Inf. Etapa Iii 180507

División Ingeniería Hidráulica y Ambiental Area Aguas Subterráneas

Dirección de Obras Hidráulicas V Región Ministerio de Obras Públicas - Gobierno de Chile

MODIFICACION MODELOS DGA VISUAL MODFLOW – MOS Y MOS – PS PARA DETERMINACION DISPONIBILIDAD REAL DE AGUAS SUBTERRANEAS EN VALLE DEL ACONCAGUA INFORME ETAPA III

IDENTIFICACION DE CAMBIOS Y MEJORAS MODELOS MOS Y VISUAL MODFLOW

1.800

0

1.600

50

1.400

100 150

1.200

200

1.000

250

800

300

600

350

400

400

200

450

0

1978

Pp Mensual (mm)

Caudal Medio Mensual (l/s)

Santiago, Mayo de 2007

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1988

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Precipitación

1992

1994

Caudal Simulado

1996

1998

2000

2002

2004

2006

Caudal Observado

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Equipo Profesional Profesional

Títulos y Grados

Cargo en el Estudio

José Francisco Muñoz

Ing. Civil, Ph.D.

Director de Proyecto

Pablo Rengifo

Ing. Civil, M.Sc.

Jefe de Proyecto

Julio Moraga

Ing. Civil

Ingeniero a Cargo

José Francisco Muñoz

Ing. Civil, Ph.D.

Especialista en Hidrogeología

Bonifacio Fernández

Ing. Civil. Ph.D.

Especialista en Hidrología

Eduardo Abujatum

Ing. Civil

Especialista en Modelación

Fernando Valenzuela

Ing. Civil

Ingeniero Hidrogeología

José Yañez

Ing. Civil

Ingeniero Hidrogeología

Alexander Thumann

Ing. Civil

Ingeniero Hidrología

Joaquín Cáceres

Geólogo

Geólogo

Soledad Garcés

Geólogo

Geólogo

Andrés Velasco

Ingeniero

Ayudante Técnico

Maximiliano Vergara

Ing. Civil (Tesista)

Ayudante Técnico

Contenidos 1

INTRODUCCION................................................................................................................................ 1-1

2

PROPUESTA ACTUALIZACION MODELO SUPERFICIAL MOS ........................................... 2-1 2.1 MEJORAS Y CAMBIOS AL MODELO .............................................................................................. 2-1 2.2 ACTUALIZACIÓN DE DATOS ......................................................................................................... 2-4 2.3 REVISIÓN Y MODIFICACIÓN DE PARÁMETROS ............................................................................. 2-6 PROPUESTA ACTUALIZACION MODELO MODFLOW .......................................................... 3-1 3.1 CONSIDERACIONES GENERALES ................................................................................................. 3-1 3.2 CONSIDERACIONES PARTICULARES Y PRECISIONES .................................................................... 3-3 3.3 CONSIDERACIONES SOBRE LA GEOMETRÍA ACUÍFERA ................................................................. 3-7

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INTRODUCCION

La Dirección de Obras Hidráulicas, V Región (DOH), dependiente del Ministerio de Obras Públicas, llamó a licitación pública para la ejecución del estudio “MODIFICACION MODELOS DGA VISUAL MODFLOW – MOS Y MOS-PS PARA DETERMINACIÓN DISPONIBILIDAD REAL DE AGUAS SUBTERRANEAS EN VALLE DEL ACONCAGUA”.

El trabajo se enmarca dentro de la necesidad de la DOH de contar con una herramienta de apoyo corregida y actualizada en función de nuevos antecedentes y el desarrollo tecnológico, para la toma de decisiones y gestión de los recursos hídricos de la cuenca del Aconcagua. De acuerdo a lo anterior, el estudio contempla modificar los actuales modelos MOS y VISUAL MODFLOW del Valle del Aconcagua que utiliza la Dirección General de Aguas, ajustándolos a los nuevos antecedentes que ha logrado desarrollar la Dirección de Obras Hidráulicas, revisando, corrigiendo y actualizando su actual configuración y analizando tanto el estado de situación actual como futuro de los recursos hídricos de la cuenca. El presente documento corresponde al “Informe de la Etapa III”, el cual contempla la identificación de los cambios y mejoras a los Modelos a partir de los resultados obtenidos en la Etapa II y del actual grado de avance del estudio.

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PROPUESTA ACTUALIZACION MODELO SUPERFICIAL MOS

El objetivo del estudio hidrológico es mejorar la caracterización del comportamiento y operación de los recursos hídricos superficiales en la cuenca del río Aconcagua en base a los nuevos antecedentes disponibles. Para ello es necesario actualizar los modelos hidrológicos superficiales existentes, incluyendo modificaciones que permitan una mejora en la capacidad de simular y aproximarse al estado de situación real de los recursos hídricos tanto superficiales como de recarga al acuífero de la cuenca, verificar los parámetros y poner al día información hidrológica. Las mejoras que se propone realizar se pueden dividir en modificaciones al modelo y la actualización de datos y parámetros del mismo. Las modificaciones al modelo incluyen cambios a la topología, algunos procesos y la vinculación entre algunos elementos del sistema. Estas modificaciones se deben realizar en el código fuente del modelo superficial, generando un nuevo modelo unificado. En cuanto a los datos y parámetros hidrológicos es necesario poner al día la información pluviométrica y fluviométrica, información sobre acuíferos, sectores de riego y capacidad de canales, entre otros aspectos. 2.1

Mejoras y Cambios al Modelo

Un aspecto medular de las modificaciones propuestas corresponden a la consolidación de los modelos MOS y MOS-PS en un solo modelo, adoptando e incorporando gran parte de la discretización del modelo MOS-PS para los sectores de San Felipe-Los Andes, mejoras en el destino de los excedentes de riego de la primera sección y la actualización e incorporación de procesos de eficiencia variable de conducción en canales. a) Consolidación de los modelos MOS y MOS-PS: El nuevo modelo se construirá con la estructura general del modelo MOS, modificando su código fuente y agregando algunos elementos presentes en el MOS-PS. El nuevo modelo tendrá subdividida la primera sección en 15 subsectores, en vez de los dos que considera el MOS originalmente. Lo anterior implica agregar cuatro nuevos nodos y cambiar la operación de otros cuatro nodos, para el nuevo modelo MOS. Debido a la subdivisión en subsectores, también será necesario contar con el aporte superficial de nuevas cuencas como datos de entrada para el nuevo modelo. Por ejemplo el aporte de la cuenca CE02 de MOS será subdividida en 3 aportes independientes. Por lo tanto, habrá que generar más datos de entrada y rutinas que lean esos datos. La interacción y vinculación de los subsectores y de los nodos se modelará tal como se ha modelado en MOS-PS, salvo por el caudal que sale del estero Quilpue que se modelará como en MOS, es decir, será afluente al último nodo del río Putaendo, y no como en MOS-PS donde esta vinculado al río Aconcagua.

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En la Figura 2.1 se muestra la nueva topología para el modelo de operación del sistema de la cuenca del río Aconcagua que se pretende implementar, la que incluye las actualizaciones realizadas por otros estudios en el código fuente que no se reflejaron en el trazado del esquema, como por ejemplo nuevos canales de trasvase y cambios en la zona alta de Putaendo. Los cambios propuestos implican realizar una nueva identificación (numeración) de los elementos, debido a que existe duplicidad de algunos nombres en los modelos MOS y MOS-PS. El nuevo código utilizará la vinculación de elementos y el orden de cálculo de los sectores de riego, según lo modelado en MOS-PS, para la primera sección de la cuenca. Debe consignarse que MOS-PS incorpora en la parte alta de la cuenca una representación del sistema antes del nodo N01 que corresponde a la operación de los recursos vinculados a Minera Andina, que no tiene interés en este estudio, y por lo tanto no se incorporará en el modelo unificado, el cual comenzará, al igual que el modelo MOS, en el nodo N01. b) Destino de los excedentes de riego de la Primera Sección: Los excedentes están formados por los derrames de riego no utilizados, el agua que escurre de la lluvia y el exceso de agua bombeada. En MOS, los excedentes de los sectores de riego de la primera sección se dirigen a nodos, luego de considerar el reuso interno de los derrames. En MOS-PS, debido a la subdivisión en subsectores, existen casos en que los excedentes de algunos sectores son usados por otro subsector, casos en que parte de los excedentes pueden ir a nodos y parte a un subsector, y casos en que retornan solamente a nodos. El destino de los excedentes de cada subsector se puede ver en la topología del nuevo modelo. Se corregirán las líneas de código de MOS que redirigen los excedentes de cada subsector de la primera sección, teniendo en cuenta además que estos excedentes son captados por los canales pertenecientes al subsector correspondiente, ocupando parte de su capacidad, por lo que debiesen captar una menor cantidad de agua del río, cambiando la ecuación de balance en los nodos.

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Figura 2.1. Topología del nuevo modelo MOS.

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c) Incorporar procesos de MOS-PS: El nuevo modelo MOS actualizará el proceso de infiltración en los canales de riego según lo modelado por MOS-PS, incorporando una eficiencia variable de conducción, que se considera necesaria para representar adecuadamente el comportamiento de la red de canales. En MOS la pérdida por conducción en canales se establece a través de la multiplicación del caudal con un único parámetro constante e igual para todos los periodos, que corresponde a la eficiencia de conducción. MOS-PS, considera una eficiencia de conducción variable que depende del caudal que conducen los canales. La eficiencia de conducción se modela a través de una función de tipo E(q)=a*q-b, donde a y b son parámetros, y q es el caudal que escurre por el canal. Con la eficiencia definida para cada mes, multiplicada por el caudal, se obtiene la pérdida por infiltración en el período. De esta manera, MOS-PS supone que cuando los canales van con mucha agua, las pérdidas porcentuales son menores que en los casos en que el flujo en los canales es bajo, debido a la diferencia en el comportamiento hidráulico. En MOS-PS se considera además una eficiencia de captación en bocatoma y una eficiencia por conducción en el río. La eficiencia de captación en bocatomas permite internalizar el efecto de las pérdidas asociadas a estas y otras obras de infraestructura que poseen los sistemas de riego. Finalmente, además de la programación de la función que calcula la eficiencia de conducción de los canales para cada periodo de tiempo, se deberán agregar los nuevos parámetros dentro de los archivos de entrada y modificar la función que lee los parámetros desde los archivos de entrada. De esta manera, se podrá contar con una modelación más detallada de la primera sección de la cuenca y de manera integrada con el resto de la cuenca en un solo modelo. Por su parte, en la modelación de la primera sección se incorporaran algunas opciones de simulación contempladas en MOS que no incluye MOS-PS, como por ejemplo, bombear según lo que se necesite o independiente del déficit, simular la infiltración dependiendo del estado del acuífero, considerar el efecto del riego en la humedad del suelo. 2.2

Actualización de Datos

Para lograr una mejor aproximación entre los resultados que se obtengan y la situación real es necesario actualizar los datos del modelo. Los datos corresponden a información básica necesaria para cuantificar los procesos, la que en general ya ha sido recopilada y está disponible en estudios anteriores. Algunos de estos datos son información de precipitaciones y caudales registrada en estaciones de medición e información sobre sectores de riego. El aporte de la estadística hidrometeorológica en estos modelos corresponde a incorporar la aleatoriedad de los

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procesos que describen el comportamiento de los recursos hídricos, de manera que el sistema pueda incorporar un conjunto de años representativos que puedan volver a presentarse en el futuro, identificando ciclos de comportamiento hidrológico. Desde esta perspectiva un conjunto de 50 años de estadísticas es más que suficiente para esta representación, siempre que se trate de datos representativos. El agregar datos nuevos tiene por objeto mejorar esta representación en la medida en que los datos más nuevos permitan representar los procesos actuales e incluir situaciones distintas a las ya consideradas en la historia anterior. Los estudios anteriores disponen de series de datos desde 1950 hasta 1998. La nueva información necesaria para completar el registro y dejarlo actualizado incluye datos hasta 2006, con lo cual se contará con series de 57 años. a) Precipitaciones: El modelo superficial considera la aleatoriedad de las condiciones hidrometeorológicas a través de la estadística de precipitaciones de varios años a la cual se somete la operación del sistema. Para ello necesita como dato de entrada información hidrológica de precipitaciones mensuales registradas en estaciones meteorológicas dentro de la cuenca y aledañas. Dentro de las mejoras al modelo se revisará y actualizará la información pluviométrica, para ponerla al día y se ajustará de acuerdo a un análisis de ella. Las series de precipitaciones mensuales correspondientes con las estaciones San Felipe, Limache y Resguardo Los Patos, son fundamentales para la modelación del sistema y por tanto, serán y rellenadas, corregidas y actualizadas hasta el año 2006, aplicando procedimientos hidroestadísticos regulares. b) Caudales: Se contempla también, actualizar la información de caudales medios mensuales en las cuencas de cabecera con control fluviométrico, en cuencas no controladas y cuencas laterales a los sectores de riego, que corresponden con las principales fuentes de recursos hídricos superficiales aprovechables en el valle del Aconcagua. De manera análoga, se actualizarán las series de registro fluviométrico disponibles para la cuenca hasta el año 2006. El modelo MOS utiliza de manera directa, como dato de entrada, los caudales medidos en las estaciones Río Aconcagua en Chacabuquito y Estero Pocuro en el Sifón. La estadística de la estación Río Putaendo en Resguardo Los Patos se utiliza como referencia para generar caudales en algunas cuencas no controladas, utilizando métodos estadísticos. El Modelo MOS-PS, al modelar en mayor detalle la primera sección, posee una mayor cantidad de cuencas y datos de entrada, y utiliza la estación de Juncal en Juncal como referencia para generar y representar lo que ocurre en las subcuencas ubicadas en la parte alta de la cuenca. Sin embargo, las modificaciones propuestas, contemplan simular el comportamiento de la cuenca a partir del nodo N01, por lo tanto, dicha estadística no es necesaria, dado que el comportamiento de la parte de la cuenca estaría reflejado en el registro de la estación Río Aconcagua en Chacabuquito. 2-5

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Los modelos superficiales requieren además información de aportes desde otras cuencas, las cuales no tienen control fluviométrico y requieren que se sinteticen los datos pseudos históricos para que sean compatibles con todo el resto de la información hidrológica. La mayor parte de las cuencas no controladas poseen régimen pluvial, y algunas pocas régimen nival, por lo que se necesitan métodos sintéticos diferentes. Para las cuencas con régimen pluvial, se actualizarán los registros, aplicando el modelo de generación de caudales medios mensuales MPL. Para estimar los caudales de las cuencas nivales, se utilizarán las regresiones lineales presentadas en el estudio de DOH-Ingendesa de 1998. En el caso de las cuencas nivales del modelo MOS-PS, el caudal de los esteros San Francisco, El Cobre y Jahuel se manejan de forma desagregada, por lo que es necesario estimar el aporte de cada uno de ellos. Para desagregar estos caudales, se utilizarán las correlaciones presentadas en el estudio de EDIC y Geotécnica de 2001. c) Sectores de riego: Se cuenta con nuevos antecedentes sobre los sectores de riego que permiten la actualización de su información. La nueva información corresponde a las coberturas generadas en el estudio del SAG, donde se identifican superficies de uso del suelo y sectores de riego. Sumado a lo anterior, el nuevo límite del contacto roca-relleno que corresponde con la superficie del acuífero de la cuenca, permitirá redefinir los límites de los sectores de riego, de manera de identificar aquellas superficies cultivadas que se encuentran fuera del acuífero y particularmente en los bordes laterales del valle. Se contempla una revisión de la capacidad máxima de conducción de los canales, ríos y esteros en base a los nuevos antecedentes que aporta el informe de Arcadis y Conic-BF y el estudio de bocatomas de AC Ingenieros Consultores del año 2000. Dicha revisión debe permitir además, estimar los parámetros que definen las pérdidas por conducción, a partir de la identificación de los canales de cada sector, sus características geométricas y comprobar la validez de los coeficientes utilizados. 2.3

Revisión y Modificación de Parámetros

Existe un conjunto de parámetros que deben revisarse y actualizarse, a partir de los valores utilizados en estudios e informes anteriores, previa validación de los mismos. Dichos parámetros están asociados con la caracterización de ríos y esteros, sectores de riego, acuíferos y embalses. Los valores más actualizados de los parámetros necesarios para el nuevo modelo MOS se encuentran en el estudio S.I.T Nº 79 de la DGA del año 2002 y en el estudio de Arcadis y Geotécnica de 2005. a) Río y esteros: La información acerca del río y los esteros que se necesita para la modelación son los coeficientes de percolación en los nodos y los porcentajes de distribución del caudal hacia los sectores de riego en cada nodo. Los estudios revisados concuerdan en los valores de 2-6

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los coeficientes de percolación utilizados, es decir, no se ha encontrado nueva información que haga necesario una actualización de estos valores. Lo mismo ocurre con los porcentajes de distribución de los nodos de MOS, excepto para los nodos existentes en MOS-PS, donde el estudio de Arcadis y Conic-BF aporta porcentajes de distribución para los subsectores de riego que deben ser considerados en el nuevo modelo. b) Sectores de riego: Para los sectores de riego de la segunda sección hacia aguas abajo, previa comparación con los valores propuestos y rangos presentados por PROCIVIL el año 2000, los valores de eficiencia predial, coeficiente de percolación, coeficiente de derrames y factor de reuso de derrames, se obtendrán del informe de la DGA del año 2002. Para los subsectores de la primera sección se revisarán los valores considerados en el modelo MOS-PS, respecto de los valores utilizados en el estudio elaborado por PROCIVIL el año 2000. El coeficiente para obtener la lluvia media en cada sector se calculará luego de redefinir los límites y las superficies de los sectores de riego. Los valores de bombeo máximo y horas de riego al día se mantendrán, ya que no existen nuevos antecedentes ni evidencia de que han cambiado, o se considerarán de acuerdo a los planes de desarrollo de la zona. Se mantendrán también los parámetros de simulación para la generación de caudales desde los sectores de riego. Solamente se modificarán los parámetros A y B, que son coeficientes para obtener la lluvia media y la evapotranspiración en el sector. En base a los nuevos antecedentes, especialmente la cobertura de usos de suelo del SAG, se revisarán las necesidades prediales netas de los sectores de riego. c) Acuíferos: En el nuevo modelo MOS, la componente subterránea debe entenderse como un modelo caja negra que considera las propiedades físicas de los acuíferos solamente en las secciones de entrada y salida de los embalses subterráneos. Por lo tanto es una aproximación al sistema que en ningún caso permite determinar los niveles freáticos en régimen transiente. A escala global los balances que resultan de la componente subterránea de MOS deben ser coincidentes con los resultados en la simulación detallada del nuevo modelo hidrogeologico Modflow de aguas subterráneas. La actualización de los parámetros de los acuíferos dependerá de lo que se establezca en el estudio hidrogeológico, donde se redefinirán los límites y las propiedades físicas y geométricas, como gradientes, permeabilidades, transmisividades, coeficientes de almacenamiento, áreas y volúmenes. Como información necesaria para modelar el comportamiento de los acuíferos en MOS es necesario contar también con información de los bombeos para riego y para otros usos. Se cuenta como antecedente de la información de bombeos los archivos digitales de los caudales bombeados para riego y para otros usos del estudio elaborado por la DGA en 2002, que comprenden el período histórico desde 1950 a 1998. Estos datos serán actualizados con la información, de manera que sean compatibles con la modelación en Modflow.

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d) Embalses: Acerca de la información de los embalses construidos y proyectados tampoco se cuenta con nueva información, por lo que no se contempla una actualización a esta información, considerando la que se estime oportuna para representar los escenarios de planificación. e) Calibración: El nuevo modelo, con los cambios en el código y con la actualización de los datos deberá ser calibrado para algunos parámetros, realizando un ajuste de los caudales superficiales con algunas estaciones fluviométricas como Aconcagua en San Felipe, Romeral y Tabolango, durante algunos periodos históricos que permitan validar su operación.

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PROPUESTA ACTUALIZACION MODELO MODFLOW

3.1

Consideraciones Generales

La actualización de los modelos Modflow de la cuenca del río aconcagua que se propone como parte de este estudio contempla un cambio sustancial respecto de los modelos existentes. En efecto, se considera la implementación de un solo modelo que abarque la zona de los cinco modelos construidos originalmente por Ingendesa en el año 1998 (Figura 3.1). Esto permitirá mejorar al menos los siguientes aspectos respecto de los modelos actualmente disponibles: • Flexibilidad operacional para la modelación del sistema acuífero completo. • Evitar errores en traspasos de condiciones de borde que vinculan dos modelos contiguos. • Eliminar zonas modeladas dos veces producto del traslape que existe actualmente entre

los distintos modelos. • Mejorar la representación de los flujos subterráneos pasantes entre las diferentes

secciones en que ha sido dividida la cuenca del río aconcagua. • Mejor acoplamiento con la modelación de los recursos superficiales (MOS).

Adicionalmente, el nuevo modelo que se construirá permitirá consolidar todos los antecedentes disponibles a la fecha. En particular, se considera la actualización del modelo hidrogeológico conceptual de la cuenca, en base a la revisión, depuración, procesamiento y análisis integrado de toda la información geológica e hidrogeológica que se ha generado en los diferentes estudios que se han realizado, los que han sido descritos y analizados en los informes de avance previos, en particular en el Informe de Avance II. Entre los aspectos que se mejorarán cabe destacar: • Representación de superficie del terreno y red de drenaje. • Representación de la geometría acuífera (contacto roca relleno, basamento impermeable y

estratos). • Representación de propiedades hidráulicas, acordes con el modelo geológico conceptual,

análisis de pruebas de bombeo y calibración del modelo. • Representación de mecanismos de recarga (río, áreas de riego, piedemonte, etc.) y

descarga (río, pozos, drenes, etc.). El modelo será implementado en Visual Modflow Versión 4.2 Premium. Estará rotado en 32° en sentido contrario a las manecillas del reloj, de forma representar de mejor manera el sentido de flujo subterráneo de acuerdo al par cartesiano (X, Y). Con ello, además se logra una reducción de alrededor de un 20% en la dimensión de la malla (Figura 3.2).

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Figura 3.1. Posibles representaciones para la modelación del valle del río Aconcagua.

Figura 3.2. Posibles representaciones para la modelación del valle del río Aconcagua. 3-2

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3.2

Consideraciones Particulares y Precisiones

A continuación se presentan, en forma resumida, las particularidades y presiones que se considera desarrollar para la implementación del nuevo modelo. • Tamaño de celdas variable desde 100 x 100 m en la Primera y Segunda Secciones de Riego, hasta 200 x 200 m en las siguientes. Esto implica que el nuevo modelo tendrá un número aproximado de 500 filas x 800 columnas. En este sentido, es importe señalar que para subsanar las limitación de discretización areal de Visual Modflow (500 filas x 500 columnas), se ha logrado obtener un parche proporcionado por los fabricantes que permite ampliar la capacidad del modelo a 1.500 filas x 1.500 columnas. • Nivel de terreno variable arealmente correspondiente a un mosaico estructurado a partir de mínimo dos componentes: i) altura de terreno en el valle y ii) altura de terreno en las áreas de cerro adyacentes. El procedimiento considera generar (interpolar) en forma separada el nivel del terreno en la zona de valle (sectores más planos) y en las zonas de mayor pendiente. Como información base, para la interpolación del valle, se utilizará principalmente las curvas de nivel topográficas de la cartografía 1:10.000 de la CNR. Para la interpolación en el sector de laderas adyacentes de terreno se utilizará información de cartas IGM y de modelos digitales de elevación. • Tres estratos, con potencias variables tanto arealmente como en profundidad. Esto permitirá representar adecuadamente, para la dimensión de sector a modelar, litología y geometría del valle del río Aconcagua a lo largo de toda su extensión. La única excepción la constituye las subcuencas de Llay Llay y Limache, en cuyo caso esta representación sería sólo aproximada (se han reconocido más de tres unidades hidrogeológicas principales en profundidad). • El estrato superior representará en la parte alta y media del valle del río la denominada unidad geológica B (sedimentos de granulometría gruesa a media, Ingendesa, 1998), y en la parte baja, cercana a su desembocadura, los someros rellenos con comportamiento de napa libre ligado al río. Entre aproximadamente el puente Colmo y la costa, se evidencia una cuña de arcilla que le imprimiría un importante nivel de confinamiento a los depósitos más permeables que la subyacen, de donde surge la necesidad de utilizar como mínimo 3 estratos para la modelación del sector de la desembocadura. Los estratos intermedio e inferior, representarían en la parte alta y media del valle la denominada unidad geológica D (sedimentos de fina granulometría, Ingendesa, 1998), que subyacen a los depósitos de la unidad B y posiblemente descansan en muchos puntos sobre la roca fundamental. • El procedimiento de incorporación al modelo de las superficies que delimitan los distintos estratos (o layers del modelo), incluido el basamento rocoso, considerará el limpio traspaso de los contactos de las diversas unidades definidas en los perfiles geológicos elaborados con ocasión del presente estudio desde el Hydrogeo Analyst al Visual Modflow y, posterior interpolación dentro de esta última plataforma, cuidando la 3-3

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conexión de celdas vecinas de un mismo layer, por lo que se contempla luego de la interpolación una revisión detallada fila a fila y columna a columna. • Como parte de la interpretación en el Hydrogeo Analyst de la geología de subsuperficie, y teniendo a la vista los resultados de los análisis de las numerosas pruebas de bombeo efectuadas en la zona, se obtendrá una propuesta inicial (en formato vectorial) de la variación espacial de conductividad hidráulica y almacenamiento en los diversos layers que conforman el modelo, las que serán incorporadas al nuevo modelo numérico una vez revisada y depurada su geometría, zonificación de constantes elásticas que servirá como punto de partida para su calibración. • La representación del acuífero en el modelo considerará que está en su globalidad acotado lateralmente por una frontera impermeable que impida el flujo a través de él (borde impermeable lateral), con excepción del flujo subterráneo proveniente desde los sectores de cabecera, por ejemplo bajo el cauce del río Aconcagua en su sección de entrada al valle (en caso que sea importante), y los sectores de descarga subterránea tanto al océano (acuífero principal del valle) como al embalse Los Aromos (subcuenca del estero Limache). Asimismo, en la representación numérica del acuífero se considerará un borde impermeable de fondo, que corresponde al límite inferior del modelo y que le sirve de zócalo al acuífero (piso del layer inferior). • El modelo dispondrá de al menos dos mecanismos de entradas, el primero obedece a los ingresos desde la superficie que se manifiestan en todo el valle y el segundo a los ingresos desde el cauce del río Aconcagua, que toman lugar en particular en la primera sección de riego. Eventualmente y en algunos sectores, se contempla la inclusión de un tercer mecanismo de ingreso, que represente los escurrimientos subterráneos de entrada desde los sectores de cabecera en la medida que éstos no sean despreciables. • Específicamente, los ingresos desde la superficie, o recarga superficial en el modelo, corresponderán a una zonificación areal del valle que representaría la distribución de las entradas al acuífero por percolación de la precipitación, excedentes de riego, e infiltración desde la red de canales y cauces naturales principales, con excepción del río Aconcagua, cuyo tratamiento se llevaría a cabo aparte, como una condición de borde tipo río a lo largo de todo el valle. • Para la representación del río Aconcagua en el modelo se considera la inclusión de celdas de río que sigan su curso sobre la base de la red de drenaje de la cartografía 1.10.000 de la CNR, con una altura y pendiente de fondo consistente con la misma fuente (CNR, curvas de nivel topográficas de la cartografía 1:10.000) y un nivel del agua o eje hidráulico que puede ser mayor o igual a cero, funcionando en este último caso como dren. Con este tratamiento, se superará el inconveniente de los distintos criterios con los que se ha considerado el río en los modelos originales (Ingendesa, 1998). • Además de la condición de borde tipo río (río Aconcagua), el modelo considerará la adopción de las siguientes condiciones de borde mínimas: i) borde de carga general (o 3-4

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borde de altura constante) que represente la descarga subterránea al embalse Los Aromos, ii) borde de carga general (o borde de altura constante) que represente la descarga subterránea al océano Pacífico y iii) condición de dren ubicado en la parte baja de la segunda sección de riego que represente los afloramientos en el dren Las Vegas de ESVAL. • Adicionalmente, por una parte, podría ser necesaria la introducción en el modelo de una o más condiciones de borde en la periferia del área modelada que acusen, como se ha señalado previamente, posibles ingresos subterráneos desde los sectores de cabecera, ingresos tales que podrían representarse en el modelo mediante pozos de inyección y/o bordes de altura constante, y por otra parte, de condiciones de dren adicionales correspondientes a eventuales áreas de afloramiento natural en la zona (sector de Panquehue) o cursos de esteros cuyo funcionamiento quede mejor reflejado de esta manera. • La calibración del modelo se efectuará en régimen impermanente. Preliminarmente se considera hacer funcionar el modelo bajo las condiciones de explotación reportadas en estudios previos para el período Abril de 1990 a Septiembre de 1996 (Ingendesa, 1998), de manera de ajustar principalmente los valores de permeabilidad y coeficiente de almacenamiento que caracterizan el acuífero, con el propósito de representar en forma adecuada la variación temporal de los niveles de la napa en los pozos de observación adoptados. • La variable temporal en el modelo será considerada a nivel mensual desde el mes de Abril de 1990 hasta el mes de Septiembre de 1996, lo que implica un total de 78 meses (períodos de estrés) para todo el horizonte de tiempo asumido. • Para la calibración se considerará los niveles monitoreados en un universo de alrededor de 60 pozos de observación distribuidos a lo largo de todo el valle, todos correspondientes a estaciones de agua subterránea controladas por la DGA, la mayoría vigentes hoy en día, cuidando la correcta asociación con los estratos del modelo donde miden el nivel de agua subterránea, para lo cual será necesario disponer la mayor cantidad de los perfiles de habilitación de estos pozos, en particular en el sector cercano a la desembocadura donde se distinguen acuíferos con modo de ocurrencia distinto. • Previo a la construcción del modelo, y como parte del análisis del funcionamiento conceptual del acuífero, se realizará un estudio de la distribución espacial de la profundidad y cotas de los niveles de agua subterránea, lo que permitirá, entre otros, determinar la cobertura de equipotenciales o isopiezas (curvas de igual altura piezométrica) de la zona y el sentido de escurrimiento asociado. Para ello, se utilizaran los niveles registrados en las estaciones controladas por la DGA correspondientes al período Octubre de 1990 – Enero de 1991, similar al período analizado para estos mismos efectos en el estudio Ingendesa, 1998. Los resultados anteriores servirán para obtener la condición inicial del proceso de calibración del nuevo modelo numérico. 3-5

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• Cabe señalar que, en el estudio Ingendesa de 1998, se consignó dicho período para el análisis de la condición inicial (Octubre de 1990 – Enero de 1991) en parte para apoyar la deducción de la forma de las curvas de igual altura piezométrica con los resultados de la senda campaña de terreno efectuada como parte de dicho estudio y que permitió obtener con mayor precisión (aproximadamente 5 veces más de información base) el mapa de isopiezas para el período Octubre de 1996 – Enero de 1997, asimilando la forma de las curvas de esta última interpretación en los sectores previamente con poca información (1990). • La principal razón para considerar en el nuevo modelo el mismo período de calibración que la calibración original del acuífero (Ingendesa, 1998), es decir Abril de 1990 – Septiembre de 1996, radica en el hecho de aprovechar la estimación de la explotación del acuífero efectuada por dichos autores que se basó principalmente en los antecedentes obtenidos sobre la base de las encuestas correspondientes a la campaña de terreno llevada a cabo y también, en la información proporcionada por los distintos servicios de agua potable rural (APR), y la empresa ESVAL que atiende las principales localidades urbanas de la zona. En este sentido, se contempla en este estudio levantar la totalidad de las extracciones de los archivos digitales originales de los modelos de calibración, para posteriormente revisar, identificar, sistematizar y validar dichas extracciones a la luz del catastro de captaciones subterráneas de la zona (Ingendesa, 1998). La extensión del período de calibración exigiría en orden a actualizar dichas extracciones la realización, entre otros, de trabajos de terreno particulares, actividad que escapa de los alcances del presente estudio. • Adicionalmente se considera, básicamente en función de información de gabinete que se ha obtenido, actualizar la estimación de las extracciones desde pozos para el período 1996 a 2006 y verificar la calibración del modelo. En este sentido, cabe señalar que la actualización se realizará fundamentalmente en base a información de gabinete (derechos, regularizaciones cuarto transitorio, información de APR y ESVAL, entre otras), ya que no se contempla encuestas y trabajos de terreno específicos para estos efectos. • Finalmente, el desarrollo del nuevo modelo considera la inclusión de áreas de balance de masa (Zone Budget), con la finalidad de evaluar el comportamiento temporal del flujo (y sus valores promedio) correspondientes a las distintas fuentes de recarga y descarga del sistema, como también el escurrimiento subterráneo entre las distintas secciones de riego del valle. • Especial énfasis se le pondrá, durante la calibración del modelo, al análisis de los resultados de balances en orden a verificar que los flujos de entrada y/o salida obtenidos correspondan a los esperados, es decir, por una parte verificar la correcta lectura de parte del modelo de los flujos impuestos (recarga superficial, extracciones, etc.), y por otra, la consistencia de los flujos que son calculados por el modelo (pérdida y recuperaciones en el río, afloramientos en drenes, etc.) con el conocimiento previo del sistema.

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3.3

Consideraciones sobre la Geometría Acuífera

Tal como se ha señalado en los informes previos y reuniones de trabajo, una de las líneas principales que se ha desarrollado en profundidad en este estudio, es la actualización del modelo geológico conceptual de la cuenca, en base al análisis integrado de toda la información disponible a la fecha. En este informe se incluye, a modo de resumen, los principales aspectos abordados y los resultados obtenidos a la fecha, los que deben ser considerados como preliminares. 3.3.1

Contacto roca-relleno

La delimitación en superficie del contacto roca-relleno se trazó, esencialmente en base a tres criterios: topográfico, geológico y geomorfológico. En general, estos criterios dan resultados similares, debido a la estrecha relación entre ellos. Topografía: Este fue el principal criterio para definir el contacto roca-relleno. En él se utilizaron las curvas de nivel de las coberturas desarrolladas por la Comisión Nacional de Riego (CNR), escala 1:10.000, considerando isolineas de elevación cada 10 m y las curvas de nivel a escala 1:250.000 del Instituto Geográfico Militar (IGM). Basándose en estas coberturas se incluyeron como parte del relleno sedimentario las superficies relativamente planas o con pendientes muy bajas y se excluyeron de éste las superficies con pendientes abruptas y cuyo espesor estimado de relleno fuese poco significativo. Geología: La geología del valle del río Aconcagua corresponde a la definida en la Hoja Quillota Portillo escala 1:250.000. El relleno sedimentario presente en esta zona está representado por depósitos Cuaternarios que se extienden por todo el valle, y en menor proporción relleno Terciario distribuido principalmente en la parte baja del valle. Los primeros corresponden a sedimentos de remoción en masa, aluviales, fluviales, coluviales y depósitos eólicos costeros. Las rocas Terciarias, en general, corresponden a secuencias sedimentarias clásticas de pie de monte, aluviales, coluviales, fluviales y conglomerados. Debido a la mayor consolidación que presentan estas unidades en relación a los depósitos Cuaternario, en general solo se incluyeron como parte del relleno cuando existían evidencias de pozos que indicaran un espesor considerable de sedimentos permeables. Geomorfología: La geomorfología del área de estudio se obtuvo a partir de la imagen satelital Landsat 7 y se utilizó como un complemento a los otros dos criterios, permitiendo distinguir, por ejemplo, las zonas ocupadas por cerros, conos de derrumbe, ríos, ciudades o cultivos agrícolas, etc.

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El sector de unión entre los valles de Limache y Aconcagua, aguas abajo del embalse Los Aromos, no se considerará en la modelación debido a lo angosto del valle y al poco espesor del relleno, por lo que no se toma en cuenta en el cálculo de la superficie del relleno al igual que en el Modelo de 1998. La Tabla 3.1 muestra la variación entre la superficie activa de relleno calculado en el modelo de 1998 (965 km2) y en el estudio que esta realizando actualmente DICTUC (1120 km2). Según lo anterior, la superficie sería de mayor tamaño que la propuesta originalmente (1998), aumentando en 155 km2 lo cual equivale aproximadamente a un 11,6 % (Figura 3.3). Tabla 3.1. Valores globales comparativos de dimensiones de relleno. Elaboración propia. Modelo

Superficie activa [km2]

Malla VisualModflow de 1998

965

Malla VisualModflow de 2007

1120

Figura 3.3. Comparación entre contacto roca relleno de modelo de 1998 obtenido de Modflow y el límite preliminar definido por DICTUC (2007) en el Valle del Río Aconcagua. 3-8

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3.3.2

Profundidad del Basamento Impermeable

La definición de la superficie del basamento rocoso del valle del río Aconcagua se realizó mediante el análisis integrado de la información geofísica e hidrogeológica con la ayuda del programa HidroGeo Analyst (HGA), que es un Sistema de Información Geográfica (GIS), especialmente orientado a la hidrogeología. Su gran utilidad radica en que facilita el trazado de perfiles hidrogeológicos, teniendo a la vista toda la información disponible (estratigrafía de pozos, nivel estático, datos geofísicos, etc), que es interpretada en base a criterios hidrogeológicos y geofísicos para la definición del basamento y de las unidades hidrogeológicas del modelo. El resultado de este análisis puede ser exportado directamente a Visual Modflow, lo que reduce errores en la construcción de modelos numéricos de flujo subterráneo. Los criterios utilizados para la definición del basamento se basan en un conocimiento tanto de los métodos geofísicos utilizados como del contexto hidrogeológico del valle del río Aconcagua. En general, siempre van a existir diferencias entre los distintos datos geofísicos (Gravedad y TEM) debido a que miden propiedades distintas del medio (densidad y resistividad, respectivamente) que no siempre tienen una relación directa. A continuación se hará una breve reseña de cada tipo de datos disponible para una mejor comprensión de los criterios utilizados para la interpretación. Gravimetría: la reducción de las medidas gravimétricas de terreno considera distintas correcciones y supuestos que agregan cierto error en la interpretación final del espesor del relleno. Las principales fuentes de error son la corrección de aire libre (altura), la corrección topográfica y la estimación de las densidades involucradas en la modelación. Para el caso particular de este estudio: se estima que solo la corrección de aire libre puede añadir un error de 15 a 30 m. en el espesor del relleno. Por otro lado, la corrección topográfica agregaría un error en los bordes del relleno, subestimando el espesor de éste, mientras que en zonas de falla (Ej: Falla Pocuro, ubicada en el borde oriental de la zona de estudio) el espesor del relleno estaría siendo sobreestimado por la gravedad. TEM: la reducción de los datos de las estaciones TEM cuenta con un limitado número de algoritmos para realizar la inversión de los datos. No existe procesamiento o algoritmo de inversión que compense las deficiencias en los datos observados ya que, debido a estos errores asociados pueden existir respuestas idénticas a modelos completamente distintos. Por otro lado, las discontinuidades que producen las anomalías electromagnéticas tienen un comportamiento complejo, por lo que una aproximación mediante el modelo unidimensional utilizado puede no siempre ser lo suficientemente cercano a los objetos tridimensionales que las provocan.

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Para el caso de este estudio, los datos se pueden ver afectados por la presencia de agua en superficie o tendidos eléctricos que pueden enmascarar los resultados. Se observa que los datos son confiables hasta unos 300 a 400 m de profundidad, siendo difícil una estimación del error. Finalmente, para una buena interpretación del Tem es importante entender que parámetros influyen en la resistividad del medio, como por ejemplo: permeabilidad primaria y secundaria, contenido de arcillas, roca o relleno que alberga al fluido, zonas de fallas, etc. Pozos: La estratigrafía de pozos es considerada la información más confiable para la determinación del basamento y para la definición de las unidades hidrogeológicas, a pesar que también está sujeta a error debido a una mala descripción por parte del operador que no siempre tiene la experiencia necesaria para una buena descripción estratigráfica. Aún así, es la información más directa que se tiene de la subsuperficie. Lamentablemente, esta información por lo general, es escasa sobre todo en profundidad, pero es fundamental para la calibración de los métodos geofísicos. La primera etapa en la definición de la profundidad del basamento consistió en la recopilación de los antecedentes existentes en zona, los que luego se analizaron en forma integrada en el programa HGA. Se incluyeron datos de geofísica TEM (519 puntos), Gravedad (804 puntos) y estratigrafía de pozos (326). Además se utilizaron en forma complementaria a dicha información la carta geológica de la zona (Hoja Quillota-Portillo, escala 1:250.000), topografía digital (CNR 1:10.000), la imagen satelital (Landsat) y el contacto roca – relleno, definido anteriormente. En el HGA se confeccionaron alrededor de 500 perfiles orientados en distintas direcciones con el propósito de incluir la mayor cantidad de datos posible y de abarcar totalmente la superficie del valle. Generalmente, el buffer (radio de alcance del perfil) utilizado en los perfiles fue de 90 m, es decir se incluyeron los datos geofísicos, de pozos y de la superficie del terreno que estuvieran a 90 m a cada lado del perfil. Además de visualizar los cambios de resistividad (TEM), densidad (Gravimetría) y estratigrafía (pozos), se observa la intersección con los otros perfiles con su correspondiente interpretación del basamento, lo cual permite enlazar de mejor manera las interpretaciones realizadas en cada sección y ser consistentes con ellas. Los criterios utilizados para definir la superficie del basamento variaron para cada sector de la cuenca. Sólo en algunas ocasiones las tres fuentes de información indicaban la misma profundidad para el basamento en el mismo punto, por ello y teniendo en cuenta el grado de error que pudiera existir en estos tres métodos se consideró como el dato más confiable la estratigrafía de pozos, y en los sectores donde se observó que la gravimetría era más consistente con la estratigrafía se le otorgó una mayor credibilidad a ésta, o por el contrario si los puntos TEMs coincidían con la información de pozos se utilizó la profundidad indicada por estos. En los casos donde solo se tenía información geofísica de puntos TEMs y gravedad se hizo un 3-10

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promedio de la profundidad del basamento entregada por cada una o bien se validaron ambos datos considerando el grado de error que pudiese existir en cada uno. Es importante considerar que, si bien, en algunos casos los datos de ambos métodos geofísicos se ajustan muy bien, lo cual demuestra la calidad de la información registrada, en otras ocasiones estos presentan inconsistencias, por ejemplo, se visualizó que los TEMs por lo general entregan mayores profundidades del basamento que la gravedad y que en algunos perfiles de gravedad hacia los bordes se subestima el espesor del relleno sedimentario, como ya se explico anteriormente. Resultados: Se obtuvo como un resultado preliminar la cota del basamento, es decir, la altura del basamento con respecto al nivel del mar. A continuación en la Figura 3.4 se observa un mapa de colores con la cota del basamento. La Figura 3.5 muestra un ejemplo de la cota del basamento para el sector de Los Andes, en un mapa escala 1:100.000 con curvas cada 25 m. Utilizando un modelo preliminar de la superficie del relleno se estimó la profundidad del basamento. Las máximas profundidades se registran en el sector de Los Andes-San Felipe donde el relleno sedimentario alcanza hasta 360 m de espesor y en el sector de Putaendo donde se registran espesores de 340 m aproximadamente. En promedio, la profundidad del basamento o espesor del relleno alcanza valores de entre 150 a 200 m. En la Figura 3.6 se observa la distribución del espesor del relleno para todo el valle del río Aconcagua. Cabe considerar que este es un resultado preliminar debido a que aun falta hacer ajustes finales a la superficie del modelo en torno a los cerros islas.

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Figura 3.4. Mapa de Colores que representa la cota del basamento del valle.

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Figura 3.5. Mapa de isocotas del basamento para el sector de Los Andes.

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Figura 3.6. Mapa de colores del espesor del relleno del valle del río Aconcagua.

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