Análisis de Interacción

entre Aguas Subterráneas y

Lagunas

Introducción

Existen 3 métodos para el análisis de la interacción entre aguas subterráneas y lagunas:

1. Monitoreo de pozos

2. Piezómetros Portátiles

3. Medición de la Infiltración

Monitoreo de Pozos

Es la medición combinada de la carga hidráulica de los pozos cercanos al cuerpo de agua superficial y el nivel de este último. Como resultado obtenemos el gradiente hidráulico. Existen 2 enfoques de este método: • Aproximación por segmentos • Aproximación con redes de flujo

La conductividad hidráulica (K), también necesaria para el cálculo del flujo, se puede obtener de ‘slug tests’ realizados en los mismo pozos que se realizaron las mediciones de carga hidráulica.

Monitoreo de Pozos

Aproximación por Segmentos La ribera de una laguna es dividida en segmentos, el número de ellos dependen de la locación y el número de pozos cercanos. Cada segmento de la ribera está asociado un pozo, conductividad hidráulica, y gradiente hidráulico que serán aplicados a todo el segmento. La longitud de cada segmento multiplicado por la altura efectiva del acuífero, corresponderá al área por el que el flujo de agua entra o sale de la laguna.

Monitoreo de Pozos

Aproximación por Segmentos La ecuación de Darcy se aplica para calcular el flujo que transcurre por el plano vertical asociado a cada segmento.

Q = K * A * (h1 – h2)

L

Q: Flujo entre laguna y agua subterránea K: Conductividad Hidráulica A: Plano transversal producto de la línea de ribera, m, y la altura efectiva del acuífero, b. h1: Carga hidráulica en el pozo h2: Altura de agua de la laguna L: Distancia del pozo a la laguna

Monitoreo de pozos

Aproximación por Segmentos Asunciones para el método: 1. Toda el agua intercambiada con la laguna,

atraviesa un plano vertical ubicado en la línea de ribera ‘m’, que se extiende una profundidad ‘b’. Flujos por debajo de ‘b’ no realizan intercambio con la laguna.

2. La dirección del flujo es perpendicular a la línea de ribera.

3. El gradiente hidráulico entre el pozo y la laguna es uniforme.

4. El acuífero es homogéneo e isotrópico en cada segmento.

Monitoreo de Pozos Aproximación por Segmentos Aunque la ecuación de Darcy es comúnmente usada para calcular el flujo entre aguas subterráneas y superficiales, el supuesto de profundidad constante, b, no se cumple en las inmediaciones de la laguna, donde el nivel freático se empina. Bajo estas condiciones es más apropiado utilizar la ecuación de Depuit que permite el aumento de la pendiente:

Q = K * m * (h12 – h22)

2L

h1: nivel del acuífero en el pozo h2: nivel del acuífero en el borde de la laguna

Monitoreo de Pozos

Aproximación por Segmentos

Supuestos de la Ley de Depuit:

1. Los sedimentos son homogéneos e isotrópicos

2. El flujo del acuífero es paralelo a la pendiente del nivel freático.

3. Para pequeñas pendientes las líneas de flujo son horizontales.

Monitoreo de Pozos Aproximación por Segmentos

Aunque la ecuación de Depuit es más apropiada para las condiciones descritas, el error obtenido de utilizar la ecuación de Darcy es relativamente pequeño, con respecto a la incertidumbre de la determinación de la conductividad hidráulica (K).

Los errores son pequeños, aún para grandes gradiente:

Por ejemplo, para una gradiente de 0.1 y los siguientes valores para un segmento de 1 metro:

h1 = 60 m, h2 = 50 m, L = 100 m, K = 100 m/d

Flujo de Depuit = 55 m3/d

Flujo de Darcy = 50 m3/d

Aproximación por Segmentos Ejemplo del método, utilizando la ecuación de Darcy: Conclusión: • Flujo de entrada a la Laguna = 29104 m3/d • Flujo de salida de la Laguna = 29447 m3/d

Monitoreo de Pozos

Monitoreo de Pozos

Aproximación con Redes de Flujo Es un método gráfico que calcula el flujo neto en condiciones laminares, continuas, en un plano bidimensional. Utiliza la ecuación de Darcy y la distribución de las líneas de flujo que son generadas con software. Las redes de flujo, consisten en líneas equipotenciales y las líneas de flujo, ambas perpendiculares entre sí. Un número suficiente de líneas de flujo son dibujados para formar ‘cuadrados’. Las áreas entre las líneas de flujo se les llama ‘streamtubes’. Los intervalos entre las líneas equipotenciales se les llama ‘head drops’

Monitoreo de Pozos

Aproximación con Redes de Flujo Una vez construida nuestras redes de flujo, se aplica la siguiente forma de la ecuación de Darcy, para aproximar el flujo que sale o entra de la laguna.

Q = M ∗ K ∗ b ∗ H

n

M = número de ‘streamtubes’ a través de la red de flujo H = ‘head drop’ total a través del área de interés n = número de ‘head drops’ equipotenciales en el área de interés.

Monitoreo de Pozos Aproximación con Redes de Flujo

A continuación se presenta un ejemplo de aplicación de este método. Las líneas equipotenciales representan intervalos de carga hidráulica de 10 metros y el flujo total de intercambio con la laguna se da a través de 7 ‘streamtubes’. Usando los valores de K=20, b=30, M=7, H=35, n=3.5. Resulta un flujo de entrada, Q = 42000 m3/d. Y un flujo de salida, Q = 42000 m3/d. Estos resultados se diferencian notablemente con los obtenidos en la aproximación por segmentos. Por lo que se puede inferir que el método de los segmentos puede tener errores si los segmentos no tienen características uniformes.

Piezómetros Portátiles También llamados Potenciomanómetros hidráulicos, son unos dispositivos que constan de una sonda conectada a un manómetro. El manómetro provee una comparación entre el nivel de agua de la laguna y la carga hidráulica debajo del cuerpo de agua, a la profundidad que la pantalla del final de la sonda se coloque. La diferencia de los 2 valores nos permiten conocer la gradiente hidráulica. Llevando la sonda a diferentes profundidades, podemos obtener información de la variabilidad de gradiente vertical con la profundidad. Cuando el dispositivo está conectado a un medidor de infiltración, se puede tener información de la conductividad hidráulica (K) de los sedimentos. Es un dispositivo útil para determinar rápidamente la dirección y magnitud del flujo en lagunas y humedales.

Piezómetros Portátiles

El diseño original de los potenciomanómetros consiste de dos tubos de acero anidados. El tubo interior contiene adherido una pantalla. El tubo exterior sirve de cobertura y protege la pantalla. Una vez sumergida la sonda a la profundidad deseada, debajo de la interfase agua-sedimentos, el tubo exterior se abre para dejar la pantalla expuesta.

Para mejorar las mediciones de diferencias en la carga hidráulica, aplicando vacío en la parte superior del manómetro, el agua es empujada hacia los tubos conectados, cuando el agua esta libre de burbujas y el menisco es visible, la diferencia entre ambos meniscos corresponde a la diferencia de carga hidráulica. El dispositivo funciona bien en arenas finas y materiales gruesos, pero se hace dificil empujar el agua por la pantalla en sedimentos con contenido de limo, arcillas y depósitos orgánicos.

• Un medidor de la infiltración es el dispositivo comúnmente usado para la medición de flujo de agua a través de la interfase agua-sedimentos.

• Las primeras versiones de este dispositivo eran costosas y difíciles de manejar, y estaban diseñadas para medir pérdidas en canales de irrigación.

• Lee (1977) desarrolla una nueva versión, de bajo costo, que consiste de un recipiente abierto de 208 litros que tiene adherido una bolsa que contiene un volumen de agua conocido.

Medición de la Infiltración

• El recipiente es sumergido en el cuerpo de agua y es colocado en el sedimento para contener la infiltración que cruza la interfase sedimento-agua.

• El cambio del volumen de agua contenido en la bolsa durante el tiempo de medición, corresponde a la tasa de infiltración por la capa cubierta por el recipiente. Este flujo puede ser expresado como una velocidad de infiltración al dividir por el área correspondiente.

Medición de la Infiltración

Medición de la Infiltración

Cuando las mediciones se hacen en aguas poco profundas, se adiciona a la instalación un tubo vertical de venteo, que permite que las burbujas de aire no obstruyan el flujo de entrada a la bolsa.

Gracias por su interés en este tema

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