Dependiendo del gradiente en la carga hidráulica entre el río y el régimen de agua subterránea, los ríos y corrientes pueden contribuir o drenar agua del sistema de aguas subterráneas (Harbaugh, 2005). En la figura 1 puede verse la sección transversal de un acuífero que contiene un río, y la representación del modelo conceptual correspondiente para la simulación.
Existen distintas formas de simular los efectos del flujo entre aguas superficiales y el sistema de agua subterránea, en el modelo numérico en PMWIN. A continuación, se presentan las dos formas que fueron consideradas para ser aplicadas en el modelo numérico del Acuífero Patiño, el paquete “ríos” (river package) y la representación como condición de borde de carga hidráulica constante (constant head).
Fig. 1 A) Sección transversal de un acuífero conteniendo un río; B) representación conceptual de la interconexión entre río y acuífero para la simulación. Fuente: McDonald and Harbaugh 1988, citado por Harbaugh 2002.
River package de MODFLOW
Para poder simular los efectos de los ríos en el flujo hidrológico del acuífero, términos que representen la percolación hacia o desde las aguas superficiales deben agregarse a la ecuación de flujo de agua subterránea, para cada celda afectada por esta percolación (Harbaugh, 2005).
El paquete river no simula el flujo de agua superficial en el río, sino solamente la percolación entre el río y el acuífero. Este paquete requiere, además de datos de carga hidráulica en el río (h) (único dato requerido para constant head):
- datos de elevación del lecho del río (RBOT), y
- valor de conductancia del lecho del río (CRIV).
Este paquete simula que el flujo es nulo cuando la carga hidráulica en la celda (h) es igual al nivel de agua en el río (HRIV). Para valores de h mayores que HRIV, el flujo es entrante al río, y se representa como un flujo negativo al acuífero. Para valores de h menores que HRIV, el flujo es positivo y entrante el acuífero (Harbaugh, 2005).
El valor de conductancia del lecho del río puede estimarse, y generalmente necesita ajustarse luego durante la calibración del modelo.
Constant head (condición de borde de carga hidráulica constante)
En las simulaciones iniciales, tanto en estado estacionario como en estado transitorio, los ríos y arroyos del dominio del modelo fueron representados por medio de celdas de carga hidráulica constante. Esto implica que la carga hidráulica inicial seleccionada en los ríos no cambia durante la simulación. Esta condición implica, además, que los ríos pueden entregar (o extraer) cualquier cantidad de agua al sistema de agua subterránea, siempre que se mantenga constante dicha carga hidráulica.
Discusión
Se realizaron simulaciones en estado estacionario con ambas suposiciones:
- a) ríos y arroyos considerados con carga hidráulica constante (constant head) dentro de las condiciones de borde, siendo dicha carga hidráulica igual a la inicial, considerada para la simulación en estado estacionario como igual a la topografía o superficie de tope del acuífero;
- b) ríos y arroyos considerados en el paquete river, tomando la conductancia de todos los ríos igual a un valor medio obtenido con base en estudios previos (Labaky, 2007), considerando la carga hidráulica inicial igual a la topografía del acuífero (que sería igual a las cargas hidráulicas utilizadas en el caso a) como constant head), y tomando el lecho de río a una distancia fija por debajo de la topografía;
- c) ríos y arroyos considerados en el paquete river, tomando la conductancia de todos los ríos igual al valor de conductancia calibrado con PEST para el caso anterior; carga hidráulica inicial igual al mapa TOP del acuífero, y considerando el lecho de río a una distancia fija por debajo de la topografía.
Si bien para la elevación del lecho de los ríos se realizó una estimación, el valor de la discrepancia en porcentaje (que calcula PMWIN para evaluar la resolución de las ecuaciones de flujo) en los casos en que se usó el paquete river fue solamente un poco mayor que para el caso con constant head. En la tabla 1 se presentan los resultados obtenidos por medio de la función de balance hídrico de PMWIN.
Tabla 1. Comparación entre resultados de balance hídrico arrojados por PMWIN
Analizando el balance hídrico obtenido en PMWIN para estos casos, las tasas de entrada y de salida de agua a los ríos y arroyos en todo el dominio, no fueron muy diferentes representando las aguas superficiales de una u otra forma (las diferencias son menores al 4%).
Finalmente, las cargas hidráulicas finales obtenidas luego de la simulación en estado estacionario, en los casos b y c, presentaron escasa variación respecto a la simulación en estado estacionario en el caso a (representando los ríos como constant head). Además, el ajuste entre las cargas hidráulicas simuladas y medidas en los pozos de observación, no presenta variación entre la simulación realizada utilizando el paquete river respecto a la realizada representando los ríos como constant head, con las suposiciones descriptas anteriormente.
Referencias
Harbaugh, A.W. (2005). MODFLOW-2005, The U.S. Geological Survey modular ground-water model—the Ground-Water Flow Process: U.S. Geological Survey Techniques and Methods 6-A16.
Labaky, W. (2007). Estudio de Políticas y Manejo Ambiental de Aguas Subterráneas en el Área Metropolitana de Asunción (Acuífero Patiño). Informe técnico 2.12, Simulación matemática.