INTERFERENCIA
EN EL CAUDAL NATURAL DE FUENTES POR EXPLOTACIÓN DE ACUÍFERO KÁRSTICO
ESTUDIO
DE CASO
Eduardo
Chemas Hindi *
Ernani
Francisco da Rosa Filho **
*
Maestrando en Geología Ambiental (UFPR).
**
Laboratorio de Pesquisas Hidrogeológicas, UFPR.
ABSTRACT
The
objective of this work was to verify interference in springs natural discharge
due to production yield of neighboring wells. Layers of dolomitic marble with
preferential direction NE-SW constitute the karstic aquifer framework. The
marble layers are bounded by phillite and quartzite layers of same orientation.
Diabase dikes with general direction NW-SE cut those rocks. The aquifer can be
represented by a succession of contiguous three-dimensional cells, with flat and
wide depressions constituted by carbonated rocks, limited in the direction NW-SE
by the diabase dikes and in the direction NE-SW, by layers of phillite and
quartzite. It was inventoried twelve sources of the karstic aquifer, of which
five were chosen for the monitoring program. Considering only those sources, the
average discharge is approximately 400 m 3 /h.
This is an expressive indicative of the hydrogeological potential of the studied
area. Three wells were drilled in the studied area. During the pumping test of
two of them it could be noticed high interference in the discharge of
neighboring springs. The reason for this can be the fact that they are all
located in the same hydrogeological compartment and the short distance among
them.
RESUMEN
El
objetivo de este trabajo fue verificar interferencias en la descarga natural de
fuentes, en función del caudal de producción de pozos vecinos. Las fajas de
marmól dolomítico que constituien el acuífero kárstico estan dispuestas en
la dirección NE-SW, al lado de las capas de filitas y cuarzitas de misma
orientación. Esas rocas están cortadas por diques de diabásio de dirección
general NW-SE. El acuífero puede ser representado por una sucesión de células
tridimensionales contiguas, com depresiones llanas y anchas, cuyo substracto son
las rocas carbonatadas, limitadas en la dirección NW-SE por los diques de diabásio
y en la dirección NW-SE, por las capas de filitas y curzitas. Fueram
inventoriadas doce fuentes del acuífero kárstico, de las cuales se eligió
cinco para el programa de monitoreo. Considerando simplemente esas fuentes, la
descarga media obtenida es aproximadamente 400 m3/h. Esse dado es un importate
indicativo del potencial hidrogeológico del portencial del sitio estudiado.
Fueran perforados tres pozos en el sitio estudiado. Dos de ellos presentaran
interferencia en la descarga de las fuentes monitoreadas. Lo que puede
explicarse, porque ellos son todos localizados en el mismo compartimiento
hidrogeológico y a una distancia entre ellos relativamente pequeña.
1.
INTRODUCCION
La
insuficiencia y deterioración de la calidad del agua de los embalses
superficiales utilizados para el abastecimiento de la población de la ciudad de
Curitiba (Estado de Paraná/Brasil), hacen con que se busquen puntos de captación
más alejados. El acuífero kárstico ubicado al norte de Curitiba, es un
recurso subterráneo de gran valor estratégico, por el volumen almacenado,
proximidad y por la altitud algo superior al centro consumidor. Sin embargo, hay
que tener
en cuenta que la explotación de acuíferos kársticos, puede causar impactos
ambientales, tales como bajar el nivel de las aguas superficiales, secamiento de
fuentes y de pozos poco profundos.
En
general, la ocurrencia de fuentes en acuíferos kársticos se asocia a la
presencia de zonas fracturadas y carstificadas, donde los flujos de agua subterránea,
movida por fuerzas gravitacionales, descargan libremente cuando el límite de la
zona saturada ha sido interceptado por la superficie del terreno, o cuando
encuentra una barrera hidrogeológica que fuerza el agua hacia arriba, gracias a
la presión hidráulica ejercida por el restante del agua almacenada en el acuífero.
Buscando
obtener caudales expresivos, las indicaciones de karstificación intensa en las
proximidades de fuentes, a las que se añade la presencia y la profundidad pequeña
del nivel del agua subterránea, ha sido el criterio más importante para la
ubicación de pozos tubulares profundos en el área del karst paranaense. Si las
entradas de agua, atravesadas por la perforación, suelen ser canales
interconectados con las fuentes, la descarga natural puede sufrir
interferencias, en función del caudal de producción del pozo.
2.
CONSIDERACIONES HIDROGEOLOGICAS
El
acuífero, en el área del estudio, es constituido por mármoles dolomíticos
generalmente puros y masivos, de colorido blanco a ceniza, con textura sacaróide.
De esta forma, la porosidad y permeabilidad primarias son prácticamente
despreciables y el almacenamiento del agua ocurre en los vacíos formados por la
disolución del carbonato, a lo largo de los planes de discontinuidad de la
roca.
Los
mármoles dolomíticos de la Formación Capiru del Grupo Açungui constituyen el
objetivo hidrogeológico de este trabajo y fueran estudiado en detalle, por
Fiori et al. (1987); Fiori (1990), Las fajas de mármol dolomítico están
dispuestas en la dirección NE-SW, al lado de las capas de filitas y cuarzitas
de misma orientación. Las rocas del Grupo Açungui están cortadas por
innumerables diques de diabásio de dirección general NW-SE. La distribución
espacial de esos tipos litológicos dio origen al modelo conceptual del acuífero
kárstico en el sitio de estudio y presentado por Lisboa (1997). Tal modelo
representa el acuífero como una sucesión las células tridimensionales
contiguas, con depresiones llanas y anchas, cuyo substrato son las rocas
carbonatadas, limitadas en la dirección NW-SE por los diques de diabásio y en
la dirección NW-SE, por las capas de filitas y cuarzitas. Esas rocas se
presentan en el relieve, como elevaciones que se extienden en las direcciones
mencionadas.
El
potencial hidrogeológico del área es evidenciado por la descarga natural de
los manantiales inventariados y por los caudales de los ensayos de bombeo de los
pozos perforados.
La
ubicación de las fuentes monitoreadas y de los pozos P-03, P-04 y P-05, están
representadas en el mapa litológico (Figura 1).
El
modo de ocurrencia de las fuentes se relaciona a los diques de diabásio que
constituyen barreras hidrogeológicas al flujo subterráneo a través de los
canales de disolución del acuífero. Al alcanzar tales barreras, fuerzas de
naturaleza artesiana obligan surgencia del agua en la superficie. Normalmente,
esas fuentes forman un pequeño lago donde el agua, al aparecer bajo presión,
agita constantemente la arena del fondo y da la impresión de estar hirviendo.
Antes del ensayo de bombeo con bomba sumergida, el pozo P-03 fue desarrollado durante seis horas por el sistema del air-lift, con una descarga de 113 m3/h. Fue verificado, durante ese pre-ensayo, que una gran cantidad de material estaba siendo traída al interior del pozo. La posibilidad de desestabilización y el riesgo de derrumbamientos del terreno, debido a la retirada de material arcilloso del subsuelo, se resolvió abandonar ese pozo. El pozo P-04 tiene 54 m de
profundidad.
Alcanzó carbonatadas de las rocas en 36 m y una entrada de agua en 45 m.
Presenta
capacidad específica de 22,6 m 3 /h/m y caudal de
producción de 155 m 3 /h.
El pozo P-05 tiene 46 m de profundidad. Alcanzó carbonatadas de las rocas a 24
m y una entrada de agua a 34 m. Presenta capacidad específica de 70,8 m 3 /h/m y caudal de producción de 110 m
3 /h.
Los
análisis físico-químicos de las muestras tomadas en los pozos P-04 y P-05
presentan propiedades organolépticas, físico-químicas y bacteriológicas
dentro de los límites legales de potabilidad. Los iones predominantes son Ca+2,
Mg+2 y CO3H-, lo que es una característica marcante de aguas de acuíferos kársticos.
Con relación al grado de dureza, las muestras pueden ser clasificadas, como
moderadamente dura (P-04) y dura (P-05). La clasificación geoquímica de las
aguas de los pozos P-04 y P-05, según el diagrama de Piper, es bicarbonatada cálcico-magnésica.
Las
aguas de los acuíferos kársticos tienden a entrar en equilibrio químico con
los minerales carbonatados que forman las rocas que constituyen esos acuíferos.
Los índices de saturación de calcita y dolomita, fueran calculados con el
programa PHREEQC (Parkhurst, 1990).
Ellos muestran que las aguas captadas en el pozo P-04 son no saturadas con respecto a calcita, aragonita y dolomita. Esto significa que son aguas potencialmente agresivas, con tendencia a aumentar los conductos subterráneos, por disolución de los carbonatos. Eso indica, también, un tiempo de tránsito insuficiente para equilibrar estas aguas con el calcáreo, causado, posiblemente, por la proximidad del área de recarga o por circulación rápida a través del acuífero. La muestra tomada en el pozo P-05 es saturada con relación a los carbonatos y indica condiciones de infiltración y circulación del agua a través del acuífero, distintas de las aguas captadas en el pozo P-04, que tenderán manifestar más prontamente, a cualquier contaminación antrópica en las áreas de recarga.
3.
INVENTARIO Y MONITOREO DE FUENTES
Fueron inventariadas doce fuentes del acuífero kárstico, de las cuales se eligió cinco para el programa de monitoreo. En la Tabla 1 se presentan las medidas de pH, temperatura, conductividad hechas en las fuentes monitoreadas, así como el caudal y una breve descripción del uso. Considerando simplemente esas fuentes, la descarga media obtenida es de aproximadamente 400 m 3 /h. Ese dato es un importante indicativo del potencial hidrogeológico del potencial del sitio estudiado.
Para evaluar posibles interferencias causadas por la explotación del acuífero kárstico en los caudales naturales de las fuentes FSM-2, FSM-3 FSM-4, FSM-5 y FSM-10, se hizo el monitoreo de las descargas durante los ensayos de bombeo de los pozos P-03, P-04 y P-05, según la Tabla 2.
Pozo
03
Durante
el desarrollo de ese pozo con una descarga de 31,4 l/s, se hizo las mediciones
de caudal de las fuentes FSM 2, FSM-3 y FSM-4.
Los caudales de las fuentes FSM-2 y FSM-4, fueran 59,2 y 6,8 l/s, respectivamente. Tales valores se acercan del promedio de las mediciones logrado hasta entonces, es decir, 56,1 l/s para
FSM-2
y 6,7 l/s para FSM-4, lo que muestra que tales fuentes no tuvieran sus descargas
afectadas por el bombeo del pozo P-03. Eso se justifica porqué el pozo y las
fuentes están emplazados en compartimentos hidrogeológicos distintos. No
obstante, cuando se analiza la descarga de la fuente FSM-3, se verifica esa bajo
para 17,4 l/s y contrasta con el promedio de 44,5 l/s. Eso se da por la
proximidad y por estar en un mismo compartimento hidrogeológico.
El efecto del bombeo del pozo P-03 en la descarga de las fuentes monitoreadas es presentado en la Figura 2.
Pozo
04
El ensayo de bombeo del pozo P-04 fue cumplido en cuatro fases, con caudales constantes de 41 y 80.54 m3/h, para las dos primeras fases y caudales que varían de 132,43 hasta 138,36 m 3 /h durante la tercera fase y de 166,21 hasta 172,6 m 3 /h en la última fase. La duración de las fases fue de ocho horas para la primera, segunda y cuarta fases, y de seis horas para la tercera fase. Antes de empezar el ensayo de bombeo, se hizo una fase de evaluación con duración de dos horas y caudal de 176 m 3 /h. La Figura 3 exhibe la variación de los caudales de las fuentes durante el ensayo de bombeo.
Pozo
05
El
ensayo de bombeo del pozo P-05 fue cumplido en cuatro fases, con caudales
constantes de 49.5, 99.94, 150.87 y 165.55 m 3 /h y duración de 16, 6, 16 y 3
horas respectivamente. Durante el ensayo de bombeo se monitorearon las descargas
de las fuentes FSM-3 y FSM-4. La fuente FSM-10 esta emplazada dentro de un
tanque de piscicultura, de 11 m de anchura por 40 m de largo. El agua que fluye
de esa fuente es drenada hacia fuera del tanque, a través de tubos de PVC.
Pero, en el periodo del ensayo de bombeo, la cañería que sirve para agotar el
agua estaba sumergida debido al nivel del río vecino al tanque, así no fue
posible hacer la medición directa del caudal. Para verificar posibles
interferencias en la descarga de la fuente, decidió controlar el nivel del agua
en el tanque, con una escala instalado en el apoyo central del puente que cruza
el tanque.
La variación a lo largo del tiempo, de la descarga de las fuentes y del nivel del agua en el tanque, se muestra en la Figura 4. Puede observarse que la fuente FSM-4 no sufre ninguna interferencia debido al bombeo del pozo. Sin embargo, al empezar la segunda fase del ensayo, la descarga de la fuente FSM-3 empieza a disminuir y baja desde 37 l/s para 17 l/s en fin de esa fase. El nivel en el tanque, (eje derecho del gráfico), muestra una disminución continua, muy similar al gráfico del caudal de la fuente FSM-3. Eso evidencia una interconexión entre las dos fuentes y el pozo.
4.
CONCLUSION
La interferencia de los pozos P-03 y P-05 en la descarga de las fuentes FSM-3 y FSM-10 puede explicarse, principalmente, porque ellos están localizados en el mismo compartimento hidrogeológico y a una distancia entre ellos relativamente pequeña (600 m para P-03 y 350 para P-05). Además, considerando verdadera, la hipótesis que los procesos de karstificación son más intensos a lo largo de los diques, por que los pozos y las fuentes están localizadas aproximadamente en una faja paralela al dique que limita el compartimento, ya se podría prever una interconexión entre ellos. En el caso del pozo P-04, puede suponerse que no hubo ninguna interferencia en la descarga, por estar alejado cerca de 1000 m en una línea perpendicular al dique, que es una dirección menos favorable a los procesos de karstificación, según la hipótesis expresada.
Aunque
los pozos de productividad más grande se localizan cerca de las fuentes, el
bombeo de esos pozos ha presentado problemas, como bajar el nivel potenciométrico
del acuífero lo que resulta en la reducción inmediata de los caudales de las
fuentes. Esa interferencia negativa en las fuentes, que llegan a secar en
algunos casos, afectando corto plazo, los granjeros que necesitan del agua para
la irrigación y a largo plazo puede causar efectos drásticos al ecosistema
mantenido por la fuente.
Todavía
el efecto más dañoso del secamiento de fuentes debido al bombeo de pozos es la
posible inversión del flujo del agua, donde la fuente pasa de zona de descarga
a zona de recarga del acuífero, con infiltración directa del agua superficial
para el acuífero sin cualquier acción purificadora. En esos casos, es
necesario desviar el desagüe que pasa cerca de las fuentes y mantener los
caudales de los pozos en un nivel que permite la descarga de esas fuentes de una
manera ininterrumpida. Debe ser considerado, también, que el bombeo del pozo
altera las condiciones naturales de flujo dentro del acuífero cuya evolución
es, muchas veces, de difícil predicción. Antes de eso, sería aconsejable
hacer un monitoreo continuo del nivel del agua en el pozo y las medidas sistemáticas
de caudal de las fuentes para observar la continuidad de flujo y las posibles
variaciones estacionales.
En
las áreas no todavía explotadas, es aconsejable que adelantando a la fase de
ubicación y perforación de pozos, se haga un inventario de los puntos de agua,
con colección de muestras de agua, para conocer la calidad del agua, con relación
a la presencia de coliformes, nitratos y sustancias químicas. Las muestras
deben ser representativas del acuífero kárstico y del freático, por la
posibilidad de recarga del acuífero para esas aguas. El conocimiento de las
características de las aguas del freático permitirá identificar áreas de
riesgo de antemano y plantear una estrategia para mitigar problemas futuros de
contaminación del agua subterránea.
REFERENCIAS
Fiori
et al., 1987. Compartimentação tectônica do Grupo Açungui a norte de
Curitiba. In: SIMPÓSIO SUL-BRASILEIRO DE GEOLOGIA (1987 : Curitiba). Atas.
Curitiba, SBG, v.1, p.183-196.
Fiori,
A. P., 1990. Tectônica e Estratigrafia do Grupo Açungui a Norte de Curitiba.
Instituto de Geociências - USP. Tese (Livre Docência), São Paulo : USP
GEA
- Geologia e Engenharia Ambiental Ltda., 1998. Projeto PROSAN/PEB-07 - Relatório
Final. Curitiba.
Lisboa, A. A., 1997. Proposta de metodologia para avaliação hidrogeológica do aqüífero cárstico, Compartimento São Miguel. Departamento de Geologia - UFPR. Dissertação (Mestrado), Curitiba : UFPR.