Evaluación de Filtraciones en Presas. Modelación Numérica de Flujo en Medios Porosos Saturados y No Saturados

Abstract

Normalmente, el estudio de filtraciones en presas ha sido llevado a cabo utilizando soluciones analíticas que consideran geometría y propiedades hidrogeológicas simples, así como programas de modelación numérica que sólo consideran la zona saturada del flujo. Sin embargo, recientemente se han desarrollado nuevas herramientas computacionales que permiten simular tanto la zona saturada como no saturada del flujo lo que hace más completo, y por ende más confiable, este tipo de análisis.

El principal objetivo de este trabajo consiste en evaluar filtraciones en presas, comparando los esquemas tradicionales de solución con las nuevas metodologías numéricas que permiten considerar el flujo en la zona saturada y no saturada.

Se utilizan 3 modelos numéricos en el desarrollo de este trabajo: MODFLOW, SEEP/W y HYDRUS-2D. En cuanto a las consideraciones de flujo, MODFLOW considera sólo la zona saturada y tanto SEEP/W como HYDRUS-2D consideran la zona saturada y no saturada.Sin embargo, para estudiar el efecto de incorporar la zona no saturada en el análisis sólo se ha utilizado el programa SEEP/W, debido a que la versión utilizada de HYDRUS-2D no permite la generación de mallas generales, por lo que no pudo ser aplicado en todos los casos de estudio.

Se estudiaron dos casos simples de flujo en presas: el flujo bajo una presa impermeable y el flujo a través de una presa de tierra con dren al pie. El análisis se centra en el cálculo de caudales pasantes, donde se varían la finura de las mallas utilizadas, geometrías consideradas y las propiedades hidrogeológicas de los suelos utilizados. Además, se estudió un caso real de flujo a través de los muros de un tranque de relaves, en el cual se analiza el efecto en los caudales de incluir la zona no saturada en el análisis y de las propiedades hidrogeológicas no saturadas de los suelos utilizados.

En general, los caudales obtenidos con MODFLOW y SEEP/W resultan ser bastante similares, salvo para algunos casos particulares donde pueden presentarse diferencias sustanciales, debido a que MODFLOW no es capaz de incorporar parte de la física del problema. Por esto, como conclusión final, se recomienda la utilización de SEEP/W por sobre MODFLOW para la evaluación de filtraciones en presas, aunque debe notarse que como SEEP/W simula una física más compleja puede ser más difícil interpretar sus resultados, en cuyo caso una revisión previa del problema con MODFLOW puede ser útil.

Por último, con el fin de validar los resultados con datos reales, se recomienda la construcción de un modelo físico. Se recomienda también la utilización de nuevos modelos, tales como la versión HYDRUS-2D Standard, la que permite la creación de mallas generales y MODFLOW-SURFACT, un nuevo paquete de MODFLOW que permite simular la zona no saturada del flujo, con lo cual se lograría un trabajo más completo.