Estudio hidroquímico del acuífero del cuaternario de Javea. María Pilar Blasco Alemany.

Transcripción

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2 r y UNX VHJRSIDAJD JDE A L I CA3ST1TJS FACUL TAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÁNICA E INGENIERÍA QUÍMICA DIVISIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA FACULTAD De CIENCIAS DE ALICANTE j j Qusd registrd si íli.jf?- n, : -...&..Á..: \\ i; i de libr cr xsdr;;. c; vie. i j Alicnte..AT. tí JWju^J t de 19< JL. j,! I2.i Se e-reí fi, jí vfrrt-yvyfs^^t^wt^r^z^s. ÍS'X'ULOXC? HIDIZOQTLJI1XICDCD JDISTJ, ACXJXF-&IZO JDJSI^ CZTA-T&FENAFT XO JDJS JTAVJ&A CAJL* I<DANTJE> facültíbbeíe»e,! /!S-g;3L!TEC4 ÜNiVERSíDAD DE ALiCANTE < BIBLIOTECA >í <^/CA^ \ W N. REGIST3...S Ak FEGH/lffi.:l:ll.DPTO ", CDü j SIGSATÜSA ' ^...12/Z I Memri que pr ptr l Grd de Dctr en Ciencis Químics present MAFIA PILAR BLASCO ALBMANY ALICANTE 1988 ) «f*

3 FRANCISCO RUIZ BEVIA, Dr. en Ciencis Químics, Ctedrátic de Ingenierí Químic de l Universidd de Alicnte y VICENTE GOMIS YAGüES, Dr. en Ciencis Químics y Prfesr Titulr de Ingenierí Químic. CERTIFICAMOS: Que D"* MARÍA PILAR BLASCO ALEMANY, Licencid en Ciencis (Sección Químics) h relizd bj nuestr dirección en l División de Ingenierí Químic de l Fcultd de Ciencis de l Universidd de Alicnte, el trbj que bj el títul "ESTUDIO HIDROQUIMICO DEL ACUIFERO DEL CUATERNARIO DE JA VE A (ALICANTE)", cnstituye su memri pr spirr l Grd de Dctr en Ciencis Químics, reuniend, nuestr Juici, ls cndicines necesris pr ser presentd y defendid nte el tribunl crrespndiente. Y pr que cnste ls efects prtuns, en cumplimient de l legislción vigente, firmms el presente certificd en Alicnte, cinc de Diciembre de mil nvecients chent y ch. Fd. Frncisc Ruiz Beviá Ctedrátic de. Ingenierí Químic Fd. Vicente Gmis Ygües Prfesr Titulr de Ingenierí Químic

4 A mis pdres A Vicente «4... ''- 'GNATURA

5 A GFADECIMIENTOS En primer lugr y muy especil mente, quier grdcer ls Dctres D. Frncisc Ruiz Beviá y D. Vicente Gmís Ygües l dirección, cnsejs, py e inestimble yud, que en td mment me hn prestd l lrg de est investigción. A D. Jsé Antni Pin, Prfesr Titulr de l División de Gelgí de l Fcultd de Ciencis de l Universidd de Alicnte, pr cunts duds, me h slucind en l prte gelógic de l investigción. A l empres AMJASA (Agus Municipl izds de Jáve S. A.), especilmente su cnsejer delegd D. Jsé Luis Peiró, que me h fcilitd de frm desinteresd cunt infrmción he slicitd pr l relizción de l presente investigción. A ls prpietris de tds ls pzs bjet de estudi de est investigción pr ls mlestis cusds durnte td el perid de tiemp que h durd el trbj. Quier mnifestr tmbién mi grtitud Vicente, Mrí Jsé, Juli, Cnch, Lli, Pepe, Pc y especilmente Alejndr pr l clbrción prestd en l tre de tm de muestrs. Deb mencinr tmbién mis cmpñers de División, pr su desinteresd clbrción brindd nte culquier prblem.

6 Finlmente he de gredecer muy especilmente ls rgnisms que hn prtd ls medis ecnómics pr l ejecución del trbj: A l CONSELLERIA DE CULTURA, EDUCACIO Y CIENCIA DE LA GENERAL 1TAT VALENCIANA pr l Bec cncedid pr l relizción de l Tesis Dctrl, y A l EXCELENTÍSIMA DIPUTACIÓN PROVINCIAL DE ALICANTE pr l yud ecnómic prestd y que el desrrll de está investigción científic se inició y se pud llevr cb grcis l cnveni específic "Red de clidd químic de gus cntinentles de l prvinci de Alicnte" que tiene firmd desde 1985 l División de Ingenierí Químic de l Universidd de Alicnte dentr del Cnveni Mrc Excm. Diputción - Universidd de Alicnte.

7 -1 - INDICIE i Ft&^xjjvr&isr i 3 I NTJROr> ZXCC T OKT ACUIFEROS Y AGUAS SUBTERRÁNEAS Ls gus subterránes IMPORTANCIA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS EN LA GESTIÓN DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS DISTRIBUCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA Ls cui fers DEFINICIÓN DE ACUIFERO TIPOS DE ACUIFERO PROPIEDADES DEL MEDIO POROSO CONSTI TUYENTE DEL ACUIFERO FORMACIONES GEOLÓGICAS COMO ACUI- FEROS 18 2, 1.3 Fluj de gu subterráne en c u fers ECUACIONES DEL FLUJO SUBTERRÁNEO Ecución de cntinuidd Ley de Drcy CONDICIONES INICIALES Y DE CONTORNO Cndicines iniciles Cndicines de cntrn MÉTODOS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE FLUJO SUBTERRÁNEO H i drgequí m i c de ls cui'fers PROCEDENCIA DE LOS IONES COMPONENTES DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

8 - II MODELOS PARA LA COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS Mdels de. especicién. sturción Kdel s pr medí s unifrmes sin circulción de gu Mdel OS CVJ1 circulción ds. gu 36 2 ACUIFEROS COSTEROS E INTRUSIÓN MARINA Reí c i nes gu dulce gu sld en cuífers csters IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LAS RELACIONES AGUA DULCE-AGUA SALADA PROPIEDADES DEL AGUA MARINA INTRUSIÓN MARINA Anl i s i s cuntittiv de ls reí c i nes gu dulce gu sld ESTUDIOS ANTES DE 193: LA FORMULA DE GHYBEN - HERZBERG ESTUDIOS DURANTE EL PERIODO DE : LA TEORÍA DE MUSKAT Y HUBBERT ESTUDIOS DURANTE ESTUDIOS DESDE Hidrgequímic de l intrusión mr i n PRINCIPALES REACCIONES QUÍMICAS ENTRE EL TERRENO Y LA MEZCLA AGUA DULCE - AGUA SALADA Prcess ds. intercmbi iónic 63

9 - III Prcess de precipitción i^ dislución Prces de reducción de. sulfts ESTUDIOS SOBRE LA HIDROGEOQUIMICA DE LA INTRUSIÓN MARINA EL ACUÍFERO DEL "CUATERNARIO DE JA VEA " Si tuc i ón gegr' f i c Cl i mt I gí de l zn TERMOMETRIA PLUVIOMETRÍA Crcterístics gelógics e hidrgelógics del cuifer MATERIALES DEL ACUÍFERO CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS E HIDRÁULICAS DEL ACUÍFERO Alimentción y descrg del cui fer ALIMENTACIÓN DEL ACUÍFERO DESCARGA DEL ACUÍFERO OBJETO Y ALCANCE DE LA PRESENTE INVESTIGACIÓN 97 3 jyeat&ft I -AX.JBT.S' Y Dt&TOJDO^ TOMA DE MUESTRAS ' Punts de mués t re Peridicidd de l tm de mués trs Cnservción de ls muestrs Medids de ls niveles pi ezmá tries ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS 113

10 - IV I Métds nl ti es Reprducibi1 i dd de Js n 1 i si s Precucines en el nálisis del HCO&- y ph Ex c t i t ud de ls n' 1 i s i s 127 X?JEr.S, 7X_ TOADOS x> x s" us x isr r>& JL, OS RJBSUI^ TAJAOS VARIABILIDAD GEOQUÍMICA ESPACIAL S, 1. 7 Estudis medi nte di grms de Piper DESCRIPCIÓN TEÓRICA DEL DIAGRAMA DE PIPER APLICACIÓN DEL DIAGRAMA DE PIPER A LOS RESULTADOS ANALÍTICOS 183 S.l.2 Estudis medinte curvs de n i ve DESCRIPCIÓN TEÓRICA DE LAS CURVAS DE NIVEL APLICACIÓN DE LAS CURVAS DE NIVEL A LOS RESULTADOS ANALÍTICOS 198 S.l.3 Estudis medinte nálisis fc tr i BREVE DESCRIPCIÓN TEÓRICA DEL ANÁLISIS FACTORIAL APLICACIÓN DEL ANÁLISIS FACTORIAL S.l.4 Estd de sturción del gu CALCULO DE LOS ÍNDICES DE SATURACIÓN DEL AGUA RESPECTO A DIFERENTES FASES SOLIDAS ESTUDIO DEL ESTADO DE SATURACIÓN DEL AGUA DEL ACUIFERO 264

11 - V- S. 1.5 L Hidrgequími c de l intrusión slin en el Cutern r i c/e J*' ve. 267 S, 2 EVOLUCIÓN TEMPORAL 283 S.2. J Ev 1 uc i nes de ls n i ve les pi exrne tries de ls pzs 288 S.2.2, Evlución de ls cncentrcines de ines y su crrelción cn ls niveles piexmé t r i es POZOS PRÓXIMOS AL MAR CON GRANDES VARIACIONES EN ALGUNAS CONCENTRA CIONES DE IONES POZOS ALEJADOS DEL MAR CON GRANDES VARIACIONES EN ALGUNAS CONCENTRA CIONES DE IONES POZOS CERCANOS AL MAR CON PEQUERAS VARIACIONES EN LAS CONCENTRACIONES POZOS ALEJADOS DEL MAR CON PEQUERAS VARIACIONES EN LAS CONCENTRACIONES POZOS DE LA ZONA DEL TOSSALET 31 & GOJSTCZ, TUS" I CDNJ3& 35 T A JRENJD I CE 39 & BIBT.IOGIZAF-I A 345

12 -1-1 JR&^XJIG&N En el presente trbj se reliz un estudi detlld de ls crcterístics hidrquí mics del cuíter del Cuternri de Jáve. Este es un cuífer libre, en cntct direct cn el mr y en el que sus gus hn sid muy expltds, especilmente pr us urbn y grícl, l que h prducid un ciert grd de intrusión mrin. Durnte tres Ss se hn recgid dts nlítics de ls cncentrcines de ls cmpnentes de sus gus en distints pzs sí cm de sus niveles piezmétrics. Ls resultds btenids hn permitid el estudi de l vribilidd espcil y temprl de ls gus. Pr ell se hn empled distints métds tles cm ls de curvs de iscntenid y de nálisis fctril, estudiándse tmbién l evlución de ls distints cncentrcines de ines de cd pz y el estd de sturción del gu, sí cm ls reccines hidrquí mics durnte l intrusión del gu mrin en el cuífer. Ls estudis relizds muestrn un región centrl del cuífer fectd pr l intrusión mrin, estnd l zn de mezcl gu dulce - gu sld situd vris kilómetrs tierr dentr unque bservándse un liger retrces hci el mr en ls últims ñs. Además, ls resultds btenids

13 2 - permiten frmulr hipótesis bsds en l elevd slinizción de ls pzs próxims l Tsslet, sbre el psible cntct del brde sur del Cuternri de Jáve cn el cuífer del Tsslet y de ls gus de este cuífer cn el mr.

14 -3- S INTIZOJDZJCDCD I OJST 2, 7 ACUIFEROS Y AGUAS SUBTERRÁNEAS 2,1.1 Lms gus subterráne* IMPORTANCIA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS EN LA GESTIÓN DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS. Después del ire, el requerimient más esencil pr l vid humn es el gu. Se encuentr mplimente distribuid pr td el plnet y es lmcend y trnsferid de uns lugres trs en estd sólid, líquid gses trvés de ls diferentes cmpnentes cnstituyentes del cicl hidrgelógic, lguns de ls cules se muestrn en l figur Ls gus subterránes frmn prte de este cicl y cm se bserv en l tbl 2.1, cn un vlumen mundil estimd de uns 8.5 millnes de km 3 representn un.62% del gu ttl.

15 .Ck. (O R di «Ü 3 Di V R "O >i Ü m R ) 1 í O ) tj >l R Ü ü ) 5- * t ti -ti s c= ^ "** * ti *"*1 «^. s- re = ^ "5 <B C- ^ C» CL 2 Uj M -. C: «-. «i» v. «- & F» «S".<ri 5^ ii <i, ^E2 KJ v^ t^ flti <n C; * j <«l - * i *~ ^. " -* 5 i -.»J ( +3 R ti 3 bq ) >i ^

16 -5- Tbl 2.1 Distribución y tiemps de residenci estimds del gu en l Tierr. Dts recpilds pr Buwer (1978) y Bwen (198). Vlumen Prcentje (iles de km 3 ) Tiemp de residencié tifis) RESERVAS DE AGUA * Agu tmsféric 13 O. 1 O. 1 * Agu superficil - En céns En mres interires En lgs En rís En glcires y csquetes plres 29 - En J bims 5 * Agu subterráne - Vds 67 - En prfundiddes inferires 8 m 42 - En prfundiddes superires 8 m TOTAL MOVIMIENTO DEL AGUA * Evprción - Anul desde ls céns - Anul desde tierr * Precipitción - Anul sbre céns - Anul sbre tierr * Escrrentís - De gu superficil - De gu subterráne ls céns

17 -6- De este vlumen.de gu subterráne se clcul que uns 4.2 millnes de km**, ls crrespndientes prfundiddes myres de.8 Km, sn de gu slin su cste de extrcción es demsid elevd pr su prvechmient. Ls restntes 4.2 millnes de km s sn utilizbles cm gu dulce y representn un vlumen muy superir ls O. 126 millnes de km** de gu dulce lmcend en lgs y rís. Después de ls glcires y csquetes plres, ls myres reservs de gu dulce ls cnstituyen ls gus subterránes y de hí su imprtnci en el plntemient, desrrll y utilizción de ls distints recurss hidráulics.

18 DISTRIBUCIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA Cm indic Ber (1979), un frmción subterráne que cnteng gu puede dividirse en vris zns hrizntles de cuerd l prprción de espci de prs cupds pr el gu. L figur 2.2 muestr un distribución esquemátic del gu subterráne en un suel hmgéne. En ell se puede distinguir: ) Zn de sturción, limitd superirmente pr l superficie freátic (smetid l presión tmsféric) en l que el gu llen cmpletmente tds ls huecs existentes entre ls mteriles del suel. b) Zn de ereción zn vds: situd entre l superficie freátic y l superficie del terren. Tiene lgun pequeñ prción (prte bj de l zn cpilr, que después se define) sturd de gu permnentemente, y trs en ls que csinlmente tmbién puede prducirse sturción. Per trnscurrid un tiemp ests últims dejn de estr sturds l perder el gu grvific. Pr est rzón se cnce tmbién est zn cn el nmbre de zn n sturd. En ell su vez, se distinguen tres subzns:

19 «3 -i Ü ) ( Q) R ü «3 5 ( di 2 3 t )

20 -9- bj) Subzn smetid evptrnspirción: cmprendid entre l superficie del terren y ls extrems rdiculres de l vegetción que descns sbre él. Puede pr tnt, tener espesr muy pequeñ Centre 8 y 25 cm) cund n hy vegetción, pues el fenómen de evprción fectrá l gu de est zn que sciende pr cpilridd hst l superficie, lcnzr prfundiddes del rden de 3 ó 4 metrs. El gu cpilr isld suspendid, de est zn es l que emplen ls plnts pr sus funcines de nutrición y trnspirción. b.z> Subzn intermedi: sus crcterístics sn ttlmente similres l zn nterir y está situd debj de ell. N est fectd pr ls ríces de ls plnts y pr es su cmpcidd es myr. Un vez que h desprecid el gu grvífic, cntiene gu de retención y gu cpilr isld. b:s) Subzn cpilr: es l de trnsición l zn sturd prpimente dich y lcnz un ltur sbre l superficie freátic que depende de ls fuerzs cpilres que l hcen scender. Su prte inferir está tmbién sturd. El límite superir cn l subzn intermedi puede estr muy definid ser pens perceptible, según el tip de mteriles del suel.

21 ,2 Ls ctcuí fers DEFINICIÓN DE ACUIFERO Se denmin cuí fer (del ltín qu=gu, íer=llevr) quel estrt frmción gelógic que: i) Cntiene gu íi> Permite que cntiddes significtivs de gu puedn circulr trvés de él. Sí se nliz detenidmente est definición se bserv que el gu encerrd en un frmción gelógic (grvs de un rí, clizs muy grietds, reniscs prss) puede estr cupnd y se ls prs vcís intergrnulres que present l mism, ls frcturs griets que tmbién pueden drse. En este sentid se suelen empler ls denmincines de cuífers pr prsidd y cuífers pr frcturcíón fisurción pr cd un de ls css nterires TIPOS DE ACUIFERO Existen ds tips de cuí fers: 1. Acuí fers libres n cnfinds freátics: sn quells en ls cules existe un superficie libre del gu encerrd en ells, que está en cntct direct cn el ire y pr l tnt, presión tmsféric. En ls pzs que ls trviesen ttl prcilmente, l superficie btenid pr ls niveles

22 -11 - del gu de cd pz frm un superficie rel (superficie freátic). 2. Acvífers cutivs, cnfinds presión: sn quells en ls que el gu está smetid un ciert presión, superir l tmsféric, y cup l ttlidd de ls prs huecs de l frmción gelógic que l cntiene, sturándl ttlmente. Pr ell, durnte l perfrción de pzs en cuífers de este tip, l trvesr el tech del mism se bserv un scens rápid del nivel del gu hst estbilizrse en un determind psición. De cuerd cn éste y l psición del nivel tpgráfic de l bc del pz, pueden cnsiderrse pzs surgentes fluyentes quells en ls cules el nivel píezmétric est situd cts superir de l bc del pz y simplemente rtesins presión ls pzs en el mism cuí f er, per cuy nivel píezmétric quede pr debj de l superficie tpgráfic en ls lrededres del mism. Un vriedd de ests l cnstituyen ls cuífers semícutivs semicnfinds que pueden cnsiderrse cm un cs prticulr de ls cuí fers cutivs, en ls que el mur (prte inferir) y/ el tech (prte superir) que ls encierr n se ttlmente impermeble sin un mteril que permit un filtrción verticl del gu, muy lent, que limente el cuífer principl en cuestión, prtir de un cuífer ms de gu situd encim debj del mism. En l figur 2.3 se muestr un esquem de ls distints tips de cuí fers.

23 Q) 'O 1 D ft* >s +> ( O Q) «+> 1 Q) 3 Cr 1 Qj R * >H Ü <G P C QJ 1 ) di Oí CO Cvj 2 te 5 1 Qj 3 Ü «

24 PROPIEDADES DEL MEDIO POROSO CONSTITU YENTE DEL ACUIFERO El medi prs cnstituyente del cuí fer psee un red de huecs intercnectds, psdizs y fisurs trvés del cul un fluid puede penetrr. Usulmente se supne que el medi está cnstituid de prtículs discrets que frmn huecs de tmñ vribles, Intercnectds uns cn trs pr estrechs psjes. El cnjunt frm un cmplej red de cnl i lís irregulres trvés del cul un fluid puede fluir. El prámetr más útil en l descripción cuntittiv de es red de psjes es l prsidd. Existen trs prámetrs que tmbién pueden ser significtivs per que n vms describir cm sn el áre especí fíc intern, el tmñ de pr, el tmñ de grn l trtusidd. L prsidd de un mteril viene expresd pr l relción entre el vlumen de su prte vcí u cupd pr ire y/ gu y su vlumen ttl. L prsidd es pues: e = V^/Vt dnde V^ es el vlumen de huecs y Vt. el vlumen ttl. Vt, = V m + V^ siend V el vlumen de l prte sólid. El tip de empquetd de ls prtículs que cmpnen un rc determin el tip de pr, y simism l prsidd ttl.

25 -u- En l myrí de ls librs de hidrgelgí se encuentr l clsificción de Meinzer relcinnd l estructur de ls rcs cn su prsidd tl cm se expres en l figur 2.4. A) Depósit sedimentri de grnulmetrí hmgéne y grn prsidd, B) Depósit sedimentri de grnulmetrí hmgéne cuy prsidd h disminuid pr cementción de sus intersticis cn mteris minerles, O Depósit sedimentri de grnulmetrí hetergéne y escs prsidd, D) Depósit sedimentri de grnulmetrí hmgéne, frmd pr elements que su vez sn prss, pr l tnt prsidd muy elevd, E) Rc prs pr dislución, F) Rc prs pr frgmentción, Figur 2.4. Representción esquemátic de distints tips de rcs indicnd l relción entre su textur y prsidd. (Según Meinzer, 1923).

26 -15- Evídentemente, ests prpieddes n sn plicbles ls rcs que presentn permebilidd pr dislución frcturcíón, cm es el cs de ls rcs clcáres y en lguns css, de ls mteriles slins (blit, yess, nhidrit). Pr tr ld, n td l reserv de gu lmcend en ls prs del terren es recuperble medinte cptcines. Un ciert cntidd de gu siempre qued retenid en el suel debid ls fuerzs cpilres. El gu grvífic, l que n qued retenid, puede ser medid trvés de un prámetr más interesnte que l prsidd: l prsidd eficz (e«,). Se define ést cm el vlumen de gu que se btiene pr drenje grvitdnl (V«*> de un muestr de mteril permeble inícilmente sturd, en relción cn el vlumen ttl de l muestr (Vt). Así pues, l prsidd eficz es: e*> = V & /Vt. L prsidd eficz n represent más que un prción menud pequeñ de l prsidd ttl. Est bservción es imprtnte puest que ls reservs útiles de un mteril cuífer están cndicinds pr l prsidd eficz. L prsidd eficz está muy fectd pr l distribución de tmñs de grn y pr l presenci de rcill y su estd de hídrtción. Además, el vlr

27 -16- de l prsidd eficz depende del tiemp de drenje, pr ls mteriles cn un frcción fin imprtnte, y en relidd un vlr de l prsidd eficz puede en csines ser pc significtiv si n se indic el tiemp que h durd l medición. En l tbl 2.2 se muestrn dts de prsiddes ttles y eficces de diverss mteriles. Alguns dts, en especil ls referentes e<*, deben tmrse cn precución.

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29 FORMACIONES GEOLÓGICAS COMO ACUIFEEOS N tds ls frmcines gelógics, rcs en generl, pseen, l mism fcilidd pr trnsmitir y prprcinr gu en cntiddes precibles ecnómicmente. Ls cuífers que se presentn cn myr frecuenci están frmds pr depósits n cnslidds de mteriles suelts, tles cm rens, grvs, mezcl de mbs etc., pudiend ser su rigen gelógic distint: fluvil, cm ls que frmn ls mteriles luviles de ls rís ls terrzs de ls misms; deltic, si se trt de depósits cumulds en l desembcdur de ls rís; depósits sedimentris csinds pr l cumulción de prtí culs trnsprtds pr l grvedd, vient, hiel etc.. Debid, en generl, sus buens cndicines de recrg (buen prsidd, existenci de mss crrientes de gus que ls recrgn), su permebilidd y l pc prfundidd de su nivel piezmétríc, suelen dr ntbles cudles de gu si se expltn cnvenientemente. De entre ls rcs sedimentrís cnslidds, que encierrn el 95% de ls gus subterránes de l Tierr, l más imprtnte es l cliz, rc frmd csi exclusivmente pr crbnt de clci. De cuerd cn el mbiente sedimentri existente en su frmción y el desrrll psterir de zns permebles pr dislución del crbnt (es decir, l frmción de un "crst") se puede llegr l frmción de verdders "rís subterránes". Muchs de

30 -19- ls fuentes surgencis fmss pr su cudl su psición submrin pseen un rigen cárstic. Sin embrg, ests rcs si n están crstifícds, suelen ser pc permebles, l mism que ls mrgs, intermedis entre clizs y rcills. Ls cnglmerds y reniscs, cnsiderds cm grvs y rens cementds, ven disminuid su prsidd y permebilidd cus del cement que ls une y les d chesión. Si éste h desprecid en prte, debid un dislución químic bien n rellenó ttlmente ls prs intergrnulres, ls cuífers que cmpnen pueden ser bjet de expltción. En ls rcs vlcánics es difícil estblecer un clsificción de ls misms respect si cnstituyen n buens cuí fers, puest que dependen de ls crcterí stics físics y químics de ls prpis rcs, de l erupción que ls riginó, del grd de lterción, edd, etc. Finlmente, en ls rcs ígnes y metmórfics (grnits, dirits, gbrs, pizrrs y esquists) ls únics psibiliddes de frmr buens cuífers residen en l zn lterd superficil, en ls regines muy frcturds pr flls y díclss que permitn un precible circulción de gu. De tds mds, cnstituyen ls peres cuí fers en cunt rendimient en cudl.

31 Fluj de gu subterráne en cu fers ECUACIONES DEL FLUJO SUBTERRÁNEO Cm se h mencind en prtds nterires el fluj de gu trvés del medi prs se llev cb trvés de l red de psjes que unen ls prs del medi. Ls ecucines de fluj de este medi prs están referids l velcidd superficil (velcidd vlumétric de fluj trvés de l unidd de áre de l sección del sólid más el fluid) prmedid en un pequeñ región del espci (pequeñ cn respect ls dimensines mcrscópics del sistem de fluj per grnde cn respect l tmñ de pr). Pr est rzón, est velcidd superficil l designrems pr el vectr q (cudl / sección). Lógicmente, ls ecucines diferenciles que definen el fluj subterráne serán ls btenids prtir de ls blnces mcrscápics de mteri y de cntidd de mvimient: l ecución de cntinuidd y l ley de Drcy Ecución de cntinuidd L ecución de cntinuidd básic, mdificd pr su plicción medis prss es: (Ber, 1979): *% P> = <V (p q>> <2.1)

32 -21 - dnde e es l prsidd del medi y p l densidd del fluid. Pr el cs de un cvífer libre, l cmpresibilidd del medi y del fluid sn reltivmente insignificntes y pr tnt l ecución (2.1) se trnsfrm en: V.q = O (2.2) Est ecución básic es mdificd pr ls distints crcterístics del tip de estudi que se desee llevr cb. Pr ejempl en un prblem reginl grn escl, un recrg uns pzs de bmbe pueden menud ser idelizds cm fuentes sumiders. En tl cs el gu es inyectd bmbed en un punt del medi y l ecución de cnservción de ms debe mdificrse : n P y.q^-zqi, S(x-x h.) S(y-y^) 6(z-z*) (2.3) k en l que n f.-> es el númer de fuentes y sumiders, (?«es ej cudl vlumétric (psitiv pr un fuente y negtiv pr un sumider) de l fuente sumider k, (xt, :, yh, ZK-) sus crdends y S(p) es l función delt de Dírc cuy vlr es O pr p^o y 1 pr p= Ley de D rey Cn bjet de cmpletr l descripción de fluj en un medi prs, es necesri un relción entre l presión, ltur del fluid y velcidd

33 -22 - superficil. Cn hipótesis significtivs, tl relción puede derivrse de ls ecucines de Nviei Stkes. Sin embrg el resultd cntendrí un más fctres descncids que prvienen de un incmplet descripción de l exct gemetrí de ls prtículs de suel y prs en el medi. Drcy en 1856, investignd el fluj de gu en filtrs de ren cnectds cn ls fuentes de l ciudd de Dijn (Frnci) llegó ls misms resultds. Demstró empíricmente l ley que llev su nmbre y que tridimensinlmente puede escribirse cm: q= - K V (2. 4) en dnde jis es l crg bidrstátic: = (p/pg)+z (2.5) siend p l presión, z l elevción y K el ceficiente de permebilidd cnductividd hidráulic. L sustitución de l Ley de Drcy (2.4) en l ecución de cntinuidd (2.2) d: V. (K V ) = O (2.6) Además, si se cnsider que l cnstnte de prprcinlidd K es cnstnte, se btiene: S^ef d^ 3^'f V * =. " +.-'. +, f = O (2. 7) ^ ky- 1 Zy- Sz-' que es l ecución de Lplce. Es un relción válid pr fluj en régimen estcinri en un cuífer

34 -23- libre cnfind y un excelente prximción l fluj n estcinri. Cund se cmbin cn cndicines de cntrn prpids cnduce un descripción decud de muchs prblems en medis prss. El ceficiente de permebilidd cnductividd hidráulic K de l ley de Drcy, en el cs de medis nisó trps, en ls que n es l mism en tds ls direccines, es un tensr de nueve cmpnentes. En cmbi, si el medi es hmgéne K es un cnstnte que mide l fcilidd cn que un mteril dej psr el gu su trvés. Ls fctres que determinn l permebilidd dependen del terren dnde se sient el cuífer y de ls prpieddes del fluid fundmentlmente su viscsidd y su pes especí fic. Ests ds prpieddes dependen de l tempertur, pr l que en css especíles debe tenerse en cuent ést, sbre td pr l ntble influenci de l viscsidd en l perme bilí dd. Pr tener un ide de rdenes de mgnitud de l mism, en l Tbl 2.3 se reprducen lguns vlres del ceficiente de permebilidd pr distints terrens. El prduct de l permebilidd pr el espesr del cuí fer d l trsmísividd que es tr prámetr crrientemente utilizd.

35 -24- Tbl 2.3 Vlres del ceficiente de permebilidd pr distints mteriles. Dts recpilds pr Custdi y LLms (1976). Mteril K (m/di) Clificción Drenje Grv Limpi >1 Buens cilífers Drenn bien Aren grues lí mpí 1 1 Buens cuífers Drenn bien Mezcl de ren 1 5 Buens cuífers Drenn bien Aren fín 5 1 Buens cuífers Drenn bien Aren 1 ims 2.1 Acuífers pbres Drenn bien Lim.5. 1 Acuífers pbres Drenn nl Arcill <. 1 Impermebles N drenn El ceficiente de permebilidd n es útil pr velciddes superficiles grndes y que medid que ést se increment, l relción entre ell y el grdiente hidráulic v j& se v desvind grdulmente de l lineridd expresd pr l Ley de Drcy. L ley puede cnsiderrse válid pr númers de Reynlds referids tmñ de grn (en ls que en l expresión Re=pdq/jJ, d represent el tmñ del grn) menr que 1, cndición que se cumple en l myrí de cuífers. Sin embrg, pueden drse númers de Reynlds myres en frmcines cárstics en cuí fers en l vecindd de slids cm pr ejempl muy cerc de pzs, mnntiles etc..

36 CONDICIONES INICIALES Y DE CONTORNO Pr l r&slucíón de ls ecucines diferencíles nterires es necesri dispner de ls cndicines de cd prblem en prticulr que cnduzcn un únic slución. Ests especificcines deben incluir: - L gemetrí del dmini dnde se cnsider que fluye el fluid. - Cndicines iniciles que describen el estd inicil del fluid. - Indiccines de cm se cnsider que el fluid interctú cn sus lrededres Cndicines iniciles Ls cndicines iniciles incluyen l especificción de en tds ls punts dentr del dmini de fluj un tiemp Inicil Cndicines de cntrn Ls distints tips de cndicines de cntrn que se pueden estblecer en ls prblems de fluj trvés de medis prss sn ls siguientes: - Cntrn de ptencil definid: se define el ptencil de tds ls punts de un cntrn. En terí de ecucines diferenciles, ls prblems cn cndicines de cntrn de este tip se les denmin de Diríchlet de primer tip

37 -26- Cntrn de fluj definid: se define el fluj perpendiculr un superficie de cntrn en tds sus punts. Pr ejempl, si se tiene un cp impermeble, el fluj nrml tds ls punts de es superficie es cer. A ls prblems cn est clse de cndición se les cnce cm de Neumnn de segund tip. Cntrn semimpermeble: se define el cudl que está trvesnd l cp semimpermeble. Es un cndición de cntrn denmind de Cuchy de tercer tip. Superficie freátic n estcinri cn sin dición exterir de gu. Cm l psición de l superficie freátic n se cnce, se estblece un ecución diferencil que deben cumplir tds sus punts. Superficie de gte de rezume: se d cund l superfie libre en el sentid de gus bj es crtd pr un superficie en cntct cn l tmósfer. L cndición de cntrn es que l presión de ess punts es l tmsféric.

38 MÉTODOS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE FLUJO SUBTERRÁNEO Cm se h mstrd en ls prtds nterires un prblem de fluj de gu subterráne se define medinte un cnjunt de ecucines diferenciles (ecución de cntinuidd y ley de Drcy) y un cnjunt de cndicines iniciles y de cntrn. En principi, existen tres clses de métds pr l reslución de ests prblems: - Métds nlítics que dn l slución exct de ls ecucines diferencíles medínte funcines nlítics tbulds. Desfrtundmente, en l myrí de estudis n es psible encntrr un slución nlític, fundmentlmente debid ls irregulriddes de ls cntrns del cuífer. - Métds nlógics que resuelven l ecución diferencil de frm indirect. Pr ell se cnstruye un mdel nlógic utiliznd un fenómen físic que teng un ecución diferencil del mism tip que l del cuí fer estudir. Ls más imprtntes sn ls que utilizn l nlgí eléctric, y se ls más simples cn ppel cnductr ls más cmplejs cn resistencis y cpciddes. - Métds numérics nrmlmente bsds en cálcul cn rdendr. Sn hy en dí l mejr herrmient pr l reslución de ls prblems encntrds en l práctic. Ls más utilizds sn el métd de diferencis finits, el métd implícit de sentid lternnte (Pecemn y Rchfrd, 1955), el mé-