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¡Descarga resumen resumen resumen resumen resumen resumen y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Enfermería solo en Docsity! JORNADAS TÉCNICAS SOBRE APROVECHAMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS PARA RIEGO Torrejón de Ardoz (Madrid) 2 a 4 de junio, 2009 CENTER Centro Nacional de Tecnología de Regadíos (Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino) Tema: Típos de acuíferos y_parámetros hidrogeológicos Dr. Fermín Villarroya Profesor Titular de Hidrogeología y Geología Ambiental. Departamento de Geodinámica Facultad de Ciencias Geológicas Universidad Complutense ferminv(V)geo.ucm.es Sumario: TIPOS DE ACUÍFEROS Y PARÁMETROS HIDROGEOLOGICOS Tipos de materiales Tipos de acuíferos Parámetros hidráulicos Porosidad y tipos de porosidad Permeabilidad o conductividad hidráulica (k) Transmisividad (TI) y caudal específico (q) Coeficiente de almacenamiento (S) Concepto de potencial ó carga hidráulica (h) y de gradiente (1) Energía del agua Potencial por unidad de masa, de peso y de volumen. FUENTES DE INFORMACIÓN Y BIBLIOGRAFÍA ll Soon TIPOS DE ACUÍFEROS Y PARÁMETROS HIDROGEOLOGICOS Tipos de materiales Desde el punto de vista de su comportamiento hidrogeológico se distinguen los siguientes tipos de materiales: Acuífero: formación geológica capaz de contener y transmitir agua en cantidades significativas. Por ejemplo las terrazas fluviales, las calizas del páramo de la Alcarria, etc. Acuitardo: formación geológica capaz de contener agua y transmitirla lentamente. Por ejemplo los limos arenosos, y en parte, el acuífero terciario detrítico de Madrid. Acuicludo: formación geológica capaz de contener agua pero no transmitirla. Por ejemplo las formaciones arcillosas; de hecho se consideran como “impermeables”. Acuífugo: formación geológica que no contiene ni transmite agua. Por ejemplo las rocas ígneas no fracturadas ni meteorizadas. Tipos de acuíferos Atendiendo a su textura: Acuíferos Porosos: como por ejemplo las llanuras aluviales y cuencas terciarias. (Algunos autores prefieren denominarlos acuíferos detríticos). Acuíferos Kársticos: como las calizas del Páramo, el Campo de Montiel (Ruidera), etc. Maieras Porosidad coral 6 m Porosicad efcar 6 m, Observaciones Too Derención A Rocas masivas Granito 053 4 02 W 005 <0z2 0,5 00 A Caliza masiva 815 05 20 <0s 1 00 3 Dolomia 50 10 2 <05 1 00 3 Rocas metamórficas 0,5 3 0,2 <0.5 2 00 A Rocas volcánicas Piroclastos y tobas 30 50 10 60 5 <S 20 00 Ca Esconas 25 80 10 » 5 1 E. Pumitas 5 209 5 <5 2 09 D Basaitos densos, fonolitas — 2 5 01 < 2 01 A Basaltos vacuolares 12 x 5 5 10 1 e Rocas sedimenta- — Pizarras sedimentarias 5 o2 30. 05 <2 5 00 E rias consolida- Areniscas 2 $ 50 05 10 20 00 FE das (ver rocas Creta blanda 50 10 t 5 02 B masivas) Caliza detritica 50 15 3 20 05 Rocas sedimenta- Aluviones 25 ul 20 45 15 15 35 5 E rias sueltas Dunas 35 “w0 3 2 30 10 Gravas 0 OS Loess 45 s5 40 <5 10 0.1 E Arenas 35 45 20 25 35 ul Depósitos glaciares 25 35 15 15 30 s Limos 20. 50 3 ES 2 E Arcillas sin compactar 45 60 40 35 30 2 10 08 E Suelos superiores s0 60 30 10 20 1 E O = Dismimure m y puede aumentar m, con la cds - Aumenta m y m, por meteoritación. m, muy vansole segun ctrcuni = humena = y m/ por fenomenos de assotución = Disminuye m y m, con la edad. nu» Tabla 1.- Valores de porosidad según Custodio y Llamas, 1983. Permeabilidad o conductividad hidráulica (k) La permeabilidad es el caudal de agua que circula por una sección de acuífero con altura la unidad, anchura la unidad, bajo un gradiente hidráulico unitario. Representa la facilidad que tiene una roca para que el agua circule a su través. La permeabilidad (x) depende tanto del medio físico como del fluido que lo atraviesa: k= ko. 1/4 Y es el peso específico del agua, pH la viscosidad cinemática del agua, y k, es la permeabilidad intrínseca, que engloba las características de la roca: k)=C0 4? C, es el factor de forma: un coeficiente que depende de la roca (estratificación, empaquetamiento, forma de los clastos, textura, porosidad, y estructura sedimentaria), y es adimensional. Por su parte, d” es el diámetro medio de la curva granulométrica correspondiente a d' es el diámetro medio de la curva granulométrica correspondiente a un paso del 50%. La permeabilidad puede hallarse experimentalmente (curvas granulométricas, ensayos de admisión en sondeos, permeámetros...) o deducirse a partir de otros parámetros, de perfiles hidrogeológicos y ciertas fórmulas analíticas aplicadas a redes de flujo que más adelante se estudiarán. La permeabilidad tiene dimensiones de velocidad (pero no es un parámetro que indique realmente la velocidad de circulación del agua subterránea). La permeabilidad en un acuífero puede variar notablemente según la dirección que tome el agua. La permeabilidad vertical, que es necesario tener en cuenta si el flujo es vertical (ascendente o descendente), suele ser, en los acuíferos detríticos, dos o tres ordenes de magnitud inferior a la horizontal. Esto conviene tenerlo muy presente. Á este cambio del valor de la permeabilidad según la dirección que lleve el agua se denomina anisotropía. La Fig. 3 presenta los valores de permeabilidad de diferentes agrupaciones litológicas. PERMEABILIDAD EN ¡m/afo) 104 103 102 10 1 A 10 A GRAVAS Y CLASIFICACIÓN GRAVAS Arenas, | ARENAS FINAS| LIMOS D ARCILLAS 5 LIMPIAS ARENAS [O CONMEZAA| ARCILLAS GEOLÓGICA nues DE Limos | ARENOSAS COMPACTAS . ACUÍFERO PRÁCTICAMENTE CLASIFICACIÓN BUEN ACUÍFERO Su ACUITARDO HIDROGEOLÓGICA POBRE IMPERMEABLE 94 ot 44109 (0% (mpo) do dor 10" Clasificación de algunos materiales sedimentarios según su permeabilidad (Custodio y Llamas, 1983) Figura.3.- Valores de permeabilidad o conductividad hidráulica según Custodio y Llamas, 1983. Transmisividad (T) y caudal específico (q) La transmisividad, es el caudal de agua subterránea que circula por una sección de acuífero de altura el espesor saturado y anchura la unidad cuando el gradiente hidráulico es la unidad, T= k*b siendo k la permeabilidad y b el espesor saturado. T= k*b siendo k la permeabilidad y b el espesor saturado. Es un parámetro que indica la posibilidad que ofrece un acuífero de cara a su explotación. La transmisividad (algunos autores la llaman transmisibilidad), se suele hallar mediante ensayos de bombeo. También se puede deducir si conocemos b y k. Otra posibilidad a la que se recurre frecuentemente es deducirla aplicando la fórmula experimental de Galofré (experto hidrogeólogo de la Generalitat de Catalunya, fallecido en 2006) que comprobó que T (m?/día)= 100 * q (L/s/m) Que viene a decir que la transmisividad expresada en m'/día es cien veces el caudal específico (q) de una captación si q está expresado en L/s/m. El caudal específico (q) (que se obtiene en el inventario de puntos de agua que se describe más adelante), expresa el caudal que se extrae por bombeo de un sondeo por cada metro que se deprima el nivel del agua en el interior del sondeo. Por lo tanto un q = 0,2 indicaría que para obtener un caudal de 2 L/s de una captación es necesario deprimir 10 metros el nivel del agua en el interior del sondeo. Por otro lado la transmisividad del acuífero aplicando la fórmula será de 20 m'/día. Acuíferos pobres o poco productivos podrían considerarse a aquellos que tienen trasmisividades por debajo de 10 m'/día. Trasmisividades de 100 o más indicarán acuíferos muy m'/día. Trasmisividades de 100 o más indicarán acuíferos muy productivos. No obstante estas apreciaciones son muy relativas y no tienen más validez que la de mera comparación (Tabla 2). T (m"/día) Calificación — | Posibilidades del acuífero T<10 Muy baja Menos de 1 1/s con 10 metros de depresión 10<T<100 Baja Entre 1 y 10 Ys con 10 metros de depresión 100<T<500 Media a alta Entre 10 y 50 U's con 10 metros de depresión | s00<r<1000 Alta Entre 50 y 100 1/s con 10 metros de depresión | T<1000 Muy alta Más de 100 l/s con 10 metros de depresión (1) Pozos y acuíferos. IGME (1984) Tabla 2.- Valores de la Transmisividad, según Iglesias (2002). Coeficiente de almacenamiento (S) Coeficiente de almacenamiento (S) es el volumen de agua que es capaz de liberar un prisma de acuífero de base unitaria y altura la del espesor saturado (b), cuando el potencial hidráulico varía la unidad. Es un parámetro adimensional. El coeficiente de almacenamiento en un acuífero cautivo (se suele denominar también coeficiente de almacenamiento elástico) se expresa así: = yb(m,P+0) Siendo Y el peso específico del agua y b el espesor saturado del acuífero. Difusividad hidráulica (D) Para la zona saturada viene expresada como D= T/S = k/S* siendo k la permeabilidad y S* el coeficiente de almacenamiento específico. Es un parámetro que indica la sensibilidad o comportamiento de un acuífero ante una acción exterior. (por ejemplo un bombeo de pozo) El acuífero terciario detrítico de Madrid es poco difusivo ya que la T' es muy pequeña con el agua almacenada (S) En consecuencia los embudos de bombeo son de poca base y gran profundidad. Concepto de potencial o carga hidráulica (h) y de gradiente hidráulico (1) Energía del agua Energía es la capacidad de un cuerpo para desarrollar un trabajo. El agua se mueve de los lugares de mayor energía hacia los de menor energía. Así para elevar un elemento diferencial de masa de agua de un punto a otro es necesario consumir una energía de altura y otra de presión: Energía de altura, posición, gravedad o potencial gravitacional W,= A, tg *z Siendo: A,, elemento diferencial de masa g aceleración de la gravedad z altura sobre z=0 1, componente de la energía total, debido a la altura. Energía de presión o potencial de presión Un elemento diferencial de agua en un medio poroso está dotado de una presión. El agua tendrá una energía elástica debido a la diferencia de esa presión con la referencia (que es la de la atmósfera). La energía que se deriva de esa diferencia de presión es W,= (P,-P) V = PsP) HA,/P, ya que p=A,,/V. Luego la energía total si se desprecia la cinética es W,= W,+ W =A,, *g *z +(P,-P) * A,,/p, siendo W, el componente de energía debido a la presión hidrostática. Potencial por unidad de masa, de peso o de volumen. Gradiente hidráulico. Ahora podemos expresar esta energía o potencial total en expresiones de potencial por unidad de masa, de peso o de volumen: Potencial por unidad de masa = W,+W,/m Potencial por unidad de peso = W,+W,/ mg Potencial por unidad de volumen = W,+W,/V, y quedaría: Potencial por unidad de masa W,= W,+W,/A,, VW, =W,/A ,, + W,/A,, = (Py=P)FA m E AA A y Po P)_ 4 ¿LLE =gz + gh m ? 0 N =8 (2+h). El potencial total es gz+gh' = g(z+h'), expresado por unidad de masa. (Aquí la '"h'”" representa la altura hidrostática de la columna de agua sobre el punto de referencia, no el potencial). Potencial por unidad de peso (Po—P)* Am prern Am*g*z W,+W, [mg = LL 4 2 —==23+ P_= m*g m*g g =z +h" que es el potencial expresado por unidad de peso. (Aquí la "'h"" representa la altura hidrostática de la columna de agua sobre el punto de referencia, no el potencial). Potencial por unidad de volumen (Po-P)*Am p*g*h*aA,, -*k a A A AI An ¡FW A 7 am An Pp Pp g =p*gti+p*gthH= yG+ li) que es el potencial expresado por unidad de volumen. (La ''h”" representa la altura hidrostática de la columna de agua sobre el punto de referencia, no el potencial). En definitiva el potencial total es igual a z +h” multiplicado por g si está expresado por unidad de masa, por el peso especifico (y) si está expresado en volumen, y por uno si es en peso. El potencial se representa con la letra hache minúscula (h), por lo tanto la formulación más general: h=z+p/Y está expresada en peso, ya que p/y= esla altura hidrostática (h). Potencial hidráulico o carga hidráulica es la energía que tiene el agua en virtud de su altura, presión y movimiento y que le permite desplazarse dentro de un acuífero hacía las posiciones de menor energía. La variación del potencial A , a lo largo del acuífero, se denomina gradiente hidráulico =A,/A, siendo A, la distancia recorrida por el agua. Lógicamente la ¡ es adimensional. El valor de i se obtiene de los mapas de isopiezas. Definiciones importantes: La superficie freática definida como el lugar geométrico de los puntos del acuífero donde el agua se encuentra sometida a presión atmosférica y se corresponde con el límite superior de la zona saturada en un acuífero libre. Por lo tanto en un acuífero libre separa la ZS de la ZNS. Al referirse a un perfil o a un dato puntual de un pozo o sondeo, recibe el nombre de nivel freático. Potencial (h) o potencial hidráulico, o carga hidráulica: es la energía que tiene el agua en un punto del acuífero. Se mide en altura sobre un nivel de referencia. Superficie piezométrica: es el lugar geométrico (una superficie plana o más frecuentemente, alabeada o curvada) que contiene todas las "haches” del acuífero. Correspondería al lugar geométrico definido o configurado por el nivel que alcanzaría el agua si perforásemos el acuífero en infinitos puntos. Puede estar por encima de la superficie topográfica del terreno, en cuyo caso los pozos que explotan el acuífero serán artesiano-surgentes. La superficie piezométrica se expresa mediante el trazado de las isopiezas. FUENTES DE INFORMACIÓN y BIBLIOGRAFÍA A.-Tratados generales CUSTODIO, E. y LLAMAS, M. R. (1983) Hidrología subterránea. Edit. Omega. Barcelona. 2 Tomos, 2359 pp. DAVIS, S. D. y DE WIEST, R. J. M. (1971) Hidrogeología. Edit. Ariel. Barcelona. 563 pp. FETTER, C.W. (1994) Applied hydrogeology. Edit. Prentice Hall Inc. Englewood Cliffs, NJ. 604 pr. FREEZE, A.R. y CHERRY, J.A. (1979) Groundwater. Edit. Prentice Hall New York, 604 pp. IGLESIAS, A. (2002) Hidrogeología. Capitulo 5 de Ingeniería Geológica. Editor: González de Vallejo, L. Edit. Prentice may, Madrid. 263-302 pp. MARTINEZ-ALFARO, P. E., MARTINEZSANTOS, P. y CASTAÑO-CASTAÑO, S. (2005) Fundamentos de Hidrogeología. E diciones Mundi-Prensa, Madrid, 284 pp. MARTINEZ RUBIO, J. y RUANO, P. (1998) Aguas subterráneas. Captación y aprovechamiento. Edit. Progensa. Sevilla. 404 pp. VILLANUEVA, M. e IGLESIAS, A. (1984) Pozos y acuíferos. Técnicas de evaluación mediante ensayos de bombeo. Edit. IGME. Madrid, 426 pp. VILLARROYA, F. (2008) Apuntes de hidrogeología. Servicio de Reprografía de Fac. de CC. Geológicas. (Inédito). B.-Libros de divulgación