En hidrogeología , se realiza una prueba de acuífero (o una prueba de bombeo ) para evaluar un acuífero "estimulando" el acuífero mediante un bombeo constante y observando la "respuesta" del acuífero ( abatimiento ) en pozos de observación . Las pruebas de acuíferos son una herramienta común que utilizan los hidrogeólogos para caracterizar un sistema de acuíferos, acuitardos y límites de sistemas de flujo.
Una prueba de slug es una variación de la prueba típica de un acuífero en la que se realiza un cambio instantáneo (aumento o disminución) y los efectos se observan en el mismo pozo. Esto se utiliza a menudo en entornos de ingeniería geotécnica para obtener una estimación rápida (en minutos en lugar de días) de las propiedades del acuífero inmediatamente alrededor del pozo.
Las pruebas de acuíferos generalmente se interpretan utilizando un modelo analítico del flujo del acuífero (el más fundamental es la solución de Theis) para que coincida con los datos observados en el mundo real, y luego se supone que los parámetros del modelo idealizado se aplican al acuífero del mundo real. En casos más complejos, se puede utilizar un modelo numérico para analizar los resultados de una prueba de acuífero.
Las pruebas de acuíferos difieren de las pruebas de pozos en que el comportamiento del pozo es principalmente de interés en las últimas, mientras que las características del acuífero se cuantifican en las primeras. Las pruebas de acuíferos también suelen utilizar uno o más pozos de monitoreo o piezómetros (pozos de observación "puntuales"). Un pozo de monitoreo es simplemente un pozo que no está siendo bombeado (pero que se usa para monitorear la carga hidráulica en el acuífero). Normalmente, los pozos de monitoreo y bombeo se examinan en los mismos acuíferos.
Por lo general, una prueba de acuífero se realiza bombeando agua de un pozo a un ritmo constante y durante al menos un día, mientras se miden cuidadosamente los niveles de agua en los pozos de monitoreo. Cuando se bombea agua desde el pozo de bombeo, la presión en el acuífero que alimenta ese pozo disminuye. Esta disminución de la presión se mostrará como una reducción (cambio en la cabeza hidráulica) en un pozo de observación. La reducción disminuye con la distancia radial desde el pozo de bombeo y la reducción aumenta con el tiempo que continúa el bombeo.
Las características del acuífero que se evalúan mediante la mayoría de las pruebas de acuíferos son:
Las características adicionales del acuífero que a veces se evalúan, según el tipo de acuífero, incluyen:
Se debe elegir un modelo o solución apropiado para la ecuación del flujo de agua subterránea que se ajuste a los datos observados. Hay muchas opciones diferentes de modelos, dependiendo de los factores que se consideren importantes, entre ellos:
Casi todos los métodos de solución de prueba de acuíferos se basan en la solución de Theis; se basa en los supuestos más simplificadores. Otros métodos relajan uno o más de los supuestos sobre los que se basa la solución Theis y, por lo tanto, obtienen un resultado más flexible (y más complejo).
La ecuación de Theis fue creada por Charles Vernon Theis (trabajando para el Servicio Geológico de EE. UU. ) en 1935, [1] a partir de la literatura sobre transferencia de calor (con la ayuda matemática de CI Lubin), para flujo radial bidimensional hasta un sumidero puntual en un infinito. , acuífero homogéneo . Es sencillo
donde s es la reducción (cambio en la altura hidráulica en un punto desde el comienzo de la prueba en unidades de distancia), u es un parámetro adimensional, Q es la tasa de descarga (bombeo) del pozo (volumen por unidad de tiempo), T y S son la transmisividad y almacenatividad del acuífero alrededor del pozo (distancia al cuadrado por unidad de tiempo y adimensional, respectivamente), r es la distancia desde el pozo de bombeo hasta el punto donde se observó la reducción, t es el tiempo desde que comenzó el bombeo, y W(u) es la "función de pozo" (llamada función gamma incompleta , en la literatura no hidrogeológica). La función del pozo está dada por la serie infinita.
donde γ es la constante de Euler (=0,577216...). Normalmente, esta ecuación se utiliza para encontrar los valores promedio de T y S cerca de un pozo de bombeo , a partir de datos de extracción recopilados durante una prueba de acuífero. Esta es una forma simple de modelado inverso, ya que los resultados se miden en el pozo, se observan r , t y Q , y los valores de T y S que mejor reproducen los datos medidos se introducen en la ecuación hasta obtener la mejor solución. Se encuentra el ajuste entre los datos observados y la solución analítica.
La solución de Theis se basa en los siguientes supuestos:
Aunque rara vez se cumplen todos estos supuestos, dependiendo del grado en que se violen (por ejemplo, si los límites del acuífero están mucho más allá de la parte del acuífero que se probará mediante la prueba de bombeo), la solución aún puede ser útil. .
El flujo radial en estado estacionario hacia un pozo de bombeo se llama comúnmente solución de Thiem, [2] surge de la aplicación de la ley de Darcy a volúmenes de control de carcasa cilíndrica (es decir, un cilindro con un radio mayor que tiene un cilindro de radio menor cortado de eso) sobre el pozo de bombeo; comúnmente se escribe como:
En esta expresión h 0 es la altura hidráulica de fondo , h 0 - h es la caída a la distancia radial r del pozo de bombeo, Q es la tasa de descarga del pozo de bombeo (en el origen), T es la transmisividad y R es el radio de influencia, o la distancia a la que la cabeza todavía es h 0 . Estas condiciones (flujo en estado estacionario a un pozo de bombeo sin límites cercanos) nunca ocurren realmente en la naturaleza, pero a menudo pueden usarse como una aproximación a las condiciones reales; la solución se obtiene suponiendo que hay un límite circular de carga constante (por ejemplo, un lago o río en pleno contacto con el acuífero) que rodea el pozo de bombeo a una distancia R .
De importancia crítica tanto en las pruebas de acuíferos como de pozos es el registro preciso de los datos. No sólo se deben registrar cuidadosamente los niveles de agua y el momento de la medición, sino que también se deben verificar y registrar periódicamente las tasas de bombeo. Un cambio no registrado en la tasa de bombeo de tan sólo el 2% puede ser engañoso cuando se analizan los datos. [ cita necesaria ]
![{\displaystyle {\begin{aligned}s&={\frac {Q}{4\pi T}}W(u)\\[0.5em]u&={\frac {r^{2}S}{4Tt} }\end{alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6a88bb2a3d77ada6d47f5decae9e13fa5902bf0c)
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )El Servicio Geológico de EE. UU. tiene algunas referencias gratuitas muy útiles sobre la interpretación de pruebas de bombeo:
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Algunas referencias comerciales impresas sobre interpretación de pruebas de acuíferos:
Se pueden encontrar más títulos de libros en la sección de lectura adicional del artículo de hidrogeología, la mayoría de los cuales contienen algún material sobre el análisis de pruebas de acuíferos o la teoría detrás de estos métodos de prueba.