Agua Subterránea
Allan Freeze y John Cherry (1979)
Prefacio
Capítulo 1: Introducción
- 1.1 El agua subterránea, la tierra y el hombre
- El agua subterránea y el ciclo hidrológico
- El agua subterránea como recurso
- Contaminación del agua subterránea
- El agua subterránea como un problema geotécnico
- Aguas subterráneas y procesos geológicos
- 1.2 Los fundamentos científicos para el estudio de las aguas subterráneas
- 1.3 Las bases técnicas para la explotación de los recursos de agua subterránea
- Lecturas sugeridas
Capítulo 2: Principios y propiedades físicas
- 2.1 Ley de Darcy
- 2.2 Columna de agua y potencial hidráulico
- Análisis del potencial hidráulico de Hubbert
- Dimensiones y unidades
- Piezómetros y nidos de piezómetros
- Flujo acoplado
- 2.3 Conductividad hidráulica y permeabilidad
- 2.4 Heterogeneidad y anisotropía de la conductividad hidráulica
- Homogeneidad y heterogeneidad
- Isotropía y anisotropía
- Ley de Darcy en tres dimensiones
- Elipsoide de conductividad hidráulica
- 2.5 Porosidad y relación de vacíos
- 2.6 Flujo no saturado y nivel freático
- Contenido de humedad
- Nivel freático
- Carga de presión negativa y tensiómetros
- Curvas características de los parámetros hidráulicos no saturadas
- Zonas saturadas, instauradas y tensión saturadas
- Nivel freático invertido y colgado
- Flujo multifase
- 2.7 Acuíferos y acuitardos
- Acuíferos, acuitardos, y acuicludos
- Acuíferos confinados y no confinados
- Superficie piezométrica
- 2.8 Régimen de flujo estacionario y flujo transitorio
- 2.9 Compresibilidad y esfuerzo efectivo
- Compresibilidad del agua
- Esfuerzo efectivo
- Compresibilidad en el medio poroso
- Compresibilidad del acuífero
- Esfuerzo efectivo en la zona no saturada
- 2.10 Transmisividad y coeficiente de almacenamiento
- Almacenamiento específico
- Transmisividad y coeficiente de almacenamiento de un acuífero confinado
- Transmisividad y rendimiento específico en acuíferos libres
- Almacenamiento en la zona no saturada
- 2.11 Ecuaciones de Flujo de Aguas subterránea
- Flujo saturado en estado estacionario
- Flujo saturado en estado transitorio
- Flujo transitorio no saturado
- Problemas de condiciones de contorno
- 2.12 Limitaciones del enfoque darciano
- Concepto del campo Darciano y volumen elemental representativo
- Caudal específico, velocidad macroscópica y velocidad microscópica
- Límites superior e inferior de la ley de Darcy
- Flujo en rocas fracturadas
- 2.13 Dispersión hidrodinámica
- Lecturas sugeridas
- Problemas
Capítulo 3: Principios y propiedades quimicas
- 3.1 El agua subterránea y sus constituyentes
- Agua y electrolitos
- Constituyentes orgánicos
- Gases disueltos
- Unidades de concentración
- 3.2 Equilibrio químico
- Ley de acción de masas
- Coeficiente de actividad
- Energía libre y equilibrio
- Gases disueltos
- 3.3 Asociación y disociación de especies disueltas
- La condición de electroneutralidad
- Disociación y actividad del agua
- Ácidos polipróticos
- Complejos iónicos
- Cálculo de especies disueltas
- 3.4 Efectos de los gradientes de concentración
- 3.5 Disolución mineral y solubilidad
- Solubilidad y la constante de equilibrio
- El efecto de la fuerza iónica
- El sistema carbonato
- El efecto del ion común
- Desequilibrio e índice de saturación
- 3.6 Procesos de oxidación y reducción
- Reacciones redox y estados de oxidación
- Consumo de oxígeno y materia orgánica
- Condiciones de equilibrio redox
- Factores microbiológicos
- Diagramas pE–pH
- 3.7 Intercambio iónico y adsorción
- Mecanismos
- Capacidad de intercambio catiónico
- Ecuaciones de masa-acción
- 3.8 Isótopos ambientales
- Carbono-14
- Tritio
- Oxígeno y Deuterio
- 3.9 Mediciones de campo de parámetros índices
- Lecturas sugeridas
- Problemas
Capítulo 4: Geología del agua subterránea
Capítulo 5: Redes de flujo
- 5.1 Redes de flujo por construcción gráfica
- Sistemas homogéneos, isotrópicos
- Sistemas heterogéneos y la ley Tangente
- 5.2 Redes de flujo por simulación analógica
- Análogos de papel conductor
- Análogo de red de resistencias
- 5.3 Redes de flujo por simulación numérica
- 5.4 Redes de flujo en la zona saturada-no saturada
- 5.5 El frente de filtración y el flujo de Dupuit
- Frente de filtración, punto de salida y superficie libre
- Teoría de Dupuit – Forchheimer para flujo de superficie libre
- Lecturas sugeridas
Capítulo 6: El agua subterránea y el ciclo hidrologico
- 6.1 Flujo regional de aguas subterráneas en estado estacionario
- Áreas de recarga, áreas de descarga y divisorias de aguas subterráneas
- Efecto de la topografía en los sistemas de flujo regional
- Efectos de la geología en sistemas de flujo regionales
- Pozos artesianos surgentes
- Mapeo del sistema de flujo
- 6.2 Balances hídricos en estado estacionario
- Interpretación cuantitativa de sistemas de regional
- Recarga y descarga de agua subterránea como componentes de un balance hídrico
- 6.3 Flujo transitorio regional del agua subterránea
- 6.4 Infiltración y recarga de las aguas subterráneas
- La teoría de la infiltración
- Mediciones en campo
- 6.5 Hidrología de ladera y generación de corrientes de flujo
- Flujo Superficial
- Flujos subsuperficiales de tormenta
- Indicadores Químicos e Isotópicos
- 6.6 Recesión de flujo base y almacenamiento de ribera
- 6.7 Interacciones del agua subterránea con lagos
- 6.8 Fluctuación de los niveles de agua subterránea
- Evaporación y consumo freatofítico
- Atrape de aire durante la recarga de agua subterránea
- Efecto de la presión atmosférica
- Cargas externas
- Tiempo de retraso en piezómetros
- Lecturas sugeridas
- Problemas
Capítulo 7: Evolución química del agua subterránea natural
- 7.1 Secuencias hidroquímicas y facies
- Química del agua de precipitación
- Dióxido de carbono en la zona del suelo
- Secuencia de evolución de iones principales
- Secuencia de evolución electroquímica
- 7.2 Métodos gráficos y facies hidroquímicas
- 7.3 Agua subterránea en terreno carbonatado
- Disolución en sistema abierto
- Condiciones en sistema cerrado
- Disolución incongruente
- Otros factores
- Interpretación de análisis químicos
- 7.4 Agua subterránea en las rocas cristalinas
- Consideraciones teóricas
- Experimentos de laboratorio
- Interpretación de datos de campo
- 7.5 Agua subterránea en sistemas sedimentarios complejos
- Orden de encuentro
- Composición del agua en depósitos glaciares
- Agua subterránea en rocas sedimentarias estratificadas
- 7.6 Interpretación Geoquímica del fechamiento por 14C
- 7.7 Efectos de membrana en cuencas sedimentarias profundas
- 7.8 Tasa de procesos y difusión molecular
- Lecturas sugeridas
- Problemas
Capítulo 8: Evaluación del recurso hídrico subterráneo
- 8.1 Estudio de los recursos hídricos subterráneos
- Exploración, evaluación y explotación
- Caudal máximo de extracción de un pozo o producción del pozo, capacidad de almacenamiento o rendimiento del acuífero y caudal seguro
- 8.2 Exploración de acuíferos
- Métodos geológicos de superficie
- Métodos de geológicos profundos
- Métodos geofísicos de superficie
- Métodos geofísicos profundos
- Perforación e Instalación de Pozos y Piezómetros
- 8.3 La respuesta al bombeo de los acuíferos ideales
- Flujo radial hacia un pozo
- La solución de Theis
- Acuíferos semiconfinados
- Acuíferos libres
- Sistemas de pozos múltiples, bombeos escalonados, ensayos de recuperación y penetración parcial
- Acuíferos limitados
- La respuesta de acuitardos ideales
- El Mundo Real
- 8.4 Medición de los parámetros: Pruebas de laboratorio
- Conductividad Hidráulica
- Porosidad
- Compresibilidad
- Curvas características de la zona no saturada
- 8.5 Medición de los parámetros: Ensayos en piezómetros
- 8.6 Medición de los parámetros: Ensayos de bombeo
- Superposición y coincidencia de la curva tipo Log-Log
- Gráficos semilogarítmicos
- Ventajas y desventajas de los ensayos de bombeo
- 8.7 Estimación de la conductividad hidráulica saturada
- 8.8 Predicción del funcionamiento de un acuífero mediante simulación numérica
- Método de las diferencias finitas
- Métodos de los elementos finitos
- Calibración del modelo y el problema inverso
- 8.9 Predicción del funcionamiento del acuífero mediante simulación analógica
- Analogía entre el flujo eléctrico y el flujo de agua subterránea
- Red de resistencia-capacitancia
- Comparación de la Simulación Analógica y Digital
- 8.10 Producción de la cuenca hidrogeológica
- Caudal seguro, caudal óptimo de una cuenca hidrogeológica
- Balances hidrológicos en régimen transitorio y producción de la cuenca hidrogeológica
- 8.11 Recarga artificial e infiltración inducida
- 8.12 Subsidencia del terreno
- Mecanismo de subsidencia del terreno
- Medidas de campo de la subsidencia del terreno
- 8.13 Intrusión marina
- Lecturas sugeridas
- Problemas
Capítulo 9: Contaminación del agua subterránea
- 9.1 Estándares de Calidad del Agua
- 9.2 Procesos de Transporte
- Componentes no reactivos en medios homogéneos
- Componentes no reactivos en medios heterogéneos
- Transporte de componentes reactivos
- Transporte en medios fracturados
- 9.3 Comportamiento hidroquímico de los contaminantes
- Nitrógeno
- Elementos traza metálicos
- Elementos traza no metálicos
- Substancias orgánicas
- 9.4 Mediciones de parámetros
- Determinación de la velocidad
- Dispersividad
- Fraccionamiento químico
- 9.5 Fuentes de contaminación
- Disposición de tierras de desechos sólidos
- Disposición de aguas residuales en tierra
- Actividades agrícolas
- Fugas de petróleo y derrames
- Eliminación de residuos radiactivos
- Eliminación de desechos líquidos en pozos profundos
- Otras fuentes
- Lecturas sugeridas
Capítulo 10: Agua subterránea y problemas geotécnicos
- 10.1 Presiones de poros, Deslizamientos y estabilidad de taludes
- Teoría de Falla de Mohr-Coulomb
- Métodos de equilibrio límite para el análisis de estabilidad de taludes
- Efecto de las condiciones de agua subterránea sobre la estabilidad de taludes en suelos
- Efecto de las condiciones del agua subterránea en la estabilidad de taludes rocosos
- 10.2 Agua subterránea y presas
- Tipos de presas y fallas de las presas
- Filtración bajo presas de concreto
- La lechada y el drenaje de los cimientos de las presas
- Filtración en estado estacionario a través de las presas de tierra
- Infiltración transitoria a través de las presas de tierra
- Impacto hidrogeológico de los reservorios
- 10.3 Flujo de entrada de aguas subterráneas a túneles
- Un túnel como un desagüe
- Peligros hidrogeológicos de la construcción de túneles
- Análisis predictivo de flujo de entrada de agua subterránea en túneles
- 10.4 Flujos entrantes de agua subterránea a excavaciones
- Drenaje y desagüe de excavaciones
- Análisis predictivo de flujos de entrada de agua subterránea en excavaciones
- Lecturas sugeridas
Capítulo 11: Agua subterránea y procesos geológicos
- 11.1 Agua subterránea y la geología estructural
- Teoría de Hubber-Rubey de fallamiento inverso
- Predicción y control de terremotos
- 11.2 Agua subterránea y petróleo
- Migración y acumulación de petróleo
- Entrampamiento hidrodinámico de petróleo
- Sistemas de flujo regional y acumulaciones de petróleo
- Implicaciones para la exploración de petróleo
- 11.3 Aguas subterráneas y procesos térmicos
- Regímenes térmicos en sistemas de flujo de aguas subterráneas naturales
- Sistemas geotérmicos
- Emplazamiento de un plutón
- 11.4 Agua subterránea y geomorfología
- Karst y Cavernas
- Desarrollo natural de las pendientes
- Procesos fluviales
- Procesos glaciales
- 11.5 Agua subterránea y mineralización económica
- Génesis de depósitos minerales económicos
- Implicaciones para la exploración geoquímica
- Lecturas sugeridas
Apéndices
- I: Elementos de mecánica de fluidos
- II: Ecuación de flujo para un flujo transitorio a través de un medio saturado deformado
- III: Ejemplo de una solución analítica a un problema de contorno
- IV: Ecuación de Debye-Hückel y la tabla de Kielland para coeficientes de actividad iónica
- V: Función de Error Complementario (erfc)
- VI: Desarrollo de la ecuación de diferencias finitas para el flujo en estado estacionario en un medio isotópico homogéneo
- VII: Solución analítica de Tóth para el flujo regional de agua subterránea
- VIII: Solución numérica del problema de contorno representado en una infiltración unidimensional sobre el sistema de recarga del agua subterránea
- IX: Desarrollo de ecuaciones de diferencias finitas de flujo transitorio en un acuífero confinado heterogéneo, anisotrópico, horizontal
- X: Derivación de la ecuación de advección-dispersión para transporte de solutos en un medio poroso