Contaminación en acuíferos. Curvas de captura.

El modo más común de comenzar a limpiar aguas subterráneas contaminadas es instalar pozos de extracción. Como un pozo de extracción bombea agua, la superficie hidrostática del acuífero en sus alrededores (la superficie piezométrica en caso de que sea cautivo) experimenta una depresión, por lo que crea un gradiente hidráulico que arrastra la mancha de contaminación hacia el pozo. Las líneas de corriente se curvan hacia el pozo, tal y como se puede observar en la figura de abajo. 

La envolvente de estas líneas de corriente que convergen en el pozo se denomina curva de zona de captura. El agua comprendida dentro de esta zona será extraída; la que cae fuera, no lo será. Las líneas de flujo exteriores a la zona de captura pueden curvarse hacia el pozo pero el flujo asociado al gradiente hidráulico natural es suficientemente fuerte como para que el agua pase de largo por él. Con pozos adecuadamente situados, las aguas subterráneas contaminadas pueden ser extraídas del acuífero, descontaminadas con un tratamiento en superficie y utilizadas o devueltas al acuífero.

Javandel y Tsang (1986) desarrollaron la técnica de las curvas de zona de captura como ayuda para diseñar campos de pozos de extracción para limpieza de acuíferos. Su análisis se basa en un acuífero ideal (es decir, homogéneo, isótropo, uniforme en sección e infinito en anchura), también, sea libre o cautivo, con unos descensos de nivel en pozos, insignificantes en comparación con el espesor total del acuífero. Suponen además, que los pozos de extracción se adentran en el total del acuífero y extraen agua uniformemente de él a cualquier nivel.

Si bien estas hipótesis son muy restrictivas e improbable que se den en condiciones reales; los análisis resultantes proporcionan una buena perspectiva de los factores principales que se obtienen con modelos más realistas pero más complejos. Normalmente habrá una tasa máxima de bombeo, determinada por el descenso máximo aceptable del nivel del pozo que restringe el tamaño de la zona de captura. 

Suponiendo que se hayan determinado las características del acuífero y definido los límites de la mancha, la forma de usar las curvas de zona de captura es dibujar primero la curva correspondiente a la tasa máxima aceptable de bombeo. Entonces superponiendo la mancha sobre la curva de zona de captura (dibujada a la misma escala), se puede determinar si un único pozo será suficiente para extraerla y, si es el caso, dónde perforar éste.

La solución para un pozo único no tiene porque ser necesariamente buena. El pozo si está lejos de la pluma, gradiente abajo, deberá bombear un gran volumen de agua limpia antes de que la mancha de contaminación llegue hasta él. Esto puede suponer años de bombeo e incrementar considerablemente el coste total de rehabilitación del acuífero. Una solución mejor implicaría más pozos de extracción colocados más próximos a la cabeza de la mancha contaminante.

Ecuaciones fundamentales del método de Javandel y Tsang: 

Aplicación a un caso práctico: 

El esquema siguiente muestra un terreno de cultivo de regadío que aprovecha un acuífero existente en la zona para almacenar agua en una balsa y en unos depósitos anexos para los momentos de sequía. Un camión que  transportaba una sustancia tóxica y peligrosa ha volcado en una carretera próxima, derramándose la sustancia que ha infiltrado en el subsuelo contaminando el acuífero. Se teme que el derrame tóxico contamine toda la zona, por lo que se ha decidido aprovechar el flujo estable y uniforme de las aguas subterráneas, para emplazar un pozo de extracción y eliminar la contaminación.

El acuífero confinado bajo la zona tiene un espesor de 27,80 m. La conductividad hidraúlica del terreno es k = 1,50 10^-4 m/s. Gradiente hidráulico regional i = 0,003.

Se ha determinado también la anchura de la mancha contaminante que es de 300 m. y se sabe que nuestro sistema de bombeo admite una tasa máxima permitida de 0,006 m³/s.

Localizaremos un único pozo de extracción de forma que el punto de estancamiento esté a 100 m del pozo de captación de agua más próximo y que la zona de captura abarque toda la mancha contaminante.