de la capa permeable. El acuífero permanece saturado de agua, es decir, no hay partes secas que caen debido al bombeo. En la situación mostrada en la figura idealizada. 1, el acuífero se caracteriza por un espesor H [m] y una transmisividad T [m2 / s]. En el parámetro K transmisividad la conductividad hidráulica del material poroso y el espesor del acuífero H están representados:

T = K · H………………………………………... (1)

T aumenta con el espesor; T es mayor para los acuíferos más permeables. Se supone que el pozo se retira agua a una tasa constante Q [m3 / s], que permite la descripción del flujo de agua subterránea en estado estacionario. La variable relevante para el análisis de flujo de agua subterránea es la cabeza piezométrico “h”, que cambia con la distancia r desde la posición también. La Cabeza piezométrica es la variable clave para el flujo (Según la Ley de Darcy), la cuantificación de la altura de la capa freática por encima de un cierto nivel de referencia, medida por un piezómetro. Un piezómetro es un tubo que está abierto en ambos extremos, y alcanza en el acuífero con el extremo inferior). “h” disminuye si el pozo está cerca y se puede calcular usando la fórmula de Thiems (1906):

h (r )=ho+ Q2πT

log ( rr0

) ……………………..…………… (2)

Donde:

h0 cabeza piezometrica encima de la base del radio r0 (m)

Q tasa de bombeo (m3/s)

T Transmisividad del acuífero (m2/s)

Ro radio (m)

Fig. 02 Esquema de Bombeo de un acuífero confinado

Podemos observar la Disposición de la cabeza piezométrica del agua subterránea en un acuífero confinado debido al bombeo (Según la fórmula de Thiem). (Fig. 02)

Fig. 02 Cabeza piezométrica del agua subterránea Acuífero confinado

Acuífero No Confinado

En contraste con un acuífero confinado, un acuífero no confinado (también llamado acuífero freático) no está limitado por una capa impermeable desde arriba. El límite superior de un acuífero libre está dada por el nivel freático. Entre la capa freática y la tierra la superficie de la zona no saturada se encuentra, donde se llena el espacio de los poros dentro del material poroso con agua y aire. Dentro del acuífero es sólo agua que fluye en el espacio de los poros. La situación se representa esquemáticamente en la Fig. 3. Si se mide en referencia a la base del acuífero, la variable h es el espesor de agua saturado del acuífero, que es la distancia entre la posición del nivel freático y la base del acuífero a continuación. En contraste con el acuífero confinado, en el acuífero no confinado cabeza piezométrica h representa la posición de la capa freática.

Fig. 03 Esquema de Bombeo de un acuífero No Confinado

La siguiente fórmula se adapta la ecuación Thiem (2) a la situación de un acuífero no confinado. Se deriva de la barra lateral de 12.1 y entrega cabeza piezométrica “h” en la distancia r de un pozo:

h2 (r )=h02 QπKlog ( r

r 0)……………………………………….. (3)

Donde:

.ho nivel de agua en el pozo (m)

Q tasa de Bombeo (m3/s)

K Conductividad hidráulica del Acuifero (m/s)

r0 Radio del Pozo (m)

En la Fig. 03; podemos observar los cambios de “h” con el radio “r”, como ya se explicó anteriormente y calculamos los valores cambiantes.

Fig. 03 Cabeza piezométrica del agua subterránea Acuífero No confinado

Acuífero Confinado medio

La situación en un acuífero medio se representa en la Fig. 04 y en la Fig. 05 la cabeza piezometrica del acuífero medio. Este tipo de acuíferos está cubierta por una capa media-permeable. Por lo tanto, el agua bombeada se origina parcialmente desde el propio acuífero, parcialmente a partir de los estratos suprayacentes, que está conectado a través de la capa media-permeable. Para un medio acuífero confinado de espesor, Segun Glee (1930) deriva una fórmula que describe la reducción “s” de la cabeza piezométrica a una distancia “r” desde un pozo:

s (r )= Q2πT

K 0( r√Tc

)…………………………………………(4)

Donde:

Q tasa de bombeo (m3/s)

T transmisividad (m2/s)

.c resistencia de capa media permeable

K0 funcion de Bessel modificado en el orden o tipo 2

Fig. 04 Esquema de Bombeo de un acuífero confinado medio

Fig. 05 Cabeza piezométrica del agua subterránea Acuífero Confinado medio

La reducción de la situación media se encuentra entre la reducción del confinado y los acuíferos no confinados. El usuario puede encontrar fácilmente los valores de los parámetros para los que ese resultado razonable que no es cierto. La razón de la incompatibilidad aparente es que las tres fórmulas son válidas bajo diferentes condiciones. La fórmula de Glee se deriva para el medio-espacio debajo de la capa media permeable, es decir, bajo la suposición de que el acuífero se extendió

demasiado, por lo que el valor de su espesor irrelevante. Lo podemos observar en la Fig. 06.

Fig. 06 Disposición de aguas subterráneas debido al bombeo

Estimación de transmisividad Automático

Las fórmulas dadas no sólo se pueden utilizar para el cálculo de la reducción de las aguas subterráneas y el descenso del nivel piezométrico, sino también para la estimación de parámetros. En las llamadas pruebas de bombeo de agua el cual se bombea desde un pozo, mientras que esta reducción se observa en algunos pozos o piezómetros circundantes.

El resultado es una serie de valores disposición de fondo. En este trabajo mostraremos un conjunto de datos el cual mostramos en la Tabla 1. La conductividad o transmisividad del acuífero lo determinaremos en una modelización inversa.

tiempo Disposición tiempo Disposición tiempo Disposición30 (min) 30 (m) 90 (min) 90 (m) 215 (min) 215 (m)0 0 0 0 0 00.1 0.04 1.5 0.015 66 0.0890.25 0.08 2.0 0.021 127 0.1380.5 0.13 2.16 0.023 185 0.1650.7 0.18 2.66 0.044 251 0.1861.0 0.23 3.0 0.0541.4 0.28 3.5 0.0751.9 0.33 4.0 0.0902.33 0.36 4.33 0.1042.8 0.39 5.5 0.1333.36 0.42 6.0 0.1534.0 0.45 7.5 0.178

5.35 0.50 9.0 0.2066.8 0.54 13.0 0.2508.3 0.57 15.0 0.2758.7 0.58 18.0 0.30510.0 0.60 25.0 0.34813.1 0.64 30.0 0.364

Tabla 01.

En los casos simples de estimación de parámetros se puede realizar manualmente, es decir, el parámetro afectado se ajusta hasta que se obtiene una coincidencia razonable entre valores observados y calculados. Aquí seguimos el procedimiento, la realización de la estimación automática de parámetros utilizando MATLAB. El procedimiento se demostró con la fórmula de Thiem (2), es decir, para la determinación de la transmisividad de un acuífero confinado. El ejemplo se basa en un conjunto de datos dado por Krusemann y De Ridder (1991), medido por una prueba de bombeo en el 'Oude Korendijk', en los Países Bajos. Los valores de reducción en estado estacionario se obtuvieron en cuatro posiciones en diferentes distancias se puede observar en el script prueba_thiem.m podemos observar en la Fig. 07

Salida del Modelo

BIBLIOGRAFIA

De Glee GJ (1930) Over grondwaterstromingen bij wateronttrekking door middel van putten. J. Waltman, Delft, p 175, in Dutch

Krusemann GP, de Ridder NA (1973) Untersuchung und Anwendung von Pumpversuchen. Verlagsges R M€uller, K€oln, p 191, in German

Krusemann GP, de Ridder NA (1991) Analysis and evaluation of pumping test data. Intern. Inst. for Land Reclamation and Improvement (ILRI), Wageningen, p 377

Theis CV (1983) The relation between the lowering of the piezometric surface and the rate and duration of discharge of a well using ground-water storage. In: Freeze RA, Back W (eds) Physical hydrogeology. Hutchinson Ross Publ, Stroudsburg, pp 141–146

Thiem G (1906) Hydrologische methoden. J.M.Gebhardt, Leipzig, p 56, in German