¿Qué tan rápido se infiltran los contaminantes?

El objetivo de este estudio es determinar qué tan rápido se infiltra los contaminantes de acuerdo al tipo de suelo que nos encontremos.

Para la construcción del modelo se utilizó Modelmuse 3.4.0, un interfaz libre del código de modelamiento Modflow. Dentro del interfaz se utilizó el paquete UZF (Unsaturated Zone Flow) y el solucionador NWT (Newton Solver). A continuación describiremos las características y parámetros que se utilizó para los siguientes casos, considerando que se simulará en tres tipos de suelos: limo arenas, arenas limosas y arenas  así como también mostraremos los gráficos de las simulaciones 

Para esto necesitamos saber los parámetros que utiliza el paquete UZF que a continuación se describen:

  • El épsilon de Brooks and Corey
  • El contenido de agua inicial No Saturado
  • La conductividad Hidráulica Vertical máxima No Saturado
  • Contenido de agua residual
  • Contenido de agua Saturado

En la tabla 01 se observa los datos utilizados para las simulaciones en los 3 tipos de suelos.

Tabla 01. Valores de UZF por tipo de suelo

Tabla 01. Valores de UZF por tipo de suelo

Para este modelo también se consideró y asumió las siguientes características:

  1. El espesor de la capa es 10 metros con 8 metros de zona no saturada, es decir que a 8 metros de profundidad se encuentra el acuífero.
  2. La infiltración es 0.5 m3/día.
  3. El pozo de infiltración tiene un área de 1m2.
  4. Se simulará para 3 años de infiltración en periodo transiente.

La recarga en zona no saturada se da por infiltración. A continuación mostraremos la simulación para tres casos diferentes de acuerdo al tipo de suelo.

 

Simulación 1 – Limo Arenas

Consideramos a este tipo de material como el caso más crítico debido a que presenta una baja conductividad hidráulica por lo que tendrá una lenta infiltración.

Figura 01 – Perfil del nivel freático en las Limo Arenas

Figura 01 – Perfil del nivel freático en las Limo Arenas

En la figura 01 podemos apreciar que el nivel freático se encuentra a 1.5 metros por debajo de la superficie y que el radio de infiltración horizontalmente es de 2 metros.  

Figura 02. Profundidad vs. Contenido de Agua de las Limo Arenas

Figura 02. Profundidad vs. Contenido de Agua de las Limo Arenas

En la figura 02 podemos observar el contenido de agua versus la profundidad, es decir la dinámica de infiltración con el tiempo. A las 5 horas de haberse iniciado la infiltración se puede observar que el suelo llega a su máximo nivel de saturación en el área cercana al pozo. El nivel máximo de saturación (0.37) es menor que el contenido de agua saturado (0.401). A partir de los 10 días de infiltración el frente húmedo se hace constante y progresivo en el nivel máximo de saturación.

 

Simulación 2 – Arenas Limosas

Figura 03 – Perfil del nivel freático en las Arenas Limosas

Figura 03 – Perfil del nivel freático en las Arenas Limosas

En la figura 03 se aprecia el perfil del nivel freático para las arenas limosas al cabo de 3 años, este se encuentra a 7.6 metros por los contaminantes se infiltre más rápido debido a la mayor conductividad del suelo.  

Figura 04. Profundidad vs. Contenido de Agua de las Arenas Limosas.

Figura 04. Profundidad vs. Contenido de Agua de las Arenas Limosas.

En la figura 04 se puede observar que el frente húmedo tiene un comportamiento más rápido de infiltración que en las limo arenas. A las 2 horas de haberse iniciado la infiltración se puede observar que el suelo llega a su máximo nivel de saturación a una profundidad considerablemente lejana al pozo, esto producto a la mayor conductividad hidráulica de las arenas limosas. El máximo nivel de saturación (0.195) es mucho menor a su contenido de agua saturado (0.412). A partir de los 5 días de infiltración el contenido de agua se hace constante en su nivel máximo de saturación.

 

Simulación 3 – Arenas

Figura 05. Perfil del nivel freático en las Arenas 

Figura 05. Perfil del nivel freático en las Arenas 

En la figura 05 observamos que el nivel freático (línea verde) corresponde con la parte superior del acuífero que esta 8 metros por debajo de la superficie, esto se debe a que las arenas tienen una mayor conductividad hidráulica con respecto a las dos anteriores mencionadas por lo que los contaminantes que se infiltra se recarga en el acuífero.

Figura 06. Profundidad vs. Contenido de Agua de las Arenas.

Figura 06. Profundidad vs. Contenido de Agua de las Arenas.

En la figura 06 se puede observar que a las 2 horas de infiltración el frente húmedo alcanza su máxima nivel de saturación (0.10) que es mucho menor a los demás casos debido a que se infiltra más rápido y se va como recarga al acuífero. A los 3 días de haberse iniciado la infiltración el nivel máximo de saturación se hace constante.

 

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Posted on May 28, 2015 and filed under Hidroinformática, Hidrogeología.