Modelos de Interfaz Agua Dulce-Agua Salada

1.1 Introducción

Los modelos de interfaz agua dulce-agua salada son herramientas fundamentales para comprender y predecir la dinámica de los acuíferos costeros. Estas interfaces, controladas por la diferencia de densidad entre el agua dulce y el agua marina, pueden ser representadas mediante modelos analíticos y numéricos que permiten evaluar los efectos de la explotación de los acuíferos y el cambio climático en la intrusión salina (Bear, 1972; Werner et al., 2013).

1.2 Modelos Analíticos

Los modelos analíticos ofrecen soluciones matemáticas simplificadas que permiten estimar la posición de la interfaz agua dulce-agua salada bajo condiciones ideales.

1.2.1 Modelo de Ghyben-Herzberg

Uno de los primeros modelos utilizados para describir la interfaz en acuíferos costeros es el de Ghyben-Herzberg, que establece que la profundidad de la interfaz en un acuífero no confinado es proporcional a la altura del nivel freático sobre el nivel del mar:

Z =(h )/(P8/Pf- 1)

donde Z es la profundidad de la interfaz, h es la altura del agua dulce sobre el nivel del mar, P8 es la densidad del agua salada y Pf la densidad del agua dulce (Custodio & Llamas, 2010).

1.2.2 Modelo de Dupuit-Ghyben-Herzberg

Este modelo extiende el análisis de Ghyben-Herzberg considerando el flujo horizontal en acuíferos costeros, lo que permite una mejor aproximación a sistemas reales con gradientes hidráulicos significativos (Domenico & Schwartz, 1998).

1.3 Modelos Numéricos

Los modelos numéricos permiten una representación más precisa de la dinámica de la interfaz en acuíferos heterogéneos y sujetos a variaciones de extracción y recarga. Algunos de los modelos más utilizados incluyen:

1.3.1 SEAWAT

SEAWAT es un modelo basado en MODFLOW que permite la simulación de flujo subterráneo y transporte de solutos en medios porosos con densidad variable. Es ampliamente utilizado para evaluar la evolución de la intrusión salina bajo distintos escenarios de manejo del agua subterránea (Langevin et al., 2008).

1.3.2 SUTRA

El modelo SUTRA (Saturated-Unsaturated Transport) es un modelo de elementos finitos desarrollado por el U.S. Geological Survey que permite simular flujo subterráneo con densidad variable y transporte de solutos en medios porosos y fracturados (Voss & Provost, 2010).

1.3.3 FEMWATER

FEMWATER es un modelo tridimensional de elementos finitos utilizado para analizar el flujo y transporte de contaminantes en acuíferos costeros, permitiendo una simulación detallada de la interfaz agua dulce-agua salada en medios heterogéneos (Zheng & Bennett, 2002).

1.4 Comparación de Modelos

Cada modelo presenta ventajas y limitaciones dependiendo de la escala y complejidad del sistema a analizar:

Modelo     Ghyben-Herzberg                                   

Tipo            Analítico            

Aplicación Principal       Estimación de la interfaz en acuíferos no explotados                                                     

Ventajas         Simple y fácil de aplicar                                                        

Limitaciones    No considera flujo dinámico

Modelo   SEAWAT   

Tipo   Numérico 

Aplicación Principal   Simulación de intrusión salina en sistemas heterogéneos 

Ventajas   Alta precisión, integración con MODFLOW

Limitaciones   Requiere datos detallados y capacidad computacional

Modelo   SUTRA

Tipo   Numérico 

Aplicación Principal   Flujo de densidad variable y transporte de solutos  

Ventajas   Modela medios saturados e insaturados

Limitaciones   Mayor tiempo de cálculo

Modelo   FEMWATER

Tipo   Numérico  

Aplicación Principal   Modelado en 3D de interfases en medios heterogéneos  

Ventajas    Permite análisis detallados 

Limitaciones   Complejidad computacional elevada

1.5 Conclusiones

Los modelos de interfaz agua dulce-agua salada son esenciales para la gestión y conservación de los acuíferos costeros. Mientras que los modelos analíticos proporcionan estimaciones rápidas, los modelos numéricos permiten una representación más realista de los sistemas naturales y la evaluación de estrategias de manejo sostenible. La selección del modelo adecuado depende de la disponibilidad de datos, la escala de análisis y los objetivos de la investigación.

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.

• 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.

• Voss, C. I., & Provost, A. M. (2010). SUTRA: A Model for Saturated-Unsaturated, Variable-Density Ground-Water Flow with Solute or Energy 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.