Aplicación de transporte reactivo al estudio de la movilidad del arsénico en la zona no saturada

Es ampliamente aceptado que el As contenido en las aguas subterráneas de la llanura Pampeana proviene de los propios sedimentos loéssicos que constituyen los acuíferos. Sin embargo, investigaciones recientes confirman la presencia de concentraciones de As relativamente anómalas dentro de la zona no saturada (ZNS), que podrían ser movilizadas hacia el acuífero por medio de las aguas de recarga, o por las variaciones del nivel freático. Sin embargo, comprender la dinámica del As en la ZNS es compleja ya que los principales procesos que controlan la movilidad del As (adsorción/desorción, la co-precipitación/co-disolución y las reacciones redox), están acoplados con los de flujo matricial y preferencial, la evapotranspiración, la infiltración y recarga. La modelación del transporte reactivo surge como una herramienta que permite estudiar en forma acoplada todos estos procesos. Este trabajo propone aplicar esta metodología para capturar la dinámica del As, y comprender los procesos que controlan su retención o liberación. La validación del modelo de flujo se realizó mediante información de tensiómetros, sondas de humedad y piezometría de una parcela experimental. Por su parte, el modelo hidroquímico se validó utilizando análisis químicos del agua poral de la ZNS. Los resultados de la modelación del transporte reactivo indican que la dinámica del nivel de las aguas subterráneas, y la competencia del sistema carbono por los sitios de adsorción sobre los óxidos/hidróxidos de hierro ejercerían el principal control sobre la disponibilidad del As en la ZNS.Publicado en: García, R. y Mariño, E. (Eds): Calidad del Agua Subterránea: Actas IX Congreso Argentino de Hidrogeología y VII Seminario Hispano-Latinoamericano Sobre Temas Actuales de la Hidrología Subterránea. Editorial Científica Universitaria UNCA. ISBN 978-987-661-222-

Sorption of fluoride by quartz sand: batch tests

A pesar de los muchos esfuerzos de los científicos, en particular de aquellos dedicados a las ciencias del suelo, el destino y la distribución de las especies de F (flúor) en suelos y acuíferos continúan siendo aspectos no mayormente dilucidados. Con referencia a los sistemas hidrológicos, tales indefiniciones plantean dificultades con respecto a la identificación y desarrollo de fuentes seguras de agua para abastecimiento. De igual modo, los modelos de transporte no brindan resultados aceptables por las incertidumbres relacionadas con el comportamiento del F en medios acuosos saturados. Este trabajo presenta los resultados de cuatro ensayos en lote en los que soluciones de diferente pH y [F.] (concentración de fluomro) permanecieron en contacto durante 48 horas con granos limpios de arena cuarzosa. Los datos resultantes se analizaron con referencia a versiones lineales de los modelos de Freundlich, Langmuir y Langmuir-Freundlich. La [F-] varió entre 0,s y 10 mg L', excepto en un ensayogranos de arena cuarzosa poseen un tamaño medio (d,J de 0,25 mrn, y un coeficiente de uniformidad (d,/ d,) de 1,65. De acuerdo con los ajustes y el uso de índices de bondad de los ajustes, el modelo de Langrnuir-Freundlich fue seleccionado para el ensayo a valores de pH más bajo, en tanto que la ecuación de Freundlich ajustó los tres ensayos restantes. Debe mencionarse que el pH de las soluciones de equilibrio resultó mayor que el pH de las soluciones iniciales, y que tal característica se interpretó como un proceso de intercambio de OH- por F- en la superficie de los granos de arena cuarzosa. Sin embargo, tal intercambio no es el único mecanismo que produce la desaparición de F- de las soluciones. Se considera que los resultados obtenidos pueden utilizarse como estimaciones iniciales de los parámetros en modelos dedicados a la calibración del transporte de F- en acuíferos.Despite the many efforts of scientists, in particular those from the field of soil science, the fate and distribution of fluorine (F) species in soils and aquifers remain relatively unraveled. As for groundwater systems, such a shortcoming makes difficult the finding and development of safe water supplies. Likewise, the use of transport models does not render acceptable results because of the many uncertainties related to the behavior of F in aqueous media. This paper presents the results of four batch test in which solutions of different pH and [F-] (concentration of fluoride) were in contact during 48 hours with clean quartz sand grains. The resulting data were fitted by linear versions of the Freundlich, the Langmuir, and the Langmuir-Freundlich models. According to the fits and some dedicated goodness of fit indices, the Langmuir-Freundlich approach gave the best results for the batch test at the lowest pH, whereas the three remaining tests data were fitted by the Freundlich equation. It has to mentioned that the pH of the equilibrium solutions were higher than the pH of the initial solutions, which was interpreted as an exchange process of OH- by F- on the quartz sand surface. However, such an exchange does not stand out as the exclusive mechanism promoting the F- disappearance from solution. It is deemed that the obtained results can be used as initial estimates of parameters in models used for calibrating the transport of F- in aquifers.Fil: Usunoff, Eduardo Jorge. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; ArgentinaFil: Weinzettel, Pablo. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; ArgentinaFil: Dietrich, Sebastián. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; Argentin

Estimation of specific yield and its variability by electrical resistivity tomography

Specific yield (Sy) is defined as the average volume of water that can be drained, per unit surface of aquifer per unit drop of head. This parameter is of critical relevance for groundwater resources assessment, but its estimation suffers from numerous difficulties, including spatial variability, hysteresis, dependence on depth to water table, or delayed drainage. As a result, no widely accepted method is available for its estimation. Here we show that most of these difficulties can be overcome by using time-lapse electrical resistivity tomography (ERT) to map water content variations in response to phreatic level fluctuations. We applied the method to a synthetic example and to a real site in Argentina. Results demonstrate that the approach is robust and provides a picture of how, how much and where water is being released from the soil when aquifer heads drop, which is the ultimate goal of Sy concept. ERT produced some oscillations in estimated water contents, which we attribute to inversion artifacts. Still, the error analysis and the synthetic example suggest that the impact of spurious oscillations tends to cancel out during estimation of Sy, which supports the robustness of the method. Estimated Sy is sensitive to the petrophysical law. If the slope of this law is inadequate, calculated values of Sy may be biased, but their variability patterns are well captured by the method. What is clear is that Sy is a spatially and temporally variable parameter, whose estimation is difficult. ERT represents a possible avenue to evaluate Sy and its variability.Fil: Dietrich, Sebastián. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; ArgentinaFil: Carrera, Jesús. Consejo Superior de Investigaciones Científicas; EspañaFil: Weinzettel, Pablo. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; ArgentinaFil: Sierra, Leonardo. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; Argentin

Relación entre recarga al acuífero freático y otros términos del balance hídrico en Azul, centro de la Provincia de Buenos Aires

El método de fluctuación del nivel freático se basa en aceptar que el ascenso de nivel es debido a la llegada del agua de recarga al acuífero freático. Para aplicar el método, es necesario estimar el valor del almacenamiento específico (Sy) en la zona de fluctuación de niveles. En este trabajo se utiliza un método gráfico para su estimación. Se obtiene un Sy = 0,09, lo cual es coherente con resultados obtenidos mediante otras metodologías. Se obtuvieron las recargas anuales para 22 años de registro de nivel freático. También se obtuvo la distribución de las recargas medias mensuales. También se exploraron relaciones entre distintos componentes del ciclo hidrológico en la cuenca del arroyo del Azul. Se hallaron buenas relaciones entre precipitación y recarga, descensos totales y profundidad media del nivel y caudal básico y profundidad media del nivel. También se ajustó una ecuación que relaciona la recarga con la precipitación y el nivel freático medio anuales.The water table fluctuation method it is based on accepting that the water table rises are due to recharge water reaching the water table. To apply the method, the specific yield (Sy) estimation in the fluctuation zone of groundwater levels is necessary. In this paper, a graphical method for the Sy estimation is used and a Sy = 0.09 is obtained, which is consistent with other determinations. The annual groundwater recharge of 22 years with groundwater level data was obtained. Also, the mean monthly recharge distribution was obtained. Also, relationships between different components of the hydrological cycle in the Azul Creek watershed were also explored. Good relations between precipitation and groundwater recharge, total annual decline groundwater level and average groundwater level, and base flow and average depth of the level were found. An equation that relates the recharge to precipitation and annual average groundwater level was also adjusted

Cálculo del flujo de agua en la zona no saturada a partir de la aplicación de un trazador conservativo

El objetivo de esta investigación fue obtener valores de flujo de agua en la zona no saturada mediante la utilización de bromuro como trazador conservativo y contrastar los resultados obtenidos con otros métodos de cálculo como ser el plano de flujo cero. La extracción de las muestras del medio no saturado se realizó mediante cápsulas de succión, para lo cual se instalaron cinco de ellas a las profundidades de 30, 60, 90, 120 y 150 cm, en forma adyacente a una parcela experimental. Los cálculos se realizaron utilizando el avance del pico de concentración y por otro lado, mediante el cálculo de la velocidad de desplazamiento del centro de gravedad (o centro de masa) de las concentraciones. La recarga obtenida desde el inicio del ensayo hasta que el pico alcanzó los 120 cm fue de 301 mm, lo cual representa un 44 % de la precipitación.The objective of this work was to obtain water flow velocities in the unsaturated zone by means of the ap plication of bromide as a conservative tracer. The results were compared with other independent methods such zero flow plane. Ceramic cups were installed in order to obtain soil samples at 30, 60, 90, 120 and 150 cm depth. These samplers were located besides an experimental plot where hydrological variables are measured. Calculations were done by applying both the concentration tracer peak advance and the displacement of tracer mass center. The recharge from 30 cm up to 120 cm was 301 mm which represents 44 % of precipitation.Universidad Nacional de La Plat

Fluoride retardation from quartz sand-packed column tests

Inasmuch as both low and high concentrations of F' in groundwater have different detrimental effects on human health (increased dental caries, and mottled enamel or even severe structural bone deformations, respectively), many efforts have focused on the movement of such anion in aqueous systems. It is so because water drinking is the main intake of F' by humans. This paper presents the results of seven dynamic experiments in which solutions of varying [F'J, pH, and flow velocities circulated through columns packed with clean quartz sand. The breakthrough data were analyzed by means of a computer code adapted to the estimation of equilibrium and non-equilibrium solute transport parameters from miscible displacement experiments in a steady-state, uniform flow field using a pulse-type or continuous source. It was found that larger retardation factors (R) are associated with low pH, low [F ] in the feed solutions, and larger flow velocities. Such results appear to be related to the form of the F species, the rather weak bond between the adsorbate and the quartz sand, and stronger anion repulsion at low pore velocities. The estimated values for R vary between 1,22 and 1,50, whereas the distribution coefficients were in the range of 0,1 to 0,05 L kg1. It should be said that the breakthrough curves display hysteresis, leading to a desorption behavior that proceeds faster than the adsorption process.Puesto que tanto valores bajos como altos de F en las aguas subterráneas tienen efectos adversos en la salud de los humanos (mayor cantidad de caries, y manchas del esmalte dental e incluso deformaciones óseas, respectivamente), han sido muchos los esfuerzos destinados a dilucidar el movimiento de especies fluoradas en ambientes acuosos. Ello es así porque el consumo de agua por parte de seres humanos representa la mayor fuente de ingreso de F‘. Este trabajo presenta los resultados de siete experimentos dinámicos en los que soluciones de diferentes [F ], pH y velocidades de flujo percolaron a través de columnas empacadas con arena cuarzosa. Los datos de la curva de salida fueron analizados con un programa que permite la estimación de parámetros del transporte de solutos en condiciones de equilibrio o no equilibrio a partir de experimentos de columnas, en un campo de flujo homogéneo y en estado estacionario, creado por un impulso acotado o continuo del trazador de interés. Se halló que los mayores valores del factor de retardo (R) se asociaron a bajos valores de pH, bajas concentraciones de F’ de las soluciones de inicio, y mayores velocidades de flujo. Los resultados se relacionaron con la forma de las especies de F, el débil enlace entre la especie adsorbida y la superficie de los granos de la arena cuarzosa, y la mayor repulsión aniónica a bajas velocidades porales. Los valores estimados de R variaron entre 1,22 y 1,50, en tanto que los coeficientes de distribución estuvieron en el rango de 0,1 a 0,05 L kg"1. Debe indicarse que las curvas de salida muestran cierto efecto de histéresis, que hace que el fenómeno de desorción se produzca más rápidamente que el de adsorción.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Sorption of fluoride by quartz sand: batch tests

Despite the many efforts of scientists, in particular those from the field of soil science, the fate and distribution of fluorine (F) species in soils and aquifers remain relatively unraveled. As for groundwater systems, such a shortcoming makes difficult the finding and development of safe water supplies. Likewise, the use of transport models does not render acceptable results because of the many uncertainties related to the behavior of F in aqueous media. This paper presents the results of four batch test in which solutions of different pH and [F ] (concentration of fluoride) were in contact during 48 hours with clean quartz sand grains. The resulting data were fitted by linear versions of the Freundlich, the Langmuir, and the Langmuir-Freundlich models. The [F ] was varied between 0,5 and 10 mg L1, except in one batch where a large initial concentration of F was used (45 mg L1), and the range of pH used was 2,95 to 5,02. From a sieve analysis, the quartz grains had a medium size (d50) of 0,25 mm, and a uniformity coefficient (d40/d90) of 1,65. According to the fits and some dedicated goodness of fit indices, the Langmuir-Freundlich approach gave the best results for the batch test at the lowest pH, whereas the three remaining tests data were fitted by the Freundlich equation. It has to be mentioned that the pH of the equilibrium solutions were higher than the pH of the initial solutions, which was interpreted as an exchange process of OH' by F' on the quartz sand surface. However, such an exchange does not stand out as the exclusive mechanism promoting the F' disappearance from solution. It is deemed that the obtained results can be used as initial estimates of parameters in models used for calibrating the transport of F' in aquifers.A pesar de los muchos esfuerzos de los científicos, en particular de aquellos dedicados a las ciencias del suelo, el destino y la distribución de las especies de F (flúor) en suelos y acuíferos continúan siendo aspectos no mayormente dilucidados. Con referencia a los sistemas hidrológicos, tales indefiniciones plantean dificultades con respecto a la identificación y desarrollo de fuentes seguras de agua para abastecimiento. De igual modo, los modelos de transporte no brindan resultados aceptables por las incertidumbres relacionadas con el comportamiento del F en medios acuosos saturados. Este trabajo presenta los resultados de cuatro ensayos en lote en los que soluciones de diferente pH y [F ] (concentración de fluoruro) permanecieron en contacto durante 48 horas con granos limpios de arena cuarzosa. Los datos resultantes se analizaron con referencia a versiones lineales de los modelos de Freundlich, Langmuir y Langmuir-Freundlich. La [F ] varió entre 0,5 y 10 mg L1, excepto en un ensayo granos de arena cuarzosa poseen un tamaño medio (d50) de 0,25 mm, y un coeficiente de uniformidad (d40/ d90) de 1,65. De acuerdo con los ajustes y el uso de índices de bondad de los ajustes, el modelo de Langmuir-Freundlich fue seleccionado para el ensayo a valores de pH más bajo, en tanto que la ecuación de Freundlich ajustó los tres ensayos restantes. Debe mencionarse que el pH de las soluciones de equilibrio resultó mayor que el pH de las soluciones iniciales, y que tal característica se interpretó como un proceso de intercambio de OH' por F' en la superficie de los granos de arena cuarzosa. Sin embargo, tal intercambio no es el único mecanismo que produce la desaparición de F' de las soluciones. Se considera que los resultados obtenidos pueden utilizarse como estimaciones iniciales de los parámetros en modelos dedicados a la calibración del transporte de F' en acuíferos.Asociación Argentina de Geofísicos y Geodesta

Hydrogeochemical controls on arsenic concentrations in the shallow aquifer within pampean region

Se muestran los resultados de una perforación con extracción de testigos continuos destinada al estudio de la hidrogeoquímica del arsénico (As) en la zona no saturada y acuífero somero. La misma se realizó en la ciudad de Azul, provincia de Buenos Aires y tuvo como objetivo al acuífero pampeano. Sobre los testigos se realizaron análisis texturales y mineralógicos, extracciones secuenciales y se obtuvieron muestras del agua poral, las que se analizaron químicamente. Los resultados indican que el As se encuentra mayormente adsorbido sobre los óxidos de hierro amorfos y, a su vez, guardan relación con el As presente en el agua poral. Existe un aumento de las concentraciones en la zona de interacción entre la zona no saturada y el acuífero.This study deals with arsenic (As) hydrogeochemistry in the unsaturated zone and the shallow Pampeano aquifer. This system was studied by a borehole with undisturbed soil core extraction. These cores were subjected to mineralogical and textural analysis as well as sequential extraction procedures and chemical analysis of extracted pore waters. Results show that As in the sediments is mainly adsorbed onto amorphous iron (hydr)oxides and concentrations in pore waters are correlated with the adsorbed mass of As into the aquifer. This may indicate that larger As concentrations in groundwater are associated with sediments with larger amounts of adsorbed As. An increase in As concentrations was observed in the interface between unsaturated zone and the upper part of the aquifer by means of water mixing processes.Fil: Dietrich, Sebastián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; ArgentinaFil: Roa, Oscar. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Gualde, María Soledad. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; Argentina. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; ArgentinaFil: Weinzettel, Pablo. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; Argentina. Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff". - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Instituto de Hidrología de Llanuras "Dr. Eduardo Jorge Usunoff"; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentin

Análisis preliminar de la relación entre los isótopos del oxígeno en un sistema hidrológico y en moluscos, en el ámbito de la llanura pampeana (Buenos Aires, Argentina)

Los isótopos estables son utilizados ampliamente como trazadores y marcadores para evaluar los ecosistemas dado que se encuentran circulando integradamente en ellos reflejando los procesos que allí ocurren. En este trabajo, se recopiló información antecedente química e isotópica de un sistema hidrológico ubicado en las cuencas de los arroyos del Azul y Tapalqué, (ámbito de la llanura pampeana) y de conchas de moluscos fósiles y modernos del mismo sistema. El objetivo fue analizar e integrar los datos mediante diagramas hidroquímicos e isotópicos. A través del análisis del δ18O se encontró que en el sistema hidrológico actual los valores isotópicos responden a un acoplamiento de procesos hidrológicos. En este sentido, se ha podido establecer que las conchas de los moluscos modernos presentan similitudes respecto a los valores isotópicos medios de sus aguas madres, las cuales reflejan los procesos hidrológicos del sistema. En cuanto a las conchas de moluscos fósiles se estableció una relación entre su paleoambiente de depositación y las lagunas del sistema hidrológico actual. De este modo, las interpretaciones ambientales en los ecosistemas, a partir del análisis del δ18O, se robustecen cuando se tienen en cuenta los procesos hidrológicos que ocurren en el sistema bajo estudio de forma integrada