En hidrogeología , se realiza una prueba de acuífero (o una prueba de bombeo ) para evaluar un acuífero "estimulándolo" mediante un bombeo constante y observando la "respuesta" del acuífero ( reducción del nivel del agua ) en pozos de observación . La prueba de acuíferos es 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 acuíferos en la que se realiza un cambio instantáneo (aumento o disminución) y se observan los efectos 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 se interpretan generalmente mediante el uso de 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, asumiendo luego 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 en las últimas se analiza principalmente el comportamiento del pozo, mientras que en las primeras se cuantifican las características del acuífero. Las pruebas de acuíferos también suelen utilizar uno o más pozos de monitoreo o piezómetros (pozos de observación "puntual"). Un pozo de monitoreo es simplemente un pozo que no se bombea (pero se utiliza para monitorear la carga hidráulica en el acuífero). Por lo general, los pozos de monitoreo y de 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 del pozo de bombeo, la presión en el acuífero que alimenta ese pozo disminuye. Esta disminución de la presión se reflejará en un pozo de observación como una reducción del nivel (cambio en la carga hidráulica). La reducción disminuye con la distancia radial desde el pozo de bombeo y 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, dependiendo del tipo de acuífero, incluyen:
Se debe elegir un modelo o una solución adecuados para la ecuación del flujo de agua subterránea que se ajusten a los datos observados. Existen muchas opciones de modelos diferentes, según 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 flexibilizan uno o más de los supuestos en los que se basa la solución de Theis y, por lo tanto, obtienen un resultado más flexible (y más complejo).
La ecuación de Theis fue creada por Charles Vernon Theis (que trabajaba para el Servicio Geológico de Estados Unidos ) en 1935, [1] a partir de la literatura sobre transferencia de calor (con la ayuda matemática de CI Lubin), para el flujo radial bidimensional hacia un sumidero puntual en un acuífero infinito y homogéneo . Es simplemente
donde s es la reducción de presión (cambio en la carga 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 la capacidad de almacenamiento 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 de presión, 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 de 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 reducción de nivel recopilados durante una prueba de acuífero. Esta es una forma simple de modelado inverso, ya que el resultado ( s ) se mide en el pozo, se observan r , t y Q , y los valores de T y S que mejor reproducen los datos medidos se colocan en la ecuación hasta que se encuentra un mejor 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 denomina 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 del cual se corta un cilindro de radio menor) alrededor del pozo de bombeo; comúnmente se escribe como:
En esta expresión h 0 es la carga hidráulica de fondo , h 0 - h es la reducción a la distancia radial r desde el 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 carga sigue siendo 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 se pueden usar como una aproximación a las condiciones reales; la solución se deriva asumiendo que hay un límite de carga constante circular (por ejemplo, un lago o río en pleno contacto con el acuífero) que rodea el pozo de bombeo a una distancia R .
El registro preciso de los datos es de vital importancia tanto para las pruebas de acuíferos como de pozos. No sólo se deben registrar cuidadosamente los niveles de agua y el momento de la medición, sino que también se deben controlar y registrar periódicamente las tasas de bombeo. Un cambio no registrado en la tasa de bombeo de tan solo un 2% puede ser engañoso cuando se analizan los datos. [ cita requerida ]
![{\displaystyle {\begin{aligned}s&={\frac {Q}{4\pi T}}W(u)\\[0.5em]u&={\frac {r^{2}S}{4Tt}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6a88bb2a3d77ada6d47f5decae9e13fa5902bf0c)
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )El Servicio Geológico de Estados Unidos tiene algunas referencias gratuitas muy útiles sobre la interpretación de pruebas de bombeo:
{{cite book}}: CS1 maint: 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.