25 de febrero de 2024 en Buenos Aires

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¿Cómo evaluar el impacto del riego agrícola?

Pautas para analizar la sustentabilidad de una red de perforaciones.

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El primer paso para asegurar la sustentabilidad de un emprendimiento de riego es definir de manera adecuada el caudal y calidad química del agua presente en un campo. Sin embargo, si se trata de materializar un proyecto de envergadura que, por ejemplo, comprenda la ejecución de varias perforaciones que permitan alimentar una serie de pivotes o abastecer un riego por goteo en una extensión importante, es necesario contestar dos preguntas clave: ¿Qué volumen anual se puede extraer del acuífero de manera sustentable?. ¿Cuál será el impacto de dicha extracción sobre los campos vecinos?.

La respuesta a la primera pregunta se asocia directamente a las reservas del acuífero. En un acuífero de comportamiento libre se tienen dos tipos de reservas. El primer caso son las reservas reguladoras o fluctuantes: resultan de la infiltración de los excesos pluviométricos y de la superficie cubierta por el acuífero. El otro caso corresponde a las reservas geológicas o permanentes: se vinculan directamente al espesor saturado de agua dulce y dependen –además de dicho espesor– de la extensión areal del acuífero y de su porosidad efectiva.

Es decir: el tema no se limita a la superficie que tenga el campo en el cual se ubicarán los pivotes, sino que lo que gravita es la superficie cubierta por el acuífero y el espesor de éste. Por ejemplo: el campo puede tener 1000 hectáreas y en él se puede proyectar la instalación de cinco pivotes de 125 hectáreas cada uno, los cuales requerirán individualmente un caudal de 160 m3/hora. Además, se estima que los cinco pivotes funcionarán 12 horas continuas desde octubre hasta marzo. Eso implica un volumen por extraer de 1.728.000 m3/año.

Para saber si la extracción prevista será sustentable en el tiempo, hay que confrontar la misma con las reservas del acuífero. En este cálculo la primera variable de importancia es la superficie cubierta por el acuífero, ya que, si bien el campo planteado en este ejemplo, tiene 1000 hectáreas, el acuífero puede cubrir una extensión del orden de 30.000 hectáreas y esta última es la superficie que importa, porque “los acuíferos no reconocen alambrados”. De esta manera, si el acuífero tiene 30.000 hectáreas y su recarga (la cual se determina mediante balances hídricos a nivel de suelo) es, por ejemplo, de 100 milímetros/año, resultará entonces una reserva reguladora de 30.000.000 m3/año.

JorgeMugni.PNG
Jorge Mugni

Jorge Mugni

La segunda variable de importancia en el cálculo de reservas acuíferas está dada por el espesor del acuífero. En este sentido los estudios pueden establecer que el espesor del acuífero, en la superficie antes mencionada (30.000 hectáreas), asciende a 100 metros. Pero existe un detalle: esos 100 metros no son en realidad de agua solamente, sino que comprenden el conjunto agua-sedimento (que es precisamente aquello que se denomina acuífero). En realidad, el agua que debemos considerar es aquella que se puede extraer y que se vincula a los espacios porosos interconectados, es decir, a la porosidad efectiva. Esa porosidad efectiva se determina a partir de ensayos hidráulicos y, generalmente, oscila en acuíferos de granometría media (entre 8% y 20%). En el ejemplo planteado se utilizará una porosidad efectiva del 10%. Entonces, considerando la superficie cubierta por el acuífero (30.000 hectáreas), su espesor (100 metros) y su porosidad (10%), resulta entonces una reserva permanente de 3.000.000.000 m3.

La reserva total del acuífero, en este ejemplo, será la sumatoria de las dos anteriores (reguladoras + permanentes), lo cual da un volumen de 3.030.000.000 m3.

El paso siguiente en el análisis es confrontar la extracción proyectada (1.728.000 m3/año) con las reservas reguladoras (30.000.000 m3/año) y con las reservas totales calculadas (3.030.000.000 m3). Haciendo ello surge que la extracción importará un 5,7% de la recarga anual y un 0,05% de las reservas totales, con lo cual se puede concluir que la explotación prevista será sustentable en el tiempo, ya que guarda absoluta correspondencia con la recarga anual del acuífero y con el volumen permanente de agua que en él se halla almacenado.

En el caso de la segunda pregunta (¿Cuál será el impacto de la extracción sobre los campos vecinos?) la respuesta no se asocia directamente a las reservas del acuífero, sino a tres factores: a) parámetros hidráulicos del acuífero, ya que la permeabilidad (transmisividad) junto a la porosidad efectiva (almacenamiento) son aspectos determinantes en la expansión de los conos de depresión generados por los diferentes pozos. De la coalescencia entre los distintos conos resultará el nivel de interferencia que se origine en el ámbito de explotación; b) caudal de extracción de los diferentes pozos; y c) tiempo de operación de los pozos.

Debe tenerse presente que toda extracción de agua a partir de una perforación genera un cono de depresión en subsuelo. Por supuesto: el cono generado por un pozo que saca 3,0 m3/hora será siempre menor a uno que extrae 300 m3/hora. Pero el hecho es el cono, con diferente dimensión, siempre se produce, ya que sin esa pérdida de carga sería imposible que el agua subterránea fluya al pozo y que de ahí sea tomada por la electrobomba y ésta la extraiga a superficie. Este concepto se muestra, en corte, en el gráfico 1.

Grafico1.png
Imagen de un cono de depresión del subsuelo. Static water level: nivel estático. Drawdown: depresión. Pumping well:pozo de bombeo. Observation wells: pozos de observación

Imagen de un cono de depresión del subsuelo. Static water level: nivel estático. Drawdown: depresión. Pumping well:pozo de bombeo. Observation wells: pozos de observación

El concepto de nivel estático (static water level) comprende la profundidad del agua medida respecto del terreno natural de manera previa al inicio del bombeo,. El nivel dinámico es la profundidad que alcanza el agua, en un determinado punto, medida respecto al terreno natural como consecuencia del bombeo de uno o varios pozos. La depresión (drawdown) es la diferencia entre nivel estático y nivel dinámico en un determinado punto.

El cono generado por cada pozo de bombeo se va expandiendo y profundizando en el tiempo, tal como puede verse en el gráfico 2, abarcando un área cada vez mayor a pesar de mantenerse constante el caudal.

La coalescencia, es decir, la interferencia entre los distintos conos, generados individualmente por los pozos que participan del campo de bombeo, determina la amplitud de la depresión que se genere en el área y la superficie que ella abarque.

Grafico2.png
Esquema de un cono generado por un pozo de bombeo. Center of well: centro del pozo. Cone: cono

Esquema de un cono generado por un pozo de bombeo. Center of well: centro del pozo. Cone: cono

Un ejemplo. El caso que a continuación se comentará no conforma un ejemplo hipotético, sino que es un caso real y que surge a partir de la inquietud de la empresa propietaria de este campo, situado en la provincia de Salta, por conocer que sucedería con el nivel de agua si se ponían a funcionar simultáneamente las 9 perforaciones que alimentan los diferentes pivotes.

En la siguiente figura se muestra la distribución de los círculos de riego y perforaciones. Los círculos son de 200 hectáreas, cada uno, y los pozos erogan un caudal individual de 300 m3/hora.

Figura1.PNG

Las inquietudes principales de la empresa fueron dos:

1- ¿Qué grado de interferencia se tendrá entre los pozos, funcionando todos ellos de manera simultánea y para diferentes períodos de extracción continua (3 días, 15 días, 1 mes, 3 meses y 6 meses)?.

2- ¿A qué profundidad se irá el agua en el campo y en los campos vecinos, para los diferentes períodos de extracción continua (3 días, 15 días, 1 mes, 3 meses y 6 meses)?.

Para responder estos interrogantes se llevó a cabo, en primer lugar, un ensayo hidráulico de 72 horas de extensión a un caudal de 350 m3/hora. Este ensayo permitió definir los parámetros fundamentales del acuífero: Transmisividad (4.730 m2/día) y Almacenamiento (1,6 x 10-3). Con esta base y considerando la profundidad del nivel de agua natural en la zona (17,5 metros), se elaboró un programa matemático para efectuar la simulación correspondiente a los distintos estadios de bombeo, mediante el uso de 40 puntos auxiliares distribuidos en el área de estudio.

En las siguientes figuras se muestran los distintos escenarios de profundidad del agua, para tres días, quince días, un mes, tres meses y seis meses de extracción continua, respectivamente.

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Escenario de profundidad del agua para tres días

Escenario de profundidad del agua para tres días

F5.PNG
Escenario de profundidad del agua para quince días

Escenario de profundidad del agua para quince días

F6.PNG
Escenario de profundidad del agua para un mes

Escenario de profundidad del agua para un mes

F7.PNG
Escenario de profundidad del agua para tres meses

Escenario de profundidad del agua para tres meses

F8.PNG
Escenario de profundidad del agua para seis meses

Escenario de profundidad del agua para seis meses

A nivel de los pozos, si bien no se ha volcado en las figuras el valor hidráulico puede sostenerse que, para la perforación que se halla aproximadamente en el centro de la explotación (Pozo 2a) y cuyo nivel dinámico es de 27 metros cuando se extraen 300 m3/hora operando solamente este pozo; dicho nivel dinámico se profundizará operando este pozo más los otros ocho a:

  • a) 28 metros para el estadio de 3 días de bombeo continuo.
  • b) 30 metros para el estadio de 15 días de bombeo continuo.
  • c) 31 metros para el estadio de 1 mes de bombeo continuo.
  • d) 32 metros para el estadio de 3 meses de bombeo continuo.
  • e) 33 metros para el estadio de 6 meses de bombeo continuo.

El tratamiento de la información permite concluir en que el funcionamiento continuo de todos los pozos no impactará fuertemente sobre la hidráulica del acuífero, estimándose una depresión máxima de 6 metros, para el estadio de extracción más extenso, depresión que afectará un área circunscripta a 1000 hectáreas. Este bajo impacto, considerando el nivel de explotación simulado, se debe a la alta permeabilidad del depósito sedimentario que aloja al acuífero.

Jorge R. Mugni. Hidrogeólogo

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