Interacción entre agua dulce y agua salina: Gradiente de densidad y zona de mezcla

1.1 Introducción

En los acuíferos costeros, el contacto entre el agua dulce y el agua salada genera un gradiente de densidad que influye en la dinámica del flujo subterráneo y en la estabilidad de la interfase de mezcla (Bear, 1972). La zona de mezcla es una región de transición donde el agua dulce y el agua salina se combinan, afectando la calidad del recurso hídrico y los procesos hidrogeoquímicos (Werner et al., 2013).

1.2 Gradiente de Densidad en Acuíferos Costeros

El agua marina, al tener una mayor concentración de sales disueltas, es más densa que el agua dulce. Esta diferencia de densidad genera un gradiente que influye en el comportamiento del flujo subterráneo (Custodio & Llamas, 2010). La ecuación de densidad del agua en función de la salinidad y la temperatura se expresa como:

P=Po (1+BS)

donde;

 P es la densidad del agua

Po es la densidad del agua pura

B es el coeficiente de variación con la salinidad

S es la salinidad

1.2.1 Influencia del Gradiente de Densidad en el Flujo

El gradiente de densidad puede inducir procesos de convección en los acuíferos costeros, promoviendo la dispersión de sales y la modificación de la posición de la interfase agua dulce-agua salada (Domenico & Schwartz, 1998). En sistemas altamente explotados, este gradiente puede verse alterado, facilitando la intrusión salina y reduciendo la disponibilidad de agua potable (Werner et al., 2013).

1.3 Zona de Mezcla: Procesos y Características

La zona de mezcla es la región donde ocurre la transición entre el agua dulce y el agua marina. Sus características dependen de factores como la dispersión molecular, la advección y la dispersión mecánica (Fetter, 2001).

1.3.1 Mecanismos de Mezcla

Los principales mecanismos que controlan la zona de mezcla en los acuíferos costeros incluyen:

• Dispersión molecular: Difusión de solutos debido a diferencias de concentración (Bear, 1972).

• Dispersión mecánica: Mezcla inducida por la heterogeneidad del medio poroso y la variación en las velocidades de flujo (Domenico & Schwartz, 1998).

• Advección: Transporte de solutos por el movimiento del agua subterránea (Freeze & Cherry, 1979).

1.3.2 Factores que Influyen en la Zona de Mezcla

Diversos factores afectan la extensión y estabilidad de la zona de mezcla, tales como:

• Gradiente hidráulico: Un mayor gradiente puede reducir la extensión de la zona de mezcla y minimizar la intrusión salina (Custodio & Llamas, 2010).

• Tasa de recarga: La recarga natural del acuífero contribuye a mantener la posición de la interfase agua dulce-agua salada (Fetter, 2001).

• Extracción de agua subterránea: Una sobreexplotación del recurso hídrico puede generar un adelgazamiento de la zona de mezcla y favorecer la intrusión salina (Werner et al., 2013).

1.4 Modelos de Simulación del Gradiente de Densidad y Zona de Mezcla

La simulación de los procesos de mezcla y gradiente de densidad se realiza mediante modelos matemáticos que consideran la ecuación de flujo de densidad variable y la ecuación de transporte de solutos (Harbaugh et al., 2000). Entre los modelos más utilizados se encuentran:

• SEAWAT: Modelo numérico basado en MODFLOW que permite la simulación de flujo y transporte de solutos en sistemas de densidad variable (Langevin et al., 2008).

• FEMWATER: Modelo de elementos finitos para el análisis del transporte de solutos en medios porosos heterogéneos (Zheng & Bennett, 2002).

1.5 Conclusiones

El gradiente de densidad y la zona de mezcla en acuíferos costeros desempeñan un papel clave en la dinámica del flujo de agua subterránea y la calidad del recurso hídrico. La comprensión de estos procesos es fundamental para el diseño de estrategias de manejo sostenible y la prevención de la intrusión salina.

Referencias

• Bear, J. (1972). Dynamics of Fluids in Porous Media. Elsevier.

• Custodio, E., & Llamas, M. R. (2010). Hidrología Subterránea. Omega.

• Domenico, P. A., & Schwartz, F. W. (1998). Physical and Chemical Hydrogeology (2nd ed.). Wiley.

• Fetter, C. W. (2001). Applied Hydrogeology (4th ed.). Prentice Hall.

• Freeze, R. A., & Cherry, J. A. (1979). Groundwater. Prentice Hall.

• Harbaugh, A. W., et al. (2000). MODFLOW-2000, the U.S. Geological Survey Modular Ground-Water Model. U.S. Geological Survey.

• Langevin, C. D., Thorne, D. T., Dausman, A. M., Sukop, M. C., & Guo, W. (2008). SEAWAT: A Computer Program for Simulation of Variable-Density Ground-Water Flow and Multi-Species Solute and Heat Transport. U.S. Geological Survey.

• Werner, A. D., et al. (2013). Seawater intrusion processes, investigation, and management: Recent advances and future challenges. Advances in Water Resources, 51, 3-26.

• Zheng, C., & Bennett, G. D. (2002). Applied Contaminant Transport Modeling. Wiley.