Modelización hidrogeoquímica (2009). OpenCourseWare UA

Modelización hidrogeoquímica (2009)

Modelización hidrogeoquímica

Ramón Durán, 2012

NURIA BOLUDA BOTELLA

Titulación
Ingeniería Química

Área de conocimiento
Química

Departamento
Ingeniería Química

Esta obra se publica con una licencia BY-NC-SA Creative Commons License

Descripción

Se inicia la asignatura mostrando la importancia de los procesos hidrogeoquímicos en la calidad de las aguas. Se presentan los conceptos relacionados con el equilibrio entre soluciones y minerales y se demuestra la importancia de los programas de especiación / saturación para aguas de alta salinidad, como el agua de mar. Se plantean ejemplos a partir de casos prácticos y se resuelven con el software PhreeqcI (U.S. Geological Survey). Se describen procesos de contaminación/descontaminación que requieren el planteamiento de modelos de transporte reactivo y se introduce al alumno en la resolución de estos estudios.

Materiales publicados

archivos

recursos docentes

recursos web

pdf

doc

html

ppt

avi/mpeg/swf

mp3

temas

prácticas

problemas

exámenes

artículos

site

docuwiki

blog

moodle

otros

Objetivos

Conocer la importancia de los procesos hidrogeoquímicos en los estudios sobre calidad de aguas.

Estudiar los conceptos relacionados con el equilibrio entre soluciones y minerales (actividad, solubilidad, complejación,...) y conocer procesos reactivos que incluyan fases acuosas, minerales, gases, equilibrios ácido-base, de intercambio iónico,…

Plantear modelos de casos concretos, tanto para sistemas naturales como para procesos de laboratorio.

Manejar el software PhreeqcI (USGS) para resolver diversos casos. Comparar con los resultados obtenidos de forma analítica para ejemplos sencillos.

Describir casos cuya modelización incluya transporte unidimensional: ensayos de inyección de trazadores, evolución de la intrusión marina, descontaminación de acuíferos salinizados por inyección de agua…

Interpretar datos hidroquímicos obtenidos en ensayos en columnas para simular procesos de contaminación, en especial por intrusión marina.

Determinar los parámetros hidrodinámicos de una columna a partir de curvas de ruptura de un trazador obtenidas experimentalmente en laboratorio y comparar con los valores obtenidos por el programa ACUAINTRUSION TRANSPORT.

Desarrollar modelos para sistemas que incluyan transporte reactivo. Introducir al alumno en la resolución numérica y utilizando PhreeqcI.

Contenidos

PROGRAMA DE TEORÍA

1. Introducción a la geoquímica de las aguas subterráneas

1.1 Calidad de las aguas subterráneas
1.2 Muestreo y análisis químico de aguas subterráneas
1.3 Contaminación por intrusión marina: procesos implicados en la interacción agua dulce – agua salada – roca

2. Conceptos básicos para la modelización hidrogeoquímica y aplicación del programa PhreeqcI

2.1. Solubilidad de minerales.
2.2. Cálculo de estados de saturación
2.3. Influencia de la temperatura en la solubilidad
2.4 Correcciones para el cálculo de la solubilidad
2.4.1 Concentración y actividad
2.4.2 Complejos
2.4.3 Combinación de complejos y correcciones de actividad

3. Ejemplos de modelización de sistemas ácido-base, precipitación / disolución e intercambio iónico

3.1 Sistema bicarbonato/carbonato/dióxido de carbono/calcita
3.1.1 Especies de CO2 en agua
3.1.2 Sistemas abiertos y cerrados al intercambio de CO2
3.1.3 Precipitación/disolución de calcita en sistemas abiertos y cerrados
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce
3.2.1 Procesos de intrusión marina. Estudio de la hidrogeoquímica
3.2.2 Equilibrios de intercambio catiónico: valores para coeficientes y cálculo de la composición de intercambio
3.2.3 Cromatografía de intercambio catiónico

4. Modelos de transporte de trazadores y de transporte reactivo

4.1 Transporte de trazadores para caracterizar la hidrodinámica del sistema
4.1.1 Cálculo de parámetros de transporte a partir de curvas de ruptura
4.1.2 Influencia de la hidrodinámica en los procesos reactivos
4.2 Estudio de procesos de transporte con reacción química: intrusión marina, contaminación radiactiva, descontaminación por inyección de agua,…
4.2.1 Obtención de datos de intrusión marina a partir de simulaciones en columnas de laboratorio
4.2.2 Desarrollo de modelos aplicados a la intrusión marina.
4.2.3 Comparación de datos experimentales de la simulación con los resultados de la modelización
4.2.4 Conclusiones de la investigación y contribución al conocimiento de la hidrogeoquímica de la intrusión marina en estudios de campo

PROGRAMA DE PRÁCTICAS:

Práctica de laboratorio "Estudio experimental del transporte de contaminantes en suelos: determinación de parámetros de transporte en columnas de laboratorio"

Clases teóricas (45 h)

Las clases teóricas serán de carácter aplicado y se realizarán en aula de informática. Cada sesión tendrá una duración de 3h, y será impartida 1 vez a la semana.
El desarrollo de conceptos teóricos se apoyará con casos prácticos, que se plantearán durante la clase.
El alumno elaborará un informe con el ejercicio propuesto, que entregará semanalmente.
El profesor evaluará el ejercicio y lo devolverá corregido al alumno en la siguiente sesión. Se trata con ello de fomentar el aprendizaje continuo y motivar a los alumnos en el manejo del PhreeqcI.

Clases prácticas (15 h)

Las prácticas de la asignatura se realizarán por grupos y tendrán lugar en el laboratorio, una vez finalizada la teoría. Cada sesión tendrá una duración de 5 h. Durante las 2 primeras sesiones el alumno obtendrá los resultados experimentales y en la última realizará los cálculos requeridos.
Los alumnos entregarán un informe por grupo, que será evaluado por el profesor. Se pretende con ello fomentar el trabajo en equipo, el manejo dispositivos experimentales, técnicas analíticas, programas informáticos,… así como el adecuado desarrollo de un informe para un trabajo de investigación.

Materiales

GUÍA DE APRENDIZAJE y MATERIALES RELACIONADOS
CONTENIDO	MATERIAL RELACIONADO	URI
1. Introducción a la geoquímica de las aguas subterráneas	Presentación TEMA 1	http://hdl.handle.net/10045/13582
1.1 Calidad de las aguas subterráneas	Agua, Tecnologías de Tratamiento y Medio Ambiente: página web basada en el concepto de ciclo integral del agua	http://hdl.handle.net/10045/8703 http://iq.ua.es/MedioAmbiente/Agua,_tecnologias_de_tratamiento_y_medio_ambiente/Inicio.html
1.2 Muestreo y análisis químico de aguas subterráneas	Problema1. Estimación de la fiabilidad de un análisis de agua Problema 2. Inexactitudes analíticas debidas a la precipitación en el frasco de una muestra	http://hdl.handle.net/10045/12874 http://hdl.handle.net/10045/12875
1.3 Contaminación por intrusión marina: procesos implicados en la interacción agua dulce – agua salada – roca	Estudio de las características hidroquímicas de un acuífero mediante curvas de isocontenido construidas por ordenador: aplicación al acuífero del cuaternario de Jávea	http://hdl.handle.net/10045/2761 Autores: Ruiz Beviá, Francisco; Gomis Yagües, Vicente; Blasco Alemany, Pilar

2. Conceptos básicos para la modelización hidrogeoquímica y aplicación del programa PhreeqcI	Presentación TEMA 2	http://hdl.handle.net/10045/13693
2.1. Solubilidad de minerales.	Problema 3. Estudio de la solubilidad de minerales	http://hdl.handle.net/10045/13361
2.2. Cálculo de estados de saturación	Problema1. Estimación de la fiabilidad de un análisis de agua Problema 2. Inexactitudes analíticas debidas a la precipitación en el frasco de una muestra Problema 3. Estudio de la solubilidad de minerales	http://hdl.handle.net/10045/12874 http://hdl.handle.net/10045/12875 http://hdl.handle.net/10045/13361
2.3. Influencia de la temperatura en la solubilidad	Problema 3. Estudio de la solubilidad de minerales	http://hdl.handle.net/10045/13361
2.4 Correcciones para el cálculo de la solubilidad	Problema 4. Influencia de la fuerza iónica en la solubilidad de minerales	http://hdl.handle.net/10045/13616
	Problema 5. Distribución de especies en equilibrio en solución acuosa y estados de saturación con respecto a minerales utilizando programas de especiación/saturación	http://hdl.handle.net/10045/13605
3. Ejemplos de modelización de sistemas ácido-base, precipitación / disolución e intercambio iónico	Presentación TEMA 3	http://hdl.handle.net/10045/13694
3.1 Sistema bicarbonato/carbonato/dióxido de carbono/calcita	Problema 6. Estudio del equilibrio calcita/carbonato/bicarbonato/CO₂en sistemas abiertos Problema 7. Estudio del equilibrio carbonato/bicarbonato/ CO2 en sistemas cerrados Problema 8. Estudio del equilibrio calcita/carbonato /bicarbonato/CO2 en sistemas cerrados. Problema 9. Estudio del equilibrio carbonato/bicarbonato/CO2 en sistemas abiertos: construcción del diagrama log (actividad) - pH.	http://hdl.handle.net/10045/13650 http://hdl.handle.net/10045/13764 http://hdl.handle.net/10045/13835 http://hdl.handle.net/10045/13836
3.2 Intercambio catiónico en intrusión agua salada - agua dulce	Problema 10. Procesos de intercambio catiónico: cálculo de la composición de cationes intercambiables.	http://hdl.handle.net/10045/13837

4. Modelos de transporte de trazadores y de transporte reactivo	Presentación TEMA 4. Apartado 4.1. Presentación TEMA 4. Apartado 4.2.	http://hdl.handle.net/10045/13735 http://hdl.handle.net/10045/13763
4.1 Transporte de trazadores para caracterizar la hidrodinámica del sistema	GOMIS YAGÜES, Vicente; BOLUDA BOTELLA, Nuria; RUIZ BEVIÁ, Francisco. "Column displacement experiments to validate hydrogeochemical models of seawater intrusions". Journal of Contaminant Hydrology. Vol. 29, Issue 1 (Dec. 1997). ISSN 0169-7722, pp. 81-91 BOLUDA BOTELLA, Nuria; GOMIS YAGÜES, Vicente; RUIZ BEVIÁ, Francisco, "Influence of transport parameters and chemical properties of the sediment in experiments to measure reactive transport in seawater intrusion". Journal of Hydrology.Vol. 357, Issues 1-2 (30 July 2008). ISSN 0022-1694, pp. 29-41	http://hdl.handle.net/10045/2118 http://hdl.handle.net/10045/8835
4.2 Estudio de procesos de transporte con reacción química: intrusión marina, contaminación radiactiva, descontaminación por inyección de agua	Estudio de la hidroquímica de la intrusión marina: desarrollo de un modelo de transporte reactivo GOMIS YAGÜES, Vicente; BOLUDA BOTELLA, Nuria; RUIZ BEVIÁ, Francisco. "Application of a model for simulating transport of reactive multispecies components to the study of the hydrochemistry of salt water intrusions". Journal of Contaminant Hydrology. Vol. 22, Issues 1-2 (March 1996). ISSN 0169-7722, pp. 67-81 GOMIS YAGÜES, Vicente; BOLUDA BOTELLA, Nuria; RUIZ BEVIÁ, Francisco. "Gypsum precipitation/dissolution as an explanation of the decrease of sulphate concentration during seawater intrusion". Journal of Hydrology. Vol. 228, Issues 1-2 (Febr. 2000). ISSN 0022-1694, pp. 48-55 ACUAINTRUSION - A graphical user interface for a hydrogeochemical seawater intrusion model Reactive transport experiments of linear alkylbenzene sulfonate in laboratory soil columns Experimental study and modelling of the desorption of linear alkylbenzene sulphonates in sand and soil Modelling seawater intrusion in a resin-filled column to study cationic exchange and gypsum precipitation	http://hdl.handle.net/10045/13362 http://hdl.handle.net/10045/2119 http://hdl.handle.net/10045/2120 http://hdl.handle.net/10045/2121 http://hdl.handle.net/10045/2760 http://hdl.handle.net/10045/8706 http://hdl.handle.net/10045/8705

PROGRAMA DE PRÁCTICAS

CONTENIDO

MATERIAL RELACIONADO

URI

Práctica de laboratorio "Estudio experimental del transporte de contaminantes en suelos: determinación de parámetros de transporte en columnas de laboratorio"

Transporte reactivo en columnas de laboratorio: determinación de parámetros hidrodinámicos

Programa Convdif.zip.zip

Programa ACUAINTRUSION TRANSPORT: permite modelizar procesos de transporte unidimensional en medios porosos

http://hdl.handle.net/10045/13360

http://hdl.handle.net/10045/13727

http://hdl.handle.net/10045/2691