Tesina sobre salinitat i aqüífer al Yucatán

Títol: Modelització de Flux de Densitat Variable en Aqüífers càrstics Costaners
Autora: Maria del Pilar López Llompart
Tutors: Peter Bauer-Gottwein i Francisco Javier Sánchez Vila
Data : Juny 2008

Podeu descarregar-vos integralment aquesta tesina (en anglès) des del servidor de la Universitat Politècnica de Catalunya.


És un intent de interpretació matemàtica del flux d’aquest conegut aqüífer càrstic costaner del Yucatan i les implicacions de les intrusions de la salinitat marina.

A continuació us he fet una traducció del resum:

"Els carsts són formacions geològiques caracteritzades per l'existència de zones d'elevat flux creades per la dissolució de la roca matriu a causa de l'efecte de l'aigua subterrània. Aquest procés condueix a un mitjà molt heterogeni que és difícil d'abordar amb mitjans convencionals.

Els sistemes càrstics tenen una importància cabdal en la gestió de recursos hídrics, ja que moltes regions depenen exclusivament d'aqüífers localitzats al seu interior. Aquest fet es fa més rellevant si es té en compte la gran sensibilitat a la contaminació dels aqüífers càrstics.

Aquesta tesina es centra en el cas específic de l'aqüífer càrstic costaner localitzat a la Península del Yucatán, Mèxic.

Es tracta d'un sistema de coves molt desenvolupat que conté l'única font d'aigua dolça de la regió. A més, alimenta una reserva natural que ha estat declarada Patrimoni de la Humanitat per la UNESCO. L' increment de la població durant les darreres dècades ha provocat una gran tensió sobre aquest fràgil aqüífer. A fi de desenvolupar estratègies sostenibles per a la gestió de l'aigua a la regió, és necessari millorar el coneixement del sistema.

Aquesta tesina pretén estudiar l'efecte que la presència de les coves té sobre la intrusió salina a l'aqüífer. Així, l'objectiu final és elaborar una modelització numèrica del flux d'aigua subterrània i del transport de sal a l'aqüífer càrstic.

Tot i que molts investigadors han invertit els seus esforços en l'estudi del comportament de carsts continentals, els exemples de modelització d'aqüífers càrstics costaners són molt escassos. Degut a la complexitat del problema, és necessari aplicar simplificacions dràstiques.

En aquest cas, el sistema càrstic ha estat caracteritzat per una matriu porosa travessada per un conducte. A la matriu es considera que el flux d'aigua és conduït per la densitat variable. El flux en el conducte no té en compte els processos de transport massiu i, així, se suposa que està governat per l'equació de Saint Venant.

Aquest enfocament no ha estat aplicat a aqüífers costaners prèviament. El principal avantatge d'aquesta metodologia és que considera el intercanvi entre el conducte i la matriu que l'envolta. Per assolir el nostre objectiu, s'han implementat diferents models en COMSOL Multiphysics, un codi que utilitza el Mètode de Elements Finits.

Inicialment, el flux d'aigua subterrània en el sistema càrstic ha estat modelat sense considerar la densitat variable de l'aigua. A continuació, s'ha introduït el problema de densitat variable en dues dimensions amb i sense el conducte. Finalment, el problema global s'estén a tres dimensions.

Els resultats del model de flux d'aigua subterrània mostren que l'efecte del conducte és major a mesura que els gradients de nivell piezomètric s'incrementen. La conductivitat hidràulica assignada a la matriu porosa del model ha de ser un valor equivalent, que representi la conductivitat de la matriu càrstica real juntament amb els conductes que no s'inclouen en el model.

Pel que fa als models de densitat variable, els resultats del model bidimensional amb conducte reflecteixen que la salinitat sota del conducte penetra molt més que quan el conducte no es considera. Comprovem que l'ús de l'equació de Saint Venant en lloc d'altres enfocaments és, en part, la raó d'aquesta gran penetració. En resum, encara que la definició del domini del model, especialment el conducte, condueix a algunes incongruències, el model bidimensional proporciona bons resultats.
Tanmateix, en el model tridimensional els resultats no són tan satisfactoris. Efectivament, els resultats del model tridimensional incloent el conducte o exclouen són pràcticament idèntics. Probablement, això és conseqüència de la impossibilitat de discretitzar més la malla a causa de les limitacions de memòria del programa. D'altra banda, les no-linealiritat de les equacions de flux de densitat variable causen importants problemes de convergència malgrat les tècniques especials que s’han utilitzat.

Per tant, COMSOL Multiphysics no és el codi adequat per obtenir resultats precisos per al problema de densitat variable en sistemes càrstics tridimensionals, encara que pot proporcionar una aproximació inicial usant el model bidimensional simplificat."