5.3 Acuíferos y Aquitardos
Al igual que en el Ejercicio 11, este sistema consta de un acuífero libre superior, un acuitardo de arcilla, y un acuífero confinado inferior. Sin embargo, la diferencia clave está en la dirección del flujo a través del acuitardo. Como se observa en la Figura 27b, cuando la superficie potenciométrica del acuífero confinado está por encima del nivel freático, el flujo a través de la arcilla es ascendente — esto representa un área de descarga donde el acuífero confinado aporta agua al acuífero libre superior.
Figura 27 – Perfil de carga a través de acuitardos resultando en: a) flujo descendente y b) flujo ascendente. Compárese (a) con el Ejercicio 11 y (b) con el presente ejercicio (Cohen y Cherry, 2020).Problema de Ejemplo 12
Este ejercicio integra varios conceptos clave sobre la carga hidráulica y el flujo de agua subterránea en un sistema con un acuífero libre, un acuífero confinado y un acuitardo que los separa. La sección transversal muestra una unidad superior de arena, un acuitardo de arcilla superior, una unidad inferior de arena y una unidad inferior de arcilla, con dos pozos de monitoreo.
Antes de comenzar, repasa estos principios:
Las líneas equipotenciales conectan puntos de igual carga hidráulica. En un acuífero homogéneo e isotrópico con flujo predominantemente horizontal, son líneas aproximadamente verticales.
La superficie potenciométrica es la superficie imaginaria que representa el nivel al que subiría el agua en un pozo abierto al acuífero confinado en cualquier punto.
El flujo a través de un acuitardo es vertical (hacia arriba o hacia abajo), determinado por la comparación de la carga arriba vs. abajo del acuitardo.
La ley de Darcy aplica incluso a través de acuitardos de baja K: cualquier gradiente hidráulico produce algo de flujo.
Ejercicio interactivo
Ejercicio 12: Flujo de Agua Subterránea y Carga Hidráulica
Usa el lienzo para esbozar tus respuestas antes de revelar cada solución.
Partes A y B — Contornos y Superficie Potenciométrica
A) Dibuja los contornos equipotenciales en la arena inferior a intervalos de 1 m.
B) Traza la superficie potenciométrica (línea que conecta los niveles de agua en los pozos del acuífero confinado).
Pista conceptual
Parte A: Las líneas equipotenciales conectan puntos de igual carga hidráulica. En un acuífero homogéneo e isotrópico con flujo predominantemente horizontal, los contornos equipotenciales son líneas aproximadamente verticales. Interpola linealmente entre los valores de carga conocidos en los pozos (36 m y 40 m).
Parte B: La superficie potenciométrica es la superficie imaginaria que representaría el nivel al que subiría el agua en un pozo abierto en cualquier punto del acuífero confinado. En sección transversal con dos pozos, es una línea recta que conecta las elevaciones de carga.
Dibuja en el lienzo y luego revela la solución
Mostrar solución
Solución del Problema 12
La solución paso a paso puede explorarse en el ejercicio interactivo anterior. Las conclusiones clave son:
Las líneas equipotenciales (Parte a) en la unidad inferior de arena son líneas verticales uniformemente espaciadas basadas en la interpolación lineal de los valores de carga entre los pozos — la carga aumenta de izquierda (36 m en el Pozo 1) a derecha (40 m en el Pozo 2), por lo que los contornos se etiquetan 36, 37, 38, 39, 40 m de izquierda a derecha. En medios isotrópicos, el flujo es ortogonal a las líneas equipotenciales, confirmando un flujo predominantemente horizontal en el acuífero confinado.
La superficie potenciométrica (Parte b) es una superficie plana (una línea recta en sección transversal) que conecta las elevaciones de carga de los dos pozos ranurados en el acuífero confinado inferior (36 m en el Pozo 1, 40 m en el Pozo 2). Esta superficie se encuentra por encima del nivel freático en el Pozo 2 (donde la carga = 40 m > ~38 m del nivel freático), indicando flujo ascendente a través del acuitardo.
La dirección del flujo a través de la arcilla superior (Parte c)
es hacia arriba. La carga potenciométrica en la arena inferior en el Pozo 2 es 40 m, que es mayor que el nivel freático en esa ubicación (~38 m). Dado que el agua fluye de carga mayor a menor, el flujo a través del acuitardo se dirige hacia arriba. Este es un ejemplo de un área de descarga donde el acuífero confinado aporta agua al acuífero libre.
El perfil vertical de carga hidráulica esperado (Parte d) cerca del Pozo 2 muestra: (1) una ligera disminución descendente de carga en el acuífero libre (debido a un componente vertical de flujo no horizontal), (2) un salto pronunciado ascendente a través del acuitardo de arcilla (porque la carga debe aumentar de ~38 m arriba a 40 m abajo — el flujo es ascendente a través de la unidad de baja K), y (3) carga casi constante en el acuífero confinado inferior (donde el flujo es predominantemente horizontal). El perfil de carga a través del acuitardo es un indicador claro de fugas verticales.
Conexiones Conceptuales
Compara este ejercicio con el Ejercicio 11, donde el flujo a través del acuitardo es descendente. La dirección se invierte porque en el Ej. 11 el nivel freático está más alto que la superficie potenciométrica, mientras que aquí está más bajo.
El cambio brusco de carga a través del acuitardo (Parte d) es una consecuencia directa de la ley de Darcy: la conductividad hidráulica muy baja de la arcilla requiere un gradiente hidráulico grande para transmitir incluso una pequeña cantidad de flujo.
Tanto en el Ejercicio 11 como en el 12, la superficie potenciométrica y los contornos equipotenciales se determinan por los mismos principios — solo difieren en los valores de carga específicos y las direcciones de flujo resultantes.