SMD

herramienta de monitoreo de aguas subterráneas para monitorear intrusiones salinas

SMD

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Responsables de la práctica innovadora :

Denis NEYENS – denis.neyens@imageau.eu

SMD (dispositivo de monitoreo subsuperficial) es una herramienta para el monitoreo continuo de intrusiones salinas en aguas subterráneas. La práctica fue desarrollada por imaGeau y es una solución integrada: desde la recopilación de datos en una columna de agua hasta el procesamiento y análisis / interpretación a través de una plataforma específica. El objetivo de esta práctica es instrumentar y recopilar datos sobre el problema de la intrusión salina.

SMD

Figure 1 : MAR/SAT system of Agon-Coutainville in France.

Más precisamente esta práctica permite medir indirectamente la salinidad del agua en toda la extensión del acuífero. La práctica permite tener un registro (perfil vertical), de forma autónoma y repetida, utilizando un cable con electrodos posicionados. En la superficie, una caja de adquisición autónoma, alimentada por batería o paneles solares y controlada por una computadora equipada con un módem GPRS permite enviar archivos de datos en servidores imaGeau. El sistema de adquisición también permite inyectar una corriente eléctrica entre dos electrodos y medir una diferencia de potencial.
Los usuarios de esta práctica innovadora son las autoridades locales, las organizaciones públicas, las organizaciones de investigación (BRGM, DELTARES) y, a veces, los explotadores de agua potable.
Esta práctica se ha desarrollado en un contexto de cresta de agua salada y falta de conocimiento de los sistemas acuíferos, para abordar los problemas de calidad y cantidad del recurso hídrico, y su impacto en los sectores económicos dependientes de la explotación de un sistema acuífero.

Entidad responsable

ImaGeau es una filial del grupo SAUR con una doble experiencia ambiental y digital.  ImaGeau ha estado desarrollando sensores, estudios y una aplicación WEB (EMI) desde 2009, permitiendo a los actores del ciclo del agua implementar prácticas sostenibles de gestión y explotación del recurso hídrico.

Las misiones llevadas a cabo por imaGeau son: 

  • Poner la tecnología digital y la inteligencia artificial al servicio de la preservación de los recursos hídricos;
  • Facilitar la comprensión y el intercambio de cuestiones relacionadas con los recursos hídricos;
  • Promover la adopción de prácticas de gestión y explotación de los recursos hídricos adaptadas al cambio climático;
  • Conciliar el equilibrio entre los beneficios ambientales, la rentabilidad y el desarrollo de los empleados.

Explicación detallada

El SMD consta de dos partes distintas: (i) la flauta eléctrica, y (ii) el sistema de adquisición.

  La flauta eléctrica es la parte de la sonda en la perforación. Es un cadena de electrodos fabricados en cobre-aluminio, muy resistentes a la corrosión, y que permiten mediciones de resistividad. Uno o más sensores de presión y temperatura también están integrados en el cable eléctrico instalado en el piezómetro. 

smd Electric flute

El sistema de adquisición se compone de:

  • Un ordenador de bajo consumo en el que un software propietario gestiona la adquisición de mediciones, los procesos de las tareas, la comunicación remota (para el envío de archivos y el control remoto);
  • Tarjetas electrónicas para cada electrodo en pozos;
  • Una fuente de alimentación que también actúa como una fuente de inyección de corriente continua para mediciones eléctricas.
smd

El principio de medición es el siguiente: El software de adquisición gestiona la fuente de alimentación de inyección y las tarjetas electrónicas permitiendo inyectar una corriente eléctrica conocida entre dos electrodos (A y B) y medir la diferencia de potencial inducida entre otros dos electrodos (M y N). A través de la ley de Ohm, la resistividad promedio se mide alrededor del piezómetro entre estos 4 electrodos.

smd 5

Figura 3 : Principio de medición de SMD.

La repetición de este proceso en toda la vertical del piezómetro permite realizar un perfil de resistividad alrededor del piezómetro (2). Usando la ecuación de Waxman-Smits (3), se deduce la conductividad eléctrica del agua en el acuífero. Esto requiere el conocimiento del factor de formación (F) y la conductividad superficial (Cs) que se determinan en la instalación SMD utilizando un conjunto reducido de registros (rayos gamma para arcillas, resistividad eléctrica y velocidad de onda P sónica para la porosidad). Finalmente, se mide un perfil de conductividad eléctrica normalizado y bien corregido de la temperatura del agua del acuífero alrededor del piezómetro a intervalos repetidos (4).

Entorno institucional

Esta práctica se implementa en el marco del monitoreo del estado cualitativo y cuantitativo de las aguas subterráneas. El marco regulatorio depende entonces del sitio.

Entorno geográfico

La práctica se utiliza en la escala de los sistemas acuíferos costeros, en Francia e internacionalmente. La solución ya se ha desplegado en Francia, Reunión, Países Bajos, Israel, Chile y Marruecos (acuífero chtoucka).

La práctica también se utiliza para ciertos sistemas acuíferos continentales en contextos geológicos específicos, como en Jordania, donde la cuña de agua salada se origina en estratos de yeso.

Reseña histórica

La mayor parte del desarrollo de esta solución se llevó a cabo entre 2010 y 2016 con el objetivo de mejorar el sistema e integrar otro tipo de sensores. De 2016 a 2017, la solución pasó a la fase de industrialización, con la fabricación de algunos elementos bajo subcontrato.

Los factores clave en la implementación de esta práctica son: (i) sitios de estudio con una gran cantidad de datos disponibles, y (ii) experimentos sucesivos que mejoraron la veracidad de la medición y su credibilidad para pasar a la fase de industrialización.

Los obstáculos encontrados son que al comienzo del desarrollo de la solución, no estaba equipada con una plataforma para el procesamiento / análisis de los datos recopilados y, por lo tanto, los datos a menudo no eran utilizados por los clientes debido a la falta de habilidades.

Por otro lado, imaGeau se enfrentó a un problema de aceptabilidad de la innovación, fue necesario convencer a la comunidad de hidrogeólogos sobre la confiabilidad de la solución.

Finalmente, para hacer viable la solución para los operadores, fue necesario transformar la información proporcionada por los datos medidos in situ en volúmenes de agua que pudieran ser utilizados por los productores de agua.

Evidencia de los beneficios de la implementación

Las ventajas de utilizar esta práctica son: (i) la ausencia de electrónica inmersa en el pozo, (ii) mantenimiento limitado, (iii) un sistema con una larga vida útil, y (iv) un sistema totalmente autónomo y controlable remotamente.

La otra ventaja de usar esta técnica es que, el «efecto pozo» es limitado porque la medición se extiende alrededor del pozo (unos 60 cm, dependiendo del espaciado de los electrodos).

Los resultados de diversos estudios donde se ha desplegado esta solución han sido publicados en ponencias y congresos internacionales (SWIMM, IAH). La solución también ha sido objeto de una solicitud de patente.

Potencial de replicación en la región SUDOE

La práctica tiene un fuerte potencial de replicación, ya que puede desplegarse en cualquier tipo de sistema acuífero costero (o sistema acuífero continental con formaciones geológicas como Gypses) sujeto a intrusión de agua salada.

Dos personas trabajan a tiempo parcial (el tiempo dedicado depende del tipo de proyecto) en el desarrollo y mantenimiento de la práctica. La misión consiste en probar los sistemas, instalarlos, monitorearlos y realizar el mantenimiento de forma remota o en el campo.

Perspectivas de futuro

Una perspectiva a largo plazo  de la solución es la adaptación de la tecnología a diferentes cuestiones, como el uso de esta técnica para realizar la adquisición cruzada también llamada «tomografía entre pozos» para monitorear la contaminación por hidrocarburos, áreas de deslizamientos, áreas de almacenamiento de CO2, etc. Otra perspectiva se refiere a la predicción del riesgo de una cuña de agua salada en el área mediterránea, basada en los datos recopilados por la solución, y el acoplamiento de modelos físicos y modelos de inteligencia artificial.

Puntos clave del método innovador

  • Monitoreo de intrusiones salinas
  • Se puede utilizar para acuíferos costeros y continentales
  • Solución independiente plug-and-play
  • Transmisión de datos e interfaz para el procesamiento y análisis de datos

Agradecimientos

La práctica innovadora fue sugerida por Olivier DEPRAZ (imaGeau) y Denis NEYENS (imaGeau) participó en la entrevista.

referencias

Bellot, J-P., Neyens, D., Pezard, P., Depraz, O., Barry, S., De Mezzo, B., Henry, G., Depraz, L., Baqué, L. (2012). A new downhole, real time and near field hydrogeophysical observatory of groundwater quality. Near Surface Geosciences – 18th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics Paris, France, 3-5 septembre 2012.

Baïsset, M., Neyens, D. (2018). High frequency saltwater intrusion monitoring using borehole geophysical tools (SMD). 25th salt water intrusion meeting, 17-22 june 2018, Gdansk, Poland.

Tal, A., Weinstein, Y., Baïsset, M., Golan, A., Yechieli, Y. (2019). High resolution monitoring of seawater intrusion in a multi-aquifer system-implementation of a new downhole geophysical tool. Water, 11, 1877, doi:10.3390/w11091877

REFERENCIAS EN INTERNET :

imaGeau : https://imageau.eu/

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