Introduccion a la hidráulica de pozos y del flujo subterraneo, ecuación en régimen permanente: darcy, thysee y Jacob

Intuitivamente, pensamos que el agua circula de los puntos donde está más alta hacia los puntos en los que está más baja, ya que así lo vemos en las aguas superficiales y muchas veces esta aproximación intuitiva se cumple en las aguas subterráneas. Por el contrario, es frecuente que el agua subterránea circule hacia arriba en un Angulo inclinado, o incluso verticalmente hacia arriba.

En realidad, el agua se mueve de los puntos en los que tiene más energía hacia aquellos en los que tiene menor energía. Esa energía se denomina potencial hidráulico (Φ), el cual es igual a la altura de la columna de agua (z) multiplicado por la aceleración de la gravedad (g) y se estudia a través de ensayos de bombeo o hidráulica de pozos.

Los ensayos de bombeo son el método más extendido, de más fácil aplicación y mayor respaldo en sus resultados, que se usa habitualmente con el objeto de conocer las características hidráulicas de los acuíferos, así como el grado de perfección del acabado de las captaciones de aguas subterráneas, sobre todo en aquellas contenidas en pozos, los cuales son los principales medios de prospección con que se cuenta, su comportamiento hidráulico es importante de determinar, ya que reviste interés desde dos puntos de vista diferentes a saber:

- El comportamiento hidráulico de un pozo debe conocerse al planear su aprovechamiento como captación de agua.

- En drenaje, ya sea saneamiento de terrenos o bien para deprimir nivel de agua subterránea a objeto de realizar alguna obra de ingeniería, resulta de interés conocer el comportamiento de los niveles de la napa en las proximidades de un pozo en función de las características de éste y de su operación.

Un flujo de agua subterránea puede estar en un régimen no permanente o permanente, el primero se refiere cuando el flujo varía a través del tiempo, esto sucede en un pozo sin explotar y en los alrededores de un sondeo o primeras otras tras el comienzo del bombeo. Trascurrido el tiempo este flujo entra en régimen permanente o estacionario, ya que no varía con el tiempo.

Agua Subterranea

El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en los continentes, y se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de kilómetros cuadrados (como el Acuífero Guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante y de este se abastece a una tercera parte de la población mundial, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación y a la sobreexplotación. El agua subterránea es parte de la precipitación que se filtra a través del suelo hasta llegar al material rocoso que está saturado de agua. El agua subterránea se mueve lentamente hacia los niveles bajos, generalmente en ángulos inclinados (debido a la gravedad) y eventualmente llegan a los arroyos, los lagos y los océanos.

Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa la ofrecen las rocas solubles, como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías de circulación, modelo que más se ajusta a la creencia popular.

Hidraulica de Pozos

Los ensayos de bombeo son el método más extendido, de más fácil aplicación y mayor respaldo en sus resultados, que se usa habitualmente con el objeto de conocer las características hidráulicas de los acuíferos, así como el grado de perfección del acabado de las captaciones de aguas subterráneas.

Se pretende dar una exposición sobre la forma de realizar e interpretar de una manera pragmática estas pruebas, en base a la preparación de una serie de recomendaciones, que presenten la imprescindible atención a los desarrollos matemáticos, pero procurando dejar claro el concepto físico para cada uno de los métodos que se utilicen.

El pozo es uno de los principales medios de prospección con que se cuenta, su comportamiento hidráulico es importante de determinar, ya que reviste interés desde dos puntos de vista diferentes a saber:

- El comportamiento hidráulico de un pozo debe conocerse al planear su aprovechamiento como captación de agua.

- En drenaje, ya sea saneamiento de terrenos o bien para deprimir nivel de agua subterránea a objeto de realizar alguna obra de ingeniería, resulta de interés conocer el comportamiento de los niveles de la napa en las proximidades de un pozo en función de las características de éste y de su operación.

Ecuaciones en Regimen Permanente

Ecuacion de DarcyLa Ley de Darcy describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso.La expresión matemática de la Ley de Darcy es la siguiente:

Donde:

= gasto, descarga o caudal en m3/s. = longitud en metros de la muestra

= una constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de Darcy, variable en función del material de la muestra, en m/s.

= área de la sección transversal de la muestra, en m2. = altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la

entrada de la capa filtrante.

= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante.

Ecuacion de Jacob

La ecuación de Jacob se puede usar para obtener el radio de influencia, cuando el abastecimiento es nulo. Entonces despejando el radio se obtiene:

Ecuacion de Thysee