Presentación
Estrategias Para el
Manejo, Monitoreo y
Gestión de Acuíferos
CICESE
Dr. Rogelio Vázquez González
Curso-Taller de capacitación
y asistencia técnica
Departamento de Geofísica
Aplicada
CICESE
México
Liberia, Costa Rica, 21-25 de abril 2014
Centro de Investigación Científica y
de Educación Superior de Ensenada
CICESE
• Es un Centro de Investigación, financiado por el
Gobierno Federal.
• Forma parte del Sistema de Centros CONACYT
• Su misión:
– Investigación básica y aplicada
– Formación de recursos humanos
– Desarrollo tecnológico
– Transferencia del conocimiento
Ubicación
Estados Unidos
*
México
*
www.cicese.mx
CENTRO DE INVESTIGACIÓN
CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN
SUPERIOR DE ENSENADA
*
Áreas de investigación
Física Aplicada
• Ciencias de la Computación
• Electrónica y Telecomunicaciones
• Óptica
Ciencias de la Tierra
• Geociencias Ambientales
• Geofísica Aplicada
• Geología
• Sismología
Oceanología
• Acuicultura
• Ecología Marina
• Oceanografía Biológica
• Oceanografía Física
Biología Experimental y Aplicada
• Biología de la Conservación
• Biotecnología Marina
• Microbiología
Formación Académica
Dr. Rogelio Vázquez González
Licenciatura en Física , UANL
Maestría en Ciencias, Geofísica, CICESE
Doctorado en Ciencias de la Tierra, CICESE
Cursos de Especialización:
Course on Modeling Fresh- Saline Ground Water Flow, Holanda
1987
Groundwater Pollution and Hydrology, San Francisco, CA,1990.
Programa Nacional para la Formación de Consultores
SEDESOL, Tijuana, B.C., 1993
Aspectos Geológicos de Protección Ambiental, UNESCO
Campinas, Brasil 2000.
Experiencia Profesional
Investigador en el Departamento de
Geofísica Aplicada CICESE, 1980
Maestro del Programa de Postgrado en Ciencias de la Tierra,
CICESE, 1982 a la fecha.
Profesor visitante en el Depto. de Ciencias de la Tierra, Universidad
de los Estudios de Milán, Italia. 86-87, 94-95
Líneas de investigación :
• Exploración Geofísica
• Geohidrología
• Impacto Ambiental
TEMAS DE IMPORTANCIA PARA EL
DESARROLLO PRESENTE Y FUTURO
• Agua.
• Medio Ambiente.
• Generación de Energía.
TEMAS DE IMPORTANCIA PARA EL
DESARROLLO PRESENTE Y FUTURO
• Agua.
• Medio Ambiente.
• Generación de Energía.
• Cambio Climático
EL TEMA DEL AGUA
• Localización de los Recursos Hídricos.
• Evaluación de Calidad y Cantidad.
• Administración y Conservación del
Recurso.
• Procesos de Tratamiento.
• Para el Reuso
• Para Desalar
EL MEDIO AMBIENTE
• Aire.
• Suelo.
Toxicología y Salud Pública
• Agua.
• Procesos de Remediación.
• Tratamiento, Confinamiento y Monitoreo.
GENERACIÓN DE ENERGÍA
• Hidrocarburos.
• Hidroeléctricas.
• Fuentes Alternas.
– Geotérmia.
– Eólica.
– Solar.
GENERACIÓN DE ENERGÍA
• Hidrocarburos.
• Hidroeléctricas.
• Fuentes Alternas.
– Geotérmia.
– Eólica.
– Solar.
– Biocombustibles
CAMBIO CLIMÁTICO
• Gases de Efecto Invernadero.
• Calentamiento Global.
• Modelos de Predicción.
PRINCIPALES ASPECTOS SOBRE EL
TEMA DEL AGUA
• Normatividad y Marco Jurídico.
• Aspectos Técnicos del Agua.
• Impactos Ambientales
ASPECTOS DE IMPORTANCIA
PARA LA ADMINISTRACIÓN DE LOS
RECURSOS
• Normatividad y Marco Jurídico.
• Aspectos Técnicos.
• Participación de los Usuarios en
el Proceso de Gestión.
Aspectos ambientales
Las decisiones que involucran aspectos
ambientales invariablemente contemplan y
producen conflictos.
Gobierno – Empresa
Sector Social – Empresa
Sector Social – Gobierno
Sector Social – Sector Social
La Importancia del Agua
Los recursos hidráulicos son de gran
importancia en la actualidad, por dos
factores:
• El incremento en la demanda de agua
potable, por los sectores de la sociedad.
• El reconocimiento de la influencia que
tienen en la conservación de los
ecosistemas.
En conjunto, estos dos factores
son determinantes:
 Para el desarrollo de los centros
de población, en condiciones de
vida adecuadas, y
• Para el equilibrio ecológico y la
protección ambiental.
Aspectos Técnicos del Agua
•El Ciclo Hidrológico
•Condiciones Meteorológicas
•Aguas superficiales
•Acuíferos
•Sobreexplotación
•Intrusión Salina
•Fuentes Puntuales de Contaminación
•Modelos de Gestión de Acuíferos
El movimiento continuo del agua en la
naturaleza da origen al
Ciclo Hidrológico
Ciclo Hidrológico
Ciclo Hidrológico
Agua Superficial
El Agua Subterránea
El agua que se infiltra al terreno es
parcialmente absorbida por las plantas, otra
parte, continúa su movimiento a través del
terreno, hasta alcanzar los acuíferos.
El agua continúa moviéndose a través del
medio poroso, hasta salir como un manantial,
filtrarse a un cuerpo de agua superficial, o
aprovechada en un pozo de bombeo.
Importancia del Agua Subterránea
El agua subterránea es el agua que llena las
grietas y los espacios entre las rocas y los
sedimentos bajo la superficie de la Tierra.
Más del 90% del suministro de agua potable
del mundo procede del subsuelo.
Flujo de Agua Subterránea
Cuencas Geohidrológicas
Unidades Geohidrológicas
Acuíferos
USA
México
Mexicali
Fuentes de Contaminación de
Acuíferos
Dispersión de
Contaminantes
A
B
Causas de Contaminación
Intrusión Salina
El agua es un recurso natural
renovable, pero no todos los años
llueve igual !
Precipitación Anual Total en la Ciudad de Ensenada
mm
800.0
700.0
600.0
500.0
400.0
300.0
200.0
100.0
Precipitación Anual Total
Año
Precipitación Promedia Anual
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
1960
1958
1956
1954
1952
1950
0.0
Herramientas de Investigación
Leyes de la Física
Ecuaciones Matemáticas
Mediciones de Campo
Análisis de Laboratorio
Imágenes de Satélite/ Percepción Remota
Simuladores en Computadora
Relación de pozos
de monitoreo
Modelos de Acuíferos
por Computadora:
Efecto de Pozos de
Bombeo
NIVE L HIDRAUL ICO INICIAL (m)
10
17
8
13
6
9 .7
6 .3
4
2
2 .9
2
4
6
8
10
N IVE L H ID R AU LIC O (m )
NIVE L HID R AUL IC O (m)
D E S P U E S D E 3 D IAS D E B O M B E O
NIVE L HID R AUL IC O F INAL (m)
D E S P UE S D E 1 1 D IAS D E B O M B E O
10
10
10
17
13
8
13
17
17
13
8
8
9 .7
6
9.7
6
6
9 .7
4
6.3
4
4
6 .3
6 .3
2.9
2 .9
-0.57
-0 .5 7
-0 .5 7
2
2
2
2 .9
2
4
6
8
10
2
4
6
8
10
2
4
6
8
10
Bases de datos
Descriptivos
Tematicos
Land Ownership
Transportation
Surface Waters
Boundaries
Geodetic Control
Elevation
Aerial Imagery
Flood Zones
Wetlands
Landcover
Water Lines
Sewer Lines
Soils
Bibliografía
Del experimento de Darcy tenemos que:
El signo negativo indica que el flujo del agua es en el
sentido de la pérdida de carga hidráulica.
Es el gradiente hidráulico
La conductividad hidráulica se expresa como:
Tiene unidades L/t (velocidad)
Es funcion de las propiedades del medio poroso y del fluído:
directamente proporcional al peso específico
e inversamente proporcional a la viscosidad dinámica
Si el experimento se realiza con esferas de vidrio de diámetro
uniforme, se obtiene que la descarga es proporcional al
diámetro de las esferas
La relación de proporcionalidad se puede expresar como:
La Ley de Darcy en estos términos es:
A la constante C se le llama factor de forma. C y d2
caracterizan las propiedades del medio.
Definiendo la permeabilidad Ki como
La conductividad hidráulica es:
Valores de permeabilidad y conductividad hidráulica,
?
El medio puede ser inhomogéneo y anisotrópico !
Estimación de la conductividad
hidráulica:
• Metodos de laboratorio (en
muestras)
• Métodos de campo en pozos
(pruebas de bombeo)
• Métodos numéricos. (Solución del
problema inverso)
Ecuaciones de continuidad para el caso estacionario
Para construir el modelo matemático del flujo de agua
subterránea además de la ley de comportamiento, Ley de
Darcy, requerimos un principio fundamental, el de
conservación.
Para el caso estacionario el principio de conservación implica
que la cantidad de agua que entra a un volumen elemental
sea igual a la cantidad que sale.
Hay otras dos suposiciones que simplifican el análisis:
• El agua es incompresible
• No hay términos fuente en el volumen elemental
La suma de los flujos netos debe ser igual a cero
Dividiendo entre el volumen:
Combinando la Ley de Darcy con el principio de
conservación se obtiene:
Si K es constante
Acuíferos Confinados
Considerando la ecuación diferencial que gobierna el flujo en
estado transitorio de un acuífero confinado, isotrópico, para
el cual son válidas la Ley de Darcy y la aproximación en dos
dimensiones, se tiene la siguiente ecuación (Bear 1979):
Donde: h= hi(x,y,ti) es el potencial hidráulico,
T=T(x,y) es la trasmisividad,
S=S(x,y) es el coeficiente de almacenamiento y
f i= f (x,y,ti) es el término fuente (positivo cuando el agua es
extraída del acuífero), x y y son las variables espaciales y t
es el tiempo.
Acuíferos No-Confinados
La ecuación diferencial que gobierna el flujo en estado
transitorio de un acuífero no-confinado, isotrópico para el
cual son válidas la Ley de Darcy y la aproximación de
Dupuit, es la ecuación de Boussinesq (Bear 1979):
donde h(x, y, t) es la elevación de la superficie libre del acuífero
(potencial hidráulico) respecto a un nivel de referencia arbitrario,
(x, y) es la elevación del fondo impermeable del acuífero, respecto al
nivel de referencia arbitrario,
f(x, y, t) es el término fuente,
Los parámetros fenomenológicos que representan las propiedades
físicas del acuífero son: la conductividad hidráulica K(x, y) y la
porosidad efectiva o coeficiente de almacenamiento ne(x, y).
¿Qué es la Geofísica?
La Geofísica es la ciencia que se encarga del estudio de la
Tierra, desde el punto de vista de la Física. Es decir,
utilizando el conocimiento de las leyes de la Física.
Su objeto de estudio abarca todos los fenómenos
relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia
evolutiva de la Tierra.
¿Qué es la Geofísica?
Todos los fenómenos relacionados con la estructura,
condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra.
• Geofísica para el estudio de los fenómenos a escala del
planeta
• Geofísica para el estudio de las condiciones locales.
• Geofísica de Exploración.
Exploración geofísica
En general, geofísica aplicada o exploración geofísica
se refiere al uso de métodos físicos y matemáticos para
determinar las propiedades físicas de las rocas y sus
contrastes.
El propósito de tal determinación es conocer el arreglo de
los cuerpos de roca en el interior de la Tierra, así como
las anomalías presentes en ellas.
Métodos de exploración
geofísica
Tienen como objetivo estimar la distribución de
las propiedades físicas de los materiales en el
subsuelo.
• Fuente natural
• Fuente controlada
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