Monitoreo aguas subterráneas

Transcripción

1 Quito, Ecuador, 4-8 Julio 2016 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

2 Tipos Naturales: fuente o manantiales Aguas subterráneas: puntos de agua 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

3 Puntos de agua: tipos Artificiales: Pozos excavados Figura tomada de Sondeos diámetro inferior a 1,5 metros, aunque los más usuales se encuentran entre los 150 y los 700 mm. 3

4 Puntos de agua: tipos Artificiales: Galerias y drenes Pozos con drenes horizontales Zanjas de drenaje Figuras tomadas de UNESCO 4

5 Información asociada: i-inventario 5

6 Información asociada: ii-características captación NIVELACIÓN TOPOGRÁFICA, GEO-REFERENCIADO, CÓDIGO, ACUÍFERO 6

7 Where, what!!!! Información asociada: iii-toma de datos ESQUEMA GENERAL POZO MONITOREO ESTACION DE SERVICIO Medida niveles de agua en pozos/sondeos (según referencia fija siempre: brocal, suelo.) (muestreo: calidad) ORIFICIO DE VENTILACION Aforos en manantiales Otros (bombeos, z de recarga, aforos en ríos ) LONGITUD DEL SELLO SANITARIO TAPA ROSCADA 0.50 m. TUBERIA CIEGA DE PVC DIAMETRO 4" SELLO ( ARENA - CEMENTO ) NIVEL DEL TERRENO When!!! LONGITUD DEL FILTRO TOTAL 3.O m. Filtro 0.5 m encima del NIVEL FREATICO acuifero ACUIFERO SELLO ( BOLAS DE BENTONITA ) FILTRO DE PVC DIAMETRO 4" ( RANURA 1 mm. ) EMPAQUE DE GRAVA DE RIO ( TAMAÑO No 1 ) Frecuencia en función modelo conceptual En función del método de medida (al menos una vez al año muestreo, medida mensual/estacional) Ojo, medida automática!! DIAMETRO DE PERFORACION 8" SIN ESCALA DESARENADOR ( 0.30 m. ) 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. 7

8 Almacenamiento información Medidas campo Ficha técnica BASE DE DATOS 8

9 Explotación información Estudios hidroquímicos Mapas piezométricos Variación parámetros hidráulicos Contaminación Otros 9

10 Importante SELLADO POZOS ABANDONADOS SUSTITUCIÓN POZOS (PERDIDA INFORMACIÓN) cvc LA INTEGRACIÓN DE PUNTOS EXISTENTES TIENE SUS VENTAJAS ($$$) PERO, REPRESENTATIVIDAD DE LOS PUNTOS SELECCIONADOS EN RELACION CON LA BASE DE DATOS EXISTENTE (USO DEL PUNTO DE CONTROL) 10

11 Objetivo: 1. cantidad 11

12 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

13 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.,

14 ii-características hidrogeológicas Permeable a) z. permeable, np real; b) pequeñas fisuras, el agua llega lenta c) no hay fisuras np no representativo Cabrera, 2004, 14

15 Puntos de monitoreo: dónde medir? 15

16 Pozos observación (GW-MATE, ( 16

17 Obtención datos Medida manual Automatizada (sensores, data loggers) 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 Importante: chequeo de los datos para evitar errores previo a su almacenamiento 17

18 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

19 OBJETIVO DE LOS DATOS DE NIVEL Propiedades hidraúlicas (tests) Mapas piezométricos Objetivo de los datos Muestreo requerido (toma de datos) DIAS/SEMANAS MESES AÑOS DÉCADAS 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 superficialsubterránea Modelos numéricos o transporte de contaminantes mayor interés menor interés 19

20 ii-algunos factores importantes + Somero/libre Rápido Mayor Mas variable Frecuencia medida Acuífero Flujo y recarga Bombeo Clima - Profundo/confinado Lento Menor Menos variable 20

21 En resumen 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!). A Nivel piezométrico ( ) Nivel piezométrico mensual (octubre septiembre) max-min-med 21

22 En resumen 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 22

23 Objetivo: 2. calidad 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 23

24 Monitoreo calidad DEFINIR OBJETIVOS Foto. Collazo, P ESCALA ESPACIAL TEMPORAL 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. 24

25 Objetivos 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 2. Determinar la variación espacial de la calidad de las aguas subterráneas 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 25

26 Objetivos 3. Vigilancia o control de la calidad de las aguas subterráneas que se utilizan para el suministro de agua. 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) 4. Identificar la presencia de la contaminación por una determinada actividad a la menor brevedad, que permita la inmediata introducción de medidas de control. 26

27 Calidad natural del agua: línea de base 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). Definir la COMPOSICIÓN QUÍMICA NATURAL de las aguas subterráneas y distinguirlas de las afectadas por los impactos humanos. 27

28 Calidad natural del agua: redes 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

29 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. PARA: 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

30 Objetivo redes 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

31 Redes: densidad y puntos 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 km 2 para el monitoreo regional; Un punto cada km 2 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

32 Redes: frecuencia y tipo medidas 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

33 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 Un sondeo también puede penetrar dos o más acuíferos separados por estratos impermeables. Pozos con gran diámetro deben evitarse 33

34 Selección de puntos de monitoreo 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. agua dulce alta K baja K agua salada alta K sup. freática piezomé p. tri su c (Auge, 2003) 34 ac

35 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

36 Monitoreo del agua subterránea: en resumen! Monitoreo de linea de base de calidad de agua subterránea. (Edmunds, M. & Shnad, P. 2008) 36