Partindo das leis de movimento e viscosidade de Newton, este livro é uma introdução aos aspectos fundamentais da dinâmica dos fluidos que são mais relevantes para os cientistas de águas subterrâneas. Com base em uma perspectiva de forças motrizes versus resistentes que governam o movimento de um fluido, o autor deriva a lei de Darcy para o fluxo através de meios porosos, relacionando-a com a equação de Navier-Stokes para o fluxo de fluido em geral. Ao combinar os efeitos da gravidade e da pressão, o autor identifica a carga hidráulica como uma quantidade numérica conveniente para representar a força que impulsiona o fluxo de água subterrânea. Em contraste com a derivação física da carga hidráulica, a condutividade hidráulica surge como um parâmetro relacionado às forças de atrito resistentes entre o fluido móvel e o meio poroso estacionário. Essas forças de infiltração por atrito também afetam o estado de tensão efetivo do meio poroso, estabelecendo assim uma ligação com a estabilidade do solo e a formação de areia movediça.
A combinação da lei de Darcy com a lei da conservação de massa leva o leitor às equações fundamentais do fluxo saturado de águas subterrâneas. Finalmente, os efeitos das forças capilares são incluídos para estabelecer as equações governantes para o fluxo insaturado e multifásico.
Ao longo do livro, o autor se concentra em ilustrar e derivar minuciosamente as equações enquanto aplica análises de ordem de magnitude. Essa abordagem permite extrair o máximo de informações, por exemplo, em termos de escala de tempo de resposta, sem exigir soluções explícitas. Uma série de caixas e exercícios resolvidos contêm mais detalhes e links para aplicações práticas, como a proporção do lençol freático que reflete a “plenitude” de um aquífero e a realização de testes de lesma para medição in situ da condutividade hidráulica. Este livro faz uma importante contribuição para a ciência das águas subterrâneas, fornecendo uma explicação introdutória progressiva da mecânica física do fluxo de águas subterrâneas e os problemas socioeconômicos e ecológicos que podem surgir.