INTRUSION MARINA – FACTOR DETERMINANTE EN LA

INTRUSION MARINA – FACTOR DETERMINANTE EN LA GESTION DE LOS
ACUÍFEROS COSTEROS
1. Introducción
2. La extensión de la intrusión marina como una variable decisión
3. Medidas alternativas para el control
3.1. Barrera de depresión
3.2. Barrera de recarga costera
3.3. Barrera subterránea impermeable
4. Colectores costeros como interceptores del flujo hacia el mar
4.1. Concepto
4.2. Eficacia de la intercepción
4.3. Consideraciones sobre el ascenso de la interfase
4.3.1.
Interfase neta
4.3.2.
Efectos de dispersión y salinidad del agua bombeada
4.3.3.
Relaciones entre el ascenso de la interfacies y la salinidad del
agua bombeada
5. Utilización de colectores costeros para interceptar flujos
residuales y para explotar las reservas
6. Identificación de la intrusión marina
7. Referencias
TIAC'88. T e c n o l o g í a d e l a I n t r u s i ó n e n A c u í f e r o s C o s t e r o s
Almuñécar (Granada, España). 1988
INTRUSION MARINA - FACTOR DETERMINANTE EN LA
GESTION DE LOS ACUIFEROS COSTEROS
Abraham Mercado
J e f e de l a D i v i s i ó n de Recursos de Agua e I n g e n i e r í a A m b i e n t a l
TAHAL-Water P l a n n i n g f o r I s r a e l
T r a d u c c i ó n : S. Somoza D í a z - S a r m i e n t o y R. Fernández-Rubio
1. INTRODUCCION
L a i n t r u s i ó n m a r i n a , en a c u í f e r o s muy e x p l o t a d o s ,
es un fenómeno común e n
l a s áreas c o s t e r a s . La i n t r u s i ó n i n c o n t r o l a d a de agua s a l a d a puede dañar, en
algunos casos i r r e v e r s i b l e m e n t e ,
nnhi A,.
a
le-
contaminación,
l a e x p l o t a c i ó n d e agua en e s t a s á r e a s .
h<A---,.Alm--,-
A-he..
~ t i u i u y c u i ~ y
UC
~V ~
CII
<A--+:C<--IUCIILII I L ~ I
este
cuando t o d a v í a se e n c u e n t r a en sus p r i m e r a s
tipo
etapas,
de
para
p r o p o n e r l a s adecuadas medidas c o r r e c t o r a s .
El p r o p ó s i t o de e s t a c o m u n i c a c i ó n es e x p o n e r a l g u n o s de l o s p r i n c i p i o s
básicos, r e l a c i o n a d o s con l a i n t r u s i ó n marina y su c o n t r o l ,
i n t e r f a s e d i n á m i c a en base a l quimismo,
utilizadas
para
su
control.
Se
da
identificar l a
y presentar algunas herramientas
especial
énfasis
a
la
experiencia
i s r a e l i t a e n e l d i s e ñ o y o p e r a c i ó n de c o l e c t o r e s c o s t e r o s .
2. LA EXTENSION DE LA INTRUSION MARINA COMO UNA VARIABLE DECISION
La f o r m a de l a i n t e r f a s e ,
que s e p a r a e l agua d u l c e d e l agua s a l a d a , e n l o s
315
acuíferos costeros, e s t á impuesta por l a distribución de los potenciales del
agua dulce sobre l a i n t e r f a s e . De acuerdo con l a aproximación de GHYBEN
(1988)-HERZBERG (1901), l a relación e n t r e el potencial del agua dulce $ y l a
profundidad de l a i n t e r f a s e ? e s t á dada p o r l a expresión ( f i g u r a 1 ) :
donde y
y l f son l a s densidades del agua salada y del agua dulce
respectivamente. Valores normales de e s t a relación ($
, para aguas
mediterráneas y oceánicas son, respectivamente, 0.0285 y 0,025.
/v
R
X
7 / / / / / l / / / / / / / / / / / / / ' i //// / l / / / / / / / / / / / / l / / / / /l// // /
. f/,
t
4
L
o
Figura 1 . Nomenclatura de l a i n t e r f a s e en condiciones de régimen permanente.
La i n t e r f a s e t i e n e forma de parábola ( f i g u r a 11, aproximada por:
?*/X
=
b 2 /L
(2)
o bien:
donde
7
es l a profundidad (bajo e l nivel del mar) de l a i n t e r f a s e a l a
d i s t a n c i a X de l a costa, b es e l espesor del acuífero confinado y L l a
d i s t a n c i a , t i e r r a adentro, de l a base de l a i n t e r f a s e , desde l a costa.
De acuerdo con l a s relaciones anteriormente expuestas, para mantener una
penetración dada de l a intrusión marina, e s necesario un f l u j o QL, expresado
316
en función de l a distancia L entre l a base de l a superficie de scparaclh y
l a costa:
QL =
Y
-
Yf
'
(4)
Kb2/2L
donde K es l a conductividad hidraulica del acuifero,
La relación anterior es válida para el capo de un acuifero confinado en
contacto con el mar. La descarga al mar necesaria se reduce ligeramente para
e1 caso de aculfero libre, con coeficiente de recarga uniforme, R, sobre l a
u p r r f icie invadida:
QL =
-
y
Yf
Kb2/2L
- RL/2
(5)
E l hecha de que QL y L sean inversamente proporcionales, significa que l a
@&tensiónde l a intrusión marina L es una variable decisión, en l a gestión
& los aculferos costeros, en los que el flujo salierrte QL se mantiene, a
través del control del bombeo, efectuado tierra adentro, y/o de l a recarga
artificial.
Un ejemplo típico de incremento del caudal disponible, en acuíferos
costeros, consiste en permitir una cierta intrusión marina y en reducir l a
pérdida de agua dulce hacia el mar.
El incremento resultante del caudal de garantla AQ, consecuencia de l a
decisión de trasladar l a base de l a interfase desde una distancia L1 a otra
L2 (figura 2 ) puede ser predicho a partir de las ecuaciones anteriores. Para
el caso de un acuifero confinado contiguo al mar (ecuación 4):
La decisión aquí es principalmente econhica, ya que es necesario comparar
la ganancia en el caudal de garantla con las consecuencias de l a posible
salinización de las captaciones existentes, en el área afectada por l a
317
p o s t e r i o r invasión d e l a i n t e r f a s e móvil
Figura 2 . Movimiento de l a i n t e r f a s e , como consecuencia del bombeo t i e r r a
adentro.
En el caso d e acuífero costero l i b r e , con c o e f i c i e n t e de recarga uniforme R ,
l a s decisiones son posiblemente más complicadas, debido al hecho de que casi
l a mitad de l a recarga natural, sobre l a s u p e r f i c i e invadida, podría
perderse en e l mar (ecuación 5 ) :
AQ
=
I s - yf
Kb2 ( 1 / 2 L 2
-
1/2L1)
-
R (L2
- L1)/2
(7)
lf
Estas ecuaciones permiten establecer l a explotación permisible del acuifero.
Considerando, para mayor claridad, e l caso s e n c i l l o de f l u j o permanente
unidimensional hacia el mar, en una f r a n j a costera de anchura B y longitud
1 , con recarga uniforme, R, l a máxima explotación permisible e s t á dada
simplemente por:
donde QL s e calcula mediante l a s ecuaciones a n t e r i o r e s .
Además de l a ganancia A Q , en el caudal de g a r a n t í a , desplazando l a base de
l a i n t e r f a s e desde una posición L1 a o t r a L 2 ( f i g u r a 21, r e s u l t a también una
descarga de l a s reservas
aproximado por:
de agua dulce equivalente a un volumen
318
Vs,
Vs = 1/3*
bn (L,
-
L1)
(9)
donde V s representa el volumen de descarga de reservas, por unidad de
extensión del acuífero, y n l a porosidad del acuífero.
En el periodo t r a n s i t o r i o , cuando l a base de l a i n t e r f a s e se t r a s l a d a d e u n a
posición de e q u i l i b r i o a o t r a , el f l u j o hacia e l mar Qs varia e n t r e l o s
valores QL, y QL1:
Hay que hacer notar que Q s ( t = O ) = Q L 1 y que Q S (t- a)) = QL2. Esto hace posible que el volumen de descarga de reserva V s pueda expresarse, también,
mediante l a integración de Q s ( t con
) respecto al tiempo:
Debe recalcarse que todo e s t e volumen s e pierde al mar, a no s e r que l a
dirección de Qs s e i n v i e r t a (Q,
O ) , dentro del periodo t r a n s i t o r i o
requerido para l a explotación del volumen de reservas, caso que s e r á
descrito más adelante.
La explotación propiamente dicha, del volumen de reservas requiere l a
utiiización de modelos. Las soiuciones a n a l í t i c a s que describen e l
movimiento de l a i n t e r f a s e , causado por u n brusco cambio del f l u j o hacia e l
mar, en acuíferos confinados, fueron derivadas por BEAR y DAGAN (1964). Las
soluciones numéricas fueron presentadas por DAGAN y SHAMIR (1970) para e l
caso de un acuífero monocapa, y por KAPULER y BEAR (1981) para acuíferos
costeros multicapa
Los modelos que se mencionan, en e l párrafo a n t e r i o r , suponen una gran ayuda
en l a determinación del comportamiento dinámico de l a i n t e r f a s e , al variar
l a s condiciones de contorno, y hacen posible, l a planificación hidrológica,
para conseguir l a explotación Óptima del volumen de reservas. Los estudios
realizados por MERCADO (1971) y MERCADO e t a l . (1971) son ejemplos t í p i c o s
de utilización de estos modelos. Este tema se d i s c u t i r á más adelante, en l a
introducción al concepto de colector costero.
319
La
localización
Óptima
de
la
interfase
final,
basada
tanto
en
las
c o n s i d e r a c i o n e s h i d r o l ó g i c a s como económicas, f u e i n v e s t i g a d a p o r PASTERNAK
(1968) y p o s t e r i o r m e n t e p o r SHECHTER (1969). Su aproximación e s t á basada en
l o c a l i z a r l a d i s t a n c i a Xm a l a que se encuentra l a base de l a i n t e r f a s e ,
p a r a l a c u a l se o b t i e n e n l o s máximos b e n e f i c i o s anuales B ( X ) :
B(X, X ) = V-p.Qs + (R(X-Xo)
O
-
C (X-Xo))
en donde, según PASTERNAK y SHECHTER:
3
P
es e l v a l o r n e t o r e a l de 1 m
de agua,
R(d)
son l o s b e n e f i c i o s anuales a l desplazar l a i n t e r f a s e d metros;
estos beneficios incluyen:
( a ) v a l o r d e l volumen de r e s e r v a s e x p l o t a b l e , y
( b ) v a l o r de l a ganancia de l a r e c a r g a e x p l o t a b l e , en régimen
permanente,
C(d)
son l o s c o s t o s anuales e q u i v a l e n t e s , asociados con e l t r a s l a d o
de
la
interfase
d
metros
desde
su
posición
inicial
Xo,
Iii¿;uyefidü:
( a ) t r a n s f e r e n c i a de agua a s e c t o r e s cuyas captaciones han
quedado s a l i n i z a d a s a l t r a s l a d a r l a i n t e r f a s e , y / o
( b ) c o n s t r u c c i ó n de nuevas captaciones p a r a reemplazar a l a s
contaminadas,
QS
es e l f l u j o r e s i d u a l c e r c a de l a costa,
d e f i n i d o mediante l a s
ecuaciones
Debe
anteriormente
expuestas.
destacarse
1a
dependencia de Qs r e s p e c t o a l a d i s t a n c i a e x i s t e n t e e n t r e l a
base de l a i n t e r f a s e y l a costa, y
V
e l v a l o r d e l agua anual que e n t r a e n e l a c u í f e r o , de c u a l q u i e r
origen.
La c o n d i c i ó n necesaria,
a p a r t i r de l a ecuación a n t e r i o r ,
máximo b e n e f i c i o n e t o
(B),
a una d i s t a n c i a
i n t e r f a s e , es:
320
Xm
para obtener e l
Óptima d e l
pié
de
la
dB/dX (X = Xm) = O
Xm puede ser o b t e n i d a p a r a l a c o n d i c i ó n
anterior,
t a n t o numérica como
analíticamente, dependiendo de l a e s t r u c t u r a de l a s f u n c i o n e s de b e n e f i c i o y
de costo.
3. MEDIDAS ALTERNATIVAS PARA EL CONTROL
TODD (1960) s u g i r i ó c i n c o métodos para c o n t r o l a r y p r e v e n i r l a e x c e s i v a
i n t r u s i ó n de agua salada:
1. c o n t r o l a r
las
extracciones
espacial,
con
el
fin
de
en
el
cumplir
interior,
los
su
o
requisitos
distribución
cuantitativos,
d e f i n i d o s por algunas de l a s ecuaciones a n t e r i o r e s ,
2. r e a l i z a r l a r e c a r g a a r t i f i c i a l ,
s o b r e e x p l o t a c i ó n en e l i n t e r i o r ,
para
compensar
la
posible
3. d e s a r r o l l a r una b a r r e r a de depresión ( f i g u r a 3 ) adyacente a l a c o s t a ,
mediante una l í n e a de pozos de bombeo, s i t u a d a paralelamente a l a
l í n e a de costa,
4. dr:arru!lur
un: barrer: de r e c u r g a c e s t e r a ( f i g l l r u e ! , p o r medio de
una l í n e a de pozos s u p e r f i c i a l e s , p a r a l e l a a l a c o s t a , creando una
c r e s t a de p r e s i ó n , que f r e n e e l avance d e l agua d e l mar, y
5. r e a l i z a r una b a r r e r a subterránea a r t i f i c i a l ,
de impermeabilización,
para separar e l agua d u l c e d e l agua salada.
De estas
cinco
posiblemente
adecuadas.
medidas
l a segunda,
alternativas,
se
parece
han mostrado
que
sólo
tecnológica
y
la
primera,
y
económicamente
La segunda medida es c a s i i d é n t i c a a l a primera,
excepto p o r
c i e r t o s aspectos l e g i s l a t i v o s e i n s t i t u c i o n a l e s , que no se d i s c u t e n a q u i . La
e x p e r i e n c i a i s r a e l i t a , con c o l e c t o r e s c o s t e r o s , es un caso e s p e c i a l de l a
primera a l t e r n a t i v a , que se d i s c u t i r á más adelante, en e s t a comunicación.
Parece s e r que merece l a pena,
s i n embargo,
321
u t i l i z a r e s t a ocasión p a r a
p r e s e n t a r algunos de l o s pros y c o n t r a s de l a s r e s t a n t e s a l t e r n a t i v a s .
Pozo de bombeo
Superficie del terreno
A
Oceano
Línea de mínimos
de agua salado
F i g u r a 3. C o n t r o l de l a i n t r u s i ó n marina, mediante una b a r r e r a de depresión,
p a r a l e l a a l a costa.
3.1. Barrera de depresion
C o n s i s t e en c r e a r una l i n e a de descensos,
en l o s n i v e l e s p i e z o m é t r i c o s ,
bombeando en una s e r i e de captaciones adyacentes y p a r a l e l a s a l a l í n e a de
costa,
que penetren completamente en e l a c u í f e r o ,
i n c l u i d a l a p o r c i ó n de
agua que se encuentra p o r debajo de l a i n t e r f a s e . E s t a d e p r e s i ó n l i m i t a l a
i n t r u s i ó n marina h a c i a e l i n t e r i o r ( f i g u r a 3 ) .
De
acuerdo
con
TODD
(19601,
así
como
con
otros
hidrogeólogos,
esta
i n s t a l a c i ó n es económicamente inadecuada, debido a l c o s t e de i n s t a l a c i ó n y
operación, a l a p é r d i d a de agua subterránea dulce, que se produce a l mezclar
aguas d u l c e s y saladas y bombear l a mezcla a l mar, y a que e s t a o p e r a c i ó n
puede r e d u c i r l a capacidad de almacenamiento de agua subterránea.
Tal b a r r e r a s ó l o se j u s t i f i c a como una s o l u c i ó n t r a n s i t o r i a , p a r a r e d u c i r l a
s a l i n i d a d en a c u i f e r o s con i n t r u s i ó n , h a s t a que sea p o s i b l e l a a p l i c a c i ó n de
o t r o método.
3.2. Barrera de recarga costera
La b a r r e r a de r e c a r g a es exactamente l o c o n t r a r i o a l a b a r r e r a de depresión.
322
Esta barrera se crea mediante unos pozos s u p e r f i c i a l e s de recarga ( f i g u r a 4 )
o un área de i n f i l t r a c i ó n . La función de l a barrera de recarga es c r e a r y
mantener una l í n e a de presión de agua dulce, adyacente y paralela a l a
costa.
Pozo de recarga
Superficie del terrano
ica
Línea da máximas
Agua salada
Figura 4. Control de l a intrusión marina mediante una barrera de recarga
paralela a l a costa (TODD, 1960).
Esta barrera de presión debe tener a l t u r a s u f i c i e n t e , por encima del nivel
del mar, para poder mantener l a i n t e r f a s e en l a posición adecuada. Parte del
agua inyectada i r á a parar al mar y l a r e s t a n t e s e moverá hacia e l i n t e r i o r ,
para reemplazar a l a bombeada. La división, e n t r e el f l u j o que s e pierde en
el mar y el que se mueve t i e r r a adentro, dependerá de l a a l t u r a del agua
subterránea en el i n t e r i o r . Si e s t a elevación es similar al nivel medio del
mar más de l a mitad del agua inyectada i r á a parar al mar. Si los niveles
piezométricos s e mantienen por debajo del nivel del mar, l a cantidad de agua
que i r á a parar al mar s e reducirá considerablemente.
Hace una década se consideraba que l a s aguas de a l c a n t a r i l l a d o t r a t a d a s se
podían u t i l i z a r como fuente de recarga, p a r a e s t a s barreras costeras. Esta
p o l í t i c a se abandonó debido a l o s dos serios inconvenientes que conllevaba:
*
dificultades técnicas, experimentadas a l a hora de inyectar e s t a s aguas
de a l c a n t a r i l l a d o a través de l o s pozos, y
*
riesgo de Contaminación de l a s captaciones i n t e r i o r e s al inyectar e s t o s
efl uentes.
323
La D a r r e r a de r e c a r g a c o s t e r a debe l o c a l i z a r s e a d i s t a n c i a s u f i c i e n t e , de l a
base de l a i n t e r f a s e , h a c i a e l i n t e r i o r . De o t r o modo e l agua de mar puede
separarse en dos: una p a r t e se i r á h a c i a e l mar, como estaba planeado, y l a
o t r a se d i r i g i r á h a c i a e l i n t e r i o r .
Los r e s u l t a d o s d e l Proyecto Manhattan Beach, a l s u r de C a l i f o r n i a , p u s i e r o n
de m a n i f i e s t o e s t e problema (TODD, 1960).
E l a c u í f e r o c o n f i n a d o , seleccionado p a r a e s t e e s t u d i o , estaba muy s a l i n i z a d o
p o r e l agua de mar, y c o n t e n í a aproximadamente 16.000 ppm de c l o r u r o s .
Se
u b i c ó una l í n e a de pozos de r e c a r g a a una d i s t a n c i a de l a c o s t a de 600 m. Su
puesta en o p e r a c i ó n d i ó como r e s u l t a d o l a separación de l a i n t r u s i ó n en dos
p a r t e s , como se muestra en l a f i g u r a 5b. Hay que r e s a l t a r l a s a l i n i z a c i ó n de
un pozo de o b s e r v a c i ó n en e l i n t e r i o r ( f i g u r a 5 c ) , l o c a l i z a d o a 900 m desde
l a b a r r e r a de r e c a r g a . A pesar de e s t e f a l l o , se concluyó que e s t e método es
adecuado t a n t o económica como tecnológicamente (TODD, 19601.
Un método s i m i l a r se u t i l i z ó en I s r a e l p a r a detener l a i n t r u s i ó n marina, en
un a c u í f e r o c o s t e r o muy explotado, en l a r e g i ó n de Dan. La c o n c l u s i ó n que
o b t u v i e r o n l o s e x p e r t o s de Tahal f u e
que
l a i n s t a l a c i ó n de c o l e c t o r e s
c o s t e r o s no es una s o l u c i ó n adecuada p a r a l a s c o n d i c i o n e s e x i s t e n t e s en l o s
a c u í f e r o s c o s t e r o s de I s r a e l .
3.3. Barrera subterránea impermeable
En
acuíferos
relativamente
superficiales
se
sugirió
(TODD,
1960)
la
c o n s t r u c c i ó n de una p r e s a sumergida, mediante una empalizada o un muro de
a r c i l l a , p a r a ' r e d u c i r l a p e r m e a b i l i d a d d e l a c u í f e r o c e r c a de l a costa, con
e l f i n de p r e v e n i r l a i n t r u s i ó n marina. E l método es muy caro,
aunque l o s
c o s t o s de su o p e r a c i ó n y mantenimiento s e r í a n b a j o s . Además, hace p o s i b l e l a
completa u t i l i z a c i ó n de l a capacidad de almacenamiento d e l a c u í f e r o .
Una observación de campo,
r e a l i z a d a p o r un c o n t r a t i s t a americano,
en e l
c u r s o de una o p e r a c i ó n de desagüe en Holanda, l e p e r m i t i ó s u g e r i r (ROBERTS,
1967) que l a i n y e c c i ó n de a i r e a t r a v é s de pozos puede s e r u t i l i z a d a como
una
alternativa,
relativamente
barata,
324
para
reducir
la
conductividad
Agua solado
@
20
1
Agua nativa
relativamente dulce
A
Techo de1 acuitero
E
M u r o dei acuifero
O
20
40
a*
o
200
400 600
800
1000 1200 1400 1600 1800
zoaa
2200
Distancia d e s d e el oceano ( m i
0
Agua salada
o
zao
400
600
800
1000 1200 1400
ieoo
rn
Agua nativa
relativamente dulce
Agua dulce
inyectada
A
Techo dei acuíiero
E
Muro del acuítero
1800 2000 2 2 0 0
Distancia desde el oceono ( m )
7 20000
-
o
I
1
ri
Distancias medias desde la
d
-
Periodo
1955
1954
1953
de observaciones
F i g u r a 5. I n t r u s i ó n marina en Manhattan Beach,
California,
(A) y
antes
después de dos años ( B ) de funcionamiento de l a b a r r e r a de
recarga. A y B son l o s l i m i t e s s u p e r i o r e i n f e r i o r d e l a c u i f e r o .
Resalta
la
separación
representa l a evolución
de
la
intrusión
de l o s contenidos
1960).
325
en
dos
partes.
en c l o r u r o s
(C)
(TODD,
h i d r á u l i c a de l o s a c u í f e r o s c o s t e r o s ,
vislumbrada
también,
probablemente,
c e r c a de
por
JACOB.
l a costa.
La i d e a fue
Desafortunadamente,
SUS
i n t e n c i o n e s de i n v e s t i g a r e s t a prometedora p o s i b i l i d a d nunca se m a t e r i a li z a r o n .
E s t u d i o s r e c i e n t e s (GOLDENBERG e t a l . ,
barreras
en e l
fluctuaciones
subsuelo
de
se
1984, 1986a, 1986b) i n d i c a n que l a s
podrían crear,
l a interfase.
de
La e v i d e n c i a
forma
de
la
natural,
por
disminución
de
c o n d u c t i v i d a d h i d r á u l i c a se observó, en experimentos de l a b o r a t o r i o ,
columnas
rellenas
con
arenas
del
acuifero,
que
contenían
las
la
sobre
arcilla,
desplazando e l agua salada de l a s arenas por agua dulce. Estos r e s u l t a d o s se
explicaron,
principalmente,
p o r l a d e f l o c u l a c i ó n de l o s m i n e r a l e s de l a
a r c i l l a y su m i g r a c i ó n h a c i a e l i n t e r i o r de l o s poros, obstruyéndolos.
La e x t r a p o l a c i ó n de e s t a s observaciones de l a b o r a t o r i o ,
reales del acuífero,
a l a s condiciones
es extremadamente i m p o r t a n t e para l a g e s t i ó n de l o s
a c u í f e r o s c o s t e r o s . Los a n á l i s i s p r e l i m i n a r e s , basados en l a e v a l u a c i ó n de
l o s balances d e l agua subterránea en e l a c u i f e r o c o s t e r o cercano a Tel-Aviv,
antes y después de l a o p e r a c i ó n de l a b a r r e r a de r e c a r g a en esa r e g i ó n ,
i n d i c a n que e l
también
en
proceso
a n t e r i o r m e n t e mencionado
condiciones
de
campo
reales
podría
haber
(GOLDENBERG e t
al.,
aparecido
1986a1,
r e s u l t a n d o una d i s m i n u c i ó n s i g n i f i c a t i v a de l a t r a n s m i s i v i d a d , d e b i d a a l a
i n y e c c i ó n de agua d u l c e a t r a v é s de l a b a r r e r a de pozos.
En consecuencia,
p o d r í a r e q u e r i r s e un f l u j o menor h a c i a e l mar, que e l predicho, p a r a detener
l a i n t e r f a s e en l a p o s i c i ó n planeada.
Desafortunadamente,
debido a l a escasez de datos de campo,
obtener c o n c l u s i o n e s c o n c r e t a s en e s t a etapa,
y
son
no se pueden
necesarias futuras
e v i d e n c i a s de campo.
4. COLECTORES COSTEROS COMO INTERCEPTORES DEL FLUJO HACIA EL MAR
4.1. Concepto
De
acuerdo
con
las
relaciones
discutidas
en
los
puntos
anteriores
(ecuaciones 4 y 5 ) , se r e q u i e r e una c i e r t a c a n t i d a d de f l u j o r e s i d u a l h a c i a
326
e l mar, con e l f i n d e mantener l a i n t e r f a s e en l a posición determinada
previamente.
El
propósito de l o s co l ect o r es c oste ros,
cuyo concepto
se
d e sa r r o l l ó en I s r ael (TAHAL, 19651, e s i n t er cepta r una porción de e s t e f l u j o
residual hacia el mar. Una vez que están completamente lle nos su función e s
estabilizar l a interfase,
por medio de pozos
de bombeo s u p e r f i c i a l e s ,
situados p a r a l e l a y adyacentemente a l a l í n ea de c osta . Haciendo e s t o s e
consigue también l o s i g u i en t e:
*
aumentar e l caudal de seguridad del acu i fe ro,
*
c o n t r o l a r el f l u j o s a l i e n t e hacia el mar y , a s í , mejorar l a gestión de
l a cuenca, y.
* explotar
aguas de s al i n i d ad relativamente b a j a , ya que l a mayoría
Droceden de l a l l u v i a sobre dunas cercanas.
La e f i c i e n c i a de l a interceptación del esquema de c ole c tore s costeros viene
limitada por dos acciones desfavorables:
* ascenso
de
la
interfase
por
debajo
de
los
pozos
c ole c tore s
individuales, debido al bombeo, dando como resultado su sa liniz a c ión,
Y
* desplazamiento
de l a i n t e r f a s e más a l l á de su posición planeada.
El avance adicional de l a i n t e r f a s e , A L , puede estimarse d e forma favorable
por (BEAR y DAGAN, 1964):
A L = aw
(11)
donde a es l a e f i c i e n c i a de l a interceptación (
lin e a de pozos c o l ect o r es a l a co s t a.
-=
1) y
w
l a d i s t a n c i a de l a
El beneficio del c ole c tor podría
j u s t i f i c a r s e , aquí, comparando l a cantidad de agua dulce interceptada ( = a
Q L ) con el descenso a l t e r n a t i v o , t i e r r a adentro, del f l u j o s a l i e n t e hacia el
327
mar A Q L , r e s u l t a n t e p a r a v a l o r e s i d é n t i c o s d e O L (ecuaciones 6 y 7 ) .
La comparación de l a ecuación (11) con l a s ecuaciones ( 6 ) y ( 7 ) p e r m i t e
obtener l a c o n c l u s i ó n o b v i a de que l o s pozos c o l e c t o r e s deben s i t u a r s e t a n
c e r c a de l a c o s t a como sea p o s i b l e .
S i n embargo,
c e r c a de l a costa,
la
i n t e r f a s e es b a s t a n t e s u p e r f i c i a l , l o c u a l l i m i t a l a p r o p o r c i ó n de descarga
de agua s a l a d a de l o s pozos i n d i v i d u a l e s .
A c o n t i n u a c i ó n se d e s c r i b e l a f i s i c a d e l ascenso de l a i n t e r f a s e por bombeo,
y su r e l a c i ó n con l a s a l i n i d a d d e l agua bombeada.
4.3 Consideraciones sobre el ascenso de la interfase
4.3.1.
I n t e r f a s e neta
La s i g u i e n t e d i s c u s i ó n ,
r e l a c i o n a d a con e l ascenso de l a i n t e r f a s e neta,
debido a l a i n f l u e n c i a d e l bombeo, se basa p r i n c i p a l m e n t e en l o s e s t u d i o s de
MUSKAT (1937) y BEAR y DAGAN ( 1 968).
BEAR y DAGAN (1968) han obtenido,
fase,
p a r a e l caso de un ascenso de l a i n t e r -
p o r debajo de un pozo de bombeo,
acuifero relativamente
potente
p a r c i a l m e n t e penetrante,
( f i g u r a 6),
1a s i g u i e n t e
en un
expresión,
que
r e f l e j a e l ascenso de d i c h a i n t e r f a s e , p o r debajo d e l pozo, en f u n c i ó n d e l
t i ernpo :
donde
7 'es
un parámetro adimensional d e l tiempo, que v i e n e dado p o r :
En e s t a s dos ecuaciones:
Z
l a a l t u r a de l a i n t e r f a s e con r e s p e c t o a su p o s i c i ó n i n i c i a l ,
328
Q
Ay/y
caudal de bombeo d e l pozo,
d i f e r e n c i a adimensional e n t r e l a s densidades d e l agua de mar y
dul ce,
d
d i s t a n c i a e n t r e e l fondo d e l pozo ( f i g u r a 6 ) y l a presumible
p o s i c i ó n de l a i n t e r f a s e i n i c i a l ( t = O ) ,
n
KZ, Kx
t
porosidad del acuífero,
p e r m e a b i l i d a d v e r t i c a l y h o r i z o n t a l respectivamente, y
tiempo t r a n s c u r r i d o desde que empezó e l bombeo.
F i g u r a 6. Ascenso de l a i n t e r f a s e neta,
p o r debajo de un pozo de bombeo
(SCHMORAK y MERCADO, 1960.
La ecuación a n t e r i o r se puede s i m p l i f i c a r , para t-a),
329
quedando:
siendo Z l a a l t u r a f i n a l de l a i n t e r f a s e ,
en e l nuevo e q u i l i b r i o .
En l a
f ó r m u l a se ve que Z es d i r e c t a m e n t e p r o p o r c i o n a l a l caudal de bombeo Q.
Esta r e l a c i ó n l i n e a l e n t r e Z y Q e s t á l i m i t a d a ,
h a s t a una c i e r t a a l t u r a
c r i t i c a Zcr,
que
debido
a
l a aproximación
lineal,
se
hace
para
las
condiciones de contorno, de p o t e n c i a l no l i n e a l (BEAR y DAGAN, 1968).
E s t u d i o s r e a l i z a d o s mediante modelos ( i b i d ) i n d i c a n que p a r a Z/d
1/2,
7
e l ascenso se a c e l e r a ( f i g u r a 61, y l a a l t u r a c r i t i c a Zcr
=
1/3
-
8 d,
alcanza e l fondo d e l pozo de bombeo, mediante un s a l t o brusco.
De acuerdo con MUSKAT (19371, e l ascenso r á p i d o se o b t i e n e p a r a valores de
Z/d
0,48 y l a a l t u r a c r i t i c a e s t á d e n t r o de l o s l i m i t e s : 0,60 < Z/d c
>
0,75,
con una s e n s i b i l i d a d r e l a t i v a m e n t e b a j a a l a p e n e t r a c i ó n de l o s pozos
de bombeo.
De acuerdo con l a s pruebas de campo, l l e v a d a s a cabo p o r SCHMORAK y MERCADO
(19691 l a a l t u r a c r i t i c a se encuentra e n t r e l o s l í m i t e s : 0 , 4 <
l o cual coincide,
bastante bien,
Zcr/d
< 0,6,
t a n t o con l a aproximación t e ó r i c a y l o s
experimentos en l a b o r a t o r i o de MUSKAT (19371, como con l o s de BEAR y DAGAN
(1968).
Asumiendo una i n t e r f a s e neta,
a s í como que l a s a l i n i z a c i ó n d e l
bombeo aparece s ó l o p a r a Z>Zcr
=
pozo de
d, e l máximo caudal p e r m i t i d o que asegura
l a ausencia de s a l i n i z a c i ó n v i e n e dado p o r :
o por:
Debemos r e s a l t a r que Qmáx es p r o p o r c i o n a l
i n i c i a l d. De e s t a manera,al
al
aumentar d a l doble,
330
cuadrado
de
l a distancia
s e r á p o s i b l e aumentar l a
descarga p e r m i s i b l e c u a t r o veces. E s t a r e l a c i ó n nos demuestra l a i m p o r t a n c i a
que t i e n e l a p e r f o r a c i ó n de pozos c o s t e r o s ,
tan
superficiales
como
lo
p e r m i t a l a l i t o l o g í a d e l a c u í f e r o y sus parámetros h i d r o l ó g i c o s , p o r encima
de l a i n t e r f a s e .
4.3.2.
El
E f e c t o s de d i s p e r s i ó n y s a l i n i d a d d e l agua bombeada
proceso de ascenso de
l a interfase
se
ha t r a t a d o ,
en e l
apartado
a n t e r i o r , asumiendo que l a i n t e r f a s e e n t r e l o s dos f l u i d o s es una i n t e r f a s e
neta.
En r e a l i d a d ,
miscibles,
e x i s t e una f r a n j a de t r a n s i c i ó n ,
en l a c u a l
1 as concentraciones
entre
l o s dos
v a r í a n gradualmente,
líquidos
desde 1 a
c o n c e n t r a c i ó n de un f l u i d o h a s t a l a d e l o t r o . La e x i s t e n c i a de e s t a f r a n j a
de t r a n s i c i ó n e s t á r e l a c i o n a d a con e l fenómeno de l a d i s p e r s i ó n h i d r o d i n á mica, provocado p o r l a s f l u c t u a c i o n e s de l a i n t e r f a s e , debidas a l o s e f e c t o s
de l a marea, a l a s v a r i a p i o n e s e s t a c i o n a l e s y a l o s procesos l o c a l e s .
La d i s p e r s i ó n h i d r o d i n á m i c a es una combinación de l a d i s t r i b u c i ó n de l a s
velocidades, d i f u s i ó n m o l e c u l a r y t r a n s f e r e n c i a de masa en l a i n t e r f a s e , que
a l t e r a l a forma i n i c i a l d e l f r e n t e de d i c h a i n t e r f a s e .
E l f l u j o c o n t i n u o de
sales, a l mar, e q u i l i b r a e l t e ó r i c o aumento i n f i n i t o de l a anchura de l a
f r a n j a de t r a n s i c i ó n .
SCHMORAK y MERCADO (1969) c o r r i g i e r o n l a s expresiones a n t e r i o r e s ,
para l a
d i s p e r s i ó n h i d r o d i n á m i c a , mediante una aproximación l i n e a l d e l modelo de
dispersión.
Su aproximación f u é confirmada
por
los
resultados
de
los
experimentos de campo ( i b i d ) .
4.3.3.
Relaciones e n t r e e l ascenso de l a i n t e r f a s e y l a s a l i n i d a d d e l agua
bombeada
La s a l i n i d a d d e l agua bombeada se debe a l a i n t r u s i ó n de agua salada,
por
encima de l a a l t u r a c r í t i c a . Mediante un simple a n á l i s i s de c o r r e l a c i ó n
(SCHMORAK y MERCADO,
1969) se l l e g a a que e l aumento de l a s a l i n i d a d d e l
331
agua bombeada e s t á e n t r e un 5 y un 8%, de l a s a l i n i d a d media d e l agua que
i n t r u y e p o r encima de l a p r o f u n d i d a d c r i t i c a ( f i g u r a 7 ) . La s a l i n i d a d media,
sobre l a p r o f u n d i d a d c r i t i c a ,
puede determinarse mediante l a s expresiones
a n t e r i o r e s , c o r r e s p o n d i e n t e s a l caso de i n t e r f a s e neta, c o r r e g i d a s por 1 a
dispersión ( i b i d ) .
E'-Concentracion
relotiva rneala ae agua ae mar SoDre ia proiunaioou
L~;~IL.U
rii
T-L:íe:
F i g u r a 7 . S a l i n i d a d d e l agua bombeada, en f u n c i ó n de l a s a l i n i d a d media d e l
agua i n t r u i d a , p o r encima de l a p r o f u n d i d a d c r i t i c a .
Por ú l t i m o , SCHMORAK y MERCADO (1969) d i s e ñ a r o n unos nomogramas ( f i g u r a 81,
basados
tanto
en
consideraciones
teóricas
como
en
resultados
de
SUS
i n v e s t i g a c i o n e s de campo, p a r a e l diseño h i d r o l ó g i c o de pozos de bombeo poco
profundos,
por
encima de
l a interfase.
Una v e r s i ó n
a j u s t a d a de e s t o s
nomogramas se u t i l i z ó p a r a p l a n i f i c a r l a e x t r a c c i ó n d e l agua d u l c e de l o s
l e n t e j o n e s de Ghyben-Herzberg, en l a i s l a de Guam en e l océano P a c i f i c o (JOE
MINK, Hawaii-comunicación p e r s o n a l , 1972).
E l ejemplo numérico que se describe, a c o n t i n u a c i ó n , i l u s t r a e l USO de e s t o s
nomogramas, t e n i e n d o en c u e n t a que l a d i s p e r s i ó n d e l a c u í f e r o , y l a anchura
332
a ) Valor mdximo permisible de banb.0
para una salinldad prebtrrminadoiCp)
an funcbh da la distancia hilclal d
d
Figura 8.
- blstanclo iniciai entre
b) Valor mdxlmo p.rmlsible del centro d.
la interfase para una rallnidod prsdohrmloada iCp) en tunción de la distan
I
10
el centro dk la intwtasr y el fondo dd pozo im)
Diseiio de nomo ramas para l a extracción del agua dulce sobre
l a interfase. ?SCHMORAK y MERCADO, 1969).
333
i n i c i a l de l a f r a n j a de t r a n s i c i ó n , son s i m i l a r e s a l a s de l a e x p e r i e n c i a de
Semadar (SCHMORAK y MERCADO, 1969).
E l c e n t r o de l a r e j i l l a de un pozo s u p e r f i c i a l
distancia i n i c i a l d
=
e s t á l o c a l i z a d o a una
20 m sobre e l c e n t r o de l a i n t e r f a s e . La c o n d u c t i v i d a d
h i d r á u l i c a d e l a c u i f e r o K se estimó en 30 m/dia. E l p o r c e n t a j e de d i f e r e n c i a
de densidades ( A y / !
) e n t r e e l agua d e l mar y e l agua d u l c e es 0,0285.
t r a t a de d e t e r m i n a r e l
caudal
Se
de bombeo recomendado p a r a aportaciones
s a l i n s a s máximas de agua de mar de 1, 2 y 4%.
Siguiendo l a c u r v a c o r r e s p o n d i e n t e en l a f i g u r a 8, l o s v a l o r e s r e s p e c t i v o s
p a r a mezclas de agua d e l mar de 1, 2 y 4% son 900,
de Qmáx/K ( Ay / y
2
1.100 y 1.600 m
Esto nos l l e v a a que l a s descargas recomendadas p a r a
.
3
d i c h a s s a l i n i d a d e s son 770, 940 y 1.370 m / d í a , respectivamente.
Considerando una c o n c e n t r a c i ó n i n i c i a l de 100 ppm de c l o r u r o s de 100 y de
22,500 ppm p a r a e l agua de mar, l a s s a l i n i d a d e s d e l agua bombeada obtenidas
son 325, 550 y 1000 ppm de c l o r u r o s , respectivamente.
5 . UTILIZACION DE COLECTORES COSTEROS PARA INTERCEPTAR FLUJOS RESIDUALES Y
PARA EXPLOTAR LAS RESERVAS
La e x p l o t a c i ó n de l a s r e s e r v a s r e q u i e r e l a i n v e r s i ó n de f l u j o Qs en l a s
proximidades de l a c o s t a . De e s t a forma l o s c o l e c t o r e s c o s t e r o s se pueden
u t i l i z a r t a n t o p a r a i n t e r c e p t a r los f l u j o s r e s i d u a l e s ,
l a s r e s e r v a s . Para e s t e o b j e t i v o ,
como p a r a e x p l o t a r
l o s c o l e c t o r e s c o s t e r o s deben c o l o c a r s e
entre l a posición existente y l a futura
de l a base de l a i n t e r f a s e ( f i g u r a
9A).
L o s pozos c o l e c t o r e s c o s t e r o s están p l a n i f i c a d o s ,
etapas sucesivas. Durante 1 a p r i m e r a etapa,
en ese caso,
p a r a dos
se r e q u i e r e n bombeos r e l a t i v a -
mente a l t o s con e l f i n de i n v e r t i r e l f l u j o
Q s ( t ) . Esta etapa f i n a l i z a
cuando l a base de l a i n t e r f a s e alcanza l o s pozos c o l e c t o r e s ( f i g u r a 9A).
Durante l a segunda etapa,
que no t i e n e l í m i t e en cuanto a l tiempo,
los
caudales se reducen considerablemente, con e l f i n de mantener l a s a l i n i d a d
d e l agua bombeada d e n t r o de unos l í m i t e s .
334
r
W
Q =Q,(I)
o
O
-Q
y
p,(I)
:1
SALIDA
t
Figura 9. Doble objetivo operativo de l o s colectores costeros: ( A ) Etapa 1:
Explotación de reservas, ( 6 ) Etapa 11: Intercepción de f l u j o
residual hacia e l mar, ( C ) : variación de los términos del balance
de agua ( Q I & I I : descarga de l o s pozos colectores durante l a
P
:
del
primera y segunda etapa, respectivamente; Q e ( t ) explotación
almacenamiento;
dVs/dt:
explotación
de
reservas;
LS:
almacenamiento local; Q s ( t ) : variación del f l u j o hacia e l mar en
l a costa; Q,: f l u j o de agua subterránea, sobre el p i é de l a
i n t e r f a s e ) . (MERCADO, 1971 1.
335
El movimiento de l a i n t e r f a s e ,
bajo l a i nflue nc ia de e s t a s dos e ta pa s
sucesivas, s e muestra esquemáticamente en l a s f i g u r a s 9A y 9B.
El caudal de explotación, en l a primera etapa, s e a j u s t a en base a:
*
f l u j o e x i s t e n t e hacia el
mar,
por
QL,
encima de l a base de l a
interfase.
*
*
volumen de reserva explotable por una s ó l a vez, Vs,
f l u j o a d i c i o n al , Q s ( t ) , sobre el consumo de l a reserva e xiste nte ; e s t e
término disminuye con el tiempo, debido a l a proximidad de l a c o s t a ,
que actúa como b ar r er a hidrológica contribuyente, y
*
explotación de l a reserva
local,
LS(t);
l a contribución
de e s t e
término e s relativamente pequeña y e f e c t i v a para u n periodo bastante
corto.
La variación que e s t o s términos producen
en e l
balance del
agua e s t á
esquematizada en l a f i g u r a 9C.
Para unas posiciones dadas de l a i n t e r f a s e ,
d is t a n c i a
dada
alternativas
w
del
co l ect o r
de operación.
co s t er o ,
La mayoría
planeado en l a primera et ap a, el cual
parámetros
volúmenes
i n i c i a l y f u t u r a , y para una
se
pueden
de e l l a s
impone,
proponer
s e re fie re n
numerosas
al
caudal
para una combinación de
hidrológicos dada, el tiempo de duración de e s t a etapa.
explotados
no
son,
necesariamente,
constantes.
Los
Generalmente
aumentan al incrementarse l a descarga y viceversa. La representación g r á f i c a
t í p i c a del tiempo de t r an s i ci ó n de l a i n t e r f a s e , Tt,
en función de l a
descarga en l a primera etapa Q ( ) , t i e n e l a forma de una hipérbola ( f i g u r a
P I
l o ) , a s i n t ó t i c a al e j e de ordenadas ( T t ) para valores pequeños de l a
descarga, y casi a s i n t ó t i c a al e j e de abcisas para valores pequeños del
ti empo de t r a n s i c i ón .
Si trasladamos hacia e l
i n t e r i o r el co l ector
c oste ro,
haremos
posible ,
indudablemente, l a explotación de mayores volúmenes durante l a primera etapa
de l a operación. Por t a n t o , aparentemente, e l c ole c tor c oste ro debería
336
c o l o c a r s e l o más a l e j a d o p o s i b l e de l a c o s t a . S i n embargo, e s t a c o n c l u s i ó n
es errónea, debido a l hecho de que e l peso r e l a t i v o de Q s aumenta con l a
d i s t a n c i a w d e l c o l e c t o r a l a c o s t a ( f i g u r a 9C). Por o t r a p a r t e , se r e q u i e r e
mantener l o s n i v e l e s de agua s u f i c i e n t e m e n t e a l t o s , en base a l o impuesto
por l a ú l t i m a p o s i c i ó n planeada de l a i n t e r f a s e .
A=Al
7' 3
-
A
-
Distancia al colector
+
A, < A2< A$ A,
l-
F i g u r a 10. Duración de l a Etapa 1 en f u n c i ó n de l a descarga y l a d i s t a n c i a
de l o s pozos c o l e c t o r e s desde l a c o s t a . ( a ) Secuencia a l t e r n a t i v a
operacional
para
una
distancia
dada.
(b)
Curvas
de
duración-descarga-di s t a n c i a.
La l o c a l i z a c i ó n y o p e r a c i ó n óptima,
de l o s pozos c o l e c t o r e s ,
combinando l a s c o n s i d e r a c i o n e s económicas e h i d r o l ó g i c a s .
se o b t i e n e
LOS métodos p a r a
p l a n i f i c a r l o s c o l e c t o r e s , de forma óptima, con e l p r o p ó s i t o de i n t e r c e p t a r
f l u j o s r e s i d u a l e s y e x p l o t a r l a s reservas, fueron d e s a r r o l l a d a s p o r SHECHTER
337
( 1 9 6 9 ) y p o s t e r i o r m e n t e p o r MERCADO (1971 1.
En c u a l q u i e r caso, l a d i s t a n c i a máxima p o s i b l e , w,
del colector a l a costa
d e b e r í a s e r un poco menor que l a i n t r u s i ó n m a r i n a p l a n e a d a ( L 2 ) p a r a poder
compensar l a i n t r u s i ó n m a r i n a a d i c i o n a l causada p o r e l bombeo de l a segunda
etapa ( f i g u r a 96).
Las g r á f i c a s t í p i c a s d e d u r a c i ó n / d e s c a r g a ,
para diferentes distancias del
c o l e c t o r a l a c o s t a , se m u e s t r a n en l a f i g u r a 11.
Valor da la descarga en la etapa 1 (rncrn/años/Km)
F i g u r a 11. Curvas d u r a c i ó n - d e s c a r g a - d i s t a n c i a p a r a e l E r e z C o a s t a l C o l l e c t o r
P r o j e c t (MERCADO, 1971 1.
E s t a s c u r v a s se c a l c u l a r o n a p a r t i r de l o s s i g u i e n t e s p a r á m e t r o s :
338
*
p o s i c i ó n i n i c i a l y planeada de l a base de l a i n t e r f a s e : 300 y 1.000 m
*
c o n d u c t i v i d a d h i d r á u l i c a : 18 m/dia,
2
t r a n s m i s i v i d a d d e l a c u í f e r o : 900 m / d í a , y
desde l a costa,
*
*
porosidad y almacenamiento d e l a c u i f e r o : 38%.
6. IDENTIFICACION DE LA INTRUSION MARINA
Frecuentemente se s o l i c i t a a l o s h i d r o g e ó l o g o s p a r a i d e n t i f i c a r l a i n t r u s i ó n
marina,
en su etapa
inicial,
y
p a r a proponer
l a s medidas
correctoras
adecuadas.
Las herramientas u t i l i z a d a s , p o r e l l o s , p a r a d e t e r m i n a r l a e x t e n s i ó n de l a
i n t r u s i ó n y l a s tendencias futuras,
c o n t r o l de campo (SCHMORAK,
son generalmente una combinación d e l
1967; SCHMORAK y MERCADO,
19691, l a s i m u l a c i ó n
mediante modelos, y l a i n t e r p r e t a c i ó n de l o s datos químicos e i s o t ó p i c o s .
TEST A
I
I
I
I
30
10
---I1 Análisis detallado .
O
V
o
O
-
0
D
ou
31
10
Marzo 1907
20
Abril
o
TEST B
1000
O
O
0
c
5
I
31
Mayo
0
C
'-I >
l
20
soo--------------~~--
339
J
7
Junio
Uno de l o s métodos más simples, p a r a i d e n t i f i c a r l a contaminación marina en
un pozo dado, es mediante e l c o n t r o l d e l c o n t e n i d o en c l o r u r o s ( f i g u r a 1 2 ) o
de l a c o n d u c t i v i d a d e l é c t r i c a d e l agua bombeada.
Las r e l a c i o n e s medidas e n t r e l a descarga y l a s a l i n i d a d ( f i g u r a 1 3 ) pueden
s e r v i r como pruebas complementarias.
TEST
A
F i g u r a 13. Comparación e n t r e l a s r e l a c i o n e s medidas y
ordenador
de s a l i n i d a d y descarga p a r a e l
l a s obtenidas
en
pozo de Semadar 1
(SCHMORAK y MERCADO, 1969).
Una c o n f i r m a c i ó n p o s t e r i o r puede obtenerse mediante e l
r e g i s t r o de
los
p e r f i l e s de s a l i n i d a d , en l o s pozos de observación ( f i g u r a 1 4 ) que penetran
t a n t o en e l agua d u l c e como en l a salada d e l a c u í f e r o .
g r á f i c a de l o s p e r f i l e s ,
sobre un c o r t e h i d r o g e o l ó g i c o ,
i n t r u s i ó n m a r i n a en una f r a n j a c o s t e r a dada ( f i g u r a 1 5 ) .
340
La r e p r e s e n t a c i ó n
permite d i b u j a r l a
TEST " A '
o
20
40
30
50
o
10
20
30
TCD ipprn.10~)
40
50
O
20
10
40
30
O
50
10
2 0 3 0 4 0 5
Figura 14. Perfiles típicos d e salinidad/profundidad, para una elevación de
la interfase (SCHMORAK y MERCADO, 1969).
CORTE
HIDROGEOLOGICO
u
Agua dulce
0
Apua de mar
Agua salobre
D Caicarenita
Lodo
0Arena
a
Gravas
-150
mrnm/m~m(m&
Formacion SAQYA
I
l
O
l
l
t
l
l
500
(GeolopÍa 3egÚn E SHACHNAI
l
~
1000
-
!u
~
Fragmentos de conchas
y coral
Arcilla
Filtro~
l
Servicio GeolÓgico)
Figura 15. Delimitación de la intrusión marina en el
(SCHOMORAK y MERCADO, 1969).
341
área d e Ashqelon
La mayoría de l o s métodos químicos, u t i l i z a d o s para i d e n t i f i c a r l a i n t r u s i ó n
marina,
se basan, esencialmente,
consecuencia,
en e l concepto de " t r a z a d o r i d e a l " .
Como
s ó l o l a s especies quimicas que se desplazan a t r a v é s d e l
a c u í f e r o de forma s i m i l a r a l a s moléculas d e l agua,
se pueden c o n s i d e r a r
como t r a z a d o r e s , en e l e s t u d i o de l o s procesos de i n t r u s i ó n . Por e s t a razón,
e l aumento en l a c o n c e n t r a c i ó n de c l o r u r o s ( f i g u r a 12) e s t á considerado como
e l más i n d i c a d o p a r a conocer l a i n t r u s i ó n marina, m i e n t r a s que, f r e c u e n t e mente,
ne se t i e n e en cuenta l a v a r i a c i ó n de o t r o s
iones mayoritarios,
debido a l a s m o d i f i c a c i o n e s que s u f r e n , como consecuencia de l a i n t e r a c c i ó n
con l o s m i n e r a l e s d e l a c u í f e r o (HEM, 1970).
Una aproximación d i f e r e n t e f u e presentada p o r MERCADO (1985). En l u g a r de
u t i l i z a r , sólo, a q u e l l o s i o n e s que están l i b r e s de c u a l q u i e r i n t e r a c c i ó n con
los
minerales
del
interacciones,
acuifero,
refiejaaos
se
en
utilizaron
todas
¡as
las
diagénesis
efectos
de
químicas
de¡
tales
agua
subterránea, p a r a i d e n t i f i c a r t a n t o l a i n t r u s i ó n como l a i n y e c c i ó n de agua
salada desde a c u í f e r o s carbonatados.
En e l e s t u d i o de l a d i a g é n e s i s química d e l agua subterránea, se c o n s i d e r a r o n
l a s propiedades
i n h i b i d o r a s de l o s m i n e r a l e s de l a a r c i l l a ,
a c u i f e r o s carbonatados.
de algunos
.junto con 1 as r e l a c i o n e s de e a u i l i b r i o e x i s t e n t e s
con r e s p e c t o a l o s m i n e r a l e s d e l a c u í f e r o .
Se puede a n t i c i p a r
salinización,
la
(MERCADO,
1985) que,
concentración
de
en e l t r a n s c u r s o de l a etapa de
iones
Na'
no
sigue
exactamente
la
e v o l u c i ó n p r e d i c h a p o r e l modelo de "mezcla i d e a l " . Una p a r t e d e l s o d i o será
2+
2+
r e t e n i d a e i n t e r c a m b i a d a por i o n e s Ca
y Mg , dominando e l i n t e r c a m b i o en
l a s zonas de m i n e r a l e s de a r c i l l a , en l o s a c u í f e r o s con agua d u l c e .
S i n embargo,
el
aumento de c a l c i o y magnesio t i e n e n como
resultado
la
p r e c i p i t a c i ó n de m i n e r a l e s carbonatados, p a r a a l c a n z a r e l e q u i l i b r i o con l a
roca
carbonatada.
Como
consecuencia,
se
producen
las
siguientes
desviaciones, con r e s p e c t o a l modelo de mezcla i d e a l :
*
aumento de l a s concentraciones
de c a l c i o y magnesio,
p r i n c i p a l m e n t e p o r l a d i s m i n u c i ó n de sodio,
342
equilibradas
*
disminución
de
las
concentraciones
de
bicarbonatos,
compensada
posiblemente p o r l a l i g e r a r e d u c c i ó n de pH,
*
d i s m i n u c i ó n temporal de l a r e l a c i ó n m o l a r Na/C1,
p o r debajo de l a d e l
agua d u l c e (aproximadamente 1 ) y de l a d e l agua de mar ( = 0,86),
* mantenimiento
y
de l a r e l a c i ó n de a b s o r c i ó n de s o d i o (SAR), p o r debajo
de l o s v a l o r e s de l a l í n e a de mezcla.
Cuando aparece un f l u j o
de agua salada,
l a d i r e c c i ó n de i n t e r c a m b i o se
i n v i e r t e y aparecen l a s tendencias opuestas.
E s t c s comportamientos pueden
u t i l i z a r s e , en p r i n c i p i o , para reconocer l o s proce.;os
sus primeras etapas,
y para determinar
si
de s a l i n i z a c i ó n ,
en
l a s a l i n i d a d observada e s t á
motivada p o r una i n t r u s i ó n r e c i e n t e , o s i r e p r e s e n t a e l remanente de un agua
marina a n t i g u a atrapada.
Los a n á l i s i s químicos de aguas, de pozos que penetran en e l a c u i f e r o c o s t e r o
rie
i s r a e i , coniiriiian
encontró
que
los
id>
ierideiicidb
comportamientos
iG.05;.
a r i i i c i p a r i a s ii.iEíiLHüG,
eran
muy
diferentes
iiás aún, se
entre
áreas
de
i n t r u s i ó n marina r e c i e n t e , y áreas en l a s que permanecían t o d a v í a r e t e n i d a s
a n t i g u a s salmueras.
Las tendencias observadas se v e r i f i c a r o n , en su mayor p a r t e , con l a ayuda de
un modelo de s i m u l a c i ó n de c e l d a Única (MERCADO, 1985).
En e l e s t u d i o r e a l i z a d o p o r MERCADO ( i b i d) , se recomienda emplear parámetros
combinados,
t a l e s como: r e l a c i ó n Na/C1,
SAR,
y dureza no carbonatada,
l u g a r de l a s concentraciones de i o n e s s e n c i l l o s ,
ciertas
insuficiencias
en l o s
supuestos
de
en
y a que é s t o s suavizan
isotermias
de
absorción y
equi 1 ib r i o .
Los parámetros a n t e r i o r e s , en r e l a c i ó n con l a c o n c e n t r a c i ó n de c l o r u r o s ,
se
representan en l a s f i g u r a s 16, 17 y 18, t a n t o p a r a e l proceso de i n t r u s i ó n
como para e l de agua remanente.
Tanto e l modelo como l a s concentraciones observadas
parece que
siguen,
b a s t a n t e bien, l a s tendencias p r e v i s t a s . Hay que r e s a l t a r que debe p r e s t a r s e
343
0
V
n
O
V
Q
C
0
L
2
10
O
Q
V
c
-0
-o
0
E
I
Concentración de
A
. D
I B
. E
n
. F
O
c
cloruros i p p rn )
Grupos de análisis
F i g u r a 1 7 . Comparación entre r e l a c i ó n de absorción de s o d i o y c o n c e n t r a c i ó n
de c l o r u r o s (MERCADO, 1985).
345
-
l
1
intrusión
lo'
I
I
u
O
3
V
0)
E,
n
10
O
-5
10
O
c
c
L
o
5
10
-10
O
N
L
a
- 10
1
102
concentración
e Resultado final
1
Io3
Io4
ae cloruros
ippmi
A Agua de mor
o A
O
D
i
F
. B
o
c
1
Grupos
de onolisis
F i g u r a 18. Dureza s i n carbonatos ( ( r ( C a + Mg) - r(HC03)), comparada con l a
c o n c e n t r a c i ó n de c l o r u r o s .
A d v i é r t a s e l a d i s c o n t i n u i d a d de l o s
dibujos doble logarítmicos,
p a r a poder d i b u j a r v a l o r e s n e g a t i v o s
de l a dureza s i n carbonatos. (MERCADO, 1985).
346
especial
at,ención a l a s e l e c c i ó n de
los
parámetros,
y
al
modelo
de
simulación de t o d a s l a s d i a g é n e s i s h i d r o q u i m i c a s .
En l a f i g u r a 19 s e p r e s e n t a l a g r á f i c a de l a r e l a c i ó n Cl/Br, en peso, para
e s t a b l e c e r comparaciones,
y a que f u e c o n s i d e r a d a como una de l a s más
s i g n i f i c a t i v a s p a r a l a i d e n t i f i c a c i ó n del o r i g e n del
agua s a l a d a , de u n
a c u i f e r o s a l i n o . S i n embargo, l a comparación de l o s pocos d a t o s de campo
existentes,
con e l modelo d e mezcla i d e a l
utilización
de
( f i g u r a 191, muestra que l a
es s ó l o s i g n i f i c a t i v a p a r a s a l i n i d a d e s
r e l a t i v a m e n t e a l t a s (Cl 2000 ppm). E s t a d e b e r í a compararse con e l l í m i t e de
d e t e c c i ó n de l a i n t r u s i ó n marina, con l a ayuda de l a r e l a c i ó n Na/Cl ( f i g u r a
161, que se e s t i m a que e s v á l i d a p a r a c a n t i d a d e s de c l o r u r o s t a n b a j a s como
esta
relación
300 ppm.
A
(0.121
l
102
l
103
@
Previsibles estados finales
O
Experimento Ashqelon í Grupo A )
A
Pozos R A M (Grupo F )
10'
108
Concentroclón da cloruro* i p p m )
( 5 6 0 ) Conceniracion de bromuros
Figura 19. Comparación entre l a s r e l a c i o n e s Cl/Br medidas y l a s p r e d i c h a s
p a r a c o n d i c i o n e s de mezcla i d e a l .
347
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