Recarga Natural de Acuiferos y Recarga Artificial Caso Rio Seco-Perú

RECARGA NATURAL DE ACUIFEROS

Advertencia: esta es una presentación recopilatoria y de investigación, para mayores detalles respecto a la información presentada aqui, por favor consulte la lista de referencias al final de la presentación. Disclaimer: this is a compilatory and investigation presentation, for further details about information presented in here, please have a look at references list at the end of presentation.

RECARGA DE ACUIFEROS Acuífero: Un acuífero está constituido por una capa de arena, grava o roca porosa con agua necesaria para suministrar una cantidad útil. Recarga de un acuífero Entrada de agua en un acuífero (zona saturada) donde comienza a formar parte de las reservas subterráneas, esta entrada puede darse de dos maneras, por un movimiento descendente del agua debido a las fuerzas de gravedad y luego de presentarse un movimiento horizontal del flujo debido a las diferentes condiciones hidráulicas de las capas que constituyen el perfil del suelo (Balek, 1988). Es importante también dentro del equilibrio del ciclo hidrológico y como elemento para la evaluación de la sustentabilidad de la vida en zonas que carecen o poseen limitados recursos hídricos.

Tipos de Recarga del acuífero Recarga natural Es una etapa natural dentro del ciclo hidrológico que se genera debido a la precipitación, a las aguas superficiales, es decir, a través de ríos y lagos, o por medio de transferencias desde otras unidades hidrogeológicas o acuíferos. Este proceso es largo en duración y limitado a los parámetros capacitivos del acuífero.

Recarga Artificial Introducción no natural de agua, empleando métodos y/o técnicas diversas, en un acuífero para aumentar la disponibilidad y con la calidad apropiada para los usos a los que se destine. Las fuentes de recarga pueden generarse a partir de otras actividades que emplean el recurso hídrico, como son: irrigaciones, infiltraciones a partir de embalses y/o depósitos y fugas de redes de abastecimiento y alcantarillado.

Otras Clasificaciones: se basan en la fuente de la cual proviene la recarga, como en el caso de Lerner (1990) que propone: 1.Directa o Difusa: agua de lluvias. 2.Concentrada o indirecta: drenajes permanentes, estacionales y efímeros. 3.Flujos laterales: otro acuífero. 4.Retorno de riegos: exceso de riegos o perdida en los canales de distribución. 5.Recarga urbana: fugas de redes abastecimiento y alcantarillado.

Aspectos Hidrogeológicos: la existencia de acuíferos en la corteza de la tierra esta ligada a los procesos geológicos que han producido espacios capaces de absorber, transmitir, clasificar y producir agua. Las diversas litologías poseen espacios vacíos, que pueden ser de tamaño considerable para que el agua se traslade libremente, mientras que en el caso opuesto los vacíos son tan pequeños que la roca se vuelve impermeable.

Condiciones geológicas que pueden favorecer la recarga natural o artificial de acuíferos 1. Formaciones de arena, grava o rocas altamente fracturadas ya sea bajo tierra o expuestos sobre una gran área o en canales de torrentes. 2. Presencia de cuevas, zonas fracturadas o fallas, o numerosas cavidades pequeñas en las formaciones rocosas tanto subterráneas como en superficie o en canales de torrentes. 3. Topografías kársticas y/o de sumideros. 4. Ausencia de barreras horizontales o verticales para el desplazamiento de aguas subterráneas. 5. Lugares viables para la instalación de pozos de recarga, presas, desvíos u de otras estructuras que favorezcan la recarga. Las condiciones antes mencionadas no necesariamente señalan posibilidades de recarga favorable. El agua puede surgir en manantiales o cursos cercanos, o puede recargar un acuífero que es tan profundo que la recuperación no es práctica. Estas condiciones deben ser estudiadas cuidadosamente para determinar si la recarga es factible.

Condiciones geológicas que pueden favorecer la recarga natural o artificial de acuíferos Torrentes anastomosados anchos, abanicos aluviales amplios y depósitos fluvioglaciales pueden presentar excelentes oportunidades para la difusión de agua. Estas condiciones pueden ser especialmente significativas donde el agua de los arroyos de montaña se puede propagar y recargar en acuíferos que se extienden en áreas donde el agua puede ser recuperada para uso beneficioso. Informes geológicos, informes de las aguas subterráneas, registros de pozos y descripciones de secciones estratigráficas pueden indicar la posibilidad de recarga, almacenamiento y recuperación de acuíferos. Esta información preliminar puede justificar una investigación detallada de acuíferos.

Factores involucrados en la recarga: 1.Relacionados a la superficie de la tierra: topografía; magnitud, intensidad, duración y distribución de las precipitaciones; evapotranspiración y escorrentía. 2.Relacionados a cursos de agua naturales y artificiales: cantidad y caudal de los ríos y quebradas que recargan o descargan el acuífero. Perdidas de agua en canales de regadío, acequias e irrigaciones durante su horario de actividad. 3.Relacionado al suelo: composición (gravas, arenas, limos, arcillas), contenido orgánico (plantas y animales), profundidad y propiedades hidráulicas; estos factores vistos en la componente horizontal como vertical. 4.Relacionado a la zona no saturada: mecanismos de flujo a través de la zona no saturada. 5.Acuífero: características litológicas, estructurales e hidráulicas del acuífero para aceptar el agua y las variaciones que puedan generarse en el acuífero a través de tiempo.

RECARGA NATURAL

Definición: es una etapa natural dentro del ciclo hidrológico que se genera debido a la precipitación, a las aguas superficiales, es decir, a través de ríos y lagos, o por medio de transferencias desde otras unidades hidrogeológicas o acuíferos. El Proceso de recarga es de larga duración y limitado a los parámetros capacitivos del acuífero. Este proceso se puede expresar tanto como un volumen de agua como un flujo unitario (taza de recarga) respecto a una unidad de tiempo, unidad de superficie o altura por unidad de tiempo; para un intervalo de tiempo determinado en el que se puede tener datos puntuales o promediados.

RECARGA NATURAL

Tipos: recarga directa e indirecta, según De Vries & Simmers (2002) Directa: agua que por percolación vertical a partir de las precipitaciones, habiendo saturado la capa de suelo y transitado por la zona no saturada, termina formando parte del acuífero. Se le llama recarga difusa o local. Llamada percolación difusa a)

Indirecta: agua superficial que percola hasta el acuífero a través de macroporos, fracturas, juntas, depresiones topográficas y zonas de estancamiento de agua sobre alguna de las ocurrencias mencionadas. Se le llama recarga preferencial o localizada. Llamada percolación preferencial. b)

Concentrada: es la recarga producida debajo de los cauces de ríos, canales, encharcamientos y aguas en superficie. 

Otros autores clasifican la recarga en dos tipos: Vertical: recarga vertical de agua de lluvia y recarga artificial por retorno del agua empleada en riego. Horizontal: recarga por interconexión con otros acuíferos y aguas de escorrentía subsuperficial en el suelo que se pueden encharcar e infiltrar hasta el acuífero

Factores: dentro del ciclo hidrológico, las precipitaciones son la principal fuente hídrica de recarga natural de acuíferos a nivel regional y local. La recarga natural es un conjunto de procesos y condiciones entre los cuales se destacan los siguientes: Condiciones climáticas: las lluvias son la principal fuente de recarga de acuíferos y las condiciones y variaciones en el clima puede influir en la recarga. Topografía: terrenos de pendiente leve o llanos serán mas favorables para la recarga.

Perfil suelo - roca: la composición del suelo, presencia de plantas y el tipo de estratos rocosos entre la zona no saturada y saturada definen la capacidad del agua de recarga para infiltrarse hasta el acuífero. Infiltración: proceso de transito del agua útil desde la superficie (zona no saturada) hasta el acuífero (zona saturada). Tiempo de residencia: periodo de tiempo necesario para renovar por completo un acuífero a estado inicial, que por lo general es muy largo. Capacidad de almacenamiento: un acuífero tiene un limite de recarga que esta definido por las características litológicas, estructurales y volúmenes de agua que lleguen hasta el acuífero.

Infiltración: proceso por el cual el agua penetra en el suelo a través de la superficie de la tierra y queda retenida en él alcanzando el nivel del acuífero e incrementando el volumen acumulado. Medible en mm/año ó l/s/km2. La tasa de infiltración que llega hasta el acuífero se ve reducida debido a que el agua de las precipitaciones se distribuye entre el suelo (saturación y evaporación), escorrentía superficial (aguas que discurren en superficie cuando el suelo se ha saturado) y la vegetación (que luego eliminara el agua por evaporación). Respecto a la vegetación hay una dualidad ya que reduce la cantidad de agua que llega al suelo (follaje, cobertura de hojas en el suelo y plantas de raíces profundas) y por otro lado favorece la formación de suelos porosos, evita la compactación del suelo y prolonga la duración de la precipitación.

La tasa de infiltración se ve controlada por la porosidad, la permeabilidad, la acción de la gravedad, la fuerza de capilaridad (plano de flujo cero), la humedad intrínseca del suelo, la temperatura del suelo, la intensidad de la precipitación, la composición del suelo y la zona no saturada. Este proceso decrece con el tiempo. La capacidad de infiltración es aquel volumen de agua máximo (tasa máxima) que el suelo puede contener y todo aquel exceso que atraviesa el suelo hacia la ZNS es llamado agua útil o recarga potencial (Rushton, 1988) para un acuífero. La recarga potencial será mayor donde el nivel freático se encuentra cercano a la superficie del terreno.

Técnicas para la evaluación de la recarga: Directos: lisímetros, medir y monitorear el movimiento del agua que se infiltra en el suelo. Infiltrómetros, medir la capacidad de infiltración en el suelo (métodos Muntz y Porchet). Balance de masas, se determina los flujos de entrada y salida de un sistema y la diferencia de ambos es la recarga del acuífero. Infiltración = Precipitación – Escurrimiento – Evapotranspiración. Aproximaciones de Darcy, aplicable a la ZNS y ZS, los variables de la ecuación son medibles. La conductividad hidráulica (k) no se conoce con exactitud, entonces la velocidad de infiltración (q) es aproximada para q = -k · i

Técnicas para la evaluación de la recarga: Fluctuación del nivel del agua (se aplica a acuíferos libres por aporte de agua superficiales y descontando las descargas a ríos, manantiales o pozos).

Trazadores químicos, aplicables en la ZNS y ZS, se emplean para determinar fuentes de recarga y zona de descarga a través de un balance de masa del trazador, el cloruro es el mas empleado por sus bajas variaciones bajo condiciones climáticas, geológicas y de suelo, además no es volátil. Otros empleados son tritio-helio, carbono 14, CFC, SF6 (gas de exafluoruro de azufre), etc. Indirectos: líneas de flujo, modelación y simulación inversa, empíricos (desarrollo de ecuaciones para relacionar la recarga con la precipitación) y fluctuación del nivel freático.

La estimación de la recarga debe ser realizada aplicando distintas técnicas, dado el grado de incertidumbre de los procesos involucrados en la recarga. Balance de las técnicas para la evaluación de la recarga: 1.Todos adolecen de incertidumbres en regiones áridas. 2.Se presupone la condición de homogeneidad en todas las técnicas. 3.Los datos obtenidos de las mediciones tienen un alcance puntual y no se pueden extrapolar a cuencas. 4.La medida de la descarga es mas fácil de medir que la recarga. 5.El impacto del aprovechamiento de aguas subterráneas es medible, pero para ello se requiere un buen monitoreo y cuantificación de la descarga de acuíferos intactos. Sobre la base de modelos teóricos y ensayos en otros países, se estima que la recarga natural fluctúa entre 30 – 50 % de la precipitación en climas húmedos, 10 – 20% en climas mediterráneos y 0 – 2% en climas secos (Bouwer, 2002 y Tyler, 1996)

RECARGA DE ACUIFEROS EN EL PERÚ CASO RÍO SECO - ICA

RECARGA DE ACUIFEROS EN PERÚ – 2009

RECARGA DE ACUIFEROS EN PERÚ

Recarga del Acuífero de Río Seco – Pisco Marco Situacional El déficit de aguas de riego en las pampas de Villacurí ha motivado al Ministerio de Agricultura a realizar estudios para la utilización de los excedentes de las aguas de escorrentía superficial de la cuenca del río Pisco, mediante obras de transvase y recarga de acuífero. El proyecto gestado es “Afianzamiento Hídrico en la cuenca de río seco”. Antecedentes A inicios de los 90´s se plantea 3 esquemas de derivación de aguas del río Pisco hacia las pampas entre Pisco e Ica, dando prioridad a Villacurí y Lanchas. Luego se elabora “Diagnóstico Hidrogeológico y Operación del Reservorio Acuífero de la pampa Villacurí”, con el fin de evaluar la reposición de las reservas acuíferas ya deprimidas en esa época. Luego el proyecto Sur Medio plantea la construcción de un canal madre de derivación hacia un embalse en La Polvareda (220 Mm3) y otro en Achupallas (200Mm3). Actualmente el gobierno regional y el ANA están evaluando los costos reales de este proyecto. Objetivo Garantizar el abastecimiento de agua de riego en las pampas de Villacurí, Lanchas y compensar el déficit hídrico del valle del río Pisco. Mediante el embalse de la Polvareda y la recarga del acuífero de Villacurí con pozas de infiltración (RA) para recuperar, mejorar la calidad y aumentar el volumen del acuífero.

Pampa de Villacurí

Planteamiento hidráulico general Captación de 30m3/s en Huancano y luego conducción por canal hasta el embalse de La Polvareda en Río Seco (capacidad de 120 Mm3), luego conducción por canal en el lecho del Río Seco hasta las pozas de infiltración para recarga del acuífero de Río Seco. 2)Del Embalse La Polvareda 1 conducción al río Pisco para compensar el déficit hídrico del valle y en época de estiaje suministrar 1m3/s al canal Chunchanga y mejoramiento del mismo. 1)

Reservas totales y explotables Para el calculo de las reservas fue necesario realizar un balance de masas (hídrico) para un tiempo determinado y un espacio físico delimitado. Los balances de masas que se realizaron fueron: Directo: entre el acuífero y los cursos de agua superficiales. A la fecha del estudio, el acuífero no se recargaba natural o artificialmente. Indirecto: entre las áreas de cultivo y el acuífero (ZNS). La actividad de riego es por goteo por lo que tampoco existía recarga accidental. Ocasional: conexiones con otros acuíferos. La recarga se producía por aporte de los acuíferos interconectados Villacurí, Ica y probablemente de Pisco.

De acuerdo a los estudios realizados en 1967, 2002 y 2006, la recarga del acuífero de Villacurí se calculo en 70Mm3, siendo las reservas totales calculadas de 650 Mm3 aproximadamente. Tomando en cuenta un volumen de explotación que no afecte el acuífero, el volumen máximo de explotación se estimo en 130Mm3 (20% de la RT) y la explotación racional ( recarga natural) de 70Mm3. Pero para fines del 2007, con datos preliminares se calculo que el volumen de explotación era de 160Mm3; ante esta diferencia se proyecto que en 7 años el acuífero se habría extinguido, colapsando el abastecimiento de 13000 has de cultivo. En Lanchas, octubre de 2005 y enero 2007, se redujo las reservas del acuífero; ante esta situación se propuso la profundización de los pozos, pero bajo el riesgo de alcanzar formaciones con contenido salobre, que pondría en riesgo la calidad del agua. Sistema de Recarga Para el caso de Río Seco se ha considerado la RA a través de pozas de infiltración o estanques de inundación, loS cuales se instalarían en los cauces del Río Seco y la quebrada La Pólvora. Estas locaciones se escogieron porque el perfil de suelo ha sido convenientemente lavado y la ausencia de sales es notable. Los antiguos cauces de drenajes suelen tener estas características.

Sistema de Recarga Al tratarse de un método de infiltración del agua a través de la ZNS, los siguientes factores se tomaron en cuenta: Permeabilidad vertical del suelo (capas de poca permeabilidad); disminuciones transitorias en la infiltración se deben al hinchamiento de partículas arcillosas en el suelo. Gases en la ZNS; la eliminación gradual del gas del suelo provee un aumento temporal de la infiltración. Cambios en el suelo producidos por influencias físicas, químicas y bacteriológicas; los cambios que se generan en el suelo por dispersión (destrucción físico-química), crecimiento de bacterias y los productos generados por estos últimos tienen una gran relevancia en la infiltración. 

El accionar de estos estos factores, sobre todo el ultimo mencionado terminan por destruir la capa de infiltración.

Medidas de contingencia: 1.secado periódico de las pozas o estanques. Es necesario que los lugares de infiltración e inundación cuenten con pozos adicionales para alternar entre pozos activos y en etapa de secado. Este medida requiere de mayores extensiones superficiales, consecuentemente incremento de costos del proyecto. 2.Experimentalmente se ha empleado agua clorada para mantener la tasa de infiltración. Aun no se ha evaluado el efecto del cloro en el suelo.

Planteamiento del Proyecto de RA 1.Procedencia del Agua: • Derechos del agua. • Responsabilidad potencial. • Efectos sobre la administración de los acuíferos. • Efectos sobre la calidad del agua. • Estudios geológicos e hidrogeológicos. 2.Esquema del sistema: ₋ Fuente de agua: 15 m3 /s del río pisco (periodo en meses) ₋ Propósito: Elevación del nivel de agua de la napa y disminuir por dilución el contenido de sales solubles. ₋ Acuífero: Material aluvional constituido por arenas sueltas de diferente granulometría, gravilla y cantos rodados medianos, con lentes de limos y arcillas en diferente proporción y eólicos de cobertura. ₋ Transmisividad: 400 a 8000 m2 /día ₋ Coeficiente de almacenamiento: 1,16 a 12,10 % ₋ Calidad del agua: a. Agua de recarga: • conductividad: 100a 400 uS/cm • alcalinidad total: 70 a 180 ppm • sólidos en suspensión 10 mg/l b. Agua subterránea: • conductividad: 500 a 5000 uS/cm

₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋

Tratamiento del agua: sedimentador, tratamiento con floculantes, potabilización del agua. Infiltración: 1,2 m/día ( 50mm/hr) Evaporación: 3 mm/hr Eficiencia: 0,75 %, (considerando problemas de estratos arcillosos, napas colgadas, presión de aire, interconexiones, etc.) Etapas de implementación: El volumen a ser infiltrado sería de 120 Mm3 aproximadamente a través de 153.19 ha de pozas de infiltración agrupadas en módulos de 10 ha c/u. Características de la recarga: Módulos de 10 ha, tirante 1,5m, tiempo de llenado: 41,7hr, tiempo de infiltración 75 hrs, tiempo de mantenimiento 5 a 10 días, tiempo total del ciclo 9,9 a 14,9 días. Área total de recarga: 310,8 a 468,3 ha. Área total del sistema: 319,8 a 480,3 ha (incluye área de servicios, caminos, etc.)

3. Diseño de obras: • Sedimentador: para un área de infiltración de 320 ha y concentraciones en periodos de avenidas de 5gr/l se plantea la construcción de un sedimentador según el siguiente diseño:

• Pozas de Infiltración: deben tener el fondo aproximadamente plano, debiendo disponerse en forma de redes, de modo que el agua en exceso pase de tanque en tanque. El agua en las pozas presentan profundidades de 0,25 a 2,5 m. La sección tipo es la siguiente: 4. Costos: Un primer presupuesto global estimo un costo directo de S/. 2´359,540. Este calculo se hizo en 2008 y es muy probable que se haya incrementado. Resultados Para el 2009 que se elaboro el diagnostico situacional de recarga de acuíferos por el ANA, aun se estaba procesando información de campo.

Consideraciones durante la ejecución del proyecto y su vida útil.

 Sedimentación de finos, manejable mediante pozas de sedimentación – retención, sobre todo en época de avenidas. Floculantes y/o polímeros pueden atrapar las fracciones mas finas o específicas. Posteriormente se puede proceder a remover la capa de lodo o rascar la superficie. La instalación de un filtro al ingreso del agua a las pozas es otra opción.  Colmatación biológica, el mejor tratamiento es secar la poza después de periodos de uso de 1mes. Adicionalmente se regenera la capa de infiltración.  Posibilidad de terreno inundados en cotas mas bajas podría generar impactos (+ y/o - ) en el ecosistema, sobre todo con la proliferación de insectos. Se recomienda usar las pozas de manera secuencial para evitar frentes.

 El incremento del nivel freático en el acuífero podría generar inundaciones en algunos lugares, una gestión adecuada de la recarga mediante un modelo bien calibrado es la solución a este caso.  La RA mediante pozos de infiltración será económicamente viable si los costos de agua por usuario son menores a los métodos de abastecimiento de agua actuales.

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