Captación de aguas subterráneas

CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
• Estudios hidrogeológicos
• Captación
• Terminación de sondeos
LA EXPLORACION HIDROGEOLOGICA
Conjunto de estudios, trabajos y operaciones, llevados a cabo
tanto por técnicas directas como indirectas, encaminados a la
localización de acuíferos, para captación de aguas
subterráneas, en cantidad y con calidad adecuadas para el fin
pretendido y definición de las condiciones óptimas de
explotación.
• 1ª Etapa: Estudio Hidrogeológico: Conduce a la propuesta de
perforación de sondeo, con definición técnica y de objetivos del
mismo.
• 2ª Etapa: Construcción de la obra de captación.
• 3ª Etapa: Valoración de los resultados del sondeo, para
determinación de los parámetros hidráulicos del acuífero y de las
condiciones óptimas de explotación.
1
1ª ETAPA DE LA EXPLORACION HIDROGEOLOGICA:
EL ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO
1.- RECOPILACION DE LA INFORMACION.
2.- ESTUDIO DE LA DEMANDA DE AGUA.
3.- ESTUDIO GEOLOGICO.
4.- ESTUDIO GEOFISICO.
5.- ESTUDIO CLIMATOLOGICO.
6.- HIDROLOGIA SUPERFICIAL.
7.-ESTUDIO HIDROGEOLOGICO.
7.1.- OBTENCION DE DATOS BASICOS.
7.2.-SINTESIS HIDROGEOLOGICA
INDICE DE UN ESTUDIO HIDROGEOLOGICO PARA
ABASTECIMIENTO URBANO A UNA POBLACION
1.- INTRODUCCION
1.1.- JUSTUFICACION DEL ESTUDIO
1.2.- LOCALIZACION GEOGRAFICA
2.- ANTECEDENTES
3.- SITUACION ACTUAL DEL ABASTECIMIENTO
4.- GEOLOGIA
4.1.- MARCO GEOLOGICO
4.2.- SINTESIS LITOESTRATIGRAFICA
4.3.- PROSPECCION GEOFISICA
4.4.- TECTONICA
5.- CLIMATOLOGIA E HIDROLOGIA
6.- HIDROGEOLOGIA
6.1.- MARCO HIDROGEOLOGICO
6.2.- FORMACIONES PERMEABLES E IMPERMEABLES
6.3.- CARACTERISTICAS HIDROGEOLOGICAS DE LOS ACUIFEROS
6.4.- INVENTARIO DE PUNTOS ACUIFEROS
7.- PROPUESTAS DE ACTUACION
8.- VALORACION DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS
9.- CONCLUSIONES
ANEJOS
Nº 1: DATOS DE CAMPO E INTERPRETACION DE LA CAMPAÑA DE INVESTIGACION GEOFISICA
Nº 2: INVENTARIO DE PUNTOS ACUIFEROS
PLANOS
Nº 1: CARTOGRAFIA HIDROGEOLOGICA
Nº 2: CORTES HIDROGEOLOGICOS
2
2ª ETAPA PROPUESTAS DE CAPTACIÓN
CAPTACION DE AGUA SUBTERRANEA:
Toda obra destinada a obtener un cierto volumen de agua de una
formación acuífera concreta, para satisfacer una determinada demanda
Factores a tener en cuenta:
•
•
•
•
•
•
Características hidrogeológicas del sector
Características hidrodinámicas del acuífero que se pretende captar
Litología
Volumen de agua requerido
Distribución temporal de la demanda
Coste de las instalaciones de explotación y mantenimiento de la
captación
ASPECTOS QUE CONCURREN EN LA CONSTRUCCIÓN DE UNA
CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
ACCESO AL MEDIO
GEOLÓGICO – HIDROGEOLÓGICO
EJECUCIÓN DE LA PERFORACIÓN
ACONDICIONAMIENTO DE LA
PERFORACIÓN
PARA CONVERTIRLA EN UN
POZO DE PRODUCCIÓN
PUESTA A PUNTO DEL POZO PARA
QUE FUNCIONE CON EL
MÁXIMO RENDIMIENTO POSIBLE
EQUIPAMIENTO
CONTROL
MANTENIMIENTO
REGENERACIÓN
Acción física de penetrar el subsuelo
Testificación litológica y geofísica
Identificación de tramos permeables
Idea calidad
Diseño constructivo
Limpieza y desarrollo
Programa de explotación
Control de funcionamiento
Anomalías de funcionamiento
Soluciones
3
A) ACCESO AL MEDIO GEOLÓGICO – HIDROGEOLÓGICO
EJECUCIÓN DE LA PERFORACIÓN
Tipos de captaciones
Pozos de captación vertical
Pozos de captación horizontal
• Pozos manuales
• Pozos verticales con
medios mecanizados
• Pozos con galerías
• Pozo colector central y
drenes radiales
Captaciones longitudinales
•
•
•
•
Minas
Zanjas de drenaje
Drenes horizontales
Dispositivos de well points
Sistemas de perforación
Manual
• Medios mecánicos simples
• Explosivos
Mecanizada
•
•
•
•
•
•
Percusión con cable
Rotación con circulación directa
Rotación con circulación inversa convencional
Rotopercusión directa
Rotopercusión inversa (campana y cross-over)
Percusión con circulación inversa
Testificación
• Log o muestreo litológico
• Log geofísico (diagrafías)
• Identificación, posición y naturaleza
de las zonas productoras
• Información sobre calidad química
B) ACONDICIONAMIENTO DE LA PERFORACIÓN PARA
CONVERTIRLA EN POZO DE PRODUCCIÓN
(Pozos verticales)
Esquemas constructivos básicos
Pozos con rejilla
Pozos sin rejilla
Diseño configuración general del pozo
Entubaciones
Cementaciones
Rejillas y prefiltros
Empujes y agresividad del medio
Diseño de la zona de admisión
Velocidad de entrada, área de huecos efectiva (Caudal de explotación)
Tipo de rejilla, ubicación y paso
Granulometría y naturaleza del prefiltro
Colocación de rejillas
Colocación de prefiltros
Preparados en superficie (filtros dobles, con macizo de arena pegada con resina)
Inyectados o vertidos desde superficie
4
C) PUESTA A PUNTO DEL POZO PARA QUE FUNCIONE
CON EL MÁXIMO RENDIMIENTO POSIBLE
Limpieza preliminar
Según sistema perforación utilizado
Destrucción de cake, limpieza del prefiltro
Desarrollo primario
Medios no consolidados
Medios consolidados
ESTIMULACIÓN
Ensayos de producción (bombeo)
Curva característica (s = AQ + BQn)
Valoración de pérdidas de carga
MÁS DESARROLLO
Fijación del caudal de explotación
Medios no consolidados
Medios consolidados
Desinfección
D) EQUIPAMIENTO, CONTROL, MANTENIMIENTO Y
REGENERACIÓN DE POZOS
Tipo de bomba
Sumergida, eje vertical, airlift, aspiración, pistón, válvula,..
•
•
•
•
•
•
Profundidad de aspiración
Programa de bombeo
Contador volumétrico + horario
Tubo piezométrico
Cloración-desinfección
Caseta, arqueta
Control del funcionamiento
•
•
•
•
•
•
•
Nivel estático. Frecuencia
Nivel dinámico
Capacidad específica (Q/s)
Volumen extraído
Kw-h consumidos
Calidad química
Análisis del funcionamiento
5
Anomalías del funcionamiento
•
•
•
•
Arrastre de finos
Pérdidas de capacidad específica
Subsidencia
Anomalías equipo de elevación
Causas
•
•
•
•
•
Corrosión en tubería metálica
Roturas tubería
Obstrucción tubería. Incrustaciones
Deterioro de la calidad química
Problemas mecánicos
Soluciones
• Desarrollo secundario (medios mecánicos, químicos,
mixtos)
• Encamisamiento
• Otros
Sellado y abandono
OBRAS DE CAPTACION
GALERIAS DE CAPTACION
Excavación en forma de túnel, sección apreciable y suave pendiente
Elemento de captación
Medio de transporte
Nulo poder de regulación
ZANJAS Y DRENES
Excavaciones lineales de escasa profundidad
POZOS EXCAVADOS
Excavación manual
Poca profundidad y gran diámetro
Nivel piezométrico somero
Acuíferos de poco espesor
Problemas de arrastres
Acuíferos poco permeables
Elevado coste
POZOS CON DRENES O GALERIAS RADIALES
6
SONDEOS
Perforación por medios mecánicos
Grandes profundidades
Reducido diámetro
Inferior coste
Requieren
• Un elemento de rotura del terreno
• Un motor de accionamiento
• Un sistema de eliminación de detritus
• Un sistema de mantenimiento de las paredes
Sistemas más comunes
• Percusión
• Rotación
• Rotopercusión
MÉTODO DE PERFORACIÓ
PERFORACIÓN
CARACTERÍSTICAS
Percusión por
cable
Rotación
directa
Rotación
inversa
Rotopercusión
directa
Rotopercusión
inversa
1.200 p
350 (12,5")
660 (26") rp
0.5 - 2 m
220 (8")
350 (12,5")
380 (15") rp
660 (26")
PROF (m) hasta
300-600
< 1000
400-800
200-600
200-600
Semiconsoli
dadas y
consolidadas,
blandas a
muy duras y
abrasivas
Inconsoli
dadas y
semicon
solidadas
blandas a
medias
Rocas duras,
compactas y
abrasivas
Rocas duras,
compactas y
abrasivas
FORMACIONES
PERFORABLES
limos, arenas,
gravas
Semiconsolida
das, blandas y
poco compactas:
arcillas, margas,
calizas
Compactas, muy
fisuradas y/o
karstificadas
Consolidadas,
compactas,, muy
duras y/o
abrasivas
Muy
permeables,
fisuradas y/o
karstificadas
(pérdida de
circulación)
Muy
duras y
compac
tas. Muy
permea
bles.
Niveles
de agua
muy altos
Arcillas
plásticas,
arenas y gravas
inconsolidadas
Arenas y
gravas
inconsolidadas.
Arcillas muy
plásticas
DIAMETRO (mm),
hasta
FORMACIONES NO
PERFORABLES
7
MÉTODO DE PERFORACIÓN
Características
AVANCE O
PENETRACION
(m/día)
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Percusión por cable
Rotación
directa
Rotación
inversa
Rotopercusión
directa
Rotopercusión
inversa
Limos y arenas finas,
3-6
Arenas gruesas y
gravas, 5-10
Arcillas, pizarras, 515
Arcillas
arenosas,
calcarenitas blandas,
15-30
Calizas duras,
Calizas,
conglomerados
, areniscas, 1015
Granitos, 5-10
Arcillas, arcillas
arenosas,
margas y otras
semiconsolida
das, 30-100
Arcillas, arcillas
arenosas,
limos, 20-70
Arenas,
gravas,15-30
Margas,
areniscas, 2050
conglomerados
, 10-15
Roca dura y
seca, 50-250
Idem saturada,
30-60
Granitos y
abrasivas, 15-50
Roca dura y
seca, 50-250
Idem saturada,
30-60
Granitos y
abrasivas, 15-50
Simplicidad de trabajo
Bajo costo inicial
Adaptable a casi
todas las situaciones
Grandes
profundidades
Válido en todo
tipo de rocas
No
entubaciones
provisionales
Avance muy
rápido en
inconsolidadas
y
semiconsolida
das
Gran diámetro
Muy rápido en
roca dura
El más
económico, si no
hay problemas
Rápido
Grandes
diámetros
Muestreo
representativo
Fluidos
Aforo
Avance lento en
formaciones duras
Profundidad limitada
por el coste
Entubación obligada
en formaciones
inconsolidadas
Maquinaria y
equipamiento
sofisticados y
algo costosos
El uso de un
mal lodo puede
impermeabiliza
r acuíferos
Puede
necesitar
caudales
de
agua
muy
elevados
Problemas en
formaciones
muy
permeables e
inconsolidadas
La eficiencia
disminuye en
presencia de
agua
Puede haber
problemas de
desviación
Limitaciones en
profundidad si
hay mucha agua
y columna de la
misma
Cable
Carrete
Torre
Excéntrica
Balancín
Eje motriz
PERCUSIÓN CON CABLE
Trépano
8
MÁQUINA DE PERCUSIÓN
ROTACIÓN A CIRCULACIÓN DIRECTA
9
TRICONOS
DE DIENTES
CON INSERTOS DE VIDIA
VARILLAJE
Circulación inversa
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CONFIGURACIÓN GENERAL DE LA CAPTACIÓN
• Entubaciones
• Cementaciones
• Rejillas y prefiltros
• Diseño de la zona de admisión
ENTUBACIONES
Revestimiento, aislamiento o protección de las paredes de la obra.
Finalidad
• Impedir el derrumbe de las paredes del sondeo.
• Aislar acuíferos de diferente calidad o niveles piezométricos.
• Evitar pérdidas de circulación.
• Aislar zonas peligrosas de gran plasticidad y expansibilidad.
Según la función
Auxiliar: Se utiliza durante la perforación y se suele recuperar al terminar ésta.
A veces puede quedarse en el sondeo como tubería definitiva, o bien por
imposibilidad de extracción.
Provisional: Se utiliza para aislar acuíferos y poder estudiar sus características
independientemente.
Definitiva: Es la que se instala al final de la perforación y queda para la
explotación de la captación.
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CEMENTACION
Colocación y fraguado de suspensiones de cemento en determinadas zonas de un pozo
con diversas finalidades
Finalidad
Unir la tubería ciega del revestimiento de un pozo con la pared del taladro, rellenando el espacio
anular u otros espacios anulares (cementación entre tuberías).
Misiones e interés de las cementaciones
1º. Aislar la zona superior del pozo no productora
•
•
•
Para evitar las diversas formas de contaminación por fluidos superficiales a través del espacio
anular y, en su caso, macizo de arena y grava (prefiltro)
Para evitar los desprendimientos del terreno hacia las zonas de admisión (filtros)
Para disminuir la corrosión en las tuberías de revestimiento protegiéndolas del colapso
2º. Evitar siempre que interese la comunicación entre acuíferos
•
•
Sellar acuíferos contaminados que por su mayor o menor potencial hidráulico pueden inyectar "in
ascensum" o "in descendum" a través del pozo aguas a acuíferos no contaminados
impedir el vaciado incontrolado y perpetuo a otro nivel o acuífero superior por flujo ascendente de
un acuífero inferior con mayor potencial hidráulico
3º. Cementación entre tuberías para evitar comunicaciones no deseables entre
diversos acuíferos superpuestos
4º. Taponar el fondo del pozo
5º. Liberar dentro de lo posible presiones radiales centrípetas contra las tuberías
REJILLAS
Tubos metálicos filtrantes que juntamente con
revestimiento constituyen la columna del sondeo.
la
tubería
de
permiten la entrada del agua al interior del sondeo
sirven de contención de la grava artificial
permiten el desarrollo del pozo
mantienen las paredes de la perforación evita el arrastre de
materiales que no se desea eliminar
La selección de la rejilla se hace en función de:
la curva granulométrica del acuífero
diámetro más adecuado
caudal que se espera conseguir en cada captación
Objetivo primordial
Permitir la libre circulación del agua hacia el pozo con el mínimo posible
de rozamiento para evitar pérdidas de carga parásitas
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Descenso de entubación y rejillas
MACIZOS, PREFILTROS, GRAVEL - PACK
A) COMO ESTABILIZADOR DE LAS PAREDES DEL SONDEO
(Relleno espacio anular)
• No importa la granulometría del prefiltro
• Puede instalarse en cualquier tipo de medio litológico
B) COMO ESTABILIZADOR DE LA FORMACIÓN ACUÍFERA GRANULAR Y NO
CONSOLIDADA
• Es importante la granulometría del prefiltro en relación con la
granulometría del medio acuífero
• Es importante una buena técnica de colocación (evitar puentes,
evitar segregación de tamaños en el prefiltro)
El empaque de gravas:
• Impide que se provoquen arrastres de materiales sólidos durante la explotación del
sondeo
• Aumenta la permeabilidad en el entorno del pozo
• Disminuye la velocidad de circulación del agua en su paso por el empaque
• Aumenta el rendimiento específico del sondeo al reducirse las pérdidas de carga.
• Sirve de base para poder desarrollar el sondeo mediante la eliminación de un
determinado porcentaje de finos
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Colocación de prefiltros
A ) PROCEDIMIENTOS “NATURALES”
(Inyección, vertido desde la superficie)
1. Vertido por el espacio anular
Manual
Adecuado en pozos construidos a percusión,
sin excluir los otros sistemas
Pozos prof de 0 – 150 m)
Manual ayudado con la circulación
Preferentemente en pozos construidos con
técnicas de rotación y circulación de fluidos
Pozos prof. de 150 a 400 m
2. Inyección hidráulica
Métodos a pozo abierto
Adecuados en pozos construidos con técnicas de
rotación y circulación de fluidos
Métodos a pozo cerrado
(todas las profundidades)
B) PROCEDIMIENTOS “ARTIFICIALES”
(preparados en superficie)
Se colocan como una rejilla cualquiera
• Rejillas dobles
• Rejillas con macizo de arena pegada con resina (interior o exterior)
• Tubo base ranurado y macizo adosado con tela metálica o de plástico
DISEÑO DE LA ZONA DE ADMISIÓN Y
CONFIGURACIÓN GENERAL DEL POZO
Si no se conoce el acuífero
Sondeo piloto de investigación
(ensanchable si positiva)
Ensanchar
Entubar
Colocar
rejillas
•
•
•
•
•
•
Muestreo litológico. Identificación de litología y granulometría
Diagrafías (sondeo sin entubar)
Control piezométrico (variaciones de niveles en el sondeo)
Ensayos de valvuleo (percusión)
Control caudal bombeado (rotopercusión directa/inversa)
Estimación calidad química
Colocar
prefiltros
Cementar
Instalar
bomba
Bombear
Si se conoce el acuífero
(idea sobre posición, naturaleza y parámetros hidráulicos)
Diseñar un pozo para obtener un determinado caudal
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Velocidades a considerar en el diseño de la zona de admisión y
caudal de explotación de pozos
(medios granulares no consolidados o semiconsolidados)
•
•
•
•
Vdarcy
Vd = k i
S
Velocidad de Darcy
Velocidad real
Velocidad de entrada en rejilla
Velocidad crítica de Darcy
Q = S Vd = S k i
Vdarcy
Velocidad crítica de Darcy (Vcd)
Vdarcy
V entrada en rejilla
A partir de la cual se establece un
régimen turbulento en el entorno de la
rejilla
a) Fórmulas empíricas
Vreal = Vd / m
Vcd ≥ K1/2 / 15 K en m/s (Fórmula de Sitchar)
Vcd ≥ 0,2 d40 d40 en mm, Vcd en m/s (Nº de Gross)
b ) Nº de Reynolds
Vcd = NR ν / ρ D
D = d10 ó d50, NR entre 4 y 10
3ª ETAPA VALORACIÓN DE LA CAPTACIÓN
Caudal de explotación y velocidades de entrada en rejilla
QT
(medios granulares no consolidados o semiconsolidados)
1,5 QT
3QT
Caudal teórico de Darcy (QT)
QT = ST / B = 2πR L K1/2 / 15
Q
Se recomienda explotar a QT por:
ST
S
BQ
•
•
•
•
•
No provocar arrastres de finos
No colmatar el entorno de la rejilla
No incrustar la rejilla o activar corrosión
Conseguir una larga vida útil del pozo
Evitar frecuentes desarrollos secundarios que
encarezcan la operación y mantenimiento del pozo
• Evitar fenómenos de socavación y colapso que
comprometan la estructura general del pozo
CQn
En realidad:
Los pozos bien construidos se explotan a caudales que van desde 1,5 QT a 3 QT sin
problemas especiales (salvo aguas incrustantes)
1,5 QT a 2 QT si K = 1 – 60 m/día
2 QT a 3 QT si K > 60 m/día
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EVALUACIÓN – AFORO
Informan sobre
• Características hidrodinámicos del acuífero
• Eficiencia de la captación
Métodos de ensayo
• A caudal constante
Régimen de equilibrio (permanente)
Régimen no permanente
• A caudal variable
Bombeos escalonados
• Ensayos de recuperación
Parámetros que se obtienen
• Caudal óptimo
• Radio de influencia
• Transmisividad
• Permeabilidad
• Pérdidas de carga
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