Tesis doctoral de Matthias Willmann
La heterogeneidad de la conductividad hidráulica es bien conocida, pudiendo cambiar varios órdenes de magnitud en poca distancia. Esto afecta nuestras observaciones de los procesos naturales. Para poder explicar la realidad normalmente nos basamos en modelos simplificados. Pero para incorporar correctamente en ellos las propiedades de los acuíferos, se debe pasar de escala local a escala de soporte y a escala de la malla del modelo numérico. Este proceso se llama upscaling y puede comportar cambiar los parámetros de la ecuación conocida a escala local, o bien la derivación de una nueva ecuación de upscaling. El upscaling depende de la complejidad de los procesos que se consideran. El objetivo de esta tesis es investigar estos cambios de escala a partir de diferentes procesos subterráneos, incrementando la complejidad: flujo radial, transporte conservativo y transporte reactivo. se investiga el upscaling de flujo por medio de la interpretación de un ensayo hidráulico en un medio heterogéneo. Los ensayos de recuperación se basan en la estimación de la transmisividad, t, a partir de la recuperación de los niveles una vez parado el bombeo. Este tipo de ensayo se puede realizar en pozos donde no es posible llevar a cabo un ensayo convencional a caudal constante. La interpretación del ensayo de recuperación se basa en el modelo simplificado de jacob. Pero, a menudo los datos de campo no se pueden interpretar usando la teoría basada en la homogeneidad. Se muestra que la heterogeneidad de t puede explicar estas observaciones de campo. también se muestra que el valor local de t alrededor del pozo puede ser deducido de los primeros tiempos de la recuperación del bombeo, asumiendo condiciones ideales, mientras que los datos de los últimos tiempos de la recuperación corresponden a valores representativos a escala regional. se considera el upscaling en transporte conservativo a partir de la interpretación de las colas de curvas de llegada (btc) de un ensayo de trazadores. La cola se atribuye a la heterogeneidad del acuífero, y no puede ser modelada por medio de la ecuación de advección-dispersión (ade) en medio homogéneo. Para reproducir las colas observadas se han aplicado ampliamente los modelos de transferencia de masa utilizando memoria (e.G, ctrw, mrmt o fade). La relación entre los parámetros de memoria obtenidos del ajuste de las btc y los parámetros que caracterizan la heterogeneidad de las propiedades hidráulicas aun esta por aclarar. En esta tesis se investiga bajo qué condiciones la heterogeneidad produce el tipo de colas observadas en campo, y como las funciones de memoria están influenciadas por parámetros de la heterogeneidad que se pueden medir (e.G, varianza de los campos de transmisividad). se ha observado que la pendiente de una btc en un log-log plot está mayoritariamente influenciada por la conectividad del campo de permeabilidades, pero es insensible a su varianza. La pendiente del btc llega asindóticamente a un valor de 2 cuando aumenta la conectividad. el modelo expuesto anteriormente se extiende al transporte reactivo multi-componente controlado por la mezcla. A escala de campo, las ecuaciones de transporte reactivo basadas en la ade sobrestiman las reacciones. El objetivo es ensayar si un modelo mrmt derivado de las observaciones de transporte reactivo, puede ser utilizado para describir el transporte reactivo en medio heterogéneo. La solución numérica del mrmt de transporte conservativo se extiende al caso reactivo. Las tasas de reacción se comparan, entre un modelo heterogéneo y su correspondiente modelo mrmt. Se ha encontrado un excelente acuerdo entre los dos modelos en términos de masa precipitada acumulada y el acuerdo es también muy bueno en relación a la distribución espacial del mineral precipitado. Estos resultados indican que los modelos de transferencia de masa son una herramienta excelente para el upscaling del transporte reactivo controlado por la mezcla.
Datos académicos de la tesis doctoral «Scaling of subsurface processes in heterogeneous aquifers: from hydraulic testing to the use of memory functions«
- Título de la tesis: Scaling of subsurface processes in heterogeneous aquifers: from hydraulic testing to the use of memory functions
- Autor: Matthias Willmann
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 05/12/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Jesús Carrera Ramírez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: wolfgang Kinzelbach
- Alberto Guadagnini (vocal)
- philippe Gouze (vocal)
- daniel Fernández García (vocal)