Estudio de efectos de la heterogeneidad del medio en el transporte de contaminantes en aguas subterráneas implementando métodos Lagrangianos

Abstract

Este trabajo presenta los resultados de simulación de flujo y transporte de agua subterránea en medio poroso heterogéneo. Esta simulación se realizó a partir de una aproximación de un medio fracturado por medio de un medio poroso equivalente utilizando el software de geoestadística T-PROGS. Este software utiliza la probabilidad de transición y el modelo de cadena de Markov como aproximación estocástica. La representación del medio poroso equivalente estocástico se definió según las facies de roca, dependiendo de su conductividad hidráulica y densidad de fractura. Se definieron cuatro facies de roca: roca de roca escasamente fracturada (SFB), roca de roca escasamente a moderadamente fracturada (SMFB), roca madre moderadamente a muy fracturada (MHFB) y roca madre altamente fracturada (HFB). La ecuación de flujo de agua subterránea se resolvió numéricamente a través de diferencias finitas, en las que se consideró el tensor completo de conductividades hidráulicas y la simulación de transporte se realizó mediante la implementación del método Rastreo Aleatorio de Partículas (RAP), en las que la interpolación de velocidad bilineal y la dispersividad tensorial son consideradas. Estos resultados se compararon con una simulación de flujo y transporte implementada con el esquema de diferencias finitas (DF). Los escenarios de validación presentan que las concentraciones obtenidas por medio del RAP pueden diferir del esquema DF dependiendo de cómo se distribuyen las partículas en el tiempo de ejecución inicial. Los escenarios de simulación del comportamiento de los contaminantes presentan diferencias cuando se simula en un medio poroso heterogéneo. En este caso, se evidencia un transporte más rápido del contaminante mostrando direcciones preferenciales definidas que coinciden con zonas de conductividades hidráulicas más elevadas.

Abstract: This work presents the flow and transport simulation results of underground water solute in heterogeneous porous medium. This simulation was made based on an approximation of a fractured medium by means of a equivalent porous medium using the geostatistics software T-PROGS. This software uses the transition probability and the Markov chain model as stochastic approach. The representation of the stochastic equivalent porous medium was defined according to the rock facies, depending on their hydraulic conductivity and fracture density. Four rock facies were defined: sparsely fractured bedrock (SFB), sparsely to moderately fractured bedrock (SMFB), moderately to highly fractured bedrock (MHFB), and highly fractured bedrock (HFB). The groundwater flow equation was solved numerically via finite differences, on which the full tensor of hydraulic conductivities is considered and Transport simulation were performed via Random Walk Particle Tracking (RWPT) implementations, on which bilinear velocity interpolation and the tensor dispersivity as one offset array were considered. Such results were compared with a flow and transport simulation implemented with the finite differences (DF) scheme. The validation scenarios present that the concentrations obtained by means of the RAP can differ from the DF scheme depending on how the particles are distributed at the initial execution time. The simulation scenarios of the pollutant behavior present differences when it is simulated in a porous heterogeneous medium. In this case, faster transport of pollutant is evidenced showing defined preferential directions coinciding with zones of highest hydraulic conductivities