Pruebas de recarga instantánea y a corto plazo (activa y pasiva), Proyecto piloto de recarga Artificial El Caracol.

Transcripción

1 Pruebas de recarga instantánea y a corto plazo (activa y pasiva), Proyecto piloto de recarga Artificial El Caracol. 15 Noviembre 2012 Comisión Nacional del Agua Coordinación General de Proyectos Especiales de Abastecimiento y Saneamiento Gerencia de Agua Potable y Saneamiento

2 Antecedentes OBJETIVOS: Los objetivos que persiguen los proyectos de recarga artificial son diversos, por ejemplo, reducir la intrusión salina, subsidencia, almacenamiento de agua, mejoramiento de la calidad del agua a través de un tratamiento suelo-acuífero, etc. Sin tomar en cuenta el proceso por el cual se infiltra el agua al subsuelo es necesario contar con: la disponibilidad de agua para ser infiltrada, un espacio de almacenamiento, superficial o subterráneo y la infraestructura para aprovechar el agua infiltrada. LA RECARGA EN EL MUNDO La recarga artificial de acuíferos se ha configurado en los últimos años como una herramienta de gestión hídrica económica y de gran efectividad con respecto a las grandes obras hidráulicas, resultando una actividad de primer orden en varios países del mundo, como pueden ser Holanda, USA, Australia, India, etc. Las primeras instalaciones modernas comenzaron hasta los años 60 en España; que desde 1984 ha desarrollado actividades de recarga. Desde el 2002, en la India, específicamente en el Valle de Kathmandu se tienen estudios de recarga al acuífero.

3 Antecedentes En 1960 se inicia en el Distrito Federal los primeros intentos para recargar agua al acuífero por medio de pozos de infiltración. Actualmente, uno de los proyectos de recarga artificial, se establece la zona de conservación de suelo del Distrito Federal, por medio de un proyecto piloto en el acuífero de ZMCM. Al norte del país, se implementaron en 1991 y 2000, dos programas de recarga artificial mediante embalses de infiltración construidos sobre el río Nazas y uno más en San Luis, Río Colorado en Sonora. Además, existen en distintas partes de México diversos proyectos de infiltración subsuperficial y superficial, así como pozos de absorción y disposición de agua residual. La Gerencia de Agua y Saneamiento de la CONAGUA, en el año 2010 inició el proyecto Sistema de Recarga Artificial cuyo objetivos son los siguientes: 1. Analizar distintas alternativas para llevar a cabo la recarga artificial en la Cuenca del Valle de México. 2. Desarrollar un proyecto Piloto de recarga (PRA) 3. Recargar el acuífero Cuautitlán-Pachuca mediante pozos de inyección. 4. Analizar sitios probables para implementar el SRA en una zona definida de 370 km 2 para el estudio. 5. Determinar los parámetros de recarga a mediano y largo plazos con la interacción con el acuífero de forma continua.

4 Marco Legal La NOM-014-CONAGUA-2003 Presenta los requisitos para la recarga artificial de Acuíferos con Agua Residual Tratada Y define los siguientes términos: Proyecto de recarga artificial (PRA): Proyecto planeado con objeto de recargar artificialmente a un acuífero con agua residual. Proyecto "piloto" de recarga artificial: Proyecto construido expresamente para operar temporalmente un sistema de recarga artificial para evaluar su factibilidad técnica; monitorear y evaluar el comportamiento las variables hidráulicas y de calidad del agua relacionadas con la recarga artificial, así como su posible impacto al acuífero o medio ambiente. Sistema de recarga artificial (SRA): Obra o conjunto de obras construidas con el fin específico de recargar un acuífero. Clasificación Los tipos de recarga artificial se clasifican como sigue: a) Superficial: consiste en la recarga desde la superficie por infiltración; b) Subsuperficial: consiste en introducción del agua en la zona no saturada; c) Directo: consiste en introducción directa del agua al acuífero por medio de pozos cuya sección abierta lo penetran parcial o totalmente.

5 Recopilación y análisis de estudios anteriores La Gerencia de Agua y Saneamiento de la CONAGUA, se dio a la tarea de revisar y analizar estudios de diversas fuentes como: Organismo de Cuenca Aguas del Valle de México, Sistema de Aguas de la Ciudad de México, Sistema de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Ecatepec, Gerencia de Aguas Subterráneas de la CONAGUA, UNAM, IPN, UAM, IMTA y diversas publicaciones Nacionales e Internacionales, así como documentos académicos en la materia, se conforma una metodología que permite estudiar la factibilidad de llevar a cabo la recarga artificial en uno o varios sitios para ser evaluados como alternativas. Los estudios específicos y su fuente 1. Estudios geofísicos de la zona, (SAPASE) 2. Censo de pozos y modelos del acuífero (OCAVM) 3. Estudios de mecánica de suelos (CFE) 4. Estudios previos de la PTAR Texcoco Norte (OCAVM)

6 Metodología para seleccionar los mejores sitios para recarga Hidrología superficial y subterránea Analizar corrientes superficiales Zonas de inundación Topografía Acuíferos y factibilidad del sistema Geología Tipo de roca Estratigrafía (espesores) Discontinuidades Hidrogeología Medio hidrogeológico Parámetros hidráulicos Análisis de la zona no saturada Calidad del agua a infiltrar Aprovechamientos cercanos Identificación de sitios para la infiltración de agua al subsuelo Hidrogeoquímica y Geotecnia Pruebas de permeabilidad Afectación a infraestructura civil Modelo hidrogeoquímico Modelo de flujo Geofísica Propiedades físicas de las rocas Geometría del subsuelo Diseño de pozos

7 Estudios realizados ( ) Descripción de estudios hechos en la CGPEAAPSVM. Actividad Descripción Resultado u objetivo Estudio hidrogeoquímico Muestreo, análisis en laboratorio Ubicación de especies y familias y determinación de las hidrogeoquímicas en la zona de condiciones hidrogeoquímicas de estudio y propuesta de parámetros de la zona estudiada, modelación calidad en agua de recarga. con PHREEQC Modelo geológico, censo, historial hidrométrico Estudios de perforación Ejecución de sondeos TEM, realización de modelo geológico 3D, censo de pozos, historial hidrométrico y piezométrico y pruebas de bombeo. Habilitación de dos pozos de recarga con piezómetros como pozos de monitoreo, muestreo mineralógico y descripción de condiciones iniciales antes de las pruebas de recarga. Modelo geológico, ubicación de pozos y conformación de niveles y cuantificación de aprovechamiento. Parámetros promedio del acuífero de la zona. Descripción de la columna de suelo, habilitación de 2 pozos de recarga y 4 pozos de monitoreo

8 Estudio Hidrogeoquímico (2010) Clasificación del tipo de agua de la zona de acuerdo con muestreos realizados por la Coordinación y la UASLP Mg A D J F I E H G C L N M 60 B 80 3 N 2 L M 1 K 5 A F 10 6 J I D E 7 8 G C 12 Ca Na+K HCO3 Cl 80 B H 9 M N L K C D B 20 J I G E F SO4 A 80 SIMBOLOGIA 1 M SAN RAMON 1 (TEXCOCO) 2 L SAN CRISTOBAL (TEXCOCO) 3 N SAN RAMON 2 (TEXCOCO) 5 A BONITO ECATEPEC, POZO 35 (SAPASE) 6 J POZO GAVM 2 (SAPASE) 7 E POZO 31 LAS FUENTES (SAPASE) 8 G POZO 315 (SAPASE) 9 H POZO 325 (SAPASE) 10 F POZO 314 (SAPASE) 12 C POZO 16 (RAMAL REYES-ECATEPEC) 13 I POZO 33 (RAMAL REYES-ECATEPEC) 14 D POZO 26 (RAMAL REYES-ECATEPEC) 15 B POZO 14 (RAMAL REYES-ECATEPEC) 16 K POZO SOMERO EL CARACOL 60 H K 40 20

9 Estudio Hidrogeoquímico (2010) *La siguiente tabla muestra la composición que se propone debería contener el agua de recarga, a fin de que no se ocasionen condiciones hidrogeoquímicas adversas que precipiten minerales hacia el acuífero y reduzcan tanto la eficiencia de recarga como la vida útil de la infraestructura. Parámetro Valor Temperatura 25 ph 5.5 Unidades mg/l SO Cl 10.0 NO Si 2.0 Na 25.0 K 3.0 Fe 0.16 Mn Ca 5.0 Mg 1.65 Alcalinidad 50.0

10 Estudio geofísico (2011) * Simbología Columna geológica Cortes litológicos A T 62 Sondeo electromagnético Pozo Registro de pozo Corte litológico Valor de resistividad (Ohm-m) 10 A arcilla a arena T toba G grava An Andesita Rv roca volcánica

11 Geología Qué se logró 1. Modelo geológico 3D de la zona de estudio El Caracol 2. Conocer la ubicación y situación de los estratos susceptibles de recibir recarga 3. Generar la base de datos para introducir los datos al modelo 11

12 Censo de pozos, historial hidrométrico y Pruebas de bombeo (2011) Total: 394 pozos en 370 km 2 Pozo X Y Theis Cooper- Rec. de Walton Neuman Profundidad Abatimiento Gasto N.E. (m) N.D (m) Jacob Theis (m) (m) (lps) A

13 Pozos piloto y de monitoreo para pruebas de recarga. Se cuenta con 2 pozos de recarga a 250 y 300 m, así como 4 pozos de monitoreo; 2 a 250m, uno a 270m y uno a 300m. Ubicación de los pozos.

14 Esquema de recarga mediante pozos profundos El diseño de pozos de recarga se modificará en función del resultado de pruebas de campo y terminación de los estudios en proceso. Las condiciones geoeléctricas debajo de los 200 m de profundidad presentan valores atractivos para llevar a cabo la recarga

15 Esquema de recarga mediante pozos profundos, corte estratigráfico.

16 De la perforación y muestras mineralógicas. De lo anterior, se concluye lo siguiente: El pozo de recarga tienen un estrato de aproximadamente 70 m en cual puede llevarse a cabo la recarga La recarga puede hacerse bajo diferentes condiciones de presión y gastos Las condiciones de recarga deberán evaluarse mediante pruebas instantáneas y posteriormente mediante recarga continua, que proporcione la información necesaria para calibrar el modelo de flujo, hidrogeoquímico y para definir el protocolo de recarga Una alternativa es bajo un esquema de extracción-recarga utilizando los mismos pozos existentes, otra es mediante la recarga a mediano y largo plazo con una planta de tratamiento de agua que permita obtener el agua con la calidad y las características necesarias para el éxito del proyecto.

17 Estudios y actividades a realizar 2012 Estudios 2012 Recarga continua y monitoreo del SRA, incluye evaluación de sitios de recarga Limpieza de pozos, equipamiento y realización de los estudios de pruebas de recarga de manera continua a lo largo de un periodo constante. Determinar los parámetros de recarga a mediano y largo plazos con la interacción con el acuífero de forma continua. Con la información de los estudios anteriores se llevaron a cabo actividades hidrogeológicas como actualización del censo de aprovechamientos, piezometría, hidrometría y pruebas de bombeo, así como revisión del modelo geológico para determinar el estrato y profundidad de recarga. La prueba consistió en interconectar los pozos de recarga, haciendo funcionar uno pozo de extracción y otro como pozo de recarga, y viceversa; de manera que pudieran obtenerse los parámetros del acuífero. En las pruebas de recarga se logró introducir un caudal de 14 hasta 17 lps a una profundidad de 150 a 200m, solamente a descarga libre, permitiendo descarga bajo presión constante de columna de 8.4 kg/cm 2 un gasto de hasta 32 lps de manera puntual y de manera continua de 22 lps. Debido a que el proceso de recarga se llevó a cabo de manera de interconexión de pozos, el agua nativa del acuífero, no tuvo modificaciones en su química, lo cual, de acuerdo con los resultados de los análisis químicos, lo que permitió llevar a cabo la recarga sin influencia de disolución o depositación de minerales durante el proceso. La conclusión más importante de este trabajo es que la aplicación del proceso propuesto tuvo éxito.

18 Resultados de pruebas de recarga al acuífero. Se llevaron a cabo 6 pruebas a gravedad (recarga pasiva), 3 en cada pozo de recarga y 6 pruebas de recarga a presión (recarga activa) a distintas presiones para identificar el máximo de recarga y las condiciones óptimas de recarga por cada sitio. El monitoreo se lleva a cabo en los pozos de monitoreo (piezómetros) mediante sonda eléctrica y diver de monitoreo.

19 El Caracol Resultados de pruebas de recarga al acuífero. Realización, monitoreo y registro de las pruebas de recarga

20 Resultados de pruebas de recarga al acuífero. Tipo de prueba Gasto infiltrado (m3)/d Tasa de recarga (lps) Pasiva Pasiva Activa Activa

21 Zonas potenciales para llevar a cabo la recarga al acuífero. Se identifican cuatro áreas para realizar acciones de infiltración o inyección de agua superficial o residual Cerro Chiconautla Zona agrícola Los Héroes Tecámac El Caracol Sierra de Guadalupe Infiltración o inyección 2 Infiltración 1 Condiciones y características * Espesor de la zona drenada * Litología * Valores de conductividad hidráulica alta * Zona Federal (1, 3 y 4) * Zona destinada a desarrollo habitacional y donde se presentan los mayores abatimientos(2) * Zona agrícola (2 y 3) Infiltración 4 Inyección 3 Imágenes tomadas de Google Earth

22 Estudios y actividades a realizar 1.De los estudios pendientes. * Es necesario realizar las pruebas de recarga a fin de determinar los parámetros del acuífero para el diseño del sistema general y poder realizar el modelo de flujo. * Es necesario llevar a cabo el muestreo hidrogeoquímico y de calidad del agua, para poder implementar el diseño final de los pozos de recarga y los pozos de monitoreo. 2.El modelo de flujo permite determinar con una aproximación muy cercana a la realidad, las condiciones que se requieren para el buen funcionamiento del Sistema de recarga, como son: la geometría de los pozos, la dirección del flujo, cantidad de agua, tiempos de retención, etc. 3.Para revisar la factibilidad del sistema a mediano plazo, es muy recomendable realizar las pruebas de recarga de manera continua, de tal manera que se pueda monitorear el comportamiento del acuífero ante la recarga continua con agua de calidad potable, (NOM-127- SSA ) o mediante una planta (NOM-014- CONAGUA-2003) que pueda abastecer el pozo piloto de manera continua a lo largo de un periodo fijo (de 3 a 6 meses).

23 Implementación del Sistema de Recarga Artificial. Modelo de flujo Elaboración de modelo de flujo y transporte y determinación de datos para calibración y elaboración del proyecto Ejecutivo de recarga. Ampliación de la zona de estudio para análisis de alternativas de recarga adicionales. Contar con los datos finales para construcción-operación-mantenimiento de un SRA PTAR avanzada y construcción de pozos fase 1 SRA (5-10 pozos) Diseño, construcción y propuesta de operación de PTAR con tratamiento avanzado para recarga al acuífero. Elaboración de un proyecto ejecutivo para construcción de la fase 1 de SRA (5-10 pozos y PTAR Avanzada) Recarga continua y monitoreo del SRA, protocolo NOM-014 Operación continua de pozos de recarga con monitoreo y elaboración de protocolo de acuerdo con la NOM-014-conagua Continuación de la operación de los pozos piloto con monitoreo del sistema y elaboración del protocolo para autorización del SRA en las etapas que se definan.

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