¿Cuál es la importancia de las fronteras o bordes en la explotación

Raúl Campillo Urbano
HidroGeólogo Senior
¿Cuál es la importancia de las fronteras o bordes en la explotación de
captaciones de aguas subterráneas?
1. Introducción
Las fronteras o bordes son de fundamental importancia en la explotación de captaciones de
aguas subterráneas y su detección, cuando existen, es materia básica al momento de decidir
la bomba a instalar en el pozo y su régimen de explotación.
Pese a la importancia que tienen las fronteras, lo que se demostrará más adelante, en la
práctica son ignoradas por varias razones. La razón más importante es que las pruebas de
bombeo son normalmente de corta duración, ya que usualmente duran 24 horas en la inmensa mayoría de los casos, que es la exigencia legal contenida en las Normas y Procedimientos para la Administración de Recursos Hídricos, elemento complementario al Código
de Aguas y que se encuentra en plena aplicación.
En muchos casos se requiere de períodos de bombeo más extensos para que una frontera se
haga evidente. Si la frontera se alcanzase después de finalizada la prueba de bombeo de 24
horas, pueden producirse efectos que siempre serán complejos y complicados de resolver.
Se puede llegar a situaciones en que la bomba que se seleccionó sobre la base de la prueba
de corta duración, no sirva para explotar el pozo en su condición normal de funcionamiento.
Otra razón que explica que las fronteras no sean detectadas es la imprecisión de las mediciones de los niveles de agua durante las pruebas de bombeo, especialmente cuando la
prueba se encuentra cerca de su término. Contribuye a dificultar el verdadero efecto de las
fronteras, llegando incluso a crear fronteras inexistentes, el descuidado control de caudal en
las pruebas de caudal constante. Si la medición de niveles deprimidos es algo cuidadosa, es
casi seguro que la medición del caudal no sea lo suficientemente precisa.
En las Normas y Procedimientos antes mencionados, existe una disposición que exige que
los niveles se estabilicen en, a lo menos, los últimos 180 minutos de la prueba a caudal
constante. Si los niveles no aparecen estabilizados, la prueba es rechazada y el derecho denegado, a no ser que la prueba se repita, lo que lleva implícito el germen del dolo, por cuanto si los niveles no se estabilizaron en la primera prueba, tampoco se estabilizaran en las
siguientes pruebas si se hacen en las mismas condiciones que en la primera.
Si en una de las pruebas los niveles no se estabilizaron y en otra si, una de las pruebas es
fraudulenta, es decir, los datos han sido inventados para cumplir con la legalidad vigente.
2. Movimiento del agua hacia el pozo
En la figura Nº 1 se muestra un pozo y dos círculos concéntricos a el de radios R1 y R2 que
comprometen todo el espesor del acuífero (R1 = 2 R2); siendo el caudal que pasa a través
de cada cilindro idéntico e igual al que se extrae del pozo es fácil demostrar que la velociFono 09 2231880 Fono 32 770077 e-mail: [email protected]
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dad del agua que pasa a través del cilindro de radio R1 es igual a ¼ de la velocidad del agua
que pasa a través del cilindro de radio R2 porque el área del cilindro grande es 4 veces el
área del cilindro chico.
Figura 1
Por tanto el avance del cono de depresión que se forma en torno a un pozo sometido a
bombeo es cada vez más lento pues se necesita comprometer menor volumen de acuífero,
para mantener la solución de continuidad del caudal y esto es reflejado en el gráfico depresión-tiempo hecho en papel semi-logarítmico en que la relación entre ambas variables es
una recta de pendiente igual a delta “s”.
3. Definición de fronteras
El agua subterránea que se extrae mediante captaciones está contenida en los huecos que
quedan entre las partículas sedimentarias o en las fracturas abiertas y conectadas de rocas.
Se le puede denominar porosidad efectiva o coeficiente de almacenamiento y su cálculo es
relativamente sencillo. Por lo tanto al someter a bombeo un pozo los niveles de agua en él y
alrededor del pozo descienden en la medida que transcurre el tiempo. Es decir, la depresión
del nivel de agua en el acuífero es función del tiempo. Si un pozo es bombeado ininterrumpidamente el nivel de agua descenderá siempre.
En rigor la depresión del nivel de agua es función del logaritmo del tiempo lo cual puede
ser apreciado en la Figura Nº 2. En el eje vertical se grafican los niveles deprimidos (o la
depresión) y en el eje horizontal el logaritmo del tiempo. En sencillo esta dependencia de la
depresión con el tiempo significa que si en un ciclo logarítmico, por ejemplo, entre el minuto 1 y el 10, la depresión es de 1 metro, de no existir fronteras el descenso de 1 metro adicional se producirá entre el minuto 10 y el 100 y, de la misma forma, otro metro de descenFono 09 2231880 Fono 32 770077 e-mail: [email protected]
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so se producirá entre el minuto 100 y el 1.000, otro entre el minuto 1.000 y el 10.0000 y,
así, sucesivamente.
Figura 2
Esta relación entre la depresión del nivel de agua y el tiempo, permite pronosticar la evolución futura de los niveles de agua para períodos mayores que la duración de la prueba. Esto
es importante pues un pozo puede estar sometido a bombeo ininterrumpido por períodos de
semanas y meses, sin parar. Las pruebas de bombeo a caudal constante que se hacen al término de la construcción de un pozo suelen durar 1 día, en la casi totalidad de los casos.
Un alcance relevante. Si como mencioné en el ejemplo, el descenso del nivel de agua entre
el minuto 1 y el 10 fue de 1 metro, equivale, solo para efectos didácticos, a un descenso de
10 centímetros por cada minuto. Pero si ese descenso de 1 metro ocurre entre el minuto 10
y el 100, equivale a un descenso de 1 milímetro por minuto, aproximadamente. Es decir, en
la misma medida que transcurre el tiempo la velocidad del descenso del nivel de agua va
siendo cada vez más lenta, debido a que el volumen de acuífero comprometido va aumentando en la misma medida que se expande el cono de depresión que se forma alrededor del
pozo cuando es bombeado. Esto puede apreciarse en la Figura Nº 3.
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Figura 3
Esto obliga a ser precisos al medir los niveles deprimidos y en rigor debieran hacer con
precisión al milímetro. Si los niveles son medidos con precisión al centímetro solamente, se
puede incurrir en el error de creer que la depresión del nivel de agua se ha estabilizado y no
es así, se trata de una medición imprecisa. Las fronteras o condiciones de borde, como también suelen llamarse, son singularidades que modifican la evolución de los niveles dinámicos de los pozos sometidos a bombeo. Deliberadamente no empleo el término evolución
normal, porque la existencia de fronteras es en sí un hecho normal en Hidrogeología, además de importante.
Existen dos tipos de fronteras en aguas subterráneas: permeables e impermeables. Las
fronteras permeables se presentan con mayor frecuencia cuando los pozos están ubicados
en valles en los cuales existen cursos de agua. Un ejemplo de frontera permeable puede
apreciares en la Figura Nº 4.
Figura 4
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Si después de un tiempo de bombeo el cono de depresión ha alcanzado el río que se muestra en la figura y se establece la conexión río-acuífero (lecho permeable conectado con el
acuífero), la evolución de los niveles que se registraba antes de establecerse dicha conexión
puede cambiar significativamente al extremo de que los niveles dejen de descender llegando a estabilizarse. Es decir, a pesar de que el pozo sigue bombeándose, los niveles se mantienen constantes o estables. Esto se explica porque el agua ya nos es suministrada por el
almacenamiento contenido en el acuífero, sino que es provista por la frontera.
El efecto de la frontera permeable puede apreciarse en la figura Nº 5. En el primer tramo
con pendiente delta “s” el agua provenía exclusivamente del almacenamiento del acuífero;
pero a partir de la conexión con la frontera se produce un cambio de pendiente que en el
ejemplo de la figura pasa a horizontal.
Figura 5
Si la recarga suministrada desde la frontera es menor que el caudal que se extrae del pozo
en forma constante, el segundo tramo de la recta ya no será horizontal sino que tendrá una
pendiente señalando un descenso de niveles, pero dicha pendiente será menor que el primer
tramo, que muestra el efecto del bombeo a expensas exclusivamente desde el almacenamiento en el acuífero. Esto puede apreciarse en la figura Nº 6.
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Figura 6
Por lo anteriormente expuesto es que resulta extraña la exigencia de las Normas y Procedimientos de la DGA cuando pone como condición que en las pruebas de bombeo, para ser
aceptadas como válidas, deben mostrar niveles estabilizados en los últimos 180 minutos, lo
que equivale a exigir que existan fronteras permeables para aprobarlas. ¿Y si no las hay?
Algunas personas han resuelto esta interrogante sencillamente adulterando los datos reales
e inventando niveles estabilizados. Esto atenta contra la ética profesional, pero es comprensible si se exige algo que no se puede cumplir porque en la Naturaleza las cosas funcionan
de una manera y la exigencia por muy legal que sea, está equivocada y contradice aspectos
fundamentales de la Hidráulica tradicional de pozos.
Otro tipo de frontera es la impermeable, un ejemplo de ella puede ser apreciado en la figura
Nº 7.
Figura 7
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En dicha figura se muestra el momento en que el cono de depresión generado por el bombeo del pozo alcanza una formación rocosa que en este caso se asume impermeable porque
la roca no está fracturada, es de tipo macizo. Es decir el cono ha avanzado desde una formación sedimentaria que le proporciona agua hasta otra formación que no contiene agua. El
efecto práctico de lo señalado es que la pendiente del gráfico depresión-tiempo aumenta, es
decir, pasa a ser mayor que la que tenía antes del momento de ocurrir el contacto con la
formación rocosa impermeable. Esto puede apreciarse en la figura Nº 8.
Investigar el origen de las fronteras es sumamente importante para decidir la explotación de
un pozo y atenta contra ello, la relativamente corta duración de las pruebas, debido principalmente a su alto costo. Es difícil convencer a un cliente que el extender la duración de
una prueba más allá de lo habitual puede resultar una buena inversión.
Figura 8
Dos son los casos más importantes. Uno es el caso en que el pozo puede alcanzar una frontera impermeable y que por lo corta de la prueba de bombeo no alcanzó a ser detectada. Se
comprenderá fácilmente que si la elección de la bomba haciendo uso del primer tramo
(cuando aún no aparece la frontera), es una decisión errónea pues el pozo producirá menos
agua de la que se puede concluir de la prueba corta.
Un efecto frontera o borde impermeable puede ocurrir cuando el cono de depresión de un
pozo intercepta el cono de otro pozo también sometido a bombeo. Se producirá un aumento
de la pendiente en el gráfico depresión-tiempo. Esto es sumamente relevante debido a que
las disposiciones del Código de Aguas establecen la posibilidad de pedir un radio de proFono 09 2231880 Fono 32 770077 e-mail: [email protected]
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tección de 200 metros, que es lo que frecuentemente solicitan los peticionarios de derechos
de agua. En la práctica significa que esa puede ser la separación entre dos pozos. En cualquier acuífero, freático y con mayor razón en uno confinado, esa distancia es alcanzada en
tiempos relativamente cortos y su efecto práctico será que los dos pozos, por así decirlo, se
robarán el agua entre sí. Ver figura Nº 9.
Figura 9
El otro caso de interés es cuando la explotación del pozo intercepta una frontera permeable.
Cuando la intercepta los niveles se estabilizan y no descienden más con el paso del tiempo.
Pero puede ocurrir en la práctica que la frontera desaparezca en algún momento del tiempo
en cuyo caso los niveles de agua descenderán como corresponde en esas condiciones, es
decir, con la tendencia que mostraban en el primer tramo de la curva. La existencia de fronteras permeables debe ser investigada por lo antes dicho y porque puede ocurrir que se esté
extrayendo agua respecto de la cual hay derechos otorgados, como es el caso de río y canales, aunque estos últimos suelen presentar un lecho más impermeabilizado.
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En rigor cuando en una prueba de bombeo los niveles dinámicos (o la depresión) se estabilizan, la DGA debiera exigir pruebas adicionales especiales para establecer la naturaleza de
la frontera. No está de más insistir que lo que ocurre es exactamente al revés, es decir, si
los niveles se estabilizan los derechos se otorgan rápidamente y no se piden investigaciones
adicionales, como sería lógico.
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