Soluções semianalíticas em estado estacionário para avaliar a distribuição bidimensional da carga hidráulica induzida por uma barragem subterrânea em um aquífero inclinado com recarga e bombeamento artificial de aquífero

Underground dams are a technology for artificially increasing existing groundwater resources. They modify the natural groundwater flow in aquifers and, typically, cause hydraulic heads to rise upstream and fall downstream of the dam. However, such modifications must be defined to forecast their environmental, economic and/or social impacts. A steady-state semianalytical solution is proposed for evaluating the two-dimensional distribution of hydraulic head caused by an underground dam fully penetrating a homogeneous and inclined aquifer. The dam is impermeable, of rectangular shape, and its length concerns a limited part of the aquifer width. The developed solution is based on the method of fundamental solutions. Analysis of the semianalytical solution included sensitivity tests and a satisfactory comparison with numerical modelling. Dimensionless graphs relating the dam geometry to maximum hydraulic-head variations upstream and downstream of the dam are given. The proposed solution was applied at two field sites, giving satisfactory results. A semianalytical solution is also developed for an artificial recharge area and/or a pumping well near the underground dam. Interestingly, in the case of highly permeable aquifers, the increase in hydraulic head created by the dam may be much higher than that created by managed aquifer recharge (MAR), despite high injected flux. These semianalytical solutions will be useful applications for assessing the long-term spatial distribution of hydraulic head induced by underground dams, or for testing the combination of dams with pumping wells or MAR technology. They are intended to guide the design of such structures, especially to quickly test various configurations.Las presas soterradas son una tecnología para aumentar artificialmente los recursos de aguas subterráneas existentes. Modifican el flujo natural de las aguas subterráneas en los acuíferos y, por lo general, hacen que las cargas hidráulicas aumenten aguas arriba y disminuyan aguas abajo de la presa. Sin embargo, estas modificaciones deben definirse para prever sus repercusiones ambientales, económicas y/o sociales. Se propone una solución semianalítica en estado estacionario para evaluar la distribución bidimensional de la carga hidráulica causada por una presa soterrada que penetra completamente en un acuífero homogéneo e inclinado. La presa es impermeable, de forma rectangular y su longitud afecta a una parte limitada del ancho del acuífero. La solución desarrollada se basa en el método de las soluciones fundamentales. El análisis de la solución semianalítica incluye pruebas de sensibilidad y una comparación satisfactoria con la modelización numérica. Se presentan gráficos adimensionales que relacionan la geometría de la presa con las variaciones máximas de la carga hidráulica aguas arriba y aguas abajo de la presa. La solución propuesta se aplicó en dos emplazamientos dando resultados satisfactorios. También se desarrolla una solución semianalítica para una zona de recarga artificial y/o un pozo de bombeo cerca de la presa soterrada. Curiosamente, en el caso de acuíferos muy permeables, el aumento de la carga hidráulica creado por la presa puede ser mucho mayor que el creado por la recarga gestionada de acuíferos (MAR), a pesar del elevado flujo inyectado. Estas soluciones semianalíticas serán aplicaciones útiles para evaluar la distribución espacial a largo plazo de la carga hidráulica inducida por presas en el subsuelo, o para probar la combinación de presas con pozos de bombeo o tecnología MAR. Están pensadas para orientar el diseño de tales estructuras, especialmente para probar rápidamente diversas configuraciones.Les barrages souterrains servent à augmenter artificiellement les ressources en eaux souterraines existantes. Ces constructions modifient l’écoulement naturel des eaux souterraines et, généralement, font monter la charge hydraulique en amont du barrage et la font chuter à l’aval. Ces modifications doivent ainsi être évaluées pour prévoir leurs impacts environnementaux, économiques et/ou sociaux. Une solution semianalytique en régime permanent est proposée pour évaluer la distribution spatiale de la charge hydraulique induite par la mise en place d’un barrage souterrain occultant sur toute sa hauteur un aquifère homogène et incliné. Le barrage est imperméable, de forme rectangulaire, et sa longueur concerne une partie limitée de la largeur de l’aquifère. La solution développée est basée sur la méthode des solutions fondamentales. L’analyse de la solution a compris des tests de sensibilité et une comparaison satisfaisante avec une modélisation numérique. Des graphiques aux paramètres sans dimension reliant la géométrie du barrage aux variations maximales de la charge hydraulique en amont et en aval du barrage sont donnés. La solution proposée a été appliquée à deux sites expérimentaux, donnant des résultats satisfaisants. Une autre solution semianalytique incluant une recharge artificielle et/ou un puits de pompage à proximité du barrage souterrain est également proposée. De façon intéressante, dans le cas d’aquifères très perméables, l’augmentation de la charge hydraulique créée par le barrage peut être beaucoup plus élevée que celle créée par un système de recharge maîtrisée, malgré un flux injecté élevé. Ces solutions semianalytiques sont des outils utiles pour évaluer la distribution spatiale à long terme de la charge hydraulique induite par les barrages souterrains, ou pour tester la combinaison de barrages avec des puits de pompage ou des dispositifs de recharge maîtrisée. Elles sont destinées à guider la conception de telles structures, notamment pour tester rapidement différentes configurations.As barragens subterrâneas são uma tecnologia para aumentar artificialmente os recursos hídricos subterrâneos existentes. Eles modificam o fluxo natural das águas subterrâneas nos aquíferos e, normalmente, fazem com que as cargas hidráulicas subam a montante e caiam a jusante da barragem. Contudo, tais modificações devem ser definidas para prever os seus impactos ambientais, económicos e/ou sociais. Uma solução semianalítica em estado estacionário é proposta para avaliar a distribuição bidimensional da carga hidráulica causada por uma barragem subterrânea que penetra totalmente em um aquífero homogêneo e inclinado. A barragem é impermeável, de forma retangular, e o seu comprimento diz respeito a uma parte limitada da largura do aquífero. A solução desenvolvida baseia-se no método das soluções fundamentais. A análise da solução semianalítica incluiu testes de sensibilidade e comparação satisfatória com modelagem numérica. São fornecidos gráficos adimensionais relacionando a geometria da barragem com as variações máximas da carga hidráulica a montante e a jusante da barragem. A solução proposta foi aplicada em dois locais de campo apresentando resultados satisfatórios. É também desenvolvida uma solução semianalítica para uma área de recarga artificial e/ou poço de bombagem próximo da barragem subterrânea. Curiosamente, no caso de aquíferos altamente permeáveis, o aumento na carga hidráulica criada pela barragem pode ser muito maior do que aquele criado pela recarga gerenciada de aquíferos (RGA), apesar do elevado fluxo injetado. Estas soluções semianalíticas serão aplicações úteis para avaliar a distribuição espacial a longo prazo da carga hidráulica induzida por barragens subterrâneas, ou para testar a combinação de barragens com poços de bombeamento ou tecnologia de RGA. Eles têm como objetivo orientar o projeto de tais estruturas, principalmente para testar rapidamente diversas configurações