PROYECTO ARCAL RLA/7/018

“MEJORA DEL CONOCIMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS PARA

CONTRIBUIR A SU PROTECCIÓN, GESTIÓN INTEGRADA Y

GOBERNANZA”

REPÚBLICA DEL ECUADOR

Monitoreo aguas subterráneas

Lucila Candela. Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.

Universidad Politécnica de Catalunya, UPC, Barcelona, España

Quito, Ecuador, 4-8 Julio 2016

Aguas subterráneas: puntos de agua

Naturales: fuente o manantiales

Tipos

Una captación de agua subterránea es toda aquella obra destinada a obtener un cierto

volumen de agua de una formación acuífera concreta, para satisfacer una determinada

demanda. El conjunto de puntos (pozos, aljibes, sondeos, manantiales…) que

permiten conocer características hidráulicas, hidroquímicas o físicas de un acuífero.

Artificiales: Galerías

Zanjas drenantes

Pozos excavados

Sondeos

Pozos con drenes radiales

2

Puntos de agua: tipos

Artificiales:

Pozos excavados

Sondeos

Figura tomada de http://web.usal.es/~javisan/hidro/

3

diámetro inferior a 1,5 metros,

aunque los más usuales se

encuentran entre los 150 y los 700

mm.

Puntos de agua: tipos

Artificiales:

Galerias y drenes

Zanjas de drenaje Figuras tomadas de UNESCO

Pozos con drenes horizontales

4

Información asociada: i-Inventario

5

Información asociada: ii-características captación

NIVELACIÓN TOPOGRÁFICA, GEO-REFERENCIADO, CÓDIGO, ACUÍFERO… 6

Información asociada: iii-toma de datos

Medida niveles de agua en pozos/sondeos (según referencia fija

siempre: brocal, suelo….)

(muestreo: calidad)

Aforos en manantiales

Otros (bombeos, z de recarga, aforos en ríos…)

Filtro 0.5 m

encima del

NIVEL FREATICO acuifero

ESQUEMA GENERALPOZO MONITOREO

ESTACION DE SERVICIO

TAPA ROSCADA NIVEL DELTERRENO

LONGITUD DELSELLO SANITARIO

LONGITUD DEL FILTROTOTAL 3.O m.

ACUIFERO

8"

DIAMETRO DE PERFORACION

NOTAS : 1. La tapa del pozo debe quedar como máximo a 30 cm. sobre el nivel del terreno.2. La longitud del sello sanitario se establecerá una vez se realice la perforación de sondeo.

SIN ESCALA

ORIFICIO DE VENTILACION

TUBERIA CIEGA DE PVCDIAMETRO 4"

SELLO ( ARENA - CEMENTO )

SELLO ( BOLAS DE BENTONITA )

FILTRO DE PVC DIAMETRO 4"( RANURA 1 mm. )

EMPAQUE DE GRAVA DE RIO( TAMAÑO No 1 )

DESARENADOR ( 0.30 m. )

0.50 m.

Where, what!!!!

When!!!

Frecuencia en función modelo conceptual

En función del método de medida (al menos

una vez al año muestreo, medida

mensual/estacional)

Ojo, medida automática!!

7

Almacenamiento información

Ficha técnica

BASE DE DATOS

Medidas campo

8

Explotación información

Estudios hidroquímicos

Mapas piezométricos

Variación parámetros hidráulicos

Contaminación

Otros…

9

Importante

SELLADO POZOS ABANDONADOS

cvc SUSTITUCIÓN POZOS

(PERDIDA INFORMACIÓN)

PERO, REPRESENTATIVIDAD DE LOS PUNTOS SELECCIONADOS EN RELACION CON LA

BASE DE DATOS EXISTENTE (USO DEL PUNTO DE CONTROL)

LA INTEGRACIÓN DE PUNTOS EXISTENTES TIENE SUS VENTAJAS ($$$)

10

Objetivo: 1. cantidad

11

Objetivos monitoreo

Nivel agua subterránea

Plazo tiempo: corto, medio, largo

Cuando: tiempo real, estacional…..

Para qué?: condiciones hidrológicas, informes administración,

reglamentos,

Análisis de tendencias, intrusión marina, subsidencia…

Acuífero/s (consolidados, no consolidados, confinados, libres)

Como: Puntos de agua invariables en el tiempo (XYZ): pozos, piezómetros,

sondeos, manantiales (karst)

Red de observación (selección de puntos, diseño)

12

i-Características hidrogeológicas

Su complejidad puede condicionar el diseño (acuíferos multicapa, gradientes

elevados…)

A modo de sugerencia!!!

Zonas aluviales: importante su geometría, permeabilidad, conexión ríos,…

Acuífero homogéneo: geometría, zonas de recarga/descarga, redes de flujo/mapas

Acuífero heterogéneo: geometría especial consideración a la hidroestratigrafía

Multicapa: puede necesitar caracterización 3D, múltiples piezómetros

Zonas fracturadas/plegadas: basado en la presencia de manantiales, vegetación,

geología, estructuras geológicas.

López-Geta et al., 2001 13

ii-Características hidrogeológicas

Cabrera, 2004,

a) z. permeable, np real;

b) pequeñas fisuras, el agua llega lenta

c) no hay fisuras np no representativo

Permeable

14

Puntos de monitoreo: dónde medir?

15

Pozos observación

(GW-MATE, (www.worldbank.org/gwmate) 16

Obtención datos

En manantiales, con caudalímetro o mediante cualquier método volumétrico

(cubo/tiempo, ….) manual o automatizado

La selección de datos indicadores (ej. explotación) puede obtenerse a partir del

contacto con el propietario

Medida manual

Automatizada

(sensores, data loggers)

Importante: chequeo de los datos para evitar errores previo a su almacenamiento

17

i-Cuándo medir?

NO EXISTE UNA FRECUENCIA MEJOR O PEOR. DEPENDE DE LAS CONDICIONES NATURALES DEL MEDIO Y CARACTERÍSTICAS DEL ACUÍFERO La selección del periodo de medida depende de los objetivos del monitoreo ( uso de los datos) y la respuesta del sistema a las influencias naturales y antrópicas: ej. estacional (variaciones en la recarga),mensual… largo plazo, corto (diario), del método de medida (automático) y de las características de la región (árida-lluviosa) entre otros

18

Objetivo de los datos…

OBJETIVO DE LOS DATOS DE NIVEL

Muestreo requerido (toma de datos) DIAS/SEMANAS MESES AÑOS DÉCADAS

Propiedades hidraúlicas (tests)

Mapas piezométricos

Cambios almacenamiento y recarga (corto plazo)

Cambios almacenamiento y recarga (largo plazo)

Variabilidad climática

Efectos regionales del bombeo

Análisis estadístico de las tendencias

Cambios en el flujo del agua subterránea

Relaciones aguas superficial-subterránea

Modelos numéricos o transporte de contaminantes

mayor interés menor interés 19

ii-Algunos factores importantes

Frecuencia

medida

Somero/libre + Rápido Mayor Mas variable

Profundo/confinado Lento Menor Menos variable -

Acuífero Flujo y

recarga

Bombeo Clima

20

En resumen…

A

Los cambios en los sistemas acuíferos se pueden describir de

acuerdo a: tendencias, fluctuaciones periódicas o anuales, o valores

medios correspondientes a un largo periodo (baseline/nivel base!).

Nivel piezométrico (1986-1998) Nivel piezométrico mensual

(octubre septiembre) max-min-med

21

La determinación de la frecuencia de muestreo se debe basar en:

a) estudio de las tendencias

b) determinación de las variaciones periódicas

c) estimación del valor medio

Los criterios/métodos aplicados tienen como objetivo:

a) detectar tendencias

b) estimar con fiabilidad las fluctuaciones periodicas y

c) calcular con fiabilidad la representatividad de los valores medios

En resumen…

22

Objetivo: 2. calidad

23

“conducir a largo plazo a la estabilidad y sostenibilidad de la

calidad del agua subterránea, preservando el "buen estado químico"

para las generaciones presentes y futuras”

DEFINIR OBJETIVOS

ESCALA ESPACIAL TEMPORAL Foto. Collazo, P. 2013

24

Monitoreo calidad

La exactitud y representatividad de los resultados del monitoreo deben ser

evaluados regularmente. La falta de acciones de seguimiento no justifica

no implementar programas de monitoreo.

• Determinar la distribución de la contaminación y movimiento de los

contaminantes

• Establecer la extensión de intrusión salina en zonas costeras

• Conocer la presencia de aguas de baja calidad de origen natural (interacción

roca-agua

• Evaluar la efectividad de medidas para controlar o remediar la contaminación

2. Determinar la variación espacial de la calidad de las aguas subterráneas

1. Proporcionar resultados que reflejen exactamente la condición de las

aguas subterráneas en el acuífero

Mediante muestras representativas (no contaminadas) de la condición en un punto

específico del sistema de aguas subterráneas

25

Objetivos

Referente a la aceptabilidad de agua bombeada para un uso

determinado y/o con el control de cualquier proceso de tratamiento

necesario. (Foster, 1997)

INTERVIENEN LAS ADMINISTRACIONES

RESPONSABLES DEL AGUA DE CADA PAÍS.

APLICACIÓN DE NORMAS DE POTABILIDAD

NACIONALES E INTERNACIONALES (OMS,

EPA)

26

Objetivos

3. Vigilancia o control de la calidad de las aguas subterráneas que se

utilizan para el suministro de agua.

4 . Identificar la presencia de la contaminación por una determinada

actividad a la menor brevedad, que permita la inmediata introducción

de medidas de control.

LÍNEA DE BASE: rango de concentraciones de un elemento dado,

isótopo o compuesto químico en solución, derivado enteramente de

fuentes naturales, geológicas, biológicas o atmosféricas en condiciones

no perturbadas por la actividad antropogénica. (UE.Groundwater

Directive recommendations, 2006, en Natural Groundwer Quality, 2008).

27

Calidad natural del agua: línea de base

Definir la COMPOSICIÓN QUÍMICA NATURAL de las aguas

subterráneas y distinguirlas de las afectadas por los

impactos humanos.

REDES DE MONITOREO DE LÍNEA DE BASE: observación a largo plazo (baja

frecuencia y medidas estandarizadas) para el conocimiento del sistema de flujo,

procesos y tendencias geoquímicas.

Información clave para la gestión y la protección de los acuíferos

Referencia de calidad para futuros monitoreo y acciones de remediación

Identificar Impactos antrópicos

Detectar tendencias de origen natural que pueden tener implicaciones para la

salud humana o la de los ecosistemas dependientes de las aguas

subterráneas;

28

Calidad natural del agua: redes

REQUIERE:

•Caracterización tridimensional del sistema acuífero.

•Comprender todos los procesos naturales que pueden contribuir a la

variación de la calidad del agua y los posibles cambios dentro del sistema.

•Proporcionar datos apropiados para validar y actualizar el modelo

conceptual del acuífero estudiado.

•Para la interpretación de la tendencia espacial y temporal observada

de calidad del agua

29

Calidad natural del agua: redes

PARA:

1. Realizar estudios hidrogeológicos regionales detallados

2. Generar un modelo conceptual realista y adecuado

3. Seleccionar o instalar puntos de muestreo del agua subterránea

4. Definir rango de variables y trazas a monitorear

5. Verificar protocolos analíticos de laboratorio y límites de detección

6. Elección protocolo de muestreo y método de conservación de acuerdo con el

laboratorio

7. Definir la frecuencia del muestreo

8. Definir que datos/parámetros para alerta temprana para la toma de decisión y gestión

de los acuíferos

9. Validación periódica del modelo conceptual

30

Objetivo redes

La densidad de puntos de monitoreo depende:

Tamaño y heterogeneidad del sistema acuífero.

Características geológicas e hidrogeológicas del sistema.

Vulnerabilidad del acuífero y el riesgo de las fuentes potenciales

contaminantes.

Como valor de referencia (Vrba, 1989):

Un punto cada 10 a 100 km2 para el monitoreo regional;

Un punto cada 100-10.000 km2 para el monitoreo nacional.

‘cada acuífero es único y la selección de los sitios se basa en el conocimiento

local y en la experiencia de los especialistas; densidad de los puntos de

muestreo puede cambiar según las condiciones locales’

De acuerdo al presupuesto establecido, el muestreo debe ser representativo, y debe

ser capaz de proporcionar la evolución geoquímica según flujo.

Edmunds, M. & Shnad, P. 2008 31

Redes: densidad y puntos

Frecuencias óptimas depende de los aspectos hidrogeológicos

(tiempo de residencia, velocidad de flujo) y condiciones

climáticas y consideraciones estadísticas.

Velocidad del agua subterránea en el medio poroso es lento

(cm/año - m/año) y por lo tanto la variabilidad de la calidad

natural de las aguas subterráneas también es lento.

En un acuífero libre la frecuencia y toma de muestras debe ser

mayor que en un acuífero confinado

32

Redes: frecuencia y tipo medidas

Selección de puntos de monitoreo

La instalación de pozos de monitoreo a distintas profundidades, con

intervalos ranurados conocidos, es la mejor opción de obtener

muestras representativas de las condiciones en el acuífero, aunque

esto no es siempre posible

Al seleccionar, los métodos de perforación de pozos, se debe evitar

los que utilizan fluidos de perforación (investigación)

Si se utilizan pozos ya existentes, se debe conocer las características

constructivas y la información. A veces los pozos obtinene agua de

varios niveles explotados

Pozos con gran diámetro deben evitarse

33

Un sondeo también puede penetrar dos o más

acuíferos separados por estratos

impermeables.

Diferentes cargas hidráulicas pueden producir flujos positivos o

negativos y el propio pozo puede inducir la contaminación cruzada

al permitir flujo de un acuífero al otro.

alta K

baja K

alta Kagua dulce

agua salada

acuitardo

sucap. tri piezomésup. freáti

ca

(Auge, 2003) 34

Selección de puntos de monitoreo

Selección de parámetros

EN CAMPO: PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS

1. pH.

2. Temperatura (T°C)

3. Conductividad eléctrica (CE) (µS/cm).

4. potencial Redox (Eh).

5. oxígeno disuelto (OD).

6. Alcalinidad.

EN LABORATORIO: PARAMETROS QUÍMICOS MAYORITARIOS

Na, K, Ca, Mg, Cl, SO4, NO3, CO3H (Si, NH4, B, Ba, Sr, F, Br….)

Metales/otros según monitoreos especificos

CONOCER LA LITOLOGÍA DEL ACUÍFERO PARA GUIAR LAS DECISIONES SOBRE

PARÁMETROS ESPECÍFICOS Y EN QUE ÁREAS

35

Monitoreo de linea de base de calidad de agua subterránea. (Edmunds, M. & Shnad, P. 2008)

36

Monitoreo del agua subterránea: en resumen!