ReferenciasUS EPA – “http://www.epa.gov/athens/onsite/” Transporte de contaminantes en el agua subterránea Transporte de contaminantes en agua subterránea 1 Transporte de contaminantes en agua subterránea 2 Transporte de contaminantes en agua subterránea Transporte de contaminantes en agua subterránea Los modelos tienen la capacidad de proporcionar respuestas a estas preguntas, dado que: Pueden predecir concentraciones futuras. Tienen una base científica. Pueden incluir efectos debidos a muchos factores diferentes. Han sido aceptados como herramientas predictoras. Preguntas: ¿Se contaminará mi pozo? ¿Cuándo llegarán los contaminantes a mi suministro de agua potable? ¿Cómo de altas serán las concentraciones de los contaminantes en el pozo? ¿Cuáles son los efectos de beber este agua en mis hijos o en mí mismo? Transporte de contaminantes en agua subterránea 3 Transporte de contaminantes en agua subterránea 4 1 htm Introducción Ecuación del transporte. • El uso apropiado de los modelos depende de los detalles de su construcción y de cómo se usen para resolver un problema específico. vx. Dy. • http://www. λ Valores de parámetros adicionales Solubilidad efectiva de la mezcla Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura Transporte de contaminantes en agua subterránea 5 Transporte de contaminantes en agua subterránea 6 Tiempo de primera llegada frente a tiempo de transporte por advección • Tiempo de transporte advectivo: Sería el tiempo de viaje desde una fuente hasta un receptor si los contaminantes fueran transportados únicamente debido al movimiento del agua subterránea. Coeficientes de dispersión (Dx. Factor de retardo.Requiere seis parámetros de entrada: Velocidad lineal media. Transporte de contaminantes en agua subterránea 7 vs – Velocidad Lineal Media [L/T] Transporte de contaminantes en agua subterránea 8 2 . xreceptor – Distancia a un receptor en el acuífero (por ejemplo.Transporte de contaminantes en agua subterránea • Hay una serie de factores que influyen y limitan la capacidad de los modelos para predecir una contaminación futura. • Como parte del uso de los modelos se debe incluir un informe sobre la incertidumbre. Transporte por advección comparado con el transporte por advección y dispersión. Frecuentemente se usa como una aproximación del transporte de contaminantes. Dz) Constante de degradación. Tiempo de primera llegada frente a tiempo de transporte por advección • Tiempo de transporte advectivo: Se calcula a partir de la Ley de Darcy y de un factor de retardo. R. un pozo) [L] R – Factor de Retardo [adimensional] (cociente entre las velocidades de transporte de un trazador conservativo y la de un compuesto químico con sorción).gov/athens/learn2model/parttwo/onsite/uncertainty.epa. en la cual se han dibujado en las líneas topográficas. homogéneo y de espesor constante. c – Constantes. ¿Cuál es la dirección del flujo? Magnitud – ( + a2 cuadrante. Ejercicio (4/12) La localización de cuatro pozos se muestra en la siguiente figura. Transporte de contaminantes en agua subterránea 12 3 . La conductividad hidráulica es 1. Transporte de contaminantes en agua subterránea 9 Transporte de contaminantes en agua subterránea 10 Velocidad del agua subterránea (3/12) Cálculo del gradiente hidráulico – La magnitud y dirección se pueden estimar ajustando un plano a través de la superficie del agua subterránea. Pozo 1 Profundidad al nivel piezométrico (m) 12 2 7 7 x. ¿Qué caudal de agua fluirá a través del acuífero al día? Vd – Velocidad de Darcy [L/T] K – Conductividad Hidráulica [L/T] n – Porosidad efectiva [L3/L3] Δh/Δl – Gradiente hidráulico [L/L] K: Conductividad hidráulica [L/T] h1 . localizarías un pozo para extraer agua? ¿Por qué? Imagina un acuífero isótropo. El nivel del agua en el primer pozo es de 45 m y en el segundo pozo es de 40 m. tres pozos.h2: Cambio en el potencial hidráulico entre dos puntos [L] L : Distancia entre los dos puntos [L] A: Área transversal [L2] Es direccional y el gradiente indica la dirección (en los medios isótropos). Se han excavado dos pozos separados 1. dependiendo del Transporte de contaminantes en agua subterránea 11 c) ¿En qué punto. Se pueden hallar ajustando el plano a.Velocidad del agua subterránea (1/12) Velocidad lineal media – Por término medio. b2)1/2 Dirección desde el Norte – arcotangente de a/b o b/a.5 m/dia. X o Y.5 km en la dirección del flujo de agua subterránea. La tabla de la derecha muestra la profundidad hasta el nivel piezométrico en cada uno de los cuatro pozos. a) b) 2 3 4 Dibujar las líneas piezométricas equidistantes cada 5 metros. b. gobierna la velocidad de un contaminante. Ley de Darcy Ejercicio (2/12) Un acuífero tiene una anchura de 8 km y 18 m de espesor. y – Coordinadas de un pozo h – Potencial hidráulico a. al menos. 15 o 15 %. El nivel piezométrico desciende 15 m en una longitud de 5000 m. Se deben considerar algunos hechos: No se puede mostrar la imagen en este momento. así que el gradiente hidráulico es: Transporte de contaminantes en agua subterránea 15 Transporte de contaminantes en agua subterránea 16 4 . • Un aumento de la porosidad dará lugar a una menor velocidad del agua subterránea y a la inversa. Sin embargo. efectos tales como la difusión y la sorción retardarán al contaminante. ¿Cuándo el contaminante alcanzará el pozo? El acuífero es una arenisca con una conductividad hidráulica de 5 m/día y una porosidad efectiva del 0. • El bombeo aumentará el gradiente hidráulico y esto no se ha tenido en cuenta en el cálculo. Exercise (8/12) Esto quiere decir que una molécula de agua –o una molécula de contaminantenecesitará 50.Ejercicio (5/12) Velocidad del agua subterránea (6/12) Pozo 1 2 3 4 Profundidad al Nivel Piezométrico (m) 12 2 7 7 Coordenadas aproximadas (m) Nivel piezométrico (m) 65 60 Nivel piezométrico (m) 68-12=56 78-2=76 58-7=51 73-7=66 Profundidad al nivel piezométrico (m) 1m 3m X Y 66 63 Transporte de contaminantes en agua subterránea 13 Transporte de contaminantes en agua subterránea 14 Ejercicio (7/12) Un contaminante se ha introducido en el agua subterránea y está viajando hacia un pozo. No se puede mostrar la imagen en este momento. • Se ha asumido que el contaminante se mueve a la misma velocidad que el agua.000 días (más de 135 años) para viajar desde el área industrial hacia el pozo. Ejercicio (9/12) Ejercicio (10/12) Este hecho es muy significativo en los acuíferos fracturados. • Al disminuir θ. Los tiempos de viaje largos podrían indicar que la contaminación poría permanecer en el acuífero. la velocidad del agua debe aumentarse dado que sólo una parte de la sección total (los canales de los poros en el material) estará disponible para el flujo. así que el agua se moverá del área industrial al pozo en menos de 1 año. Este tipo de estudios se podrían usar para definir las zonas de protección alrededor de los pozos usados para suministro público. no detectada.P. No se puede mostrar la imagen en este momento. El nivel piezométrico en este pozo está localizado a 400 m.8 m/día t = x/v =1000/0.8 = 1250 días = 3. durante muchos años. 17 Transporte de contaminantes en agua subterránea 18 Flujo a través de la porosidad: a) El agua que se mueve a un caudal de q por unidad de tiempo y por unidad de sección a través de un conducto tiene una velocidad de q unidades por unidad de tiempo y viajará una distancia qt en el tiempo t. En un acuífero de caliza. Transporte de contaminantes en agua subterránea 20 Transporte de contaminantes en agua subterránea 19 5 . se podrían prohibir las actividades que podrían causar contaminación del agua subterránea. v aumenta. t disminuye. Dentro de estas zonas. y aparecer de repente en un pozo mucho tiempo después de que las fuentes contaminantes originales hayan desaparecido.4 años • Al aumentar K. en el cual toda la permeabilidad y porosidad es debida a fisuras horizontales.1 %: No se puede mostrar la imagen en este momento. v aumenta. 200m 1000m Solución: 3.2 (Δh/Δl) = (2/1000) = 2·10-3 v = 0. mientras que el nivel piezométrico de un pozo localizado a 1 km de distancia gradiente abajo del primero se encuentra a 398 m. Algunos contaminantes se podrían degradar o descomponer en productos no dañinos si permanecen en el acuífero el tiempo suficiente. No se puede mostrar la imagen en este momento. Si el mismo volumen de agua q fluje como un caudal específico a través de un medio poroso. • En ambos casos. Ejercicio (12/12) 400m 398m N. con una conductividad hidráulica de 80 m/día y una porosidad efectiva del 20%. con una permeabilidad media de 5 m/día pero una porosidad efectiva de sólo el 0. No se puede mostrar la imagen en este momento.4 años ¿Cuál es la velocidad del agua subterránea y del contaminante? ¿Cuánto tardará el contaminante en alcanzar el segundo pozo? • • • • • • v = k·(Δh/Δl)/θ K = 80 m/día θ = 0. b) No todos los poros permiten el flujo del agua. Transporte de contaminantes en agua subterránea Ejercicio (11/12) Un vertido de cloro se ha infiltrado a través de un pozo que cruza un nivel confinado y alcanza el nivel piezométrico de un acuífero de arena y grava de 20 metros de espesor situado inmediatamente por debajo del primero. 5 m/día y la porosidad efectiva de 0.8 L/kg respectivamente). una superficie piezométrica desciende 0.θ) (ρs –densidad de sólidos [M/L3]) kd – coeficiente de distribución suelo-agua [L3/M] kd = foc Koc (foc – fracción de carbono orgánico en el suelo [adimensional]) (Koc – coeficiente de reparto de carbono orgánico [L3/M]) Transporte de contaminantes en agua subterránea 23 Cálculo del factor de retardo (3/7) Para un acuífero de arenisca de 9 m de espesor (densidad de las partículas de cuarzo: 2. el tolueno y el etilbenceno tardarán en alcanzar el segundo pozo si un vertido tiene lugar en una gasolinera localizada 1000 m aguas arriba (en la dirección del flujo de agua subterránea) del pozo (los coeficientes de reparto carbono orgánico-agua correspondientes son 5. Factor de retardo.5 %.65 g cm-3) con una fracción de carbono orgánico media del 0. vs – Velocidad Lineal Media [L/T] Transporte de contaminantes en agua subterránea 21 Transporte de contaminantes en agua subterránea 22 Cálculo del factor de retardo (2/7) Factor de Retardo – Cantidad de compuesto orgánico sorbido en los sólidos de un acuífero (una conceptualización simplificada de la sorción): a) R – Factor de Retardo (adimensional) ρb – densidad aparente del material del acuífero ρb = ρs (1 – θ) = 2.45 m entre dos piezómetros separados 652 m. calcular: La velocidad lineal media de un contaminante que no experimenta ninguna interacción con la matriz del acuífero.25? ¿Cómo influye la porosidad efectiva en el transporte de contaminantes? Transporte de contaminantes en agua subterránea 24 b) [M/L3] c) 6 . Dz) Constante de degradación.5 L/kg.Requiere seis parámetros de entrada: Velocidad lineal media. R. λ Valores de parámetros adicionales Solubilidad efectiva de la mezcla Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura Cálculo del factor de retardo (1/7) • Tiempo de transporte advectivo: Se calcula a partir de la Ley de Darcy y de un factor de retardo. siendo la conductividad hidráulica de 7. vx. 268 L/kg y 517. El tiempo que el MTBE.258 L/kg.Introducción Ecuación del transporte. Coeficientes de dispersión (Dx.16. el benceno. xreceptor – Distancia a un receptor en el acuífero (por ejemplo. Dy.65 g/mL (1. ¿Cómo cambiarían estos resultados si la porosidad efectiva fuera de 0. un pozo) [L] R – Factor de Retardo [adimensional] (cociente entre las velocidades de transporte de un trazador conservativo y la de un compuesto químico con sorción). 165. 258 L/kg.8 L/kg respectivamente). 165. el tolueno y el etilbenceno tardarán en alcanzar el segundo pozo si un vertido tiene lugar en una gasolinera localizada 1000 m aguas arriba (en la dirección del flujo de agua subterránea) del pozo (los coeficientes de reparto carbono orgánico-agua correspondientes son 5.5 L/kg.25 Transporte de contaminantes en agua subterránea 27 Transporte de contaminantes en agua subterránea 28 7 . Cálculo del factor de retardo (5/7) b) El tiempo que el MTBE.25? ¿Cómo influye la porosidad efectiva en el transporte de contaminantes? Cálculo del factor de retardo (7/7) θ = 0. Transporte de contaminantes en agua subterránea 25 Transporte de contaminantes en agua subterránea 26 Cálculo del factor de retardo (6/7) c) ¿Cómo cambiarían estos resultados si la porosidad efectiva fuera de 0. el benceno.16 θ = 0.Cálculo del factor de retardo (4/7) a) La velocidada lineal media de un contaminante que no experimenta ninguna interacción con la matriz del acuífero. 268 L/kg y 517. Dy. λ – Es la forma en la que se suelen indicar los resultados obtenidos en los microcosmos de laboratorios. El rango de variabilidad de este parámetro en la literatura es muy alto y. no hay forma de probar que un valor escogido es el apropiado. Dz) Constante de degradación. R. R. Factor de retardo. Coeficientes de dispersión (Dx. Dz) Constante de degradación. Factor de retardo. Coeficientes de dispersión (Dx. vx.Requiere seis parámetros de entrada: Velocidad lineal media.Introducción Ecuación del transporte. en ausencia de ajuste a las concentraciones observadas. Dy. Transporte de contaminantes en agua subterránea 29 Transporte de contaminantes en agua subterránea 30 Introducción Ecuación del transporte. vx. C – concentración t – tiempo λ – constante de primer orden C(t) – concentración en el tiempo t C0 – Concentración inicial t0 – Tiempo inicial Transporte de contaminantes en agua subterránea 31 Transporte de contaminantes en agua subterránea 32 8 . λ Valores de parámetros adicionales Solubilidad efectiva de la mezcla Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura Coeficiente de dispersión longitudinal (1/1) Coeficiente de dispersión – Se puede medir pero normalmente se suele tratar como un parámetro de ajuste. λ Valores de parámetros adicionales Solubilidad efectiva de la mezcla Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura Conversión de vidas medias a constante de degradación (1/1) Constante de degradación de primer orden.Requiere seis parámetros de entrada: Velocidad lineal media. λ Valores de parámetros adicionales Solubilidad efectiva de la mezcla Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura Solubilidad efectiva de la mezcla (1/3) Solubilidad efectiva – Es la solubilidad de un compuesto en equilibrio con una mezcla inmiscible en agua. vx. Transporte de contaminantes en agua subterránea 35 La solubilidad efectiva depende de la fracción de masa y de la temperatura. Dz) Constante de degradación. Transporte de contaminantes en agua subterránea 36 9 .Requiere seis parámetros de entrada: Velocidad lineal media. Coeficientes de dispersión (Dx. La mayor parte de la variación es debida a la variación de la solubilidad en sí. Factor de retardo. La cantidad de compuesto en la mezcla (propiedades de la mezcla). Depende de: La solubilidad del componente puro (sólo en agua). Sef – Solubilidad efectiva de un compuesto [M/L3] xi – Fracción molar del compuesto [M/M] Si – Solubilidad del compuesto en agua [M/L3] Ley de Raoult Transporte de contaminantes en agua subterránea 33 Transporte de contaminantes en agua subterránea 34 Solubilidad efectiva de la mezcla (2/3) Las solubilidades varían con la temperatura Solubilidad efectiva de la mezcla (3/3) Datos de solubilidad inconsistentes en la literatura científica.Introducción Ecuación del transporte. R. Dy. Dy. parando su progreso las capas de baja permeabilidad. Dz) Constante de degradación. Una vez que alcanza el fondo impermeable del acuífero. Transporte de contaminantes en aguain subterránea Contaminant Transport Groundwater 40 40 10 . Factor de retardo. Una vez allí.Introducción Ecuación del transporte. se extiende en la forma de una capa delgada que “flota” sobre el nivel freático. vx. Ca – Concentración en aire (mg/L) Cw – Concentración en agua (mg/L) Hcc – Coeficiente de la ley de Henry (adimensional) Transporte de contaminantes en agua subterránea 37 Transporte de contaminantes en agua subterránea 38 Movimiento de NAPL Movimiento de NAPL Movimiento de LNAPL: El producto libre ligero fluye verticalmente a través de la zona vadosa hasta que alcanza la zona capilar y el nivel freático. Coeficientes de dispersión (Dx. el DNAPL se expande sobre él y se mueve pendiente abajo debido al gradiente gravimétrico. R. λ Valores de parámetros adicionales Solubilidad efectiva de la mezcla Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura Coeficiente de la Ley de Henry dependiente de la temperatura (1/3) Constante de Henry – Representa el reparto en equilibrio de un compuesto entre el agua y el aire. También las fracciones solubles se disolverán y se moverán con el flujo de agua subterránea. Transporte de contaminantes en aguain subterránea Contaminant Transport Groundwater 39 39 Movimiento de DNAPL: El producto en fase libre denso penetra rápida y profundamente en el acuífero. Las fracciones solubles se disuelven y se mueven con el agua subterránea.Requiere seis parámetros de entrada: Velocidad lineal media. htm Transporte de contaminantes en aguain subterránea Contaminant Transport Groundwater La permeabilidad intrínseca de un testigo de suelo es de 9. el acuífero “parece” diferente del NAPL Movimiento de NAPL Definición of conductividad hidráulica: K = conductividad hidráulica (o coeficiente de permeabilidad) [L/T] ρ = densidad del fluido [M/L3] – función del fluido μ = viscosidad dinámica [M/TL] – función del fluido k = permeabilidad intrínseca [L2] – función del medio poroso g = aceleración gravitacional [L/T2] MIT OpenCourseWare http://ocw.edu/OcwWeb/Civil-and-Environmental-Engineering/1-34Spring2004/LectureNotes/index.46 poise = g/cm/sec MIT OpenCourseWare http://ocw. ¿Cuál es la conductividad hidráulica de ese suelo para el agua a 15ºC? ¿Y a 25ºC? Transporte de contaminantes en aguain subterránea Contaminant Transport Groundwater 43 43 11 .mit.edu/OcwWeb/Civil-and-Environmental-Engineering/1-34Spring2004/LectureNotes/index.56 Kagua 2. fuel oil Menor viscosidad → mayor K → flujo más rápido Ejemplo: TCE frente al agua ρ (g cm-3) Agua TCE *1 μ (centipoise*) K 1 0.htm Transporte de contaminantes en aguain subterránea Contaminant Transport Groundwater 41 41 Mayor viscosidad → menor K → flujo más lento Ejemplos: agua subterránea más fría.mit. Por lo tanto.Movimiento de NAPL Los NAPL tiene distinta viscosidad y densidad que el agua.87·10-9 cm2.6 Kagua 42 42 1 1.