Tecnologías para la Reutilización y Uso Eficiente de Agua – Recarga de Acuíferos y la Experiencia Mexicana Proyecto Vinculación Ciencia Empresa VCE1207.

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1 Tecnologías para la Reutilización y Uso Eficiente de Agua – Recarga de Acuíferos y la Experiencia Mexicana Proyecto Vinculación Ciencia Empresa VCE1207 “Sustentabilidad del Recurso Hídrico en la Región de Atacama” Alcances y proyecciones para la Cuenca del Río Huasco Vallenar, 19 Noviembre 2014 Carlos Gutiérrez Ojeda

2 Tecnologías para la Reutilización y Uso Eficiente de Agua – Recarga de Acuíferos y la Experiencia Mexicana Vinculación Ciencia Empresa “Sustentabilidad del Recurso Hídrico en el Sector Productivo de la Región de Atacama” Copiapó, 20 Noviembre 2014 Carlos Gutiérrez Ojeda

3 CONTENIDO Antecedentes Definición Objetivos Fuentes de agua
Caracterización de los sitios Implicaciones de la calidad del agua Beneficios Problemas Clasificación Métodos de distribución Infiltración inducida Pozos Modificación de los cauces de los arrollos Captación de agua de lluvia Experiencia Mexicana: Comarca Lagunera

4 Balance Mundial y en México del Agua
La principal motivación para el estudio del AS es su importancia como recurso: Si no tomamos en cuenta a los océanos (por sus altos niveles de salinidad) el AS representa aproximadamente 2/3 del agua fresca del mundo. Si tomamos en cuenta sólo el agua utilizable, (es decir, despreciamos / quitamos las capas de hielo y los glaciares y las aguas de la atmósfera y de la biosfera) el AS representa el 95%, los lagos, pantanos, presas y ríos el 3.5% y la humedad del suelo el 1.5%.

5 Generalidades El uso no sustentable del agua subterránea ha ocasionado graves problemas como el abatimiento de los niveles freáticos o piezométricos, la intrusión del agua de mar y la subsidencia del terreno entre otros. El cambio climático por su parte solo agravarán estos problemas al elevar el nivel medio del mar. La recarga controlada de acuíferos representa una medida de mitigación a estos problemas, así como una seria alternativa a la construcción de grandes presas.

6 Actividades humanas que favorecen la recarga de los acuíferos
 No intencional – como la infiltración profunda del agua de riego o las fugas de las tuberías de abastecimiento de agua potable y del drenaje.  No controlada – incluye a los pozos utilizados para el drenaje del agua de las tormentas, las filtraciones de los tanques sépticos, generalmente utilizados para la disposición de agua no requerida y generalmente sin tratamiento previo.  Controlada – a través de estructuras diseñadas exprofeso para recargar acuíferos como pozos de inyección, embalses de infiltración y galerías para introducir agua a los acuíferos proveniente de la lluvia, tormentas, agua residual tratada, ríos, o agua de otros acuíferos, agua que posteriormente es recuperada para todo tipo de usos.

7 Definición La recarga artificial de un acuífero, también llamada Gestión de la Recarga de Acuíferos (GRA) o Managed Aquifer Recharge (MAR) es un método de gestión hídrica que permite introducir agua en los acuíferos (en general, agua de buena calidad y pretratada, aunque ha habido varias experiencias de recarga con aguas residuales). Una vez almacenada el agua en los acuíferos puede ser posteriormente extraída para distintos usos (abastecimiento, riego, frenar la intrusión marina, contaminación, etc.). Gestión de la Recarga de Acuíferos (GRA)

8 MAR implica el almacenamiento y el tratamiento intencional de agua dentro de los acuíferos.
El término “recarga artificial” también ha sido utilizado para describir estas técnicas, sin embargo el término “artificial” tiene una connotación adversa en la sociedad. La Gestión de la Recarga de Acuíferos (GRA) y la captación de agua de lluvia han sido practicadas por siglos en regiones áridas y semiáridas del mundo, utilizando una amplia variedad de técnicas. Strategies for Managed Aquifer Recharge (MAR) in semi-arid areas

9 Objetivos Almacenar agua en los acuíferos para su uso futuro, especialmente en zonas de escasa disponibilidad de terreno en superficie o sin posibilidad de otras formas de almacenamiento. Suavizar las fluctuaciones en la oferta/demanda de agua Desarrollar estrategia de manejo integral del agua en una cuenca Estabilizar o aumentar los niveles del agua subterránea en acuíferos sobreexplotados. Almacenar agua en el subsuelo cuando no hay espacio superficial disponible para la construcción de presas Reducir las pérdidas por evaporación y escurrimiento Reducir el escurrimiento superficial y la erosión del suelo Mejorar la calidad del agua y suavizar sus fluctuaciones Mantener caudales ecológicos en ríos o arroyos Manejar la intrusión salina y la subsidencia del terreno Disponer/reusar el agua de desecho o de las tormentas

10 Fuentes de agua Arroyos y ríos perennes
Arroyos intermitentes, wadis o avenidas Presas Agua de tormenta urbana Agua potable tratada Agua de lluvia recolectada en los techos Agua residual tratada

11 Implementación de un proyecto de recarga
Desarrollar un modelo hidrogeológico conceptual (comprensible) Análisis de la meteorología Estimar el espacio disponible en el acuífero para el almacenamiento del agua adicional Cuantificar las componentes del balance hídrico Evaluar la calidad del agua subterránea y de la recarga Usar modelos numéricos para la evaluación del proyecto Evaluar los impactos aguas abajo de la obra de recarga

12 Información hidrogeológica requerida
Tipo de acuífero Capacidad de infiltración (m/día) Conductividad hidráulica del suelo (m/día) Porosidad y porosidad efectiva del suelo Profundidad al nivel freático o superficie piezométrica La calidad del agua (subterránea y de recarga) Disponibilidad de terreno Espesor saturado del acuífero El volumen de agua disponible para la recarga (tiempo)

13 Infiltrómetro de dobe anillo

14 Implicaciones en la calidad del agua
Remoción de sólidos en suspensión, agentes patógenos, metales pesados, compuestos orgánicos, nitratos, etc., del agua por recargar. Dilución de agua subterránea con mala calidad. La posible contaminación de agua subterránea de buena calidad. Incremento de solutos por la mezcla de aguas y disolución de los materiales del acuífero. Las reacciones geoquímicas adversas (As, F, Fe, Mn). La posible presencia de contaminantes no previstos en las normas como residuos de medicinas y hormonas, llamados contaminantes emergentes.

15 Aspectos institucionales y de gestión a considerar
En todo proyecto de recarga existen aspectos administrativos e institucionales que deben ser considerados como son los derechos de agua, la legislación hídrica, la tenencia de la tierra, los aspectos regulatorios y legales, etc. Se debe definir también quién debe pagar los proyectos de recarga y quiénes son los beneficiarios, quien lo va a operar y quien lo va a administrar, los niveles de gobierno involucrados (federal, estatal o local), etc. En términos ambientales y sociales es necesario también evaluar el efecto del proyecto de recarga en la calidad de vida de la comunidad y el entorno.

16 Beneficios Incremento en la disponibilidad de agua
Estabilización/aumento de los niveles piezométricos Aumento del flujo de base (gasto ecológico) en ríos Control de la intrusión salina Reducción de la subsidencia del terreno Fuente sostenible de agua subterránea Sostenibilidad de áreas irrigadas Estabilización de la erosión del suelo Análisis positivo de la relación costo-beneficio Mejoramiento del nivel de vida Mitigación de inundaciones Control de la contaminación Ahorro de espacio superficial para el almacenamiento del agua

17 Problemas No todo son ventajas en los proyectos de recarga, también se tienen dificultades como: la necesidad de limpieza de las áreas de infiltración el manejo de obstrucciones en la superficie Información básica inadecuada/conceptos erróneos de la geología y la hidrología: diseño pobre y limitado del sistema mal diseño de las estructuras de infiltración, de los pozos e inestabilidad de las estructuras; pozos en malas condiciones de funcionamiento, mala operatividad y rendimientos por debajo de los niveles esperados. agua resultante en el acuífero de baja calidad. pérdidas de agua por infiltración debido a fallas geológicas no conocidas o mal identificadas. aceptabilidad política y social no contar con personal capacitado Siempre es necesario empezar por un proyecto piloto y después proceder a su implementación a una escala mayor.

18 Clasificación de las MAR
Tecnología Subtipo TÉCNICAS PARA INFILTRAR AGUA Distribución Inundación controlada Zanjas, surcos y drenajes de riego Riego Estanques y Balsas de Infiltración Infiltración inducida Pozos Pozo de recarga profunda ASTR ASR Pozos de recarga someros TÉCNICAS PARA INTERCEPTAR AGUA Modificación de los cauces de arroyos y ríos Presas para la recarga de acuíferos Presas sub-superficiales Presas de almacenamiento de arena Técnicas de ampliación de los cauces Captación de agua de lluvia Barreras que sobresalen de la superficie de la tierra Zanjas de infiltración, surcos y tinas ciegas Gale I Strategies for Managed Aquifer Recharge (MAR) in semi-arid areas. IAH - MAR, UNESCO IHP. Paris, France

19 Técnicas para infiltrar agua (Distribución)
Se encuentran entre los más simples, antiguos y más ampliamente utilizados métodos de recarga controlados. Se aplica cuando el acuífero a recargar se encuentra cerca de la superficie del suelo. La recarga se realiza por la infiltración del agua a través del material permeable de la superficie, el cual debe ser verificado para mantener las tazas de infiltración. La mayoría de éstos sistemas de recarga de agua utilizan un sistema de zanjas o tuberías para conducir el agua. Estanques y balsas de infiltración Inundación controlada Zanjas, surcos y drenajes de riego Riego

20 Estanques y balsas de infiltración
Los estanques de infiltración se ubican en depresiones naturales del terreno o en excavaciones realizada en el suelo hacia donde se dirige el agua de recarga para que se infiltre a través del suelo Figura esquemática de un estanque de infiltración Estanque de Infiltración, Atlantis, Sud-África

21 Source: Todd

22 Tonopah Desert Recharge Project
Los Angeles, California Estanque de Infiltración, Namibia

23 Infiltración de 1 m/día en 1 ha al año representa 3
Infiltración de 1 m/día en 1 ha al año representa 3.65 Mm3/año o 115 lps.

24 Características generales de las técnicas de infiltración
La velocidad de infiltración depende de la naturaleza del suelo: 30 m/año suelos de textura fina como limo-arenosos 500 m/año arenas gruesas limpias La evaporación ( m/año) es una componente menor del balance de agua. Cuando la fuente de agua contiene altas cargas de sólidos suspendidos, el manejo/mantenimiento de las estructuras de recarga es muy importante con el fin de minimizar la colmatación, mantener las velocidades de infiltración y minimizar la evaporación del agua.

25 Características generales de las técnicas de infiltración
A pequeña escala son adecuadas para abastecer de agua a comunidades de tamaño medio y para la agricultura de áreas rurales. Principal ventaja: posibilidad de infiltrar grandes cantidades de agua a un costo relativamente bajo. Los embalses de infiltración son probablemente el método de recarga mas favorecido, ya que permiten un uso eficiente del espacio, que puede ser integrado con el paisajismo de un área o espacio abierto, y sólo requieren un mantenimiento simple. Una desventaja de los sistemas de distribución es la exigencia de una gran superficie con un acuífero libre para la infiltración del agua, lo cual no siempre está disponible.

26 Experiencia del año 2001 en la Comarca Lagunera

27 INTRODUCCIÓN Agua subterránea con elevadas concentraciones de arsénico se han reportado en la Comarca Lagunera desde 1962 El agua proviene de un acuífero libre aluvial, el cual constituye la principal fuente de agua potable en la región El arsénico ha originado problemas de salud a gente y animales Estudio hidrogeoquímico y isotópico (IMTA, 1990): Grandes áreas tienen As > 0.05 mg/l rango de a mg/l Como una alternativa para el control de dicho avance se implementaron en los años de 1991 y 2000 en forma conjunta con la Comisión Nacional del Agua, dos programas de recarga artificial mediante embalses de infiltración construidos sobre el lecho del río Nazas.

28 Localización de la Región Lagunera
EDO. DE CHIHUAHUA EDO. DE COAHUILA GUANACEVI EL PALMITO NAZAS RODEO CUENCAME EDO. DE DURANGO EDO. DE ZACATECAS PARRAS DELICIAS SAN PEDRO VIESCA TORREON MAPIMI GOMEZ TLAHUALILO Situada en una gran cuenca cerrada en la parte central del norte de México Cubre 12,000 km2 de los estados de Coah., Dgo y Zac. 90,000 ha se riegan cada año con agua superficial y subterránea Principales ciudades: Torreón, Gomez Palacio y Lerdo (2 millones de habitantes) Clima típico de las regiones áridas del norte del país: Muy seco Temperatura 25°C/año Precipitación: 220 mm/año Evaporación: 2,400 mm/año Situated in a broad closed basin located in the central part of northern Mexico It covers a total area of about 12,000 km2 of Coah., Dgo and Zac., states About 90,000 ha are irrigated every year with SW and GW Main cities are Torreón, Gomez Palacio and Lerdo Climate typical of the arid regions of Northern Mexico: very dry Temperature 25°C (mean annual) Precipitation: 220 mm/year Evaporation: 2,400 mm/year Nazas cover 63% of the total area Main sources of surface water Regulated by Palmito or Fco Zarco (1968) 2,778 Mm3 L. Cárdenas (1946) 235 Mm3 About 600 – 830 Mm3 are used for agriculture every year

29 Región Hidrológica # 36 "Nazas-Aguanaval"
Aquifer overeploitation has caused: drawdows of more than 100 m in less than 50 years. migration of GW with elevated As concentrations. As an alternative to control the As migration IMTA and CNA implemented a pilot artificial recharge project during year 2000

30 Elevación del nivel freático en condiciones naturales, en msnm
(estimado) Agua Subterránea (acuífero): tipo libre Compuesto de depósitos aluviales y lacustres de orígen sedimentario Se extiende en el 50% de toda el área Contribuye con el 50% de toda el agua utilizada para fines domésticos, agrícolas e industriales Fuente de recarga: río Nazas y retornos de riego Dirección natural del flujo: SW -> NE Aquifer overeploitation has caused: drawdows of more than 100 m in less than 50 years. migration of GW with elevated As concentrations. As an alternative to control the As migration IMTA and CNA implemented a pilot artificial recharge project during year 2000

31 Elevación del nivel freático en 1991, en msnm.
Agua subterránea (acuífero): La sobreexplotación del acuífero ha causado: Abatimientos de mas de 100 m en menos de 50 años Migración de agua con elevadas concentraciones de As. 1986: extracción tres veces más grande que la recarga Extracción 1000 Mm3/año por mas de 4,800 pozos Recarga 300 Mm3/año Dirección general del flujo: de los bordes a la parte central de la región. Aquifer overeploitation has caused: drawdows of more than 100 m in less than 50 years. migration of GW with elevated As concentrations. As an alternative to control the As migration IMTA and CNA implemented a pilot artificial recharge project during year 2000

32 Ubicación de pozos muestreados en 1990.
Aquifer overeploitation has caused: drawdows of more than 100 m in less than 50 years. migration of GW with elevated As concentrations. As an alternative to control the As migration IMTA and CNA implemented a pilot artificial recharge project during year 2000

33 Conductividad (μS/sec) Alcalinidad CaCO3 (mg/l)
Resúmen de los análisis físico-químicos Parámetro Min. Media Max. DS Límite T (C) 22 42 pH 6.91 7.54 8.50 0.37 Conductividad (μS/sec) 299 1,663 15,650 2,004 STD (mg/l) 205 1,274 14,210 1,836 500 Dureza (mg/l) 14.46 485.63 2,281.55 545.92 120 Alcalinidad CaCO3 (mg/l) 38.00 129.20 316.00 46.48 600 Cl (mg/l) 4.30 72.00 709.74 106.15 250 SO4 (mg/l) 29.37 674.55 7,384.81 1,043.87 HCO3(mg/l) 46.40 157.02 385.60 55.48 50-350 NO3 (mg/l) 0.50 50.82 508.93 80.34 10 Na (mg/l) 19.90 219.61 3,972.00 455.01 100 K (mg/l) 1.15 5.77 16.54 3.56 Ca (mg/l) 3.73 142.85 633.26 157.01 Mg (mg/l) 0.28 31.25 196.87 42.93 30-40 F (mg/l) 0.07 2.48 6.97 1.41 1.5 B (mg/l) 0.11 0.67 6.01 0.81 5 Li (mg/l) 0.02 0.10 0.34 0.05 Fe (mg/l) 0.04 0.15 3.72 0.47 0.30 Pb (mg/l) < 0.20 0.20 0.00 Mo (mg/l) Hg (mg/l) 0.01 0.03 0.002 As (mg/l) Aquifer overeploitation has caused: drawdows of more than 100 m in less than 50 years. migration of GW with elevated As concentrations. As an alternative to control the As migration IMTA and CNA implemented a pilot artificial recharge project during year 2000 Nota: Concentraciones por arriba del límite establecido

34 Niveles de arsénico en 1990, en mg/l
Arsenic is naturally ocurring Reported concentrations: to mg/l Concentraciones reportadas: 0.003 a mg/l Criterio de calidad As < 0.05 mg/l (1991) As < mg/l (2006) Como detener el avance del frente del arsénico?

35 Objetivo Recargar artificialmente el acuífero principal de la Comarca Lagunera con agua de la Presa Francisco Zarco mediante embalses con el propósito de recuperar los niveles del agua subterránea, preservando además la calidad del recurso subterráneo.

36 Actividades 1. Selección del sitio
Cauce del río Nazas: Vecindad del poblado Bella Unión 2. Caracterización Sitio Pruebas de infiltración (3) Piezometría: antes, durante y después del experimento Agua Análisis físico – químicos del agua por infiltrar y subterránea 3. Sitio del experimento Rehabilitación del desfogue del canal Sacramento Levantamiento topográfico Construcción de bordos de sección homogénea Determinación de las curvas de elevación – área - vol. almacenado

37 Croquis de localización

38 Infiltrometros de doble anillo Prueba de infiltración No. 1

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40 Experimento Primera etapa Inicio: 14:00 hrs del 22 julio 1991
Gasto de 1.2 a 2.0 m3/s Fin: 20:00 hrs del 24 de julio de 1991 Falla de la estructura vertedora Segunda etapa 10:00 hrs del 29 julio 1991 Gasto de 1 a 4 m3/s 15:10 hrs del 11 de agosto de 1991 Descargas de la presa el Palmito

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44 Resultados Tiempo: 18 días
Volumen extraído del canal Sacramento: 3.4 Mm3 Ascenso de los niveles piezométricos de los pozos ubicados en la vecindad de los poblados Bella Unión y La Conchita Roja.

45 Conclusiones y recomendaciones
La recarga artificial vía embalses de infiltración es viable técnicamente para el sistema acuífero de la Comarca Lagunera Los sitios seleccionados son adecuados, ya que tienen características hidrogeológicas apropiadas, áreas libres y cuentan con la infraestructura necesaria para el manejo y conducción del agua a los embalses de infiltración.

46 GRACIAS ……..