Transporte de flujo en sistemas hidrogeológicos complejos: Análisis en el sistema heterogéneo de San Felipe los Andes

Abstract

El complicado futuro delineado para los recursos hídricos, acentúa la necesidad de estudios que permitan entender en detalle todos los factores asociados a su comportamiento. Esto es especialmente relevante para los recursos hídricos subterráneos, que cada vez más desempeñan un papel clave en asegurar la demanda hídrica. Esta Tesis analiza específicamente la zona de San Felipe – Los Andes, donde se han desarrollado trabajos que han permitido comprender la relevancia de la circulación de agua en el medio fracturado y su aporte en la recarga lateral del acuífero de San Felipe – Los Andes. Si bien a la fecha los estudios realizados han mejorado el conocimiento de la circulación de los recursos hídricos subterráneos en San Felipe, aún quedan preguntas acerca de los procesos de recarga y circulación, y tiempos de tránsito en el sistema. Las herramientas computacionales pueden ayudar a resolver algunas de las anteriores preguntas, por tal motivo, el objetivo general de esta tesis es implementar, utilizando el software CrucnhFlow, simulaciones numéricas que reproduzcan la circulación del agua subterránea en un medio hidrogeológico simplificado. Así, a partir de la composición fisicoquímica real y una mineralogía simplificada se obtienen los cambios en el tiempo tanto del sistema como del flujo, y los tiempos de circulación de estas aguas. Para lograr los objetivos se han elaborado dos escenarios: (1) un medio poroso equivalente que representa el flujo en dirección horizontal y donde cada celda de la malla representa un valor promedio de conductividad equivalente al transporte en roca fracturada, (2) un medio de fractura discreta incrustada en un medio poroso equivalente donde se evalúa el efecto de la fractura en el aporte a partir de la interacción agua roca a la química de las aguas subterráneas. Los resultados indican que, en general, las facies de las aguas subterráneas en el Frente Occidental Andino corresponden a bicarbonatada-cálcicas (HCO3-Ca) como resultado de la interacción con minerales silicatados, como: la anortita y la albita, los cuales presentan una disolución a lo largo del sistema. Además, el enriquecimiento de SO4 de las aguas subterráneas se puede explicar por la disolución de sulfatos como la alunita. Este mineral, se ha utilizado en las simulaciones como una aproximación de la pirita debido a que con esta no se logró reproducir la hidroquímica de la zona de estudio, la alunita es un mineral que se forma entre 15 a 400 °C por la acción del sulfato, que puede ser formado a partir de la pirita. El control de las especies químicas en el agua es efectuado por la precipitación de calcita, caolinita y ca-montmorillonita. Los resultados obtenidos con el escenario 1 en comparación con los obtenidos del escenario 2 no presentan mayor diferencia. Sin embargo, se considera que la representación del medio poroso fracturado es más acertada de acuerdo a la complejidad que trae la construcción de modelos numéricos en estos medios. Con los modelos ha sido posible reproducir la química de algunos de los manantiales y pozos de la zona de estudio, en un tiempo de simulación entre 50 y 150 años. Las muestras (n°. 5, 25) han sido representadas para todas las escalas temporales en todas las especies químicas analizadas (Na, Ca, SO4, HCO3, SiO2 y pH) en cada uno de los escenarios estudiados. Las muestras restantes se han representado en la misma escala temporal, sin embargo, no todas las especies químicas han sido reproducidas adecuadamente en los modelos implementados. Por último, los ajustes realizados para reproducir las características fisicoquímicas entregan una conductividad hidráulica de 4.4 x10-4 m/s, la cual permitió representar adecuadamente el flujo de aguas subterráneas para el área de estudio.