DOCUMENTOS

PAUTAS PARA EL ESTUDIO DE ACUIFEROS

Modelación numérica de flujo subterráneo

INTRODUCCIÓN

En atención a los datos necesarios para realizar una modelación numérica del flujo en un sistema acuífero en medio granular, es indispensable contar con un mapeo suficiente de características hidrodinámicas y geométricas.

Con base en una antigua publicación del Servicio Geológico español ¹, que mantiene plenamente su vigencia, se apunta que la definición del movimiento del agua puede simularse si se cuenta con:

1. La geometría
2. Las propiedades físicas del medio
3. Las leyes que gobiernan el movimiento del agua
4. Las condiciones en los límites del sistema
5. Las condiciones iniciales de funcionamiento del sistema
6. La descripción de las acciones exteriores al sistema

La modelación de un sistema hídrico subterráneo es la obtención, como producto, de la evolución de los niveles de agua y de las velocidades de flujo en el entorno definido (dominio).

No se pretende en estos apuntes abarcar toda la temática, sino destacar los datos que son indispensables para llevar a cabo la tarea. El contenido presupone la dificultad propia de adquisición de datos, por lo cual no se tiene en cuenta ninguna técnica especial, sino procedimientos comunes, y hasta rudimentarios.

Los pozos incluidos en el banco de datos deben –todos- estar perfectamente georreferenciados y acotados (con GPS de alta precisión).

Los pasos de un proceso de modelación son:

1. Toma y selección de datos
2. Preparación de la malla de modelación y de la presentación de datos necesarios
3. Calibración o ajuste del modelo numérico
4. Explotación o simulación del modelo numérico para toma de decisiones sobre el manejo del sistema hídrico subterráneo.

GEOMETRÍA

La geometría del sistema a modelar debe describirse mediante mapas de curvas de profundidades de pisos y techos de cada acuífero comprendido. Como paso intermedio son útiles los cortes, secciones o diagramas bloque.

Los datos provienen de la descripción litológica de las perforaciones en el dominio (datos aportados por el perforista en el parte diario de avance o en el resumen final). Si no se cuenta con esta información, puede intentarse obtenerla mediante perfilaje en pozos construidos que estén accesibles por una sonda de rayos gamma, y completar mediante interpretación de sondeos eléctricos verticales que contengan mediciones en la ubicación de los pozos perfilados y en medio de los distintos puntos de estos sondeos paramétricos.

El trabajo debe ser realizado por un geólogo, un geofísico y un hidrólogo.

Las interpolaciones pueden realizarse por métodos geoestadísticos, aplicados por técnicos con experiencia en el tema. En caso contrario, es conveniente la interpolación manual. Debe destacarse en los mapas si existe interconexión posible de acuíferos.

LÍMITES

Al discretizar el dominio (área de estudio) debe destacarse cada “accidente” que afecte la continuidad del sistema representado: ríos efluentes e influentes, canales de drenaje, límites rocosos, etc.

Estos límites pasarán a definir las condiciones de borde del sistema: cargas o niveles constantes (un río conectado hidráulicamente con el acuífero), carga nula (un borde impermeable que no tiene conexión alguna con el sistema) o caudal constante (flujo entrante o saliente, que permanece invariable en un proceso).

PROPIEDADES FÍSICAS

Las propiedades físicas a describir son la conductividad hidráulica (K) y el coeficiente de almacenamiento (S) en cada acuífero, y la conductancia hidráulica vertical (K_i’/b_i’) entre distintos acuíferos. Estos datos pueden extraerse de ensayos puntuales de bombeo con pozo y piezómetro, en la mayor cantidad posible, donde se conozca la ubicación del filtro, y de acuerdo a las condiciones preestablecidas de simulación (capa única, más de una capa, etc.). Si se cuenta sólo con un pozo, sin pozo de observación, sólo podrá obtenerse K (a través de la transmisividad) mediante ensayo de recuperación.

Las prácticas con trazadores permiten buenas descripciones de estas propiedades.

FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO

Una modelación numérica de flujo necesita datos iniciales del sistema y datos de funcionamiento del mismo. La simulación del estado estacionario del sistema acuífero, si es posible, reviste mucha importancia. Los pasos que permiten, a posteriori, reproducir el funcionamiento transitorio son indispensables para encarar modelos de gestión exitosos.

Se debe contar con una serie prolongada y confiable de mediciones de niveles hidráulicos. La red de monitoreo habrá sido definida con este propósito. Los pozos seleccionados deben reproducir fielmente el comportamiento real que se pretende simular. Una serie completa de medidas tiene que haberse efectuado en un breve lapso de tiempo para que responda a una “fotografía” representativa de la situación. Debe cuidarse que los datos que se incorporen pertenezcan a pozos medidos con bomba apagada durante tiempo suficiente para que no se vea alterada la piezometría del conjunto de datos.
Cada pozo importante debe contar con varios registros de niveles en el tiempo (hidrograma) para la calibración del estado transitorio.

El mapa inicial de superficies piezométricas (sistema inalterado) de cada capa es la base a reproducir en la simulación en estado estacionario. Si es altamente confiable, al igual que la geometría, tiene como beneficio la posibilidad de mejorar la interpolación de parámetros hidrodinámicos y la distribución areal de la recarga.

ACCIONES EXTERNAS

Las dos acciones externas son la recarga y la extracción.

La recarga se obtiene mediante el balance hídrico. La observación de mapas de superficies potenciométricas permite definir la distribución primaria del volumen. Una primera aproximación a esta variable, si se conoce fehacientemente el mecanismo de descarga de cada acuífero, es calcular mediante esta variable el volumen recargado. Debe evaluarse además el volumen recargado por riego.

La extracción debe obtenerse mediante inspección del área y encuestas cuidadosas. Debe apuntarse la distribución temporal con precisión.

Las tasas de recarga y extracción pueden presentarse mediante mapas o directamente por distribución y sumatoria en cada celda que se divida el dominio de cálculo.

COMENTARIOS FINALES

La calidad de la selección de datos influirá directamente en las dificultades que se presenten en el proceso de simulación.

El criterio técnico del encargado de las tareas de modelación será decisivo en la validez del modelo numérico. Conviene siempre destacar las limitaciones con las que debe operarse el modelo una vez calibrado y puesto a producir.

Es muy común –y lamentable- escuchar que los modelos numéricos son ineficaces, cuando puede verificarse mediante el estudio minucioso de la técnica que la nobleza de la metodología es insospechable. En estos casos debe entenderse que los datos incorporados fueron incorrectos o insuficientes o que el encargado de la modelación no trabajó adecuadamente.

REFERENCIAS

Ministerio de Obras Públicas. Dirección General de Obras Hidráulicas. Servicio Geológico. Boletín Nº37. Informaciones y estudios.  Madrid, Octubre 1972.