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.

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Acuífero: Un acuífero está constituido por una capa dearena, grava o roca porosa con agua necesaria parasuministrar una cantidad útil.

Recarga de un acuíferoEntrada de agua en un acuífero (zona saturada) dondecomienza a formar parte de las reservas subterráneas,esta entrada puede darse de dos maneras, por unmovimiento descendente del agua debido a las fuerzas degravedad y luego de presentarse un movimientohorizontal del flujo debido a las diferentes condicioneshidráulicas de las capas que constituyen el perfil del suelo(Balek, 1988). Es importante también dentro delequilibrio del ciclo hidrológico y como elemento para laevaluación de la sustentabilidad de la vida en zonas quecarecen o poseen limitados recursos hídricos.

RECARGA DE ACUIFEROS

Tipos de Recarga del acuífero

Recarga natural

Es una etapa natural dentro del ciclo hidrológico que segenera debido a la precipitación, a las aguas superficiales,es decir, a través de ríos y lagos, o por medio detransferencias desde otras unidades hidrogeológicas oacuíferos. Este proceso es largo en duración y limitado alos parámetros capacitivos del acuífero.

Recarga ArtificialIntroducción no natural de agua, empleando métodos y/otécnicas diversas, en un acuífero para aumentar ladisponibilidad y con la calidad apropiada para los usos alos que se destine. Las fuentes de recarga puedengenerarse a partir de otras actividades que emplean elrecurso hídrico, como son: irrigaciones, infiltraciones apartir de embalses y/o depósitos y fugas de redes deabastecimiento 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 tierraesta ligada a los procesos geológicos que han producido espacios capaces deabsorber, transmitir, clasificar y producir agua.Las diversas litologías poseen espacios vacíos, que pueden ser de tamañoconsiderable para que el agua se traslade libremente, mientras que en el casoopuesto los vacíos son tan pequeños que la roca se vuelve impermeable.

1. Formaciones de arena, grava o rocas altamentefracturadas ya sea bajo tierra o expuestos sobre una granárea o en canales de torrentes.

2. Presencia de cuevas, zonas fracturadas o fallas, o numerosascavidades pequeñas en las formaciones rocosas tantosubterráneas 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 larecarga.

Las condiciones antes mencionadas no necesariamente señalanposibilidades de recarga favorable. El agua puede surgir enmanantiales o cursos cercanos, o puede recargar un acuífero quees tan profundo que la recuperación no es práctica. Estascondiciones deben ser estudiadas cuidadosamente paradeterminar 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 presentarexcelentes oportunidades para la difusión de agua. Estas condiciones pueden ser especialmente significativas dondeel agua de los arroyos de montaña se puede propagar y recargar en acuíferos que se extienden en áreas donde elagua puede ser recuperada para uso beneficioso.

Informes geológicos, informes de las aguas subterráneas, registros de pozos y descripciones de seccionesestratigráficas pueden indicar la posibilidad de recarga, almacenamiento y recuperación de acuíferos. Estainformación preliminar puede justificar una investigación detallada de acuíferos.

Condiciones geológicas que pueden favorecer la recarga natural o artificial 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 ycaudal de los ríos y quebradas que recargan o descargan el acuífero.Perdidas de agua en canales de regadío, acequias e irrigacionesdurante su horario de actividad.

3.Relacionado al suelo: composición (gravas, arenas, limos, arcillas),contenido orgánico (plantas y animales), profundidad y propiedadeshidráulicas; estos factores vistos en la componente horizontal comovertical.

4.Relacionado a la zona no saturada: mecanismos de flujo a través dela zona no saturada.

5.Acuífero: características litológicas, estructurales e hidráulicas delacuífero para aceptar el agua y las variaciones que puedan generarseen el acuífero a través de tiempo.

RECARGA NATURAL

Definición: es una etapa naturaldentro del ciclo hidrológico que segenera debido a la precipitación, alas aguas superficiales, es decir, através de ríos y lagos, o por mediode transferencias desde otrasunidades hidrogeológicas oacuíferos.El Proceso de recarga es de largaduración y limitado a losparámetros capacitivos delacuífero. Este proceso se puedeexpresar tanto como un volumende agua como un flujo unitario(taza de recarga) respecto a unaunidad de tiempo, unidad desuperficie o altura por unidad detiempo; para un intervalo detiempo determinado en el que sepuede tener datos puntuales opromediados.

RECARGA NATURAL

Tipos: recarga directa e indirecta, según DeVries & Simmers (2002)

a)Directa: agua que por percolación vertical apartir de las precipitaciones, habiendosaturado la capa de suelo y transitado por lazona no saturada, termina formando parte delacuífero. Se le llama recarga difusa o local.Llamada percolación difusa

b)Indirecta: agua superficial que percola hastael acuífero a través de macroporos, fracturas,juntas, depresiones topográficas y zonas deestancamiento de agua sobre alguna de lasocurrencias mencionadas. Se le llama recargapreferencial o localizada. Llamadapercolación preferencial.

Concentrada: es la recarga producida debajode 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 retornodel agua empleada en riego.Horizontal: recarga por interconexión con otros acuíferos y aguas deescorrentía subsuperficial en el suelo que se pueden encharcar e infiltrarhasta el acuífero

Factores: dentro del ciclo hidrológico, las precipitaciones son la principal fuente hídrica de recarga natural deacuíferos a nivel regional y local. La recarga natural es un conjunto de procesos y condiciones entre los cuales sedestacan los siguientes:

Condiciones climáticas: las lluvias son la principal fuente de recarga de acuíferos y las condiciones y variaciones en elclima 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 nosaturada 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 logeneral es muy largo.Capacidad de almacenamiento: un acuífero tiene un limite de recarga que esta definido por las característicaslitológicas, 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 élalcanzando 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 distribuyeentre el suelo (saturación y evaporación), escorrentía superficial (aguas que discurren en superficie cuando el suelo se hasaturado) y la vegetación (que luego eliminara el agua por evaporación). Respecto a la vegetación hay una dualidad yaque reduce la cantidad de agua que llega al suelo (follaje, cobertura de hojas en el suelo y plantas de raíces profundas) ypor otro lado favorece la formación de suelos porosos, evita la compactación del suelo y prolonga la duración de laprecipitación.

La tasa de infiltración se ve controlada por la porosidad, la permeabilidad, la acción de la gravedad, la fuerza decapilaridad (plano de flujo cero), la humedad intrínseca del suelo, la temperatura del suelo, la intensidad de laprecipitación, 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 todoaquel exceso que atraviesa el suelo hacia la ZNS es llamado agua útil o recarga potencial (Rushton, 1988) para unacuífero. 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 elmovimiento del agua que se infiltra en el suelo.

Infiltrómetros, medir la capacidad deinfiltración en el suelo (métodos Muntz yPorchet).

Balance de masas, se determina los flujos deentrada y salida de un sistema y la diferenciade ambos es la recarga del acuífero. Infiltración= Precipitación – Escurrimiento –Evapotranspiración.

Aproximaciones de Darcy, aplicable a la ZNS yZS, los variables de la ecuación son medibles.La conductividad hidráulica (k) no seconoce con exactitud, entonces la velocidad deinfiltración (q) es aproximada para q = -k · i

Técnicas para la evaluación de la recarga:

Fluctuación del nivel del agua (se aplica aacuíferos libres por aporte de aguasuperficiales y descontando las descargasa ríos, manantiales o pozos).

Trazadores químicos, aplicables en la ZNSy ZS, se emplean para determinar fuentesde recarga y zona de descarga a través deun balance de masa del trazador, elcloruro es el mas empleado por sus bajasvariaciones bajo condiciones climáticas,geológicas y de suelo, además no esvolátil. Otros empleados son tritio-helio,carbono 14, CFC, SF6 (gas de exafluorurode azufre), etc.

Indirectos: líneas de flujo, modelación ysimulación inversa, empíricos (desarrollode ecuaciones para relacionar la recargacon la precipitación) y fluctuación delnivel freático.

La estimación de la recarga debe ser realizada aplicando distintas técnicas, dado el grado de incertidumbre de losprocesos 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 yTyler, 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 SituacionalEl déficit de aguas de riego en las pampas de Villacurí ha motivado al Ministerio de Agricultura a realizar estudiospara la utilización de los excedentes de las aguas de escorrentía superficial de la cuenca del río Pisco, medianteobras 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 delReservorio Acuífero de la pampa Villacurí”, con el fin de evaluar la reposición de las reservas acuíferas yadeprimidas en esa época. Luego el proyecto Sur Medio plantea la construcción de un canal madre de derivaciónhacia un embalse en La Polvareda (220 Mm3) y otro en Achupallas (200Mm3). Actualmente el gobierno regional yel ANA están evaluando los costos reales de este proyecto.

ObjetivoGarantizar el abastecimiento de agua de riego en las pampas de Villacurí, Lanchas y compensar el déficit hídricodel valle del río Pisco. Mediante el embalse de la Polvareda y la recarga del acuífero de Villacurí con pozas deinfiltración (RA) para recuperar, mejorar la calidad y aumentar el volumen del acuífero.

Pampa de Villacurí

Planteamiento hidráulico general

1)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 pararecarga 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 deestiaje suministrar 1m3/s al canal Chunchanga y mejoramiento del mismo.

Reservas totales y explotablesPara el calculo de las reservas fue necesario realizar un balance de masas (hídrico) para un tiempo determinado yun 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 recargabanatural o artificialmente.Indirecto: entre las áreas de cultivo y el acuífero (ZNS). La actividad de riego es por goteo por lo que tampocoexistía recarga accidental.Ocasional: conexiones con otros acuíferos. La recarga se producía por aporte de los acuíferos interconectadosVillacurí, 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 deexplotación que no afecte el acuífero, el volumen máximo de explotación se estimo en 130Mm3 (20% de la RT) y laexplotación racional ( recarga natural) de 70Mm3. Pero para fines del 2007, con datos preliminares se calculo que elvolumen de explotación era de 160Mm3; ante esta diferencia se proyecto que en 7 años el acuífero se habríaextinguido, 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 laprofundización de los pozos, pero bajo el riesgo de alcanzar formaciones con contenido salobre, que pondría enriesgo la calidad del agua.

Sistema de RecargaPara el caso de Río Seco se ha considerado la RA a través de pozas de infiltración o estanques de inundación, loScuales se instalarían en los cauces del Río Seco y la quebrada La Pólvora. Estas locaciones se escogieron porque elperfil de suelo ha sido convenientemente lavado y la ausencia de sales es notable. Los antiguos cauces de drenajessuelen tener estas características.

Sistema de RecargaAl 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 sedeben 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 enel suelo por dispersión (destrucción físico-química), crecimiento de bacterias y los productos generados por estosúltimos 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 conpozos adicionales para alternar entre pozos activos y en etapa de secado. Este medida requiere de mayoresextensiones 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 elefecto del cloro en el suelo.

Planteamiento del Proyecto de RA1.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 concentracionesen periodos de avenidas de 5gr/l seplantea la construcción de unsedimentador según el siguiente diseño:

• Pozas de Infiltración: deben tener elfondo aproximadamente plano,debiendo disponerse en forma deredes, de modo que el agua en excesopase de tanque en tanque. El agua enlas pozas presentan profundidades de0,25 a 2,5 m. La sección tipo es lasiguiente:

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.

ResultadosPara 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 deavenidas. 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, sobretodo 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 gestiónadecuada 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 sonmenores a los métodos de abastecimiento de agua actuales.

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