Ver/Abrir - Ateneo - Universidad Nacional Mayor de San Marcos
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1. BL 2567 Cuadro 4 1 Variaci n puntual de la interfase marina Per odo 2000 2004 Hip tesis de explotaci n 1 4 5 De la Intrusi n Marina Cont En lo que respecta a las variaciones puntuales ocasionados al entrar en ejecuci n la Hip tesis de explotaci n 2 se consideran demasiadas peligrosas por estar muy cerca del nivel medio del mar por considerarse que la posici n de la interfase delimita una zona m s o menos grande donde ocurren fen menos de dispersi n y difusi n por lo cual la interfase estar a introduci ndose en el dominio del acu fero del Caplina esto como consecuencia de un desequilibrio entre la explotaci n y la alimentaci n del acu fero ver Cuadro 4 2 4 5 Dela Intrusi n Marina m s s s s s s etenean 0 96 20 20 35 TAR ee ms Cuadro 4 2 Variaci n puntual de la interfase Per odo 2000 2004 Hip tesis de explotaci n 2 4 5 De la Intrusi n Marina Cont x f Figura 4 4 Posici n de la Interfase Agua Dulce Agua Salada Hip tesis de explotaci n 1 para periodo 2000 al 2004 42 5 0 CONCLUSIONES a Se desarrollo e implemento un modelo matematico para el an lisis y la evaluaci n del impacto ambiental de la intrusi n marina para el acu fero del Caplina Tacna Per utilizandose una discretizaci n asimetrica y la tecnica de diferencias f nitas b El modelo elaborado fue desarrollard2. Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Desarrollo e Implementaci n de un Modelo Matem tico para la Evaluaci n del Impacto Ambiental de la Intrusi n Marina en el Acu fero del R o Caplina Tacna Peru 1 INTRODUCCI N e Sobre explotaci n del acu fero del Caplina para el abastecimiento de la demanda de uso agr cola ha producido en los ltimos a os un incremento de la intrusi n marina en el acu fero Muestreos efectuados en el mes de junio del 2000 en pozos cercanos al litoral indican que la evoluci n de la concentraci n salina desde el a o 1997 2000 a tenido un ascenso increment ndose entre 3 a 5 veces a concentraci n inicial Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 1 INTRODUCCI N cont Perforaci n de nuevos pozos de agua subterr nea un primer proyecto con un caudal de explotaci n de 100 l s mediante 05 pozos localizados en el Asentamiento XI del valle de Caplina e Segundo proyecto igual al primero pero con un caudal incremental de 25 l s Para el an lisis y control de la intrusi n marina en el acu fero del Caplina se desarrollo e implemento un modelo matem tico para la simulaci n de la operaci n del acu fero emple ndose la t cnica de diferencias finitas con mallas asim tricas Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 1 INTRODUCCI N Cont e Se elaboro un modelo en lenguaje Visual Basic V 6 y con enlace con el modelo Surfer V 8 para
3. 00 Poligono 35 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 4 00 3 50 3 00 2 50 2 00 1 50 1 00 0 50 0 00 Ene Feb Mar Poligono 36 Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 6 00 5 00 4 00 3 00 2 00 1 00 0 00 Poligono 37 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Poligono 38 Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 3 50 3 00 2 50 2 00 1 50 1 00 0 50 0 00 Poligono 39 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 37 4 5 De la Intrusi n Marina Cont Teniendo en cuenta la piezometr a calculada por el modelo para cada hip tesis de explotaci n simulada h y considerando la Ec 3 10 se obtendr la nueva posici n adoptada por la interfase para el per odo simulado 2001 2004 En el Cuadro 4 1 se presenta las variaciones puntuales de la interfase marina para la zona litoral del valle Caplina considerando la Hip tesis de explotaci n 1 observ ndose que las variaciones son aceptables para las mallas que limitan con el litoral mallas No 34 35 36 37 38 y 39 por ser valores que no son peligrosos para la contaminaci n del acu fero esto en relaci n a la posici n puntual de la interfase marina con relaci n al nivel medio del mar 4 5 De la Intrusi n Marina Cont Rigo a 51 Interfase Dc204H 3280 1860 11300 17120 1120 3320 Vaiain 292 3150 55 55
4. y con m rgenes irregulares subdividida en forma asim trica por el empleo de pol gonos y a cada pozo se le asigna un pol gono 3 1 2 Desarrollo de Mallas Asim tricas Cont Cada pol gono est definido por el n mero de caras la longitud de cara y el espesor del acu fero Figura 3 2 Nodo t pico de una malla asim trica 3 1 3 M todo de Malla Poligonal dV dV dV ch _ h hy 1 dv h h 1 1 dV Q A dX h h S A 3 1 3 M todo de Malla Poligonal Cont Y z Kip IB n oh y37 Y A A Q Y Jpg IB Ly Habs 3 1 3 M todo de Malla Poligonal Cont Niveles piezom tricos de los pol gonos I y B rea asociada con el nodo A pol gono A conductancia de la l nea entre nodos l y B valor del almacenamiento espec fico asociado con la zona poligonal centrado en B velocidad de flujo volum trico por unidad de rea en el nodo B recarga bombeo valor del coeficiente de permeabilidad en el punto medio de los nodos y B Distancia entre los nodos y B distancia entre centroides Longitud de la cara com n a los dos pol gonos nodos y B espesor del acu fero en el nodo B Transmisividad de la cara com n entre los nodos y B 3 1 3 M todo de Malla Poligonal Cont ht hi Yo 22 hz hz 40 1 II Niveles piezom tricos de los pol gonos I y B A rea asociada con el nodo A po
5. a el per odo de calibraci n a o 2000 informaci n que se encuentra en la base de datos del modelo 4 3 De la Etapa de Calibraci n Cont En la Figura 4 2 muestra los resultados de las etapas de calibraci n seguidas para per odo del mes de enero 1999 a diciembre 2000 observ ndose el valor de piezometr a calculada por el modelo y la piezometr a hist rica registrada en el rea de estudio De la comparaci n de la piezometr a calculada por el modelo y la hist rica se aprecia el grado de calibraci n obtenida que fue menor o igual al 5 Analizando los resultados se obtiene una diferencia m xima de 0 05 m en los pol gonos 34 y 36 con lo cual se logr representar el sistema real con 3 de error 4 3 De la Etapa de Calibraci n Cont Piexometria Calculada Piezometria Asignada Poligono 34 Poligono 35 Piezometria Calculada Piezometria Asignada 1 80 2 50 1 60 1 40 2 00 1 20 1 00 1 50 080 1 00 0 60 0 40 0 50 0 20 0 00 i i 0 00 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Poligono 36 Piezometria Calculada Poligono 37 Piezometria Calculada Piezometria Asignada Piezometria Calcu
6. discretizo el rea de estudio del acu fero del Caplina obteni ndose 40 pol gonos de los cuales 34 son pol gonos de cuatro lados y 6 son de m s lados ver Figura 4 1 De este plano se han obtenido caracter sticas de cada pol gono como su n mero de caras longitud de cada cara longitud entre centroides de pol gonos adyacentes rea del sector acu fero inscrito en el pol gono etc 4 2 De la Discretizaci n del rea de Estudio Cont 350000 360000 370000 8010000 7990000 8000000 ex 7990000 o c Pampa de Hlospfcio 7970000 OCEANO PACIFICO LEYENDA Pozos Tipo_Pozo Excavaci n a la Napa Manantial Captado en Explotaci n Piezometros Pertorados Piezometros por Perforar Pozo Tajo Abierto Abandonado y Seco Pozo Tajo Abierto con Equipo Pozo Tajo Abierto sin Equipo Pozo Tubular Abandonado y Seco Pozo Tubular con Equipo Pozo Tubular sin Equipo Quebradas Eros EEE Asentamiento o 1 375 2 750 11 000 Mallado m le ters Limite 7980000 7960000 Contorno 330000 340000 350000 4 3 Dela Etapa de Calibraci n La etapa de calibraci n se divide en dos fases la primera en la que se obtiene los datos de entrada al modelo y la segunda donde se ajustan verifican estos datos Los datos necesarios de entrada al modelo son las caracter sticas individuales de cada uno de los elementos de la discretizaci n y el rea acu fera que inscriben los cuales ser n a nivel mensual par
7. el tratamiento de los resultados Se simulo la explotaci n del acu fero bajo la Hip tesis 1 100 l s y Hip tesis 2 25 1 5 Con los resultados de estas simulaciones se determinaron los niveles de intrusi n marina en el acu fero del Caplina bajo condiciones de Ghyben Herzberg Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 2 HIPOTESIS Desarrollo e implementaci n de un modelo matem tico para el an lisis y evaluaci n del problema de intrusi n marina del acu fero del r o Caplina por la implementaci n nuevos proyectos de irrigaci n a ser abastecidos por nuevos pozos de explotaci n de agua subterr nea Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 3 1 3 1 1 3 1 2 3 1 3 3 2 3 3 3 3 1 3 3 2 3 3 3 3 MATERIALES Y METODOS Metodolog a Discretizaci n del rea de Estudio Desarrollo de Mallas Asim tricas M todo de Malla Poligonal Informaci n Utilizada Desarrollo e implementaci n del modelo matem tico del acu fero Caplina Etapa de Desarrollo e Implementaci n del modelo Etapa de Calibraci n Etapa de Simulaci n Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 3 MATERIALES Y METODOS 3 1 Metodolog a Elecci n de discretizar asim tricamente Poligonal del medio acu fero es por la posici n arbitraria de pozos de explotaci n dentro del mbito del acu fero y se logra resolver el problema de bordes irregulares del contorno acu f
8. el Proyecto C H Quitaracsa 1 bajo otro tipo de escenarios como el h medo seco y promedio Los caudales promedio multianuales de las series sint ticas se ajustan a una distribuci n normal Se recomienda generar un mayor n mero de series sint ticas para tener una mayor poblaci n de posibles futuros eventos equiprobables de ocurrir en el futuro Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Desarrollo e Implementaci n de un Modelo Matem tico para la Evaluaci n del Impacto Ambiental de la Intrusi n Marina el Acu fero del R o Caplina Tacna Peru MUCHAS GRACIAS
9. entaci n del modelo Cont El programa consta de 6 formularios el primero que se refiere al ingreso al programa mismo y del segundo al cuarto formulario se visualiza las tablas de entrada de datos que previamente fueron llenados en la base de datos El quinto formulario procede a realizar el c lculo de la piezometr a del mes de estudio es decir el proceso de calibraci n y poder comprobar la aproximaci n de los valores verdaderos con un error menor del 596 Para finalizar el ltimo formulario consta del c lculo anual de las piezometr as de los pol gonos de cada uno de los meses utiliz ndose el m todo de Gauss Seidel 4 1 Dela Etapa de desarrollo e Implementaci n del modelo Cont Se elaboro el Manual de Usuario del modelo desarrollado el cual permite una compresi n rapida de la entrada de datos procesos dentro del modelo modo de almacenamiento de data y resultados as como la presentaci n de los mismos 4 2 Dela Discretizaci n del rea de Estudio Se discretizo el rea de estudio del acu fero del Caplina obteni ndose 40 pol gonos de los cuales 34 son pol gonos de cuatro lados y 6 son de m s lados ver Figura 4 1 De este plano se han obtenido caracter sticas de cada pol gono como su n mero de caras longitud de cada cara longitud entre centroides de pol gonos adyacentes rea del sector acu fero inscrito en el pol gono etc 4 2 De la Discretizaci n del rea de Estudio Cont Se
10. ero contribuyendo con esto a una reducci n del esfuerzo de c mputo e En base a la discretizaci n asim trica se desarrollar un modelo matem tico que consta de dos partes la primera que elabora las ecuaciones lineales para cada pol gono y la segunda que resuelve el sistema total de ecuaciones Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 3 1 Metodolog a Cont Para plantear el modelo propiamente dicho se ha seguido el siguiente procedimiento i Elecci n de la discretizaci n del rea del acu fero ii M todo de soluci n a emplearse il Estructura del modelo iv Calibraci n de par metros del modelo en r gimen transitorio e La fase de utilizaci n del modelo desarrollado es v Simulaci n de hip tesis de explotaci n vi Determinaci n de la Interfase agua dulce agua salada CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 3 1 1 Discretizaci n del rea de Estudio Se realiza la discretizaci n del medio acu fero en una serie de elementos asim tricos pol gonos Esta discretizaci n est ligada a la elecci n del m todo de c lculo el tipo de malla que se va a emplear y la dimensi n de sus elementos con la finalidad de lograr un ajuste al contorno de rea del acu fero Ill CONGRESO NACIONAL DEL AGUA Del 8 al 10 de Marzo del 2011 3 1 2 Desarrollo de Mallas Asim tricas La Figura muestra un dominio acu fero con una distribuci n arbitraria de pozos
11. estado final del acu fero El procedimiento seguido es el siguiente a Recopilaci n y an lisis de la informaci n b Selecci n del periodo de calibraci n L mites del acu fero d Discretizaci n espacial del acu fero e Configuraci n de la malla f Determinaci n de las propiedades hidrogeol gicas g Flujos impuestos h Estado inicial del acu fero i Condiciones de frontera 8 9 10 3 3 3 Etapa de Simulaci n Una vez obtenida la confiabilidad del modelo en la etapa de calibraci n este se utiliz para obtener los estados finales del acu fero sometido a los reg menes de explotaci n siguiente a Hip tesis de explotaci n No 1 El acu fero ser sometido a una explotaci n de 100 l s 05 pozos y b Hip tesis de explotaci n No 2 Explotaci n del acu fero en 125 l s 06 pozos 4 RESULTADOS Y DISCUCION 4 1 De la Etapa de desarrollo e Implementaci n del modelo 4 2 Dela Discretizaci n del rea de Estudio 4 3 De la Etapa de Calibraci n 4 4 Resultados de la Etapa de Simulaci n 4 5 De la intrusi n Marina 4 1 De la Etapa de desarrollo e Implementaci n del modelo Se implemento un programa en lenguaje VISUAL BASIC 6 0 para la soluci n de la EC 3 9 para el acu tero del Caplina con almacenamiento de los resultados en tablas en EXCEL para ser usados en el modelo SURFER V 8 para la visualizaci n y analisis de los resultados en forma grafica 4 1 Dela Etapa de desarrollo e Implem
12. iezom trico con relaci n a la piezometr a de diciembre del 2000 en las mallas de las zona litoral del valle Caplina ver Figura 4 1 El rango de variaci n de los abatimientos puntuales ocurridos en la zona litoral para los pol gonos 34 al 39 ubicados en la zona litoral son como m nimo de 0 64 m y 0 89 m como m ximo ocurriendo estos valores en los pol gonos 36 y 37 4 4 Resultados de la Etapa de Simulaci n Cont La Hip tesis de explotaci n 2 consiste en estudiar el comportamiento del acu fero sometido a una explotaci n adicional de 125 l s respecto a la explotaci n existente para 2000 Este incremento de caudal incluye el correspondiente a la Hip tesis 1 100 l s y el caudal restante de 25 1 5 corresponde al incremento de explotaci n en el Asentamiento Y el cual ser para enero 2003 y se distribuy en la malla No 23 y 24 4 4 Resultados Etapa de Simulaci n Cont La Figura 4 3 muestra los diagramas piezom tricos para las mallas de la zona litoral del valle Caplina determin ndose el rango de variaci n de los abatimientos puntuales para el per odo 2000 2004 ocurridos en la zona litoral obteni ndose como m nimo de 0 23 m y como m ximo 5 1 m ocurriendo estos valores en los pol gonos 39 y 38 4 4 Resultados Etapa de Simulaci n Cont Ene Feb Mar Poligono 34 Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 1 80 1 60 1 40 1 20 1 00 0 80 0 60 0 40 0 20 0
13. l gono A Y ig conductancia de la l nea entre nodos y B S valor del almacenamiento espec fico asociado con la zona poligonal centrado en B 3 2 m I m I velocidad de flujo volum trico por unidad de rea el nodo B recarga bombeo valor del coeficiente de permeabilidad en el punto medio de los nodos y B Lp Distancia entre los nodos y B distancia entre centroides Jg Longitud de la cara com n a los dos pol gonos nodos y B Dg espesor del acu fero en el nodo B Transmisividad de la cara com n entre los nodos y 3 1 4 Interface agua Dulce Agua Salada La ubicaci n de la interface agua dulce agua salada que representa el problema de intrusi n marina se determina aplicando la condici n de Ghyben Herzberg que se expresa por la relaci n siguiente d nde h Profundidad a la cual se halla la interfase agua dulce agua salada h Nivel del agua subterr nea 40 Valor deducido de las densidades de agua dulce y agua salada Ghyben Herzberg 3 2 Informaci n Utilizada El Acu fero del Valle Caplina est ubicado en el departamento de Tacna entre 18920 de latitud y 70910 de longitud la zona especifica comprende en general el cono deyectivo del r o Caplina sobre el cual se sit an las Pampas de la Yarada y Hospicio consider ndose como l mite del estudio la extensi n entre la ciudad de Tacna el litoral y los afloramientos rocosos que r
14. lada 5 00 7 00 6 00 4 00 5 00 3 00 4 00 2 00 200 2 00 1 00 1 00 0 00 0 00 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Age Sep Now Bie Poligono 38 Piezometria Calculada Poligono 39 Piezometria Calculada R Piezometria Asiganada Piezometria Asignada 3 00 4 00 2 50 3 50 3 00 2 00 2 50 1 50 2 00 1 50 1 00 1 00 0 50 y 0 50 0 00 0 00 NN Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Fig Feb Mar TABT May Jun dul AOS Sep Oct NOV Dic 32 4 4 Resultados de la Etapa de Simulaci n La simulaci n de las hip tesis de explotaci n se realizaron en r gimen transitorio utilizando el modelo desarrollado e implementado en la etapa de calibraci n esto con la finalidad de conocer el riesgo de deprimir la napa hasta niveles peligrosos que conlleve a incrementar el fen meno de intrusi n marina en la parte litoral del valle Caplina en el per odo 2001 2004 La Hip tesis de explotaci n 1 consiste en incrementar la explotaci n actual del a o 2000 en 100 l s que son los requerimientos del Asentamientos X a implementarse en enero 2002 que ha sido distribuido en las mallas No 8 y 9 Calcul ndose la piezometr a de las mallas que conforman la discretizaci n del rea de estudio per odo 2001 2004 4 4 Resultados de la Etapa de Simulaci n Cont Para determinar la posici n de la interfase agua dulce agua salada se ha tomado como referencia el descenso p
15. o y programado en VISUAL BASIC V 6 que almacena los resultados en EXCEL para luego ser utilizados por el modelo SURFER V 8 para su tratamiento gr fico C El modelo cuenta con un Manual de Usuario que permite un manejo facil del modelo por el usuario 5 0 CONCLUSIONES Cont En la Etapa de calibraci n mensual del modelo se logr reproducir el comportamiento del acu fero para el a o 2000 con un 95 de aproximaci n es decir con un 5 de error entre las piezometr as hist ricas y las obtenidas por el modelo La Hip tesis de explotaci n 1 simulada per odo 2000 2004 que comprende 100 l seg de sobreexplotaci n con respecto a la explotaci n del a o 2000 da como resultados una variaci n de los abatimientos puntuales siendo como m nimo de 0 64 m y 0 89 m como m ximo en los pol gonos 36 y 37 de la zona litoral del valle Caplina Mientras que la simulaci n de la Hip tesis de explotaci n 2 da como abatimientos m nimo de 0 23 y m ximo de 5 1 m localizados en los pol gonos 39 y 38 de la zona litoral del valle 5 0 CONCLUSIONES Cont Con respecto a la posici n de la interfase agua dulce agua salada de los resultados obtenidos al simularse las Hip tesis de explotaci n 1 y 2 se determino que se debe implementar la Hip tesis de explotaci n 1 por no representar un peligro para la zona litoral del valle del Caplina 6 0 RECOMENDACIONES Se recomienda utilizar en modelo desarrollado e im
16. odean el cono aluvial 3 2 Informaci n Utilizada Cont La informaci n correspondiente a datos de piezometr a hist rica utilizada es para el acu fero superficial b sicamente la del a o 2000 que sirvi como base para la etapa de calibraci n del modelo por ser la m s consistente Los valores de transmisividad son del orden de 1x107 a 5x107 y los de Coeficiente de Almacenamiento est n en el rango de 0 3 a 6 3 2 Informaci n Utilizada Cont La Hip tesis de explotaci n 1 a ser simulada en el per odo 2000 2004 comprende 100 l seg de sobreexplotaci n con respecto a la explotaci n del a o 2000 y corresponde al Asentamiento X a operar en enero del 2002 mientras que la Hip tesis de explotaci n 2 consiste en explotar un caudal de 125 l s a implementarse en el Asentamiento Y que entrar a en operaci n en enero del 2003 3 3 Desarrollo e implementaci n del modelo matem tico del acu fero Caplina 3 3 1 Etapa de Desarrollo e Implementaci n del modelo En esta etapa se desarrollo un programa en lenguaje Visual Basic para la implementaci n del modelo matem tico de explotaci n de aguas subterr nea del acu fero del Caplina y luego se desarrollo una interfase con el programa Surfer para el tratamiento gr fico de los resultados del modelo 5 6 7 8 y 9 3 3 2 Etapa de Calibraci n En esta etapa se busca reproducir las piezometr as observadas hist ricamente considerados como
17. plementado para la evaluaci n del impacto ambiental de la intrusi n marina en el acu fero del r o Caplina Tacna Per Se recomienda ejecutar la Hip tesis 1 bajo una adecuada pol tica de explotaci n de la zona litoral del valle Caplina tratando de no ocasionar una reducci n significativa en la capacidad de captaci n de los pozos ya existentes en esta zona Se recomienda no incrementar la explotaci n en la zona litoral comprendida entre las mallas N 34 a la N 40 para no provocar descensos considerables del potencial piezom trico de agua dulce que se sumar a a los provocados la ejecuci n de hip tesis recomendada 7 0 AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen al Programa de Iniciaci n Cient fica PIC dirigido por el Vicerrectorado Acad mico de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos por el apoyo brindado para el desarrollo de la presente investigaci n 5 0 CONCLUSIONES El uso de la serie de caudales mensuales de quitaracsa pueblo para evaluar la generaci n de potencia y energ a del proyecto C H Quitaracsa 1 es considerar que sta serie hist rica se repetir en el futuro tan igual como ha ocurrido en el pasado Considerar el uso de series sint ticas generadas con el modelo Thomas amp Fiering a partir de la serie de caudales mensuales de Quitaracsa Pueblo nos permite tener la posibilidad de tener en cuenta la ocurrencia de series de caudales equiprobables para analizar la performance d
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