APLICACIONES DE LOS ISÓTOPOS ARTIFICIALES

Los isótopos artificiales se emplean para determinar características locales de los acuíferos. Las aplicaciones más comunes son:

Características físicas de los acuíferos: a) porosidad, b) trasmisividad, c) dispersividad.

Dirección y velocidad del flujo de aguas subterráneas.

Determinación de la porosidad efectiva de un acuífero

El principio del método de determinación de la porosidad en la zona saturada se basa en la equivalencia aproximada entre la porosidad r y el volumen parcial del agua s:

Se introduce el trazador en un pozo y en un segundo pozo situado a la distancia r se bombea. Descartando la dispersión del trazador en su recorrido entre los pozos, su arribo al segundo pozo implica: V=p r2bs. donde:

b: grosor del acuífero.

r: distancia entre los pozos.

s: porosidad efectiva.

Para el empleo de los trazadores en este caso se requiere:

Que la distancia entre los pozos sea mayor que el grosor del acuífero (r>b). Que la velocidad de bombeo radial sea mayor que la velocidad natural.

Que el cono de dispersión en el pozo bombeado sea menor que el volumen de agua sustraída.

Trasmisividad

El coeficiente de trasmisividad, T caracteriza la capacidad de un acuífero en trasmitir agua. Junto con el coeficiente de almacenamiento, la conductividad hidráulica K, el almacenamiento específico y el rendimiento especifico, la trasmisividad es uno de los parámetros para caracterizar las propiedades hidráulicas básicas del acuífero. Esta se relaciona con la conductividad hidráulica K y el grosor b mediante la expresión: T= b K

A partir de la ecuación V= p r2 b s, se puede demostrar que el volumen de agua bombeada, determinada después que el trazador llega al segundo pozo, es inversamente proporcional al valor de la trasmisividad. Se determina la trasmisividad de las capas del mismo acuífero mediante el empleo de pozos de inyección y uno o más pozos de observación. Entonces la trasmisividad se calcula a partir de las relaciones:

V1= p r12 b1 s1 (12.7)

V2= p r22 b2 s2 (12.8)

T1+T2=T (12.9)

donde:

T: trasmisividad total.
T1: trasmisividad parcial en la capa 1
T2: trasmisividad parcial en la capa 2
r1: distancia entre el primer pozo de inyección y el pozo
r2: distancia entre el segundo pozo de inyección y el pozo
b1: grosor de la capa 1.
b2: grosor de la capa 2.
s1: porosidad efectiva de la capa 1.
s2: porosidad efectiva de la capa 2.

La precisión obtenida es del orden de 5 10-6m2/s.

Difusión o dispersividad

Este valor caracteriza las propiedades de mezcla del acuífero. Los trazadores radioactivos han sido empleados para calcular el coeficiente de difusión en problemas de recarga artificial de acuíferos por aguas de pobre calidad y de vertimiento de residuales en las aguas subterráneas.

Velocidad del flujo en aguas superficiales

La medición de la velocidad del flujo es uno de los problemas básicos de la Hidrología. Debido a que se requieren consecutivas recalibraciones de los molinetes (principal medio de determinación), las mediciones de velocidad de flujo son limitadas. Cuando no se pueden emplear los molinetes debido a la turbulencia del flujo o el agua transporta materias que pueden dañar este instrumento, se suelen usar los trazadores, que pueden ser o no radioactivos. Estos últimos se utilizan cuando los trazadores químicos son adsorbidos por las rocas o sedimentos o el agua contiene sustancias que interfieren la medición.

Entre los métodos utilizados se encuentra el de inyección a velocidad constante. Mediante este método se inyecta el trazador con una concentración C₀ a velocidad constante q en el curso de agua que posee un caudal Q. Las muestras se toman a cierta distancia en que la mezcla se hace constante, de modo que:

(12.10).

Integrando se obtiene la expresión:

(12.11).

Considerando que la concentración es una función lineal de la actividad de la muestra, esta ecuación se transforma en:

(12.12).

Donde No y N representan los conteos al inicio y en la sección de muestreo respectivamente. Si No es muy alta, la muestra inicial se reemplaza por otra obtenida por dilución (alícuota de la muestra inicial). En este caso:

(12.13)

donde: l: factor de dilución.

Velocidad de flujo en aguas subterráneas

La velocidad de flujo en las aguas subterráneas se suele determinar a partir de la Ley de Darcy. Usando trazadores es posible medir directamente la velocidad del flujo en las aguas subterráneas. El método consiste en inyectar el trazador en el interior de un pozo. Por lo general, es necesario realizar varias mediciones en diferentes pozos a diferentes profundidades. La expresión de partida es:

(12.14).

Integrando se obtiene:

(12.15).

donde:

V_f: velocidad de filtración horizontal del agua.

V: volumen de medición (volumen del pozo en el cual tiene lugar la dilución).

F: sección transversal del volumen de medición, perpendicular a la dirección del flujo de agua subterránea.

t: intervalo de tiempo entre las mediciones de las concentraciones C0 y C.

C₀: concentración inicial.

C: concentración final.

a: factor de corrección debido a la distorsión de las líneas de flujo.

Conociendo la porosidad efectiva s, se puede calcular la velocidad de flujo:

(12.16)

Si se conoce el gradiente hidráulico potencial , entonces se puede calcular también la conductividad hidráulica o permeabilidad K aplicando la Ley de Darcy:

(12.17)

Dirección del flujo de agua subterránea

La dirección del flujo de las aguas subterráneas, aplicando radioisótopos puede ser determinada con facilidad mediante técnicas de pozos múltiples si existen pozos de observación en la dirección del flujo. También puede determinarse la dirección del flujo en un solo pozo mediante técnicas especiales para un simple pozo. En este último caso la actividad es detectada mediante una sonda especial que se orienta por medio de una vara firme. Los radioisótopos más apropiados en este tipo de problema son aquellos que son adsorbidos relativamente rápidos por los materiales acuíferos, tales como cloruro de oro-198 (¹⁹⁸AuCl) y cloruro de cromo-51 (⁵¹CrCl₃), y las determinaciones de la actividad se hacen en el laboratorio. La precisión del método es de 10.

Date: 2015-01-29; view: 1015