Incorporación de información blanda para la cuantificación de la incertidumbre: Aplicación a la hidrogeología

Esta tesis con un importante aspecto relacionado con la construcción de modelos numéricos para la simulación de flujo de agua subterránea y el transporte de masa en acuíferos heterogéneos: la integración de toda la información disponible teniendo en cuenta su grado de confianza y su procedencia para la caracterización del medio físico. Esta integración está orientada a la cuantificación yreducción de la incertidumbre en las predicciones realizadas a partir de modelos numéricos. Una de las fuentes más importantes de información la constituyen los reconocimientos geofísicos. En esta tesis se describen la naturaleza y los princiios de los métodos geofísicos con énfasis en aquellas aplicaciones capaces de recabar información útil para la caracterización didrogeológica del terreno. Se revisan las relaciones establecidas por distintos investigadores entre los principales parámetros geoeléctiros y geossismicos con los hidrogeológicos. Posteriormente las técnicas geoestadísticas para combinar información son revisadas con cierto detalle. Dos ejemplos ilustran su comportamiento al aplicarlas a un caso real. De entre los algoritmos geoestadísticos de representación estocástica el de simulación por campos de probabilidad es revisado en detalle, desarrollándose su implementación en el ámbito multivariado. Finalmente se presenta un nuevo algoritmo de sumulación estocástica que permite la integración de información cuyo volumen de soporte es diferente. Los campos generados por medio de esta nueva técnica tienen la propiedad de que los valores y los patrones de continuidad de las variables representadas están linealmente relacionados.Cassiraga ., EF. (1999). Incorporación de información blanda para la cuantificación de la incertidumbre: Aplicación a la hidrogeología [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4503Palanci

Una propuesta para la incorporación de la función de transferencia matriz : Fisura en modelos de doble porosidad

La función de transferencia del flujo entre la matriz porosa y la fisura en acuíferos de doble porosidad ha sido presentada hace más de medio siglo atrás (Barenblatt, 1960; Warren y Root, 1963) como el atributo más destacable a incorporar en este tipo complejo de medio subterráneo saturado. Entre las diversas propuestas que le sucedieron a la expresión analítica original, se reconocen dos grandes ramas: una formulación determinística (Zimmerman et al., 1993; Gerke y Van Genuchten, 1991) y, más reciente, una estocástica (Zhang, 2002). Todas ellas hacen depender la transferencia de flujo en forma proporcional a la diferencia de presiones en la región de contacto matriz – fisura. El objetivo del presente trabajo fue lograr implementar una discretización de la función de transferencia a nivel de un modelo en elementos finitos para luego poder combinarlo con una simulación estocástica de la familia de fisuras (Cassiraga y Gómez Hernández, 2001) - no desarrollado aquí- y, de esa forma, construir una modelación no continua del medio permeable. Se pretende así poner en evidencia la discontinuidad del medio saturado con doble porosidad y comprobar cómo influye esta componente, por ejemplo, en la interpretación de ensayos de bombeo en este tipo de acuíferos.Departamento de Hidráulic

Estado del arte de la simulación de la función de transferencia matriz - fractura en modelos de acuíferos con doble porosidad

La función de transferencia del flujo entre matriz porosa y red de fracturas en acuíferos con doble porosidad ha sido presentada hace medio siglo (Barenblatt, 1960; Warren y Root, 1963) como el atributo más destacable a incorporar en este tipo complejo de medio subterráneo saturado. Entre las diversas propuestas que le sucedieron a la expresión analítica original, se reconocen dos grandes ramas: una formulación determinística (Zimmerman et al., 1993; Gerke y Van Genuchten, 1993) y, más reciente, una estocástica (Zhang, 2002). Todas ellas hacen depender la transferencia de flujo en forma proporcional a la diferencia de presiones en la región de contacto matriz – fisura. Se pretende así poner en evidencia la discontinuidad del medio saturado con doble porosidad y comprobar cómo influye esta componente, por ejemplo, en la interpretación de ensayos de bombeo en este tipo de acuíferos. Se avanzó primero con la revisión crítica de las distintas expresiones recopiladas y luego con la compilación de casos sencillos en los cuales se ha conseguido una integración del sistema de ecuaciones del flujo. Se realiza para cada caso el cómputo de una conductividad hidráulica equivalente y se discute la representatividad de este coeficiente. Finalmente, se enumeran conclusiones y posibles caminos de futuras investigaciones.Matrix –fracture transfer function was introduced since fifty years ago (Barenblatt, 1960; Warren and Root, 1963) as the main characteristic to be considered in this particular saturated groundwater model. Afterwards, two branches were developed following that definition: a deterministic way (Zimmerman et al., 1993; Gerke and Van Genuchten, 1993) and a stochastic methodology (Zhang, 2002). Both of them treat the transfer flux as a function of the hydraulic pressure gradient across the contact region. Further objective was to verify the influence of this function in well test analysis. Case studies were compiled in order to establish a comparison among them with a global dual hydraulic conductivity coefficient. Finally, conclusions and future lines of investigations in this area are included.Facultad de Ingenierí

Estado del arte de la simulación de la función de transferencia matriz - fractura en modelos de acuíferos con doble porosidad

La función de transferencia del flujo entre matriz porosa y red de fracturas en acuíferos con doble porosidad ha sido presentada hace medio siglo (Barenblatt, 1960; Warren y Root, 1963) como el atributo más destacable a incorporar en este tipo complejo de medio subterráneo saturado. Entre las diversas propuestas que le sucedieron a la expresión analítica original, se reconocen dos grandes ramas: una formulación determinística (Zimmerman et al., 1993; Gerke y Van Genuchten, 1993) y, más reciente, una estocástica (Zhang, 2002). Todas ellas hacen depender la transferencia de flujo en forma proporcional a la diferencia de presiones en la región de contacto matriz – fisura. Se pretende así poner en evidencia la discontinuidad del medio saturado con doble porosidad y comprobar cómo influye esta componente, por ejemplo, en la interpretación de ensayos de bombeo en este tipo de acuíferos. Se avanzó primero con la revisión crítica de las distintas expresiones recopiladas y luego con la compilación de casos sencillos en los cuales se ha conseguido una integración del sistema de ecuaciones del flujo. Se realiza para cada caso el cómputo de una conductividad hidráulica equivalente y se discute la representatividad de este coeficiente. Finalmente, se enumeran conclusiones y posibles caminos de futuras investigaciones.Matrix –fracture transfer function was introduced since fifty years ago (Barenblatt, 1960; Warren and Root, 1963) as the main characteristic to be considered in this particular saturated groundwater model. Afterwards, two branches were developed following that definition: a deterministic way (Zimmerman et al., 1993; Gerke and Van Genuchten, 1993) and a stochastic methodology (Zhang, 2002). Both of them treat the transfer flux as a function of the hydraulic pressure gradient across the contact region. Further objective was to verify the influence of this function in well test analysis. Case studies were compiled in order to establish a comparison among them with a global dual hydraulic conductivity coefficient. Finally, conclusions and future lines of investigations in this area are included.Facultad de Ingenierí

BIOLEACH: A New Decision Support Model for the Real-Time Management of Municipal Solid Waste Bioreactor Landfills

[EN] This paper introduces BIOLEACH, a new decision support model for the real-time management of municipal solid waste bioreactor landfills that allows estimating the leachate and biogas production. Leachate production is estimated using an adaptation of the water balance equation which considers every hydrological component and the water consumed by anaerobic organic matter degradation to create biogas and the leachate recirculation flows pumped from the landfill pond under a bioreactor management scheme. Landfill gas production is estimated considering the leachate formation process as a coupled effect through the production or consumption of water. BIOLEACH uses waste production and climate data at monthly scale and computes leachate production accounting for the actual conditions inside the waste mass. Biogas production is computed simultaneously, considering the available water to adjust the chemical organic matter biodegradation. BIOLEACH is a valuable bioreactor managing tool as it allows calculating the recirculation volume of leachate that ensures optimal moisture conditions inside the waste mass and therefore maximizing biogas production. As an illustrative example of a BIOLEACH application, the model has been applied to a real landfill located in Murcia Region (Spain) showing the economic and environmental benefits derived from leachate superficial recirculation.Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.; Cassiraga, EF. (2020). BIOLEACH: A New Decision Support Model for the Real-Time Management of Municipal Solid Waste Bioreactor Landfills. International Journal of Environmental research and Public Health. 17(5):1-24. https://doi.org/10.3390/ijerph17051675S124175Abd El-Salam, M. M., & I. Abu-Zuid, G. (2015). Impact of landfill leachate on the groundwater quality: A case study in Egypt. Journal of Advanced Research, 6(4), 579-586. doi:10.1016/j.jare.2014.02.003Scaglia, B., Confalonieri, R., D’Imporzano, G., & Adani, F. (2010). Estimating biogas production of biologically treated municipal solid waste. Bioresource Technology, 101(3), 945-952. doi:10.1016/j.biortech.2009.08.085GARCIADECORTAZAR, A., & MONZON, I. (2007). MODUELO 2: A new version of an integrated simulation model for municipal solid waste landfills. Environmental Modelling & Software, 22(1), 59-72. doi:10.1016/j.envsoft.2005.11.003Manna, L., Zanetti, M. C., & Genon, G. (1999). Modeling biogas production at landfill site. Resources, Conservation and Recycling, 26(1), 1-14. doi:10.1016/s0921-3449(98)00049-4Kjeldsen, P., Barlaz, M. A., Rooker, A. P., Baun, A., Ledin, A., & Christensen, T. H. (2002). Present and Long-Term Composition of MSW Landfill Leachate: A Review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 32(4), 297-336. doi:10.1080/10643380290813462Omar, H., & Rohani, S. (2015). Treatment of landfill waste, leachate and landfill gas: A review. Frontiers of Chemical Science and Engineering, 9(1), 15-32. doi:10.1007/s11705-015-1501-yMambeli Barros, R., Tiago Filho, G. L., & da Silva, T. R. (2014). The electric energy potential of landfill biogas in Brazil. Energy Policy, 65, 150-164. doi:10.1016/j.enpol.2013.10.028Broun, R., & Sattler, M. (2016). A comparison of greenhouse gas emissions and potential electricity recovery from conventional and bioreactor landfills. Journal of Cleaner Production, 112, 2664-2673. doi:10.1016/j.jclepro.2015.10.010Warith, M. (2002). Bioreactor landfills: experimental and field results. Waste Management, 22(1), 7-17. doi:10.1016/s0956-053x(01)00014-9Reinhart, D. R., McCreanor, P. T., & Townsend, T. (2002). The bioreactor landfill: Its status and future. Waste Management & Research: The Journal for a Sustainable Circular Economy, 20(2), 172-186. doi:10.1177/0734242x0202000209Aguilar-Virgen, Q., Taboada-González, P., Ojeda-Benítez, S., & Cruz-Sotelo, S. (2014). Power generation with biogas from municipal solid waste: Prediction of gas generation with in situ parameters. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 412-419. doi:10.1016/j.rser.2013.10.014Ménard, J.-F., Lesage, P., Deschênes, L., & Samson, R. (2004). Comparative life cycle assessment of two landfill technologies for the treatment of municipal solid waste. The International Journal of Life Cycle Assessment, 9(6), 371-378. doi:10.1007/bf02979080Niskanen, A., Värri, H., Havukainen, J., Uusitalo, V., & Horttanainen, M. (2013). Enhancing landfill gas recovery. Journal of Cleaner Production, 55, 67-71. doi:10.1016/j.jclepro.2012.05.042Khire, M. V., & Mukherjee, M. (2007). Leachate injection using vertical wells in bioreactor landfills. Waste Management, 27(9), 1233-1247. doi:10.1016/j.wasman.2006.07.010Jain, P., Townsend, T. G., & Tolaymat, T. M. (2010). Steady-state design of vertical wells for liquids addition at bioreactor landfills. Waste Management, 30(11), 2022-2029. doi:10.1016/j.wasman.2010.02.020Feng, S.-J., Cao, B.-Y., & Xie, H.-J. (2017). Modeling of Leachate Recirculation Using Spraying–Vertical Well Systems in Bioreactor Landfills. International Journal of Geomechanics, 17(7), 04017012. doi:10.1061/(asce)gm.1943-5622.0000887Haydar, M. M., & Khire, M. V. (2005). Leachate Recirculation Using Horizontal Trenches in Bioreactor Landfills. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 131(7), 837-847. doi:10.1061/(asce)1090-0241(2005)131:7(837)Reddy, K. R., Giri, R. K., & Kulkarni, H. S. (2015). Design of horizontal trenches for leachate recirculation in bioreactor landfills using two-phase modelling. International Journal of Environment and Waste Management, 15(4), 347. doi:10.1504/ijewm.2015.069962Reddy, K. R., Giri, R. K., & Kulkarni, H. S. (2014). Two-Phase Modeling of Leachate Recirculation Using Drainage Blankets in Bioreactor Landfills. Environmental Modeling & Assessment, 20(5), 475-490. doi:10.1007/s10666-014-9435-1Haydar, M. M., & Khire, M. V. (2007). Leachate Recirculation Using Permeable Blankets in Engineered Landfills. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 133(4), 360-371. doi:10.1061/(asce)1090-0241(2007)133:4(360)Moody, C. M., & Townsend, T. G. (2017). A comparison of landfill leachates based on waste composition. Waste Management, 63, 267-274. doi:10.1016/j.wasman.2016.09.020Grugnaletti, M., Pantini, S., Verginelli, I., & Lombardi, F. (2016). An easy-to-use tool for the evaluation of leachate production at landfill sites. Waste Management, 55, 204-219. doi:10.1016/j.wasman.2016.03.030Laner, D., Crest, M., Scharff, H., Morris, J. W. F., & Barlaz, M. A. (2012). A review of approaches for the long-term management of municipal solid waste landfills. Waste Management, 32(3), 498-512. doi:10.1016/j.wasman.2011.11.010Kumar, S., Chiemchaisri, C., & Mudhoo, A. (2010). Bioreactor landfill technology in municipal solid waste treatment: An overview. Critical Reviews in Biotechnology, 31(1), 77-97. doi:10.3109/07388551.2010.49220

Regionalización de los parámetros hidrogeológicos en un acuífero con doble porosidad

En el distrito uranífero Cerro Solo del Departamento Pasos de Indios en la provincia del Chubut, República Argentina, se desarrolla una unidad cretácica acuífera confinada cuyo medio poroso se presenta anisótropo y muy heterogéneo, lo cual hace muy difícil la regionalización de sus parámetros hidrogeológicos. Además de estas características, existe también un comportamiento como acuífero naturalmente fracturado lo cual le confieren una porosidad secundaria importante. Luego de la exploración mediante ensayos de bombeo y en la posterior modelización matemática del acuífero a escala regional, se realizó una estimación de la conductividad global en áreas activas del flujo y se adoptó un orden de magnitud menor para el coeficiente de almacenamiento con el fin de obtener así una estimación conservadora de los términos del balance hídrico y a su vez resulte confiable para la determinación del régimen de extracción sustentable que sustentará la actividad minera que se desarrollará en la zona. En este trabajo, los ensayos de bombeo disponibles fueron re-interpretados mediante el agregado de los parámetros propios de la función de transferencia matriz/fisura (característica esencial de los acuíferos con doble porosidad, Barenblatt et al, 1960) contribuyendo así a una representación más aproximada de la dinámica hídrica regional.Departamento de Hidráulic

Una propuesta para la incorporación de la función de transferencia matriz : Fisura en modelos de doble porosidad

La función de transferencia del flujo entre la matriz porosa y la fisura en acuíferos de doble porosidad ha sido presentada hace más de medio siglo atrás (Barenblatt, 1960; Warren y Root, 1963) como el atributo más destacable a incorporar en este tipo complejo de medio subterráneo saturado. Entre las diversas propuestas que le sucedieron a la expresión analítica original, se reconocen dos grandes ramas: una formulación determinística (Zimmerman et al., 1993; Gerke y Van Genuchten, 1991) y, más reciente, una estocástica (Zhang, 2002). Todas ellas hacen depender la transferencia de flujo en forma proporcional a la diferencia de presiones en la región de contacto matriz – fisura. El objetivo del presente trabajo fue lograr implementar una discretización de la función de transferencia a nivel de un modelo en elementos finitos para luego poder combinarlo con una simulación estocástica de la familia de fisuras (Cassiraga y Gómez Hernández, 2001) - no desarrollado aquí- y, de esa forma, construir una modelación no continua del medio permeable. Se pretende así poner en evidencia la discontinuidad del medio saturado con doble porosidad y comprobar cómo influye esta componente, por ejemplo, en la interpretación de ensayos de bombeo en este tipo de acuíferos.Departamento de Hidráulic

Estado del arte de la simulación de la función de transferencia matriz - fractura en modelos de acuíferos con doble porosidad

La función de transferencia del flujo entre matriz porosa y red de fracturas en acuíferos con doble porosidad ha sido presentada hace medio siglo (Barenblatt, 1960; Warren y Root, 1963) como el atributo más destacable a incorporar en este tipo complejo de medio subterráneo saturado. Entre las diversas propuestas que le sucedieron a la expresión analítica original, se reconocen dos grandes ramas: una formulación determinística (Zimmerman et al., 1993; Gerke y Van Genuchten, 1993) y, más reciente, una estocástica (Zhang, 2002). Todas ellas hacen depender la transferencia de flujo en forma proporcional a la diferencia de presiones en la región de contacto matriz – fisura. Se pretende así poner en evidencia la discontinuidad del medio saturado con doble porosidad y comprobar cómo influye esta componente, por ejemplo, en la interpretación de ensayos de bombeo en este tipo de acuíferos. Se avanzó primero con la revisión crítica de las distintas expresiones recopiladas y luego con la compilación de casos sencillos en los cuales se ha conseguido una integración del sistema de ecuaciones del flujo. Se realiza para cada caso el cómputo de una conductividad hidráulica equivalente y se discute la representatividad de este coeficiente. Finalmente, se enumeran conclusiones y posibles caminos de futuras investigaciones.Matrix –fracture transfer function was introduced since fifty years ago (Barenblatt, 1960; Warren and Root, 1963) as the main characteristic to be considered in this particular saturated groundwater model. Afterwards, two branches were developed following that definition: a deterministic way (Zimmerman et al., 1993; Gerke and Van Genuchten, 1993) and a stochastic methodology (Zhang, 2002). Both of them treat the transfer flux as a function of the hydraulic pressure gradient across the contact region. Further objective was to verify the influence of this function in well test analysis. Case studies were compiled in order to establish a comparison among them with a global dual hydraulic conductivity coefficient. Finally, conclusions and future lines of investigations in this area are included.Facultad de Ingenierí

Una propuesta para la incorporación de la función de transferencia matriz : Fisura en modelos de doble porosidad

La función de transferencia del flujo entre la matriz porosa y la fisura en acuíferos de doble porosidad ha sido presentada hace más de medio siglo atrás (Barenblatt, 1960; Warren y Root, 1963) como el atributo más destacable a incorporar en este tipo complejo de medio subterráneo saturado. Entre las diversas propuestas que le sucedieron a la expresión analítica original, se reconocen dos grandes ramas: una formulación determinística (Zimmerman et al., 1993; Gerke y Van Genuchten, 1991) y, más reciente, una estocástica (Zhang, 2002). Todas ellas hacen depender la transferencia de flujo en forma proporcional a la diferencia de presiones en la región de contacto matriz – fisura. El objetivo del presente trabajo fue lograr implementar una discretización de la función de transferencia a nivel de un modelo en elementos finitos para luego poder combinarlo con una simulación estocástica de la familia de fisuras (Cassiraga y Gómez Hernández, 2001) - no desarrollado aquí- y, de esa forma, construir una modelación no continua del medio permeable. Se pretende así poner en evidencia la discontinuidad del medio saturado con doble porosidad y comprobar cómo influye esta componente, por ejemplo, en la interpretación de ensayos de bombeo en este tipo de acuíferos.Departamento de Hidráulic

Assessment of Groundwater Contamination by Terbuthylazine Using Vadose Zone Numerical Models. Case Study of Valencia Province (Spain)

[EN] Terbuthylazine is commonly used as an herbicide to control weeds and prevent non-desirable grow of algae, fungi and bacteria in many agricultural applications. Despite its highly negative effects on human health, environmental modeling of this kind of pesticide in the vadose zone till reaching groundwater is still not being done on a regular basis. This work shows results obtained by two mathematical models (PESTAN and PRZM-GW) to explain terbuthylazine behavior in the non-saturated zone of a vertical soil column. One of the models use a one-dimensional analytical formulation to simulate the movement of terbuthylazine through the non-saturated soil to the phreatic surface. The second and more complex model uses a whole set of parameters to solve a modified version of the mass transport equation considering the combined effect of advection, dispersion and reactive transport processes. Both models have been applied as a case-study on a particular location in South Valencia Aquifer (Spain). A whole set of simulation scenarios have been designed to perform a parameter sensitivity analysis. Despite both models leading to terbuthylazine¿s concentration values, numerical simulations show that PRZM-GW is able to reproduce concentration observations leading to much more accurately results than those obtained using PESTAN.Rodrigo-Ilarri, J.; Rodrigo-Clavero, M.; Cassiraga, EF.; Ballesteros-Almonacid, L. (2020). Assessment of Groundwater Contamination by Terbuthylazine Using Vadose Zone Numerical Models. Case Study of Valencia Province (Spain). International Journal of Environmental research and Public Health. 17(9):1-17. https://doi.org/10.3390/ijerph17093280S117179University of Hertfordshirehttps://sitem.herts.ac.uk/aeru/footprint/es/Reports/623.htmBrusseau, M. L., Rao, P. S. C., & Gillham, R. W. (1989). Sorption nonideality during organic contaminant transport in porous media. Critical Reviews in Environmental Control, 19(1), 33-99. doi:10.1080/10643388909388358Brusseau, M. L., & Rao, P. S. C. (1991). Influence of sorbate structure on nonequilibrium sorption of organic compounds. Environmental Science & Technology, 25(8), 1501-1506. doi:10.1021/es00020a022Brusseau, M. L., & Reid, M. E. (1991). Nonequilibrium sorption of organic chemicals by low organic-carbon aquifer materials. Chemosphere, 22(3-4), 341-350. doi:10.1016/0045-6535(91)90322-5Brusseau, M. L., Jessup, R. E., & Rao, P. S. C. (1989). Modeling the transport of solutes influenced by multiprocess nonequilibrium. Water Resources Research, 25(9), 1971-1988. doi:10.1029/wr025i009p01971Francaviglia, R., Capri, E., Klein, M., Hosang, J., Aden, K., Trevisan, M., & Errera, G. (2000). Comparing and evaluating pesticide leaching models: results for the Tor Mancina data set (Italy). Agricultural Water Management, 44(1-3), 135-151. doi:10.1016/s0378-3774(99)00089-xFrancaviglia, R., & Capri, E. (2000). Lysimeter experiments with metolachlor in Tor Mancina (Italy). Agricultural Water Management, 44(1-3), 63-74. doi:10.1016/s0378-3774(99)00084-