Model d'aigua subterrànea

Fig.1. Factors hídrics que influïxen l'aigua subterrànea

Un model d'aigua subterrànea o modelació d'aqüífers és una tècnica utilisada des de fa algunes décades per a l'estudi del potencial dels aqüífers i per a analisar el comportament d'estos a lo llarc del temps, quan són explotats per pous, o se someten a processos de recarrega artificial. Pot ser un model a escala o un model analògic, per eixemple un model elèctric basat en l'analogia matemàtica entre el fluix d'aigua (llei de Darcy) i el fluix d'electricitat (llei de Ohm). No obstant, en general, un model d'aigua subterrànea es referix a un model de computadora del fluix aigua subterrànea en sistemes aqüífers usats en la hidrogeología. El model pot incloure els aspectes químics de la calitat de l'aigua subterrànea.

Els models d'aigua subterrànea s'ampren a sovint per a predir els efectes de canvis hidrològics, siguen naturals o artificials, en el comportament d'un aqüífer. Es produïxen canvis artificials, per eixemple, per l'extracció d'aigua per a us domèstic, industrial, i/o para regar. Estos models també són utilisats per a predir l'efecte de l'introducció del rec a pur de un embassament o un bocatoma. Aixina mateix, els models s'utilisen per a evaluar els efectes de contaminació química en la superfície del sol que puga infiltrar en l'aqüífer baix l'influència de la pluja i lixiviación.

Els models han anat evolucionant ràpidament, en paralel en l'evolució de la capacitat dels ordenadors moderns i en els ràpits alvanços en el camp dels procediments de càlcul numèric. A lo llarc dels anys s'han utilisat successivament els models físics, els models analògics i recentment han ocupat un espai cada volta major els denominats models matemàtics.

Models físics d'aqüífers

Estos models reproduïxen en escala més reduïda les situacions que es verifiquen en la naturalea, generalment usant materials semblants. L'eixemple més obvi són els models construïts en arena d'una part o de tot l'aqüífer. El decorregut utilisat en estos models pot ser l'aigua o un atre líquit. Generalment estos models són utilisats per a efectes de demostració, són més útils en situacions en que l'aqüífer no està totalment saturat, o per a situacions en que s'analisen problemes en més d'un decorregut, com per eixemple l'estudi de l'intrusió d'aigua salada en zones costeres.

En el pas del temps estos models han deixat de ser utilisats per les dificultats pràctiques en el seu maneig; si l'escala dels models és gran, és dir que el model és menut, en relació en l'aqüífer real, l'importància d'atres fenomens naturals, com per eixemple la capilaridad, pansa a tindre una preponderancia que no és real en la situació natural que s'està simulant. Per un atre costat si s'utilisen escales menudes, les dimensions del model es fan significativament grans i per lo tant els costs es fan prohibitivos.

Per a l'utilisació d'estos models es fa imprescindible contar en laboratoris hidràulics ben equipats. Tot el procés és prou llarc i costós.

Models basats en tècniques analògiques

Les equacions que representen el comportament dels aqüífers són molt semblants a les que representen el comportament dels fluix elèctrics, a les que representen el fluix de decorreguts entre plaques paraleles, o les distribucions de tensions en membranes elàstiques, per lo tant s'han utilisat en el passat estes semblances (analogia) per a resoldre problemes d'aqüífers.

Per a l'utilisació d'estos models també es fa imprescindible contar en laboratoris especialisats.

Models en decorreguts viscosos entre plaques paraleles

El fluix d'un decorregut entre dos plaques paraleles situades a poca distància una de l'atra, generalment conegut com "model de Hele-Shaw", pot ser utilisat per a analisar varis tipos de problemes d'aqüífers en dos dimensions, o de decorreguts múltiples. Les diferències de permeabilidad dels aqüífers poden ser simulades per diferents espaciamientos entre les plaques paraleles.

Models de membranes

Si una membrana elàstica és posada en tensió, i en la punta d'un llapis eixercim una pressió sobre la mateixa, esta adquirix una forma molt semblant a la del con de depressió que es produïx en un aqüífer homogéneu en extraure's aigua des d'un pou. Es poden calcular els factors que permeten traduir les depressió de la membrana en les depressió de l'aqüífer. Els models de membranes varen ser útils per a determinar el nivell de l'aigua en l'aqüífer en situacions complexes de varis pous i punts de recarrega. No obstant estos models solament són aplicables a l'estudi de situacions estacionarias.

Models basats en la analogia elèctriques

Models de decorreguts conductors

Utilisant un decorregut conductor com per eixemple l'aigua o un semifluido com una gelatina, sobre una base no conductora, la que pot ser fàcilment recreada per a simular la forma de l'aqüífer real, es pot determinar el comportament en la situació estacionaria de l'aqüífer. Les diferències de permeabilidad es poden simular en la variació de la profunditat del decorregut o de la gruixa de la gelatina conductora. Freqüentment estos models es varen utilisar per a calibrar la permeabilidad de l'aqüífer, en base en les profunditats de l'aqüífer medides en piezómetros en el camp, com a pas previ a la construcció dels models en resistències.

Models de paper conductor

Quan la permeabilidad o la transmisibilidad és prou homogénea, els problemes bidimensionales poden ser fàcilment modelats en paper conductor, el que és tallat d'acort a la forma dels contorns de l'aqüífer. Existixen artificios, com per eixemple modificar l'escala del model per a simular l'aument o disminució de la permeabilidad.

Este procediment pot ser utilisat també per a determinar llínees de fluix i llínees equipotenciales en els cossos dels dics i en el sol baix d'ells.

Models de resistències i condensadores

Este tipo de model analògic és el més citat en la bibliografia especialisada, a on es descriuen en detall interessants aplicacions. En este tipo de models les resistències simulen la transmisividad o permeabilidad del sol, i els condensadores simulen la capacitat d'almagasenament del sol. Molt freqüentment són mencionats com "models R-C".

En els anys 70, els computadors digitals disponien de programes de càlcul eficients per a la resolució de problemes de circuits elèctrics complexos, pero encara no eren de domini públic els programes per a la resolució d'equacions diferencials per métodos numèrics, com per eixemple el de les diferències finitas. En eixa época era prou freqüent resoldre els problemes d'aigües subterrànees desenrollant un model anàlec R-C, per a després resoldre-ho numèricament a través d'un dels programes de computador accessibles en el mercat per a resoldre circuits elèctrics.

En la popularisació dels programes de còmput cada volta més genèrics que resolen numèricament les equacions diferencials, estos procediments complicats i rebuscados han quedat fòra d'us, anant cada volta més cap a les solucions totalment numèriques.