Modelamiento numérico en la elaboración de líneas base hidrogeológicas

 

Para comprender los alcances de un modelo hidrogeológico, se hace necesario revisar la complejidad del problema que se quiere representar.

El objetivo del modelo va de la mano con el grado de impacto sobre el sistema hidrogeológico que genera el proyecto objeto del EIA, pues las variables que componen los modelos no son las mismas en el caso de la actividad minera o en el caso de los rellenos sanitarios por ejemplo.

Por esta razón, se podrían ubicar tres fenómenos básicos que definen la complejidad de los modelos:

 

 

 

Modelamiento de régimen de flujo de agua subterránea

 

Los problemas que únicamente involucran flujo se presentan principalmente para casos en los que se espera generar abastecimiento con el agua subterránea, como por ejemplo la irrigación de grandes extensiones de terreno para la agricultura o el abastecimiento en masa de poblaciones humanas.

Con este tipo de modelos, es posible también valorar cómo los cambios en las condiciones de la superficie implican variaciones en la reserva de agua subterránea, pues el modelo se define con variables propias del balance hidrológico como la recarga que depende de la infiltración y esta a su vez está influenciada por las coberturas del terreno, susceptibles de ser modificadas debido a los cambios de uso del suelo que pueden ser generados por el establecimiento de zonas cultivadas, urbanización, grandes proyectos de infraestructura, entre otros.

Otra aplicación interesante, puede estar asociada con la interacción entre los cuerpos de agua superficial con el flujo hidrogeológico, pues la variación espacial de las alturas piezométricas puede ser predicha con el modelo de flujo y así la intersección de estas con la superficie del terreno, puede ser valorada, lo que resulta de utilidad cuando estos cuerpos de agua sean contemplados, por ejemplo, en estudios ecológicos.

Por todo lo anterior, cuando se considere que la actividad a desarrollar tiene un impacto únicamente sobre los caudales de bombeo, volúmenes de abastecimiento o niveles de la tabla de agua, que es uno de los casos que indica la norma peruana, los estudios de impacto ambiental pueden elaborarse a partir de un modelo de flujo, que puede ser desarrollado con software como MODFLOW, SEAWAT y SWAP según los trabajos de autores como Xu, Huang, Zhan, Qu, & Huang (2012), Borsi, Rossetto, Schifani, & Hill (2013)(Post, 2011).

 

 

Modelamiento de transporte de contaminantes en agua subterránea

 

Los modelos de transporte requieren de la implementación de un modelo de flujo dado que gracias a este último se determinan las fuerzas que mueven las partículas que se van a modelar.

Si bien la mayoría de transportes de sustancias, implican cambios de concentración, existen casos en los que un modelo únicamente de transporte advectivo resulta útil, pues en este tipo de modelos se asume que, independientemente de la naturaleza del soluto, este alcanzará una distancia máxima en un determinado período de tiempo, lo que permitiría sustentar la delimitación del polígono que define un área de influencia directa en un EIA. Este tipo de modelos ha sido implementado gracias al uso de códigos como MODPATH y su aplicación ha sido mostrada por trabajos de autores como de Rooij, Graham, & Maxwell (2013), El Yaouti, El Mandour, Khattach, & Kaufmann (2008)

Los modelos que buscan simular procesos de difusión para el caso del agua subterránea, generalmente están construidos sobre las ecuaciones que gobiernan la dispersión hidrodinámica que contempla por una parte la difusión de los solutos entre las moléculas del agua y por otra, la dispersión de estos causada por las fuerzas resultantes dada la circulación de la solución a través de la roca (Fetter, 2000).

Estos modelos generalmente son empleados cuando se busca evaluar el riesgo asociado a la presencia de una sustancia de origen antrópico, cuya peligrosidad depende de la concentración que ésta presente, pues como ya se mencionó, en este tipo de problemas se asumen cambios en la concentración de un soluto debidos únicamente a las diferencias másicas que existen entre las zonas del sistema químico estudiado, lo que si bien resulta una simplificación de los cambios químicos que ocurren en un acuífero, puede arrojar mejores aproximaciones cuando la cantidad de datos sobre la composición química del agua es insuficiente, o cuando la complejidad de las sustancias presentes implica altas inversiones para caracterizarles; los anteriores casos son ejemplificados en la literatura científica, empleando software como MODFLOW ejecutado en conjunto con MT3DMS, TMVOC_REACT, ente otros, cuya muestra puede encontrarse en trabajos como los de Smaoui, Zouhri, & Ouahsine (2008), Zhang & Hiscock (2011), Zheng, Spycher, Birkholzer, Xu, Apps, & Kharaka (2013), Ghoraba, Zyedan, & Rashwan (2013).

 

 

Modelamiento reactivo en agua subterránea

 

El caso de los modelos hidrogeológicos para fases reactivas presenta un amplio espectro de posibilidades, pues en general cuando se habla de modelamiento hidrogeoquímico puede entenderse la simulación del conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el agua subterránea para lo que pueden emplearse códigos como el de PHREEQC (Parkhurst & Appelo, 2013)(Parkhurst, Kipp, & Charlton, 2010)

Los fenómenos químicos modelados incluyen la solubilización de especies iónicas, los intercambios entre especies iónicas, la interacción con superficies, los cálculos de reacción con fases gaseosas, cálculos para reacciones no isotérmicas, con cambios de densidad del fluido de transporte, transporte de soluciones multi-fases, entre otros, lo que brinda la posibilidad de simular cambios químicos para problemas como el Drenaje Ácido de Roca (DAR o AMD por sus siglas en inglés), la atenuación natural de una sustancia liberada en el sistema hidrogeológico o la efectividad de los sistemas de tratamiento para agua subterránea que implican la destrucción de compuestos mediante la inyección de reactantes, o la adsorción de los mismos con la instalación de barreras reactivas, entre otros.

Los alcances de este tipo de modelo son mostrados en trabajos como los presentados por Bailey, Gates, & Halvorson (2013), Mangeret, De Windt, & Crançon (2012), Molson, Aubertin, & Bussière (2012), Wanner, Zink, Eggenberger, & Mäder (2012), Cho, Pachepsky, Kim, Kim, & Park (2012.)

Todos estos tipos de modelos pueden ser integrados cuando se aumente la ventana de trabajo y se requiera evidenciar las interacciones entre el agua subterránea y otros medios como el suelo, el agua superficial o los sistemas ecológicos que, como ya se mencionó, puede resultar de utilidad a la hora de valorar el impacto indirecto que generan las alteraciones sobre flujo hidrogeológico o el transporte de sustancias a través de este; las ventajas de estos estudios han sido evidenciadas gracias a trabajos como los de Beverly, Roberts, Hocking, Pannell, & Dyson (2011), Kløve, y otros, (2013), Xin, Kong, Li, & Barry (2013), Narula & Gosain (2013).

 

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