HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA

Presentación del tema: "HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA"— Transcripción de la presentación:

1 HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA
Tema 6 Relaciones río-acuífero Conceptos básicos Acuíferos costeros La zona no saturada

2 HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA
Tema 6 Relaciones río-acuífero Conceptos básicos Cuenca hidrográfica Manantiales Interacciones aguas subterráneas-superficiales Soluciones numéricas

3 Cuenca hidrográfica

4 Cuenca hidrográfica Tipos de cuencas hidrográficas Balance hidrológico

5 Cuenca hidrográfica Manantiales

6 Interacciones aguas superficiales-subterráneas

7 Interacciones río-acuífero

8 Ejemplos: Superficies freáticas
río 100 90 80 Río perdedor Río

9 Ejemplos: Superficies freáticas
río 100 90 Río ganador 80 Río

10 Ejemplos H0 río 1 · · · · 2 · 3 · · · · · · · · · · 4 5 Q 6 5 4
recarga 3 6 2 1 descarga

11 Condiciones de contorno
H0 h río qo 1o Nivel impuesto 2o Flujo impuesto

12 Ejemplos · h H0 · · · · · río · · · · · · · · · L · · · · · · · b · ·
limos 3o Mixto b : Coeficiente de goteo

13 Ecuación general del flujo de agua subterránea
Soluciones numéricas Ecuación general del flujo de agua subterránea Condiciones de contorno para las interacciones río-acuífero 1o Dirichlet Nivel impuesto 2o Newman Flujo impuesto 3o Cauchy Mixto (goteo) 4º Cauchy Mixto (descarga)

14 Los acuíferos y la contaminación

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16 HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA
Tema 6 Relaciones río-acuífero Conceptos básicos Acuíferos costeros Fundamentos Leyes de comportamiento Soluciones analíticas Soluciones numéricas Ecuaciones Condiciones de contorno Aplicaciones numéricas La explotación de los acuíferos costeros La zona no saturada

17 Fundamentos

18 Fundamentos

19 Fundamentos

20 Fundamentos

21 Leyes de comportamiento
Hypótesis de Lusczynski (1961) donde ga’ = peso específico de la zona de mezcla 1) Flujo horizontal ha = hd = N.F.

22 Leyes de comportamiento
2) Sin zona de mezcla (régimen transitorio) g a’ = g s ; o bien z = z1 (Hipótesis de Hubbert, 1963) 3) Equilibrio (régimen estacionario) hs = 0 = N.M. O bien: z = G·hd (Principio de Ghyben-Herzberg)

23 Problema El Río Seco (Almuñécar, Granada) se seca a la cota de 45 metros sobre el nivel del mar a una distancia aproximada de 4 km de la desembocadura de su cauce en el Mar Mediterráneo. El acuífero libre por el que se infiltra el agua del río es una formación aluvial de grava arenosa (conductividad hidráulica = 100 m/día) situada sobre un sustrato impermeable aproximadamente horizontal de cota -20 metros. Estimar el caudal de descarga de agua dulce subterránea hacia el mar si se sabe que se efectúa a lo largo de una playa de 500 metros de longitud (la densidad del agua del mar es 1,033 gr/cm3). Solución El factor de Ghyben-Herzberg G = r/(rs-r) = 1/( ) = ho=45m h Para la parte continental 1: Po=20m hG x xo Para x=0 y h=ho L = 4000 m Para la parte costera 2: Para x=L y h=0: Igualando las ecuaciones 1 y 2: Sustituyendo en la ecuación anterior, para x = xo ; h·G = Po ; h = Po/G El caudal total de descarga de agua dulce hacia el mar será: QT = Q·500 = m3/día Por otra parte, sustituyendo en la ecuación costera 2, para x = xo ; h·G = Po ; h = Po/G Se puede calcular a qué distancia se encuentra el pie de la interfase de agua salada xo y cuál es el nivel freático correspondiente hº.

24 Soluciones analíticas
Flujo vertical Acuífero confinado (Glover, 1959)

25 Flujo vertical Soluciones analíticas Acuífero libre (Verruijt, 1968)
Xo x Zo Zs Z S<Z S>Z Zona continental Zona costera Flujo vertical Acuífero libre (Verruijt, 1968)

26 Acuífero libre (Strack, 1976)
Soluciones analíticas N Q N pozo N.F. N.M. hd Mar q f z e QL Agua dulce interfase Agua salada zs fo pie de la interfase rw xw Zona costera Zona continental x y pie de la interfase L Mar x pozo QL Flujo horizontal L Acuífero libre (Strack, 1976) Zona costera Zona continental

27 Soluciones numéricas Zs S S<Z S>Z Zona continental Zona costera

28 ECUACIONES Hipótesis de Ghyben-Herzberg (stacionario)
Hipótesis de Hubbert (transitorio) Zona continental (agua dulce) Zona costera (agua salada)

29 Soluciones numéricas Nivel del mar Condiciones de contorno
1o Flujo saliente (Dirichlet) Nivel prescrito 1º Flujo saliente (Neumann) Flujo prescrito 2o Flujo saliente (Cauchy) Flujo costero

30 Aplicaciones numéricas

31 La explotación de los acuíferos costeros
Problemas de intrusión marina

32 La explotación de los acuíferos costeros
Problemas de intrusión marina

33 La explotación de los acuíferos costeros
Reserva de una vez

34 La explotación de los acuíferos costeros
Islas (cuencas costeras)

35 La explotación de los acuíferos costeros
precipitación evapotranspiración agua dulce agua dulce agua salada Humedales (cuencas endorreicas)

36 La explotación de los acuíferos costeros
Problema de intrusión marina Un pequeño acuífero costero no confinado de tipo aluvial deltaico tiene forma aproximadamente rectangular, con 4 km de línea de costas de orientación N-S, y 1 km de ancho hacia el continente. La recarga subterránea (QL) se produce lateralmente en cabecera del acuífero, a 1 km de la costa, a razón de 1 m3/día por cada metro de borde continental (4 km de longitud). A 600 m de distancia perpendicular a la costa, aproximadamente en el centro del acuífero, existe un pozo de explotación de 2 m de diámetro que extrae un caudal Q de agua dulce de 400 m3/día. La conductividad hidráulica media del acuífero es 70 m/día y el sustrato impermeable, el cual es prácticamente horizontal, se sitúa a aproximadamente 20 m bajo el nivel del mar. La densidad del agua del mar es 1025 kg/m3. Dibujar la forma del nivel freático y de la cuña salina en una sección vertical perpendicular a la costa que pase por el pozo de explotación. ¿Cuál sería la distancia a la costa del pie de la interfase en su intercepción con el sustrato?. Se desea igualmente determinar la posición del nivel freático y de la interfase en el mismo pozo, así como en un piezómetro situado a 200 m al norte del mismo y a 300 m de la costa. Utilizar para ello la solución analítica de Strack, para flujo regional en un acuífero costero con una interfase brusca entre el agua dulce y el agua salada del mar, en la que se considera que el flujo es horizontal y estacionario. Puesto que el pozo está relativamente alejado de la costa y que la extracción no es importante, se puede asumir que la solución de Verruijt, la cual considera el flujo costero vertical, puede ser válida para determinar aproximadamente la posición de la interfase en la línea de costas.

37 Soluciones analíticas
Q pozo N.F. N.M. h ho Mar q zo f z e QL Agua dulce interfase Agua salada zs fo pie de la interfase rw xw Zona costera Zona continental 1 km x L = 1 km piezómetro y QL Mar x pozo Parámetros K = 70 m/día ; QL= 1 m2/día ; Q = 400 m3/día ; zs= 20 m ; G = 40 xw = 600 m ; rw = 1 m ; q = (QL · 4000 m - Q) / 4000 m = 0.9 m2/día Q 4 km

38 Soluciones analíticas
Q pozo N.F. N.M. h ho Mar q zo f z e QL Agua dulce interfase Agua salada zs fo pie de la interfase rw xw Zona costera Zona continental 1 km x L = 1 km piezómetro y QL Interfase para x = 0 (Verruijt) Mar x pozo Q 4 km Interfase para x = 0 (Strack) Zona costera x h z 0.0122 0.489 100 0.2343 9.377 200 0.3230 13.192 300 0.4006 16.023 400 0.4555 18.220 500 0.4921 19.686 550 0.4943 19.770 Para x = 0 ; y = 0 ; h = ho Co =

39 Soluciones analíticas
Q pozo N.F. N.M. h hc ho Mar q Agua dulce zo f QL z e interfase zc Agua salada zs fo pie de la interfase rw xw Zona costera Zona continental 1 km x L = 1 km piezómetro y QL Mar x pozo Interfase para x = 0 ; y = 0 (Strack) Zona costera Zona continental Q 4 km - pie de la cuña salina: zc = 20 m ; hc = zc/G = 0.5 ; fc = 20.5 m zona costera: h = hc (por aproximaciones sucesivas) xc = 621 m - pozo: h para x = xw + rw - piezómetro: h = m ; z = m para x = 300 m ; y = 200 m x h z 600 0.3220 12.880 620 0.4998 19.990 Pie de la in terfase 650 0.5602 20.0 750 0.6746 900 0.8037 1000 0.8820 pozo

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41 HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA
Tema 6 Relaciones río-acuífero Conceptos básicos Acuíferos costeros La zona no saturada Capilaridad Saturación Histéresis Parámetros El flujo del agua Régimen de equilibrio Régimen transitorio Experimentación

42 La zona no saturada El medio subterráneo medio poroso

43 La franja capilar

44 Capilaridad Ley de Jurin

45 Saturación en La Zona No Saturada

46 La porosidad eficaz (ne) o porosidad de drenaje
Saturación en La Zona No Saturada La porosidad eficaz (ne) o porosidad de drenaje es el coeficiente de almacenamiento del acuífero libre el cual depende de la retención específica (nr) o capacidad de campo y disminuye con la proximidad del nivel freático a la superficie n nr ne % de Contenido en agua

47 Histéresis en La Zona No Saturada

48 La conductividad hidráulica
en La Zona No Saturada

49 Conductividad hidráulica
Evaluaciones en La Zona No Saturada Carga hidráulica Brooks y Corey (1964) Saturación Humedad específica Conductividad hidráulica Presión de entrada de aire Presión de entrada de agua

50 _________________________
Flujo del agua en la Zona No Saturada Zona No Saturada Ley de Darcy Fórmula de Gardner Integrando _________________________ Zona Saturada Infiltración Evaporación Y(+) Y(-) +a -a Régimen de equilibrio

51 Conservación de la masa Ecuaciones generales de flujo
Flujo del agua en la Zona No Saturada Conservación de la masa Ecuación de Richards difusividad del agua Ecuaciones generales de flujo humedad específica Régimen transitorio

52 Soluciones analíticas
Flujo del agua en la Zona No Saturada Soluciones analíticas Soluciones numéricas - Condiciones de contorno Régimen transitorio

53 Ecuaciónes generales de flujo Condiciones de contorno
Flujo del agua en la Zona No Saturada Ecuaciónes generales de flujo Condiciones de contorno Superficie del suelo (infiltración-evaporación) Superficie del suelo (flujo gravitacional) Nivel freático Régimen transitorio

54 Zona No Saturada Soluciones numéricas

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56 La Zona No Saturada Métodos de terreno Experimentación
Métodos de laboratorio Métodos de terreno

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58 Métodos de medición Lisímetros

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