MODELAMIENTO DE ACUÍFERO PRIORIZADO …Chiquinquirá y el comportamiento anisotrópico del flujo de...
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MODELAMIENTO DE ACUÍFERO PRIORIZADO CUENCA ALTA DEL RÍO SUÁREZ TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 2 2. MODELO NUMERICO ACUIFERO PRIORIZADO VALLE DE CHIQUINQUIRÁ 3 2.1 MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS (DF) 3 2.3 DIMENSIONES DEL MODELO Y DISEÑO DE GRILLA 4 2.4 DISTRIBUCIÓN DE CAPAS HIDROGEOLÓGICAS 5 2.5 PROPIEDADES HIDROGEOLÓGICAS 7 2.6 LÍMITES DE FRONTERA 9 2.7 RECOMENDACIONES 9 2.7.1 PROPUESTA PRUEBAS SLUG 10
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MODELAMIENTO DE ACUÍFERO PRIORIZADO CUENCA ALTA
DEL RÍO SUÁREZ
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN 2
2. MODELO NUMERICO ACUIFERO PRIORIZADO VALLE DE
CHIQUINQUIRÁ 3
2.1 MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS (DF) 3
2.3 DIMENSIONES DEL MODELO Y DISEÑO DE GRILLA 4
2.4 DISTRIBUCIÓN DE CAPAS HIDROGEOLÓGICAS 5
2.5 PROPIEDADES HIDROGEOLÓGICAS 7
2.6 LÍMITES DE FRONTERA 9
2.7 RECOMENDACIONES 9
2.7.1 PROPUESTA PRUEBAS SLUG 10
1. INTRODUCCIÓN
De acuerdo con el plan de trabajo expuesto en los estudios previos se trabajó en la
modelación numérica del Valle de Chiquinquirá. Se procedió a migrar el modelo
conceptual de la zona de estudio elaborado en los informes anteriores al modelo
numerico utilizando el código de programación para aguas subterráneas
MODFLOW elaborado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). Se
utilizó además la plataforma ModelMuse que se basa en el código MODFLOW.
El primer paso para la migración de parámetros hidrogeológicos al modelo numérico
es definir o diseñar la grilla que será súper – impuesta al área de estudio, en este
caso el acuífero Cuaternario de depósitos lacustres (Q2l) por medio del método de
“enclosed cells”. Se tomó como referencia el área de estudio de los depósi tos
cuaternarios (Q2l) que es de aproximadamente 81.7 km2. Esta extensión determinó
que se tomara una grilla de tamaño de celda 200 m x 200 m, 74 filas y 84 columnas
debido al área y al propósito de simulación. El tamaño de las celdas obedece a un
modelo regional, en la medida en que se añadan otras características hidráulicas
como pozos de bombeo las celdas tendrán una extensión mucho menor en el sitio
de ubicación de dichos pozos.
Los límites de frontera hidráulicos no se pueden establecer debido a la poca
cantidad de piezómetros en la zona de estudio, por lo tanto, no se tiene un dato
válido de nivel freático para el acuífero Cuaternario Q2l, además es necesario
realizar pruebas hidráulicas con pozos de producción o piezómetros; y utilizar
metodologías, entre las cuales están las pruebas Slug y ensayos granulométricos.
Existen varios métodos de pruebas Slug, como las pruebas Horslev, que pueden
determinar puntualmente permeabilidades. Las pruebas Slug consisten en sustraer
una cantidad conocida de agua subterránea del acuífero, midiendo
instantáneamente la recuperación de la tabla de agua, hasta alcanzar el nivel inicial.
Los niveles se medirán automáticamente con un medidor tipo levelogger, el cual
puede tomar datos de hasta 0,25segundos.
2. MODELO NUMERICO ACUIFERO PRIORIZADO VALLE DE
CHIQUINQUIRÁ
La migración del modelo conceptual del Valle de Chiquinquirá elaborado en los
informes anteriores al modelo numerico se realizó utilizando el código de
programación para aguas subterráneas MODFLOW elaborado por el Servicio
Geológico de los Estados Unidos (USGS). Pese a que este código es utilizado para
simular aguas subterráneas la plataforma es compleja para el usuario final; por lo
tanto se utilizó una plataforma mucho más fácil de utilizar basada en el código
MODFLOW, la plataforma se denomina ModelMuse cuya ventaja radica en que es
un software libre pero con las mismas características de MODFLOW.
Las condiciones del medio heterogéneo del acuífero Cuaternario del Valle de
Chiquinquirá y el comportamiento anisotrópico del flujo de agua subterránea en este
acuífero priorizado demandan soluciones numéricas. Estas soluciones utilizan
varios métodos como las Diferencias Finitas (DF) o Elementos Finitos para
representar y simular modelos reales.
2.1 MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS (DF)
El método utilizado para la simulación del flujo de aguas subterráneas del acuífero
Cuaternario es el de Diferencias Finitas (DF). Este método resuelve ecuaciones de
flujo mediante una grilla super – impuesta en el área de estudio en el que se ubican
nodos (i,j) que representan el potencial hidráulico (h). La naturaleza de la grilla y la
manera en la cual las propiedades hidráulicas son asignadas depende del arreglo
de los nodos, es decir, si estos están dispuestos en el centro de cada celda de la
grilla o en cada esquina de la grilla (figura 5).
Figura 5. Grillas de Diferencias Finitas, a) Nodo ubicado en el centro de cada celda y b) nodo en las esquinas de cada celda.
2.3 DIMENSIONES DEL MODELO Y DISEÑO DE GRILLA
El primer paso para la migración de parámetros hidrogeológicos al modelo numérico
es definir o diseñar la grilla que será súper – impuesta al área de estudio, en este
caso el acuífero Cuaternario (Q2l) por medio del método de “enclosed cells”. Se
tomó como referencia el área de estudio de los depósitos cuaternarios lacustres
(Q2l) que es de aproximadamente 81.7 km2. Esta extensión determinó que se
tomara una grilla de tamaño de celda 200 m x 200 m, 74 filas y 84 columnas debido
al área y al propósito de simulación (figura 1).
Figura 1. Diseño de grilla 200 x 200 con 74 filas y 84 columnas para los depósitos cuaternarios Q2l.
El tamaño de las celdas obedece a un modelo regional, en la medida en que se
añadan otras características hidráulicas como pozos de bombeo las celdas tendrán
una extensión mucho menor en el sitio de ubicación de dichos pozos.
2.4 DISTRIBUCIÓN DE CAPAS HIDROGEOLÓGICAS
El modelo fue dividido en una capa teniendo en cuenta la litología y características
hidrogeológicas de la zona de estudio. La primera capa representa el acuífero libre
compuesto por depósitos constituidos por arenas sueltas, arcillas y gravas, según
estudio: “Evaluación hidrogeológica en la jurisdicción del valle de chiquinquirá, con
el fin de determinar el potencial aproximado de utilización del recurso hídrico
subterráneo, mediante la aplicación de técnicas geológicas e hidroquímicas que
permitan inferir un caudal que contribuya a estimar la oferta de agua subterránea”
realizado por Geaomérica, 2013. Los depósitos cuaternarios Q2l tienen un dominio
de tamaño arcilla con un álto componente de tamaño arena y grava lo que lo clasifica
como un acuífero de permeabilidad primaria.
En cuanto a la extensión del acuífero cuaternario estudios regionales como el 1327
de 2014: “Desarrollar La Consultoría Para La Elaboración De Los Estudios
Consistentes En Componente 1: Prospección Geofísica Para Definir Acuíferos Y
Basamentos En La Cuenta Alto Suarez Componente 2: Obtener Parámetros Para
Realizar Modelos De La Infiltración Y Vulnerabilidad De Los Sistemas Acuíferos Por
Vertimientos A Suelos Asociados A Acuíferos Priorizados En La Cuenca Del Río
Alto Suárez” definen un espesor mas o menos continuo de aproximadamente 80
metros de acuerdo a estudios de geoeléctrica (figura 2), mientras que el estudio de
Geoamérica, 2013 define un espesor más diferenciado a lo largo del acuífero
cuaternario Q2l, un espesor promedio entre 67 y 90 metros hacia el sur de
Chiquinquirá mientras que al oriente de la ciudad tiene un espesor entre 48 y 83
metros. Sin embargo, mediante el contrato CAR 1578 de 2016 se realizaron
estudios de geoelectrica detallados en la zona central de Chiquinquirá
específicamente en un predio del Batallón de Infantería No 2 Mariscal Antonio José
de Sucre donde se encontraron espesores entre 8 y 20 metros lo que demuestra la
variabilidad en el espesor de los depósitos lacustres a lo largo del Valle de
Chiquinquirá. (Anexo 1)
Figura 2. Espesor Cuaternario promedio entre 60 m y 100 m definido en el contrato 1327 de 2014
CAR.
Se consideró migrar el acuífero cuaternario con u espesor promedio de 80 metros y
la capa inferior fue considerada como el límite del modelo la cual representa celdas
inactivas.
2.5 PROPIEDADES HIDROGEOLÓGICAS
En cuanto a las propiedades hidrogeológicas se determinó una conductividad
hidráulica (K) promedio ya que no existe suficiente información de pruebas de
bombeo a lo largo del área de estudio que represente las características hidráulicas
del cuaternario (Q2l).
Para los depósitos lacustres se tomó un valor promedio de la literatura debido a la
alta heterogeneidad de los depósitos compuestos por arcillas, arenas y gravas. La
tabla 1 muestra un amplio rango de valores de conductividad hidráulica (K) de
diferentes materiales geológicos.
Figura 2. Rango de Conductividades Hidráulicas de diferentes materiales.
El rango de valores de K tenidos en cuenta varía entre 1 x 10 -1 a 1 x 10 -5 m/d de a
cuerdo a los materiales con los que se compone el acuífero cuaternario Q2l. Se
realizaron simulaciones para 10 diferentes conductividades hidráulicas (K), teniendo
un mejor comportamiento valores de K de 1 x 10-5 m/d. la conductividad hidráulica
en la dirección y (Ky) se asume como la misma Kx y la conductividad hidráulica en
la dirección z (Kz) es generalmente la decima parte de Kx.
Valores de Evapotranspiración fueron tomados del balance hídrico realizado por
Geaomérica, 2013. El valor calculado se calculó utilizand los métodos de Thornwite
y Turc con un valor promedio anual de 537 mm/año.
Valores de recarga fueron calculados en el estudio de Geoamérica, 2013 por medio
del método de Recarga potencial de Gunter Shosinsky. Los valores calculados
varían desde 0 a más de 200 mm/año dependiendo del área a analizar debido a la
gran variabilidad en la cantidad de precipitación que cae en el área durante el año
que oscila entre 150 mm al mes hasta pocos mm mensuales. Se concluyó que la
recarga promedio sería de un 1,5 % de la precipitación anual promedio que es de
1055 mm/año (15.8 mm/año). (Anexo 2).
2.6 LÍMITES DE FRONTERA
La mayor parte de los límites de frontera de los depósitos cuaternarios Q2l
pertenecientes al Valle de Chiquinquirá están caracterizados por ser límites físicos,
es decir limitados por las formaciones formaciones Conejo, Frontera, Areníscas de
Chiquinquiráy depósitos Coluviales (figura 3).
Figura 3. Limite de frontera físico del acuífero Cuaternario Q2l
Los límites de frontera hidráulicos no se pueden establecer debido la poca cantidad
de piezómetros en la zona de estudio, además, no se tiene un dato válido de nivel
freático para el acuífero Cuaternario Q2l por lo tanto no se puede realizar una
simulación de niveles piezométricos.
2.7 RECOMENDACIONES
Es necesario instalar un número de pozos piezometricos adecuado para realizar
mapas piezométricos que describan el flujo de aguas subterráneas y poder
simularlas en Modflow. La zona de estudio cuenta con tres (3) piezometros
reportados hacia la parte sur del casco urbano de Chiquinquirá, por lo tanton se
deben perforar piezómetros a lo largo de la zona de estudio (figura 4).
Figura 4. Piezómetros perforados actuales y piezómetros sugeridos
En cuanto a las propiedades hidráulicas se requieren además de piezómetros,
pruebas de bombeo y estudios de granulometria y/o pruebas Slug para determinar
la permeabilidad y conductividad hidráulica del Valle de Chiquinquirá.
2.7.1 Propuesta Pruebas Slug
Las pruebas Slug son alternativas sencillas para hacer mediciones puntuales de la
permeabilidad y normalmente se realizan con perforaciones de pocos metros de
profundidad.
En los piezómetros instalados se pueden realizar pruebas Slug, consistentes en
sustraer una cantidad conocida de agua subterránea del acuífero, midiendo
instantáneamente la recuperación de la tabla de agua, hasta alcanzar el nivel inicial.
Los niveles se medirán automáticamente con un medidor tipo levelogger, el cual
puede tomar datos de hasta 0,25segundos (Figura 5).
La interpretación de los datos de campo se realizará mediante el programa Aquifer
Test V3.5, por el método de Hvorslev, determinando la conductividad hidráulica.
Figura 5. Medidor de Niveles tipo Levelogger
Costos
El costo de la propuesta es de seis millones cuatrocientos noventa y un mil pesos
moneda legal ($6.491.000), antes de I.V.A. para tres pruebas Slug.
