El balance energético del agua subterránea es el balance energético de una masa de agua subterránea en términos de energía hidráulica entrante asociada con la entrada de agua subterránea al cuerpo, energía asociada con la salida, conversión de energía en calor debido a la fricción del flujo y el cambio resultante de estado energético y nivel del agua subterránea.
Teoría
Al multiplicar la velocidad horizontal del agua subterránea (dimensión, por ejemplo, m3 / día por m2 de área de sección transversal) con el potencial del agua subterránea (dimensión energía por m3 de agua, o E / m3) se obtiene un flujo de energía (flujo) en E / día por m2 de área de sección transversal. [1]
La suma o integración del flujo de energía en una sección transversal vertical de ancho unitario (digamos 1 m) desde el límite de flujo inferior (la capa o base impermeable) hasta el nivel freático en un acuífero no confinado da el flujo de energía Fe a través de la cruz. -sección en E / día por m de ancho del acuífero.
Mientras fluye, el agua subterránea pierde energía debido a la fricción del flujo, es decir, la energía hidráulica se convierte en calor. Al mismo tiempo, se puede agregar energía con la recarga de agua que ingresa al acuífero a través del nivel freático. Así se puede hacer un balance de energía hidráulica de un bloque de suelo entre dos secciones transversales cercanas. En estado estacionario, es decir, sin cambios en el estado energético y sin acumulación o agotamiento del agua almacenada en el cuerpo del suelo, el flujo de energía en la primera sección más la energía agregada por la recarga de agua subterránea entre las secciones menos el flujo de energía en la segunda sección debe ser igual la pérdida de energía debido a la fricción del flujo.
En términos matemáticos, este equilibrio se puede obtener diferenciando la integral de la sección transversal de Fe en la dirección del flujo utilizando la regla de Leibniz, teniendo en cuenta que el nivel del nivel freático puede cambiar en la dirección del flujo. Las matemáticas se simplifican utilizando el supuesto de Dupuit-Forchheimer .
Las pérdidas por fricción hidráulica se pueden describir de manera análoga a la ley de Joule en electricidad (ver ley de Joule # Equivalente hidráulico ), donde las pérdidas por fricción son proporcionales al valor cuadrado de la corriente (flujo) y la resistencia eléctrica del material a través del cual la corriente ocurre. En la hidráulica de las aguas subterráneas ( dinámica de fluidos , hidrodinámica ), a menudo se trabaja con conductividad hidráulica (es decir, permeabilidad del suelo al agua), que es inversamente proporcional a la resistencia hidráulica.
La ecuación resultante del balance energético del flujo de agua subterránea se puede utilizar, por ejemplo, para calcular la forma del nivel freático entre drenajes en condiciones específicas del acuífero . Para ello se puede utilizar una solución numérica , dando pequeños pasos a lo largo de la base impermeable. La ecuación de drenaje debe resolverse por ensayo y error ( iteraciones ), porque el potencial hidráulico se toma con respecto a un nivel de referencia tomado como el nivel del nivel freático en la división de agua a mitad de camino entre los drenajes. Al calcular la forma del nivel freático, inicialmente se desconoce su nivel en la división del agua. Por lo tanto, este nivel debe asumirse antes de que puedan iniciarse los cálculos sobre la forma del nivel freático. De acuerdo con los resultados del procedimiento de cálculo, la suposición inicial debe ajustarse y los cálculos deben reiniciarse hasta que el nivel del nivel freático en la división no difiera significativamente del nivel supuesto.
El procedimiento de prueba y error es engorroso y, por lo tanto , se pueden desarrollar programas de computadora para ayudar en los cálculos.
Solicitud
El balance energético del flujo de agua subterránea se puede aplicar al flujo de agua subterránea a los desagües subterráneos. [2] El programa informático EnDrain [3] compara el resultado de la ecuación tradicional de espaciamiento de drenaje , basada en la ley de Darcy junto con la ecuación de continuidad (es decir, conservación de masa ), con la solución obtenida por el balance energético y se puede ver que los espacios de drenaje son más amplios en el último caso. Esto se debe a la introducción de la energía suministrada por la recarga entrante.
Ver también
Referencias
- ^ RJOosterbaan, J.Boonstra y KVGKRao, 1996, El balance energético del flujo de agua subterránea . En: VPSingh y B. Kumar (eds.), 1996, Subsurface-Water Hydrology, p. 153-160, Vol. 2 de las Actas de la Conferencia Internacional sobre Hidrología y Recursos Hídricos, Nueva Delhi, India, 1993. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Países Bajos. ISBN 978-0-7923-3651-8 . En línea: [1]
- ^ El balance energético del flujo de agua subterránea aplicado al drenaje subterráneo en suelos anisotrópicos mediante tuberías o zanjas con resistencia de entrada . En línea: [2] Archivado el 19 de febrero de 2009 en la Wayback Machine.
- ^ EnDrain, programa de computadora para el diseño de drenaje utilizando el balance energético del flujo de agua subterránea, descarga gratuita desde: [3] , o desde: [4]
enlaces externos
- Los artículos sobre el balance energético del flujo de aguas subterráneas se pueden descargar de: [5] en el nr. 3 y 4.