La hidrogeología (agua hidráulica del del significado del, y el - geología que significa el estudio de la tierra) es el área de la geología que se ocupa de la distribución y del movimiento del agua subterránea en el suelo y las rocas de la corteza de la tierra, (comúnmente en los acuíferos . El geohydrology del término es de uso frecuente alternativamente. Algunos hacen a la distinción de menor importancia entre un hidrologista o un ingeniero que se aplica a la geología (geohydrology), y a geólogo que se aplica a la hidrología (hidrogeología).
Las relaciones matemáticas usadas para describir el flujo de agua con los medios porosos son la difusión y las ecuaciones de Laplace, que tienen usos en muchos campos diversos. El flujo constante del agua subterránea (ecuación de Laplace) se ha simulado usar el eléctrico, el elástico y las analogías de la conducción de calor . El flujo transitorio del agua subterránea es análogo a la difusión del calor en un sólido, por lo tanto algunas soluciones a los problemas hidrológicos se han adaptado de la literatura del traspaso térmico .
Tradicionalmente, el movimiento del agua subterránea se ha estudiado por separado del agua superficial, de la climatología, e incluso del producto químico y de aspectos microbiológicos de la hidrogeología (se desacoplan los procesos). Mientras que el campo de la hidrogeología se madura, las interacciones fuertes entre el agua subterránea, el agua superficial, la química de agua, la humedad e incluso el clima del suelo se están poniendo más de manifiesto.
considera también:
l acuífero
Uno de los principales labores que un hidrogeólogo se realiza típicamente es la predicción del comportamiento futuro de un sistema del acuífero, basado en el análisis de las observaciones del pasado y presente. Algunas preguntas hipotéticas, pero características hechas serían:
¿Puede el acuífero apoyar otra subdivisión ?
¿El río se secará si el granjero dobla su irrigación ?
¿Los productos químicos de la facilidad de la limpieza en seco viajaron a través del acuífero a mi pozo y me hicieron enfermo?
¿El penacho del efluente que sale del flujo de sistema séptico de mi vecino a mi agua potable manará?
La mayor parte de estas preguntas se pueden tratar con la simulación del sistema hidrológico (usar modelos numéricos o ecuaciones analíticas). La simulación exacta del sistema del acuífero requiere el conocimiento de las características del acuífero y de las condiciones de límite. Por lo tanto una tarea común del hidrogeólogo está determinando características del acuífero usar las pruebas del acuífero
Para caracterizar más lejos los acuíferos y los aquitards algunas características físicas primarias y derivadas se introducen abajo. Los acuíferos se clasifican amplio como siendo confinados o sines límites (los acuíferos de la tabla de agua ), y o saturado o no saturado; el tipo de acuífero afecta a qué características controlan el flujo de agua en ese medio (e., el lanzamiento del agua del almacenaje para los acuíferos confined se relaciona con el storativity, mientras que se relaciona con la producción específica para los acuíferos sines límites).
considera también:
hidráulico de la cabeza
Los cambios en la cabeza hidráulica ( h ) son la fuerza impulsora que hace el agua moverse a partir de un lugar a otro. Se compone de la cabeza de presión (ψ del ) y de la cabeza de elevación ( z ). El gradiente principal es el cambio en cabeza hidráulica por la longitud del flowpath, y aparece en la ley de Darcy como siendo proporcional a la descarga.
La cabeza hidráulica es una característica directo mensurable, que puede adquirir cualquier valor (debido a el dato arbitrario implicado en el término del z ); el ψ del se puede medir con un transductor de la presión (este valor puede ser negativo, e., la succión, pero es positiva en acuíferos saturados), y el z se puede medir concerniente a un dato examinado (típicamente la tapa de la cubierta del pozo ). Comúnmente, en los pozos que golpean ligeramente los acuíferos sines límites el nivel del agua en un pozo se utiliza como poder para la cabeza hidráulica, asumiendo que no hay gradiente vertical de la presión. A menudo solamente los cambios del en cabeza hidráulica con tiempo son necesarios, así que el término constante de la cabeza de elevación puede ser dejado hacia fuera ( Δh = Δψ ).
Un expediente de la cabeza hidráulica con tiempo en un pozo es un Hydrograph o, los cambios en la cabeza hidráulica registrada durante el bombeo de bien en una prueba se llaman la reducción .
considera también:
la porosidad
La porosidad ( n ) es una característica directo mensurable del acuífero; es una fracción entre 0 y 1 que indican la cantidad de espacio de poro entre las partículas unconsolidated del suelo o dentro de una roca fracturada. Típicamente, la mayoría de agua subterránea (y cualquier cosa disuelta en él) se traslada con la porosidad disponible al flujo (a veces llamado porosidad eficaz). La permeabilidad es una expresión de la conexión de los poros. Por ejemplo, una unidad unfractured de la roca puede tener una alta porosidad (del tiene porciones de los agujeros del entre sus granos constitutivos), solamente una permeabilidad baja del (no se conecta ningunos de los poros). Un ejemplo de este fenómeno es la piedra pómez, que, cuando en su estado unfractured, puede hacer un acuífero pobre.
La porosidad no afecta directo a la distribución de la cabeza hidráulica en un acuífero, sino que tiene un efecto muy fuerte en la migración de contaminantes disueltos, puesto que afecta a velocidades de flujo del agua subterránea con una relación inverso proporcional.
considera también:
l contenido en agua
El contenido en agua (θ del ) es también una característica directo mensurable; es la fracción de la roca total que se llena de agua líquida. Esto es también una fracción entre 0 y 1, pero debe también estar inferior o igual la porosidad total.
El contenido en agua es muy importante en hidrología de la zona de Vadose, donde está fuerte una función la conductividad hidráulica no linear del contenido en agua; esto complica la solución de la ecuación de flujo no saturada del agua subterránea.
considera también:
hidráulico de la conductividad
La conductividad hidráulica ( K ) y la transmisividad ( T ) son características indirectas del acuífero (no pueden ser medidas directo). El T es el K integrado sobre el grueso vertical ( b ) del acuífero ( T=Kb cuando el K es constante sobre el grueso entero). Estas características son medidas capacidad de s del acuífero de un 'de transmitir el agua . La permeabilidad intrínseca (κ ) es una característica del medio secundario que no depende de la viscosidad y de la densidad del líquido (el K y el T es específica regar); se utiliza más en la industria petrolera.
considera también:
específico del almacenaje
El almacenaje específico ( Ss ) y su equivalente profundidad-integrado, storativity ( S=Ssb ), son características indirectas del acuífero (no pueden ser medidos directo); indican la cantidad de agua subterránea lanzada del almacenaje debido a una descompresión de la unidad de un acuífero confined. Son fracciones entre 0 y 1.
La producción específica ( Sy ) es también un cociente entre 0 y 1 (porosidad del ≤ del Sy ) que indica la cantidad de lanzada agua debido al drenaje, de bajar la tabla de agua en un acuífero sin límites. El Sy es típicamente órdenes de la magnitud más grandes que el Ss . A menudo la porosidad o la porosidad eficaz se utiliza como límite superior a la producción específica.
Estamos a menudo interesados en cómo el agua móvil del agua subterránea moverá los contaminantes disueltos alrededor (el subcampo de la hidrogeología del contaminante). Los contaminantes pueden ser artificiales (e., los productos petrolíferos, el nitrato o el cromo ) o naturales (e., el arsénico, la salinidad ). Además de la necesidad entender adonde está fluyendo el agua subterránea, basado en las otras características hidrológicas discutidas arriba, allí es las características adicionales del acuífero que afectan a cómo los contaminantes disueltos se mueven con agua subterránea.
El Dispersivity (αL, αT) es un factor empírico que cuantifica cuánto se pierden los contaminantes lejos de la trayectoria del agua subterránea que la está llevando. Algunos de los contaminantes serán " behind" o " ahead" el agua subterránea mala, dando lugar a un dispersivity longitudinal (αL), y a algo será " al of" de los lados; el flujo advective puro del agua subterránea, llevando a un dispersivity transversal (αT).
Dispersivity es realmente un factor que representa nuestra carencia del de la información sobre el sistema que estamos simulando. Hay muchos pequeños detalles sobre el acuífero se están haciendo un promedio que al usar un acercamiento macroscópico (e., camas minúsculas de la grava y de la arcilla en acuíferos de la arena), ellos se manifiestan como dispersivity evidente del . Debido a esto, el α se demanda a menudo para ser dependiente en la escala de la longitud del problema - el dispersivity encontrado para el transporte a través del ³ de 1 m del acuífero es diferente que ése para el transporte a través de 1 ³ del cm del mismo material del acuífero.
La dispersión hidrodinámica del (d) es un parámetro físico positivo que describe molécula-escala el movimiento del soluto lejos del flujo malo; es un resultado del movimiento browniano . Éste es el mismo mecanismo que el tinte que se separa uniformemente hacia fuera en un cubo inmóvil de agua. El coeficiente de la dispersión es típicamente absolutamente pequeño (típicamente las órdenes de la magnitud más pequeñas que α), y puede a menudo ser considerado insignificante (a menos que las velocidades de flujo del agua subterránea estén extremadamente - bajo, como están en aquitards de la arcilla).
Es importante no confundir la dispersión hidrodinámica con dispersivity, pues el anterior es un fenómeno físico y este 3ultimo es un factor empírico que se echa en una forma similar como dispersión, porque sabemos ya solucionar ese problema.
considera también:
la ley de Darcy
La ley de Darcy es una ecuación constitutiva (empírico derivada por el Enrique Darcy, en 1856) que indica que la cantidad del agua subterránea que descarga a través de una porción dada del acuífero es proporcional a la superficie transversal al flujo, al gradiente principal hidráulico y a la conductividad hidráulica .
considera también:
la ecuación de flujo del agua subterránea
La ecuación de flujo del agua subterránea, en su forma más general, describe el movimiento del agua subterránea en un medio poroso (los acuíferos y los aquitards). Se sabe en matemáticas como la ecuación de la difusión, y tiene muchos análogos en otros campos. Muchas soluciones para los problemas del flujo del agua subterránea fueron pedidas prestadas o adaptadas de soluciones existentes del traspaso térmico .
Se deriva a menudo de una base física usar la ley de Darcy y de una conservación de la masa para un pequeño volumen de control. La ecuación es de uso frecuente predecir flujo a los pozos que tienen simetría radial, así que la ecuación de flujo se soluciona comúnmente en el los coordenadas cilíndricos polares de o.
La ecuación de Theis es una de las soluciones más de uso general y más fundamentales a la ecuación de flujo del agua subterránea; puede ser utilizada para predecir la evolución transitoria de la cabeza, debido a los efectos de bombear un o un número de pozos de bombeo.
La ecuación de Thiem es una solución a la ecuación de flujo de estado estacionario del agua subterránea (ecuación de Laplace). A menos que haya fuentes grandes de agua próximas (un río o un lago), de estado estacionario verdadero se alcanza raramente en realidad.
, el Hankel y el Fourier transforma (reducir el número de las dimensiones del PDE),
La semejanza transforma (también llamó a Boltzmann transforman) es comúnmente cómo se deriva la solución de Theis,
Separación de las variables, que es más útil para los coordenadas no-Cartesianos, y
Funciones de Green que es otro método común para derivar el &mdash de la solución de Theis; de la solución fundamental a la ecuación de la difusión en espacio libre.
Ninguna materia que el método nosotros utiliza para solucionar la ecuación de flujo del agua subterránea, nosotros necesita ambas condiciones iniciales (cabezas en el tiempo ( t ) = 0) y condiciones de límite (que representan cualquiera la comprobación límites del dominio, o una aproximación del dominio más allá de eso punto). Las condiciones iniciales se suministran a menudo a un transeúnte simulación, por una simulación de estado estacionario correspondiente (donde el tiempo el derivado en la ecuación de flujo del agua subterránea se fija igual a 0).
Hay dos categorías amplias de cómo (PDE) ser solucionado; cualquiera métodos analíticos, métodos numéricos, o algo posiblemente mientras tanto. Típicamente, los métodos analíticos solucionan la ecuación de flujo del agua subterránea bajo sistema simplificado del exactamente de las condiciones, mientras que los métodos numéricos lo solucionan bajo condiciones más generales a una aproximación del .
Hay dos categorías amplias de métodos numéricos: métodos cuadriculados o individualizados y métodos no-cuadriculados o acoplamiento-libres. En el método común y el método de elemento finito (mercado de cambios) de la diferencia finita el dominio es totalmente cuadriculado (" cut" en una rejilla o un acoplamiento de pequeños elementos). El método analítico (AEM) del elemento y el método de la ecuación integral de límite (&mdash de BIEM; BEM a veces también llamados, o el método de elemento de límite) son solamente individualizados en los límites o a lo largo de elementos de flujo (la línea se hunde, las fuentes del área, etc.), la mayoría del dominio es acoplamiento-libre.
Las diferencias finitas son una manera de representar a los operadores diferenciados continuo usar los intervalos discretos ( Δx y Δt ), y los métodos de diferencia finita se basan en éstos (se derivan de una serie de Taylor ). Por ejemplo el derivado de primer orden del tiempo se aproxima a menudo usar la diferencia finita delantera siguiente, donde los subíndices indican una localización del tiempo discreto,
La aproximación delantera de la diferencia finita es incondicional estable, pero lleva a un sistema implícito de las ecuaciones (que se debe solucionar usar los métodos de matriz, e. LU o descomposición de Cholesky). Al revés la diferencia similar es solamente condicional estable, pero es explícita y puede ser utilizada al " march" remitir en la dirección del tiempo, solucionando un nodo de la rejilla a la vez (o posiblemente en el paralelo, puesto que un nodo depende solamente de sus vecinos inmediatos). Algo que el método de diferencia finita, la aproximación del mercado de cambios de Galerkin se utiliza a veces en espacio (ésta es diferente del tipo de mercado de cambios de uso frecuente en la ingeniería estructural ) con las diferencias finitas todavía usadas a tiempo.
.
| Random links: | Kamal Kharazi | Ottapalam | Universidad del pastor | Brian Deegan | Amo de las matemáticas |