The Groundwater Project

Propiedades hidrogeológicas de los materiales terrestres y principios del flujo de agua subterránea

Portada del libro Hydraulic Properties of Earth Materials and Principles of Groundwater Flow
Año de publicación: 2020
Número de páginas: 205

ISBN: 978-1-7770541-2-0

Cita: Woessner, W.W. y Poeter, E.P. (2020). Propiedades hidrogeológicas de los materiales terrestres y principios del flujo de agua subterránea. El Proyecto de Aguas Subterráneas.
https://doi.org/10.21083/978-1-7770541-2-0.

Autores:

William W. Woessner: Universidad de Montana, EE.UU
. Eileen P. Poeter: Escuela de Minas de Colorado, EE.UU.

Última actualización: 21 de diciembre de 2024 Hubo un cambio importante en la versión de octubre de 2024: Se agregaron enlaces de ejercicios al cuerpo del texto y algunos ejercicios se reordenaron para que tengan nuevos números, por lo tanto, los programas de estudio que usaron números de ejercicios pueden necesitar revisión: se incluye una tabla que muestra los cambios en la sección
de modificaciones. Publicado: 19 agosto 2020

El archivo suplementario proporcionado con versiones anteriores de este libro ha sido reemplazado por una herramienta educativa interactiva del Proyecto de Aguas Subterráneas (WTR – Recarga de la Capa Agua)

Descripción

Este libro enfatiza la necesidad de que los científicos de aguas subterráneas tengan una comprensión sólida de la ocurrencia y el comportamiento de las aguas subterráneas en una variedad de condiciones y entornos. Se destaca el conocimiento de cómo los medios porosos almacenan, producen y transmiten el agua, y los factores que controlan las tasas y direcciones del flujo de agua subterránea. Ocho recuadros presentan una discusión más detallada de los conceptos introducidos en el texto principal. También se proporcionan dieciséis ejercicios y sus soluciones.

El agua subterránea es el agua que se encuentra por debajo del nivel freático en la zona de saturación dentro de los poros y grietas de una amplia variedad de materiales de la tierra. La presencia de agua subterránea en material poroso se describe en términos de porosidad total, porosidad efectiva, proporción de vacíos, contenido volumétrico de humedad, rendimiento específico y retención específica. El espacio poroso interconectado proporciona almacenamiento y transmisión de agua subterránea.

El movimiento del agua subterránea se describe mediante la Ley de Darcy, que establece que la descarga de agua subterránea es directamente proporcional al área saturada perpendicular a la dirección del flujo, el gradiente hidráulico y la capacidad de transmisión (conductividad hidráulica) del material terrestre. Los caudales y direcciones del agua subterránea se controlan mediante: fuerzas sobre el agua dentro de los espacios porosos y fracturas; cabezales hidráulicos; y la conductividad hidráulica de los materiales de la tierra.

Los acuíferos no confinados, encaramados y confinados son sistemas de agua subterránea que proporcionan agua subterránea para el suministro de agua. Las propiedades de los acuíferos se describen mediante la transmisividad y la almacenamiento. Además de las zonas que transmiten libremente el agua subterránea, algunos materiales inhiben el flujo y se describen como unidades de confinamiento, lechos con fugas y acuitardos.

Las condiciones de flujo de agua subterránea se pueden describir usando ecuaciones generales llamadas ecuaciones de gobierno. Se derivan estas ecuaciones diferenciales parciales y se presentan las condiciones que describen. El flujo en materiales terrestres, donde las propiedades de transmisión varían en cada punto y ubicación, se describe mediante ecuaciones que representan condiciones anisotrópicas y heterogéneas. Cuando los valores constantes de conductividad hidráulica son representativos de los materiales de la tierra, se utilizan ecuaciones homogéneas anisotrópicas o homogéneas isotrópicas.

Las ecuaciones de flujo de agua subterránea se aplican a configuraciones simples de agua subterránea utilizando condiciones de contorno prescritas. También se discute la aplicación de las ecuaciones gobernantes en modelos numéricos más complejos.

Se presentan los principios utilizados para medir la carga de agua subterránea en el campo, asignar condiciones de contorno físicas e hidráulicas y determinar las direcciones del flujo de agua subterránea en entornos hidrogeológicos uniformes y heterogéneos.

Los estudios de caso examinan el flujo de entrada: un sistema regional de agua subterránea, un acuífero confinado utilizado para el suministro de agua municipal y un sistema local asociado con la contaminación de agua subterránea de una fundición.

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Contenido

1 INTRODUCCIÓN

2 DEFINICIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

3 OCURRENCIA DE AGUA SUBTERRÁNEA EN MATERIALES TERRESTRES

Porous Media
Escalas de muestra representativas

3.1 Porosidad total

Medición de la porosidad
Valores de porosidad total

3.2 Porosidad efectiva

Medición de la porosidad efectiva
Valores de porosidad efectiva

3.3 Porosidad primaria y secundaria

Porosidad primaria
Porosidad secundaria

3.4 Proporción de vacíos

3.5 Contenido volumétrico de humedad

3.6 Rendimiento específico y retención específica

3.7 Interrelación de la porosidad efectiva, el rendimiento específico y la retención
específica 3.8 Ejercicios

4 LEY DE DARCY, CARGA, GRADIENTE Y CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA

4.1 Ley de Darcy

Vertido específico
Velocidad lineal media

4.2 Cabezal hidráulico

Representando distribuciones de carga hidráulica

4.3 Gradiente hidráulico

Cambios transitorios en los degradados

4.4 Conductividad hidráulica

Permeabilidad intrínseca
Propiedades del fluido

4.5 Aplicabilidad de la Ley de Darcy

4.6 Investigación adicional de la ley de Darcy, la carga, el gradiente y la conductividad hidráulica

5 VALORES DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA

5.1 Condiciones que afectan a los valores de conductividad hidráulica

Conductividad hidráulica primaria y secundaria

5.2 Métodos para estimar la conductividad hidráulica

5.3 Valores de conductividad hidráulica para materiales de tierra

5.4 Variación espacial y direccional de la conductividad hidráulica

5.5 Conductividad hidráulica de materiales homogéneos y heterogéneos

Conductividad hidráulica equivalente

5.6 Conductividad hidráulica en rocas fracturadas
5.7 Ejercicios

6 ACUÍFEROS Y PROPIEDADES DE LOS ACUÍFEROS

6.1 Acuíferos no confinados

6.2 Acuíferos encaramados

6.3 Acuíferos confinados

6.4 Propiedades de los acuíferos y las unidades de confinamiento

Transmisividad
Almacenividad

6.5 Ejercicios

7 ECUACIONES DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRÁNEA

7.1 Bases para el desarrollo de ecuaciones de flujo

7.2 Ecuaciones rectoras para el flujo de agua subterránea transitoria confinada

Flujo unidimensional
Flujo tridimensional

7.3 Ecuaciones rectoras para el flujo de agua subterránea no confinada

7.4 Ecuaciones de estado estacionario que describen el flujo confinado y no confinado

7.5 Aplicación de ecuaciones de gobierno

El papel de un presupuesto de agua en la formulación de modelos
Problemas de valor límite
Métodos para resolver problemas de aguas subterráneas
Condiciones de contorno
Aplicación de ecuaciones de flujo (flujo de acuíferos no confinados entre cuerpos de agua)
Ejemplo de aplicación numérica de ecuaciones de caudal a un problema de desagüe

7.6 Ejercicios

8 INTERPRETACIÓN DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRÁNEA

8.1 Mapeo de la distribución de la cabeza

8.2 Determinación de las direcciones del flujo de agua subterránea

Gradiente y direcciones de flujo en material isotrópico
Direcciones de flujo en materiales anisotrópicos
Direcciones de flujo en interfaces de diferente conductividad hidráulica

8.3 La influencia de las condiciones de contorno

Límites físicos
Límites en entidades del subsuelo
Límites hidráulicos
Sistemas de flujo con límites distantes

8.4 Análisis de los sistemas de flujo de agua subterránea

Desarrollo de mapas potenciométricos y secciones transversales
Juntando los conceptos

8.5 Ejemplos de sistemas de flujo

Acuífero de las Llanuras Altas en Wyoming, EE. UU.
Acuífero de arena de Memphis, Memphis, Tennessee, EE. UU.
Acuífero no confinado en East Helena, Montana, EE. UU.
Resumen de ejemplos de sistemas de flujo

8.6 Ejercicios

9 CONCLUSIÓN

10 EJERCICIOS

11 REFERENCIAS

12 CAJAS

Recuadro 1 Densidad de minerales, tipos de rocas y suelos comunes

Recuadro 2 Análisis de la distribución granulométrica

Recuadro 3 Fundamentos para comprender la carga hidráulica y los potenciales de fuerza

Recuadro 4 Métodos para estimar la conductividad hidráulica

Recuadro 5 Derivación de ecuaciones para K equivalente y una aplicación de 4 capas

Recuadro 6 Adición de recarga al sistema de acuíferos no confinados

Caja Transformación de 7 ejes para flujo 2D en un medio anisotrópico

Recuadro 8 Derivación de la ley tangente de la refracción

13 SOLUCIONES DE EJERCICIO

Sobre los autores

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