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continua ramificación y subdivisión del espacio poroso alrededor de los granos de arena de medio”. Además de este efecto a escala microscópica, la dispersión también viene causada por la presencia de heterogeneidades en el campo de conductividad hidráulica, tal como explican Skibitze y Robinson (1963), en un estudio en que un trazador coloreado evoluciona en el interior de un tanque de arena en el que se construyeron pequeñas zonas de alta conductividad. Skibitze y Robinson demostraron que la presencia de heterogeneidades tiene un efecto muy superior a la dispersión de orden microscópico, tal como confirman estudios en campo entre los que cabe destacar el de Anderson (1979). Junto a la dispersión, la difusión molecular es el proceso por el cual las moléculas de un soluto se mueven de zonas con mayor concentración a zonas de menor concentración debido al movimiento browniano, de forma que las concentraciones entre las diferentes zonas en las que existe el soluto tienden a homogeneizarse. Está gobernada por la ley de Fick, que establece que el flujo másico debido a la difusión es igual al gradiente de concentración entre un punto y otro del medio multiplicado por una constante de difusión (o “difusividad molecular”) D d . La separación entre la dispersión y la difusión es una separación artificial, puesto que ambos son de por sí inseparables. Aún así, la dispersión es un efecto de la heterogeneidad del campo de velocidades y la difusión ocurre incluso en masas de agua en reposo. Por ello, es de esperar que a velocidades muy bajas sea la difusión molecular la que resulte más significativa a velocidades bajas. Estos mecanismos, junto con el movimiento por el arrastre del agua subterránea a su velocidad media no son los únicos fenómenos que afectan la distribución de las concentraciones de un soluto que se mueve en un acuífero. El soluto puede, además, interactuar con la superficie sólida de la matriz en procesos de adsorción, deposición, disolución en la matriz, intercambio de iones, etc. Otros efectos debidos al propio soluto, como la descomposición radioactiva o reacciones químicas, pueden modificar también la distribución de concentraciones. Se define como “trazador ideal” aquel soluto inerte que no reacciona con el medio ni afecta a las propiedades de viscosidad o densidad del fluido. En los siguientes puntos, se tratará sobre el comportamiento de trazadores ideales en un medio poroso saturado. 12
2.2 Ley de Darcy y transporte convectivo 2.2.1 Flujo en medio poroso En 1856, Henry Darcy presentó la ley básica que describe el flujo en un medio poroso. Esta ley indica que el flujo de agua a través de una columna llena de arena es proporcional al área de la sección de la columna y la diferencia de carga entre sus extremos, e inversamente proporcional a la longitud de la columna. En sistemas multidimensionales, la Ley de Darcy se expresa, de forma simplificada, como: h Q K A 2 L h 1 (2.1) Donde K es la conductividad hidráulica de la arena, h 1 el potencial hidráulico aguas arriba, h 2 el potencial hidráulico aguas abajo, A es el área transversal y L la longitud de la columna (figura 2.1). Figura 2.1 - Representación esquemática de la experiencia de Darcy (de “Applied Contaminant Transport Modelling”, Zheng y Bennet, 1995) Si expresamos esta ecuación en términos de gradiente, la ecuación de Darcy puede expresarse como: dh Q KA dl (2.2) Donde l representa la distancia a lo largo de la columna. 13
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