Hidráulica de captaciones de agua subterránea

HIDRÁULICA DE CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA

Introducción: Las aguas subterráneas se encuentran bajo la superficie de la tierra, ocupando los poros y fisuras de las rocas sólidas; son de vital importancia debido a que abastecen a un tercer parte de la población mundial, aunque es de difícil gestión debido a su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación.

Los objetivos principales de la hidráulica de captaciones de agua subterránea son:

1. Obtener métodos para determinar las características físicas y de funcionamiento de los acuíferos tales que complementen, sustituyan o mejoren otros métodos disponibles.
2. Permitir la predicción razonable del comportamiento a corto y largo plazo de una captación de agua, los caudales que podrá extraer, su régimen óptimo de explotación y sus efectos sobre el acuífero y otras captaciones vecinas.
3. Suministrar métodos teórico-prácticos para el proyecto de captaciones.
4. Proporcionar una metodología para valorar la eficiencia y correcta construcción de las captaciones de agua.

1. Conceptos generales

El objeto principal de este capítulo es reunir los principales conceptos referentes a la teoría del movimiento del agua subterránea e introducir las ideas de base del estudio de las captaciones de agua.

1. Acuífero libre

Cuerpo de agua sometido en la parte superior a la presión atmosférica, también es llamado acuífero freático. No existe franja capilar. Se considera la recarga de lluvia y riegos son uniformes en el tiempo.

1. Acuífero confinado o cautivo

Cuando el líquido se encuentra a mayor presión que la atmosférica y al perforar existe una ascensión. El techo y el fondo no aportan recargas. También se conoce como acuífero confinado.

1. Acuífero semiconfinado o semicautivo

Es similar al acuífero cautivo, pero este admite recargas y descargas en techo y/o base.

1. Acuitardo

Medio poco permeable, el cual limita a un acuífera semiconfinado

1. Acuicludo

Medio impermeable, no necesariamente seco, cuando no contiene ni transmite agua se denomina acuífugo.

1. Permeabilidad

Facilidad del material para dejar pasar el agua a través de el. Se considerará la permeabilidad según Darcy y no la permeabilidad intrínseca.

Para la permeabilidad horizontal K o 𝐾_ℎ.

Para la permeabilidad Vertical K’ o 𝐾_𝑣

1. Transmisividad

Capacidad del material para transmitir agua; es el producto de la permeabilidad por el espesor. En caso de que la permeabilidad sea variable a lo largo del perfil del acuífero con espesor b, queda dado por:

[pic 1]

1. Porosidad eficaz:

Relación entre el volumen de agua obtenido por drenaje en un material permeable saturado y el volumen total de la muestra. Es adimensional.

1.  Coeficiente de almacenamiento

Volumen de agua liberado por una columna de un acuífero igual al espesor del mismo y de sección unitaria al disminuir la presión en una unidad.

En acuíferos libres este coincide con la porosidad eficaz oscilando entre 0,01 y 0,4, los valores mas frecuentes están entre 0,1 y 0,3.

en acuíferos cautivos y semiconfinados el valor del coeficiente de almacenamiento es varios órdenes de magnitud inferior al de la porosidad eficaz, en general entre  y .[pic 2][pic 3]

Es adimensional.

1. Coeficiente de goteo

Utilizando en la hidráulica de acuíferos semiconfinado, también se denomina conductancia hidráulica del acuitardo, se calcula como:

[pic 4]

1. Factor de goteo

Utilizando en la hidráulica de acuíferos semiconfinado, se calcula como:

[pic 5]

1. Captaciones de agua subterránea

Embudo de bombeo

Se llamará captación de agua subterránea a toda instalación que permita poner a disposición de uso el agua contenida en los acuíferos. Se clasifican en:

1. Pozos

Perforación vertical de forma cilíndrica de una relación D/h baja. El agua penetra por las paredes creando un flujo radial.

1. Drenes y galerías

Perforaciones horizontales mas o menos circulares con relación D/l baja donde el agua penetra de manera paralela y horizontal.

1. Zanjas

Excavaciones rectilíneas en trincheras generalmente de poca profundidad.

1. Socavones

Excavaciones de forma variada de poca profundidad la cual se asemeja a un pozo de gran diámetro

1. Pozos de drenes radiales

Son pozos revestido del que salen drenes horizontales en varias direcciones, actúa como un pozo de gran diámetro.

Si se considera un pozo que lleve bombeando un tiempo largo, la superficie piezométrica adopta la forma de un cono invertido o embudo en cuyo centro se sitúa el pozo. Se debe generar un gradiente hidráulico para que exista una redirección de flujo a la zona de captación; y así se cumpla la ley de Darcy. (fig. 9.1 a).

Cuando se tiene una captación horizontal, se forma un valle o depresión longitudinal en la superficie piezométrica, cuyo punto más bajo coincide con la captación. Figura 9.1 b).

En el caso de introducir agua en un acuífero mediante un pozo o una captación horizontal, se tiene el fenómeno inverso al descrito, formándose un domo o una cresta respectivamente (fig. 9.1 c y d).

[pic 6]

La altura del agua sobre la base del acuífero se suele designar por H y en cualquier punto la diferencia de espesor de agua antes del bombeo Ho y durante el bombeo se designa por  y se llama descenso.[pic 7]

En caso de recarga, se llama ascenso, y se representa por el mismo símbolo. En acuíferos cautivos s es la diferencia entre el nivel piezométrico inicial ho y el actual h; [pic 8]

1. Clasificación de las captaciones

Se dice que un pozo es totalmente penetrante o completo cuando su zona filtrante abarca la totalidad del espesor del acuífero. Si sólo abarca una parte del acuífero el pozo se llamará incompleto. Si el pozo es incompleto pero su zona filtrante se inicia en el techo o en la base del mismo el pozo se llama por razones obvias parcialmente penetrante.

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