Agua subterránea Cajamarca

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
“CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRANEA:
MANANTIALES – POZOS”
CAJAMARCA
ENERO -2015

“ EL AGUA ES EL
CONDUCTOR DE LA
VIDA ”

“ DONDE EL AGUA VA,
LAS ENFERMEDADES
SIGUEN SUS PASOS ”

DISPONIBILIDAD DE AGUA
Nuestro planeta contiene un estimado de 1,450 millones
de kilómetros cúbicos de agua. Sin embargo, cerca del 95
% de este prodigioso abastecimiento lo constituye el agua
salada de los mares y océanos que cubren las dos
terceras partes de la superficie terrestre. Del 5% restante,
que corresponde a agua dulce, el 1% se halla congelado
en los casquetes polares o en los vastos glaciares. El
remanente de ese recurso, que alcanza aproximadamente
a 14.45 millones de kilómetros cúbicos y que teóricamente
se encuentra disponible para uso humano, se distribuye
más o menos en la siguiente forma:
Agua subterránea 98.55%
Lagos 1.0
Suelo (entre partículas) 0.2
Ríos y arroyos 0.1
Vapor atmosférico 0.1
Biológicamente ( en plantas y tejido animal) 0.05

COMPATIBILIZACIÓN OFERTA-DEMANDA
Todo proyecto de abastecimiento de agua potable, para
lograr su sostenibilidad debe equilibrar o campatibilizar
sus principales componentes, es decir compatibilizar la
oferta y la demanda.
OFERTA : (ciclo hidrológico)
- La precipitación.
- El agua superficial: Lagos y lagunas, ríos, arroyos,
embalses y cuencas.
- El agua subterránea: Manantiales (de ladera,
ascendentes ), pozos.

FUENTES DE AGUA
Las principales fuentes de abastecimiento de agua son
el agua de superficie y el agua subterráneas. En el
pasado, las fuentes de superficie incluían sólo el agua
dulce natural, como lagos, ríos y arroyos, pero con la
expansión demográfica y el uso aumentado de agua
por persona en relación con estándares de vida más
altos, se deben tener también en cuenta la
desalinización y el aprovechamiento de aguas
residuales.
TIPOS
De acuerdo a la forma de abastecimiento se consideran
tres tipos de fuente: aguas de lluvia, aguas
superficiales y aguas subterráneas.

Continuación……
AGUA DE LLUVIA
Es el agua meteórica que se tiene debido a la precipitación. Para su
aprovechamiento, se utilizan los techos de las casas o algunas
superficies impermeables para captar agua y conducirla a sistemas
cuya capacidad depende del gasto requerido y del régimen pluvial.
AGUAS SUPERFICIALES
Constituidas por arroyos, ríos, lagos, etc., que discurren naturalmente
e aguaen la superficie terrestre. Estas fuentes no son tan deseables,
especialmente si existen zonas habitadas o de pastoreo animal aguas
arriba, Sin embargo a veces no existe otra fuente alternativa en la
comunidad, siendo necesaria su utilización, para ello se debe contar
con la información detallada y completa, que permita visualizar su
estado sanitario, caudales disponibles y calidad d.
AGUAS SUBTERRANEAS
Constituyen parte del ciclo hidrológico y son las que se infiltran en el
terreno, y que por percolación se mantienen en movimiento a través de
estratos geológicos capaces de contenerlas y permiten su circulación,
su explotación dependerá de las características hidrológicas y
formación geológica del acuífero.

SELECCIÓN DE FUENTES
En la selección de la fuente de abastecimiento, los
factores a tomar en cuenta son: Cantidad, calidad,
seguridad, costo, legalidad y otros. Estos criterios no se
citan en ningún orden especial porque, en gran parte,
son interdependientes. No obstante, el costo es quizá el
más importante, porque se podría usar casi cualquier
fuente, si los usuarios estuvieran dispuestos a pagar un
precio lo bastante alto. En algunas zonas, conforme la
demanda creciente excede de la capacidad de las fuentes
existentes, el costo cada vez mayor de cada nuevo
suministro, enfoca la atención hacia el aprovechamiento
de las aguas de desecho y la desalinización
El aprovechamiento de las aguas subterráneas se realiza
a través de manantiales, galerías filtrantes y pozos
(excavados o tubulares).

MANANTIALES
Se puede definir un manantial como un lugar donde se
produce un afloramiento natural de agua subterránea. El
agua del manantial fluye por lo general a través de una
formación de estratos gravo-arenosos (acuífero) o roca
fisurada. En los lugares donde existen estratos
impermeables, estos bloquean el flujo subterráneo del
agua y permiten que aflore a la superficie.
El agua de manantial es casi pura y, por lo general se la
puede usar sin tratamiento, a condición de que el
manantial este adecuadamente protegido, con una
estructura que impida la contaminación del agua. Se
debe asegurar que el agua provenga realmente de un
acuífero y que no se trate de un arroyo que se ha
sumergido a corta distancia.

CAPTACIÓN
Estructura que inicia todo sistema de
abastecimiento de agua potable. Para una
comunidad rural, es general que dicha
captación sea de un manantial.
El caudal de diseño para esta estructura, es el
caudal máximo diario, para lo cual se debe
verificar que la oferta otorgada por dicha
fuente, en estiaje, sea mayor a la demanda de la
comunidad a servir.

CAMARA DE CAPTACION
Elegida la fuente de agua e identificada como el primer
punto del sistema de agua potable, en el lugar del
afloramiento se construye una estructura de captación que
permitirá recolectar el agua, para que luego pueda ser
conducida mediante las tuberías de conducción hacia el
reservorio de almacenamiento.
El diseño hidráulico y dimensionamiento de la captación
dependerá de la topografía de la zona, de la textura del
suelo y de la clase de manantial; buscando no alterar la
calidad y la temperatura del agua, ni modificar la corriente
y el caudal natural del manantial, ya que cualquier
obstrucción puede tener consecuencias fatales: el agua
crea otro cauce y el manantial desaparece.
Es importante que se incorporen características de diseño
que permitan desarrollar una estructura de captación que
considere un control adecuado de aguas, oportunidad de
sedimentación, estabilidad estructural, prevención y
operación.

CAPTACION
MANANTIAL DE LADERA
Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera
y concentrado, la captación constará de tres partes:
la primera, corresponde a la protección del
afloramiento; la segunda: a una cámara húmeda que
sirve para regular el gasto a utilizare; y la tercera, a
una cámara seca que sirve para proteger la válvula
de control. El comportamiento de protección de la
fuente consta de una losa de concreto que cubre
toda la extensión o área adyacente al afloramiento de
modo que no exista contacto con el ambiente
exterior, quedando así sellado para evitar la
contaminación.

CAPTACION
MANANTIAL DE FONDO
Si se considera como fuente de agua un manantial
de fondo y concentrado, la estructura de captación
podrá reducirse a una cámara sin fondo que rodee el
punto donde el agua brota. Consta de dos partes: la
primera, la cámara húmeda que sirve para almacenar
el agua y regular el gasto a utilizare, y la segunda,
una cámara seca que sirve para proteger las válvulas
de control de salida y desagüe. La cámara húmeda
estará provista de una canastilla de salida y tuberías
de rebose y limpia.

Captación:
• Niveles – C. Rebose
• Tapa inspección
• Relleno C° pobre

SALIDA
REBOSE Y LIM PIEZA
6
7
1
4 2
3
2
5

Dado móvil:
En Captación, Reservorios, CRP, Válvulas de Purga

AGUAS SUBTERRÁNEAS
Antiguamente se creía que las aguas subterráneas procedían
del mar y habían perdido su salinidad al filtrarse entre las rocas.
Hoy se sabe que es agua procedente de la lluvia. Las aguas
subterráneas forman grandes depósitos que en muchos lugares
constituyen la única fuente de agua potable disponible. A veces,
cuando circulan bajo tierra, forman grandes sistemas de cuevas
y galerías. En algunos lugares regresan a la superficie, brotando
de la tierra en forma de fuentes o manantiales. Otras, hay que ir
a recogerlas a distintas profundidades excavando pozos.
El agua subterránea es mas que una simple solución del
problema de abastecimiento de agua , es un elemento vital en el
balance del ciclo hidrológico y como tal debe tratarse con
cuidado para no alterarlo o dañarlo de manera radical.
Su importancia es tal que ocupa el segundo lugar en la
distribución de volúmenes de agua sobre la tierra con un 2%,
mientras que el primer lugar es para los océanos y mares con
un 94%.

1. EL AGUA SUBTERRANEA
COMO RECURSO NATURAL
El agua subterránea es el recurso natural que
tradicionalmente a interesado al hombre con el fin de
explotarlo para el abastecimiento de agua a una
comunidad, cuando por las características físicas de la
región no se dispone de aguas superficiales de utilización
factible.
Las aguas subterráneas para utilizarlas en el
abastecimiento de una comunidad se cumplen en tres
etapas
 Exploración
 Evaluación
 Explotación

CONTAMINACION DE AGUAS SUBTERRANEAS
CONTAMINACIÓN POR LA AGRICULTURA.- El uso del nitrato en
las plantaciones de café, pues análisis hechos mensualmente
durante dos años, demuestran que el uso directo del
nitrógeno facilita su filtración por las capas de la tierra y
contamina las aguas subterráneas.
CONTAMINACIÓN POR INDUSTRIAS.- En superficies aledañas a
fábricas de insecticidas, se reporta que las aguas
subterráneas tienen un alto contenido de cromo en formas
químicas muy solubles, por lo que el elemento se esta
dispersando en el entorno. Principalmente se infiltra y
contamina aguas subterráneas.
CONTAMINACIÓN POR URBANISMO.- Esto se produce
principalmente al urbanizar áreas destinadas a la agricultura.
CONTAMINACIÓN POR MINERÍA.- Los productos residuales
sólidos y líquidos derivados de la actividad minera, afectan
las aguas subterráneas

VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS
El agua a tenido filtración natural por lo que el agua no
requiere un tratamiento de turbiedad ni de
microorganismos (vierte agua cristalina y limpia)
La línea de conducción es relativamente corta, pues la
captación normalmente esta cerca a la población a la
cual se la abastecerá de agua.
DESVENTAJAS
El agua como disolvente extraordinario va disolviendo
las rocas del suelo y el agua se va contaminando con
diversos minerales y sales.
Su extracción requiere de equipo mecánico y utilización
de energía

2. EXPLORACION
Esta etapa consiste en la localización del depósito de agua
mediante diversos métodos.
Al depósito de agua se le suele llamar acuífero y se lo
define como una formación geológica capaz de
proporcionar agua en cantidad y calidad suficiente para las
necesidades del hombre a un costo razonable. La diferencia
entre la cantidad de precipitación y la cantidad de agua
arrastrada por los ríos, se filtra bajo el suelo y forma los
acuíferos. La filtración depende de las características
físicas de las rocas. La porosidad no es sinónimo de
permeabilidad, pues determinadas rocas como las
arcillosas, aunque tienen una gran porosidad, son
prácticamente impermeables ya que no disponen de
conductos que se comuniquen.
Los métodos de exploración pueden ser geológicos o
geofísicos, y cada uno de ellos puede ser superficial o
profundo

MÉTODOS GEOLÓGICOS
Se recurre a métodos tales como la interpretación de mapas,
fotogrametría y fotointerpretación, y perforaciones en el campo
FOTOGRAFÍA
AÉREA

MÉTODOS GEOFÍSICOS
Consiste en la utilización de métodos tales como refracción sísmica,
resistividad eléctrica y perfiles eléctricos
GRÁFICOS DE
RESISTIVIDAD
ELÉCTRICA
(ohm-m).

RESULTADO BIDIMENSIONAL
DE LA PROSPECCIÓN ELÉCTRICA

3. EVALUACION
El objetivo de esta segunda etapa es la evaluación del
caudal máximo de producción del acuífero, mediante la
medición en el terreno de los parámetros
hidrogeológicos y de producción del acuífero durante el
bombeo de agua en un pozo.
Se busca mantener un balance favorable entre los
beneficios que traen el bombeo del agua y los cambios
indeseados que puede traer su extracción.
El cambio más inmediato resultante del bombeo es el
descenso del nivel piezometrito del acuífero. Teniendo
en cuenta el concepto anterior, se puede hacer las
siguientes definiciones:
Producción del acuífero: El caudal máximo obtenido sin
que haya una disminución perjudicial de la altura
hidráulica que impida el flujo de agua en cantidad
suficiente hacia el pozo
Producción del pozo: Es el caudal máximo obtenido de
manera que evite un descenso en el nivel del agua por
debajo de la tubería de succión

Continuación…….
De acuerdo con el grado de confinamiento de la
formación geológica saturada, los acuíferos se pueden
clasificar como:
 ACUÍFERO CONFINADO, el agua se encuentra a
presión, de modo que si extraemos agua de el,
ningún poro se vacía, solo disminuye la presión del
agua y en menor medida la de la matriz sólida. Al
disminuir la presión del agua, que colaboraba con la
matriz sólida en la sustentación de todos los
materiales suprayacentes, pueden llegar a
producirse asentamientos y subsidencia del
terreno. La superficie virtual formada por los puntos
que alcanzaría el agua si se hicieran infinitas
perforaciones en el acuífero, se denomina
superficie piezométrica, y en un punto concreto, en
un pozo, se habla de nivel piezométrico, (en griego:
piezo= presión)

ACUÍFERO LIBRE
El agua se encuentra rellenando los poros o
fisuras por gravedad, igual que el agua de una
piscina llena el recipiente que la contiene. La
superficie hasta donde llega el agua se denomina
superficie freática, cuando esta superficie es
cortada por un pozo se habla del nivel freático en
ese punto. En los acuíferos libres se habla
también de espesor saturado, que será menor o
igual que el espesor del estrato o formación
geológica correspondiente

COMPORTAMIENTO HIDROGEOLOGICO DE LOS
ACUIFEROS (Hidráulica de las aguas subterráneas)
A. POROSIDAD
Porosidad Total.
mt = Volumen de huecos/Volumen total
Puede expresarse en porcentaje (%) o en tanto por uno
(en cualquier caso es adimensional). Es decir que 12% es
equivalente a 0.12, pero dejando claro como se esta
expresando, porque también puede existir una porosidad
del 0.12%
Porosidad Eficaz.
me= Volumen de agua drenada por gravedad / Volumen total
Se expresa igual que la porosidad total
El parámetro que relaciona a la porosidad total y eficaz es
la Retención específica, que esta definida de la siguiente
manera:
Re = mt - me

B. PERMEABILIDAD. (Conductividad Hidráulica) "K"
Se define como la facilidad que un cuerpo ofrece a ser
atravesado por un fluido, en este caso el agua .
En hidrogeología, la permeabilidad es un concepto mas
preciso. Es la constante de proporcionalidad lineal entre
el caudal y el gradiente hidráulico.
Caudal por unidad de sección = K x Gradiente hidráulico.
Debemos de entender que el gradiente obliga al agua a
circular a través del medio poroso, y, lógicamente, a
mayor gradiente, circulara mayor caudal.
La unidad de "K" es el de la velocidad (L/T). En el
sistema internacional serian m/s, pero para manejar
números mas cómodos, por tradición se continua
utilizando metros/día. En geotecnia y otras ramas de la
ingeniería se utiliza el cm./seg.

C. TRANSMISIVIDAD
Si observamos el dibujo intuimos que los dos estratos
acuíferos deben proporcionar el mismo caudal: uno
tiene la mitad de permeabilidad, pero el doble de
espesor que el otro.
Por tanto el parámetro que nos indique la facilidad del
agua de circular horizontalmente por una formación
geológica será una combinación de la permeabilidad y
el espesor.
Transmisividad = Permeabilidad x Espesor
Como las unidades de la permeabilidad son (L/T) y las
del espesor L, las unidades de la transmisividad serán
L2/T.

D. COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO
Hemos visto que el volumen de agua que proporciona un
acuífero libre se puede calcular mediante la porosidad
eficaz. Pero este parámetro no nos sirve en el caso de los
acuíferos confinados: cuando proporcionan agua, todos
sus poros continúan saturados, solo disminuye la presión,
de modo que el dato de la porosidad eficaz no indica nada.
Necesitamos un parámetro que indique el agua liberada al
disminuir la presión en el acuífero.
El coeficiente de almacenamiento (S), es el volumen de
agua liberada en una columna de base, una unidad
cuadrada, y de altura todo el espesor del acuífero cuando
el nivel piezométrico desciende una unidad.
S = VL/Vts
Donde:
VL = Volumen de agua liberado
Vts = Volumen total que ha bajado la superficie piezométrica
Vts
VL
S 
Vts
VL
S 
Vts
VL
S 

Figura a.- se representa el
concepto de una columna
de 1 m2 de acuífero, la
superficie piezometrica a
descendido 1 metro al
extraer un volumen S. Es
evidente que el concepto
de porosidad eficaz encaja
perfectamente en el
concepto de coeficiente de
almacenamiento.
COEFICIENTE DE
ALMACENAMIENTO

Figura b.- si conside-
ramos 1 m2 de acuífe-
ro libre y hacemos
descender 1 metro de
superficie freática el
volumen de agua que
habremos extraído,
será la porosidad
eficaz .
COEFICIENTE DE
ALMACENAMIENTO

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO
A pesar que son conceptos equivalentes,
reparemos en que el acuífero libre nos proporciona
el volumen me por vaciado del 1 m3 superior (el
volumen que aparece en el dibujo entre las dos
posiciones de la superficie freática), mientras que
en el acuífero cautivo, cuando el nivel desciende 1
metro, es toda la columna de acuífero que aporta el
volumen de agua S.
El coeficiente de almacenamiento es, como la
porosidad eficaz, adimensional (volumen/volumen),
y los valores típicos serian estos:
 Acuíferos libres: 0.3 a 0.01
 Acuíferos confinados: 0.00001 a 0.000001

PRUEBAS DE EQUILIBRIO
Con el fin de determinar los parámetros de
producción del acuífero se realizan pruebas
de equilibrio que consiste en perforar un
pozo central y dos pozos de observación de
menor diámetro. Se inicia luego el bombeo
del agua para extraer el caudal necesario,
según los requerimientos del diseño hasta
que los niveles en los pozos se mantengan
constantes. Bajo estas condiciones se
puede calcular los parámetros necesarios
según el tipo de acuífero que se tenga.

ACUÍFERO NO CONFINADO EN EQUILIBRIO

ACUÍFERO CONFINADO EN EQUILIBRIO

4. EXPLOTACION
En esta última etapa del desarrollo de los recursos de
agua subterránea, se consideran las estrategias
óptimas de desarrollo, la interacción entre la
explotación del agua subterránea y el balance general
de agua en la cuenca. Al explorar un acuífero para el
abastecimiento de agua a una comunidad, se perfora
por lo general más de un pozo. La superposición de
las áreas de influencia de cada uno de ellos trae
consigo la reducción de la producción total del
sistema de pozos. El porcentaje de interferencia se
puede estimar a partir de la siguiente tabla, en función
de la distancia de cada uno de los pozos.

ESQUEMA DE LA ESTRUCTURA DE UN
POZO DE BOMBEO

Agua subterránea Cajamarca

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Agua subterránea Cajamarca

Similar a Agua subterránea Cajamarca (20)

Último

Último (20)

Agua subterránea Cajamarca