Teoría de flujo subterráneo

Anuncio
Teoría de flujo subterráneo (Hidrología subterránea)
Profesores:
Dr. Eric Morales Casique
ericmc@geologia.unam.mx
Dra. Blanca Prado
bprado@geologia.unam.mx
Lugar: Instituto de Geología
Horario:
Objetivo general
Proporcionar las bases teóricas de los procesos que afectan el flujo de agua en el subsuelo (agua
subterránea). El énfasis del curso es en la compresión de los procesos físicos y su descripción
cuantitativa tal que permita al alumno comprender y describir la interacción hidrológica con el
medio geológico y el medio ambiente.
Temario
1. Introducción
Importancia del agua subterránea en el ciclo hidrológico
Retos: abasto de agua, contaminación, intrusión salina, subsidencia
Procesos: zona saturada, infiltración, recarga, descarga, flujo base, evapotranspiración
Sistemas de flujo (influencia de topografía, régimen termal, tectonismo)
Tipos de formaciones (rocas sedimentarias, cristalinas, depósitos no consolidados) y tipos de
acuíferos
2. Fundamentos de mecánica de fluidos
Agua como fluido Newtoniano, fuerza y viscosidad.
Fluido en reposo
Fluido en movimiento (representación Lagrangiana y Euleriana, aceleración, derivada material).
Ecuaciones de Navier-Stokes (fuerzas inerciales y fuerzas viscosas, Re)
La ecuación de Bernoulli, gradiente hidráulico y fricción.
Ecuación de Poiseuille (flujo en un tubo)
3. Flujo de agua en medios porosos
Bases empíricas de la ley de Darcy
Gradiente hidráulico como una fuerza
Teoría del flujo subterráneo
1
Gradiente hidráulico como energía potencial
Carga hidráulica y medición
Límites de validez de la ley de Darcy
Generalización de la ley de Darcy a tres dimensiones
Anisotropía hidráulica, transformación de coordenadas
Representación de medios porosos como series de tubos capilares: más sobre la ecuación de
Poiseuille
Ley cúbica para fracturas
Expresiones empíricas para la conductividad hidráulica
4. Variabilidad espacial – heterogeneidad
Concepto de continuo
Variabilidad espacial y escala de medición
Escala de campo
Parámetros equivalentes
Conceptos de hidrología estocástica
Variables aleatorias correlacionadas (distribución de probabilidad, momentos estadísticos,
estacionariedad, ergodicidad)
Conceptos de geoestadística: variograma, modelos de correlación espacial, interpolación usando
kriging
5. Conservación de masa – ecuación de continuidad
Ecuación de continuidad, flujo saturado
Coeficiente de almacenamiento, esfuerzo efectivo, consolidación
Condiciones iniciales y de frontera
Flujo horizontal en un acuífero confinado
Flujo horizontal en un acuífero libre
6. Soluciones misceláneas para flujo saturado
Solución gráfica en estado estacionario: Redes de flujo
Refracción de líneas de corriente en interfaces
Nivel freático
Lloraderos (seepage face)
Acuíferos costeros: intrusión salina
7. Soluciones analíticas, estado estacionario
Solución de Thiem
Flujo a drenes en un acuífero libre
Teoría del flujo subterráneo
2
8. Hidráulica de pozos: acuífero confinado
Solución de Theis y procedimiento gráfico
Simplificación de Cooper-Jacob
Velocidad de propagación de presión/abatimiento
Recuperación
Penetración parcial
9. Hidráulica de pozos: acuífero semiconfinado
Solución de Hantush-Jacob
Solución de Neuman-Witherspoon
Método de la razón (Neuman-Witherspoon)
10. Hidrología de la zona no saturada
Ascenso capilar, presión capilar, formula de Young.
Presión capilar en medios porosos, curva de retención de humedad, histéresis, tensiómetros
Procesos/fuerzas a contenidos de humedad muy bajos: fuerzas electrostáticas, doble capa difusa
Medición de potencial de presión y contenido de humedad en suelos
Conductividad hidráulica no saturada
Modelos para la curva de retención de humedad
Conservación de masa – ecuación de continuidad flujo no saturado
11. Hidráulica de pozos: acuífero libre
Corrección de Jacob
Solución de Neuman (1972)
Solución de Tartakovsky-Neuman (2006)
12. Mediciones de campo en la zona no saturada
Permeámetro de campo
Infiltrómetro de doble disco
Piezómetros, métodos de Glover y de Stephens-Neuman
Pruebas neumáticas
Funciones de pedotransferencia
13. Procesos cerca de la superficie
Infiltración
Sorción
Nivel freático somero
Redistribución
Teoría del flujo subterráneo
3
Evapotranspiración
14. Transporte de solutos en medios porosos
Difusión molecular, advección y dispersión
Inyección de trazador en una columna porosa
Inyección de un pulso unitario
Inyección continua en dos dimensiones
Efectos de las fronteras en una dimensión
Experimentos de Borden
Sorción e isotermas (equilibrio y modelos cinéticos)
Decaimiento radioactivo
Evaluación:
Una tarea por cada capítulo (50% de la calificación final).
Tres exámenes, uno cada cuatro o cinco capítulos (50% de la calificación final).
Bibliografía
Ghislain De Marsily, 1986, Quantitative Hydrogeology: Groundwater Hydrology for Engineers,
Academic Press
Bear, J, 1988, Dynamics of Fluids in Porous Media, Dover Publications
Patrick A. Domenico y Franklin W. Schwartz, 2008, Physical and Chemical Hydrogeology, Wiley
Apuntes y presentaciones de la clase
Teoría del flujo subterráneo
4
Descargar