Modelo numérico hidrogeológico del Valle de Virú - Perú

Abstract

[ES] Este trabajo de investigación se basa en crear un modelo matemático de las aguas subterráneas del valle Virú, Perú, bajo un modelamiento en diferencias finitas con el código MODFLOW, utilizando la interfaz gráfica PMWIN. El objetivo principal de este modelamiento, es cuantificar la cantidad de agua almacenada en el acuífero y analizar los flujos en el sistema, para con ello, tener una compresión más clara de los procesos que ocurren en las aguas subterráneas del valle Virú. Otro de los objetivos es compilar los estudios pasados en un documento sucinto pero detallado que proporcione la data completa para posibles mejoras a esta investigación que se apertura. En tal sentido, la recopilación de la información hidrogeológica es una de las principales actividades del estudio (hidrología, volúmenes de explotación, geología, hidrogeología, características y ubicación de los pozos, parámetros hidrodinámicos del acuífero, etc.). Esto servirá para plantear las hipótesis del modelo conceptual y la posterior construcción del modelo numérico que busque representar de la manera acertada al acuífero. El valle de Virú es utilizado principalmente para la producción agrícola tradicional, de cultivos hortícolas y que se extiende por casi 13 000 Ha, teniendo como fuente de abastecimiento de agua al río Virú, a las aguas del trasvase del río Santa y la explotación de las aguas subterráneas del acuífero Virú. Estas últimas han sufrido un descenso en su explotación, debido a que con las aguas del trasvase del río Santa se cubre en su mayoría con el requerimiento hídrico del valle. El último inventario de pozos (2011) indica que contamos con 1800 pozos entre tubulares, a tajo abierto y mixtos; se cuenta además con casi 87 km de drenes que evacuan los excedentes. También se menciona el elevado nivel de la capa freática en diferentes zonas del valle que pueden presentar un proceso de evapotranspiración directo del acuífero a la atmósfera. Se cuenta con una red de piezómetros que sirven para la medición de los niveles freáticos en los meses de febrero y octubre. Los estudios previos indican que el acuífero Virú está compuesto principalmente por un depósito aluvial del cuaternario reciente, formado por dos horizontes muy marcados respecto a su constitución litológica. Según su comportamiento se define como un acuífero libre y ha venido siendo explotado desde la década de 1950. Tanto para la geología y la geomorfología se recurre a las cartas nacionales y los archivos existentes en el instituto geológico, minero y metalúrgico del Perú (INGEMMET). La topografía del basamento rocoso y la distribución de los estratos permeables han sido obtenidas por métodos indirectos (sondeos eléctricos verticales) que definen correctamente el muro y techo del acuífero, parte fundamental para establecer la geometría del acuífero Virú. Los parámetros hidrodinámicos se obtendrán de la síntesis de pruebas de bombeo realizadas en el periodo de 2010-2012 por la institución que supervisa el valle (Chavimochic) y fechas anteriores. Los valores de conductividad hidráulica, rendimiento específico, coeficiente de almacenamiento, transmisividad y porosidad eficaz serán interpretados para establecer los valores iniciales del modelo, teniendo principal interés en las dos primeras por tratarse de un acuífero libre. La integración de toda esta información, bajo los razonamientos más apropiados, permitirán tener un panorama más claro sobre el funcionamiento de las aguas subterráneas del valle, y con esto establecer recomendaciones para su explotación. Se generarán diferentes escenarios hipotéticos para analizar el comportamiento de los niveles freáticos y se generará una calibración con datos de pozos de observación para el periodo 2008-2018 y su correspondiente análisis de sensibilidad.

[EN] The purpose of this research is to create a hydrogeological numerical model for the Viruvalley -Peru, by using the numerical method of finite differences using the MODFLOW modeling code and the Processing Modflow (PMWIN) graphical interface. The main objective of this model is to represent the reality of the piezometric levels in the Viruvalley and to establish scopes on its most outstanding hydraulic properties.First, the characteristics of the study area such as hydrology, hydrogeology, geology, etc., which served as the basis for the creation of the conceptual model, are described. The conceptual model is divided into 3 well differentiated scenarios, the first represents a stationary model for the year 1967, where it was sought to reproduce what was happening in the aquifer in those years. This model served to evaluate the interactions of the river, the GHB-type boundary conditions and the extraction by wells. The results obtained in this model were compared with the theoretical estimates of the consulted bibliography and served as a reference for the second model. The second numerical model is developed in a transitory state for the period from 1967 to 2001, where the aquifer exploitation peaks (1981) and the construction of a drainage system (1995) were introduced. In this model, a manual calibration of the GHB parameters is carried out, which in sector 6 go from 70 m.c.a to 81 m.c.a considerably changing the operation of the aquifer. In addition, the hydraulic conductivities are estimated for layer 1 and layer 2 that vary from 4.1 m / d to 80.5 m / d in both layers. Finally, a comparison is made between observed and calculated values for the only year with data (2001), yielding an SES of 0.98 and a correlation coefficient of 0.99.Finally, the third model is created in a transitory state for the period 2001 -2019, temporarily discretized on a monthly basis; where the last calibration of hydraulic parameters is carried out, with hydraulic conductivities between 3.8 m / d and 78.6 m / d for both layers. The piezometric levels in the vicinity of the coast are between 0 -5 meters and at the head of the valley between 75 -80 meters. The isodepth near the coast is 1 meter, in the middle part of the Valley 3 meters and in the upper part 6 meters. The model has been calibrated for an interval of 216 stress period, resulting in an NSE of 0.97 and a correlation coefficient of 0.98.The calculated values of underground flow from the upper part of the valley are 5.2 Hm3/year, there is an inflow from sectors 4 and 5 adjacent to the new agricultural areas adding 34.2 Hm3/year, the flow from the aquifer to the ocean is 46.27 Hm3/year and the drainage system evacuation is 69.67 Hm3/year. Irrigation recharge is estimated at 47.31 Hm3/year and the interaction of the river with the aquifer evacuates about 10.28 Hm3/year.It is concluded that the transitory model 2001-2019 correctly reproduces the hydraulic operation of the aquifer, leaving as uncertainty the actual storage of the aquifer, the river-aquifer interaction and the possible saline intrusion by sector 1.It is recommended to continue studying the area with pumping tests and vertical electrical soundings and to develop a hydrogeological model for the entire hydrogeological unit present in the province of Viru.

[CAT] Aquesta investigació té per finalitat crear un model numèric hidrogeològic per a la vall de Virú –el Perú, mitjançant l'ús del mètode numèric de diferències finites utilitzant el codide modelamiento MODFLOW i la interfície gràfica Processing Modflow (PMWIN). L'objectiu principal d'aquest model és representar la realitat dels nivells piezomètrics a la vall de Virú i establir abastos sobre les seues propietats hidràuliques més resaltantes.En primer lloc, es descriu les característiques pròpies de l'àrea d'estudi com a hidrologia, hidrogeologia, geologia, etc., que van servir de base per a la creació del model conceptual. El model conceptual es divideix en 3 escenaris ben diferenciats, el primer representa un model estacionari per a l'any 1967, on es buscava reproduir que passava en l'aqüífer en aqueixos anys.Aquest model va servir per a anar avaluant les interaccions del riu, les condicions de contorn tipus GHB i l'extracció per pous. Els resultats obtinguts en aquest model van ser comparats amb les estimacions teòriques de la bibliografia consultada i van servir de referència per al segon model.El segon model numèric es desenvolupa en estat transitori per al períodede 1967 al 2001, on van ser introduïts els pics d'explotació de l'aqüífer (1981) i la construcció d'un sistema de drenatge (1995). En aquest model es realitza un calibratge manual dels paràmetres GHB, que passen en el sector 6 de 70 m.c.a a 81 m.c.a canviant considerablement el funcionament de l'aqüífer. A més, s'estimen les conductivitats hidràuliques per a capa 1 i capa 2 que varien des dels 4.1m/d fins als 80.5 m/d en totes dues capes. Finalment es fa un comparatiu entre valors observats i calculats per a l'únic any amb dades (2001), llançant un NSE de 0.98 i un coeficient de correlació de 0.99. Finalment, es crea el tercer model en estat transitori per al període 2001 –2019, discretizado temporalment de manera mensual; on es realitza l'últim calibratge de paràmetres hidràulics, amb conductivitats hidràuliques entre 3.8 m/d i 78.6 m/d per a totes dues capes. Els nivells piezomètrics en la rodalia del litoral estan entre 0 -5 metres i en la capçalera de la vall entre els 75 –80 metres. La isoprofundidad en la rodalia del litoral és d'1 metre, en la part mitjana de vall 3 metres i en la part alta 6 metres. El model ha sigut calibrat per a un interval de 216 stress period , donant com a resultat un NSE de 0.97 i un coeficient de correlació de 0.98.Els valors calculats de flux subterrani des de la part alta de la vall són de 5. 2 Hm³/any, existeix flux d'entrada des dels sectors 4 i 5 confrontants amb les noves àrees agrícoles sumant 34.2 Hm³/any, el flux de l'aqüífer a l'oceà és de 46.27 Hm³/any i l'evacuació del sistema de drenatge és de 69.67 Hm³/any. La recàrrega de reg s'estima en 47.31 Hm³/any i la interacció del riu amb l'aqüífer evacua prop de 10.28 Hm³/any. Es conclou que el model transitori 2001–2019 reprodueix correctament el funcionament hidràulic de l'aqüífer, quedant com a incertesa els emmagatzematges reals de l'aqüífer, la interacció ric –aqüífer i la possible intrusió salina pelsector 1. Es recomana continuar estudiant amb proves de bombament i sondejos elèctrics verticals la zona i elaborar un model hidrogeològic per a tota la unitat hidrogeològica present a la província de Virú.