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1 Modelación de la interacción Río- Acuífero. Cálculo del caudal intercambiado Felix qui potuit rerum cognoscere causas. (Virgilio) Jesús Carrera Grupo.

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1 1 Modelación de la interacción Río- Acuífero. Cálculo del caudal intercambiado Felix qui potuit rerum cognoscere causas. (Virgilio) Jesús Carrera Grupo de Hidrología Subterránea I JAlmera (IDAEA) CSIC Barcelona

2 2 Índice Dinámica generalizada de la interacción Río- Acuífero –¿Por y para qué todo esto? –Formas de interacción –Principios básicos Medidas directas –Separación de hidrogramas –Infiltrómetros Cálculos indirectos –Hidráulicos –Hidroquímicos Discusión y conclusiones

3 3 ¿Porqué? ¡Porque sí! Para gestionar los recursos hídricos es necesario entenderlos. Para evaluar los recursos disponibles. Para evaluar impacto antrópico Por ejemplo: ¿Es cierto que la mayoría de la escorrentía es superficial? (Cosa que implícita o explicitamente suponen la mayoría de los estudios hidrológicos de recursos disponibles) Probablemente sí en condiciones naturales. Pero, cada gota de escorrentía ha pasado un ratito subterráneo Luego, NO!, si se bombea intensamente el acuífero Dinámica de la interacción

4 4 Mecanismos de generación de escorrentía Si se reduce el nivel piezométrico, los mecanismos de generación de escorrentía que dependen de flujo hipodérmico se reducirán Además, se reduce (anula) el flujo basal. Se seca el río!

5 5 Formas de interacción Río-Acuífero 1)Río ganador h acuífero > h río Condiciones naturales habituales h acuífero h río h acuífero Vista en planta Isopiezas q variable Río Zona hiporreica Sensible a avenidas Importancia ecológica Bosque de ribera floreciente Dinámica de la interacción

6 6 Formas de interacción Río-Acuífero Vista en planta Isopiezas q variable Río 2) Río perdedor, pero conectado h acuífero < h río Condiciones influidas por bombeo h acuífero h río Zona hiporreica Se colmata más Más sensible a avenidas h acuífero Bosque de ribera estresado Dinámica de la interacción

7 7 Formas de interacción Río-Acuífero 3) Río perdedor, pero desconectado (colgado) h acuífero << h río típicamente h acuífero < h río – 2 ancho Condiciones influidas por bombeo intenso h acuífero h río Vista en planta Isopiezas q poco sensible a traza del río q controlado por lecho, se concentra en avenidas Río Bosque de ribera extinguido Contenido de agua Dinámica de la interacción

8 8 Caudal en función del nivel h acuífero h río Q (+, entrada al acf) Q (-, salida del acf) coef goteo 1) Forma convencional 2) Colmatación del lecho 3) Avenidas Q max Dinámica de la interacción

9 9 Variabilidad a lo largo de la traza En ríos conectados, muy sensible a variaciones de pendiente x z En ríos ganadores hay tramos perdedores Sección Longitudinal Planta Dinámica de la interacción El gradiente longitudinal en el acuífero tiende a igualarse a la pendiente longitudinal del río. Esto es relevante, tanto a escala local como regional. En condiciones naturales, el río puede perder al entrar al acuífero y recuperar al salir

10 10 Principios MUY generales Casi toda el agua que escurre ha pasado por debajo de la superficie del terreno Esto es particularmente cierto en cuencas muy explotadas, donde el flujo superficial e incluso el hipodérmico pueden quedar muy reducidos El agua bombeada sale de (1) almacenamiento y (2) río. A larga, todo (2), pero puede tardar mucho. En tramos de río desconectados, la recarga se concentra en avenidas. En el río, buena mezcla. En el acuífero, NO. Dinámica de la interacción

11 11 t Métodos directos: Balance de agua en río QRIO Caso más sencillo: Análisis de hidrograma. Separación de componentes. Alto grado de discrecionalidad Cota inferior de descarga subterránea!! Mejor en rios ganadores y vírgenes. ¡CUIDADO en cuencas muy antropizadas! Se tiene que complementar con balance de sales Caudal base. Aportación subterránea

12 12 Métodos directos: Infiltrómetro Interfaz agua-sedimento Sedimento Purga Bolsa Caja (Vazquez-Suñé et al, 2003)

13 13

14 14 El infiltrómetro, como tantas cosas en hidrología, requiere mojarse

15 15 Alta variabilidad espacial y temporal Descarga Recarga

16 16 Dificultades del uso de infiltrómetros Variabilidad espacial Tamaño del infiltrómetro y perturbación del fondo Asientos y ajustes del lecho Generación de gases Efectos de densidad Movimiento del agua superficial La medida es puntual en espacio y tiempo PERO, imprescindible para estudios de la zona hiporreica

17 17 Métodos indirectos hidráulicos: idea básica Flujo en el acuífero t h Balance de masas en el acuífero PROBLEMA: Conocer T y S

18 18 2) Medida de respuesta a variación de nivel en río Cálculo de T y S 1) Ensayos hidráulicos t Conocido, se estima D (T/S) 3) Medida en río desconectado Conocido y S(o T), se estima D OJO geometría

19 19 Arizona Versus California CALIFORNIA ARIZONA Secciones de control Sondeos con sensores a tres alturas Medio complejo: modelo numérico Cuestión: Estimar el caudal de retorno al Río Colorado procedente de los dos Estados Una vez calibrado el modelo se puede obtener el caudal de cada estado aplicando Darcy

20 20 Niveles medidos y calculados Buen ajuste, sugiere buen modelo Cerca del río, los sensores someros responden más y más rápido que los profundos Lejos del río, ocurre lo contrario Importante porosidad drenable (diferida) en nivel freático

21 21 Dificultades con interpretación clásica ¿Qué pasa si hay paleocauces muy permeables? Pueden llevar mas agua que todo el resto

22 22 Río Agrio Vigo Barrera reactiva intercepta todo el flujo del subálveo

23 23 Geología tras construir la barrera ¿Paleocanal sortea la barrera? Ensayo de inundación y tres series de ensayos hidráulicos (Roetting et al, 2005)

24 24 Niveles medidos y calculados

25 25 Ajuste ensayos de bombeo

26 26 Transmisividades estimadas 200 m log 10 T (m 2 /day) Paleo canal no sortea la barrera Coherente con piezometría y con hidroquímica

27 27 El Bajo Llobregat, nivel y caudal en río AÑO NIVEL (msnm) CAUDAL (M 3 /s)

28 28 Modelo numérico detallado

29 29 Balance global 50% de la recarga directa del río. 35% durante avenidas

30 30 Ejemplo: Si C 1 =0, C 2 =100, C m =20 y Q 1 =4000, entonces: Conocidos Q 1, y Cs, se puede obtener Q 2 como: Dificultades: 1)Encontrar trazador natural tal que C 1 >>C 2 (para que C m >>C 1 y C 2 >>C m ) 2)Conocer aguas extremo Métodos hidroquímicos. Balance

31 31 Mejor aún, si se conoce la proporción de mezcla Entonces, Y, en general, si hay N aguas O, mejor: Cálculos hidroquímicos con prop. de mezcla Ejemplo: Si C 1 =0, C 2 =100, C m =20 y Q 1 =4000, entonces:

32 32 Cálculo de las proporciones de mezcla La ventaja de trabajar con proporciones de mezcla es que no es tan crítico encontrar trazadores ideales ni aguas extremas. Se pueden deducir de datos hidroquímicos habituales Método de máxima verosimilitud para encontrar props de mezcla y aguas extremo a partir de BBDD hidroquímicas (Carrera et al, 2004)

33 33 Aguas extremo supuestas Muestras de agua Aguas extremo corregidas C1C1 C2C2 Encontrar buenas proporciones de mezcla … sin hacer trampas! Estimación independiente de aguas extremo complicado por variabilidad temporal, espacial, etc Se puede hacer con tantas especies (comp. conservativas) como se quiera

34 34 Dificultades 1.Variabilidad (no promediar concentraciones, sino flujos másicos) 2.Errores de medida y muestreo 3.¡OJO! La mezcla se produce en el pozo 4.En ríos perdedores, es preciso recurrir a modelos para cuantificar la mezcla.

35 35 Síntesis En ríos ganadores y vírgenes, es fácil calcular la entrada por cualquier método. En ríos perdedores y acuíferos sobreexplotados, los métodos hidráulicos parecen más fáciles, pero requieren una buena caracterización (Ensayos de variación de nivel en el río) Los métodos hidroquímicos deben utilizarse siempre, al menos como complemento cualitativo. En rios perdedores, requieren muestreo exhaustivo tanto de evolución temporal en río, como de distribución espacial en acuífero. Lo ideal es emplear ambos.

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