caracterizacion hidrológica de una explotacion minera a cielo abierto de sulfuros metalicos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

INGENIERÍA AMBIENTAL

Autor : Humán Chávez, Manuel Orlando

Docente : Ing. Amb. Eugenio

Curso : Obras de Prevención

Monografía : “Caracterización hidrológica de una Explotación Minera a

Cielo Abierto de Sulfuros Metálicos ”

2010

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Ingeniería Ambiental

“Caracterización hidrológica de una Explotación Minera a Cielo Abierto ” Humán Chávez M. O. 1

INDICE

I. INTRODUCCIÓN............................................................................................. 3

Objetivos..................................................................................................... .........3

II. REVISIÓN DE LA LITERATURA ................................................................ ...4

CAPITULO I: Conceptos Básicos...................................................................... .4

1.1.Cuenca Hidrográfica................................................................ ..................4

1.2.Acuífero................................................................................................... ..4

1.3.Mina a Cielo Abierto....................................................................... ...........5

1.4.Caracterización ............................................................................... .........7

1.5.Minería de Sulfuros Metálicos ........................................................... ........7

CAPITULO II: Métodos y Técnicas de Caracterización Hidrológica e

Hidrogeológica....................................................................................... ..............9

2.1.Caracterización Hidrológica................................................................ ......9

2.2.El Régimen de Lluvias en la Hidrología Minera......................................10

2.3.Metodología para la Caracterización hidrología .....................................12

2.3.1. Método de Curvas Másicas o dobles ..................................... ...........13

2.3.2. Método de Balance Hídrico.......................................................... ....13

2.3.3. Análisis de Isoyetas...................................................................... ....14

2.3.4. Correlación entre escorrentía media, Precipitación y ETP ...............14

2.3.5. Escala espacial y Temporal .......................................................... ....14

2.4.Cálculos Hidrológicos Para un Área Seleccionada .................................14

2.5.Determinación de Cuencas y Redes de Drenaje ............................... .....16

2.6.El Modelo Digital de Flujo Corregido (MDFC) y los Método

tradicionales........................................................................................... .17

2.7.Métodos de Caracterización Hidrogeológica ........................................... 17

2.7.1. Métodos Indirectos.................................................................... .......17

Métodos Geológicos................................................................... ...17

Métodos Hidrológicos................................................................... .18



2.7.2. Métodos geofísicos de Superficie.................................................... .18

Métodos Sísmicos..................................................................... ....18

Métodos Directos.................................................................... .......18

2.7.3. Métodos Directos........................................................................ ......18

Perforación Mecánica.............................................................. ......18

2.7.4. Metodología Geomatemática ................................. ...........................19

2.8.Diseños de redes de Monitoreo de Aguas Subterráneas ........................21

2.9.Modelo del sistema acuífero ............................................................. ......21

2.10. Técnicas para el Monitoreo de Acuíferos ............................................ ..22

2.10.1. Objetivos........................................................................................ ...23

2.10.2. Escala............................................................................................. ..24

2.10.3. Resultado...................................................................................... ....24

2.10.4. Interpretación................................................................................ ....25

2.10.5. Ajuste............................................................................................ ....25

CAPITULO III: La Caracterización Hidrológica de Explotaciones Mineras y

Medio Ambiente............................................................................................... ..26

3.1. Alteraciones hidrológicas de Tajos Abiertos ........................................ ...26

3.1.1. Alteración del recurso hídrico superficial .............................. ..........26

3.2. La Interferencia de La Explotación Minera en la Hidrosfera ...................27

3.3. La Hidrología Como Factor en el Diseño del Cierre de minas ..............29

III. CONCLUSIONES..................................................................................... ...31

IV. RECOMENDACIONES............................................................................. ..32

V. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACIÓN ................................... ...33



I. INTRODUCCIÓN

El agua transita por las diversas esferas que componen el planeta

Tierra: se precipita desde la atmósfera, se incorpora al suelo, a las

rocas y a los seres vivos, se escurre hacia los océanos y vuelve a

la atmósfera. Es el llamado ciclo hidrológico, que puede ser

presentado por un modelo de flujo s y reservas. El mayor reservorio

son los océanos, donde está almacenado 97,39% del agua del

planeta, mientras que 2,01% corresponde a las reservas de los

casquetes polares y apenas 0,60% a las aguas dulces

continentales. De ellas, solamente 0,02% se encue ntra en ríos y

lagos y 0,58% en acuíferos. En cuanto a los flujos, se estima que el

total anual de precipitación en todo el planeta (lluvia y ni eve) sea

del orden de 496 x 1012 m3, siendo el volumen evaporado o

producto de la transpiración de las plantas v irtualmente igual.

Todas las actividades humanas de alguna manera interfieren con

las aguas, y la explotación minera no es una excepción. Por eso la

caracterización hidrológica de sitios con explotación minera es

importante para que se pueda medir la canti dad de agua afectada,

superficial y subterránea, y los controles necesarios para reducir la

afectación a este líquido. En el cierre de minas la hidrología e

hidrogeología es un aspecto que condiciona los métodos de cierre

y su eficiencia.

Objetivos

1. Definir conceptos previos utilizados en la hidrología de minas

2. Identificar las metodologías tradicionales e innovadoras de

caracterización hidrológica e hidrogeológica de explotaciones mineras

3. Definir la importancia de la caracterización hidrológica con e l medio

ambiente



II. REVISIÓN DE LA LITERATURACAPITULO I

Conceptos Básicos

1.6.Cuenca Hidrográfica

Espacio geográfico continental donde todas las aguas producto de la

precipitación confluyen hacia un colector común, cauce principal,

para luego entregarlas a otro sistema mayor y finalmente al mar. Es

un sistema cerrado por la línea de “divortio acuarum”. (1)

1.7.Acuífero

Formación geológica saturada con capacidad de almacenamiento y

conducción de las aguas subterráneas. Los acuíferos conformados

por materiales aluviales no consolidados, tales como gravas y

arenas, poseen excelentes características hidrodinámicas. (2)

Los tipos de acuíferos comúnmente encontrados en explotaciones

mineras son:

Acuíferos figurados: Unidades hidrogeológicas cuya producción

y almacenamiento de agua subterránea es en las fisuras,

fracturas y en una escasa porosidad primaria (porosidad

intergranular). Este tipo de acuíferos se caracterizan por tener

caudales de descarga bajos, pero un rendimiento más

permanente, es decir que su c audal se mantiene durante gran

parte del año, debido a que la velocidad de flujo interno en la

zona saturada es lenta. Durante la temporada de lluvias se

recargan de manera paulatina, incrementando su caudal de

descarga ligeramente.



Acuíferos cársticos: Se caracterizan por tener un coeficiente de

agotamiento muy fluctuante, es decir, pueden producir

importantes caudales, pero que en estiaje pueden bajar su

caudal al mínimo. Los conductos de circulación interna se

asemejan a canales abiertos y las velocidade s de circulación del

agua también. Debido a la disolución, estos acuíferos suelen

presentar aguas bastante cargadas de iones disueltos, con una

dureza permanente superior a 250 mg/L de CaCO3

generalmente.

Acuíferos acuitardos: caracterizan por ser poco productores de

agua y que al ser estratos poco permeables, controlan la

descarga y el flujo de las aguas subterráneas. La acumulación y

descarga de aguas subterráneas en este tipo de rocas es local,

pero debido a su poca capacidad de almacenamiento, localm ente

pueden tener cierta importancia en aquellas zonas fracturadas.

Acuíferos acuífugos: Son rocas impermeables que no

transmiten ni almacenan agua subterránea. (3)

1.8.Mina a Cielo Abierto

La explotación a cielo abierto comprende una excavación, un sistema

de transporte, almacenamiento y clasificación del producto vendible y

vertederos de estériles. Los volúmenes de materiales que se mueven

condicionan el que las áreas perturbadas sean extensas. El suelo,

formaciones superficiales y cubierta vegetal desaparecen y, en

consecuencia, la erosionabilidad del territorio se incrementa

acusadamente. La construcción de taludes inestables, constituye un

peligro potencial para personas e instalaciones. Los vertederos de

escombros y estériles, plantean serios problemas de estabilidad

cuando los diseños son defectuosos. (4)



La minería de oro a cielo abierto o minería metálica implica una serie

de procesos y acciones de muy alto impacto ambiental, y

dependiendo del sitio donde esta se localice, así se incrementará o

disminuirá sus riesgos y por lo tanto impactos ambientales.

Es así que este tipo de actividad en zonas tropicales con alto nivel de

pluviosidad, sin una época seca bien marcada, alto nivel de humedad

ambiental y nivel freático, son de un riesgo aún mayor que en zonas

áridas o secas, riesgo que se incrementa aún más si se localiza en

zonas de alto nivel sísmico. (5)

Es una explotación en superficie que extrae en franjas horizontales

llamados bancos, en forma descendente a partir del banco que está

en la superficie. Normalmente para la remoción de un banco de

mineral es necesario extraer el material estéril que lo cubre, lo que se

llama desbroce y expresa una relación de tonelaje de desmonte a

mineral, este ratio es totalmente variable entre las minas ya que

dependen netamente de la posición y tipo de yacimiento, que es

totalmente variable.

Este método se utiliza principalmente en yacimientos de mineral

diseminado, y se basa en la extracción de todo el material donde se

ubica el mineral. Ello supone mover g randes volúmenes, y,

inevitablemente, utilizar equipos de gran capacidad.

El agotamiento progresivo de los depósitos minerales próximos a la

superficie y de alta ley ha obligado a las compañías explotadoras a

considerar los yacimientos profundos, con con diciones geológicas

más complejas y situaciones más desfavorables en cuanto a

relaciones estériles a mineral, aguas subterráneas, estabilidad de

taludes, etc. Los principales métodos que se aplican en minería de

superficie son: cortas, descubiertas, terrazas, especiales, canteras,

graveras, disolución y lixiviación y dragado. (6)



1.9.Caracterización Los factores hidrológicos esenciales de la tipificación son: el origen

del agua, el modo de vaciado, el hidroperiodo y la tasa de

renovación; de forma complementaria se usan la hidroquímica y la

hidrodinámica. (7)

1.10. Minería de Sulfuros Metálicos

Antes de desarrollarse las actividades mineras en un determinado

lugar, es muy reducida la cantidad de pirita expuesta a las

condiciones bajo las cuales se producen aguas ácidas. Las

operaciones de minería implican la exposición de la pirita a la acción

de aguas superficiales o subterráneas, y permiten su oxidación.

Los sulfuros se oxidan a sulfatos de hierro solubles, en la superficie

de las rocas meteorizadas, los c uales forman costras salinas, ocre -

amarillentas, que serán disueltas e hidrolizadas por aguas de lluvia,

generando aguas ácidas. (8)

Minería de la Pirita , En cuanto a la pirita se refiere se debe resaltar que

son innumerables las minas abandonadas, las cuales son fuentes

productoras de aguas ácidas, que afectan tanto a los sistemas acuíferos

subterráneos, como a la escorrentía superficial y, por supuesto, mucho

más por la cantidad de pilas de estériles acumulados, sujetos a la

lixiviación por las aguas meteóricas.

Estas acumulaciones son comunes en minas en que se han

incrementado los volúmenes de estériles, tanto por la necesidad de

explotar sectores más profundos (con mayor ratio estéril/mineral), como

por la necesidad de conseguir mayor movimiento de rocas.



La pirita en general, no es el único sulfuro que da lugar a este proceso.

También lo es la marcasita, presente en muchos yacimientos que

contribuye de manera decisiva, a la generación de aguas ácidas. (9)

Minería de Sulfuros Complejos , Llegado a este punto, los minerales

productores de aguas ácidas están prácticamente omnipresentes en

muchos otros yacimientos muy diversos, tanto por su contenido

mineral como por su génesis.

En gran parte de la minería de sulfuros complejos, en los que la

asociación BPG (blenda-pirita-galena) es la más frecuente, los

yacimientos tienen extensión más generalizada. Igualmente, en minas

abandonadas y en yacimientos en explotación, donde el import ante

movimiento de rocas supone un gran desarrollo de huecos mineros y

de pilas, con lo que se dan condiciones favorables para la afección a

las aguas subterráneas y a las superficiales.

En este dominio se ha hecho poco, en general, aunque con honrosas

excepciones, e incluso, a veces, se han aplicado "soluciones"

totalmente inadecuadas, como es la ubicación de estériles en

depresiones kársticas, o el relleno de minas con introducción de

rechazos de lavadero en proceso de oxidación. Por otra parte, en este

grupo de yacimientos, si bien puede no ser la pirita el mineral

mayoritario, es verdad el que, en muchas ocasiones, ha tenido y tiene

condición de rechazo, por lo que ha ido a apilarse con los desechos

de mina. Si bien una serie de estos yacimientos están en contacto con

formaciones carbonatadas, las cuales pueden neutralizar la acidez de

las aguas, esto no tiene lugar sin un incremento de su contenido

iónico en sulfatos, bicarbonatos, calcio y magnesio. (10)



CAPITULO IIMétodos y Técnicas de Caracterización Hidrológica e

Hidrogeológica

2.1. Caracterización Hidrológica

Una de las vías más aceptadas y acertadas en los últimos tiempos,

se refiere al desarrollo integral de “unidades geográficas funcionales”,

donde la estrategia fundamental es mantener el balance ecológico.

El objetivo general es conocer la dinámica y los procesos

hidrológicos que tienen lugar en la cuenca, como base para

propósitos de manejo. Los objetivos específicos son:

a. Lograr la subdivisión de la región de estudio en uni dades

geográficas funcionales;

b. Conocer las principales características del clima, como un factor

condicionante de las regulaciones hidrológicas de la región;

c. Conocer el funcionamiento hidrogeológico de la región de

estudio,

d. Analizar la dinámica hidrológ ica de determinadas unidades

geográficas funcionales de la región. (11)

Puntos a tener en cuenta en el estudio hidrogeológico de una mina

Ubicación

Infraestructura de la unidad minera

Climatología

Meteorología Estaciones meteorológicas, Humedad relativa,

Evaporación, Precipitación

Geología

Características geomorfológicas de la zona

Estratigrafía. (12)



2.2. El Régimen de Lluvias en la Hidrología Minera

Para un determinado lugar de la superficie de la Tierra, el régimen de

lluvias se determina por una serie de factores de grande o pequeña

escala, a partir de la circulación de las grandes masas de aire en

escala planetaria hasta factores topográficos como la existencia de

barreras a la circulación local de las masas de aire húmedo. Las

lluvias se distribuyen desigualmente en el espacio y en el tiempo.

Inclusive en una pequeña cuenca hidrográfica pueden haber

variaciones significativas de los totales anuales de lluvia, en función

de factores de orden local.

En climas tropicales es común medirse lluvias concentrada s,

digamos de 200 mm en 24 horas o inclusive de 100 mm en una hora.

La cantidad de lluvia por unidad de tiempo (mm/h) es llamada

intensidad pluviométrica y es el parámetro empleado en el

dimensionamiento. Las intensidades pluviométricas a través de

medidas sistemáticas y periódicas tomadas en los puestos

pluviométricos. Los períodos de observación, sin embargo, son

cortos.

A través de extrapolaciones, los hidrólogos consiguen esti mar lluvias

y crecientes máxima para períodos de retorno de hasta diez mil años,

que son utilizadas para el proyecto de grandes obras, como las

represas para generación de energía eléctrica, las llamadas

crecientes decamilenarias.

No toda la lluvia que cae sobre un área determinada se escurre

inmediatamente, parte de ella se inf iltra y parte queda retenida en las

hojas de los árboles y otras plantas y sólo lentamente alcanza la

superficie del suelo. La relación entre la cantidad de agua que se

escurre superficialmente y la cantidad de lluvia es llamada coeficiente



de descarga (C) y naturalmente depende de las condiciones de la

superficie, tales como el material, la cobertura vegetal y la inclinación

de las laderas. Superficies revestidas tales como calles asfaltadas

tendrán un coeficiente de descarga próximo a 1, mientras que área s

forestadas de suave relieve presentarán un bajo coeficiente de

descarga. El cuadro 1 muestra valores de C que pueden ser

utilizados en proyectos de explotación minera. Para el

dimensionamiento del sistema es necesario conocer el caudal

afluente, particularmente en el caso de las cuencas de decantación.

Cuadro 1: valores de C utilizados en proyectos de explotación minera

Ese caudal puede ser calculado a través de la fórmula racional,

multiplicándose el total de agua precipitada en la cuenca de drenaje

por el coeficiente de descarga; la cantidad de agua precipitada, a su

vez, puede ser asumida como el producto de la intensidad

pluviométrica (en milímetros de lluvia por unidad de tiempo) por el

área de drenaje. De esta forma, la expresión de l a fórmula racional

será:



Donde:

Q = caudal (m3/s);

C = coeficiente de descarga (no dimensional);

i = intensidad de precipitación pluviométrica (mm/h);

A = área de la cuenca de drenaje (km2)

El caudal obtenido dependerá del tipo de precipitación utilizado, o

sea, de cuál es la intensidad pluviométrica adoptada. Sólo presentan

interés en el dimensionamiento de sistemas de drenaje los caudales

de pico. (13)

2.3. Metodología para la Caracterización hidrología

Se entiende por análisis hidrológico la evaluación cualitativa y

cuantitativa de las relaciones entre pluviometría (agua meteórica o de

precipitación) y fluviometría (rendimiento hídrico superficial) de una

determinada cuenca, y de los registros que de ella se generaran con

el fin de determinar el recurso hídrico disponible.

Se tiene diferentes métodos de análisis, a saber: método de Curvas

Másicas o dobles, método de balance hídrico, análisis de isoyetas,

correlación entre escorrentía media, precipitación y ETP, escala

espacial y temporal. (14)



2.3.1. Método de Curvas Másicas o dobles

El método de las curvas másicas o dobles acumuladas permite

estudiar y corregir, en una estadística fluviométrica de una

estación, lo efectos de un cambio de exposición o ubicación de la

estación, los cambios en la técnicas de observación e incluso

algunos errores instrumentales o de lectura. Detectar estos

cambios o errores en una estadística es muy importante, ya que

en la solución de problemas hidrológicos interesa asegurarse que

los cambios de tendencia en el tiempo se deban solo a causas

hidrometeorológicas y no a la manera en que se hacen las

observaciones. De este modo, se logra también una consistencia

en el tiempo del registro fluviométrico para que pueda ser

comparado con el de otra estación vecina. El método está basado

en que generalmente los va lores acumulados del promedio de

lo0s caudales anuales de varias estaciones contiguas, no se ve

afectado por un cambio en la estación individual, ya que existe

una compensación entre ellas . (15)

2.3.2. Método de Balance Hídrico

Es una herramienta cuya finalidad es calcular el volumen total de

agua. El balance hídrico se usa generalmente para evaluar la

disponibilidad de agua en la cuenca.

El agua almacenada por el suelo depende del aporte que hace la

lluvia y de la extracción que hacen las plantas a tr avés de la

evapotranspiración potencial (ETP).Partiendo del conocimiento de

las precipitaciones medias mensuales y de la ETP mensual

estimada, podemos hacer el balance de agua en el suelo. (16)



2.3.3. Análisis de Isoyetas

Se basa en identificar el comportamiento espacial y regional del

área en estudio a través de un mapa de isoyetas. Con este

análisis se puede obtener el balance entre la pluviometría y los

caudales medidos. (17)

2.3.4. Correlación entre escorrentía media, Precipitación y ETP

Esta correlación indica cómo se comporta el sistema hidrológico

para un periodo determinado, es decir, el comportamiento para los

meses secos y para los meses húmedos no es el mismo, a través

de una grafica podremos observar el comportamiento de estos

parámetros. (18)

2.3.5. Escala espacial y Temporal

El análisis de los caudales dentro de una escala espacial y

temporal da a conocer el comportamiento o la reacción del área de

estudio ante un evento extremo. (19)

2.4.Cálculos Hidrológicos Para un Área Seleccionada

Una vez dividida el área de estudio en cuencas y subcuencas

hidrográficas es posible calcular los caudales punta de las cuencas

incluidas en el área a drenar.

Los caudales punta son una variable primaria para el diseño de

sistemas de drenaje. Para su cálculo s e pueden usar modelos

calibrados en los que los caudales se calculan mediante una análisis

de regresión de los registros pluviométricos para un periodo de

tiempo denominado periodo de retorno, o modelos no calibrados en

los que los caudales punta son calcu lados sobre la base de fórmulas



empíricas en las que las variables que intervienen son el área de

drenaje, el uso del suelo, la intensidad de la lluvia y la pendiente,

junto con otros coeficientes empíricos que nunca tienen la

importancia de las variables antes mencionadas. De entre estos

últimos métodos, el más ampliamente utilizado es el método racional.

Este método es publicado por Kuichling mediante la ecuación

En la que el caudal punta (Q) se obtiene al multiplicar el área de la

cuenca (A) por la intensidad media máxima de la lluvia (I) y por un

coeficiente de escorrentía (C). No obstante se utiliza la siguiente

ecuación:

En la que también interviene el coeficiente de uniformidad (K) que

cuantifica la influencia de las variaciones temporales de un episodio

lluvioso y el factor empírico 3.6. Para la estimación de K se utiliza la

siguiente ecuación, propuesta por Ferrer:

El tiempo de concentración (Tc) será:

Donde (L) es el máximo recorrido del agua dentro de la cuenca,

desde su inicio hasta el punto de salida, y (J) la pendiente media de

la cuenca. (20)



2.5.Determinación de Cuencas y Redes de Drenaje

Una cuenca hidrográfica se define como un área cuyo perímetro

incluye todo el terreno que vierte aguas hacia la red de drenaje

presente aguas arriba de un punto denominado nivel de base. La

mayor parte de los estudios hidrométricos de caudales punta toman

como áreas de cuenca el total del área estudiada, sin tener en

cuenta el hecho de que viertan o no a un único punto, ante la

dificultad que supone un estudio detallado del relieve del área

estudiada. Ciertamente la definición de las cuencas de una

determinada zona no es sencilla. Así, la utilización de la topografía

permite establecer una aproximación a una definición de la cuenca

que siempre dependerá de la escala utilizada, al ser el relieve una

variable fractal. Teniendo en cuenta esto se deben seleccionar

escalas adecuadas al sistema estudiado, es decir la topografía base

tiene que representar todos los elementos del relieve que modifi quen

el sistema de drenaje. De ellos los más importantes son la red de

drenaje natural.

Una vez seleccionada la escala la forma convencional de definir la

cuenca hidrográfica y su red de drenaje mediante la utilización de

modelos digitales del terreno (MD T), puesto que al tratar

exclusivamente de variables cuantitativas y continuas, pueden

considerarse es este contexto, como una aportación de los SIG que

permite la entrada de nueva información en los procesos de

modelización cartográfica. A partir de esta información, y con el

software adecuado se pude crear un modelo digital de elevaciones

(MDE). Con el MDE se puede obtener finalmente el modelo de flujo

acumulado (MDF) que permite conocer cuáles son los puntos de

máxima acumulación de caudal (red de drena je potencial) y sobre la

base de ellos trazar el sistema de drenaje. (21)



2.6.El Modelo Digital de Flujo Corregido (MDFC) y los Métodotradicionales Los cálculos hidrométricos por método tradicionales asumen una

serie de variables constantes y uniformizan el tratamiento de la

cuenca, de tal manera que sus datos resultan finalmente poco

fiables. Así la definición de las cuencas de drenaje es imprecisa e

incluso se llega a tratar el área total objeto de estudio como una

cuenca de drenaje unitaria. Además se simplifican los coeficientes de

escorrentía, ante la imposibilidad de cuantificar a partir de la

cartografía tres o más variables independientes de f orma simultánea,

elaborando valores promedio de los coeficientes de escorrentía

combinando las variables de dos o más mediante ecuaciones del

tipo:

En la que es el coeficiente Cw de escorrentía media de las sumas de

los coeficientes de escorrentía parci ales (Ci), aplicados sobre sus

correspondientes áreas (A i) y dividido por el área total. (22)

2.7.Métodos de Caracterización Hidrogeológica2.7.1. Métodos Indirectos

Métodos GeológicosPara áreas mayores de 250 Km2, se puede realizar un rápido

reconocimiento del terreno y consulta a partir de mapas

geológicos regionales, para lo cual el profesional se sirve de los

conocimientos de petrografía, estratigrafía, geología estructural y

geomorfología. El método consiste e n cartografiar las distintas

unidades litológicas, prestando especial atención en las

propiedades del acuífero. (23)



Métodos HidrológicosLos método hidrológicos de prospección incluyen estudios acerca

de la cantidad de agua útil para la recarga, de la fa cilidad con que

se realiza la misma, y de la valoración de volumen de agua

subterránea con que se descarga en la superficie. La cantidad de

total de agua útil para la recarga incluye tanto la precipitación

natural como las aguas superficiales que circulan en corrientes

permanentes. Este método se basa en la ecuación del balance

hidrológico de todas las variables de entrada y salida del

reservorio acuífero. (24)

2.7.2. Métodos geofísicos de Superficie

Métodos SísmicosMétodo fundado en la reacción de las masas rocosas frente a

vibraciones inducidas artificialmente. Estas vibraciones se

detectan a distancias diferentes y según varias direcciones de la

fuente de energía, mediante pequeños sismógrafos, llamados

geófonos o detectores, los cuales permiten registrarla s sobre

papel fotográfico.

Métodos DirectosEs el método geofísico indirecto, de uso más frecuente en la

exploración de aguas subterráneas, son de bajo costo. (25)

2.7.3. Métodos Directos

Perforación MecánicaEs el método geofísico más caro, pero el más exacto.se basa en

la perforación mediante equipos de percusión o de rotación. (26)



2.7.4. Metodología Geomatemática

En la generalización de las observaciones hidrogeológicas o

en la cartografía de las propiedades de los sistemas se introducen

errores derivados de varias fuentes, entre las que pueden

destacarse la incertidumbre con que fueron tomados o medidos,

las que son propias de los métodos que se emplearon en su

cuantificación, o las que corresponden a los errores vinculados a

los métodos de interpolación o extrapolación. Aquellas variables

que son medidas directamente no están, tampoco, exentas de

errores de distinto tipo: analíticos, instrumentales, sistemáticos,

entre otros.

Las técnicas geomatemáticas conducen a la reducción de las

fuentes de incertidumbre en la representación y descripción de las

propiedades del sistema.

El método geomatemático, fundamentado en las ideas básicas

expresadas por Agterberg, conjuga las técnicas de la teoría de la

información, el análisis de di stribución de frecuencia y de las

funciones aleatorias independientes, el análisis factorial y de

cluster, la dependencia estadística, el análisis de las variables

estacionarias aleatorias y kriging, la estadística de datos

orientados, el análisis armónico, autocorrelatorio y espectral, la

matemática fractal y el análisis de variabilidad espacial de

sistemas multivariados. Tales técnicas se aplican a las series

cronológicas y espaciales de la red de monitoreo

hidrogeológico y se complementan con variables geométricas

que describen los detalles constructivos de cada estación de

monitoreo; la posición absoluta de la estación; la posición

relativa de la estación respecto a fuentes de abasto o sistemas

de explotación importantes y, o a fuentes de contaminación o



puntos vulnerables o de riesgo, como también respecto a

estructuras geológicas y, o geomorfológicas de interés; la

estructura del campo de propiedades físicas del sistema acuífero

definida en cada estación de monitoreo y las acciones sobre y

desde el sistema.

La metodología establecida, consiste en las siguientes etapas:

1. Elaboración del modelo conceptual del sistema

hidrológico: estructura, leyes que rigen su funcionamiento,

acciones sobre el sistema y mecanismos de respuesta y

resilencia del sistema.

2. Identificación de la informatividad actual que posee el

sistema de flujo.

3. Procesamiento estadístico uni y multivariado de las series

cronológicas.

4. Procesamiento estadístico uni y multivariado de las series de

propiedades espaciales.

5. Procesamiento multivariado de las variables geométricas.

6. Regionalización del sistema.

7. Definición de la frecuencia de monitoreo.

8. Identificación de los puntos complementarios y de los puntos

que se eliminan de la red actual.

9. Definición de los indicadores constructivos y espaciales de

los puntos complementarios.

10.Validación de la red diseñada u optimizada.

11.Cálculo de la informatividad de la red diseñada u optimizada.

12.Evaluación de los costos de operación y balance de la

relación costo-beneficio entre la red en operación y la red

optimizada. (27)



2.8.Diseños de redes de Monitoreo de Aguas Subterráneas

Al diseñarse una red de monitoreo de aguas subterráneas es

imprescindible definir los aspectos básicos de su operación:

1. Los objetivos de la Red.

2. La representatividad espacial del punto de monitoreo.

3. La frecuencia de las observaciones.

4. El tipo y número de variables a monitorear.

Las técnicas clásicas de proyección de redes de monitoreo de

las aguas subterráneas se han basado en la aplicación, más o menos

generalizada, de la interpolación espacial mediante kriging y, en

menor grado del filtrado de Kalman a redes preexistente s. Algo más

refinadas son las que se derivan de la aplicación de la Teoría

del observador o aplican conjuntos Fuzzy. Todos estos métodos,

sin embargo, dan por sentado, en sus presupuestos, que las

estaciones de observación cu ya distribución espacial y frecuencias

será optimizada están correctamente diseñadas y, por ello, las

mediciones u observaciones que se realizarán en ellas, reflejarán

perfectamente la dinámica del fenómeno a estudiar. Ninguna de

tales técnicas resuelve el problema de la frecuencia óptima del

monitoreo ni del número de variables a observar en la red. (28)

2.9.Modelo del sistema acuífero

El desarrollo del modelo conceptual es uno los pasos de importancia

en la elaboración de los modelos de simulación de acuíferos y de

transporte de contaminantes. Durante el proceso de elaboración del

modelo conceptual, es frecuente realizar asunciones y

simplificaciones a fin de representar procesos complejos. Las



asunciones son explicadas debido a la imposibilidad de reconstruir

completamente el sistema acuífero a ser modelado. (29)

2.10. Técnicas para el Monitoreo de Acuíferos

El primer paso para un adecuado sistema de prevención

hidrogeológica, es la instalación de una red para el monitoreo

de niveles, caudales y calidad del agua subterránea. El término

monitoreo implica seguimiento y por lo tanto, se refiere a mediciones

y muestreos reiterados y periódicos.

En la figura 1 se sintetiza un ciclo idealizado de las fases

que integran las tareas de monitoreo. (30)

Figura 1: Ciclo de monitoreo





























2.10.1. Objetivos

En la generalidad, el monitoreo tiene por finalidad establecer

las características y el comportamiento hidrogeológico, así como

sus posibles variaciones, tanto espaciales como temporales.

Las propiedades comúnmente monitoreadas de los acuíferos

son: calidad, reserva y productividad.

La calidad, comprende tanto la composición química como

biológica. El primer punto a considerar para lograr un muestreo

representativo es asegurarse de que la muestra provenga

efectivamente del acuífero en el mom ento de la toma y por

ende, que no sea agua almacenada en el pozo durante un

lapso relativamente prolongado. En este sentido y pese a que el

ámbito de influencia en el acuífero, debido a la extracción en

el pozo, varía significativamente en función del caudal y, de los

parámetros y propiedades hidráulicas subterráneas

(permeabilidad, transmisividad, porosidad, continuidad,

heterogeneidad, anisotropía), en términos generales se puede

asumir que la extracción de un volumen de agua en tre 5 y 10

veces mayor al que almacena el pozo, asegura un muestreo

representativo

Reserva, Para establecer las posibles variaciones

espaciales y temporales del volumen de agua almacenada en

un acuífero, se deben medir periódicamente los niveles

hidráulicos en los pozos que integran la red de monitoreo. Sin

embargo, esto sólo tiene validez directa en el caso de un acuífero

que se comporte como libre, pues la variación vertical de la

superficie freática, en función de la porosidad efectiva y el área

involucrada, permite establecer las modificaciones volumétricas

de la reserva.



Productividad, Sus variaciones pueden deberse a modificaciones

en la reserva de los acuíferos, o a cambios en el rendimiento de

los pozos. En los ámbitos sobre-explotados, la productividad

generalmente manifiesta una disminución a medida que

progresa el tiempo de extracción. (31)

2.10.2. Escala

La síntesis de toda investigación hidrogeológica, incluido el

monitoreo, es su representación cartográfica y para ello

resulta vital que los mapas estén confeccionados a escala.

Espacial, es la relación de tamaños entre el real que tiene el

ámbito monitoreado y el del mapa correspondiente. Resulta

claro que a medida que aumenta la superficie de la región a

investigar, disminuye el detalle y la escala de reproducción

Temporal, es la frecuencia con que se efectúan los registros

del monitoreo y depende fundamentalmente de la finalidad del

mismo. (32)

2.10.3. Resultado

Este ítem comprende la verificación de los resultados obtenidos

con el monitoreo. En relación al monitoreo destinado a

establecer el comportamiento hidráulico de los acuíferos (reserva

y productividad), el mismo debe estar a cargo de personal

entrenado en las mediciones de niveles y caudales, en lo posible

profesionales o técnicos, que además conozcan el objetivo y la

importancia de la tarea. (33)



2.10.4. Interpretación

La interpretación de la información derivada del monitoreo,

deben realizarla profesionales altamente especializados en el

tema, dado que la misma tiene que orientarse a cuantificar los

cambios en la cantidad y la calidad del agua subterránea y

también a descifrar el origen de los mismos.

En lo referente a calidad, las vari aciones en la composición

química pueden deberse a procesos naturales o derivados de

la actividad antrópica. (34)

2.10.5. Ajuste

El análisis de los resultados y la interpretación de los datos

y la información obtenida con los monitoreos realizados,

permitirá ajustar el desarrollo de los monitoreos a realizar.

En relación a resultados, si los derivados del laboratorio

elegido hubiesen adolecido de errores importantes, habrá que

cambiarlo. El mismo criterio es aplicable al pers onal destinado a la

medición y el muestreo de la red de monitoreo, si los registros y la

preservación de las muestras no son confiables.

La interpretación constituye la mejor herramienta para el

ajuste. Al respecto es trascendente validar las escalas

espacial y temporal, con el objeto de decidir si se debe continuar

con las elegidas o es conveniente cambiarlas. Otro factor

importante es el referido a las determinaciones de laboratorio,

respecto a si se mantiene la necesidad de continuar o no con las

seleccionadas preliminarmente. (35)



CAPITULO IIILa Caracterización Hidrológica de Explotaciones Mineras y

Medio Ambiente

3.1. Alteraciones hidrológicas de Tajos Abiertos

3.1.1. Alteración del recurso hídrico superficial

Diversos artículos, estudios y denuncias en el ámbito internacional

publicados, reportan problemas por contaminación de agua de

actividades mineras de extracción de oro a cielo abierto, con el

uso de cianuro, situación provocada, principalmente, por los

sedimentos, las sustancias qu ímicas que se consumen y el

drenaje ácido.

El “drenaje ácido de Minas” (ARD) es uno de los efectos más

peligrosos en este tipo de actividad económica, debido a que las

rocas de escombreras (material estéril), así como los relaves del

proceso metalúrgico, l levan un contenido importante de especies

minerales de azufre, específicamente de pirita (con la forma de

sulfuros), que al ser expuestos a la oxidación a causa de la

exposición de la roca extraída del subsuelo al aire, agua y

radiación solar, produce ácido sulfúrico y sales de sulfato. Este

ácido logra disolver cualquier tipo de minerales en las rocas,

alterando la calidad del agua del drenaje. “Cuando la exposición

de las rocas es continua, el drenaje ácido tiende a aumentar en

vez de disminuir”. Una molécula de pirita puede producir hasta 4

iones de hidrógeno (H+). El pH del ARD es de 2,0 a 4,59. De este

proceso hay lixiviado de metales pesados. Los metales pesados

son sustancias con un elevado poder de bioacumulación en los

tejidos de los organismos vivos y de toxicidad, los cuales,

dependiendo de la concentración y del tipo de metal, provocan

diversas enfermedades y hasta la muerte. (36)



3.2. La Interferencia de La Explotación Minera en la Hidrosfera

Comparándose con la mayoría de las actividades industriales y

agrícolas, la explotación minera no es una gran consumidora de

agua. Muchas veces el problema es el inverso y tiene que liberar

grandes cantidades de agua no deseables. Este es el problema del

drenaje de las minas, el de captar, transportar y eliminar al medio

ambiente flujos de agua de manera que no ocasionen daños.

El agua de lluvia o de infiltración en contacto con el mineral, con los

estériles, con los desechos y con las áreas operativas se cargan

muchas veces de substancias contaminantes, que sólo pueden ser

liberadas mediante procedimientos adecuados.

La mayor parte de las veces, las interferencias de la actividad minera

en la hidrosfera tiene efectos locales, ocasionalmente regionales .

Esta interferencia se da de varias man eras, tanto en la cantidad

como en la calidad de las aguas superficiales y subterráneas, de

acuerdo con la figura x.

Esa figura está estructurada en cuatro columnas que representan

algunos componentes o actividades de las iniciativas de

explotación minera (1); los principales efectos ambientales resultantes

directamente de esas acciones (2); los procesos ambientales

afectados por esas acciones (3); y los impactos ambientales

resultantes (4), o sea, modalidades de alteración de la «calidad

ambiental» que pueden asociarse a las modificaciones de los

procesos ambientales mencionados.

Como en cualquier discusión sobre los impactos ambientales de la

explotación minera como un todo, el diagrama de la figura 2 es

genérico, en el sentido que es válido para una iniciativa que tuviera

todos los componentes.



Figura 2: Interferencia en la cantidad y la calidad de las aguas superficiales ysubterráneas.

No siempre es necesario bombear agua desde la cava o desde las

galerías subterráneas en todas las minas, por ejemplo. De la misma

forma, la disposición de residuos sólidos como estériles y desechos

no siempre ocasionará una elevación significativa de la na pa

freática. (37)



3.3. La Hidrología Como Factor en el Diseño del Cierre de minas

Las condiciones específicas de cada lugar y el uso de la tierra

después de las labores mineras que deberían ser consideradas

durante la planificación del proyecto y el diseño del cierre incluyen:

Equilibrio climático e hidrológico.

Geología e hidrogeología.

Hidrología del agua superficial.

La información climática es decisiva para determinar tipos y patrones

de tormentas con el fin de evaluar el potencial para erosión,

inundación, evaporación y re vegetación durante el período posterior

al cierre. El balance del agua del lugar es útil para determinar el

potencial para la ocurrencia de rezumaderos de los depósitos de

relaves, instalaciones de lixiviación o minas.

La caracterización de la hidrología del agua superficial del área del

proyecto es necesaria para diseñar salvaguardas apropiadas con el

objeto de minimizar la erosión, el rezumadero y la inundación de

componentes de minas cerradas.

Durante las condiciones posteriores a la explotación minera, un

yacimiento pasa por un ciclo climático natural que incluye

precipitación, escorrentía y rezumadero. El diseño del cierre de una

mina debe considerar el ciclo climático y el balance de agu a del

lugar.

Los componentes críticos que controlan el potenci al para impactos

ambientales al agua superficial y subterránea incluyen:



Almacenamiento de Humedad: Las diferentes condiciones de

humedad en el suelo o los materiales de desecho de minas incluyen,

retención por saturación específica mediante fuerzas capilares, y

punto de marchitez.

Infiltración: Las velocidades de infiltración dependen del tamaño,

textura, geometría, contenido de humedad y precipitación.

Escorrentía Superficial: La cantidad de escorrentía de un

componente de mina o de áreas perturbadas depende de la cantidad

de precipitación cerca del contenido de humedad superficial, la

permeabilidad del material, el ángulo de la pendiente y la cobertura

vegetal.

Evaporación: La velocidad de evaporación está determinada por

fuerzas externas como la cantidad de sol y viento, y por control

interno como el contenido de humedad y la permeabilidad del

material.

Evapotranspiración: La evapotranspiración incluye la evaporación y

la transpiración de la cobertura vegetal.

Percolación: La percolación ocurre cuando el contenido de humedad

excede la capacidad del material para retener la humedad.

Todos estos factores junto con el clima específico del lugar, controla n

la cantidad de «soluciones de lixiviación» desarrolladas durante las

condiciones posteriores al cierre. La cantidad de precipitación es lo

más importante; sin embargo, son posibles los controles secundarios

sobre el proceso de control de soluciones de lixiviaci ón mediante el

empleo de parámetros de diseño. Los controles secundarios pueden

incluir:

Inclinación y gradiente de la superficie

Tamaño del Grano de la Superficie

Vegetación

Coberturas en Capas. (38)



III. CONCLUSIONES

1. La terminología en la caracterización hidrológica de explotaciones

mineras son básicamente la utilizada en hidrología, se emplea

términos como cuenca hidrográfica, cuenca, acuífero y tipos de

acuíferos, caracterización; además de minería, tajo abierto, minerales

sulfurosos, aguas acidas, etc.

2. Los métodos tradicionales de caracterización hidrológica son métodos

de curvas másicas o dobles, de balance hídrico, análisis de isoyetas,

correlación entre escorrentía media, precipitación y ETP.

En el método de curvas másicas o dobles, permite estudiar y corregir

los efectos de cambio de posición de la estaciones, entonces los

cambios de posición de estaciones no se afecta el resultado porque

existen compensaciones. El método de balance hídrico permite

calcular el volumen total de agua, o sea, la disponibilidad de agua en

la cuenca. El análisis de isoyetas permite obtener el balance entre la

pluviometría y los caudales medidos.

Existe un método innovador en la caracterización hidrológicas, y es el

modelo digital de flujo corregido (MDFC) el que por medio de software

(SIG) permite cartografiar y emplear formulas matemáticas mas

exactas, aunque este método está aun en mayores investigaciones

para su perfeccionamiento, el modelo evita asumir una serie de

variables constantes y uniformizar el tratamiento de la cuenca, de tal

manera se evita que sus datos resulte n poco fiables como en los

método tradicionales.

Los método de caracterización hidrogeológica son los métodos

geológicos, los hidrológicos (estos son los más usados), geofísicos de

superficie, método directo y método geomatemático.



3. La hidrología local en los lugares donde hay minería a cielo abierto

queda sumamente dañada, porque para las operaciones mineras se

emplea agua superficial en varios procesos, y si el yacimiento está

sobe aguas subterráneas (acuíferos) es necesario bombear el agua lo

que genera un enorme impacto a la hidrología local; además de

generar drenaje acido de minas.

La caracterización hidrológica es importante también para programas

de cierre de minas, la guía ambiental para el cierre de minas, del

ministerio de energía y minas, afirma que la caracterización hidrológica

es uno de los estudios fundamentales en el cierre de minas.

IV. RECOMENDACIONES

1. La caracterización hidrológica e hidrogeológica para explotaciones

mineras deberían ser en el Perú un requisito de cumplimiento

obligatorio y deberían darse con la mayor exactitud y exigencia

posible.

2. Es de mucha prioridad incentivar la investigación para generar

métodos de caracterización hidrológica más efectivos, prácticos y

exactos.

3. Las empresas mineras deberían asumir con total responsabilidad la

caracterización hidrológica e hidrogeológica de sus explicaciones para

hacer programas exitosos de cierre de minas.



V. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES DE INFORMACIÓ N

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