IMPORTANCIA DE LOS EMBALSES SUBTERRÁNEOS
1. Antecedentes.
En Chile, la creciente utilización del agua subterránea para usos urbanos, agrícolas, industriales y mineros; la expansión de la industria de los pozos de captación de agua; y los numerosos textos de estudios editados en idioma castellano existentes en el mercado nacional han contribuido a que el tema de las aguas subterráneas sea más conocido. Todo ello, a pesar que no se ha logrado en nuestro país otorgar en nuestras universidades un papel importante a la enseñanza de la hidrogeología, en donde estas materias , en las escasas cátedras curriculares que la consideran, tiene sólo el rango de “ ramo optativo “.
Hoy día, entre los profesionales dedicados a tareas relacionadas con la gestión del agua, existe consenso sobre el gran papel que desmpeñañ los acuíferos como embalses subterráneos y donde pasan a ser un elemento fundamental de la regulación de los recursos hídricos totales de la cuenca.
Sin embargo, la valoración de las reservas y recursos constituye uno de los temas más polémicos dentro de la hidrología subterránea, y en especial cuando se trata de la determinación del llamado “rendimiento seguro” de una cuenca, donde abundan definiciones, pero que aún no interpretan a todos los hidrogeólogos del mundo. Existe acuerdo en que este caudal de seguridad debe ser sustentable en el tiempo y cumplir con la condición de satisfacer las necesidades presentes sin comprometer que las generaciones futuras puedan satisfacer las suyas.
En los sistemas hídricos naturales la función capacitativa o de reserva es desempeñada esencialmente por los acuíferos, mientras que la función conductora es efectuada por los cursos de aguas superficiales. En consecuencia, esta reserva acumulada se logra en los embalses subterráneos, cuya cantidad de agua contenida, equivale al producto de los diferentes volúmenes del acuífero, de características más o menos homogéneas en que se puede descomponer su volumen total, por su porosidad media (coeficiente de almacenamiento).
En la mayoría de los cursos de aguas superficiales chilenos, cuya cuenca nace cerca de la Cordillera, sus acuíferos están de alguna manera conectados con ellos. Esta característica tiene la ventaja que una elevada explotación de estos acuíferos puede aumentar en forma importante las reservas reguladoras o capacidad útil del embalse subterráneo.
Con el propósito de destacar el importante rol regulador que cumplen los Embalses subterráneos chilenos, en el presente trabajo se presentan los resultados de un estudio de evaluación del volumen de agua posible de almacenar en un sector de la cuenca hidrogeológica del valle de Elqui. Corresponde al área ubicada entre las localidades de
Algarrobal y Algarrobito, distantes 70 kilómetros entre ellas, y cuya hoya hidrográfica tiene un área de 3.900 km2. 2. Embalses subterráneos
Los embalses subterráneos naturales están constituidos por materiales porosos de dimensiones variables y son capaces de almacenar aguas rellenando el volumen de sus poros. Además facilitan el movimiento de sus aguas bajo la acción de sus gradientes hidráulicas . Cuando este material está saturado de agua es considerado como un acuífero y unidad hidrogeológica.
Una inteligente explotación de estos embalses produce casi siempre un incremento significativo de los recursos hidráulicos disponibles en una cuenca. Contribuyen no sólo a la regulación de las variaciones del flujo subterráneo inducido por los ríos sino también a su propia recarga, mediante la infiltración de parte de sus aguas superficiales. La capacidad de estos embalses tiene la propiedad de proporcionar un caudal de agua regular y también la facultad de controlar las variaciones de sus extracciones y ajustes con las diferentes demandas del recurso.
La función reguladora de los embalses subterráneos presenta en condiciones naturales como principal efecto el de proporcionar el caudal de proyecto y regularizar más o menos su régimen. Estas características de los embalses ha contribuido a que en Chile se construyan obras de captación de aguas subterráneas en zonas próximas en diversos lechos de cursos de agua superficial con el decidido propósito que, en aquellos períodos en que éstos llevan excedentes de aguas, se genere automáticamente flujos de recarga hacia los acuíferos que se ha vaciado con el bombeo. Especialmente este tipo de obras prolifera en zonas cercanas a la desembocadura de ríos al mar, donde por lo general no se construyen presas o embalses de aguas superficiales, y donde el empleo de estos embalses subterráneos son una solución y permiten su mejor aprovechamiento (Ríos Aconcagua y Maipo).
En un embalse subterráneo, los caudales de agua salientes están generalmente localizados y las áreas de alimentación son por el contrario muy extensas, y en muchos casos corresponden a la superficie en cuyo subsuelo está presente a escasa profundidad la napa freática o libre. Su capacidad reguladora, que transforma el caudal de agua entrante discontinuo e irregular en uno de salida continua y más regular, depende de sus dimensiones y configuración.
En esta clase de proyectos es fundamental realizar estudios con el propósito de apreciar y después proponer modalidades de utilización para lo cual se hace indispensable la investigación de determinada información física: características geométricas del embalse, constitución litológica, orden de magnitud de la reserva, coeficiente de almacenamiento, curvas de embalse subterráneo, capacidad de transmisión del acuífero y de captación del sistema; etc.
3. Pozos de captación trabajando en embalse subterráneo
Para el efecto del cálculo de estas obras se ha supuesto que se trata de un curso de agua superficial de régimen variable, y en cuyo subsuelo existe a escasa profundidad un acuífero freático o libre. Para la definición de su forma geométrica se realizarán sondajes de exploración que servirán además para conocer la profundidad y extensión del acuífero; y experiencias de bombeos, que aplicando los métodos de equilibrio y de variación se determinarán los coeficientes de permeabilidad ( k ) y almacenamiento ( S ). Una vez conocidas las condiciones geométricas de la captación y del acuífero se hace posible dibujar los dos perfiles extremos del embalse subterráneo : el superior, cuando todavía actúa la recarga directa del río (embalse lleno), y el inferior, cuando el embalse está agotado. Determinada las superficies límites del embalse se puede proceder a calcular su volumen aproximado, de manera que con ello se obtenga, el volumen de agua almacenado en el embalse subterráneo, al multiplicar su volumen por el coeficiente de almacenamiento conocido.
Cabe hacer presente que los cálculos no permiten esperar inicialmente resultados totalmente confiables. El volumen de agua explotable se conocerá a me dida que se va desarrollando el proceso de explotación. De esta manera se pueden reactualizar las previsiones estimadas de los volúmenes de aguas susceptibles de extraer en el largo plazo en función de las depresiones de los niveles de aguas observados y compararlos con los antecedentes que nos ha dado el estudio original.
4. Embalse subterráneo en el Río Elqui.
El Río Elqui está situado entre los meridianos 30º Latitud Sur y 70º Longitud y a una distancia del orden de los 470 kms. al norte de la ciudad de Santiago. Es una cuenca de origen cordillerano con una altura máxima de 7.000 metros y que desemboca en el mar después de un recorrido aproximado de 140 kilómetros. Sus principales afluentes son el Río Claro y el Río Turbio, que confluyen cerca de la localidad de Rivadavia. Tiene una hoya hidrográfica de 9.645 km2., la que gracias a la favorable disposición de su relieve, presenta un flujo permanente durante todo el año. Su régimen hidrológico es pluvial y nivo-pluvial, y el caudal anual promedio de escurrimiento frente a la localidad de Algarrobal es 7,88 m3/seg que incrementa en su recorrido hasta la desembocadura al mar, que es del orden de los 11 m3/seg.
4..1 Investigaciones realizadas. .
En la década de los años 1950, la Dirección de Riego del Ministerio de Obras Públicas, en conjunto con el Bureau of Reclamation del Departamento Interior de los Estados Unidos de Norteamérica, realizó un completo estudio de los recursos de aguas subterráneas de la cuenca hidrológica del río Elqui. Se determinó la profundidad de los niveles de agua; las zonas donde el río es influente o afluente; las gradientes del agua subterránea; la construcción de 12 pozos perforados especialmente para la realización de pruebas de agotamiento de caudal variable y gasto constante; 44 pozos de observación para completar la información de terreno y determinar en forma confiable los parámetros propios de los acuíferos y especialmente la determinación de los coeficientes de
almacenamiento. Los sondajes de observación fueron ubicados en secciones a ambos lados del río y distanciados cada 2 kmts. entre las zonas de Algarrobito y Algarrobal, localidades ubicadas entre sí a una distancia aproximada de 70 kms., y con una hoya hidrográfica total de 3.900 km2. Igualmente, y en consideración a las características propias del valle, se estimó necesario la realización de estudios geofísicos empleando el método sísmico. Para este efecto se ejecutaron 28 perfiles transversales entre los pueblos ya mencionados , que sirvieron para determinar la forma geométrica de las diversas secciones del valle, profundidad del basamento, y localización del cauce del río y canales existentes. En Anexo se incluyen plano de ubicación y características propias de cada perfil.
4.2 Estudio hidrogeológico.
Esta investigación se extiende en todo el valle del río Elqui hasta su desembocadura, frente a la ciudad de La Serena. Sobre la roca fundamental del valle se ha comprobado la existencia de sedimentos terciarios a cuaternarios; escombros de faldas; depósitos de terrazas marinas y fluviales; depósitos de terraza fluvial superior e inferior; depósitos fluviales actuales Río Elqui y depósitos de playa y de vegas actuales.
En el valle del Elqui pueden caracterizarse diferentes sectores hidrogeológicamente homogéneos por su longitud, pero con características diversas. Observados con el propósito de conocer la riqueza en producción de agua de sus acuíferos los más atrayentes corresponden a aquellos que están ubicados en terrenos de los llamados “ depósitos sedimentarios de terraza fluvial anterior “ y “los depósitos fluviales actuales”. Los primeros, se caracterizan por ser un conjunto de alta permeabilidad con alternancia de mezclas de grava y limos arcillosos de permeabilidad deficiente. Estos terrenos son muy favorables para la perforación de sondajes de hasta 70 mts. de profundidad y con rendimientos superiores a los 50 lts/seg. en agua de buena calidad química. La recarga es derivada esencialmente de infiltraciones del caudal superficial del río Elqui, y de infiltraciones subterráneas de parte de las precipitaciones de la hoya correspondiente. Los segundos, se caracterizan por cierta similitud con los primeros , y tener acuíferos de mejor calidad y que resultan muy atractivos para la ubicación y perforación de nuevos sondajes de captación de aguas subterráneas.
4.3. Formaciones acuíferas
Estudios hidrogeológicos realizados por diversos profesionales concuerdan en señalar que “el sector formado por los valles de los ríos Claro y Turbio presentan escasas formaciones acuíferas y de baja potencia“ y que en el sector de Vicuña, predominan materiales gruesos en su formación acuífera y son de alta productividad “ y aguas abajo de esa ciudad, “ se comprueba la existencia de estratos permeables con espesores entre 30 a 50 mts., que presentan además un estrato permeable superficial con una napa libre conectada al río Elqui“
Estas conclusiones se fundamentan en el catastro de pozos de captación de aguas subterráneas que posee Ciren, y que ha resumido el Ingeniero Marcelo Cánepa en su trabajo titulado “ Delimitación y Caracterización de Zonas Hidrogeológicas Homogéneas en el
Valle de Elqui “. En dicho recuento figuran 190 sondajes, a los que deben agregarse 12 pozos perforados por la firma norteamericana Snare Corporation, ejecutora de los trabajos de investigación en el valle del río Elqui,. Estas captaciones se utilizaron para realizar pruebas de bombeos en los sectores de Alfalfares, Algarrobito, Altovalsol, Saturno, Puclaro, Algarrobal y Calera y que facilitaron la determinación de los parámetros de los acuíferos existentes en aquellas áreas. En el cuadro siguiente se indican estos valores :
CUADRO Nº 1 Sector Transmisividad T (m2/día) Permeabilidad K (m/día) Almacenamiento S (%) Alfalfares-Culcatán* 4,00 17,8 Algarrobito – SB – 3 389 4,75 8,0 Altovalsol – SB– 5 346 3,02 8,3 Saturno – SB – 7 245 2,16 2,0 Puclaro – SB – 8 4176 6,48 6,0 Algarrobal – SB – 9 4176 3,60 12,0 Promedio 1866 4,00 9,0
Nota: (1) Prospección Aguas Subterráneas Sector Culcatán – Alfalfares-Río Elqui – 1979 – Ing. Eugenio Celedón
El cuadro anterior demuestra que la transmisividad es elevada desde Puclaro a Vicuña debido al aumento de la potencia del acuífero y al mejoramiento de la permeabilidad, decreciendo hacia aguas abajo debido al aporte del relleno aluvial que procede de varias quebradas secundarias. Sin embargo, es importante consignar el valor promedio que se obtiene para el coeficiente de almacenamiento o porosidad eficaz que es del orden de un 9%, y que tiene una significativa incidencia en la determinación del volumen de agua posible de extraer del embalse subterráneo .
4.4 Estimación del volumen de agua almacenada
Basados en el análisis de los perfiles obtenidos en el estudio geofísico para las diversas secciones transversales del valle, y que se incluyen en gráficos anexos, se ha estimado que el material saturado de agua en el relleno aluvial del valle de Elqui, entre las localidades de Algarrobal y Algarrobito ascendería a 5.200 millones de metros cúbicos.
Igualmente los antecedentes que resultan de las diversas experiencias de bombeos y sus respectivos pozos de observación entregan para el coeficiente de almacenamiento ( S ) , y en este caso equivalente a la porosidad eficaz , un valor promedio de 9 %.
En consecuencia, el volumen de agua almacenada del embalse subterráneo ascendería a la cantidad de 468 millones de metros cúbicos, que se reduce a 248 millones de metros cúbicos , si se explotara solamente los primeros 50 metros de su relleno sedimentario. Cabe hacer presente que esta capacidad de almacenamiento es superior al volumen máximo de almacenamiento del Embalse Puclaro.
5. Río Elqui – Caudales medios de escurrimiento.
La Dirección General de Aguas ha determinado los caudales medios de agua superficial que escurren en alguno de los sectores del Río Elqui. Para este efecto se dispone de la información histórica de las estaciones fluviométricas de los ríos afluentes Turbio y Claro, situadas frente a las localidades de Varillar y Rivadavia respectivamente, y también del Río Elqui en Algarrobal. Además se conocen los valores de los caudales medios de este río en su desembocadura al mar, y que asciende en su promedio annual a 11,1 m3/seg., y que se indican en cuadro y gráfico adjunto.
C U A D R O Nº 2
CUENCA HIDROGRAFICA RIO ELQUI (Caudales medios mensuales – m3/seg)
MES Claro Rivadavia Turbio Varillar Elqui Algarrobal Elqui Desembocadura Enero 3,4 9,8 11,2 15,8 Febrero 3,0 8,4 8,5 11,9 Marzo 3,4 6,7 6,9 9,7 Abril 3,5 5,6 6,8 9,6 Mayo 3,9 5,7 7,8 11,0 Junio 4,4 5,3 6,4 9,0 Julio 4,2 5,4 6,3 8,9 Agosoto 3,8 4,8 6,1 8,6 Septiembre 3,2 5,2 5,9 8,3 Octubre 2,9 6,8 6,5 9,2 Noviembre
