Las fronteras o bordes son de fundamental importancia en la explotación de captaciones de aguas subterráneas y su detección, cuando existen, es materia básica al momento de decidir la bomba a instalar en el pozo y su régimen de explotación.
Pese a la importancia que tienen las fronteras, lo que se demostrará más adelante, en la práctica son ignoradas por varias razones. La razón más importante es que las pruebas de bombeo son normalmente de corta duración, ya que usualmente duran 24 horas en la inmensa mayoría de los casos, que es la exigencia legal contenida en las Normas y Procedimientos para la Administración de Recursos Hídricos, elemento complementario al Código de Aguas y que se encuentra en plena aplicación.
En muchos casos se requiere de períodos de bombeo más extensos para que una frontera se haga evidente. Si la frontera se alcanzase después de finalizada la prueba de bombeo de 24 horas, pueden producirse efectos que siempre serán complejos y complicados de resolver. Se puede llegar a situaciones en que la bomba que se seleccionó sobre la base de la prueba de corta duración, no sirva para explotar el pozo en su condición normal de funcionamiento. Otra razón que explica que las fronteras no sean detectadas es la imprecisión de las mediciones de los niveles de agua durante las pruebas de bombeo, especialmente cuando la prueba se encuentra cerca de su término. Contribuye a dificultar el verdadero efecto de las fronteras, llegando incluso a crear fronteras inexistentes, el descuidado control de caudal en las pruebas de caudal constante. Si la medición de niveles deprimidos es algo cuidadosa, es casi seguro que la medición del caudal no sea lo suficientemente precisa.
En las Normas y Procedimientos antes mencionados, existe una disposición que exige que los niveles se estabilicen en, a lo menos, los últimos 180 minutos de la prueba a caudal constante. Si los niveles no aparecen estabilizados, la prueba es rechazada y el derecho denegado, a no ser que la prueba se repita, lo que lleva implícito el germen del dolo, por cuanto si los niveles no se estabilizaron en la primera prueba, tampoco se estabilizarán en las siguientes pruebas si se hacen en las mismas condiciones que en la primera.
Si en una de las pruebas los niveles no se estabilizaron y en otra si, una de las pruebas es fraudulenta, es decir, los datos han sido inventados para cumplir con la legalidad vigente.
2. Movimiento del agua hacia el pozo
En la figura Nº 1 se muestra un pozo y dos círculos concéntricos a el de radios R1 y R2 que comprometen todo el espesor del acuífero (R1 = 2 R2); siendo el caudal que pasa a través de cada cilindro idéntico e igual al que se extrae del pozo es fácil demostrar que la velocidad del agua que pasa a través del cilindro de radio R1 es igual a ¼ de la velocidad del agua que pasa a través del cilindro de radio R2 porque el área del cilindro grande es 4 veces el área del cilindro chico.
Por tanto el avance del cono de depresión que se forma en torno a un pozo sometido a bombeo es cada vez más lento pues se necesita comprometer menor volumen de acuífero, para mantener la solución de continuidad del caudal y esto es reflejado en el gráfico depresión-tiempo hecho en papel semi-logarítmico en que la relación entre ambas variables es una recta de pendiente igual a delta “s”.
3. Definición de fronteras
El agua subterránea que se extrae mediante captaciones está contenida en los huecos que quedan entre las partículas sedimentarias o en las fracturas abiertas y conectadas de rocas. Se le puede denominar porosidad efectiva o coeficiente de almacenamiento y su cálculo es relativamente sencillo. Por lo tanto al someter a bombeo un pozo los niveles de agua en él y alrededor del pozo descienden en la medida que transcurre el tiempo. Es decir, la depresión del nivel de agua en el acuífero es función del tiempo. Si un pozo es bombeado ininterrum-pidamente el nivel de agua descenderá siempre.
En rigor la depresión del nivel de agua es función del logaritmo del tiempo lo cual puede ser apreciado en la Figura Nº 2. En el eje vertical se grafican los niveles deprimidos (o la depresión) y en el eje horizontal el logaritmo del tiempo. En sencillo esta dependencia de la depresión con el tiempo significa que si en un ciclo logarítmico, por ejemplo, entre el minuto 1 y el 10, la depresión es de 1 metro, de no existir fronteras el descenso de 1 metro adi-cional se producirá entre el minuto 10 y el 100 y, de la misma forma, otro metro de descenso se producirá entre el minuto 100 y el 1.000, otro entre el minuto 1.000 y el 10.0000 y, así, sucesivamente.
Esta relación entre la depresión del nivel de agua y el tiempo, permite pronosticar la evolución futura de los niveles de agua para períodos mayores que la duración de la prueba. Esto es importante pues un pozo puede estar sometido a bombeo ininterrumpido por períodos de semanas y meses, sin parar. Las pruebas de bombeo a caudal constante que se hacen al término de la construcción de un pozo suelen durar 1 día, en la casi totalidad de los casos.
Un alcance relevante. Si como mencioné en el ejemplo, el descenso del nivel de agua entre el minuto 1 y el 10 fue de 1 metro, equivale, solo para efectos didácticos, a un descenso de 10 centímetros por cada minuto. Pero si ese descenso de 1 metro ocurre entre el minuto 10 y el 100, equivale a un descenso de 1 milímetro por minuto, aproximadamente. Es decir, en la misma medida que transcurre el tiempo el descenso del nivel de agua va siendo cada vez más lento, debido a que el volumen de acuífero comprometido va aumentando en la medida que se expande el cono de depresión que se forma alrededor del pozo cuando es bombeado. Esto puede apreciarse en la Figura Nº 3.
Esto obliga a ser precisos al medir los niveles deprimidos y en rigor debieran hacer con precisión al milímetro. Si los niveles son medidos con precisión al centímetro solamente, se puede incurrir en el error de creer que la depresión del nivel de agua se ha estabilizado y no es así, se trata de una medición imprecisa. Las fronteras o condiciones de borde, como también suelen llamarse, son singularidades que modifican la evolución de los niveles dinámicos de los pozos sometidos a bombeo. Deliberadamente no empleo el término evolución normal, porque la existencia de fronteras es en sí un hecho normal en Hidrogeología, además de importante.
Existen dos tipos de fronteras en aguas subterráneas: permeables e impermeables. Las fronteras permeables se presentan con mayor frecuencia cuando los pozos están ubicados en valles en los cuales existen cursos de agua. Un ejemplo de frontera permeable puede apreciares en la Figura Nº 4. Si después de un tiempo de bombeo el cono de depresión ha alcanzado el río que se muestra en la figura y se establece la conexión río-acuífero (lecho permeable conectado con el acuífero), la evolución de los niveles que se registraba antés de establecerse dicha conexión puede cambiar significativamente al extremo de que los niveles dejen de descender llegando a estabilizarse. Es decir, a pesar de que el pozo sigue bombeándose, los niveles se mantienen constantes o estables. Esto se explica porque el agua ya nos es suministrada por el almacenamiento contenido en el acuífero, sino que es provista por la frontera.
El efecto de la frontera permeable puede apreciarse en la figura Nº 5. En el primer tramo con pendiente delta “s” el agua provenía exclusivamente del almacenamiento
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