Flujo de aguas subterraneas

1. FLUJO DE AGUAS
SUBTERRANEAS

2. Contenido
• Introducción
• Propiedades físicas del medio
• Principios de flujo
• Ecuaciones generales del flujo
• Simulación de flujo estacionario
• Simulación de flujo no estacionario

3. INTRODUCCION

4. Terminología

5. Introducción
• Zona no-saturada: flujo subsuperficial (IF)
• Zona saturada: flujo base (BF)
• Nivel freático
• Franja capilar: Zona saturada que se encuentra por
encima del nivel freático

6. Flujos
• Infiltración: flujo del agua de la superficie a la zona no
saturada (por gravedad)
• Recarga: flujo de agua de la zona no saturada a la zona
saturada (por gravedad)
• Evapotranspiración: proceso combinado de evaporación y
transpiración de las plantas del agua absorbida de sus
raíces
• Descarga de flujo subterráneo a rios: parte del flujo en la
zona no saturada y saturada se convierte en flujo
subsuperficial y flujo base

7. Flujo hacia y desde el rio

8. Balance de masa
• Zona saturada
R: Recarga
Gi: Flujo de entrada de flujo subterráneo
Go: Flujo de salida de flujo subterráneo
Gs: Flujo a ríos de flujo subterráneo
Etd: Evapotranspiración de raíces profundas
Qw: Descarga de pozos

9. PROPIEDADES DEL MEDIO
POROSO

10. Porosidad
• Fracción del volumen de espacios vacíos 0<n<1
𝑛 =
𝑉
𝑣
𝑉𝑡
• Tipos de porosidad
Porosidad intergranular matricial para suelos bien gradados, pobremente
gradados y porosidad de fractura en rocas
Porosidad efectiva: volumen de vacíos interconectados a través de los
cuales hay flujo, puede ser considerablemente menor a la porosidad total
n: Porosidad
Vv: Volumen de vacíos
Vt: Volumen total

11. Granulometría
• Distribución del tamaño de los granos
• Se diferencian arcilla, limo, arena, grava

12. • La distribución se visualiza en curvas granulométricas

13. • Los porcentajes determinan el tipo de textura del suelo

14. Contenido volumétrico y densidad aparente
• Contenido volumétrico
θ =
𝑉
𝑤
𝑉𝑡
• Densidad aparente
ρ𝑏 =
𝑚𝑠
𝑉𝑡
• Densidad aparente total
ρ𝑏 =
𝑚𝑠 + 𝑚𝑤
𝑉𝑡
Vw: Volumen del agua
Vt: Volumen total
ms: masa de solidos
mw: masa del agua

15. PRINCIPIOS DE FLUJO

16. Energía y altura hidráulica
• Ecuación de Bernoulli
Energía por unidad de masa de fluido: altura hidráulica
ℎ =
𝑃
γ
+ 𝑧 +
𝑣2
2𝑔
• Donde:
h es la altura hidráulica
P es la presión en el fluido (respecto a la presión atmosférica)
γ es peso especifico
z es la altura de elevación (respecto a un nivel de referencia)
v es la velocidad del fluido
Los términos son la altura de presión, altura de elevación y altura
de velocidad
h es la variable principal en las ecuaciones de flujo subterráneo

17. • El flujo subterráneo va de mayor a menor altura hidráulica

18. Medición de altura hidráulica
• En pozos o con piezómetros
ℎ =
𝑃
γ
+ 𝑧 +
𝑣2
2𝑔
Altura hidráulica= altura de presión + altura de elevación
+ altura de velocidad (despreciable)

19. Patrones de flujo
• Acuíferos: capas de suelo con alta conductividad
hidráulica, transmiten la mayor cantidad de flujo
• Acuitardos: capas de suelo con baja conductividad
hidráulica, transmiten poco flujo
• Acuífero no confinado: el nivel freático esta en la capa del
acuífero, también llamado acuífero freático
• Acuífero confinado: limitado por capas impermeables o
acuitardos, todo su espesor esta saturado

20. • Un pozo artesiano es aquel en el que el nivel del agua se
eleva por encima de la superficie del terreno.

21. Recarga y Descarga
El flujo subterráneo va de zonas de recarga elevadas
donde la precipitación se infiltra en el suelo a zonas de
descarga como ríos.
Las líneas de flujo son irregulares debido a la
heterogeneidad de conductividad hidráulica (K).
Cuando la conductividad hidráulica es alta el flujo es
paralelo a los limites del acuífero.
Cuando la conductividad hidráulica es baja el flujo es
perpendicular a los limites del acuífero.

23. • Líneas de flujo
• Líneas equipotenciales: misma altura de presion
(segmentada)

24. • Patrones de flujo típicos en lagos o ríos:
h es la altura hidráulica
a) El flujo subterráneo descarga en el rio en todas direcciones
b) El flujo del rio recarga al flujo subterráneo en todas
direcciones
c) y d) la descarga y recarga va en ambos sentidos

25. Ley de Darcy y Conductividad Hidráulica
• Ley de Darcy para 1 D
El flujo Qs es proporcional a
la diferencia de altura de
presión dh entre los puntos 1
y 2 e inversamente
proporcional a la distancia ds
entre estos puntos.
𝑄𝑠 = −𝐾𝑠
𝑑ℎ
𝑑𝑠
𝐴
Donde K es la conductividad
hidráulica en la dirección s y
A es la sección transversal
del tubo.

26. • La conductividad hidráulica K es una medida de la facilidad
con la que el medio transmite agua.
• El radio dh/ds representa la tasa de cambio de la altura de
presión en la dirección s y se conoce como gradiente
hidráulico.
• Caudal especifico qs:
𝑞𝑠 =
𝑄𝑠
𝐴
• Velocidad lineal promedio 𝑣𝑠 :
𝑣𝑠 =
𝑞𝑠
𝑛𝑒
Donde ne es la porosidad efectiva

27. • Ley de Darcy en 3 dimensiones: