5.3 Flujo a través de Acuitardos
En algunos casos, la conductividad hidráulica del acuitardo es menos restrictiva y parte del agua subterránea puede fluir entre los acuíferos suprayacentes y subyacentes. Tal formación puede denominarse acuitardo con fugas. En las cercanías de un área de recarga o descarga, el agua subterránea tanto en acuíferos no confinados como confinados puede tener una componente de flujo vertical significativa incluso en presencia de un acuitardo.
La Figura 27 muestra que la dirección del flujo en el acuitardo depende de las elevaciones relativas del nivel freático y de la superficie potenciométrica. La dirección del flujo está determinada por el gradiente hidráulico entre los acuíferos.
Figura 27 – Perfil de carga a través de acuitardos resultando en: a) flujo descendente y b) flujo ascendente (Cohen y Cherry, 2020).Problema de ejemplo 7
a) Se inserta un piezómetro en un acuífero debajo del sedimento (baja K) de un lago, y el agua sube a un nivel estable como se muestra a continuación. Hay un nivel freático presente pero no se muestra. ¿El agua fluye hacia arriba o hacia abajo a través del sedimento? Explique.
b) Dibuje una representación esquemática del perfil de carga vertical, extendiéndose desde el nivel del agua del lago hasta la rejilla del pozo.
Solución Interactiva
Este ejercicio interactivo ilustra la solución al problema anterior. Un piezómetro está instalado en el acuífero para medir la carga hidráulica (hacuífero). El agua puede fluir hacia arriba o hacia abajo a través del sedimento dependiendo de la diferencia de carga hidráulica entre el acuífero y el lago. En esta simulación descubriremos cuál es el caso.
Exploraremos cómo la carga hidráulica del acuífero y la conductividad hidráulica del sedimento (Ksedimento) afectan la dirección y velocidad del flujo y el perfil vertical de carga hidráulica, basándonos en la Ley de Darcy.
Ejercicio interactivo guiado
Ejercicio 7: Flujo a través de Sedimento y Carga Hidráulica
Observa la sección transversal, determina la dirección del flujo y explora la Ley de Darcy.
Paso 1: Análisis de la sección transversal
Observa el lago (izquierda) y el piezómetro (derecha). El nivel del agua en el piezómetro representa la carga hidráulica del acuífero (hacuífero), mientras que el nivel del lago representa la carga en la superficie (hlago = 150).
¿El agua fluye hacia arriba o hacia abajo a través del sedimento?
Pista conceptual
El agua siempre fluye desde donde la carga hidráulica es mayor hacia donde es menor. Compara el nivel del agua en el lago con el nivel del agua en el piezómetro. Si el piezómetro está más alto, la carga del acuífero es mayor y el flujo es ascendente. Si está más bajo, el flujo es descendente.
Simulación visual
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Solución del Problema 7
La solución paso a paso puede explorarse en el ejercicio interactivo anterior. Las conclusiones clave son:
- La dirección del flujo a través de un acuitardo está determinada por el gradiente hidráulico vertical — la diferencia de carga hidráulica entre el acuífero y el cuerpo de agua superficial (lago o acuífero libre). El agua siempre fluye de carga mayor a carga menor.
- En un área de descarga, la carga potenciométrica en el acuífero confinado es mayor que el nivel freático (o del lago). Esto crea un gradiente vertical ascendente, forzando al agua a filtrarse hacia arriba a través del sedimento de baja K hacia el lago.
- En un área de recarga, el nivel freático (o del lago) es mayor que la carga potenciométrica en el acuífero confinado. Esto crea un gradiente vertical descendente, y el agua se infiltra hacia abajo a través del sedimento hacia el acuífero.
- La Ley de Darcy aplica incluso a través de sedimentos de baja K. Mientras exista una diferencia de carga hidráulica (Δh), habrá flujo — la velocidad simplemente escala con el gradiente (Δh/ΔL) y la conductividad hidráulica (K). Una K muy baja significa un flujo muy lento, pero no cero.
- El perfil vertical de carga muestra carga constante en el lago y en el acuífero (donde el flujo es predominantemente horizontal), con un gradiente lineal a través del sedimento (donde el flujo es vertical). La pendiente de la línea del perfil indica la dirección: pendiente ascendente = flujo ascendente.
Conexiones Conceptuales
- Compara este ejercicio con el Ejercicio 9, que también trata con gradientes verticales a través de un acuitardo — pero en un sistema de dos acuíferos (libre sobre confinado) con múltiples pozos. El principio subyacente es idéntico: compara las cargas arriba y abajo del acuitardo para determinar la dirección del flujo.
- Compara con el Ejercicio 12, donde el flujo ascendente a través de un acuitardo de arcilla conecta un acuífero confinado con un acuífero libre superior. En el Ejercicio 7, el “acuífero superior” es simplemente un lago; en el Ejercicio 12, es un acuífero libre completo con su propio nivel freático y flujo horizontal.
- El cambio brusco de carga a través del sedimento (Parte b) es una consecuencia directa de la Ley de Darcy: un material de baja K requiere un gradiente hidráulico pronunciado para transmitir incluso un flujo pequeño. Este mismo principio explica los saltos de carga observados en el Ejercicio 12 a través del acuitardo de arcilla.
- La Figura 27 de Cohen y Cherry (2020) — mostrada en la introducción — ilustra directamente ambos casos: (a) flujo descendente cuando el nivel freático está por encima de la superficie potenciométrica, y (b) flujo ascendente cuando la superficie potenciométrica está por encima del nivel freático.