UNIVERSITAT POLIT

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SIMULACIÓN DE INTRUSIÓN MARINA EN ACUÍFEROS
CONFINADOS
María Pool Ramírez
Grupo de Hidrología Subterránea Universidad
Politécnica de Cataluña
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Simulación de intrusión marina en acuíferos
confinados 1-Introducción. 2- Objetivos. 3-
Ecuaciones Básicas. 3.1.Ecuación de
Flujo. 3.2.Ecuación de Transporte. 4-
Metodología. 5- Resultados. 6- Conclusiones.
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1- INTRODUCCIÓN
Se llama intrusión marina al movimiento
permanente o temporal del agua salada tierra
adentro, desplazando al agua dulce. Como estos
dos fluidos (agua dulce-agua salada) son
miscibles, no existe una interfaz brusca, sino
que se pasa de un fluido a otro a través de una
zona de mezcla, cuya anchura depende de la
difusividad y dispersividad del medio y de las
características del movimiento (Hidrología
Subterránea. E.Custodio R.M.Llamas)
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1- INTRODUCCIÓN
Dr. Kelly Li
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2- OBJETIVOS
Los modelos son una herramienta muy útil, y cada
día más frecuente, a la hora de gestionar
acuíferos costeros con problemas de intrusión
marina. Es necesario evaluar en qué casos se
puede simplificar tomando la densidad constante,
problema desacoplado, y modelar en dos
dimensiones para evitar problemas numéricos y un
alto coste.
1-Análisis de los procesos de intrusión marina
en acuíferos costeros confinados estudiando el
efecto de la densidad variable 2- Evaluar los
posibles casos en los cuales se puede simplificar
el problema a dos dimensiones.
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3- ECUACIONES BÁSICAS
LEY DE DARCY
flujo de agua
matriz de permeabilidades
permeabilidad relativa
vector gravedad, definido como (ELEVACIÓN).

Densidad Variable
Densidad de fluido para CC00 (agua
pura), Fracción másica de soluto
Constante?Variación de la densidad con respecto
a la fracción másica. Para mezclas de agua
dulce-agua salada a 20ºC, tomando C00 y ?0
998.2 (Kg/m3), el factor es aproximadamente 700
(kg/m3).
Densidad Constante ? ?0
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3- ECUACIONES BÁSICAS
BALANCE DE MASA DE FLUIDO
e porosidad Sw grado de saturación de agua Qp
(M/(L3s) fuente de masa de fluido ? (M/(L3 s)
fuente de masa de solutos
ECUACIÓN DE BALANCE DE SOLUTOS
Adsorción Advección Difusión-Dispersión
Degradación Fuente-Sumidero
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4- METODOLOGÍA
Código SUTRA. Caso teórico.
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4- METODOLOGÍA
Se han simulado los siguientes casos Modelos
3D -Problema desacoplado (densidad
constante). -Problema acoplado (densidad
variable). Modelos 2D -Problema con densidad
constante. -Problema con densidad variable. 1-
Análisis de sensibilidad al caudal de agua
dulce. 2- Análisis de sensibilidad a las
dispersividades. 3- Análisis de sensibilidad a
las pendientes. 4- Influencia de un bombeo.
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5- RESULTADOS
MODELOS 3D densidad variable (rojo) densidad
constante (azul)
DIFERENCIAS -La longitud del pie, así como el
ancho de la zona de mezcla. -La velocidades
DENSIDAD CONSTANTE
DENSIDAD VARIABLE
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5- RESULTADOS
Plano XZ (Y 0)
Existen diferencias en la zona de
descarga. -Modelo con densidad constante la
componente vertical es muy importante. -Modelo
con densidad variable la componente principal es
la transversal.
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5- RESULTADOS
BALANCES!!!
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad al caudal de agua
dulce. Caudales de 0.6 hm3/año, 1.18 hm3/año y
2.36 hm3/año. La línea marca el 90 de
concentración.
-Al aumentar el gradiente las diferencias con
respecto a la interfaz disminuyen notablemente
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad al caudal de agua dulce.
-En los modelos 3D al aumentar el gradiente con
densidad variable las velocidades aumentan,
mientras que en el caso 3D con densidad constante
disminuyen.
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5- RESULTADOS
Presión en el eje Y (X 0, Z -300)
Análisis de sensibilidad al caudal de agua dulce.
Presión
Y (m)
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad al caudal de agua dulce.
Detalle de modelos 2D El gradiente de
concentración es elevado (desciende mucho en
pequeño espacio), por eso el cambio brusco de
pendiente
Presión
Y (m)
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad al caudal de agua dulce.
Presión en el eje Y (X 0, Z -300) En los
modelos 3D el cambio de pendiente coincide
aproximadamente con la isolínea de 70 de
concentración.
Presión
Y (m)
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad al caudal de agua dulce.
BALANCES En los modelos 3D con densidad variable
al aumentar el caudal de entrada al acuífero,
aumenta el caudal de entrada de mar. En el resto
de simulaciones (3D con densidad constante y
modelos 2D) disminuye.
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad al caudal de agua dulce.
Tomando la densidad variable. ?Qd ?Qs
-Dispersión. -Presiones. Con densidad
constante ?Qd ?Qs
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad a las dispersividades.
2D densidad variable (naranja) 3D densidad
variable promedio (azul)
Los valores de las dispersividades con las que se
consigue un mejor ajuste son Dispersividad
longitudinal 280m. Dispersividad transversal 60m.
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad a las dispersividades.
BALANCES modelo 3D con densidad variable Qs
35.6 Kg/s. modelo 2D con densidad variable
aumentando las dispersividades Qs 1.29 kg/sg
(valor bastante mayor que tomando las
dispersividades iniciales 0.37 kg/sg).
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad a la pendiente.
3D densidad Cte 3D densidad Variable
2D densidad Cte 2D densidad
Variable
PENDIENTE 1
Las diferencias existentes entre los modelos 3D y
2D con densidad constante son menores al
disminuir la pendiente. Con respecto a los
modelos con densidad variable, al disminuir la
pendiente aumentan las diferencias.
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad a la pendiente.
Detalle de los modelos 2D
PENDIENTE 1
Con respecto a los balances de masas ocurre lo
mismo que para los modelos con pendiente del 5.
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad a la pendiente.
Al aumentar la pendiente las diferencias aumentan
al comparar los modelos con densidad constante y
disminuyen al comparar los modelos con densidad
variable.
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5- RESULTADOS
Análisis de sensibilidad a la pendiente.
PENDIENTE 0 Modelo 3D densidad variable-Modelo
2D sección densidad variable
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5- RESULTADOS
Influencia de un bombeo.
Pozo totalmente penetrante -Caudal de
extracción de 4 hm3/año -Período de tiempo de 92
años. El descenso calculado es muy similar en
todos los casos 2D-densidad constante d
26.23m, 2D- densidad variable d
25.47m, 3D-densidad constante d 25.95m, 3D
densidad variable d 25.22m.
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5- RESULTADOS
Influencia de un bombeo.
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5- RESULTADOS
Influencia de un bombeo.
Los balances de masas son muy parecidos en todos
los casos excepto en el caso del modelo 3D con
densidad constante.
La máxima velocidad se alcanza en el modelo 2D
con densidad variable, y la mínima en el modelo
3D con densidad constante.
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5- RESULTADOS
Influencia de un bombeo.
CUIDADO!!!!! NO SE HA LLEGADO AL ESTACIONARIO
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6- CONCLUSIONES
1- Longitud del pie es mayor en los modelos con
densidad variable que con densidad constante. 2-
La forma de la interfaz es tendida en los modelos
3D con densidad variable, siendo muy
verticalizada para el resto de los casos. 3-
Balance. En los modelos 3D con densidad
constante, para un Qd fijo, entra mayor cantidad
de agua salada que en los modelos 3D con densidad
variable, porque el gradiente de presión es
mayor. En los modelos 2D la entrada de agua
salina es mucho menor que en los modelos 3D.
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6- CONCLUSIONES
4- En los modelos 3D con densidad constante la
componente vertical es importante, en los modelos
3D con densidad variable la componente principal
es la transversal. 5- Al aumentar el caudal de
agua dulce llega un momento que el gradiente es
tan elevado que la forma de la interfaz y el
ancho de zona de mezcla son similares en todos
los casos, sin embargo las velocidades de
entrada, y los balances difieren mucho. 6- Al
aumentar el caudal de agua dulce de entrada al
acuífero aumentan las velocidades en los modelos
3D con densidad variable, en los modelos 3D con
densidad constante sucede lo contrario. En los
modelos 2D al aumentar el caudal de entrada las
velocidades prácticamente no varían.
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6- CONCLUSIONES
7- Al aumentar el caudal de agua dulce, la cuña
de intrusión marina se retira pero entra mayor
cantidad de agua para los modelos 3D con densidad
variable. Esto en los modelos 2D y en el modelo
3D con densidad constante no queda reflejado. 8-
Al aumentar los valores de las dispersividades en
los modelos 2D con densidad variable se ajusta la
forma de la interfaz (deja de ser verticalizada)
y el ancho de la zona de mezcla, la entrada de
agua salina al acuífero aumenta, pero no lo
suficiente como para alcanzar los valores
resultantes del modelo 3D con densidad
variable. 9- Las diferencias existentes entre
los modelos 3D y 2D con densidad constante
aumentan al aumentar la pendiente. Con respecto a
los modelos 2D y 3D con densidad variable, al
aumentar la pendiente disminuyen las diferencias.
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6- CONCLUSIONES
10- Al introducir un pozo de extracción tanto en
los modelos 3D como en los modelos 2D la forma de
la interfaz, el descenso, las concentraciones
alcanzadas en el pozo y los balances de masas son
muy similares en todos los casos, excepto en el
caso del modelo 3D con densidad constante. 11-
Cuando existe un gradiente importante hacia el
continente, el modelo más coherente con respecto
al modelo 3D con densidad variable es el modelos
2D con densidad constante. Sin embargo estos
resultados han de tomarse con cautela debido a
que en ninguno de los casos se ha alcanzado el
estado estacionario.
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SIMULACIÓN DE INTRUSIÓN MARINA EN ACUÍFEROS
CONFINADOS
GRACIAS!