CAPÍTULO 9

INTERACCIÓN ENTRE AGUA SUPERFICIAL Y AGUA SUBTERRÁNEA

En este capítulo se mostrarán las interacciones entre el agua subterránea y los cuerpos de agua

superficiales y el rol que juegan en la cantidad y calidad de agua subterránea y su suministro.

En climas húmedos, los cuerpos de agua superficial a menudo representan una zona de descarga.

Flujo regional de agua subterránea en las cercanías de un cuerpo de agua superficial

La figura 9.1 muestra el contorno del nivel freático

La figura 9.1B nos muestra el nivel freático que es consistente con el modelo de corriente de flujo.

La corriente de flujo está dibujada como una línea que conecta los dos puntos donde el contorno 40 intersecta el lado vertical del plano, esto es el punto a y b

En la fig. A se observa que un flujo de agua subterránea debe fluir hacia un gradiente bajo.

Ahora consideremos el caso de pérdida de corriente. El agua se está moviendo de un cuerpo de agua superficisla el de agua subterránea. Esta situación puede ser encontrada durante un periodo de ascenso de agua superficial, por ejemplo en tiempo de lluvia o cuando el agua subterránea ha sido explotada continuamente.

En el caso de pérdida de corriente, la elevación de la corriente es mas alta que la carga hidráulica en el acuífero, en consecuencia, el movimiento del agua es inducido hacia el acuífero.

Si ahora dibujamos una línea que pase que conecte los dos puntos a y b, localizados en el contorno 80 que corta. El flujo de agua es consistente con el hecho de que el agua este fluyendo de la corriente y deba moverse a un gradiente de menor potencial.

Esto también puede suceder debido al bombeo excesivo de pozos.

El flujo en la zona no saturada está influenciado por el efecto en que el nivel freatico encuentra condiciones de flujo no saturadas. El flujo no saturado está influenciado por el efecto en que la conductividad hidráulica se reduce relativamente en la zona saturada debido a la presencia de fases de aire

Dinámica de fluidos cerca de la corriente

En la figura 9.4. los contornos numerados describen el fluido potencial.

La elevación del nivel freático corresponde al valor del potencial del fluidoen el punto donde ocurre la intersección del nivel de freático.

El sistema de flujo ha sido dividido arbitrariamente en tresregiones: D, E, F. en la región F las líneas equipotenciales decrecen en magnitud con la profundidad, indicando un significante descenso. En la región E no hay un cambio significativo con la profundidad, se indica un flujo horizontal. En la región D el contorno incrementa en magnitud con la profundidad.

En A y B hay dos pozos de diferentes produndidades. En C hay tres pozos de diferentes profundidades. Cada pozo se ubica hasta el nivel freático, en cuanto a profundidad.

Esto significa que el agua fluirá espontáneamente de los pozos sin bombeo. En los pozos que se encuentran en depresiones topográficas así como los valles de ríos el agua puede fluir espontáneamente, a lo que se le llama pozo artesiano. Cuando el agua descarga naturalmente en la superficie, el punto de descarga se conoce como manantial.

Efectos del banco de almacenamientoOcurre cuando la elevación del nivel de agua en un cuerpo de agua superficial, como una corriente, incrementa mas que la elevación del agua subterránea en el banco adyacente. En este punto hay una salida por gradiente de potencial de la corriente al agua subterránea y la salida de flujo de la corriente incrementa.El agua se moverá en el sistema agua subterránea a lo largo de la elevación de la corriente de agua.El nivel de agua en el banco de corriente es mas alto que el de la corriente.

Ejemplo en Nueva Escocia.

Cuatro pozos localizados a lo largo de una línea ortogonal al río Musquodoboit (Fig 9.6) una “flood wave” generó una respuesta a una breve pero intensa tormenta, ocasionando un levantamiento del nivel freático que se refleja en la respuesta observada en los pozos 3 y 4.

Los cambios en los valores de carga en la fig. 9.7 están relacionados en la curva de recesión proyectada. El nivel de agua se elevó en respuesta al estado del río en un corto periodo de tiempo después de del evento flood-wave. Las curvas de los pozos son consistentes

La ecuación que describe el flujo de agua en la corriente está dada por:

,

( )

v

vo f

q qv z zz vd d dt b

q qv z vv g v g S Sd d z dt

+∂ ∂ ∂+ + =

+∂ ∂ ∂+ + + = −

9.1

9.2

Donde b es el ancho del canal, g es la aceleración gravitacional, l es el espacio coordinado, qv es el flujo en el canal por unidad sobre el banco del canal y de los tributarios. Sf es la fracción de salto, So es el salto del fondo del canal, t es tiempo, v velocidad de flujo z profundidad.

La ecuación de flujo está dada por:

( )2

v

z

qhht b

∂∇ ⋅ Τ∇ = +

∂ +

Pertenece al cambio y a otra parte de la ecuación de gobierno:

yhm h St

∂∇ ⋅Κ ∇ =

∂Donde h es la carga hidráulica, m es la profundidad saturada del acuífero, Sy es el campo específico y T la transmisibilidad.

9.3

9.4

La combinación entre la 9.1, 9.2, 9.3, y 9.4 es la forma de la ley de Darcy:

0

2v

pz

q z z hKb z

− −= −

′+ Δ

Donde Kp es la conductividad hidráulica del fondo de los sedimentos del canal, Δz´es la profundidad de los sedimentos a lo largo del perímetro mojado del canal, z0es la elevación de la corriente de fondo medida desde h

La solución para el conjunto de ecuaciones para un “flood wave” introducido en el río arriba de las condiciones de corriente:

1. La maxima elevación de la carga hidráulica del agua subterránea esta localizada a lo largo de la corriente. Entonces, el flood wave ha pasado a través del canal en ese punto en el tiempo que el agua subterránea “hill”.

2. El Hill tiene propagación mayor que el interior (oeste) en comparación del “hill” derecho

En la figura 9.10 tres curvas describen el cambio en la descarga de la corriente en función de tiempo. La curva “flood hydrograph” muestra el desarrollo de la ruta del floodwave asumiendo que no hay banco de almacén.

La curva “efect of leakage” muestra el efecto neto del banco de almacén, el agua comienza a entrar al banco tan pronto como la elevación de la corriente se incrementa.

El desarrollo del flood wave en 140000 pies indica en este punto el impacto de banco de almacén es mas grande que 50000 pies, indicando que el efecto del banco de almacén es acumulativo, entonces puede ser considerado muy importante en la regulación del flujo de descarga en bajos rangos de descarga