APÉNDICE 8 METODOLOGÍA PARA LA DEFINICIÓN DEL ÁREA DE PROTECCIÓN BACTERIOLÓGICA DE POZOS 1

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1 APÉNDICE 8 METODOLOGÍA PARA LA DEFINICIÓN DEL ÁREA DE PROTECCIÓN BACTERIOLÓGICA DE POZOS 1 La definición técnica de área de protección bacteriológica de pozos es una herramienta básica de protección del agua subterránea que va a ser aprovechada por el pozo para diferentes usos, esta área de protección está definida por: 1. Radio de Protección Absoluta Se establece un radio de protección absoluta mínimo de 15 m para acuíferos libres y 10 m para acuíferos confinados como medida precautoria, en vista que el pozo es un medio vulnerable al acuífero. 2. Área de protección bacteriológica El área de protección bacteriológica del pozo resultante se definirá como aquella área común o área de traslape entre la zona de captura y el radio calculado por el método del Radio Fijo. 2.1 Radio fijo La zona de protección bacteriológica se debe definir con la metodología del Radio Fijo: Ecuación 4 Donde: r= Radio de protección (metros) Q= Caudal del pozo (m 3 /día). n= Porosidad del acuífero. b= Espesor del acuífero (m). t= Tiempo de vida remanente (tránsito) de las bacterias en la zona saturada (70 días en medios porosos y 100 días en medios fracturados). Para este análisis 1 El documento elaborado está basado en el documento borrador del 22 de julio del 2015 para la modificación del capítulo 10 de las Metodologías hidrogeológicas para la evaluación del recurso hídrico, elaborado por la Comisión Técnica Interinstitucional (SENARA, AyA y Dirección de Aguas), por parte de geólogos de cada institución miembro de la Comisión, Clara Agudelo Arango y Roberto Ramírez de la Dirección de Investigación y Gestión Hídrica SENARA, Viviana Ramos Sánchez de Gestión Ambiental del AYA y Andrea Barrantes Acuña de la Dirección de Agua, MINAE. Página 1 de 7

2 se puede considerar el tiempo de tránsito en la zona no saturada hasta alcanzar el nivel del agua subterránea del acuífero bajo su condición más crítica, siempre y cuando se cuente con una caracterización muy detallada de la zona no saturada con su respectivo modelo hidrogeológico conceptual y por lo tanto se tienen que obtener los parámetros de campo en la zona no saturada (con datos de la permeabilidad y porosidad para cada capa del suelo, zona meteorizada y roca sana). 2.2 Zona de captura Se debe definir la zona de captura del pozo utilizando la ecuación analítica de Darcy (ancho y punto de no retorno) calculado con la fórmula para acuífero confinado (independiente del tipo de acuífero). Para la construcción de la curvatura del tubo de flujo aplicar la fórmula: ] Ecuación 1 Dónde: X= Distancia en metros a lo largo de la zona de captura. y= Ancho en metros de la zona de captura. Q= Caudal de extracción del pozo en m 3 /día. K= Conductividad hidráulica del acuífero en m/día. b= Espesor del acuífero en metros. i= Gradiente hidráulico (adimensional). π = 3,1415. Para la determinación del punto de no retorno aplica la siguiente formula: Ecuación 2 Dónde: T= Transmisividad del acuífero m 2 /d. i= Gradiente hidráulico (adimensional). Q= Caudal de extracción del pozo en m 3 /d. Xo= Punto de no retorno en metros. π= 3,1415. El ancho del tubo de flujo estaría definido por la ecuación analítica de Darcy: Página 2 de 7

3 Ecuación 3 En donde: L= Ancho total en metros. T= Transmisividad del acuífero m 2 /d. i= Gradiente hidráulico (adimensional). Q= Caudal de extracción del pozo en m 3 /d. Para medios fracturados se deben definir las zonas de protección con el método de la ecuación analítica y posteriormente rotar 20 grados el eje del flujo, a ambos lados de la zona delimitada y combinar estas áreas en una sola, tal y como se ilustra en la figura siguiente: DIAGRAMA ROTACIÓN DEL EJE DEL FLUJO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS (SPAYD & JONSON 2003) En caso de que no se calcule la zona de captura porque no se cuenta con suficiente información hidrogeológica para calcularla, la zona de protección del pozo será aquella definida por el método del Radio Fijo. El modelo hidrogeológico que sustente los parámetros utilizados debe ser definido utilizando criterios técnicos basados en un análisis geológico detallado del entorno como lo es, la identificación y descripción de las formaciones geológicas presentes considerando sus características petrográficas y estructura geológica, apoyado en un levantamiento de campo y en la interpretación de la información litoestratigráfica que puedan brindar otros pozos del área de estudio para realizar un detallado modelo hidrogeológico conceptual; así como también el cálculo de los parámetros hidráulicos, sustentados en las pruebas de campo y laboratorio. Página 3 de 7

4 Para el cálculo del tiempo de vida remanente (tránsito) de las bacterias, si la zona no saturada está compuesta por materiales porosos, el tiempo de vida de las bacterias debe considerarse como 70 días. Si la zona no saturada está compuesta por materiales fracturados donde predomina el flujo fisural (permeabilidad secundaria), o una combinación de materiales porosos y fracturados, el tiempo de vida de las bacterias deberá considerarse como 100 días. La porosidad del acuífero a utilizarse en la ecuación del Radio Fijo deberá ser tomada de referencias existentes que aproximen a la litología y al acuífero modelado. En el caso de acuíferos fisurados, el valor de la porosidad se recomienda el 10%, sin embargo se podrá utilizar otro, que se fundamente en evaluaciones hidráulicas del acuífero o sustento bibliográfico. FIGURA 1 3. REGULACIONES Esta metodología aplica para definir zonas de protección bacteriológica. Para otros tipos de actividades y posibles contaminantes deben aplicarse otras metodologías más detalladas con base en las potenciales cargas contaminantes a utilizar cercanas a la fuente. Página 4 de 7

5 En la zona de protección absoluta (10 metros en acuíferos confinados o 15 metros en acuíferos libres) solo se permiten actividades relacionadas con la operación y mantenimiento del pozo. Dentro del área de protección bacteriológica se pueden permitir las actividades que dependiendo de la vulnerabilidad, amenaza, riesgo y no causen contaminación bacteriológica al agua subterránea. Esta metodología no aplica para otros tipos de contaminantes. Para los pozos donde se aplique esta metodología y que resulte en un área de protección menor a la determinada por la ley (40 m), se deberá sellar el espacio anular del pozo correspondiente a la no saturada como medida precautoria para lo cual se tiene que presentar el diseño constructivo del sello sanitario. Ejemplo de aplicación: Determine la zona de captura del pozo siguiente a una caudal de bombeo de 2 litros por segundo, además determine las isócronas bacteriológicas y recomienda las áreas de protección del mismo. FIGURA 2. ESQUEMA PARA EL EJEMPLO Se procede a realizar los cálculos respectivos utilizando los siguientes datos: Q = 2 litros por segundo (172,8 m 3 /día) Página 5 de 7

6 i = 23,5 21,0 / 175 = 0,01428 b= 31 m k = 10 m/día π = 3,1415 porosidad del acuífero = 0,27 Utilizando las ecuaciones 2 y 3 tenemos que: Y por lo tanto sustituyendo en las ecuaciones tenemos que: El punto de no retorno es: xo = - [(172,8 m 3 /d / (2 * 3,1415 * 31 m * 10 m/d)]= - 6,21 metros El ancho de la zona de captura será: Ymax = 172,8 / (2 * 31 m * 10 m/d * 0,01428)= 19,51 metros El Radio fijo a calcular es: Rf= (172,8m 3 /día * 70 días) / (3,1415 * 0,27 * 31 metros) 0,5 = 21,4 metros FIGURA 3. GEOMETRÍA CALCULADA EN EL EJEMPLO Página 6 de 7

7 Para este ejemplo se puede observar que con este análisis se puede reducir el radio de los 40 metros establecidos en la Ley de Aguas, sin embargo el área común que es la combinación de la zona de captura con un ancho de (19,51 m), el radio fijo (21,4 m) y el punto de no retorno (6,21 m), es inferior al radio de protección absoluta de 15 metros, por lo tanto el área de protección bacteriológica de este pozo, lo compone el área común más el área del resto de radio de protección absoluta con los 15 metros como se ilustra en la siguiente figura: FIGURA 4. GEOMETRÍA FINAL CALCULADA EN EL EJEMPLO Si el usuario quiere reducir aún más este radio de 21,4 metros, utilizando los tiempos de tránsito en la zona no saturada se puede hacer, pero se clara que en caso que el radio tenga resultados inferiores el mínimo radio de protección, siempre deberá dejar los 15 metros de la zona de protección absoluta. Página 7 de 7