modelación modflow t3 mecánica de fluidos
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UPN, Ing. Ambiental.TRANSCRIPT
RECARGAS DE ACUÍFEROS Y NUEVAS TÉCNICAS
CARLOS ARROYO BLANCO
ANGIE RODRÍGUEZ, ANGIE
JAZMÍN SIFUENTES IPANAGUIRRE
CASTILLO VÁZQUEZ SHIRLEY
SERGIO HUAMAN VALDIVIA
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE – SEDE LOS OLIVOS
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL
CURSO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
LIMA – PERÚ
2015
CÉSAR HERBOZO Y ROMERO
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DEDICATORIA
Este trabajo de investigación se lo dedicamos a nuestros padres; los cuales nos apoyan en nuestro día a día para ser mejor personas y cumplir la meta de ser profesionales.
A Dios, pues nos da la oportunidad de despertar cada día para ser mejores hijos y personas dentro de nuestra sociedad.
A nuestro profesor que es el guía en nuestro aprendizaje, dándonos las herramientas adecuadas para prepararnos a la vida y los retos que se representan en la sociedad.
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INDICE
CAPÍTULO I:
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………….. 4
1.1 Planteamiento de problema…………………………………………………………………. 4
1.1.1 Realidad Problemática………………………………………………………………….4
1.1.2 Formulación del problema………………………………………………………….…4
1.2 Objetivos………………………………………………………………………………………5
1.2.1 General………………………………………………………………………………….5
1.2.2 Específicos……………………………………………………………………………..5
1.3 Justificación…………………………………………………………………………………...5
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes……………………………………………………………………………....… 6
2.2 Bases Teóricas ……………………………………………………………………………….7
CAPITULO III: MATERIAL Y MÉTODOS 16
3.1 Materiales Utilizados ……………………………………………………………………….16
3.1.1 Para la Recolección de Muestras……………………………………………………..16
3.1.2 Para el Procesamiento de Muestras…………………………………………………..16
3.2 Técnicas, procedimientos e instrumentos…………………………………………………...16
3.2.1 De Recolección de datos……………………………………………………………...16
3
3.2.2 De Procesamiento de datos…………………………………………………………… 17
3.3 Procedimientos……………………………………………………………………………….18
CAPÍTULO IV : RESULTADOS ……………………………………………………………23
CONCLUSIONES……………………………………………………………………………...26
RECOMENDACIONES………………………………….……………………………………27
FUENTES DE
REFERENCIA……………………………………………………………………………….... 27
ANEXOS.......................................................................................................................................28
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RESUMEN
El presente informe que será detallado a continuación nos muestra el uso de las aguas
subterráneas dando lugar a una competencia del recurso entre el consumo humano y de riego
agrícola; aprovechando así el uso hídrico, “la escasez de agua dulce y su contaminación ocupan
respectivamente el segundo y tercer lugar del problema ambiental mundial” (PNUMA, 1999),
señalando así que la escasez y el alto sumo del agua dulce ponen en peligro el desarrollo
sostenible, la seguridad alimentaria, el desarrollo industrial, la salud y el bienestar humano. Sin
embargo las fuentes superficiales como ríos y lagos, así como los acuíferos están siendo
contaminados y sobreexplotados con el alto riesgo de convertirse en recursos no renovables y no
aptos para uso humano. Por lo tanto mediante el uso del programa MODFLOW (Geological
Servicie 3.1) se tratara de simular con datos recreados de una posible realidad con el fin de
mostrar el uso de este y como funciona frente a la realidad en la que nos rodeamos.
PALABRAS CLAVES: Acuíferos, uso de aguas subterráneas y riego agrícola.
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CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
La poca planificación y gestión de los recursos hídricos subterráneos gira entorno a la
economía. Mientras que el cambio climático y el calentamiento global asecha en los recursos
naturales superficiales alterando así su naturaleza misma, pero por efecto de la percepción de lo
limitado del recurso, desde hace, relativamente pocos años existe un cambio en la conciencia
social y política de la importancia de los recursos hídricos.
En la Declaración de Dublín sobre el agua y el desarrollo sostenible (Conferencia
Internacional sobre el agua y el medio ambiente, CIAMA, 1992) se señaló que la escasez y el
alto consumo del agua dulce ponen en peligro el desarrollo sostenible, la seguridad alimentaria,
el desarrollo industrial, la salud y el bienestar humano.
Entre estas técnicas los modelos matemáticos, apoyados en la elaboración por el
programa MODFLOW, en los balances hídricos y los estudios multitemporales de evolución del
territorio se están conformado como herramientas únicas, que además de describir el
funcionamiento del área de estudio, y ayudar a la toma decisiones, son capaces de simular
posibles escenarios futuros sobre los cuales se pueden realizar inferencias de carácter predictivo.
Esta capacidad de generar escenarios futuribles, con ello también se pude suponer una alteración
del ciclo hidrológico y por tanto de la disponibilidad de los recursos.
Por este motivo, este trabajo pretende ser una herramienta de apoyo a una planificación
de los recursos naturales donde prime el uso eficiente y la racionalidad, frente a la construcción o
puesta en marcha de nuevas explotaciones.
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1.1. Planteamiento del Problema
1.1.1. Realidad Problemática
La contaminación de acuíferos es un tema de preocupación fundamentalmente en aquellos
casos en que el agua subterránea es fuente de abastecimiento de agua potable, también el sector
de crecimiento poblacional y productivo, el agua constituye uno de los componentes a considerar
al momento de definir una estrategia con respecto al uso y ocupación del territorio para lograr el
desarrollo sostenible de la región.
1.1.2. Formulación del problema
Frente a los diferentes problemas ya conocidos nosotros, estudiantes de Ingeniería
Ambiental nos planteamos estas preguntas:
¿Podemos realizar una hipótesis descriptiva con el uso del programa MODFLOW
(Geological Servicie 3.1)?.
¿Qué alternativa de solución podemos brindar a las personas que usan o no los acuíferos?
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General
Analizar la influencia generada por el desplazamiento de las aguas subterráneas.
Manejar correctamente el software para la simulación del empleo del acuífero.
1.2.2. Objetivos Específicos
Conocer la importancia del acuífero y el uso que se podría desarrollar.
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1.3. Justificación
El agua es uno de los recursos naturales más preciados del planeta. Más de mil millones
de personas no disponen de agua potable, lo que provoca que cada año mueran unos tres
millones y medio de personas, en su mayor parte niños, a causa de enfermedades relacionadas
con la falta o el mal estado del agua. Por ello, la distribución equitativa y la explotación
sostenible de este recurso se presentan como uno de los principales retos del siglo XXI. En la
consecución de esta meta, los acuíferos pueden jugar un papel relevante, Sin embargo, la
contaminación, ya existente en algunas zonas, va extendiéndose lenta e irreversiblemente, debido
a varios motivos: el incorrecto uso de los compuestos químicos agrícolas en los cultivos
intensivos, el vertido de residuos urbanos e industriales y la inadecuada o inexistente gestión en
los acuíferos costeros, que acaban siendo contaminados con el agua salada del mar, quedando
inservibles para el consumo humano. Este problema es especialmente grave en la medida en que,
una vez que se ha contaminado el acuífero, su recuperación es de gran complejidad técnica y
supone un elevado coste.
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CAPÍTULO II
MARCO TEORICO
2.1. Antecedentes
A nivel mundial la problemática en materia de agua es abordada bajo distintos enfoques,
pudiendo ser investigación, científica, tecnológica, social, entre otras.
Prickett y Lonnquist (1971), en los años del 60 y 70 realizaron simulaciones Electrónicas,
se realizaba una maqueta del acuífero en la que unas resistencias y condensadores simulaban
respectivamente las distintas permeabilidades y coeficientes de almacenamiento. El flujo
eléctrico hacia el papel del agua y el potencial eléctrico equivalía al potencial hidráulico. La
solución era muy laboriosa y bastante limitada.
En 2006, realizaron en la planicie de Trifa, un modelo hidrogeológico con los software
MODFLOW y WetSpass, estableciendo las cantidades que se necesitan para satisfacer las
necesidades de riego y con esto predecir la sostenibilidad de los recursos de agua subterránea en
la planicie de Trifa y evaluar las posibles acciones de gestión.
En el modelo transitorio indica que el tiempo de respuesta del acuífero es aproximadamente
de un año hidrológico, lo cual permite el desarrollo de estrategias de gestión dentro del horizonte
de tiempo.
En 2007, realizaron modelos numéricos en régimen permanente y transitorio, para
conocer el sistema de flujo de aguas subterráneas, utilizando el software MODFLOW Visual.
Los resultados del modelo indican que el bombeo induce un descenso en el flujo base,
agotando la descarga del rio. En este proceso llega a ser crítico durante periodos secos cuando el
riego aumenta.
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Knowles, et al. (2007), trabajaron en la calibración del modelo de flujo de agua
subterránea en la subregión del acuífero Port Willanga, en Australia; utilizaron una técnica de
modelación inversa, basada en minimización funcional.
Con este método propuesto generaron las estimaciones de transmisibilidad, Coeficiente
de almacenamiento y recarga en toda la subregión.
Gaur, et al. (2011), realizaron en la sub cuenca del Rio Banganga, India, un estudio
haciendo uso de modelos numéricos y un SIG, para modelar el flujo del agua subterránea
utilizando el MODFLOW. Se elaboraron distintos tipos de mapas temáticos tales como:
geológicos, geomorfológicos, de suelos, drenaje, factor de pendiente y usos de suelo para
identificar las zonas que pudieran contener agua subterránea. Los mapas elaborados se
sobrepusieron sobre la zona de estudio para validar los resultados del modelado, y con evidencia
de pozos perforados se validaron los resultados.
2.2. Bases Teóricas
Ciclo hidrológico:
En este ciclo el agua se mueve constantemente desde la atmosfera hasta la tierra, pasa por
los ecosistemas, vegetación, animales, suelo y por la corteza terrestre a océanos elemento y luego
regresa a la atmósfera existe una gran interacción entre los diferentes elementos que forman el
ciclo hidrológico.
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El ciclo puede verse también como un sistema. En este sistema pueden verse los
elementos del mismo colocados en el recuadro y los diferentes procesos de cambio representados
por las flechas cuya dirección indica que son o bien variables de entrada al sistema, o bien
variables de salida desde el mismo.
Los elementos del ciclo hidrológico constituyen la base para el desarrollo de los
ecosistemas y regiones naturales.
Acuíferos:
Es aquella formación geológica capaz de almacenar y transmitir el agua a través de ella
cantidades significativas, de modo que puede extraerse mediante obras de captación; presenta
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dimensiones muy variadas, desde pocas hectáreas de superficie hasta miles de kilómetros
cuadrados.
Tipos de Acuíferos:
Acuíferos libres, no confinados o freáticos
Son aquellos en los que el límite superior de la masa de agua forma una superficie real que
está en contacto con el aire, por tanto, a presión atmosférica. Cuando se perfora un pozo desde la
superficie del terreno, el agua aparece en el pozo al alcanzar el nivel freático.
La recarga de este tipo de acuíferos se realiza principalmente por la infiltración de la
precipitación a través del suelo y de la zona no saturada o por infiltración de agua de ríos o lagos.
Acuíferos cautivos:
Son aquellos que en su límite superior o techo, el agua está a una presión superior a la
presión atmosférica. Se comportan así los materiales permeables que están cubiertos por una
capa confinante mucho menos permeable (por ejemplo, una capa arenosa bajo otra arcillosa).
Durante la perforación de los pozos en acuíferos de este tipo, al atravesar el techo del mismo se
observa un ascenso rápido del nivel del agua hasta estabilizarse en una determinada posición. A
este fenómeno se le solía llamar artesianismo en una determinada posición. El poso será
surgente cuando el nivel piezometrico esté situado a cota superior a la boca del pozo.
La recarga de un acuífero confinado procede principalmente de la lluvia que se infiltra
directamente a través de la zona en la que aflora la formación acuífera, es decir, donde el
acuíferos se comporta como libre o bien cuando está semi confinado.
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Acuíferos semi- confinados
Podemos considerar como un caso partículas de los acuíferos cautivos , en los que el muro, el
techo o ambos no son totalmente impermeables si no que permiten la circulación vertical de agua
, que puede hacerse desde o hacia el acuitado , e incluso variar con el tiempo , según sean los
valores relativos de los niveles piezometrico . A este de alimentación desde el acuitardo se le
denomina goteo.
Figura 1 Esquema de los tipos de acuíferos (tomado de Castany G.)
Intrusión del agua dulce al mar
La intrusión de agua salada o marina se debe al movimiento permanente o temporal del agua
salada hacia el continente; desplazándose la cuña marina al interior del agua dulce. Así, el agua
captada en un acuífero costero se contamina (saliniza) cuando la porción activa de la captación
se ve afectada por la zona de mezcla de agua dulce y agua salada.
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Según la FAO (1981) los problemas de aguas saladas en acuíferos continentales son debidos
en primer lugar, al agua de mar que quedó atrapada en los sedimentos durante su deposición o
durante los movimientos tectónicos. Por otra parte los domos salinos u otras sales contenidas en
las formaciones pueden producir aguas de elevada concentración total. Otro de los orígenes de
la contaminación de agua salada en un acuífero costero es la sobreexplotación de las aguas por
bombeo, descendiendo el nivel de agua freático y provocando el avance anormal de la cuña
marina.
La cuña marina es una masa de agua salada de gran longitud a lo largo de la costa, con
sección en forma de cuña apoyada en la base del acuífero y vértice o pie hacia tierra adentro en
donde se encuentra la zona de mezcla.
Figura 2: Desplazamiento de la cuña marina hacia el continente, donde se aprecia la zona de
mezcla agua dulce y agua salada.
A
Nivel del agua subterránea
Pozos de bombeo
B
Nivel del mar Agua dulce
Cuña de agua salada
Zona de mezcla
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Bear, Verruijt (1987) mencionan que el agua salada y el agua dulce son realmente dos
líquidos miscibles, por lo tanto en la zona de contacto entre ellos toman la forma de una zona de
transición causada por la dispersión hidrodinámica. Esta zona de mezcla, llamada también zona
de difusión, refleja con intensidad variable las propiedades químicas e hidráulicas de cada uno
de los líquidos originales, y su ancho depende de la difusividad y dispersividad del medio y de
las características del movimiento.
La zona de mezcla dentro de la cual se sitúa la interface teórica, es una zona dinámica en
la cual el agua se mueve no sólo como consecuencia de la diferencia de densidad, sino también a
consecuencia de cambios de nivel piezometrico en ambos líquidos.
El peso específico del agua dulce se puede considerar como d = 1000 kg/m3, siendo el
del agua marina mayor, entre 1020 y 1030 kg/m3, según la salinidad y la temperatura,
considerándose el valor más usual de s = 1025 kg/m3.
1. Posición de la cuña de agua salda en ausencia de mezcla
Formula de Ghyben-Herzberg
Los primeros estudios de la relación del agua dulce y del agua salada en regiones costeras
se realizaron en Holanda y Alemania por Badon Ghyben (1889) y Herzberg (1901) Se basa
en el equilibrio estático de columnas de agua de diferente densidad (Fig. 3.6). Las hipótesis
básicas admitidas son:
1) El flujo de agua dulce es perfectamente horizontal y por tanto el potencial es
Nivel freático
hNivel del mar
Agua dulce
ZZZ0
Agua salada
A
B
A`L
Z = 40h
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constante a lo largo de cualquier vertical.
2) No existe flujo de agua salada.
3) La interfase es un plano, no existiendo zona de mezcla.
Figura 2: Equilibrio de agua dulce y agua marina según Ghyben-Herzberg
Corrección de la relación Ghyben-Herzberg
La Ley de Ghyben-Herzberg no describe con exactitud la posición de la interface marina en
el acuífero y más aun, cerca al afloramiento del agua dulce en el mar. En la figura N° 3.7 se
observa un frente de descarga para el flujo del agua dulce a velocidades crecientes, esto debido a
la existencia de un gradiente piezometrico. Las líneas equipotenciales son constantes y las líneas
de flujo tienen una pendiente hacia arriba, la distancia a la interaccionara dada por la relación
Ghyhen- Herzberg (punto B) es menor que la profundidad real (punto A). Para gradientes
pequeños la diferencia se mantiene pequeña.
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Es importante mencionar que para que exista equilibrio (condición Ghyben-Herzberg)
entre el agua dulce y agua salada, se requiere que el nivel freático o superficie piezométrica
esté por encima del nivel del mar y la pendiente este dirigida hacia el Océano.
Figura 4 Influencia de la descarga de agua dulce a velocidades crecientes (Tomado
de Custodio y Llamas)
3.4.1 Inclinación de la interface
La condición para que la interface sea estacionaria exige que la velocidad del agua
dulce Vd y del agua salada Vs, sean paralelas para una misma sección vertical (Fig.
4)De la ley de Darcy:
Nivel del terreno
Nivel piezométrico
B A
h h
Nivel del mar
Agua dulce
Agua salada
A
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Igualando las presiones en un punto de la interfase.
Despejando hd y derivando la ecuación anterior respecto a la línea de la interfase (ds), se
obtiene la siguiente expresión:
Cuando el agua dulce y el agua salada están en reposo, en la interfase se cumple que Vd =
VS = 0, y la ecuación de la interfase es dz/ds = 0 (interfase horizontal)
Si el agua dulce está en movimiento y el agua salada en reposo (Vs = 0.)
Figura 5 Inclinación de la interfase agua dulce y agua salada (tomado de Custodio y Llamas)
De la figura N° 5, se obtiene lo siguiente:
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Reemplazando las dos últimas ecuaciones, en la penultima ecuación se obtiene:
A y A´ son las pendientes del nivel freático o piezométrico y de la interfase respectivamente, en
puntos que corresponden sobre un mismo equipotencial del agua dulce. Bear J. (1987), llegó a
demostrar que en el lugar de contacto entre la interfase y el fondo del mar, la inclinación de la
interfase llega a ser vertical.
3.4.2 Interfase dinámica
En la zona de mezcla existe una difusión entre los dos líquidos a ello se suma la dispersión
hidrodinámica originada por el movimiento del agua normalmente y a lo largo de la interfase,
esta zona de mezcla está en movimiento con velocidad paralela al plano central; asimismo, este
movimiento limita el espesor de la zona de mezcla, que es tanto menos gruesa, cuanto mayor es
el flujo.
El movimiento del agua de la mezcla es inducido por el movimiento del agua dulce. El mismo
movimiento provoca un flujo de agua salada hacia el interior del continente, para ello se precisa
de un gradiente y por eso el nivel piezométrico del agua salada en el terreno es ligeramente
inferior al agua libre del mar.
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Si hay intrusión marina, existe un mayor movimiento de agua salada hacia el interior del
continente y por lo tanto el valor de hs, es aún más negativo; la interfase es más profunda y más
inclinada lo que ocasiona, además que el espesor de la zona de mezcla sea menor. Si por el
contrario es el agua dulce la que está desplazando al agua marina, el movimiento del agua salada
hacia el mar precisa que hs sea positivo y por lo tanto su pendiente es mucho menor y el espesor
de la interfase es mayor lo que hace menor el lavado de sales. De acuerdo a Tyagi y Todd
(1975) mencionado por la FAO (1981) dan la siguiente clasificación para los regímenes de la
interfase:
a. Régimen de recarga: en la zona costera el agua dulce se mueve en el acuífero por encima del
nivel del mar y sale ligeramente mar adentro o en la misma línea de la costa. La interferencia es
parabólica.
b. Régimen de circulación reducida: debido a los bombeos o a deficiencias en la recarga
natural, el nivel del acuífero baja, aunque no por debajo del nivel del mar. La zona de salida del
agua dulce hacia el mar se reduce y la zona de transición se mueve tierra adentro hasta que
alcanza el equilibrio.
c. Régimen de circulación nula: un aumento en los bombeos produce un descenso en la
superficie piezométrica de tal manera que no se produce pérdida o salida del agua dulce al mar.
La zona de transición se hace más amplía, moviéndose tierra adentro a velocidad creciente.
d. Régimen de circulación invertida: el movimiento de la interfase tierra adentro se acelera
debido a un aumento en los bombeos y modificación de la superficie piezométrica, que está por
debajo del nivel del mar.
e. Régimen de sobre-explotación: las condiciones de flujo invertido se hacen más severas y la
interfase se mueve tierra adentro, hacia los pozos causantes de la sobre-explotación.
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Superficie piezométrica o carga hidráulica:
Es una superficie virtual mostrada en un eje X y eje Y, que representa la geometría que une
los puntos que señalan la altura del agua en un acuífero, referida a una determinada profundidad
en el mismo. Las superficies piezométrica se representan mediante líneas isopiezas, o líneas
virtuales que unen puntos de igual valor del nivel ya sea freático o piezometrico en el acuífero
estudiado. También se debe procurar que la separación entre isopiezas sea equidistante para toda
la superficie.
Brinda una información de cómo se va dando la evolución espacial que tiene la profundidad
del agua desde la superficie del terreno, del sentido y valor de los gradientes hidráulicos también,
de la dirección y sentido del flujo de agua subterránea, etc.
Nivel Piezometrico.
Es la altura de la superficie libre de agua sobre el nivel del mar, en los acuiferos libres. En los
confinados, es la altura que alcanzaria el agua en el interior de un sondeo hasta equlibrarse con la
presion atmosferica, esto puede ser medido con un piezometro.
Trazado de superficies piezometricas.
Lo primero que se debe realizar es obtener los valores del nivel
piezometrico en un conjunto de puntos discretos de un acuifero, con esto se debe
trazar las curvas de nivel denominadas isopiezas que serviran para poder definir la
superficie piezometrica
El trazado de las isopiezas de un acuífero requerirá:
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- Que los valores de nivel piezómetrico medidos correspondan a un mismo
acuífero.
- Deben estar expresados en cotas absolutas esto quiere decir metros sobre el
nivel del mar.
Como lo que se mide en los pozos es la profundidad del agua desde un punto del
terreno o del borde de la entubación, ese punto debe estar correctamente nivelado
para poder transformar la profundidad en cota. Una vez comprobado el primer
requisito y realizada la transformación a cotas absolutas, la determinación del
lugar por el cual pasan las isopiezas se realiza mediante interpolación geométrica.
Balance hídrico:
Es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del
mismo, en un intervalo de tiempo determinado, este concepto es derivado del balance de materia.
Se puede representar con la siguiente formula:
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- Balance Hidrico de una Cuenca Hidrografica.
Se debe definir el estado inicial de la cuenca para poder realizar el balance hidrico
esto vendria a ser la disponibilidad actual de agua, esta puede estar ubicada circulando
en rios, arroyos, lagos, pantanos, humedad del suelo, etc. Esto se conoce como
disponibilidad hidrica de la cuenca.
Las entradas de agua se pueden dar de diferentes maneras como por ejemplo las
precipitaciones, el aparte de aguas subterraneas que dan las cuencas colindantes,
transvase de agua que puedan existir.
Las salidas de agua pueden darse tambien de diversas maneras como por ejemplo
la evapotranspiracion de las plantas, evaporacion de superficies liquidas,
infiltraciones profundas, transvase de la cuenca en estudio a otras cuencas, utilizacion
de agua en actividades antropicas, salida hacia el mar.
MODELO MATEMÁTICO DEL MODFLOW PARA EL USO EN ACUÍFEROS:
- MOD – FLOW
Es el software de modelamiento de agua subterránea que fue desarrollado por el
Servicio Geológico de Estados Unidos. Tuvo su aparición en 1984 y ha tenido un
constante desarrollo hasta la actualidad. Las capacidades de MODFLOW permiten
representar el flujo de agua subterránea y su interacción con los cuerpos de agua
superficial.
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CAPÍTULO III
MATERIAL Y METODOS
3.1 Materiales Utilizados
3.1.1 Para la Recolección de Muestras
Se tubo que solicitar informacion a la Autoridad Nacional del Agua y al Ministerio de
Agricultura referente a los estudio Hidrogeoloficos en la localidad de Cajamarca. La
informacion de la demanda de agua de uso poblacional, riego y otros usos en la region.
La etapa de modelamiento y simulacion del acuifero se realiozo con el empleo del software
Visual MODFLOW que usa las diferencias finitas para simular el flujo transitorio en tres
dimensiones en un medio heterogeno.
El modelo fue planteado de un alcance regional, por cuando a su recarga y diferentes
escenarios de explotación para la condiciones futuras.
3.1.2 Para el Procesamiento de Muestras
Este procedimiento será detallado a continuación en la que se describirá:
1. Análisis de la información hidrogeológica obtenida.
2. Se limita el área que será estudiada, antes visto en la carta cartográfica de la
localidad obtenido por INGEMMET.
3. Se selecciona el tipo de malla para la indicación del tipo de borde, potencialmente
expuestos, extracción por bombeo y zonas de recarga.
4. Con los datos obtenidos se procede a abrir el programa MODFLOW y colocar los
datos.
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5. Calibración del modelo, teniendo como parámetro la calibración los valores la
piezométria calculada y la observada en el acuífero.
6. Simulación del modelo para las diversas hipótesis de explotación y recarga.
3.2 TÉCNICAS, PROCEDIMIENTOS E INSTRUMENTOS
- Construcción del modelo de flujo:
Se describe a continuación los pasos generales para construir el modelo de flujo de
aguas subterráneas del acuífero, basado en los datos que serán recopilados, la
construcción de este modelo , su calibración y validación posterior permitió analizar y
evaluar el comportamiento del acuífero en diversos escenarios e hipótesis de
explotación y recarga.
- Calibración del modelo:
Para la ejecución del modelo son necesarias las condiciones iniciales, que en el
presente caso son los niveles estáticos de la napa freática del acuífero. Estos datos
serán importantes desde el visual MODFLOW y pre condicionan el método de
solución para obtener una convergencia más eficiente de la ecuación del flujo
subterráneo. Después de esto teníamos que elegir el método de interpolación para la
solución de la ecuación matricial. El Visual MODFLOW permite elegir de cuatro
métodos: la conjugada de gradiente pre condicionado, procedimiento fuertemente
implícito.
El modelo se calculó en estado permanente y fue calibrado usando los mismo niveles
estáticos de 1998, como condición inicial.
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3.2.1 Recolección de datos
- Características geométricas y litológicas del acuífero
En ello se puede analizar y observar lo que rodea al acuífero para poder considerar
así las diferentes capaz y con eso condicionar el modelo y obtener predicciones lo
más posibles
- Napa Freática
Este dato es muy importante para poder colocarlo como una condición en el
modelo de MODFLOW.
3.2.2 Zona de Influencia
Mapa de ubicación de la zona de estudio
Este dato nos pude brindar datos como el tipo de suelo que predomina, las cuencas
y los posibles acuíferos que está rodeado; como también la temperatura y características
físicas del área de estudio.
3.2.3 Recolección de Muestras.
Para este proyecto realizamos una simulación de un acuífero dando nosotros
mismo las condiciones de borde, Modelamiento de Lente de baja Conductividad y Interpolación
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de Objetos y Geométricas Referenciadas y parámetros con el fin de obtener un Modelo de Estado
Transitorio.
Desarrollo:
1. Modelo de 15 columnas por 10 filas. Celdas regulares de 1m.
2. 3 capas con Kx=ky=Kz= 2e-4 m/s
3. 1 lente de limo arcilloso de Kx=Ky=Kz= 1E-7 m/s – Capa 2, columnas 7,8,9,10
X sub 0 = 100
Y sub 0 = 100
Z sub 0 = 34
4. GEOMETRIA MODELTOP INTERPOLADA.
Vértices, Infder: 24, InfIzq = SuperDer = 30, SuperIzq = 34
AcuiferoSuperior_Botton = ModelTop-2
AcuiferoMedio_Botton = ModelTop-5
AcuiferoInferior_Botton = 18
5. STRESS PERIODS
1er periodo: Estatico de -1 a 0s, 1 time step.
2do periodo: Bombeo de 3 meses: 0 a 7776000, 3 time step.
3er periodo: Flujo regional hasta completar el año : 7776000 a 31536000, 3 times step
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6. Evapotranspiracion de 1200mm/año = 3.8E-8 m/s, Evapotranspiracion Surface
Mofel_Top
Dos primeras capas convertible, capa inferior confinada
InitialHead= ModelTop
CHD Oeste = ModelTop -1.5, en las primeras dos capaz, Esq Superior +2
CHD Este = ModelTop – 0.5, en la primera capa, desde la fila 6.
WELL, pozo en columna 4 fila 5, segunda capa, bombeando 3 meses a 0.002 m3/s
7. Solucionador MODFLOW NWT, sino se secan los pozos.
8. MODPATH 6 Pathlines luego timeseries. Pathlines Stop at Termitation
9. Objeto: Origen Perticulas en todas las capas luego del CHD Oeste.
10. Se abre el programa MODEL VIEWER y se abre el archivo cambiado de MODFLOW
NWT a MODFLOW ya que el archivo en 3D solo se encuentra del año 2005 mientras
que el MODFLOW NWT es del año 2010.
Se coloca los colores antes de separarlo.
Se coloca los vectores para analizar la velocidad y dirección del agua.
Se coloca las celdas correspondientes para conocer que celda trabaja desde su centro.
Se coloca los números 24 al 32 para poder ver las separaciones de las uperficies
respecto a la profundidad.
Se coloca las escalas correspondientes a los vectores.
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Se coloca las separaciones de cada superficie en 1m.
11. Por ultimo analizar los datos.
3.3 PROCESAMIENTO
PROGRAMA MODFLOW:
MODFLOW es el software de modelamiento de agua subterránea desarrollado por el Servicio
Geológico de Estados Unidos. Tuvo su aparición en 1984 y ha tenido un constante desarrollo
hasta la actualidad. Las capacidades de MODFLOW permiten representar el flujo regional o
local de agua subterránea y su interacción con los cuerpos de agua superficial.
Este programa se basa en las diferenciales infinitas dado su discretización en celdas
rectangulares, el control volumétrico de lo que entra y lo que sale es bien exacto y no es un
problema en la simulación. Este control también se cumple en condiciones que varían con el
tiempo, teniendo un control exacto del agua proveniente de almacenamiento.
PASO INICIAL
Modelamiento Dinámico
1). Iniciamos el modelamiento ingresando el número de columnas, filas, capas y el punto
de origen. Para mejor manejo en el proceso del modelamiento, editaremos los nombres de las
capas. Luego de desarrollar estos pasos obtendremos el modelo sobre el cual trabajaremos.
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2). Damos paso a la insertar las condiciones de borde del modelo, para eso activamos las
opciones CHD, EVT y WEL. Hacemos una interpolación de nuestra superficie con el objetivo
de insertar objetos sobre ella, haciendo la introducción de 1 objeto por cada esquina de nuestro
modelo y así podremos definir la topografía de la antes mencionada.
3). Se definen las condiciones de borde dentro de la capa de la superficie, siendo el
acuífero dependiente de estas condiciones paras su recarga, descarga o evapotranspiración.
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4). La Capa de Evapotranspiración (área de color verde) como se ve en el modelo se
encuentra en la parte superior, pero toda la superficie con una mínima profundidad.
5). Ya podemos ver los efectos de las condiciones de borde y del pozo, de las que definirá
la trayectoria de las partículas.
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6). Observamos la proyección de los movimientos en los cuerpos de agua en el modelo que van a
depender de las partículas que se insertaron.
8). Vista A,de las corrientes de agua, los objetos verdes (pozo y cuerpo arcilloso) van a modificar
el recorrido logrando que las partículas tengan que bordearlos alterando su recorrido.
9). Vista B
PASO FINAL
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Una vez diseñado el modelo de partículas en movimiento, explicado anteriormente se procede a
instalar el software de Model Viewer en la cual nos mostrara en que forma ingresa el agua, como
son los vectores de movimiento y las diferentes capas.
1. Cuando queremos ver las isolineas de la figura creada, que en realidad son superficies de
líneas equipotenciales ya que en diferente lugar posee diferentes cargas hidráulicas.
2. En esta aplicación se separa para cada capa de la superficie en 1 metro o en la cantidad
que nosotros deseamos.
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3. Donde hay mayor gradiente es donde ingresa el agua, en concepto sabes que el flujo
depende tanto de la velocidad como el área; para poder observar por donde va el flujo que
es desde la parte superior hasta la parte inferior.
4. Se puede observar que en cada celda se encuentra la velocidad tanto como la dirección
del agua y el área de estudio.
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5. Para poder observar el modelo ya creado anteriormente, se necesitó recrear en los lados
de nuestra área de estudio cierto grosor y las condiciones del pozo.
6. Por último se puede observar en diferentes ángulos y en diferentes puntos de eje que uno
desea como también reducir la superficie, quitando los vectores que rellenan mucho la
imagen.
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Los resultados obtenidos en el presente informe nos muestran las dimensiones y
proyecciones de la velocidad y dirección del fluido por el acuífero.
Nos muestran que la eficiencia del programa MODFLOW para el desarrollo de
modelamiento de acuíferos cuyas partículas pueden encontrarse de manera estática o
dinámica que en este proyecto se explicó.
CONCLUSIONES
El programa MODFLOW explicado durante el proyecto nos permite controlar, supervisar
el fluido entrante como saliente, pronosticar los datos recopilados con el fin de hacer
proyecciones a largo plazo en relación al recurso hídrico en un modelo dinámico como también
en estático. La relación del acuífero y el medio ambiente es de suma importancia ya que se puede
aprovechar como un recurso alternativo ya que el agua de los ríos se ve afectado por
contaminación antrópica.
RECOMENDACIONES
Realizar estudios Hidrológicos e Hidrogeológicos, como lo explicado en el informe se
puede obtener grandes pronósticos y prevenir fenómenos naturales o antrópicos.
Por ultimo profundizar en el estudio de diferentes Softwares con el fin de comparar
resultados y la desviación sea lo más mínimo y acertar con el pronóstico.
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FUENTES DE REFERENCIA
Bautista, J.M. (2013). Modelo de Flujo del Sistema Acuífero de La Cuenca Alto (Tesis de
Maestría). Instituto Politécnico Nacional. Oaxaca.
Laurencena P., Deluchi M., Adolfo R., Kruse E. (2010). Influencia de la Explotación de Aguas
Subterráneas en un Sector del Área Periurbana de la Plata. Pág. 484 – 489.
Auge, M.P. (1997). Piezometría de los acuíferos Pampeano y Puelche en Poblet, La Plata
Argentina. Primer Congreso Nacional de Hidrogeología, Actas: 145-152, Bahía Blanca.
Saul, M. (2012). Curso Online de MODFLOW con MODEL MUSE. Recuperado de
http://gidahatari.com/cu-es/curso-de-modflow-con-model-muse
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ANEXOS
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