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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E5 - Flujo Subterráneo y Acuíferos
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4657
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Zona saturada y almacenamiento subterráneo
zona saturada
Grupo 2: Grupo 2: Acuíferos libres y respuesta a recarga
nivel freático
Grupo 3: Grupo 3: Acuíferos confinados y presión piezométrica
nivel piezométrico
Grupo 4: Grupo 4: Darcy, continuidad y difusión hidráulica
potencial hidráulico
Grupo 5: Grupo 5: Bombeo, abatimiento y solución de Theis
abatimiento piezométrico
Grupo 6: Grupo 6: Interacción río–acuífero y caudal base
diferencia de niveles río–acuífero
Grupo 7: Grupo 7: Recarga, residencia y amortiguación temporal
tiempo de residencia
ID:1704
Grupo 1: Grupo 1: Zona saturada y almacenamiento subterráneo
Descripción
zona saturada
Pregunta clave: ¿Dónde reside el agua subterránea y qué límites físicos definen la zona saturada?
zona saturada El agua subterránea ocupa los poros y las fracturas de las rocas y los sedimentos que están saturados por debajo del nivel freático, la misma superficie que ya se describió al hablar de la zona no saturada que queda justo por encima. Los acuíferos libres, o no confinados, tienen su nivel superior, el propio nivel freático, en contacto directo con la presión atmosférica, y es precisamente ese contacto directo el que hace que estos acuíferos respondan con rapidez a cualquier evento de recarga que reciban. Los acuíferos confinados, en cambio, están limitados en su parte superior por una capa impermeable, y es la presión que esa capa impermeable ejerce sobre el agua confinada la que hace que el nivel piezométrico de este tipo de acuífero pueda quedar por encima del propio techo del acuífero, produciendo los pozos surgentes que brotan por sí solos al perforarlos. El tiempo de residencia del agua dentro de un acuífero puede variar enormemente, desde apenas unos días en los acuíferos superficiales más activos hasta varios millones de años en los acuíferos fósiles de ciertos desiertos, como el acuífero de Ogallala o el acuífero de Nubia; la recarga de cualquier acuífero es, precisamente, el flujo neto de agua que llega desde la zona no saturada hacia la zona saturada, típicamente concentrado en los periodos de lluvia o bajo ciertas coberturas vegetales que favorecen la infiltración.
ID:2469
Grupo 2: Grupo 2: Acuíferos libres y respuesta a recarga
Descripción
nivel freático
Pregunta clave: ¿Cómo responde un acuífero libre al contacto atmosférico y a la recarga?
nivel freático Los acuíferos libres, o no confinados, tienen su nivel superior, el propio nivel freático, en contacto directo con la presión atmosférica, y es precisamente ese contacto directo el que hace que estos acuíferos respondan con rapidez a cualquier evento de recarga que reciban. Los acuíferos confinados, en cambio, están limitados en su parte superior por una capa impermeable, y es la presión que esa capa impermeable ejerce sobre el agua confinada la que hace que el nivel piezométrico de este tipo de acuífero pueda quedar por encima del propio techo del acuífero, produciendo los pozos surgentes que brotan por sí solos al perforarlos. El tiempo de residencia del agua dentro de un acuífero puede variar enormemente, desde apenas unos días en los acuíferos superficiales más activos hasta varios millones de años en los acuíferos fósiles de ciertos desiertos, como el acuífero de Ogallala o el acuífero de Nubia; la recarga de cualquier acuífero es, precisamente, el flujo neto de agua que llega desde la zona no saturada hacia la zona saturada, típicamente concentrado en los periodos de lluvia o bajo ciertas coberturas vegetales que favorecen la infiltración. El comportamiento esperado de todo este sistema incluye una respuesta muy lenta de los niveles freáticos frente a los eventos de recarga, y una atenuación marcada de las fluctuaciones del caudal base en los ríos que esos mismos acuíferos alimentan.
ID:2470
Grupo 3: Grupo 3: Acuíferos confinados y presión piezométrica
Descripción
nivel piezométrico
Pregunta clave: ¿Cómo produce el confinamiento presión y niveles piezométricos elevados?
nivel piezométrico Los acuíferos libres, o no confinados, tienen su nivel superior, el propio nivel freático, en contacto directo con la presión atmosférica, y es precisamente ese contacto directo el que hace que estos acuíferos respondan con rapidez a cualquier evento de recarga que reciban. Los acuíferos confinados, en cambio, están limitados en su parte superior por una capa impermeable, y es la presión que esa capa impermeable ejerce sobre el agua confinada la que hace que el nivel piezométrico de este tipo de acuífero pueda quedar por encima del propio techo del acuífero, produciendo los pozos surgentes que brotan por sí solos al perforarlos. La ecuación de Theis describe, dentro de un acuífero confinado, el abatimiento del nivel piezométrico que produce el bombeo de un solo pozo; su solución, conocida como la función de pozo de Theis, permite calcular tanto la transmisividad como el coeficiente de almacenamiento del acuífero a partir de los datos de un único ensayo de bombeo, las mismas dos propiedades que ya se describieron al hablar de la caracterización del suelo y del subsuelo. La interacción entre un río y el acuífero que tiene debajo determina si ese río es ganador, cuando recibe agua del acuífero, o perdedor, cuando es el propio río el que alimenta al acuífero; es la diferencia entre el nivel freático local y el nivel del agua que lleva el río la que determina, en cada tramo, cuál de las dos situaciones ocurre.
ID:2471
Grupo 4: Grupo 4: Darcy, continuidad y difusión hidráulica
Descripción
potencial hidráulico
Pregunta clave: ¿Cómo se propaga el flujo subterráneo a escala del acuífero?
potencial hidráulico Los acuíferos libres, o no confinados, tienen su nivel superior, el propio nivel freático, en contacto directo con la presión atmosférica, y es precisamente ese contacto directo el que hace que estos acuíferos respondan con rapidez a cualquier evento de recarga que reciban. El flujo de agua dentro de cualquiera de estos acuíferos queda descrito por la ley de Darcy, ya mencionada en documentos anteriores, generalizada aquí a las tres dimensiones del espacio y combinada con la ecuación de continuidad, dando lugar a una ecuación de difusión del potencial hidráulico que gobierna todo el acuífero a la vez. La ecuación de Theis describe, dentro de un acuífero confinado, el abatimiento del nivel piezométrico que produce el bombeo de un solo pozo; su solución, conocida como la función de pozo de Theis, permite calcular tanto la transmisividad como el coeficiente de almacenamiento del acuífero a partir de los datos de un único ensayo de bombeo, las mismas dos propiedades que ya se describieron al hablar de la caracterización del suelo y del subsuelo. El comportamiento esperado de todo este sistema incluye una respuesta muy lenta de los niveles freáticos frente a los eventos de recarga, y una atenuación marcada de las fluctuaciones del caudal base en los ríos que esos mismos acuíferos alimentan.
ID:2472
Grupo 5: Grupo 5: Bombeo, abatimiento y solución de Theis
Descripción
abatimiento piezométrico
Pregunta clave: ¿Cómo permite un ensayo de bombeo inferir propiedades del acuífero?
abatimiento piezométrico Los acuíferos confinados, en cambio, están limitados en su parte superior por una capa impermeable, y es la presión que esa capa impermeable ejerce sobre el agua confinada la que hace que el nivel piezométrico de este tipo de acuífero pueda quedar por encima del propio techo del acuífero, produciendo los pozos surgentes que brotan por sí solos al perforarlos. El flujo de agua dentro de cualquiera de estos acuíferos queda descrito por la ley de Darcy, ya mencionada en documentos anteriores, generalizada aquí a las tres dimensiones del espacio y combinada con la ecuación de continuidad, dando lugar a una ecuación de difusión del potencial hidráulico que gobierna todo el acuífero a la vez. La ecuación de Theis describe, dentro de un acuífero confinado, el abatimiento del nivel piezométrico que produce el bombeo de un solo pozo; su solución, conocida como la función de pozo de Theis, permite calcular tanto la transmisividad como el coeficiente de almacenamiento del acuífero a partir de los datos de un único ensayo de bombeo, las mismas dos propiedades que ya se describieron al hablar de la caracterización del suelo y del subsuelo. Así, desde los poros saturados con los que arranca este documento hasta la atenuación del caudal base con la que termina, pasando por los acuíferos libres y confinados, la ecuación de Theis y la interacción entre ríos y acuíferos, el agua subterránea hace que la lentitud misma con la que se mueve bajo tierra termine amortiguando, en la superficie, buena parte de la variabilidad que trae consigo cada evento de lluvia.
ID:2473
Grupo 6: Grupo 6: Interacción río–acuífero y caudal base
Descripción
diferencia de niveles río–acuífero
Pregunta clave: ¿Qué determina que un río gane o pierda agua frente al acuífero?
diferencia de niveles río–acuífero Los acuíferos libres, o no confinados, tienen su nivel superior, el propio nivel freático, en contacto directo con la presión atmosférica, y es precisamente ese contacto directo el que hace que estos acuíferos respondan con rapidez a cualquier evento de recarga que reciban. La interacción entre un río y el acuífero que tiene debajo determina si ese río es ganador, cuando recibe agua del acuífero, o perdedor, cuando es el propio río el que alimenta al acuífero; es la diferencia entre el nivel freático local y el nivel del agua que lleva el río la que determina, en cada tramo, cuál de las dos situaciones ocurre. El comportamiento esperado de todo este sistema incluye una respuesta muy lenta de los niveles freáticos frente a los eventos de recarga, y una atenuación marcada de las fluctuaciones del caudal base en los ríos que esos mismos acuíferos alimentan. Así, desde los poros saturados con los que arranca este documento hasta la atenuación del caudal base con la que termina, pasando por los acuíferos libres y confinados, la ecuación de Theis y la interacción entre ríos y acuíferos, el agua subterránea hace que la lentitud misma con la que se mueve bajo tierra termine amortiguando, en la superficie, buena parte de la variabilidad que trae consigo cada evento de lluvia.
ID:2474
Grupo 7: Grupo 7: Recarga, residencia y amortiguación temporal
Descripción
tiempo de residencia
Pregunta clave: ¿Cómo la lentitud del agua subterránea amortigua la variabilidad superficial?
tiempo de residencia Los acuíferos libres, o no confinados, tienen su nivel superior, el propio nivel freático, en contacto directo con la presión atmosférica, y es precisamente ese contacto directo el que hace que estos acuíferos respondan con rapidez a cualquier evento de recarga que reciban. El tiempo de residencia del agua dentro de un acuífero puede variar enormemente, desde apenas unos días en los acuíferos superficiales más activos hasta varios millones de años en los acuíferos fósiles de ciertos desiertos, como el acuífero de Ogallala o el acuífero de Nubia; la recarga de cualquier acuífero es, precisamente, el flujo neto de agua que llega desde la zona no saturada hacia la zona saturada, típicamente concentrado en los periodos de lluvia o bajo ciertas coberturas vegetales que favorecen la infiltración. El comportamiento esperado de todo este sistema incluye una respuesta muy lenta de los niveles freáticos frente a los eventos de recarga, y una atenuación marcada de las fluctuaciones del caudal base en los ríos que esos mismos acuíferos alimentan. Así, desde los poros saturados con los que arranca este documento hasta la atenuación del caudal base con la que termina, pasando por los acuíferos libres y confinados, la ecuación de Theis y la interacción entre ríos y acuíferos, el agua subterránea hace que la lentitud misma con la que se mueve bajo tierra termine amortiguando, en la superficie, buena parte de la variabilidad que trae consigo cada evento de lluvia.
ID:2475