Hidrología de la comunidad Piedra Grandes No2, Juigalpa (página 2)
Enviado por Tupak Ernesto Obando Rivera
En la Figura 12 se muestra el balance hídrico del suelo observándose que la recarga potencial del acuífero se da principalmente en los meses más lluvioso de Junio y Octubre. Se observa también que en el área existe un déficit de la capacidad de campo, lo cual se debe a las condiciones del suelo y a los factores climáticos de la zona como la evapotranspiración. Se nota que el déficit de capacidad de campo es mayor cuando la evapotranspiración es alta y la precipitación baja (meses secos de diciembre a abril). Sin embargo el déficit disminuye en los meses lluviosos (mayo a octubre) cuando debido al efecto de precipitación y disminución de temperatura, la evapotranspiración disminuye gradualmente. Es en este mismo periodo cuando el potencial de recarga aumenta también debido al efecto de mayores precipitaciones.
9.2 Escenario de Recarga Potencial en condiciones futuras En el segundo escenario para determinar el balance hídrico del suelo futuro para el año 2050, se han empleado las mismas condiciones del suelo pero con distintas condiciones climatológicas en las que se incrementa los valores de las temperaturas por efectos del cambio climático de acuerdo a lo expuesto en el acápite de climatología del presente documento.
En este análisis de escenario se encontró que la microcuenca presentara una condición severa al tener una disminución en la recarga potencial. Esto se debe a la contribución de los cabios en las condiciones de temperatura que incrementan la evapotranspiración.
De la Tabla 11 se puede observar que para el escenario de las condiciones futuras la recarga potencial en la zona es de aproximadamente 2.63Mm3 por año, es decir un 5.46% de la precipitación anual en la microcuenca, indicando un reducción del 60% del potencial de recarga actual estimado en 6.61Mm3.
En la Figura 13 se muestra el resultado del balance hídrico de suelo para el escenario futuro. Se observa que aunque el déficit de la capacidad de campo continua presentando un comportamiento similar al comparar con el resultado de las condiciones actuales. Sin embargo, se nota un leve incremento durante la temporada lluviosa. Lo cual se debe a que durante los meses de Mayo a Agosto los valores de la evapotranspiración sufren un ascenso debido al incremento de la temperatura y superan los valores de precipitación. Dichos valores de evapotranspiración influyen en una reducción del potencial de recarga de los suelos, los cuales son menores que la situación actual.
10.1 Contexto Hidrogeológico La información sobre el agua subterránea en la Subcuenca se debe al inventario de INETER (Nov. 2009), que reúne 181 pozos y otro de la ANA GIZ (Feb. y Sept. 2013), con 89 pozos y publicaciones de ENACAL. Tenemos información sobre el nivel estático del agua (NEA), el espesor de agua, la extracción, y la composición química del agua subterránea, pero casi ninguna información sobre la litología de los acuíferos (4 pozos con datos litológicos) y sobre su permeabilidad (1 prueba de bombeo). Como consecuencia de falta de monitoreo continuo, tampoco hay datos sobre la variación del nivel estático, o sobre el nivel dinámico y en consecuencia sobre capacidad especifica. Lo que sabemos respecto a los dos últimos términos ya fue mencionado en el capítulo de geología.
10.2 Análisis de pruebas de bombeo Como parte del estudio de las fuentes de aguas subterráneas en la zona en estudio, luego de haber realizado el inventario de pozos en el sector, se procedió a realizar 3 pruebas de bombeo en los siguietes pozos:
1-PP Comunal / Caserio El Jicaral (Contiguo a casa de Dña. Erenia) 2-PP Comunal / Comienzo de sector Los Azules (Detrás de capilla) 3- PE Privado / Caserio El Jicaral (Dentro de propiedad de Don Wilmer Fernández) Para tal efecto se ocupó una bomba con una potencia de 1 HP.
A continuación se muestran los resultados de las pruebas de bombeo:
1-PP Comunal / Caserío El Jicaral (Contiguo a casa de Dña. Erenia) Coordenadas UTM-WGS84: Este= 684144, Norte= 1340995, Elevación: 142m
Conociendo que la zona se caracteriza generalmente por el bajo rendimiento o capacidades específicas de los pozos, se realizó primeramente una prueba preliminar con un caudal preliminar estrangulando la bomba para extraer 4.75 GPM durante 30 minutos, interrumpiéndose la prueba debido a que el nivel dinámico de aguas (NDA) estaba próximo a alcanzar el nivel de succión de la bomba, el cual estaba a los 41m, el resultado de la prueba fue que el pozo no logró estabilizarse. Los resultados de esta prueba preliminar se muestran en la Figura 14, los datos del registro de la prueba se muestran en el Anexo 4.
Figura 14 Gráfico de abatimientos o descensos contra tiempo de bombeo. Fuente: Elaboración propia
del consultor (2016) a través del software GWW.
Por las razones ya expuestas, debido a que la prueba de bombeo preliminar tuvo una duración de 30 minutos no se logró alcanzar el primer ciclo logarítmico representativo que permitiera definir con certeza el cálculo del valor de transmisibilidad del acuífero hasta donde se encuentra perforado el pozo, sin embargo el programa estima una transmisibiidad de 0.024 m2/día, el cual representa un valor muy bajo.
La capacidad específica para este pozo fue calculada en 0.054 GPM/Pies, considerando el descenso máximo registrado para el pozo que fue de 87.57 Pies con un caudal de 4.75 GPM.
También se realizó la prueba de recuperación en el pozo, la prueba de recuperación permite analizar la conexión entre el pozo y el acuífero donde se encuentra, así como también determinar el valor de la transmisibilidad.
Introduciendo valores en la ecuación anterior, se obtiene un valor de T= 0.194 m2/día, el cual es un valor algo alejado de la realidad debido a que la pendiente de la recta no intercepta el origen de las coordenadas.
Debido a que la pendiente de la recta intercepta el eje de las ordenadas, hace indicar que para el tiempo de bombeo hubo un "vaciado" del acuífero de aproximadamente de unos 40 a 45m, habiendo un abatimiento residual de 0.33 m al final de haber medido la prueba de recuperación.
Imagen 9 Prueba de bombeo realizada en el pozo perforado.
Debido a la poca productividad del acuífero para el caudal bombeado en el pozo, se intentó nuevamente estrangular aún más el equipo para bombear al mínimo de 2.50 GPM para ver si el nivel de bombeo lograba estabilizarse, sin embargo durante 120 minutos, se interrumpió la prueba debido a que el nivel dinámico de aguas (NDA) tampoco logró estabilizarse. Los resultados de esta prueba preliminar se muestran en la Figura 15
Figura 15 Gráfico de abatimientos o descensos contra tiempo de bombeo. Fuente: Elaboración propia del consultor (2016) a través del software GWW.
Bajo este nuevo escenario de bombeo, se logró definir con certeza el cálculo del valor de transmisibilidad del acuífero hasta donde se encuentra perforado el pozo, sin embargo el programa estima una transmisibiidad de 0.1413 m2/día, el cual aún representa un valor muy bajo.
La capacidad específica para este pozo fue calculada en 0.065 GPM/Pies, considerando el descenso máximo registrado para el pozo que fue de 38.50 Pies con un caudal de 2.50 GPM.
Debido a que el pozo no logra estabilizarse con caudales pequeños y bajos parámetros hidráulicos calculados para el acuífero donde se encuentra, adicionalmente considerando la vieja data del pozo, se descarta como una fuente potencial para abastecimiento de agua para un mini acueducto con bombeo eléctrico.
2-PP Comunal / Comienzo de sector Los Azules (Detrás de capilla) Coordenadas UTM-WGS8: Este= 685257, Norte= 1341717, Elevación= 139m Tabla 13
En este pozo se realizó una prueba escalonada, debido a que superó las expectativas desde el inicio ya que se arrancó con un primer escalón con un caudal con bomba estrangulada de 5 GPM durante 120 minutos, estabilizándose rápidamente a los 10 minutos de haber iniciado el bombeo, alcanzándose un descenso máximo de 0.0360 Pies para este primer escalón, terminado los 120minutos continuos de bombeo se aperturó la válvula de regulación para bombear a 15.20 GPM alcanzando un descenso máximo de 0.386 Pies en 140 minutos de bombeo para el segundo escalón, luego se aumento el bombeo a 20 GPM, estabilizándose el pozo a los 310 minutos de bombeo, en este último escalón se obtuvo un rebajamiento máximo 0.586 Pies. En la tabla Tabla 14 se muestran los descensos y capacidades específicas calculadas para cada escalón de bombeo.
Tabla 14
Graficando los descensos vs caudales escalonados (Figura 16), se obtuvo la curva escalonada con la que se permite definir el caudal crítico de explotación, valor que no puede ser superado operativamente para mantener la condición de equilibrio recarga vs extracción.
En la Figura 17 se puede apreciar la gráfica de los descensos vs abatimientos registrados durante la prueba de bombeo escalonada realizada en el pozo.
Figura 16 Curva de caudales escalonados vs abatiemientos. El caudal crítico de explotación de este pozo se define en 10.5 GPM Aproximadamente. Fuente: Elaboración propia del consultor (2016) a través del programa GWW.
Figura 17 Gráfico de abatimientos o descensos contra tiempo de bombeo. Fuente: Elaboración propia del consultor (2016) a través del software GWW. El pozo logró estabilizarse más rápidamente en los dos primeros escalones bombeados.
Para este registro se calculó en el programa un valor representativo de transmisibilidad para el pozo de 91.18 m2/día, el cual representa un buen indicador de la recarga que recibe el pozo del acuífero. Es probable que el pozo se encuentre en medio fracturado debido a las rocas que afloran en la parte alta de la zona de recarga.
También los valores de capacidades específicas son buenos indicadores del potencial de aguas subterráneas que alimentan el área donde se encuentra el pozo. (Tabla No.14) Adicionalmente se realizó la prueba de recuperación (Figura 18) del pozo estudiado para analizar el tiempo en que le tardó al pozo en recuperar su nivel estático inicial el cual fue de 155 minutos. Según Johnson (1975) en el libro: El agua subterránea y los pozos" cuando se realiza una prueba de bombeo en régimen variable o con caudales escalonados los valores obtenidos en la recuperación no se pueden utilizar para el cálculo de la transmisibilidad, por tal motivo no se decidió hacerlo por este método.
Figura 18 Gráfico de la recuperación del PP comunal ubicado detrás de la capilla (Sector Los Azules). Se observa que una buena parte de la recuperación es alcanzada en los primeros 10 minutos después de haber parado el bombeo a caudal variable, luego de los diez minutos la recuperación se dio de forma más lenta probablemente al aporte de alguna capa de acuitardo que está por encima del acuífero principal, este acuitardo estaría constituido de material coluvial aglomerado tal a como se describe en los afloramientos del capítulo de geología del presente estudio.
Tomando en consideración lo descrito en la prueba de bombeo de este pozo, permite sustentar que la perforación de un pozo nuevo cercano a donde se encuentra el existente sería una buena alternativa como fuente de agua potable, la profundidad de la perforación estará definida por lo determinado en el estudio geofísico, en principio el pozo actual obtuvo buenos resultados con una profundidad de 150 pies (45.73), pero la profundidad y ubicación definitiva del pozo nuevo estará en función de los resultados del estudio geofísico.
Durante el proceso constructivo de este pozo nuevo no se recomiendo utilizar arcilla para estabilizar las paredes del pozo, se tendría que utilizar un ademe provisional, así mismo se recomienda utilizar una máquina rotativa con compresor de aire para la limpieza y desarrollo del pozo.
3- PE Privado / Caserio El Jicaral (Dentro de propiedad de Don Wilmer Fernández). Coordenadas UTM-WGS8: Este= 683784, Norte= 1341396, Elevación= 120m Tabla 15
En este pozo se realizó una definitiva, debido a que superó las expectativas desde el inicio ya que se esperaba por su poca profundidad que se abatiera en poco tiempo, se arrancó con un caudal con bomba estrangulada al mínimo de 2.40 GPM (13,08 m3/día) durante un tiempo de 120 minutos, durante el tiempo de bombeo el pozo no logro estabilizarse ya que registro descensos pero haciéndolo de manera gradual hasta alcanzar un máximo descenso de 1.60 Pies, es probable que debido a la poca profundidad del pozo (9.35m) el pozo no logro estabilizarse al caudal bombeado ya que se está aprovechando poco espesor saturado o medio fracturado. Se decidió interrumpir la prueba de bombeo debido a que el NDA se aproximaba al nivel de la bomba y no se correría el riesgo de bombear en seco para evitar daños al equipo.
Durante esta prueba se alcanzó un valor de capacidad específica de 1.5 GPM/ Pie el cual es un valor regular considerando el contexto hidrogeológico de la zona y la baja productivad por la que se caracteriza, también se obtuvo un valor de transmisibilidad de 24.95 m2/día En el gráfico Figura 19 Se muestran los descensos vs tiempos registrados en la prueba de bombeo. En el anexo No.4 se adjuntan los datos levantados en campo de la prueba de bombeo realizada a este pozo.
Figura 19 Gráfico de abatimientos o descensos contra tiempo de bombeo. Fuente: Elaboración propia del consultor (2016) a través del software GWW. El pozo no logró estabilizarse, aunque los descensos registrados no fueron "bruscos" sino de forma gradual, es muy probable que debido a la poca profundidad del pozo (Excavado) este no logró estabilizarse durante el bombeo.
También se realizó la prueba de recuperación en el pozo, la prueba de recuperación permite analizar la conexión entre el pozo y el acuífero donde se encuentra, así como también determinar el valor de la transmisibilidad de forma más representativa a un caudal constante.
Introduciendo valores en la ecuación anterior, se obtiene un valor de T= 9.97 m2/día, si bien es cierto que el valor es relativamente bajo, este representa un valor parcial de transmisibilidad del acuífero ya que la prueba se realizó en un pozo excavado no mayor a los 10m.
Como una alternativa complementaria al proyecto en caso de ser necesaria según la demanda del proyecto, se puede proponer la perforación y construcción de un pozo nuevo cercano al pozo existente, pero con una mayor profundidad cercano a los 50m (150 Pies) y revestido con ademe de 6" PVC, se estima que con el valor de capacidad específica obtenida en la prueba de bombeo (1.5 GPM/Pie) se obtendría un NDA de 30.91 Pies (9.42m) bombeando a un caudal de 5 GPM. En caso de realizar esta alternativa es indispensable realizar una prueba de bombeo al pozo nuevo una vez construido para conocer el verdadero potencial hidráulico del acuífero donde se encuentra el pozo existente ya que se aprovecharía un mayor espesor saturado.
Tabla 16
Durante el proceso constructivo de este pozo no se recomiendo utilizar arcilla para estabilizar las paredes del pozo, se tendría que utilizar un ademe provisional, así mismo se recomienda utilizar una máquina rotativa con compresor de aire para la limpieza y desarrollo del pozo.
De acuerdo al inventario de fuentes realizado en la comunidad se determinó que la mayoría de manantiales son de bajo rendimiento y estos se encuentran ubicados en la parte alta de la cuenca, respecto a las fuentes superficiales como ríos, sus caudales son muy pobres a excepción de la parte de cierre de la cuenca la cual está alejada a 7Km donde comienza la mayor concentración de personas de la comunidad. El inventario de las fuentes permitió definir los pozos a los cuales se les realizó pruebas de bombeo los cuales fueron los números 1,2 y 15 del inventario de fuentes, se tomaron criterios de área visual de recarga y cercanía a la población de la comarca y afloramientos litológicos del lugar.
Respecto al estudio de la microcuenca del Río Manigua, es una microcuenca exorreica de forma ligeramente alargada con una corriente principal de tercer orden. Esta microcuenca presente una superficie de aproximadamente 35.69km2 y consta de un relieve accidentado con una pendiente media 7.9%. En base a esta pendiente y considerando su longitud estimada en 10.7km los tiempos de concentración son bastante cortos con una media de 1.34horas, lo que indica un régimen de drenaje bastante rápido.
En cuanto a la climatología de la zona y de acuerdo a la clasificación climática de Kopenn, la microcuenca se caracteriza por presentar un clima AW1(w) igw o clima caliente y sub-húmedo con lluvias en verano. La temperatura media en la zona es de 26.71oC variando a lo largo del año con las temperaturas máximas ocurriendo en los meses secos de enero a abril y las mínimas en los meses de lluvia entre mayo y noviembre. La precipitación media actual es de 1352.80mm por año ocurriendo las mayores precipitaciones medias mensuales en los meses de septiembre y octubre. La humedad relativa actualmente se estima en una media anual del 75%. En cuanto a la evapotranspiración potencial se ha estimado que la media mensual es de 141.41mm para un total 1,696.93 mm lo cual supera el valor de precipitación.
Del balance hídrico de suelo se determinó que actualmente el potencial de recarga anual es equivalente al 13.75% del total del agua precipitada anualmente. Dicho valor se estima en aproximadamente 6,609,636.89m3 anuales infiltrados. Este valor depende fundamentalmente de las características edafológicas del suelo y de las condiciones climáticas en la zona. Los suelos que con mayor potencial de recarga y los que más aportan al acuífero son los suelos Franco arcillosos con pastos y malezas y de afloramientos rocosos fracturados, sin embargo los suelos arcillosos tienen una contribución nula o mínima al acuífero de la microcuenca. La mayor parte del agua de precipitación en la zona se evapotranspira o escurre creando un déficit en la capacidad de campo de los suelos, el cual tiene un promedio mensual de 49.9mm. Este déficit aumenta principalmente en las temporadas secas entre enero y mayo llegando a un máximo de 113.28mm en abril.
Por otro lado, considerando un escenario futuro con un incremento principalmente de la temperatura, se encontró que el balance hídrico del suelo o la recarga potencial disminuirá drásticamente con una reducción del 60% llegando a una recarga potencial anual de 2,626,279.28m3 al año lo que representa 5.46% del total de agua que se espera precipite para el año 2050. Dicha reducción se debe principalmente por el incremento de la evapotranspiración causada por incremento en la temperatura media mensual bajo este escenario.
En base al recorrido realizado en la cuenca, se determinó que el principal problema o mayor vulnerabilidad de la cuenca ante la sequía es debido a condiciones naturales y antrópicas, ya que en la parte media y baja de la cuenca aflora una buena parte de suelos constituidos por material arcilloso lo cual hace un suelo mal drenado y que dificulta la recarga hacia el subsuelo, adicionalmente las malas prácticas de manejo en la cuenca que atenúan más este problema.
Tomando en consideración los resultados de las pruebas de bombeo, las mejores fuentes de agua subterránea fueron en primer lugar la del Pozo Comunal ubicado detrás de la capilla (Inicia Sector Los Azules) y el Pozo Excavado ubicado en la propiedad de Don Wilmer Fernández, aunque este último sólo se necesitaría como referencia en caso de perforar un pozo nuevo ya que es un pozo excavado de baja profundidad.
Se recomienda perforar un pozo nuevo cercano al pozo No.1 del inventario (PP Comunal de la capilla) y explotarlo a un caudal no mayor a los 10.5 GPM.
Como alternativa complementaria se puede perforar un pozo nuevo cercano al pozo No.15 del inventario con un caudal de explotación no mayor a los 5 GPM.
Respecto a los manantiales, estos son de muy bajo rendimiento y no resultaría utilizarlos para un sistema típico almacenamiento–red, por lo que se propondría construir sistemas de captación independiente para mejorar las condiciones higiénicas de los habitantes.
Luego de analizar los escenarios con condiciones actuales y futuras de acuerdo a las condiciones climáticas, hidricas y las características edafológicas de la cuenca se recomienda lo siguiente:
? Realizar un análisis de los usos actuales del suelo en la zona para determinar si los mismos son aptos para el tipo de suelo.
? Implementar planes de acción para la conservación y mejora de los suelos que actualmente tienen el mayor potencial de recarga en la zona.
? Implementar planes de reforestación con la vegetación adecuada para el tipo de suelo que ayude a reducir la escorrentía superficial y contribuya a la infiltración y propicien la creación de microclimas para evitar el incremento de la temperatura en el área.
? Definir obras adecuadas para la cosecha de agua u obras de reducción de escorrentía que puedan incrementar el potencial de recarga en la zona.
? Diseñar un plan de manejo de la cuenca en estudio que permita una mejora en la gestión de los recursos hídricos por parte de los actores involucrados.
? Realizar un monitorio períodico de los pozos principales con el objetivo de tomar decisiones y analizar si existe un rebajamiento en los acuíferos que los alimentan.
? Instalar una estación de aforo de caudales en el punto de cierre de la cuenca en estudio (Este: 681090 Norte: 1340677) para llevar un registros continuo de caudales y permita de esta manera tomar decisiones para gestión de los recursos hídricos de la cuenca.
? Evitar construir letrinas por lo menos a 30 m de cualquier pozo.
? Realizar un análisis de calidad de agua a los pozos propuestos ? Realizar un sondeo geofísico en el área del pozo No.1 del inventario (PP Comunal de la capilla).
Proyecto Agua y Saneamiento en comarca Piedras Grandes No.2, Juigalpa
Anexo 4 Registros de pruebas de bombeos
ESTUDIO HIDROLOGICO Piedras Grande 2, Juigalpa; Chontales. Managua · Nicaragua.
Febrero 2016.
Autor:
Ing. Hector Mayorga Pauth.
Consultor en Estudios Hidrológicos Licencia MTI No.10041.
E-mail: elispot17[arroba]hotmail.com
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