Teoría de flujo subterráneo
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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
