modelo hidrogeolÓgico para simular la...
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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERÍA
MODELO HIDROGEOLÓGICO PARA
SIMULAR LA INTERACCIÓN ENTRE EL
DREN LAS VEGAS Y EL RÍO
ACONCAGUA.
EDWIN IVÁN TERÁN PARRA
Proyecto para optar al grado de
Magister en Ingeniería
Profesor Supervisor:
JOSÉ FRANCISCO MUÑOZ PARDO
Santiago de Chile, abril, 2015
2015, Edwin Terán
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERÍA
MODELO HIDROGEOLÓGICO PARA SIMULAR
LA INTERACCIÓN ENTRE EL DREN LAS
VEGAS Y EL RÍO ACONCAGUA.
EDWIN IVÁN TERÁN PARRA
Proyecto presentado a la Comisión integrada por los profesores:
JOSÉ FRANCISCO MUÑOZ P.
FRANCISCO I. SUAREZ P.
NICOLAS STARCK F.
RODRIGO A. ESCOBAR M.
Para completar las exigencias del grado de
Magister en Ingeniería
Santiago de Chile, abril, 2015
ii
A mis Padres, que siempre estuvieron
conmigo
iii
AGRADECIMIENTOS
Quisiera expresar mi más profundo agradecimiento primero a Dios por haberme dado la
fuerza suficiente para culminar exitosamente esta etapa de mi vida, a mis padres por su apoyo
incondicional durante mi estancia en Chile, ya que ellos siempre supieron estar junto a mí
en los momentos más difíciles entregándome palabras de apoyo, cariño y comprensión, a mi
profesor supervisor José Muñoz que gracias a su presión y ayuda constante pude completar
dentro de los plazos establecidos mi proyecto de tesis y sobre todo mejorar mi capacidad
académica y profesional, a Diana, mis hermanas y mi Tío Sebas que nunca se olvidaron de
mí, a mis amigas y amigos del departamento Vero, Pauli, Javi, Marce, Ana, Sebas, Cano,
Sergio G, Sergio C, por su apoyo y compañía durante el tiempo de duración del programa y
a la secretaria de educación superior, ciencia, tecnología e innovación del Ecuador
(Senescyt) por cubrir todos los gastos concernientes a mis estudios.
Finalmente un especial agradecimiento a la familia Muñoz (Jorge, Trini, Mariela, Tori y Go)
que mucho tuvo que ver con este logro, haciéndome sentir como en casa a pesar que no me
conocían, brindándome un techo para vivir y sobre todo una familia putativa que siempre se
preocupó por mí.
A todos ellos mi más profundo agradecimiento
INDICE GENERAL
Pág.
DEDICATORIA....................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................... iii
INDICE DE TABLAS ............................................................................................ vi
INDICE DE FIGURAS .......................................................................................... vii
RESUMEN .............................................................................................................. ix
ABSTRACT ............................................................................................................. x
1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 1
1.1 Objetivos ................................................................................................ 5
1.1.1 Objetivo general ..................................................................................... 5
1.1.2 Objetivos específicos .............................................................................. 5
2 ÁREA DE ESTUDIO ..................................................................................... 6
2.1 Delimitación del área de estudio ............................................................ 8
2.2 Descripción del sistema Las Vegas ...................................................... 11
3 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO HIDROGEOLÓGICO ....................... 14
3.1 Características hidrogeológicas del área de estudio ............................. 14
3.1.1 Basamento impermeable ...................................................................... 14
3.1.2 Estratigrafía .......................................................................................... 15
3.1.3 Niveles piezométricos ................................................................ 15
3.1.4 Propiedades hidráulicas ............................................................. 20
3.1.5 Recargas ..................................................................................... 27
3.1.6 Descargas ................................................................................... 30
3.2 Modelo numérico ................................................................................. 34
3.2.1 Geometría del modelo ................................................................ 34
3.2.2 Condiciones de borde ................................................................. 38
3.2.3 Período de analisis ..................................................................... 42
3.2.4 Calibración y validación del modelo ......................................... 42
3.3 Acoplamiento del modelo numérico a HEC-RAS ............................... 48
4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................. 51
4.1 Comparación entre el modelo regional y local .......................... 51
4.2 Comparación entre el modelo local y el modelo ET ................. 54
4.3 Calibración y validacion de la conductancia del dren Las Vegas y
río Aconcagua. ........................................................................... 59
4.4 Calibración y validacíon del modelo en funcion de fuentes
antropogenicas de aporte al dren Las Vegas .............................. 64
4.5 Impacto del funcionamiento de los pozos Llaillay en el dren Las
Vegas ......................................................................................... 68
5 CONCLUSIONES ........................................................................................ 74
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 76
vi
INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 3-1 Conductancia de los afloramientos naturales adoptados ................................. 40 Tabla 4-1 Comparación de los caudales observados y calculados para definir cambios en
las propiedades hidráulicas en el dren Las Vegas. ........................................................... 65
Tabla 4-2 Comparación de los caudales observados y calculados para una nueva
conductancia. .................................................................................................................... 65
Tabla 4-3 Aporte de las piscinas de infiltración al caudal captado por el dren Las Vegas.
.......................................................................................................................................... 66 Tabla 4-4 Reducción del caudal del dren Las Vegas debido al funcionamiento de los
pozos de Llaillay .............................................................................................................. 69
Tabla 4-5 Caracterización de los tramos seleccionados para el modelo HEC-RAS ........ 71 Tabla 4-6 Corte transversales de las secciones típicas en dren Las Vegas, túnel de
afloramiento sección B y túnel de afloramiento sección B1 ............................................ 71
vii
INDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 2-1 Mapa general de la cuenca del río Aconcagua y sus principales ciudades
(Fuente: IGM, 2014) .......................................................................................................... 6 Figura 2-2 Red de drenaje de la cuenca del río Aconcagua (Fuente: IGM, 2014) ............ 7
Figura 2-3 Ubicación espacial del sistema Las Vegas dentro del acuífero del río
Aconcagua (Fuente: DICTUC, 2009 y ESVAL S.A, 2015) .............................................. 9
Figura 2-4 Delimitación del área de estudio (Fuente: DICTUC, 2009) ........................... 10 Figura 2-5 Esquema de las obras civiles subterraneas que componen el sistema Las
Vegas (Fuente: Grove & Court, 1972) ............................................................................. 11 Figura 2-6 Obras superficiales del sistema Las Vegas (Fuente: ESVAL S.A, 2015) ...... 13
Figura 3-1 Niveles piezométricos iniciales (msnm) en la capa superior del modelo
hidrogeológico. (Fuente: DICTUC, 2014) ....................................................................... 17 Figura 3-2 Niveles piezométricos iniciales (msnm) en la capa intermedia del modelo
hidrogeológico. (Fuente: DICTUC, 2014) ....................................................................... 18 Figura 3-3 Niveles piezométricos iniciales (msnm) en la capa inferior del modelo
hidrogeológico. (Fuente: DICTUC, 2014) ....................................................................... 19 Figura 3-4 Distribución espacial de los coeficientes de permeabilidad (Kx) en la capa
superior. (Fuente: DICTUC, 2009) .................................................................................. 21
Figura 3-5 Distribución espacial de los coeficientes de permeabilidad (Kx) en la capa
intermedia. (Fuente: DICTUC, 2009) .............................................................................. 22 Figura 3-6 Distribución espacial de los coeficientes de permeabilidad (Kx) en la capa
inferior. (Fuente: DICTUC, 2009) ................................................................................... 23
Figura 3-7 Distribución espacial de los coeficientes de almacenamiento (Sy) en la capa
superior. (Fuente: DICTUC, 2009) .................................................................................. 24
Figura 3-8 Distribución espacial de los coeficientes de almacenamiento (Sy) en la capa
intermedia. (Fuente: DICTUC, 2009) .............................................................................. 25 Figura 3-9 Distribución espacial de los coeficientes de almacenamiento (Sy) en la capa
inferior. (Fuente: DICTUC, 2009) ................................................................................... 26
Figura 3-10 Distribución espacial de la recarga superficial en el área de estudio. (Fuente:
DICTUC, 2009) ............................................................................................................... 28
Figura 3-11 Definición de las cuencas laterales aportantes al área de estudio. (Fuente:
DICTUC, 2009) ............................................................................................................... 29 Figura 3-12 Afloramientos en cauces naturales. (Fuente: DICTUC, 2009) .................... 31 Figura 3-13 Variación estacional del caudal observado en el dren Las Vegas. (Fuente:
ESVAL S.A, 2015) .......................................................................................................... 32
Figura 3-14 Ubicación de los pozos de captación definidos como extracciones
artificiales en el modelo conceptual. (Fuente: DICTUC, 2014) ...................................... 33 Figura 3-15 Área total de modelación clasificada por área activa e inactiva ................... 36 Figura 3-16 Vista en corte de una sección del modelo .................................................... 37 Figura 3-17 Ubicación de los pozos de observación en el área de estudio. (Fuente:
DICTUC, 2009) ............................................................................................................... 44
viii
Figura 4-1 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el acuífero
A03 entre el modelo general y local. ............................................................................... 51 Figura 4-2 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el acuífero
A04 entre el modelo general y local. ............................................................................... 52 Figura 4-3 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el acuífero
A05 entre el modelo general y local. ............................................................................... 53
Figura 4-4 Comparación gráfica y porcentual de los flujos de a) recarga y b) descarga
que ingresan al área de estudio entre el modelo regional y local. .................................... 54 Figura 4-5 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el acuífero
A03 entre el modelo local y ET. ...................................................................................... 55 Figura 4-6 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el acuífero
A04 entre el modelo local y ET. ...................................................................................... 56
Figura 4-7 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el acuífero
A05 entre el modelo local y ET ....................................................................................... 57 Figura 4-8 Comparación gráfica y porcentual de los flujos de a) recarga y b) descarga
que ingresan al área de estudio entre el modelo local y regional. .................................... 58 Figura 4-9 División del período de análisis en sub-períodos en función de la fuente de
captación del dren Las Vegas. .......................................................................................... 60 Figura 4-10 Clasificación hidrológica de los períodos de stress en función del caudal
observado en el río Aconcagua en la estación Aconcagua en Romeral. (Fuente: DGA,
2015) ................................................................................................................................ 61
Figura 4-11 Comparación entre caudales observados vs calculados para distintos meses
hidrológicos utilizados para la calibración de la conductancia del dren Las Vegas y río
Aconcagua. ....................................................................................................................... 62
Figura 4-12 Relación definida entre el caudal del río Aconcagua y la conductancia del
río Aconcagua para el modelo numérico ET.................................................................... 63
Figura 4-13 Validación de la conductancia del dren Las Vegas y Río Aconcagua para el
período septiembre 1970 a junio 1975. ............................................................................ 64 Figura 4-14 Distribución porcentual de flujos de captación en el dren Las Vegas. ......... 67 Figura 4-15 Validación del modelo numérico para el período septiembre 2010 a
diciembre 2012. ................................................................................................................ 68 Figura 4-16 Modelo conceptual del funcionamiento del sistema Las Vegas definido para
el modelo HEC-RAS ........................................................................................................ 70
Figura 4-17 Altura de agua observada en el sistema Las Vegas en el tramo cámara 1 a
cámara CT12 para una altura a) normal y b) medida ....................................................... 73
ix
RESUMEN
El 75% del agua potable para la ciudad de Valparaíso depende de la explotación del
acuífero del río Aconcagua en el sistema Las Vegas. El sistema Las Vegas se ubica a 70
km de la ciudad de Valparaíso y está compuesto de varias obras civiles de captación,
conducción y tratamiento, siendo la de mayor importancia la captación subterránea
denominada dren Las Vegas.
El dren Las Vegas posee una extensión aproximada de 2000 m de longitud, enterrado a
una profundidad de 40 m en una zona con alta interacción entre las aguas superficiales y
el acuífero. Desde su construcción en la década de los años 60, el dren ha visto afectado
sus propiedades hidráulicas forzando a la empresa encargada de su manejo a implementar
fuentes adicionales de agua potable, complicando el manejo del dren en varios aspectos
operacionales ya que no existe una idea clara del real aporte del acuífero al dren Las
Vegas.
En este estudio, se construyó un modelo numérico en la plataforma MODFLOW 2000
para analizar el funcionamiento temporal del dren Las Vegas. El modelo numérico está
compuesto por tres capas de 356400 celdas con un mallado de 50 x 50 m2. El período de
análisis es de 32 años y toma en cuenta la precipitación, el riego e infiltración desde el río
Aconcagua y piscinas de infiltración como ingreso de agua modelo; mientras que las
descargas son los afloramientos en cauces naturales y pozos de bombeo.
El modelo logra precisar la relación existente entre el caudal en el río Aconcagua y el
caudal de salida del dren Las Vegas y define la conductancia del río Aconcagua como una
función de su caudal. Además refleja los cambios en la conductancia del dren Las Vegas
en el tiempo. Resultando así ser una excelente herramienta en la toma de decisiones al
momento de optimizar el manejo del recurso hídrico en períodos de estiaje o crecida.
Palabras Claves: MODFLOW, dren Las Vegas, Acuífero, río Aconcagua
x
ABSTRACT
Seventy five percent of the potable water of the city of Valparaíso, Chile, is obtained from
the exploitation of aquifer of the Aconcagua River aquifer at the Las Vegas system. The
Las Vegas system is located at approximately 70 km from the city and it is comprised by
several civil works for collection, transport and treatment, being that of major importance
the Las Vegas drain.
The Las Vegas drain is approximately 2000 m lengths and it is buried at a depth of 40 m
in a zone that has a strong interaction between surface waters and groundwater. Since its
construction in 1960, the hydraulic characteristics of the drain have changed; forcing the
water utility company to include additional potable water, complicating the managing of
the drain in operational aspects because don’t have a clear idea of the contribution of the
aquifer to the Las Vegas drain.
Modflow 2000 numerical model was constructed to analyze the functioning of the Las
Vegas drain in the time. The numerical model has three layers with 356400 cells of 50 x
50 m2. The analysis períod is 32 years and takes into account the precipitation, irrigation,
and infiltration from the Aconcagua River and the infiltration ponds like inflow water;
while the discharges of the model are outcrops in natural riverbeds and pumping from
wells.
The model establish a direct relationship between the water flow at the exit of the drain
and the streamflow of the Aconcagua River, and to define the conductance of the river as
a function of the streamflow. The initial conductance of the drain was modified to reflect
its change in time. This model is an excellent tool that supports decisions to optimize water
management in períods of drought and flood.
Keywords: MODFLOW, Las Vegas drain, aquifer, Aconcagua River.
1
1 INTRODUCCIÓN
La explotación de aguas subterráneas como fuente de abastecimiento de agua potable data
de antiguas civilizaciones, pero su auge se produce en los últimos 50 años (Foster &
Chilton 2003). No existen estadísticas claras de explotación y uso de aguas subterráneas
a nivel mundial, sin embargo se estima que estas proveen alrededor del 50% de agua
potable, 40% del industrial y 20% de agricultura (Zektser, 2004). Este rápido e
incontrolable incremento en la explotación de agua subterránea ha traído consigo muchos
beneficios sociales y económicos aunque en algunos casos la elevada tasa de extracción
ha provocado la degradación de acuíferos, generando problemas ambientales (Morris et
al. 2003; Sophocleous 2000).
Una manera de controlar la degradación o el agotamiento de los acuíferos es comprender
correctamente su funcionamiento de manera global, esto es entender la interacción
existente entre las aguas subterráneas y las aguas superficiales (Andersen & Acworth
2009). La interacción río-acuífero es compleja en el tiempo y el espacio (Fleckenstein, et
al., 2006; Morrice, et. al., 1997) y su dinámica de funcionamiento es difícil de entender,
debido a que las medidas directas de flujo son notoriamente complicadas. (Sophocleous
2002).
Es un hecho que los ríos se encuentran conectados hidráulicamente a las aguas
subterráneas en la mayoría de los ambientes, haciendo que estos sean parte integral de los
sistemas de aguas subterráneas. Aun cuando el cuerpo de agua superficial esté separado
por una zona no-saturada más o menos permeable, la filtración de agua superficial puede
recargar al flujo subterráneo (United States Environmental Protection Agency 2000). Un
2
ejemplo claro de esta interacción sucede en el acuífero del río Aconcagua, el cual presenta
una interconexión variable con el río Aconcagua a lo largo de su curso. (Ayala et al. 2001;
DICTUC 2009; Grove & Court 1972).
El acuífero del río Aconcagua ha sido ampliamente estudiado por varios autores que
recopilan más de 30 estudios e informes (Ayala et al. 2001; DICTUC 2009), entre los
cuales podemos destacar el estudio realizado por Ingendesa (1998) para la Dirección
General de Aguas, que constituye la base y el fundamento de los actuales modelos de
simulación de la cuenca del río Aconcagua. El estudio divide al acuífero del río Aconcagua
en 5 sectores hidrogeológicos, para los cuales se genera un modelo separado por sector.
El estudio aborda temas relacionados con la hidrología e hidrogeología de la cuenca,
demandas de agua y los modelos de simulación tanto para el escurrimiento superficial,
como el subterráneo. Otro estudio destacado es el realizado por la DGA (2004b), el cual
se basa en los 5 modelos hidrogeológicos separados desarrollado por Ingendesa (1998),
donde se realiza una actualización de las características de la cuenca en todos sus ámbitos
geológicos e hidrogeológicos, y presenta los resultados de la simulación superficial y
subterránea utilizando los modelos “Modelo de Operación Superficial” (MOS) y
MODFLOW.
El estudio de mayor importancia, ya sea por su temporalidad, integración de modelos y
los resultados entregados es el realizado por DICTUC (2009) para la Dirección de Obras
Hidráulicas, donde se determina la disponibilidad real de aguas subterráneas en el valle
del Aconcagua hasta el año 2006. Este modelo integra los 5 sectores hidrogeológicos
definidos por Ingendesa (1998) en uno solo, generando un modelo hidrogeológico global
del funcionamiento del acuífero del río Aconcagua, cuyo objetivo fue corregir e integrar
3
los modelos separados que permiten simular el funcionamiento de los recursos hídricos
de la cuenca del río Aconcagua desarrollando así una nueva herramienta para la toma de
decisiones para el tratamiento de los recursos hídricos del valle. El modelo actualiza datos
geológicos, topográficos, hidrológicos, geomorfológicos e hidrogeológicos del valle del
Aconcagua, generando un modelo conceptual que define las entradas y las salidas de flujo
además de las propiedades hidráulicas del sistema para posteriormente elaborar un modelo
numérico que explique el funcionamiento del acuífero. El modelo numérico posee una
discretización horizontal de 588 filas x 1008 columnas en un mallado de 100 x 100 m y
una discretización vertical de 3 capas para un período trasiente de 15 años (entre 1991 y
2006). El modelo posteriormente fue actualizado por Geohidrologia & DICTUC (2014)
en base a lo solicitado por la Empresa Sanitaria de Valparaíso, ESVAL S.A, para el
período 2006-2013.
El acuífero del río Aconcagua representa la principal fuente de agua potable para la región
de Valparaíso, donde las tres cuartas partes de su suministro de agua potable provienen de
su explotación en el sistema Las Vegas, operado por ESVAL S.A. El sistema Las Vegas
se encuentra formado por distintas obras civiles de captación, tratamiento y distribución
de agua potable, donde su principal componente es un dren subterráneo que cruza
totalmente el valle del río Aconcagua en el sector de Romeral denominado dren Las
Vegas.
La información disponible del sistema Las Vegas es muy acotada. Sin embargo, existe
información generada por instituciones públicas y privadas. Por ejemplo el estudio
realizado por Grove & Court (1972) para la Dirección de Aguas del Ministerio de Obras
Públicas y Transporte. Analiza la posibilidad de incrementar los caudales que se obtienen
4
en las captaciones subterráneas de Las Vegas y Ocoa, a fin de mejorar el abastecimiento
de agua potable de las ciudades de Valparaíso y Viña del Mar. Dentro de este estudio se
definen las características hidráulicas con las que funciona el dren Las Vegas y se plantea
una hipótesis idea inicial de que existe una relación entre el caudal funcionamiento del
dren Las Vegas y el ancho del río Aconcagua. Otra fuente de información bibliográfica es
la tesis realizada por Tobar (2009), donde se construye un modelo numérico que analiza
el impacto que tienen la recarga superficial artificial en el caudal captado por el dren Las
Vegas. Este estudio está enfocado a la zona no saturada y su principal objetivo es simular
el funcionamiento de las piscinas de infiltración.
Ninguno de los diferentes estudios relacionados al funcionamiento del sistema Las Vegas
y del acuífero del río Aconcagua, toma en cuenta los cambios hidráulicos que ha sufrido
el dren Las Vegas a lo largo de su funcionamiento. En los últimos años, la empresa
ESVAL S.A se ha visto obligada a incorporar nuevas fuentes de abastecimiento al sistema
Las Vegas como la inyección de agua superficial desde plantas de tratamiento (1998), el
uso de piscinas de infiltración de recarga artificial del acuífero (2008) e incluso el uso de
pozos de bombeo para inyectar agua al dren (2013). No existen estudios que analicen de
forma concreta la interacción existente entre el acuífero – el río Aconcagua y el dren Las
Vegas. El objetivo general de esta investigación es construir un modelo hidrogeológico
que simule el funcionamiento del dren Las Vegas, tomando en cuenta sus diferentes
fuentes de captación de aguas e incorporando la interacción existente entre el río
Aconcagua-el acuífero-el dren Las Vegas.
5
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo general
Generar un modelo conceptual y numérico que analice y explique el funcionamiento
del dren Las Vegas, tomando en cuenta sus distintas fuentes de captación, la
interacción entre acuífero-río- dren y cambios hidráulicos en el dren Las Vegas.
1.1.2 Objetivos específicos
a) Determinar las principales fuentes de captación del dren Las Vegas y
su porcentaje de aportación al caudal medido.
b) Determinar si existieron cambios en las propiedades hidráulicas del
dren Las Vegas desde su construcción hasta la actualidad.
c) Definir si el dren Las Vegas se encuentra funcionando bajo presión
cuando recibe aportes de los pozos de recarga, planta de tratamiento y
piscinas de infiltración.
6
2 ÁREA DE ESTUDIO
El acuífero del río Aconcagua se encuentra dentro de la cuenca del río Aconcagua situada
entre los paralelos 32º 20’ y 33º 07’ de latitud sur y entre los meridianos 70º 00’ y 71º 31’
de longitud oeste. Posee una superficie estimada de 7168 km2 y administrativamente está
inserta en la V Región de Valparaíso, comprendiendo en su totalidad las provincias de Los
Andes, San Felipe y Quillota y en forma parcial la de Valparaíso (DICTUC 2009;
Martinez et al. 2012). La Figura 2-1 muestra un mapa general de la cuenca del río
Aconcagua, división provincial y sus principales ciudades, correspondientes a las
localidades de Los Andes, Panquehue, San Felipe y Llaillay.
Figura 2-1 Mapa general de la cuenca del río Aconcagua y sus principales
ciudades (Fuente: IGM, 2014)
7
La cuenca del río Aconcagua presenta un régimen hidrológico de alimentación mixta, o
nivo-pluvial. Predomina un clima templado mediterráneo que se caracteriza por tener una
estación seca prolongada y un invierno pronunciado. La amplitud térmica es bastante
elevada, pudiendo variar entre los 0 °C en la época invernal y los 27 °C en verano, con
una temperatura media anual de 15,2°. Su principal cuerpo hídrico es el río Aconcagua
que recibe numerosos afluentes durante su curso, entre los que se destaca el río Putaendo
por el norte, el estero Pocuro desde el sur, a la altura de San Felipe y los ríos Colorado y
Blanco en la Cordillera. (DGA 2004a; Ayala et al. 2001; Tobar 2009).
Figura 2-2 Red de drenaje de la cuenca del río Aconcagua (Fuente: IGM, 2014)
8
La cuenca del río Aconcagua está compuesta principalmente por rocas volcánicas
interestratificadas con sedimentos marinos y continentales, cuyas edades fluctúan entre el
Triásico superior y el Mioceno superior (290 a 4 Ma). Además, existen variados cuerpos
intrusivos datados entre el Paleozoico superior y el Plioceno (155 a 5 Ma) y una importante
extensión de terreno cubierta por depósitos sedimentarios no consolidados, de edad
cuaternaria (menor a 1,8 Ma) y en menor proporción de edad Terciaria, cuyo origen se
asocia a procesos de erosión, transporte y sedimentación aluvial y fluvial (DICTUC 2009).
En términos geomorfológicos, se ubica en la zona de transición entre dos dominios
geomorfoestructurales que son, los valles transversales por el norte, y las cuencas de
Santiago y Rancagua por el sur, donde se desarrolla la Depresión Central. Por lo tanto,
uno puede encontrar características de ambos dominios en la cuenca del río Aconcagua
(DICTUC 2009).
El acuífero del río Aconcagua posee una extensión aproximada de 1200 km2 con una altura
del basamento correspondiente a -163 msnm. en el sector de la desembocadura en Con
Con, y a 1350 msnm. en la cabecera del valle del río Putaendo (DICTUC 2009; DGA
2004b). Se encuentra dividido en 10 sectores hidrogeológicos con diferentes propiedades
hidráulicas (DICTUC 2009).
2.1 Delimitación del área de estudio
El sistema Las Vegas se encuentra ubicado aguas abajo del cuarto sector
hidrogeológico (A04) del acuífero del río Aconcagua y se ha definido como área de
estudio los acuíferos tres (A03), cuatro (A04) y cinco (A05) debido a características
topográficas, geográfica e hidrogeológicas y principalmente a aspectos técnicos
9
relacionados al funcionamiento del sistema Las Vegas. La Figura 2-3 presenta la
ubicación espacial del sistema Las Vegas dentro del acuífero del río Aconcagua
Figura 2-3 Ubicación espacial del sistema Las Vegas dentro del acuífero del río
Aconcagua (Fuente: DICTUC, 2009 y ESVAL S.A, 2015)
El acuífero A03 se desarrolla en el tramo Palomar-Panquehue y recibe recargas de
zonas de riego como los aportes de los otros acuíferos específicamente del A01 y
A02. De este acuífero se producen afloramientos en la zona de Panquehue, donde
captan los canales de Catemu. El acuífero A04, parte desde Panquehue hasta 4 km
antes de Romeral. Recibe tanto las percolaciones de sectores de riego como las
10
descargas subterráneas de los acuíferos A03 y A05, y presenta afloramientos en la
zona donde descarga el estero Catemu. Mientras que el acuífero A05, que
corresponde al acuífero existente en la cuenca del estero Los Loros, recibe las
percolaciones de sectores de riego en la cuenca y las pérdidas de conducción del
canal Lorino, que viene del estero Lo Campo. El acuífero A05 está conectado con
el acuífero A04 al que descarga sus efluentes. La Figura 2-4 muestra la delimitación
del área de estudio.
Figura 2-4 Delimitación del área de estudio (Fuente: DICTUC, 2009)
11
2.2 Descripción del sistema Las Vegas
El sistema Las Vegas se encuentra formado por distintas obras civiles de captación,
tratamiento y distribución de agua potable, donde su principal componente es un
dren subterráneo, llamado Las Vegas, que cruza totalmente el valle del río
Aconcagua en el sector de Romeral. La Figura 2-5 presenta un esquema de las obras
civiles subterraneas, que componen el Sistema Las Vegas.
Figura 2-5 Esquema de las obras civiles subterraneas que componen el sistema
Las Vegas (Fuente: Grove & Court, 1972)
12
El dren Las Vegas es una estructura tipo bóveda con una extensión aproximada de
2000 m, enterrado a una profundidad de aproximadamente 40 m que desemboca en
un túnel de afloramiento que lo conecta a la planta de Pachacama, componente final
del sistema Las Vegas (Tobar 2009). Su construcción data del año 1946 y luego de
algunos períodos de interrupción se finalizó en el año 1972.
El dren Las Vegas, a lo largo de sus 2000 m de longitud, se encuentra formado por
once (11) cámaras principales separadas a 200 m cada una, y dos (2) drenes laterales
de 300 y 500 m acoplados a la cámara seis (6) y cámara diez (10), respectivamente
(Grove & Court 1972).
Sus principales fuentes de captación de agua actualmente son el acuifero del río
Aconcagua, las dos (2) plantas de tratamiento superficiales, las piscinas de
infiltración artificial y 12 pozos de bombeo ubicados en la localidad de Llaillay. La
Figura 2-6 presenta las obras superficiales del sistema Las Vegas sobre una imagen
satelital tomada de Google Earth.
13
Figura 2-6 Obras superficiales del sistema Las Vegas (Fuente: ESVAL S.A, 2015)
14
3 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO HIDROGEOLÓGICO
Un modelo hidrogeológico es una representación física o numérica de un sistema
hidrogeológico real que permite observar a escala espacial y temporal el comportamiento
de un acuífero como herramienta de investigación (Cordoba et al. 2013). Para su
construcción es necesario definir las principales características hidrogeológicas del
sistema (modelo conceptual), para luego incorporarlas dentro de un modelo numérico, de
manera que una descripción coherente del sistema determina un buen nivel de precisión
de los resultados del modelo numérico (Bríones & Muñoz 2012; Varni & Usunoff 1999).
3.1 Características hidrogeológicas del área de estudio
Para la definición de las características hidrogeológicas del área de estudio se tomó
en cuenta los estudios realizados por Grove & Court (1972), DGA (2004b),
DICTUC (2009) y Tobar (2009).
3.1.1 Basamento impermeable
El basamento impermeable representa el zócalo del acuífero y por lo tanto delimitar
su altura es muy importante para el estudio. Se ha definido que la altura del
basamento impermeable presenta una variación de 400 a 200 msnm desde el sector
de Panquehue hasta la confluencia con el valle de Catemu. Lo mismo que presenta
el valle de Catemu desde su cabecera hasta la confluencia con el valle del Aconcagua
y las cabeceras sur del valle de Llaillay. Mientras que en el valle de Llaillay,
propiamente tal, existe una profundización del basamento que alcanza cotas desde
200 a 50 msnm. en la confluencia con el valle del Aconcagua.
15
3.1.2 Estratigrafía
El acuífero del río Aconcagua fue divido en tres capas o estratos en base a
información de geología, pruebas de bombeo de los pozos y, en menor medida, a la
información entregada por perfiles TEM (DICTUC 2009).
La primera capa (estrato superior) posee un espesor que varía entre 20 y 80 m, y está
conformada por sedimentos gruesos estructurados por gravas, bolones, arenas y,
ocasionalmente, finos que presenta una permeabilidad alta a muy alta. Sin embargo,
en el valle de Catemu su permeabilidad disminuye a media debido a la presencia de
arena gravosa arcillosa y grava arenosa con lentes arcillosos.
La segunda capa (estrato intermedio) con un espesor entre 50 y 100 m, presenta una
continuidad del tipo de depósitos observados en la capa superior con altos a muy
altos valores de permeabilidad. Sin embargo, a 3 km aguas abajo del sector de
Panquehue hasta el final del área de estudio, la segunda capa presenta una
permeabilidad media en casi todo el ancho del valle, excepto alrededor del curso de
agua principal que está representado por valores altos.
Finalmente la tercera capa (estrato inferior) presenta bajos valores de permeabilidad,
interpretado como gravas arcillosas y arcillas gravosas. El espesor varía entre 50 y
150 m, siendo la capa más potente hacia la parte más baja del área de estudio.
3.1.3 Niveles piezométricos
Para definir el nivel de la napa se tomó en cuenta la información generada por 14
piezómetros distribuidos uniformemente a lo largo del área de estudio (DICTUC
2009). El nivel de la napa entre la ciudad de San Felipe y el sector de Chagres se
16
ubica, en general, entre los 2 y 6 m bajo la superficie, presenta oscilaciones de hasta
2 m y se aprecia una tendencia descendente a través del tiempo. Cabe destacar que
entre los años 2004 y 2006, salvo en 2 ocasiones, el nivel registrado se ubicó a unos
10 m más abajo que los niveles registrados antes del 2004, lo que indica,
posiblemente, que corresponda a niveles dinámicos y no estáticos.
Continuando hacia aguas abajo, antes del sector de Romeral, se observa que la
profundidad de la napa se ubica entre los 6 y 12 m bajo el nivel del terreno y presenta
oscilaciones de hasta 5 m sin alguna tendencia definida.
Por otro lado, en la ciudad de Llaillay, el nivel estático se ubica, en general, entre
los 0 y 2 m bajo la cota de terreno, con algunos eventos de afloramiento ocurridos
durante los primeros años de estadística (1971 a 1976). La Figura 3-1, Figura 3-2,
Figura 3-3 presentan los niveles piezométricos iniciales (msnm) dentro del área de
estudio.
17
Figura 3-1 Niveles piezométricos iniciales (msnm) en la capa superior del modelo
hidrogeológico. (Fuente: DICTUC, 2014)
18
Figura 3-2 Niveles piezométricos iniciales (msnm) en la capa intermedia del
modelo hidrogeológico. (Fuente: DICTUC, 2014)
19
Figura 3-3 Niveles piezométricos iniciales (msnm) en la capa inferior del modelo
hidrogeológico. (Fuente: DICTUC, 2014)
20
3.1.4 Propiedades hidráulicas
Los parámetros hidráulicos del acuífero se refieren a la permeabilidad K (m/d) y el
coeficiente de almacenamiento Sy (%) para acuífero libre y Ss (1/m) para acuífero
confinado. Se tomó como referencia lo señalado en la literatura (DICTUC 2009;
DGA 2004b), donde se establece un variación areal y en profundidad de K, Sy y Ss
en función de las características sedimentológicas de los rellenos que conforman el
acuífero.
Los coeficientes de permeabilidad varían espacialmente entre 0,1 y 600 m/d en todo
el dominio de estudio. La Figura 3-4, Figura 3-5 y Figura 3-6 muestran la
distribución espacial del coeficiente de permeabilidad en cada estrato del acuífero.
21
Figura 3-4 Distribución espacial de los coeficientes de permeabilidad (Kx) en
la capa superior. (Fuente: DICTUC, 2009)
22
Figura 3-5 Distribución espacial de los coeficientes de permeabilidad (Kx) en
la capa intermedia. (Fuente: DICTUC, 2009)
23
Figura 3-6 Distribución espacial de los coeficientes de permeabilidad (Kx) en
la capa inferior. (Fuente: DICTUC, 2009)
24
Para el caso del almacenamiento de largo plazo (Sy), se obtuvo valores que varían
espacialmente entre 1 y 12% en todo el acuífero, mientras que el coeficiente de
almacenamiento específico (Ss) alcanzó valores máximos de 0,0005 1/m en el
estrato intermedio e inferior.
Figura 3-7 Distribución espacial de los coeficientes de almacenamiento (Sy) en
la capa superior. (Fuente: DICTUC, 2009)
25
Figura 3-8 Distribución espacial de los coeficientes de almacenamiento (Sy) en
la capa intermedia. (Fuente: DICTUC, 2009)
26
Figura 3-9 Distribución espacial de los coeficientes de almacenamiento (Sy) en
la capa inferior. (Fuente: DICTUC, 2009)
27
3.1.5 Recargas
Existen tres mecanismos de recarga que se encuentran interactuando con el acuífero
que son la recarga superficial, la recarga lateral y recarga de la interacción río-
acuífero.
La recarga superficial representa la infiltración directa de parte de la lluvia, los
excedentes de riego y la percolación desde los canales desde la superficie hacia el
acuífero. Se observa una recarga total superficial promedio de largo plazo de
aproximadamente 14,1 m3/s en el área de estudio. La magnitud de la recarga
superficial considerada fue determinada utilizando el Modelo de Operación
Superficial Aconcagua 2008 (MOS ACN 2008) componente del estudio realizado
por DICTUC (2009) y su posterior actualización para ESVAL S.A en el 2014, que
entregan series cronológicas de recarga mensual de 62 años de duración (Abril de
1950 a Diciembre de 2012). Otra fuente de recarga superficial son las piscinas de
infiltración que forman parte del Sistema Las Vegas, las cuales aportan
aproximadamente el 15% del volumen captado por el dren Las Vegas. Poseen una
extensión de 8,74 ha y trabajan de manera intermitente durante todo el año en
función del caudal del río Aconcagua. La Figura 3-10 presenta la distribución
espacial de la recarga superficial en el área de estudio.
28
Figura 3-10 Distribución espacial de la recarga superficial en el área de
estudio. (Fuente: DICTUC, 2009)
29
Por otro lado, la recarga lateral se origina de la parte de la precipitación sobre las
subcuencas contiguas al valle (precipitación indirecta) que se infiltra y escurre
subsuperficialmente en dirección hacia el acuífero, ingresando al sistema desde la
periferia del mismo. Dentro del área de estudio se ha definido el aporte de 7
subcuencas laterales, con caudales variables en el tiempo. Al igual que la recarga
superficial, la magnitud de la recarga lateral fue determinada utilizando el MOS
ACN 2008. La Figura 3-11 muestra las cuencas laterales aportantes al área de
estudio.
Figura 3-11 Definición de las cuencas laterales aportantes al área de estudio.
(Fuente: DICTUC, 2009)
30
Finalmente, la interacción río-acuífero, que depende de la diferencia de energía entre
ambos y de las propiedades del lecho y del acuífero subyacente, define el
intercambio de agua entre el río Aconcagua y el acuífero.
3.1.6 Descargas
Los mecanismos de descarga tomados en cuenta son los afloramientos en cauces
naturales, las descargas artificiales y las extracciones artificiales.
Los cauces considerados como puntos de afloramiento en los cuerpos hídricos
superficiales ubicados dentro del área de estudio y representan los tramos inferiores
de los esteros Lo Campo, Catemu, Los Loros y el Afluente a Los Loros. La Figura
3-12 muestras los afloramientos en cauces naturales tomados en cuenta en el estudio.
31
Figura 3-12 Afloramientos en cauces naturales. (Fuente: DICTUC, 2009)
32
La descarga artificial se refiere al caudal captado por el dren Las Vegas. Los
caudales de captación del dren fueron provistos por ESVAL S.A para dos períodos
de tiempo (enero 1969 a diciembre 1986 y enero 2002 a diciembre 2013), donde su
caudal fluctúa entre 1,0 y 2,0 m3/s. En la Figura 3-13 se presenta la variación
estacional de los caudales captado por dren Las Vegas.
Figura 3-13 Variación estacional del caudal observado en el dren Las Vegas.
(Fuente: ESVAL S.A, 2015)
Las extracciones artificiales se refieren a los pozos de captación o producción
ubicados a lo largo de área de estudio y que poseen un derecho de agua aprobado
por la DGA. Se han definido 376 pozos de producción cuya serie de caudales de
explotación se obtuvo los estudios realizados por DICTUC (2009) y por
Geohidrologia & DICTUC (2014) para el período entre Abril de 1991 y Diciembre
33
de 2012. La Figura 3-14 muestra la ubicación de los pozos de captación definidos
como extracciones artificiales en el modelo conceptual.
Figura 3-14 Ubicación de los pozos de captación definidos como extracciones
artificiales en el modelo conceptual. (Fuente: DICTUC, 2014)
34
3.2 Modelo numérico
De acuerdo a lo establecido por Barlow & Harbaugh (2006), Furman (2008) y Varni
& Usunoff (1999), el modelo numérico más representativo para simular la
interacción entre aguas subterráneas y superficiales es MODFLOW desarrollado por
McDonald and Harbaugh (1988). MODFLOW es un programa computacional que
simula el flujo de agua subterránea en tres dimensiones a través de un medio poroso
mediante el uso de diferencias finitas para resolver la ecuación de conservación de
masa (Harbaugh et al. 2000):
𝑆𝑠𝜕ℎ
𝜕𝑡=
𝜕
𝜕𝑥(𝐾𝑥𝑥
𝜕ℎ
𝜕𝑥) +
𝜕
𝜕𝑦(𝐾𝑦𝑦
𝜕ℎ
𝜕𝑦) +
𝜕
𝜕𝑧(𝐾𝑧𝑧
𝜕ℎ
𝜕𝑧) + 𝑊
donde Kxx, Kyy y Kzz [LT-1] representan las conductividades hidráulicas en las
direcciones x, y, z, respectivamente, h [L] representa la carga hidráulica, el término
W es el flujo volumétrico por unidad de volumen [T-1] que representa fuentes o
sumideros de agua y SS es el coeficiente de almacenamiento específico [L-1] que
representa el volumen de agua liberado por un volumen unitario de suelo saturado
por unidad de descenso en la carga hidráulica.
3.2.1 Geometría del modelo
a) Límites del modelo
La representación del acuífero en el modelo considera que éste está en su globalidad
acotado lateralmente por una frontera impermeable que impide el flujo a través de
ésta (borde impermeable lateral), con excepción de los bordes en contacto con los
acuíferos A02 (aguas arriba) y A06 (aguas abajo).
35
Dicho borde impermeable lateral separa en el modelo las celdas activas (celdas que
efectivamente contribuyen al flujo subterráneo) de las que no contribuyen al flujo
(celdas inactivas), como se presenta en la Figura 3-15.
Asimismo, en la representación numérica del acuífero se considera un borde
impermeable de fondo, que corresponde al límite inferior del modelo y es el
basamento impermeable.
b) Mallado y discretización horizontal
Una cuidadosa definición de la extensión y orientación de la grilla permite
simplificar el análisis, mejorar la precisión de los resultados y contribuir a la
convergencia y estabilidad numérica (Brunner et al. 2010).
El modelo fue construido sobre una base rectangular de 30 km x 29,7 km (891 km2)
y con una rotación de 32° en sentido anti horario para adaptarse apropiadamente a
la geometría de la cuenca. El nivel de detalle espacial considerado es uniforme y
corresponde a celdas de 50 m x 50 m en toda el área, con lo que resulta una malla
de trabajo regular conformada por 600 filas y 594 columnas, dando un total de
356400 celdas por capa, de las cuales 97745 corresponden a celdas de flujo (área
activa de 244,43 km2). La Figura 3-15 se detalla el área total de modelación
clasificada por área activa e inactiva de modelación.
36
Figura 3-15 Área total de modelación clasificada por área activa e inactiva
c) Discretización vertical
De acuerdo a la estratificación del relleno del acuífero, se ha considerado la
existencia de tres estratos con características geométricas e hidrogeológicas
variables arealmente, denominados, de menor a mayor profundidad, estrato superior
(layer 1), estrato intermedio (layer 2) y estrato inferior (layer 3).
37
El modelo considera una distribución espacialmente variable para la elevación del
nivel de terreno, para la elevación del piso del estrato superior (layer 1), para la
elevación del piso del estrato intermedio (layer 2) y para la profundidad del piso del
estrato inferior (layer 3), el que constituye para efectos de la modelación el borde
impermeable inferior del modelo. La distribución fue obtenida a partir de la
información generado por DICTUC (2009) y corroborada en Geohidrologia &
DICTUC (2014). La Figura 3-16 presenta una vista en elevación de una sección del
modelo numérico.
Figura 3-16 Vista en corte de una sección del modelo
38
3.2.2 Condiciones de borde
Se han desarrollado distintos paquetes complementarios de MODFLOW para definir
de mejor manera las condiciones de borde dentro de un modelo cuya utilidad
depende del grado de complejidad de modelo hidrogeológico y los objetivos
planteados (Brunner, Simmons, Cook, & Therrien, 2010). En base a los objetivos
propuestos, se definió el uso de tres paquetes primarios: River Package, Drain
Package y Recharge Package para simular el funcionamiento del río Aconcagua,
dren Las Vegas y piscinas de infiltración respectivamente, sin embargo cabe indicar
que estos no son los únicos paquetes tomados en cuenta dentro del modelo numérico
pero si los más representativos.
a) Río Aconcagua
El río Aconcagua se representó mediante la condición de borde tipo río (River
Package), la cual permite incorporar la interacción entre el río y el acuífero a través
del intercambio de agua en ambas direcciones.
En la condición de borde tipo río, el río Aconcagua es conceptualizado como un
flujo de altura dependiente, donde el intercambio de flujo entre el río y acuífero es
calculado dependiendo si el acuífero se encuentra conectado o desconectado
hidráulicamente al río. El acuífero se encuentra hidráulicamente conectada al río si
el nivel freático se encuentra sobre la base del lecho del río. En este caso el flujo
volumétrico de intercambio QRA [L3T-1] entre el río y el acuífero es calculado usando
la siguiente ecuación:
𝑄𝑅𝐴 =𝐾𝑐𝐿𝑤
ℎ𝑐
(ℎ𝑟𝑖𝑣 − ℎ) = 𝐶𝑟𝑖𝑣(ℎ𝑟𝑖𝑣 − ℎ)
39
donde 𝐾𝑐 [𝐿𝑇−1] es la conductividad hidráulica de la capa de separación, L es la
longitud del río dentro de la celda [L], w es el ancho del río [L], hc [L] es el espesor
de la capa de separación, hriv es la altura hidráulica del río [L], h es la altura del nivel
freático, y Criv [L2T-1] es la conductancia de la capa de separación. (Harbaugh et al.
2000).
Si el nivel freático h se encuentra bajo el piso del lecho del río za (h < za), el sistema
acuífero-río es considerado hidráulicamente desconectado. En este caso, el flujo
volumétrico de infiltración QMF desde el río al acuífero es calculado usando
𝑄𝑅𝐴 = 𝐶𝑟𝑖𝑣(ℎ𝑟𝑖𝑣 − 𝑧𝑎)
La cota del lecho del río se determinó en función de lo establecido por DICTUC
(2009) que se basa en la topografía generada por la Comisión Nacional de Riego
(CNR) a una escala 1:10.000, además el espesor del lecho considerado en todos los
tramos de río es de 1 m y la conductividad hidráulica de 375 m/d.
b) Drenes
La condición de borde tipo dren (Drain Package), representa los sectores de
afloramiento o descarga de caudal subterráneo que puede suceder naturalmente (ríos
estacionales) o artificialmente (dren Las Vegas).
En la condición de borde tipo dren, los afloramientos naturales y el dren Las Vegas
son conceptualizados de forma similar al río es decir un flujo de altura dependiente,
donde el dren capta un volumen a una tasa proporcional a la diferencia entre la altura
del nivel freático y la elevación del dren. El dren capta agua mientras el nivel freático
se encuentre sobre la altura del dren, pero cesará si la altura cae por debajo de ese
40
nivel (Harbaugh et al. 2000). La funcionalidad del dren se describe de la siguiente
manera:
𝑄𝐷 = 𝐶𝐷(ℎ − 𝑑) 𝑝𝑎𝑟𝑎 ℎ > 𝑑
𝑄𝐷 = 0 𝑝𝑎𝑟𝑎 ℎ ≤ 𝑑
donde 𝑄𝐷 [𝐿3𝑇−1] es el caudal captado por el dren, h [L] es la altura del nivel
freático, d [L] es la elevación del dren. El coeficiente CD [L2T-1] es la conductancia
del dren. Cabe indicar que la condición de borde tipo dren es unidireccional, donde
únicamente el flujo acuífero-dren es permitido y no viceversa.
Para la definición de la conductancia y altura de los afloramientos naturales se tomó
en cuenta lo establecido por DICTUC (2009). La Tabla 3-1 presenta los valores de
conductancia adoptados para el modelo.
Tabla 3-1 Conductancia de los afloramientos naturales adoptados
Dren Conductancia
(m2/d)
Lo Campo 1500
Catemu 500
Los Loros y Afluentes 500
La altura del dren Las Vegas se basó en lo definido por Grove & Court (1972),
quienes señalan que el dren Las Vegas posee una longitud aproximada de 2000 m
con una pendiente de 0,5 ‰, y se materializa en el subsuelo entre aproximadamente
las cotas 319,5 msnm (extremo norte) y 318,5 msnm (extremo sur).
41
c) Recarga superficial
La recarga superficial se representó mediante la condición de borde tipo recarga
(Recharge Package), donde el caudal que infiltra al acuífero está definido en base a
la expresión:
𝑄𝑅𝑆 = 𝐼 × ∆𝑥 × ∆𝑦
donde I [LT-1] representa la tasa de infiltración y ∆x, ∆y [L] son las dimensiones de
cada celda en el modelo.
Para representar la recarga superficial proveniente de precipitación, riego y
percolación de canales superficiales se utilizó 16 áreas de características uniformes
con tasas de infiltración que varían entre 0,00 y 0,002613 m/d de acuerdo a lo
establecido por DICTUC (2009). Mientras que las piscinas de infiltración se las
representó en un área de 0,29 km2 junto al dren Las Vegas, de acuerdo a la
información proporciona por ESVAL S.A.
d) Recarga lateral subterránea y superficial
La recarga lateral subterránea se la materializó mediante 5659 pozos de inyección
ubicados en los bordes del acuífero frente a las áreas laterales aportantes en la tercera
capa.
e) Aportes y descargas en acuiferos contiguos
Para representar los ingresos y salidas de flujos provenientes de los acuíferos A02 y
A06, se utilizó la condición de borde de altura constante en los tres estratos del
modelo. Para definir el flujo aportante se utilizó como referencia los niveles
42
piezométricos estacionales observados en los límites del área de estudio para el
período 1991 -2012.
3.2.3 Período de analisis
El período de análisis corresponde a 32 años hidrológicos divididos en dos sub-
períodos. El primero data de enero de 1964 a diciembre de 1986, período en el cual
el dren Las Vegas captaba agua solo del acuífero del río Aconcagua. Mientras que
el segundo parte de enero de 2002 a diciembre de 2013, donde el dren además de
captar agua del acuífero recibe agua de fuentes antropogénicas (piscinas, plantas de
tratamiento y pozos de inyección).
3.2.4 Calibración y validación del modelo
La calibración del modelo numérico se llevó a cabo en tres etapas. La primera buscó
definir el acople de las condiciones de borde y propiedades al modelo numérico sin
tomar en cuenta el funcionamiento real del dren Las Vegas. La segunda etapa radicó
en definir la conductancia del dren Las Vegas y del río Aconcagua tomando en
cuenta la interacción acuífero-río dentro de un período hidrológico de estiaje, un
período normal y otro de crecida. Finalmente la tercera y última etapa consistió en
incorporar los nuevos mecanismos de recarga del dren Las Vegas al modelo.
a) Calibración del modelo regional, local y ET
Debido a que la información hidrogeológica generada por DICTUC (2009) y
Geohidrologia & DICTUC (2014) se encuentra a una escala regional fue necesario
transponerla a un modelo local (acotado) y luego a un nuevo modelo de menor escala
y mayor precisión que pudiese replicar el funcionamiento del dren Las Vegas.
43
La generación del modelo local consistió en acotar el modelo numérico regional al
área de estudio manteniendo la escala temporal (Abril 1991 a Diciembre 2012) y la
discretización vertical pero variando las condiciones de borde para obtener un
funcionamiento similar entre el modelo regional y local.
Para lograr obtener un funcionamiento similar entre el modelo regional y local fue
necesario representar el flujo de entrada y salida de los acuíferos ubicados aguas
arriba y aguas abajo del área de estudio mediante una nueva condición de borde
denominada “Altura Constante”. La condición de borde de altura constante fue
definida en base a los valores observados en el nivel freático del modelo general
para el período analizado.
La metodología de calibración se realizó con pruebas de ensayo y error hasta lograr
el mejor ajuste entre los valores observados y calculados de los niveles
piezométricos; y el balance de masa del modelo regional y local. La Figura 3-17
muestra la ubicación de los 7 pozos de observación tomados en cuenta para la
calibración de modelo.
44
Figura 3-17 Ubicación de los pozos de observación en el área de estudio.
(Fuente: DICTUC, 2009)
45
Luego de transponer el modelo regional a uno local, se generó un nuevo modelo
numérico de menor escala espacial con un mallado de 50 m x 50 m pero de similar
escala temporal. La calibración del nuevo modelo, denominado en este estudio
modelo Edwin Terán (ET) consistió en hacer funcionar el modelo bajo condiciones
de explotación, durante el período Abril de 1991 a Diciembre 2012, de manera de
ajustar la conductancia del río Aconcagua y de los drenes, tratando de representar en
forma adecuada la variación temporal de los niveles de la napa en los pozos de
observación, y además minimizar el error de cierre entre el balance de masa del
modelo local y modelo ET.
b) Calibración y validacion de la conductancia del dren Las Vegas y del
río Aconcagua.
Definida las características y condiciones del modelo ET, la primera parte de la
calibración de la conductancia del dren Las Vegas consistió en dividir el período de
análisis en sub-períodos tomando en cuenta la fuente de captación de agua del dren
Las Vegas. Se seleccionó el sub-período donde el caudal del dren Las Vegas capta
exclusivamente del acuífero con el objetivo de calibrar la conductancia de diseño
del dren. Este sub-período se segregó en meses hidrológicos asociados al caudal del
río Aconcagua por estiaje (< 20 m3/s), normal (20 a 40 m3/s) y crecida (> 60 m3/s)
en base a información de la Estación río Aconcagua en Romeral. Cabe indicar que
la definición de estiaje, normal y crecida se definió de acuerdo a los caudales
observados en períodos históricos y no representan un análisis estadístico de datos
hidrológicos.
46
Dentro del período de estiaje donde el río Aconcagua posee caudales muy bajos (<
20 m3/s) y por ende la interacción entre el río – acuífero es mínima. Se realizaron
pruebas de ensayo y error hasta lograr obtener un conductancia del dren Las Vegas
que posea un mejor ajuste entre los valores observados y calculados tomando en
cuenta el supuesto que la conductancia del río es cercana a cero fluctuando en
función del caudal observado en el río Aconcagua.
Una vez obtenido el valor de la conductancia de diseño del dren Las Vegas se
procedió a calcular la conductancia del río para el período normal y de crecida
mediante pruebas de ensayo y error variando la conductancia del río en función del
caudal observado en el río Aconcagua pero manteniendo la conductancia de diseño
del dren hasta lograr obtener el mejor ajuste entre los valores observados y
calculados en los caudales del dren Las Vegas. Se logró determinar que la
conductancia del río Aconcagua en el modelo numérico es función de su caudal
observado en la estación río Aconcagua en Romeral.
La validación del modelo en régimen trasiente consistió en hacer funcionar el
modelo con los parámetros estimados en la etapa de calibración (conductividad del
dren y conductividad del río) para el período enero 1970 a diciembre 1975, con el
fin de verificar la respuesta del dren Las Vegas. Cabe recalcar que en esta etapa de
calibración y validación no se tomó en cuenta las variaciones en extracciones por
pozos de producción debido a la falta de información de la DGA.
47
c) Calibración y validación del modelo en funcion de fuentes
antropogénicas de aporte al dren Las Vegas
La tercera etapa de calibración del modelo consistió en acoplar el funcionamiento
de piscinas de infiltración y plantas de tratamiento al modelo calibrado. Para ello se
seleccionaron dos sub-períodos de análisis, el primero cuando el caudal del dren Las
Vegas depende exclusivamente del acuífero para comprobar posibles cambios en las
características hidráulicas del dren en función del tiempo de funcionamiento y el
segundo donde el caudal del dren sea función de las piscinas de infiltración, de las
plantas de tratamiento y del acuífero para poder calibrar el funcionamiento de las
piscinas.
Para comprobar posibles cambios en las características hidráulicas del dren Las
Vegas se definió un período actual en el cual se pudiese hacer funcionar el modelo
bajos las mismas condiciones calibradas previamente (dren y río) y poder comparar
los caudales observados y calculados en el dren Las Vegas. En base a lo establecido
por Tobar (2009) se definió que para el primer trimestre (enero, febrero y marzo) del
2008, las fuentes de abastecimiento del dren Las Vegas se limitaban sólo al acuífero
y a las plantas de tratamiento debido a que las piscinas de infiltración no funcionaron
debido a mantenciones programadas, cabe indicar que no existe estadísticas
anteriores que indique el período de funcionamiento de las piscinas con certeza, por
lo que no fue posible definir otro período de comparación de estas condiciones
hidráulicas.
Una vez definido si existieron cambios en la conductancia del dren por el paso del
tiempo, se procedió a determinar un segundo sub-período donde el caudal del dren
48
proviene del acuífero, de las piscinas de infiltración y de las plantas de tratamiento.
Este sub-período representa el segundo, tercer y cuarto trimestre del 2008 de acuerdo
a lo establecido por Tobar (2009), donde se establece que las piscinas de infiltración
funcionaban a su máxima capacidad.
La calibración de las piscinas de las infiltración se realizó modificando la velocidad
de infiltración en pruebas de ensayo y error con el objetivo de establecer el mejor
ajuste entre los valores observados y calculados del caudal del dren Las Vegas
tomando en cuenta la conductividad del dren calibrado y la conductividad del río en
base a la relación establecida entre el río y el acuífero. La delimitación del área de
las piscinas de infiltración se realizó según lo especificado por ESVAL S.A.
La validación del modelo completo consistió en hacerlo funcionar con los mismos
parámetros estimados en la etapa de calibración (conductividad del dren,
conductividad del río, caudales de plantas de tratamiento, tasa de infiltración de las
piscinas de infiltración ) pero con todas las variables (recarga, extracciones, etc.)
extendidas al período Enero 2010 a Diciembre 2012, con el fin de verificar la
respuesta del dren Las Vegas con el modelo en contraste con aquellos registrados o
medidos para este período.
3.3 Acoplamiento del modelo numérico a HEC-RAS
A pesar que los pozos de inyección de Llaillay forman parte del funcionamiento del
dren Las Vegas, éstos se analizarán de una manera distinta en función de los
objetivos planteados. Se examinará el efecto de su funcionamiento sobre el dren Las
Vegas en dos contextos distintos, el primero encaminado a determinar su efecto en
49
la disminución del nivel freático en la zona de captura del dren Las Vegas y el
segundo si el ingreso de su caudal copa la capacidad del dren Las Vegas limitando
así el ingreso de flujo desde el acuífero.
Para determinar si el funcionamiento de los pozos está afectando al nivel freático de
la zona de captura del dren Las Vegas, se incorporó al modelo numérico los caudales
de extracción de los 12 pozos de Llaillay de acuerdo a las estadísticas entregadas por
ESVAL S.A. Estos resultados fueron comparados con los resultados entregados por
el modelo numérico sin pozos para de esta manera analizar el cambio porcentual en
el caudal captado por el dren. El período seleccionado fue abril a diciembre 2008,
donde el caudal del dren Las Vegas depende de las piscinas de infiltración, planta
de tratamiento y acuífero.
Mientras que para determinar si la capacidad del dren Las Vegas se copaba por el
funcionamiento de los pozos de Llaillay, se utilizó una herramienta complementaria
a MODFLOW denominada HEC-RAS, que es un código público desarrollado por
el cuerpo de ingenieros de la Armada de Estados Unidos (USACE 2002) diseñado
para modelar el comportamiento de un caudal artificial o en un cauce natural en 1D
en base a las ecuaciones de Saint-Venant.
Al igual que en MODFLOW, la generación de un modelo numérico en HEC-RAS
se basa en una descripción coherente del modelo conceptual del funcionamiento del
sistema Las Vegas por lo que fue necesario establecer todas las fuentes de entrada y
salida del sistema, características hidráulicas y conectividad. Para la elaboración del
modelo conceptual y numérico se utilizó información generada por Geohidrologia
& DICTUC (2014) y Grove & Court (1972).
50
Una vez generado el modelo conceptual, la primera fase del modelo HEC-RAS fue
establecer la geométrica del sistema, la cual incluye un esquema del funcionamiento
del sistema, las coordenadas de las secciones transversales, longitud de los tramos y
características hidráulicas. Mientras que en una segunda fase, se incorporó los
caudales parciales de todas las fuentes de alimentación del dren Las Vegas de
acuerdo a los resultados obtenidos en el modelo numérico de MODFLOW.
Finalmente se definió la altura inicial de agua en el punto final o cierre del sistema,
la cual fue medida en campo dentro de la cámara CT12 ubicado en el túnel de
afloramiento.
51
4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 Comparación entre el modelo regional y local
Las Figura 4-1, Figura 4-2 y Figura 4-3 presentan una comparación de los niveles
piezométricos del modelo general y el modelo local observados en los siete pozos
de observación seleccionados. Como se puede observar, el nivel de acoplamiento
entre los dos modelos es muy bueno ya que se sigue una misma tendencia a lo largo
del período de análisis principalmente en los cambios bruscos de nivel que son
debido a la activación de pozos de extracción. Una forma de cuantificar este ajuste
es mediante la utilización de estadígrafos residuales entre los cuales tenemos el Error
Medio Cuadrático (ECM) que fluctúa entre 0,0071 m y 0,1040 m entre los 7 pozos.
Figura 4-1 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el
acuífero A03 entre el modelo general y local.
520
520
520
521
521
522
522
0 100 200 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P1
Modelo General Modelo Local
ECM = 0.0407m
540
540
541
541
542
542
542
543
543
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P2
Modelo General Modelo Local
ECM = 0.0730 m
52
Figura 4-2 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en
el acuífero A04 entre el modelo general y local.
413
413
413
413
413
413
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P3
Modelo Local Modelo General
ECM = 0.0022 m
377
378
379
380
381
382
0 100 200 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P4
Modelo General Modelo Local
ECM = 0.0394 m
489
489
490
490
490
490
490
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (m)
P5
Modelo Local Modelo General
ECM = 0.0071 m
342
342
343
343
344
344
345
0 100 200 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (m)
P6
Modelo Local Modelo General
ECM = 0.1040 m
53
Figura 4-3 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el
acuífero A05 entre el modelo general y local.
En relación al balance de masa, la Figura 4-4 presenta una comparación de las
recargas y descargas que afectan a los acuíferos A03, A04 y A05. Se puede observar
que existen errores de cierre de -2,33% para las recargas y 7,49 % para las descargas,
valores que se encuentran bajo el error permitido impuesto del 10%, indicando un
buen ajuste entre los ambos modelos. Cabe indicar que el error de cierre lo
atribuimos a la nueva condición de borde de altura constante asignada en los límites
del área de estudio, la cual integra un error asociado a la asignación de los niveles
piezométricos fijos en los distintos períodos de stress.
374
376
378
380
382
384
0 50 100 150 200 250
Niv
eles
Pie
zom
étri
cos
(m)
Períodos de Stress (Mes)
P7
Modelo Local Modelo General
ECM = 0.3625 m
54
Tipo de Recarga Error (%)
Altura Constante 100
Río 1,43
Recarga Lateral -4,98
Recarga Superficial -0,65
Almacenamiento -1,32
Recarga Total -2,33
Tipo de Descarga Error (%)
Altura Constante 100
Río -1,50
Drenes -0,29
Almacenamiento -1,82
Pozos de Extracción 7,61
Descarga Total 7,49
Figura 4-4 Comparación gráfica y porcentual de los flujos de a) recarga y b)
descarga que ingresan al área de estudio entre el modelo regional y local.
4.2 Comparación entre el modelo local y el modelo ET
La Figura 4-5, Figura 4-6 y Figura 4-7 muestran una comparación de los niveles de
la napa subterránea observados en los siete pozos de control tanto en el modelo local
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Flu
jo (
m3/d
ia)
Modelo Local Modelo Regional
a)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Altura Constante Rio Drenes Almacenamiento
Flu
jo (
m3/d
ía)
Modelo Local Modelo Regional
b)
55
como en el modelo ET. El ECM calculado varía entre 0,048 m y 0,363 m para los 7
pozos. El incremento del ECM se atribuye al cambio en la escala espacial del modelo
que al ser un modelo más fino produce que las celdas secas disminuyan haciendo
que pozos de extracción que se mantenían secos en el modelo local permanezcan
activos en el modelo ET.
Figura 4-5 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el
acuífero A03 entre el modelo local y ET.
520
520
521
521
522
522
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P1
Modelo Local Modelo ET
540
541
541
542
542
543
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P2
Modelo Local Modelo ET
56
Figura 4-6 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en
el acuífero A04 entre el modelo local y ET.
412
413
413
413
414
0 50 100 150 200 250
Niv
el P
iezo
mtr
ico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P3
Modelo Local Modelo ET
377
378
379
380
381
382
0 50 100 150 200 250
P4
Modelo Local Modelo ET
489
489
490
490
490
490
490
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P5
Modelo Local Modelo ET
341
342
343
344
345
0 50 100 150 200 250 300
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Períodos de Stress (Mes)
P6
Modelo Local Modelo ET
57
Figura 4-7 Comparación gráfica de los niveles piezométricos observados en el
acuífero A05 entre el modelo local y ET
La Figura 4-8 presenta el balance de masa de los modelos local y ET, donde existe
una diferencia de cierre del 1,74 % en las recargas y de 0,27 % en las descargas. El
error de cierre entre los dos modelos es menor al calculado entre el modelo regional
y local esto se debe a que éstos ya incorporan la condición de borde de altura
constante provocando que el sistema se maneje más estable.
372
374
376
378
380
382
384
0 50 100 150 200 250
Niv
el P
iezo
mét
rico
(m
)
Período de Stress (Mes)
P7
Modelo Local Modelo ET
58
Tipo de Recarga Error de Cierre
Altura Constante -0,83%
Río -1,57%
Recarga Lateral -3,10%
Recarga Superficial 0,07%
Almacenamiento -0,17%
Recarga Total -1,74%
Tipo de Descarga Error de Cierre
Altura Constante -3,51%
Río -0,84%
Dren 0,13%
Pozos de Extracción 0,28%
Almacenamiento 0,40%
Descarga total 0,27%
Figura 4-8 Comparación gráfica y porcentual de los flujos de a) recarga y b)
descarga que ingresan al área de estudio entre el modelo local y regional.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Flu
jo (
m3/d
ia)
Modelo DICTUC Modelo ET
a)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Altura Constante Rio Drenes Almacenamiento
Flu
jo (
m3/
dia
)
Modelo DICTUC Modelo ET
b)
59
4.3 Calibración y validacion de la conductancia del dren Las Vegas y río
Aconcagua.
Como se definió en el ítem 3.2.4 previo a calibrar la conductancia del dren Las Vegas
y río Aconcagua, fue necesario procesar la información referente a los períodos de
análisis en función de las fuentes de captación y meses hidrológicos.
La Figura 4-9 presenta la división del período de análisis en función de las fuentes
de captación del dren Las Vegas. Como se observa, existen 3 sub-períodos de
análisis, el primero donde el caudal de captación del dren corresponde al acuífero
que data de enero de 1969 a marzo de 2008, exceptuando el período enero 1989 a
diciembre 2001 donde no existe información del dren Las Vegas. Un segundo sub-
período donde el caudal captado por el dren Las Vegas es función de la planta de
tratamiento, piscinas de infiltración y acuífero que va desde abril del 2008 a
diciembre de 2012. Y por último el tercer sub-período que va de enero de 2013 a
marzo 2013 donde el caudal del dren Las Vegas depende de las plantas de
tratamiento, de las piscinas de infiltración, del acuífero y de los pozos de inyección.
Por lo tanto de los 411 períodos de stress analizados, el 82,67 % se encuentra en el
primer sub-período, el 16,92 % en el segundo y 0,86 % en el tercero.
60
Figura 4-9 División del período de análisis en sub-períodos en función de la fuente
de captación del dren Las Vegas.
En la Figura 4-10 se presenta la clasificación hidrológica de los períodos de stress
en función del caudal observado en el río Aconcagua en la estacional Aconcagua en
Romeral. Se estableció que en 63 períodos de stress el río Aconcagua presentaba un
caudal menor a 20 m3/d por lo tanto en período de estiaje, 269 períodos de stress en
período de crecida (> 60 m3/d) y 79 períodos de stress en un período normal (20 –
60 m3/d).
61
Figura 4-10 Clasificación hidrológica de los períodos de stress en función del
caudal observado en el río Aconcagua en la estación Aconcagua en Romeral.
(Fuente: DGA, 2015)
Una vez procesada la información base se definió la conductancia de diseño del dren
Las Vegas cuando su caudal depende exclusivamente del acuífero. En base a la
metodología descrita se obtuvo una conductancia de 80 m2/d para el dren Las Vegas,
para la cual el ajuste entre los valores observados y calculados posee una diferencia
menor al 2%. La Figura 4-11 presenta una comparación entre los caudales
observados y calculados para los períodos de estiaje, normal y crecida utilizados
para la calibración del modelo sobre una recta de 45°, donde se observa el buen
ajuste del modelo.
62
Figura 4-11 Comparación entre caudales observados vs calculados para distintos
meses hidrológicos utilizados para la calibración de la conductancia del dren Las
Vegas y río Aconcagua.
En la Figura 4-12 se presenta la relación encontrada entre la conductancia del río
Aconcagua y el caudal del río Aconcagua en Romeral dentro del modelo numérico.
Se ajustó una relación tipo polinominal de segundo orden que tiene un coeficiente
de determinación (R2) de 0,9832, indicando un muy buen ajuste de los datos a este
tipo de regresión
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2,20
2,40
1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40
Cau
dal
Cal
culd
ado
(m
3/s
)
Caudal Observado (m3/s)
Sequia Normal Crecida
63
Figura 4-12 Relación definida entre el caudal del río Aconcagua y la conductancia
del río Aconcagua para el modelo numérico ET.
La Figura 4-13 presenta los resultados de los caudales observados y calculados
obtenidos en la validación del modelo ET para el período septiembre 1970 a junio
1975, donde se aprecia un buen ajuste a lo largo del período modelado ya que los
caudales calculados siguen toda la tendencia observada a lo largo del tiempo.
Además la diferencia entre el calculado y observado se mantiene por debajo del 2%.
y = 0,4986x2 - 10,686x + 229,62R² = 0,9832
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00
Co
nd
uct
anci
a d
el r
ío A
con
cagu
a (m
2/d
ia)
Caudal del río Aconcagua (m3/s)
64
Figura 4-13 Validación de la conductancia del dren Las Vegas y Río Aconcagua
para el período septiembre 1970 a junio 1975.
4.4 Calibración y validacíon del modelo en funcion de fuentes
antropogenicas de aporte al dren Las Vegas
Para definir cambios en las propiedades hidráulicas en el dren Las Vegas por el paso
del tiempo se corrió el modelo para un período más reciente. La Tabla 4-1 presenta
los resultados obtenidos en dicha corrida, donde se puede apreciar que el volumen
captado por el dren Las Vegas es superior al observado en aproximadamente un 55%
dentro del período analizado, indicando que debe existir una reducción en la
conductancia del dren por el paso del tiempo.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0 10 20 30 40 50 60
Cau
dal
en
el d
ren
Las
Ve
gas
(m3
/seg
)
Períodos de Stress (Mes)
Q_Dren_Observado (m3/seg) Q_Dren_Calculado(m3/seg)
Sept 1970 Jun 1975
65
Tabla 4-1 Comparación de los caudales observados y calculados para definir
cambios en las propiedades hidráulicas en el dren Las Vegas.
Período de Stress
(SP)
QDren Obs
(m3/s)
QDren Cal
(m3/s)
QPT
(m3/s)
QRío
(m3/s)
CRío
(m2/d)
1 1,06 1,98 1,45 75,7 2212,5
2 0,94 1,72 1,54 29,4 337,5
3 0,96 1,69 1,49 26,6 288,75
Debido al cambio en las propiedades hidráulicas (conductancia) del dren Las Vegas
se procedió a recalcular la conductancia del dren Las Vegas, siguiendo la misma
metodología antes utilizada en el período enero 2008 a marzo 2008, obteniendo un
valor de 34 m2/d que representa un 57,5 % menos que la calibrada para una etapa
inicial. La Tabla 4-2 presenta los resultados de los caudales observados y calculados
por el modelo.
Tabla 4-2 Comparación de los caudales observados y calculados para una
nueva conductancia.
SP
QDren Obs
(m3/s)
QDren Cal
(m3/s)
QPT
(m3/s)
CDren
(m2/d)
1 1,06 1,06 1,45 34,0
2 0,94 0,95 1,54 34,0
3 0,96 0,95 1,49 34,0
66
Una vez definido el nuevo valor de conductancia, se definió el aporte de las piscinas
de infiltración al caudal captado por el dren Las Vegas. Se obtuvo que la tasa o
velocidad de infiltración de las piscinas es de 0,55 m/d con un caudal aportante que
fluctúa entre 198,6 y 216,9 l/d. La Tabla 4-3 presenta una comparación de los
caudales observados y calculados en el dren Las Vegas con aporte de las piscinas
de infiltración.
Tabla 4-3 Aporte de las piscinas de infiltración al caudal captado por el dren
Las Vegas.
SP
QDren Obs
(m3/s)
QDren Cal
(m3/s)
QPiscinas
(m3/s)
1 1,08 1,10 0,20
2 1,11 1,08 0,20
3 1,20 1,22 0,20
4 1,21 1,18 0,20
5 1,25 1,26 0,21
6 1,23 1,25 0,20
7 1,19 1,18 0,20
8 1,28 1,26 0,22
9 1,27 1,31 0,22
La Figura 4-14 presenta la distribución porcentual de los caudales captados por el
dren Las Vegas, donde el 39,63 % de flujo total proviene de aguas subterráneas
67
(acuífero), el 8,39 % de piscinas de tratamiento y 56,15 % de plantas de tratamiento,
dando un caudal total fluctuante de 2,43 y 2,53 m3/s medido en Pachacama.
SP Plantas (m3/d)
Aguas Subt.
(m3/d)
Piscinas (m3/d)
1 1,41 0,89 0,20
2 1,44 0,88 0,20
3 1,33 1,02 0,20
4 1,37 0,99 0,20
5 1,35 1,05 0,21
6 1,32 1,05 0,20
7 1,42 0,98 0,20
8 1,30 1,04 0,22
9 1,35 1,09 0,22
Figura 4-14 Distribución porcentual de flujos de captación en el dren Las Vegas.
La Figura 4-15 presenta los resultados obtenidos en la validación del modelo
tomando en cuenta la incorporación de nuevas fuentes de captación así como la re-
calibración de la conductancia, donde se puede ver que los caudales calculados son
ligeramente mayores a los caudales observados en el dren Las Vegas debido a que
se toma en cuenta el supuesto que las piscinas de infiltración se encontraban
funcionando a distintas capacidades debido a su estacionalidad al contrarío de como
lo hacían en el período de calibración que trabajaban a capacidad máxima. Por otro
lado, se observa que los caudales calculados siguen la misma tendencia a los
observados y su diferencia varía entre el 7 y 12%.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Q_Plantas Q_Aguas Subterraneas Q_Piscinas
68
Figura 4-15 Validación del modelo numérico para el período septiembre 2010 a
diciembre 2012.
4.5 Impacto del funcionamiento de los pozos Llaillay en el dren Las Vegas
Para definir el impacto de funcionamiento de los 12 pozos de Llaillay en el caudal
captado por el dren Las Vegas, se incorporó el caudal promedio de explotación de
los pozos al modelo numérico (0,5 m3/s) dentro del último período analizado a pesar
que en realidad los pozos no se encontraban en funcionamiento, simplemente con el
objetivo de determinar si el nivel freático se veía reducido en la zona de captura del
dren y por ende si se producía una reducción de su caudal. La Tabla 4-4 presenta los
resultados, donde se puede observar como los caudales captados por el dren no se
ven alterados por la incorporación de los pozos. La reducción del caudal es
aproximadamente 1,22 l/d que resulta ser menos del 0,1 %. El período analizado fue
abril 2008 a diciembre 2008.
0,00
0,40
0,80
1,20
1,60
2,00
0 5 10 15 20 25 30
Cau
dal
en
el d
ren
Las
Veg
as (
m3
/s)
Período de Tiempo (Mes)
Caudal Observado Caudal Calculado
Sept 2010 Dic 2012
69
Tabla 4-4 Reducción del caudal del dren Las Vegas debido al funcionamiento
de los pozos de Llaillay
SP
QPozos
(m3/s)
QDren Cal SP
(m3/s)
QDren Cal CP
(m3/s)
Diferencia
(l/s)
1 0,5 1,1066 1,1055 1,10
2 0,5 1,0816 1,0803 1,32
3 0,5 1,2193 1,2180 1,36
4 0,5 1,1773 1,1759 1,37
5 0,5 1,2626 1,2612 1,40
6 0,5 1,2458 1,2448 0,98
7 0,5 1,1802 1,1790 1,18
8 0,5 1,2625 1,2613 1,16
9 0,5 1,3130 1,3119 1,09
Para determinar si el dren se encuentra funcionando bajo presión como resultado del
funcionamiento de los pozos Llaillay, se definió un modelo conceptual previo al
desarrollo del modelo HEC-RAS. La Figura 4-16 muestra el modelo conceptual
desarrollado.
70
Figura 4-16 Modelo conceptual del funcionamiento del sistema Las Vegas
definido para el modelo HEC-RAS
En base a lo anterior, se dividió el sistema Las Vegas en 4 tramos en función de los
flujos de ingreso y de información disponible. Cabe indicar que el flujo proveniente
de aguas subterráneas incluye las aportaciones de las piscinas de infiltración. La
Tabla 4-5 y Tabla 4-6 presentan las características de los tramos seleccionados.
71
Tabla 4-5 Caracterización de los tramos seleccionados para el modelo HEC-
RAS
No. Tramo Longitud (m) Pendiente (%) Flujos
1 Cámara 1 – Cámara 6
del dren Las Vegas 1000 0,05
Captación de la cámara 1 a la
cámara 6
2 Cámara 6 - Cámara 8
del dren Las Vegas 400 0,05
Tramo 1 + Planta de Tratamiento +
Cámara Lateral 1
3 Cámara 8 – Cámara
10 del dren Las Vegas 400 0,05
Tramo 2 + Cámara Lateral 2
4
Cámara 10 del dren Las Vegas – Cámara CT12 del Túnel de
Conducción
5009 0,10 Tramo 3 + Pozos de
Inyección
Tabla 4-6 Corte transversales de las secciones típicas en dren Las Vegas,
túnel de afloramiento sección B y túnel de afloramiento sección B1
Sección Corte Transversal
Dren Las Vegas
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
319.5
320.0
320.5
321.0
321.5
322.0
322.5
Dren_Final Plan: RS = 13
Station (m)
Ele
vation (
m)
Legend
Ground
Bank Sta
.015
72
Sección Corte Transversal
Túnel de captación – sección B
Túnel de captación – sección B1
La Figura 4-17 presenta los resultados del modelo HEC-RAS para una altura de 1,18
m (Altura normal) y 4,00 m (Altura medida en CT12) para un caudal de salida de
2,5 m3/s. Como se puede apreciar, el sistema Las Vegas no entra en presión cuando
la condición de borde aguas abajo del sistema es la altura normal y la altura medida,
sin embargo se limita en gran medida el ingreso de agua proveniente del acuífero a
partir de la cámara 6, donde se aprecia ya una disminución de la altura de agua en el
dren Las Vegas, permitiendo el normal ingreso de flujo subterráneo.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8315.0
315.5
316.0
316.5
317.0
317.5
Dren_Final Plan: RS = 2.05555*
Station (m)
Ele
vation (
m)
Legend
Ground
Bank Sta
.015
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0314.5
315.0
315.5
316.0
316.5
317.0
Dren_Final Plan: RS = 1.33333*
Station (m)
Ele
vation (
m)
Legend
Ground
Bank Sta
.015
73
a)
b)
Figura 4-17 Altura de agua observada en el sistema Las Vegas en el tramo cámara
1 a cámara CT12 para una altura a) normal y b) medida
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000314
316
318
320
322
324
Dren_Final Plan: Plan 02 11/02/2015
Main Channel Distance (m)
Ele
vatio
n (m
)
Legend
EG PF 1
WS PF 1
Crit PF 1
Ground
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000314
316
318
320
322
324
Dren_Final Plan: Plan 02 11/02/2015
Main Channel Distance (m)
Ele
vatio
n (m
)
Legend
EG PF 3
WS PF 3
Crit PF 3
Ground
74
5 CONCLUSIONES
El buen ajuste logrado entre los modelos numéricos, ya sea incorporando o modificando
las condiciones de borde, garantiza la correcta extrapolación espacial de las propiedades
físicas con las que funciona el nuevo modelo ET. La incorporación de la condición de
borde “Altura Constante” en los límites aguas arriba y aguas abajo del modelo, resultó ser
la más significativa debido a su influencia en el nivel estático de agua subterránea en el
área de estudio.
El modelo ET explica a cabalidad el funcionamiento del dren Las Vegas, definiendo
parámetros de trabajo en función de las fuentes de captación. Además de esto, entrega una
base metodológica para evaluar y cuantificar la interacción río-acuífero en períodos de
estiaje, normal y crecida. No obstante, se deberá mejorar la información referente al
funcionamiento de las piscinas de infiltración que resultan ser la principal fuente de
incertidumbre en los resultados entregados por el modelo ET.
Se definió que la principal fuente de captación del dren Las Vegas es la planta de
tratamiento con más del 56% del caudal captado con un aporte que fluctúa entre 0,7 m3/s
y 1,65 m3/s dejando de este modo en un segundo plano a las captaciones subterráneas
(acuífero y piscinas de infiltración).
La alteración en la matriz inicial de captación del dren Las Vegas se debió al cambio en
sus propiedades hidráulicas (conductancia) de 80 m2/d a 34 m2/d generando una
disminución gradual de las captaciones subterráneas en más del 57% desde su
construcción a la actualidad, ocasionando la incorporación paulatina de nuevas fuentes de
captación. Esta disminución pude ser causado por un efecto de colmatación ocasionado
75
por el arrastre de sedimentos, se recomienda buscar un mecanismo de limpieza o remoción
de sedimentos en los filtros permeables ubicados en la parte superior del dren Las Vegas.
La incorporación de nuevas fuentes de captación antropogénicas al sistema Las Vegas
especialmente los 12 pozos de inyección de Llaillay ha generado un ahogamiento en el
dren específicamente en el tramo que va desde la cámara 6 a la cámara 11, limitando de
esta forma el ingreso de aguas subterráneas.
Se recomienda la incorporación de un sistema de medición de los niveles de agua en el
dren Las Vegas (cámara 1 y 11) y en el túnel de conducción (CT12) además de
caudalímetros antes y después de la cámara Ocoa para cuantificar las pérdidas generadas.
Dicha medición servirá como base para la actualización del modelo numérico generado
en HEC-RAS.
76
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