Relaciones hidrogeológicas y medioambientales entre el Mar Mediterráneo, el Saladar y el acuífero de Agua Amarga (provincia de Alicante)

[SPA] El Saladar de Agua Amarga, situado al sur de Alicante, se encuentra sobre un acuífero costero del mismo nombre que en las últimas décadas ha sido escenario de dos intervenciones antrópicas sucesivas: la actividad de una industria salinera y la explotación para el abastecimiento de las desaladoras de Alicante I y II. Estas intervenciones han condicionado sensiblemente tanto la calidad química de las aguas subterráneas, cuya elevada salinidad es consecuencia de las antiguas salinas, como el régimen de flujo, merced a los conos de bombeo de los pozos de extracción de las desaladoras. Además, el saladar está ligado a una zona húmeda de interés ecológico. Con objeto de realizar un seguimiento piezométrico y de calidad química de las aguas del acuífero, la Mancomunidad de los Canales del Taibilla (organismo gestor de la explotación de las desaladoras), en colaboración con la UPCT, diseñó una red de control sobre el saladar y su entorno. Desde mayo de 2008, se realiza un registro mensual de piezometría y conductividad eléctrica, proporcionando los datos tratados en el presente trabajo. En esta Tesis Doctoral se investiga el régimen hidrodinámico e hidroquímico del acuífero y se desarrolla un modelo conceptual de funcionamiento. En primer lugar se caracteriza el entorno de la zona de estudio en relación con su climatología, geología, geomorfología e hidrogeología, utilizando la información bibliográfica existente, y se describen las obras de captación de las desaladoras. A continuación, a partir de los informes de la etapa de investigación previa a la construcción de las desaladoras y de la información geológica de nuevas campañas de campo, se caracteriza el acuífero costero de Agua Amarga: tipo de acuífero, litología, parámetros hidráulicos, espesor, extensión, etc. Para valorar las respuestas del acuífero frente a los registros de lluvias, extracciones y vertidos de agua del mar sobre el saladar, se ha integrado esta información con los datos de las campañas mensuales de control de piezometría y calidad química. Paralelamente, con el objeto de conocer los procesos de mezcla y el origen de las aguas, se han efectuado análisis químicos e isotópicos a muestras de aguas meteóricas y subterráneas en distintos puntos. Con todo ello se ha elaborado un modelo conceptual de funcionamiento del acuífero y un balance hídrico. Como apoyo a este estudio se realiza un modelo 3-D de flujo y transporte con SEAWAT con la pretensión de explicar e interpretar cualitativa, y en menor medida cuantitativamente, los procesos que tienen lugar en el acuífero, ya sean motivados por intervenciones antrópicas o naturales. También se incluye un estudio de la caracterización física de escenarios 2-D de intrusión marina en presencia de saladares cercanos. Por último, se describen los valores ecológicos del humedal y se evalúa el efecto de la actividad de las desaladoras y del plan de recuperación con vertidos de agua de mar sobre la piezometría y salinidad de las aguas, valorando la posibilidad de implementar estas medidas en otros escenarios semejantes. [ENG] he Saladar of Agua Amarga, located at the south of Alicante province, lays over the coastal aquifer of its name which in the last decades has been subjected to two successive anthropogenic actuations: the exploitation of a salt marsh at its surface and the water supply for the desalination plants of Alicante I and II. These actuations have mostly influenced both by the chemical quality of the underground water, whose high grade of salinity is a direct consequence of the ancient salt marsh, and the flow regime, due to the pumping cone of the extraction wells of plants. In addition, the Saladar of Agua Amarga is linked to a wetland zone of ecological interest. In order to realize the study of the piezometric changes as well as the chemical quality of the ground water caused by the anthropogenic actuations, the ‘Mancomunidad de los Canales del Taibilla’ (responsible of the exploitation of the plants), in collaboration with the UPCT, designed a piezometric network over the Saladar and its surroundings. From May 2008, is carried out a monthly lecture of piezometry and electric conductivity to provide the treated in this work. In this Doctoral Thesis it is investigated the hydro-dynamic and hydro-chemical regimes of the Agua Amarga´s aquifer developing a performance conceptual model. Firstly, the study area is characterized in relation to its climatology, geology, geomorphology and hydrogeology, by using the background (bibliography) information; the facilities of the desalination plants are also described. Next, from the studies of both the researching made before the installation of the plants and the geological data coming from the new field campaigns, the coastal Agua Amarga aquifer is characterized: sort of aquifer, lithology, hydraulic parameters, thickness, surface extension, etc. To assess the behavior of the aquifer as regards of rainfalls, water catchments for the plants and seawater pouring over the saladar, this information has been integrated in conjunction to the data coming from the monthly campaigns of the control of piezometry and water quality. In parallel, in order to know the mixing processes and the origin of the water, chemical and isotope analysis were carried out on samples of both meteoric and underground water taken at different locations. All the results were used to elaborate a conceptual performance model of the aquifer and a water balance. As an added support of this study a 3-D fluid-flow and solute-transport model has been designed and run in SEAWAT in order to provide a qualitative, and in less degree quantitative, explanation for the processes that emerges in the aquifer, either due to the anthropogenic or natural actuations. Also, the physical characterization of 2-D, marine intrusion with salt flats, scenarios are presented. Finally, ecological values of the wetland are described, evaluating the effect of the salt marsh and the plan of wetland restoration (based on a program of seawater pouring) in the piezometry and salinity of the water, studying the possibility of applied the program to other scenarios.[ENG] The Saladar of Agua Amarga, located at the south of Alicante province, lays over the coastal aquifer of its name which in the last decades has been subjected to two successive anthropogenic actuations: the exploitation of a salt marsh at its surface and the water supply for the desalination plants of Alicante I and II. These actuations have mostly influenced both by the chemical quality of the underground water, whose high grade of salinity is a direct consequence of the ancient salt marsh, and the flow regime, due to the pumping cone of the extraction wells of plants. In addition, the Saladar of Agua Amarga is linked to a wetland zone of ecological interest. In order to realize the study of the piezometric changes as well as the chemical quality of the ground water caused by the anthropogenic actuations, the ‘Mancomunidad de los Canales del Taibilla’ (responsible of the exploitation of the plants), in collaboration with the UPCT, designed a piezometric network over the Saladar and its surroundings. From May 2008, is carried out a monthly lecture of piezometry and electric conductivity to provide the treated in this work. In this Doctoral Thesis it is investigated the hydro-dynamic and hydro-chemical regimes of the Agua Amarga´s aquifer developing a performance conceptual model. Firstly, the study area is characterized in relation to its climatology, geology, geomorphology and hydrogeology, by using the background (bibliography) information; the facilities of the desalination plants are also described. Next, from the studies of both the researching made before the installation of the plants and the geological data coming from the new field campaigns, the coastal Agua Amarga aquifer is characterized: sort of aquifer, lithology, hydraulic parameters, thickness, surface extension, etc. To assess the behavior of the aquifer as regards of rainfalls, water catchments for the plants and seawater pouring over the saladar, this information has been integrated in conjunction to the data coming from the monthly campaigns of the control of piezometry and water quality. In parallel, in order to know the mixing processes and the origin of the water, chemical and isotope analysis were carried out on samples of both meteoric and underground water taken at different locations. All the results were used to elaborate a conceptual performance model of the aquifer and a water balance. As an added support of this study a 3-D fluid-flow and solute-transport model has been designed and run in SEAWAT in order to provide a qualitative, and in less degree quantitative, explanation for the processes that emerges in the aquifer, either due to the anthropogenic or natural actuations. Also, the physical characterization of 2-D, marine intrusion with salt flats, scenarios are presented. Finally, ecological values of the wetland are described, evaluating the effect of the salt marsh and the plan of wetland restoration (based on a program of seawater pouring) in the piezometry and salinity of the water, studying the possibility of applied the program to other scenarios.Escuela Internacional de DoctoradoUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Medio Ambiente y Minería Sostenibl

Design of seepage flow virtual laboratory tests in the discipline of Soil mechanics. An alternative proposal with multiple teaching advantages

[ENG] The characteristics of the laboratory or field tests, to be developed by the students, in disciplines of technical carriers such as Mines and Civil Engineering are qualitatively and quantitatively different that those related to basic disciplines such as Physics, Chemistry or Graphical Representation. However, these are quite fundamental for a complete formation of the students in order to complement their theoretical teaching; the practical e experience acquired by the engineer in laboratory and field is quite essential for their professional future. The drawing up virtual laboratory tests, always as alternative to real tests, when they are correctly carried out with well-established aims, can suppose an interesting solution since they offer a large number of advantages. In this work the experience of making up a didactical unity of a virtual laboratory test, on the issue of flow networks in the discipline of Geothenics, bring together the subjects that the students must know about the matter. To this end a suitable code is developed that goes further the flow network construction. The virtual test also contains complementary and optional exercises, with auto-evaluative character, that students must fit in their own computer for the compliance of all the subjects. [SPA] Las prácticas de laboratorio en asignaturas propias de disciplinas de especialidad en carreras de ingeniería tienen ciertas características que las diferencian cualitativa y cuantitativamente de otras pertenecientes a asignaturas comunes como la Física, la Química o la Expresión Gráfica. Sin embargo, una formación profesional correcta requiere obviamente la asistencia a laboratorios reales e incluso al campo para completar la formación teórica que se imparte en clases de teoría y problemas. La elaboración de prácticas, siempre alternativas, de carácter virtual, cuando se programan con objetivos bien definidos, puede representar una solución interesante que tiene múltiples ventajas. En este trabajo se presenta una experiencia consistente en la elaboración de una unidad didáctica de prácticas de laboratorio virtual en la temática de redes de flujo, dentro de la asignatura de Geotecnia de las carreras de Ingeniería de Caminos e Ingeniería de Minas, que aglutina los objetivos que el alumno debe conocer sobre la materia. Para ello se usa un código propio, desarrollado a este fin, que transciende de la propia elaboración de la red, autoevaluativo y con propuestas complementarias y opcionales que el alumno debe completar como trabajo individual

Estudio numérico de las cuñas salinas y de recirculación en el problema de Henry mediante los grupos adimensionales discriminados

[ESP] El problema patrón de Henry, que describe los fenómenos de flujo y transporte que emergen en escenarios de intrusión salina en acuíferos costeros, está regido por un sistema acoplado de ecuaciones en derivadas parciales. La caracterización del mismo, a partir de la adimensionalización discriminada de sus ecuaciones, conduce a dos grupos adimensionales que definen los patrones estacionarios de flujo y concentración, grupos que se diferencian de los establecidos por Henry y adoptados por la comunidad científica en las últimas décadas. Mediante el método de redes se simula este problema para un rango suficiente de valores de estos grupos, comprobando que las longitudes de la cuña de intrusión y de recirculación se diferencian a medida que nos alejamos de los valores de Henry, llegando a desaparecer la recirculación de agua salada junto al lado del mar. Para evitar la influencia de la longitud del acuífero en la solución se ha aumentado ésta suficientemente en cada caso. [ENG] The Henry benchmark problem, that describes the fluid flow and solute transport phenomena involved in salt intrusion scenarios in coastal aquifers, is ruled by a set of coupled partial differential equations. Its mathematical characterization, from the discriminated nondimensionalization of the equation, leads to the two dimensionless groups that define the solution patterns of stream function and concentration. These differ from those of henry already accepted by scientific community along the last decades. By the network method, this problem is simulated for a large number of pairs of values of the groups, demonstrating that the lengths of the concentration and recirculation wedges, measured at the bottom of the aquifer, differ as values moves away from Henry arriving be disappear. The length of the aquifer is enlarged to avoid its influence in the steady state patterns.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

A multidisciplinary teaching tool: Solving chaotic systems by electrical analogy

[ENG] Ordinary differential equations represent the mathematical models of a great variety of problems in Science and Engineering which means that two different problems are equivalent from mathematical point of view if they are formulated by the same governing equations; a subject that is forgotten and even not perceived by most of students. Within this field of problems are those concerning with chaotic systems of an only variable belonging to the modern theory of chaos. As a multidisciplinary tool of teaching and learning, the subject of this communication is to design network models, or circuits, whose governing equation are formally equivalent to that of chaotic system, allowing its dynamic simulation easily in suitable codes of free use. Thanks to the lineal and non-lineal electrical components contained in the libraries of these codes, very few and intuitive programing rules are required for the design. So, we have a multidisciplinary tool that allows the students of first course of Graduate in Engineering and Sciences to solve this kind of systems, whatever is the order of equations, grade or type of non-linearity. An application is presented to illustrate the proposed subject.[SPA] Las ecuaciones diferenciales ordinarias representan modelos matemáticos de una gran variedad de problemas de ciencia e ingeniería, lo que significa que dos problemas diferentes desde el punto de vista físico o matemático son equivalentes si se formulan con el mismo conjunto de ecuaciones, un tema olvidado e incluso que pasa desapercibido para la mayoría de estudiantes. Dentro de este campo de disciplinas está la teoría del caos o de los sistemas caóticos sencillos de una variable. A modo de una herramienta multidisciplinar de enseñanza, el objeto de esta comunicación es el aprendizaje y enseñanza del diseño de modelos en red (circuitos) cuya ecuación de gobierno es formalmente equivalente a la del sistema caótico, permitiendo su simulación dinámica directa en códigos apropiados de libre uso. Gracias a los componentes lineales y no-lineales contenidos en las librerías de estos códigos, las reglas para la programación del modelo son muy pocas e. intuitivas, dotando así a los estudiantes de primeros cursos de ciencias e ingeniería de una herramienta multidisciplinar potente para resolver problemas caóticos, cualquiera que sea el orden, grado o tipo de no-linealidad contenida en la ecuación de gobierno. Se presenta una aplicación para ilustrar el objetivo propuesto

Numerical simulation of density-driven flow and heat transport processes in porous media using the network method

Density-driven flow and heat transport processes in 2-D porous media scenarios are governed by coupled, non-linear, partial differential equations that normally have to be solved numerically. In the present work, a model based on the network method simulation is designed and applied to simulate these processes, providing steady state patterns that demonstrate its computational power and reliability. The design is relatively simple and needs very few rules. Two applications in which heat is transported by natural convection in confined and saturated media are studied: slender boxes heated from below (a kind of Bénard problem) and partially heated horizontal plates in rectangular domains (the Elder problem). The streamfunction and temperature patterns show that the results are coherent with those of other authors: steady state patterns and heat transfer depend both on the Rayleigh number and on the characteristic Darcy velocity derived from the values of the hydrological, thermal and geometrical parameters of the problems.The first author acknowledges the support of the Universidad Politécnica de Cartagena through a pre-doctoral scholarship and the economic support of the Universidad Católica del Norte to cover the costs to publish in open access

Problemas fundamentales de elasticidad en suelos. Aplicaciones del círculo de Mohr

El libro contiene fundamentos teóricos relacionados con la elasticidad aplicada a mecánica de suelos, junto con 61 problemas y 155 figuras. Describe la elasticidad aplicada a geotecnia desde sus principios fundamentales: concepto de esfuerzo y tipos, Ley de Hooke, matrices de esfuerzos y deformaciones y resolución de problemas de mecánica de suelos a través del círculo de Mohr, extendiendo su aplicación a los criterios de fallo en suelos, teoría y uso del polo, círculo de Mohr de deformaciones, etc

SICOMED_3D : simulación y diseño de problemas de consolidación de suelos con mechas drenantes

Contiene la descripción del funcionamiento del programa SICOMED_3D (‘consolidación en suelos multicapa, de geometría rectangular 3-D, con mechas parcial o totalmente penetrantes’), incluyendo el diseño y estructura de los modelos en red, los fundamentos teóricos del problema de consolidación y las bases para una caracterización adimensional que proporcione resultados universales. Se describe la interfaz de comunicación (entrada de datos y presentación de resultados gráficos) con el usuario. Se presentan aplicaciones que ilustran la aplicación de SICOMED_3D en los campos docente, profesional y de investigación

Simulación numérica del modelo de consolidación no lineal de Davis y Raymond

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica (ETSIA), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII), Escuela Técnica Superior de Arquitectura y Edificación (ETSAE), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas (ETSICCPIM), Facultad de Ciencias de la Empresa (FCCE), Parque Tecnológico de Fuente Álamo (PTFA), Vicerrectorado de Estudiantes y Extensión de la UPCT, Vicerrectorado de Investigación e Innovación de la UPCT, y Vicerrectorado de Internacionalización y Cooperación al Desarrollo de la UPCT[SPA] La ecuación de gobierno que define el proceso de consolidación en suelos saturados viene regida por el coeficiente de consolidación cv, de manera que, a valores mayores del mismo, el proceso de consolidación por disipación del exceso de presiones intersticiales es más rápido. El modelo de consolidación no lineal de Davis y Raymond asume que el valor de este coeficiente permanece constante durante todo el proceso, pero no así las propiedades del suelo de las cuales depende su valor. Empleando el método de redes, se ha resuelto numéricamente este modelo, obteniéndose soluciones muy precisas, con tiempos de computación mínimos. [ENG] The governing equation that defines the consolidation process in saturated soils is governed by the coefficient of consolidation cv, so that, for higher values of this, the consolidation process by dissipation of the excess pore pressure is faster. The nonlinear model of consolidation by Davis and Raymond considers that the value of this coefficient remains constant throughout the whole process, but not the soil properties of which depends on its value. Using the network method, the model has been solved numerically, obtaining very accurate solutions, with very low computing times.[ENG] The governing equation that defines the consolidation process in saturated soils is governed by the coefficient of consolidation cv, so that, for higher values of this, the consolidation process by dissipation of the excess pore pressure is faster. The nonlinear model of consolidation by Davis and Raymond considers that the value of this coefficient remains constant throughout the whole process, but not the soil properties of which depends on its value. Using the network method, the model has been solved numerically, obtaining very accurate solutions, with very low computing times

Modelo en red para la solución numérica de la ecuación de Laplace, 2D, con condiciones de contorno arbitrarias. Una aplicación a ingeniería civil: construcción de redes de flujo

Se presenta un modelo basado en el método de simulación por redes para la solución numérica de la ecuación de Laplace sujeta a determinadas condiciones de contorno. El diseño del modelo es relativamente simple y su simulación inmediata, con un programa de resolución de circuitos eléctricos. Mediante pequeñas modificaciones, el modelo es capaz de aplicarse a medios homogéneos y heterogéneos. Se presenta una aplicación del mismo a problemas de flujo de aguas subterráneas bajo presas en medios bicapa.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferro

Network model for the numerical solution of groundwater flow. Application to partially penetrating retaining structures in geotechnical engineering

Based on the network simulation method, a precise numerical model is designed for the 2‐D groundwater flow in porous and isotropic aquifers. If a partially penetrating impervious barrier exists, groundwater will flow downstream circumventing the underground structure. The network model is solved free code. Thanks to the powerful mathematical calculation algorithms implemented in is this type of codes, the provided solutions are quite precise for a relatively small grid size, with practically negligible computing times. The proposed model is applied to illustrative problems, providing hydraulic isopotentials and stream lines, showing that as the dam penetration depth increases the hydraulic gradient downstream decreases, thus reducing the risk of hydraulic failure.We would like to thank the Séneca Foundation for the support given to this research and for the scholarships awarded to María Encarnación Martínez Moreno to carry out her doctoral thesis