Introducción al modelamiento de acuíferos kársticos con MODFLOW-CFP

Acuíferos de porosidad dual

El flujo subterráneo laminar o turbulento puede ocurrir en acuíferos de porosidad dual a través de las interconexiones entre grandes fallas. Los acuíferos de porosidad dual son los que tienen una porosidad primaria, debido al suelo o roca matriz, y una porosidad secundaria, la cual se da por  las fracturas regionales. Dentro de las grandes fallas, las fuerzas friccionales y de tensión superficial entre el fluido y la roca son menos significativas debido a que los diámetros del conducto son tan grandes que la rugosidad de las paredes sólo restringe al flujo que se transporta cercano a la pared del conducto. 


En mecánica de fluidos, el término “radio hidráulico” se define como el área de la sección transversal  dividida por el perímetro del área transversal que se encuentra mojada. A medida que el radio de un poro aumenta, el radio hidráulico aumenta y habrá mayor cantidad de flujo bajo las mismas fuerzas de energía debido a la menor resistencia por parte de las paredes porosas.

 

Flujo laminar y turbulento en acuíferos de porosidad dual


El flujo laminar en acuíferos con porosidad dual es el régimen de flujo en el cual el agua se mueve a lo largo de líneas de flujo o capas paralelas, y los esfuerzos cortantes en el agua son superados por las fuerzas viscosas del agua. El flujo turbulento se caracteriza por líneas de flujo no paralelas, sino con patrones complejos con grandes variaciones en la velocidad del flujo en relación a la velocidad media. El flujo de agua subterránea en medios porosos tiende a permanecer con baja velocidad y con condición laminar durante la mayoría de gradientes hidráulicos. Cuando el flujo se convierte en turbulento en el medio poroso y en los conductos, parte de la energía que dirige al flujo se pierde debido al movimiento turbulento, y la descarga específica ya no aumenta tan rápido a medida que el gradiente de carga aumenta.

 

Gestión del agua en acuíferos kársticos

Los acuíferos de porosidad dual normalmente se asocian con sistemas de acuíferos carbonatados. Los acuíferos carbonatados kársticos abarcan alrededor del 10% al 20% de la superficie de la tierra, abastecimiento alrededor del 25% de la población mundial con agua disponible para consumo. Los acuíferos de porosidad dual se encuentran vulnerables a contaminación debido a los cortos tiempos de transporte. La gestión y protección de los acuíferos de porosidad dual requieren una adecuada caracterización hidrogeológica de la compleja geometría de la red sub superficial de fisuras y fallas responsables del flujo subterráneo y un rápido transporte de contaminantes hacia las zonas de descarga. Una formulación matemática con una representación física de los sistemas de porosidad dual es necesaria para desarrollar estrategias confiables para administrar el agua en entornos kársticos.

 

Conduit Flow Process

El Conduit Flow Process (CFP) fue desarrollado como respuesta a la necesidad de un programa de computadora que represente la doble porosidad natural de los acuíferos, así como para compatibilizar los progresos realizados a MODFLOW en la actualidad. 
El CFP fue diseñado para ser lo suficientemente flexible para su aplicación en ubicaciones con data de campo limitada o abundante. En algunos ambientes geológicos, la información se encuentra disponible (diámetro, tortuosidad y rugosidad de las cavernas subsuperficiales), para lo cual se diseñó CFP Mode 1 (CFPM1). En otras ubicaciones, las distribuciones y conexiones de las fallas son tan complejas que una caracterización completa no es posible. Para este caso se creó CFP Mode 2 (CFPM2), donde la representación se realiza con un número limitado de parámetros efectivos de capa. Además, también existe CFPM3, el cual simula flujo a través de conductos (CFPM1) y capas de flujo preferenciales (CFPM2).

 

Fuente:
Documentation of a Conduit Flow Process (CFP) for MODFLOW-2005
W. Barclay Shoemaker, Eve L. Kuniansky, Steffen Birk, Sebastian Bauer and Eric D. Swain

 

Smiley face

Suscríbase a nuestro boletín gratuito para recibir noticias, datos interesantes y fechas de nuestros cursos en recursos hídricos.

Posted on February 17, 2016 .