dijous, 26 d’abril de 2012

Estructura i comportament hidraulic dels aquifers càrstics


Aquesta  tesis de doctorat d’en Pierre-Yves Jeannin, fou sostinguda el 8.07.1996 a la Universitat suïssa de Neuchàtel amb el títol de “Structure et comportment hydraulque des aquiferes karstiques”.


Ara que ha estat penjada a la xarxa, ( un volum de 244 pàgines) he cregut convenient inserir-la  en format Scribd en aquest post, ja que tot i els anys transcorreguts resulta prou interessant tant pel seu contingut com per la metodologia emprada.



Traducció al català del resum:

Aquesta tesi té per objectiu proporcionar un millor coneixement dels sistemes de flux del carst, des d'un punt de vista funcional (comportament amb el temps), així com d'una estructural (comportament en l'espai). La primera part de la tesi s'ocupa del comportament hidrodinàmic dels sistemes càrstics, i la segona part amb la geometria de les xarxes càrstiques, la qual cosa és un factor condicionant fort per al comportament hidrodinàmic.


Molts models s'han desenvolupat en el passat per descriure el comportament hidrodinàmic dels sistemes càrstics hidrogeològics. En general, tenen per objecte proporcionar una eina per extrapolar en el temps i / o l'espai, algunes característiques dels camps de flux, que només poden ser mesurats en alguns punts.  Aquests models sovint proporcionen una nova comprensió dels sistemes, més enllà del que es pot observar directament al camp. Només els mesuraments de camp especials pot verificar aquestes hipòtesis a partir de models numèrics. Aquesta és una part important d'aquest treball. Per a això, dos llocs experimentals s'han equipat i mesurat: Bure, a la Milandrine, Ajoie, Suïssa, i Hölloch, a Muotathal, Schwyz, Suïssa. Aquestes estacions ens van donar l'oportunitat d'observar de forma simultània els paràmetres hidrodinàmics de la xarxa de conductes i, en pous de perforació, els volums de "baixa permeabilitat" (LPV) al voltant dels conductes.


Aquestes observacions mostren clarament l'existència d'una circulació de flux a través dels volums de baixa permeabilitat. Aquest flux pot representar aproximadament el 50% de l'aigua infiltrada en el Bure prova de camp. El epikarst sembla jugar un paper important en l'assignació de les aigües infiltrades: Part de l'aigua infiltrada s'emmagatzema a la part inferior de l’epikarst i lentament flueix a través dels volums de baixa permeabilitat (LPV) que contribueixen a la base de flux. Quan la infiltració és prou significativa l'altra part de l'aigua supera la capacitat d'emmagatzematge i flueix ràpidament a la xarxa conducte (flux ràpid).
Per la zona freàtica, les observacions i models mostren que l'esquema és adequat per descriure el comportament del flux: una xarxa de conductes d'alta permeabilitat, del volum d'arrossegament, que es dona a la primavera, està envoltat per un gran volum de roca de baixa permeabilitat fissurada (LPV ), que està connectat hidràulicament als conductes. A causa de la gran diferència en la conductivitat hidràulica entre els conductes i LPV, caps hidràuliques i les seves variacions en el temps i l'espai són molt heterogenis. Això fa que l'ús de mapes piezomètrics en el carst molt qüestionable.


El flux en LPV es pot considerar similar a flux en roques fracturades (flux laminar dins de les articulacions i les interseccions). En una escala de captació, que pot ser efectivament considerat com un mitjà equivalent porosos amb una conductivitat hidràulica d'aproximadament 10-6 a 10-7 m / s. El flux en conductes és turbulent i la pèrdua ha de ser calculada amb les fórmules adequades, si volem resultats quantitatius. Les nostres observacions ens van permetre determinar la conductivitat hidràulica turbulenta d'alguns conductes càrstics simples (K ', el flux turbulent), que va des de 0,2 fins a 11 m / s. Els Exemples mostren també que l'estructura de la xarxa de conductes juga un paper significatiu en la distribució espacial de les càrregues hidràuliques.Transmissivitat, com a particularitat hidràulica de l'aqüífer, varia pel que fa a les condicions hidrològiques, a causa de la presència de conductes de desbordament situats dins de la zona epifreatica. Això fa que la relació entre el cap i la descàrrega no quadràtica com es podria esperar a partir d'un model (també) simple (amb només un únic conducte). El model aplicat a la part baixa de Hölloch és una bona il· lustració d'aquest fenomen.La velocitat de flux varia fortament al llarg de la longitud dels conductes càrstics, com es mostra per mitjà d'experiments amb traçadors. A més, els canvis en els canvis de condicions del conducte de secció transversal afecten el perfil de velocitat . Tan heterogeni flux juga un paper significatiu en la forma de les corbes de ruptura segons els experiments amb traçadors. Es empíricament demostrat que les ampliacions de conducte induieixen un retard de l'avanç de la corba. Si hi ha diverses ampliacions un a un, un augment de la dispersivitat resultarà evident, encara que no de difusió amb la matriu de la roca o aigua immòbil és present. Això produeix un efecte d'escala (augment de la dispersivitat aparent amb l'escala d'observació). Aquestes observacions poden ser simulades pel sistema  determinista i / o models de caixa negra.




L'estructura de les xarxes de conductes càrstics, especialment dins de la zona freàtica, juga un paper important no només de la distribució espacial dels caps hidràuliques en els propis conductes, però en el LPV també. Estudi de la geometria de la xarxa és per tant útil per avaluar la forma dels sistemes de flux. A més, suggerim que qualsevol estudi hidrogeològic amb l'objectiu d'avaluar les característiques principals d'un sistema de flux ha de començar amb una estimació preliminar de la geometria de la xarxa de conductes. Les teories i exemples presentats mostren que la geometria dels conductes càrstics depèn principalment de les condicions de contorn i el camp de la permeabilitat en l'etapa inicial de la gènesi càrstica. Les condicions de frontera més importants són: la geometria dels nivells impermeables, d'infiltració i exfiltración condicions (primavera). El camp de la permeabilitat inicial està determinat principalment per les discontinuïtats (fractures i plans d'estratificació). Avui dia el coneixement ens permet aproximar la geometria d'un carst de la xarxa mitjançant l'estudi d'aquests paràmetres (límits impermeables, infiltració, exfiltración, camp de discontinuïtat).< Anàlogament  i s'han desenvolupat recentment models numèrics per ajudar a avaluar qualitativament la sensibilitat de la geometria d'aquests paràmetres. En el futur proper, noves eines numèriques es desenvoluparàn i ajudaràn més estretament per fer front a aquest difícil problema. Aquest desenvolupament només serà possible si les xarxes espeleològiques poden ser prou explorades i utilitzades per calibrar els models. Imatges proporcionades pels espeleòlegs fins ara són i seran durant molt de temps ser les úniques dades que és adequat per retratar les xarxes de conductes dels sistemes càrstics. Això és útil per als hidrogeòlegs. La raó per la qual es presenta l'exemple del sistema de llac Thun càrstica és que il·lustra la geometria de les xarxes canalitzades. 




Malauradament, aquestes xarxes són de tres dimensions i la seva visualització en el paper (2 dimensions) és molt restrictiva, en comparació amb els més eficaços en 3-D punts de vista que podem crear amb els ordinadors. Es una alternativa als models deterministes d’espeleogènesi, fractal i / o models aleatoris que podrien ser emprats.



Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada

Us animem a fer observacions per explicar, il·lustrar, o criticar el contingut d'aquest article. Moltes gràcies per la vostre col·laboració.