Sample records for DESCENSO DEL NIVEL DEL AGUA (drawdown)
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Presencia, distribución, hidrogeoquímica y origen de arsénico, fluoruro y otros elementos traza disueltos en agua subterránea, a escala de cuenca hidrológica tributaria de Lerma-Chapala, México/ Occurrence, distribution, hydrochemistry and origin of arsenic, fluoride and other trace elements dissolved in groundwater at basin scale in central Mexico

Ortega-Guerrero, M. Adrián
2009-04-01

Resumen en español La presencia, distribución y origen de arsénico inorgánico total (iAs), fluoruro (F-) y otros elementos traza disueltos en agua subterránea (Se, Sb, V, Cr, Mo, Re, Pb, Cu, Cd, Co y Zn), en los 7000 km² que cubren la cuenca de la Independencia (CI), tributaria de la cuenca Lerma-Chapala, se estudian a través de técnicas hidrogeológicas, hidrogeoquímicas e isotópicas. Análisis de muestras provenientes de 246 pozos, de un acuífero granular y otro fracturado subya (mas) cente, indican la presencia de altas concentraciones de iAs (0.025-0.12 mg/L) y F- (1.5-16 mg/L) en la porción noreste de la cuenca, en un área aproximada de 500 km². Treinta y tres muestras de esta región, donde se ubica un importante cono de abatimiento piezométrico regional, indican que el origen e hidrogeoquímica del iAs y del F- se encuentran asociados a altas concentraciones de HCO3- y Na+ producto de la disolución de feldespato sódico, principalmente, y de otros minerales constituyentes de las riolitas e ignimbritas que forman el acuífero fracturado, con largos periodos de residencia del agua subterránea hasta de 35,000 años. La disolución de minerales de arsénico es un proceso secundario de concentración de iAs, mientras que el enriquecimiento en F- se encuentra asociado a la disolución de fluorita, a altas concentración de Li+ , Cl -, Cs, Br- y a agua termal. No se encontraron correlaciones de iAs y F- con otros metaloides pesados o con elementos formadores de óxidos, ni con otros elementos traza en solución. Los isótopos estables, en 125 muestras, indican un origen meteórico local del agua subterránea, alturas variables de recarga y que durante ésta no ocurrieron procesos de evaporación, incluyendo aquélla cuya edad representa miles de años de residencia. Tampoco existen evidencias de que la cuenca haya sido cerrada. De no establecerse criterios y políticas adecuadas de manejo del acuífero en la CI, es de esperarse que las áreas impactadas por la presencia de altas concentraciones de iAs y F- y otros elementos se incrementen con el tiempo, con efectos progresivamente mayores tanto a la salud de la población como al ambiente. Resumen en inglés The occurrence, distribution and origin of total inorganic arsenic (iAs), fluoride (F-) and other trace elements (Se, Sb, V, Cr, Mo, Re, Pb, Cu, Cd, Co y Zn) in the Independencia basin (IB) are investigated through hydrogeologic, hydrochemical and isotopic techniques. This basin, with an area of 7000 km² , is tributary to the continental Lerma-Chapala basin of central Mexico. Analyses of groundwater samples from 246 wells, in both granular and fractured aquifers, indicat (mas) e high iAs (0.025-0.120 mg/L) and F- (1.5-16 mg/L) concentrations in the northeastern part of the basin, in an area of about 500 km² . Thirty three water samples from this area, where a regional drawdown cone has developed, indicate that the origin and hydrochemistry of iAs and F- are associated to high concentrations of HCO3- and Na+ , mainly derived from the dissolution of sodium feldspar and other minerals present in the rhyolite-ignimbrite rocks that form the fractured aquifer, with long groundwater residence times up to 35,000 years. Dissolution of arsenic minerals is a secondary processes for iAs enrichment in groundwater, whereas F- enrichment is related to dissolution of fluorite, high concentrations of Li+ , Cl-, Cs, Br -, and thermal water. The abundance of iAs and F- does not correlate with that of heavy metalloids or oxide-forming elements, neither with other trace elements in solution. Stable isotopes, in 125 samples, indicated a meteoric origin of the groundwater, variable altitude of the recharge, and that water was unaffected by evaporation during recharge, including those with ages in the range of thousands of years of residence time in the aquifer. Besides, there are no evidence that the basin was closed throughout its geologic evolution. If criteria and policies for groundwater management are not established for the IB, the size of the areas impacted by high concentrations of iAs and F- may increase with time, which would affect the health of the inhabitants and the environmental and economic sustainability of the basin.

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Análisis numérico acoplado de los desplazamientos verticales y generación de fracturas por extracción de agua subterránea en las proximidades de la Ciudad de México

Aguilar-Pérez, L. Antonio; Ortega-Guerrero, M. Adrián; Lugo-Hubp, José; Ortiz-Zamora, Dalia del C
2006-01-01

Resumen en español Se presenta un análisis numérico acoplado de las ecuaciones de flujo de agua subterránea y geomecánica, para evaluar la deformación vertical del terreno asociada a la extracción de agua subterránea en escenarios de acuífero libre y acuífero confinado; en este último se analizan adicionalmentelas condiciones deformación de fracturas hidrodinámicas. En la parte numérica, se obtuvo la solución analítica de una integral que permite obtener los esfuerzos y despl (mas) azamientos que se generarían por la extracción de agua subterránea. La zona de estudio se ubica al NE de la Ciudad de México, en la región comprendida por el cono volcánico del Pleistoceno, conocido como el Peñón del Marqués, y sus alrededores, donde se encuentra el acuitardo lacustre sobre el cual se ubica la Ciudad de México. Tanto en el acuífero volcánico como en el acuitardo, se identificaron la distribución y características de diferentes fracturas que empezaron a formarse aproximadamente 1.5 a 2 décadas después de iniciarse la operación de un sistema de nueve pozos (Sistema Peñón). Los datos históricos de elevación del terreno, volúmenes de extracción y propiedades hidráulicas y geomecánicas se incorporaron al modelo numérico para realizar un análisis de sensibilidad y obtener la distribución de los parámetros que mejor reproducen la deformación vertical del terreno. Los resultados muestran que la extracción del Sistema Peñón, con un promedio de 527 L/s, ha causado una disminución de la carga hidráulica hasta de 35 metros en casi 40 años, dando lugar a una variación en la elevación del terreno superior a los seis metros para el acuífero confinado y de ocho metros para el no confinado. Los parámetros más sensibles a la deformación vertical fueron, en orden de importancia, el coeficiente de consolidación (Cv), la transmisividad (T) y el módulo de rigidez al corte (G), mientras que la conductividad hidráulica del acuífero confinado (K) es el más sensible a los tiempos críticos de fracturamiento. Los caudales críticos de extracción en el acuífero, de 420 L/s a 470 L/s, se sobrepasaron desde el inicio de la operación del Sistema Peñón, causando la falla mecánica de los materiales del subsuelo para condiciones de confinamiento. Se determinó también que es imposible ajustar la deformación con un solo conjunto de valores hidráulicos y geomecánicos; necesariamente se tienen que considerar dos conjuntos de valores, uno para el periodo 1960-1984 y otro para 1985-1998. Las simulaciones sugieren que, de continuarse con los actuales caudales de bombeo, la deformación total vertical del terreno será cercana a los diez metros para el año 2025. Resumen en inglés An integrated numerical analysis of the groundwater flow and geomechanical equations for land subsidence due to groundwater extraction is presented for unconfined and confined pyroclastic aquifer scenarios; in the last case, a hydrodynamic fracturing analysis is additionally conducted. An analytical solution for one of the integrals was developed and incorporated into the numerical model to analyze the stress distribution and displacements due to groundwater extraction. A (mas) study area with problems of land subsidence and fracturing was selected for the analysis; this area is located in the northeastern part of Mexico City, and comprises a Pleistocene volcanic cone, known as the Peñón El Marqués, and surrounding former lacustrine plains, where Mexico City is built. In this area, the distribution and physical characteristics of fractures were identified in both, the unconfined and confined aquifer. Most of these fractures formed about 1.5 to 2 decades after a well field of nine wells started operation (Peñón well field). Historical evolution of land elevation, volumes of groundwater extraction, and hydraulic and geomechanical parameters were incorporated into the numerical model for a sensitivity analysis to get the best fit between observed and modeled results. Results show that an average of 527 L/s groundwater extraction in the well system, for about 40 years, have lead to a drawdown of 35 m in the hydraulic head of the pyroclastic aquifer, causing a land subsidence of six meters in the confined aquifer area and of eight meters in the unconfined aquifer area. The more sensitive parameters to land subsidence, in order of importance, were the consolidation coefficient (Cv), the transmisivity (T) and the shear modulus (G), whereas the hydraulic conductivity (K) of the confined aquifer was the more sensitive parameter for the critical time estimation for fracturing. Obtained results indicate that the critical pumping rate in the volcanic aquifer, between 420 L/s and 470 L/s, was exceeded since the begining of the well field operation, which caused the mechanical failure of the underground materials for confining conditions. We also found that the vertical ground deformation with time cannot be reproduced in the numerical simulations with one set of parameters; two sets of parameters were needed to obtain a best fit, one for the 1960-1984 period, and another one for the 1985-1998. Numerical simulations predict a total land subsidence of ten meters by the year 2025, two additional meters for the confined aquifer and four additional meters for the unconfined aquifer.

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Análisis multicapa de la subsidencia en el valle de Querétaro, México/ Multilayered analysis of subsidence in the valley of Queretaro, Mexico

Pacheco-Martínez, Jesús; Arzate-Flores, Jorge
2007-12-01

Resumen en español En este trabajo se presenta una metodología nueva para determinar las deformaciones y esfuerzos que se producen durante el proceso de subsidencia en un acuífero que está constituido por varias capas de diferentes materiales granulares no consolidados, cuyas propiedades hidráulicas son tales que el incremento de esfuerzos efectivos no depende del tiempo y se produce simultáneamente con el abatimiento del nivel del agua en el subsuelo. Para este propósito se derivan e (mas) xpresiones para determinar el incremento de esfuerzos efectivos a partir de relaciones volumétricas y gravimétricas de la masa de suelo, lo cual permite determinar la distribución de los esfuerzos y deformaciones, tanto en la zona drenada como en la zona por debajo del nivel del agua. La metodología es útil para la simulación del fenómeno mediante el análisis de un sistema equivalente, en el cual se considera el efecto de un incremento aparente en el peso volumétrico sobre las partículas sólidas del suelo asociado al aumento de esfuerzos efectivo. El modelo se aplica a una sección geológica del acuífero del Valle de Querétaro obtenida a partir de mediciones gravimétricas y calibradas con registros litológicos de pozos. A partir de este proceso se deducen los espesores de los diferentes estratos, incluyendo del cuerpo acuífero, así como los tipos de materiales que constituyen la secuencia aluvial y lacustre del relleno en la zona de estudio. Se hace un análisis de esfuerzos y deformaciones de esta sección utilizando elementos finitos, considerando el efecto generado por la extracción de agua del acuífero libre del valle. Una de las condiciones de frontera impuesta al modelo es el de un abatimiento total de la misma magnitud del que se observa actualmente en el sistema acuífero del valle (~150 m). Los resultados se comparan con observaciones de campo de los hundimientos registrados y de las zonas donde se han generado agrietamientos. Resumen en inglés In this work we present a new methodology to evaluate the stress and strain produced during the process of subsidence within a multi-layered aquifer system with different granular materials. The hydraulic properties of the materials are such that the increase of the effective stress is assumed to be time independent and to occur simultaneously to the groundwater drop. For this purpose, we derive expressions to estimate the increase of effective stress from the volumetric (mas) and gravimetric relation for the soil mass, which allows us to estimate the strain distribution and deformations within the drained soil mass as well as below the water level. The methodology is useful to simulate the phenomenon of subsidence by means of the analysis of an equivalent system, which consist of the evaluation of the effect of an apparent increase of the volumetric weight associated with the increase of the effective stress. The model is applied to a geological section of the free aquifer of the Queretaro valley deduced from gravity measurements and calibrated with lithology logs from available wells. This led us to define the aquifer thickness and the distribution of the different material types within it. Then, by using finite elements, we made a stress and strain analysis on the section of the effect of water withdrawal of the aquifer. A boundary condition imposed to the system is the actual average level of drawdown, which is about 150 m. The results are compared with observed subsidence and soil failure along the modeled section.

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