Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Realiza un estudio de dos modelos fisicoquímicos de la dinámica de fluidos contaminantes en medios porosos a escala geológica, específicamente se estudia la interacción del modelo de flujo de aguas subterráneas y el modelo de transporte reactivo, orientados particularmente a los sistemas porosos como son los acuíferos o reservorios geológicos de aguas subterráneas. Complementando el estudio de los fenómenos en medios porosos de la presente tesis se presenta un ejemplo de simulación numérica de la ecuación del transporte de contaminantes en medios porosos. Debido la vital importancia de la simulación computacional se aborda también en el último capítulo una guía básica descriptiva de la simulación computacional de las ecuaciones de flujo y transporte. Básicamente se estudia un ejemplo de simulación computacional de la evolución espacio-temporal de una pluma contaminante reactiva inmersa en un medio poroso constituido por tres tipos de acuíferos. Esta simulación está basada en el programa computacional MODFLOW. Este programa es un modelador de flujo por diferencias finitas desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos, el cual está basado en un código fuente que resuelve mediante interacciones la ecuación de flujo del agua subterránea. En cuanto al modelo de transporte éste se encuentra soportado por el programa MT3D, el cual es un modelo diseñado en computar las ecuaciones del transporte de solutos en 3D para la simulación de la advección, dispersión y reacciones geoquímicas de los constituyentes de solutos contaminantes disueltos en los sistemas de aguas subterráneas. / Tesis

La demanda de agua en Chilca ha aumentado considerablemente en la última década, debido al aumento de la población y el desarrollo económico en la zona, y a la falta de recursos hídricos disponibles en la cuenca. Esta situación ha incrementado la sobre explotación de los recursos hídricos subterráneos. Estudios actuales revisados arrojaron evidencias de la contaminación del agua extraída. Por lo tanto, esta investigación plantea determinar el grado de extensión de la intrusión marina en la zona costera de Chilca, Lima. Para tal efecto, se modela numéricamente el flujo del agua subterránea con MODFLOW, que incluyen parámetros hidrogeológicos e hidrodinámicos del acuífero. Asimismo, se representa la dinámica de la intrusión marina con el modelo numérico SEAWATER INTRUSION. Se utilizaron datos de cargas hidráulicas en una red de pozos desde el 2005 al 2014, los que se usaron para calibrar el modelo y realizar un análisis de sensibilidad. Con el modelo calibrado, se simuló la intrusión marina en 10, 20 y 40 años. Los resultados muestran que la extensión en longitud de la intrusión podría avanzar hasta 4350 m con respecto al litoral para el año 2057. / The water demand in Chilca has increased considerably in the last decade, due to the increase in population and economic development in the area, and the lack of available water resources in the basin. This situation has increased the overexploitation of groundwater resources. Current studies reviewed showed evidence of contamination of extracted water. Therefore, this research proposes to estimate the extent of the marine intrusion in the coastal zone of Chilca, Lima. For this purpose, first, the groundwater flow is represented using MODFLOW model, which include hydrogeological and hydrodynamic parameters of the aquifer. Second, the dynamics of the marine intrusion is represented with the numerical model SEAWATER INTRUSION. Hydraulics heads from 2005 to 2014 were used from a network wells, which were used to calibrate the model and perform a sensitivity analysis. With the calibrated model, the marine intrusion was simulated in 10, 20 and 40 year-periods. The results show that the extension in terms of length of the intrusion could advance up to 4350 m from the coast line by the year 2057. / Tesis

Por años, la humanidad ha intentado aproximarse a las complejidades de la naturaleza, formulando principios y herramientas numérica para la modelación del escurrimiento subterráneo, el aprovechamiento de data medida en campo (piezómetros, registros de sondeos diamantinos y aforos) y análisis estadístico, permite proyectar y/o proponer modelos de flujo (circulación) dentro de unidades geológicas, como es el caudal de filtraciones una variable dependiente, y su importancia de ser estimado y drenado adecuadamente conllevaría a establecer indicadores de monitoreo y control del caudal dentro de masas geológicas. La información que fue recopilada e interpretada, está en función a la data obtenida de campo, los cuales permitieron proponer un modelo conceptual de flujo que considerase las características del o los macizos rocosos presentes en el Derrumbe 5, estableciéndose una primera estimación del caudal de filtraciones dentro de estas masas geológicas. El modelo conceptual de flujo y geológico inferido, fue implementado usando el código FEFLOW 7.1, permitiendo establecer una solución de aproximación numérica bajo la técnica de elementos finitos, asignándose condiciones iniciales y valores de permeabilidad para cada masa geológica de constitución compleja, la comparación de los datos observados en campo versus los resultados del modelo numérico, permitió establecer la curva de calibración, obteniéndose resultados RMS por debajo del 5%, Anderson (1986), valor aceptable en técnicas de modelación, los valores que fueron estimados para el caudal de filtración en las galerías se estimaron en el orden 2.1 l/s a 5.0 l/s basada en la interpretación de los datos medidos en campo (aforos) versus los estimados numéricamente. / For years, the human being has tried to approximate the complexities of nature, the principles and the numerical tools for the mode of superficial and subterranean clarification, the use of the data measured in the field (piezometers, records of diamond drilling and gauging) and its statistical treatment, allows to infer and / or predict flow models (circulation) within the geological masses, this flow of filtrations being a dependent variable, and its importance to be estimated and drained adequately, as well as to the monitoring indicators and control of the flow within geological masses. The information that was collected and interpreted, is based on the data obtained from the field, which allowed us to propose a conceptual flow model that considered the characteristics of the rock mass (s) present in Collapse 5, and establishing a first estimate of the flow of leaks within these geological masses. The conceptual model of inferred flow and geology was implemented using the FEFLOW 7.1 code, allowing to establish a numerical approximation solution under the finite element technique, assigning initial conditions and permeability values for each geological mass of complex constitution, comparing the data observed in the field versus the results of the numerical model, allowed to establish the calibration curve, obtaining RMS results below 5%, acceptable value in modeling techniques, the values that were estimated for the flow of filtration in the galleries were estimated in the order 2.1 l / s at 5.0 l / s based on the interpretation of the data measured in the field (aforos) versus the numerically estimated ones. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Realiza una evaluación del sistema de abastecimiento de agua del Hospital Nacional Edgardo Rebagliati Martins, especialmente del pozo Nº 01, y mide el rendimiento hidráulico a través de la prueba de aforo con la finalidad de efectuar los cálculos hidráulicos y la selección de la electrobomba sumergible para la extracción de agua subterránea, complementaria a la red pública de abastecimiento, para satisfacer la demanda de agua en dicho hospital. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Evalúa las características hidrogeológicas del acuífero y selecciona el área favorable para la perforación del pozo proyectado, a través del cual se debe extraer agua subterránea en la cantidad, oportunidad y calidad apropiada que permita atender la demanda de agua potable para el distrito de Hualmay, ubicado en la ciudad de Huacho, Lima. Asimismo, define la ubicación de un pozo de explotación de agua subterránea, proponiendo el anteproyecto de la obra de captación (diseño y presupuesto referencial). La ciudad de Huacho, incluyendo el distrito de Hualmay, actualmente tiene como fuente primaria de abastecimiento de agua potable, once pozos de donde se extrae agua subterránea, principalmente ubicados hacia el norte de la ciudad en cercanías al valle aluvial del río Huaura. Dentro de este contexto, de expansión poblacional, en la zona noroeste de la ciudad, ha motivado efectuar el estudio hidrogeológico de localización y diseño de pozo, para la explotación del potencial de agua subterránea existente en el subsuelo, con fines de abastecimiento de agua potable para uso poblacional de esta futura expansión urbana desconcentrando de esta manera, la demanda de agua, cada día más creciente para la ciudad que debe ser satisfecha por la empresa de agua potable EPS EMAPA Huacho S.A. / Trabajo de suficiencia profesional

La realización de este proyecto de investigación consiste en realizar primeramente un muestreo de la zona en la cual se escogió 10 puntos específicos para la toma de muestras de los pozos tubulares de cada caserío escogido, se realiza un estudio general para verificar que tipo de agua se está consumiendo y en ellas se encuentran anomalías como son los metales pesados, posterior a ello se realizará mapa de isoconcentraciones y piezométricos para ver las zonas más vulnerables referidos a la concentración de metales pesados, se elabora un inventario de todas las características presentadas en el pozo tubular, con finalidad de que la población sepa que agua consume, todo ello conlleva la investigación de mi tesis titulada: “Caracterización hidrogeoquímica y calidad del agua subterránea del distrito de Jayanca, departamento de Lambayeque”. El distrito de Jayanca es un distrito que no cuenta con estudios generales de aguas subterráneas según el ANA, por ello se necesita realizar dichos estudios para identificar qué clase de agua consumen los pobladores de la zona rural en los diferentes pozos tubulares de cada caserío escogido en la presente investigación en el distrito de Jayanca.

El cultivo de arroz es una de las actividades económicas más importantes en el distrito de San Pedro de Lloc, en la región de La Libertad Perú. En consecuencia, el uso intensivo de fertilizantes nitrogenados y el riego por inundación ocasiona contaminación de aguas subterráneas impactando negativamente en las reservas naturales y en la salud humana. Los nitratos presentes en estas aguas se reducen a nitritos al formar metahemoglobina y disminuye así la capacidad de oxigenación en la sangre, lo que se manifiesta por la coloración azulada de la piel y llegando al coma o la muerte de los niños expuestos. En este proyecto se diseñó y ejecutó un protocolo de monitoreo de agua subterráneas para esta zona. En los pozos seleccionados se tomó muestras para análisis de parámetros físicoquímicos y, en particular, contenido de nitratos, bajo metodologías estándar EPA o SM-AWWA. Las estaciones de muestreo fueron elegidas en zonas agrícolas, ganaderas y urbanas. El primer muestreo, abril 2007, se desarrolló durante la campaña principal de cultivo y el segundo muestreo, junio 2007, a mediados de las campañas complementaria y chica en el año 2007. Los análisis revelaron una concentración de nitratos inferior a los límites de calidad válidos en el país a la fecha de estudio, lo cual es una respuesta tranquilizadora pero puntual. El pH se encuentra en el rango establecido para su categoría. En cuanto a la conductividad, sólo un pozo da un valor de conductividad mayor al límite. En ningún caso, los cloruros sobrepasan los límites legales y, observándose concentraciones más altas en los pozos abandonados o cercanos al mar. Más del 90% de las estaciones de muestreo se encuentran en categoría de aguas muy duras, es decir, concentraciones superiores a 300 mg CaCO3/L. Un pozo en un área de actividad agrícola intensa presenta niveles de ortofosfato mayores durante el segundo muestreo, lo que muestra la relación directa actividad agrícola-calidad de agua. En cambio, en los pozos abandonados el contenido de este analito baja lo que podría ser por desuso de fertilizante o actividades agrícolas cercanas. En el caso de los metales, las concentraciones obtenidas de plomo, cadmio, hierro y cobre están por debajo de los límites establecidos.

Región de estudio: Pozos tubulares, Jayanca-Lambayeque. La ciudad de Jayanca tiene como abastecimiento el agua superficial y algunos lugares que son los caseríos se abastecen de agua subterráneas. Para la verificación y el manejo del consumo sostenible se desarrolla los inventarios de aguas subterráneas, la determinación de las características físicas, químicas, organolépticas y bacteriológicas que puedan afectar a estas aguas, es vital. Se realizaron análisis químicos en muestras de aguas subterráneas de 10 pozos tubulares en la ciudad de Jayanca y con todos estos datos, mediante el uso de diagramas Piper, también el diagrama de Gibbs con la comparativa de Sodio, Cloruro y Bicarbonato, se realizó el diagrama de Schoeller y mapas de Isoconcentraciones, determinan los procesos hidrogeoquímicos que controlan la composición y determinación de las aguas subterráneas en los pozos tubulares estudiados. Los nuevos conocimientos adquiridos sobre la hidrología fueron aplicados para los diferentes estudios de los pozos tubulares del distrito de Jayanca. El elemento que más ha predominado en el estudio de investigación es el Na+K. Por consiguiente, tenemos el cloruro en un gran porcentaje, pero también se puede encontrar los iones como va a ser el sulfato, bicarbonato, calcio y los metales pesados que encontramos el mayor predominante es el arsénico.

El agravamiento del estrés hídrico tanto en el sector urbano como en el rural motiva cada vez más a los tomadores de decisión a impulsar la explotación sostenible de este recurso. Para ello, se requiere conocer con certeza los emplazamientos con un mayor potencial de explotación. Para hacer frente a este problema sin recurrir a perforaciones directas, la presente investigación tiene como objetivo principal explorar el potencial hidrológico subterráneo del Perú correspondiente a acuíferos de baja profundidad mediante la aplicación de modelos de clasificación de bosques aleatorios y redes neuronales, dos algoritmos de aprendizaje automatizado. Esta rama de la inteligencia artificial permite generar modelos multidimensionales y con variables complejas sin efectuar presuposiciones estadísticas. Para explicar el potencial de agua subterránea, se recurren a variables topográficas, hidrológicas, geológicas, pedológicas y ambientales que influyen en diferente medida en la conductividad hidráulica subterránea y en la tasa de recarga de los acuíferos. Los resultados obtenidos indican que el mejor desempeño equiparable al estado del arte se obtiene para el modelo de bosques aleatorios (exactitud=0.77, puntaje F1=0.73, AUC=0.88) y que la construcción de modelos especializados en una región dada permite mejorar la capacidad de los modelos al reducir la varianza de los datos. Las variables más importantes en los modelos fueron: aspecto, densidad de drenaje, elevación, NDWI y precipitación. La principal limitación identificada en el desempeño de los modelos es la escasa cantidad y distribución irregular de los pozos de caudal conocido en el Perú, factor que parcializa el modelo hacia la costa, la región mejor documentada. El presente estudio sirve como marco referencial para la construcción de futuros modelos de aprendizaje automatizado una vez se amplíe el inventario público de pozos de agua subterránea o en caso privados introduzcan su propio inventario. El código empleado para el procesamiento de variables geoespaciales se encuentra en https://code.earthengine.google.com/fe63cd6184b009824ed3c843fdc5544d. El código utilizado para la construcción de modelos se encuentra registrado en Github en https://github.com/cesport/Tesis. Aplicaciones para visualizar los resultados de manera interactiva están disponibles para computadoras en https://cesarportocarrero.users.earthengine.app/view/gwp-peru y dispositivos móviles en https://cesarportocarrero.users.earthengine.app/view/gwp-peru-movil.

[ES] La predicción del comportamiento de los pesticidas liberados en el ambiente es necesaria para anticipar y por ende minimizar sus efectos adversos. La contaminación por pesticidas en las aguas subterráneas puede suceder a través de la deriva, la escorrentía superficial o el flujo subsuperficial. Se han desarrollado varios modelos para predecir el comportamiento, movilidad y persistencia de los pesticidas. Sin embargo, el número de estos modelos aplicados a aguas subterráneas es muy reducido, ya que usualmente solo se aplican a masas de agua superficiales. Además, los pocos estudios realizados en masas de agua subterráneas son limitados y no logran reflejar todas las variables que pueden influir en la contaminación por pesticidas. Es necesario integrar en el modelo procesos clave como el crecimiento de los cultivos, la aplicación de pesticidas, los procesos de transformación y las prácticas de gestión de los campos. Por tanto, la modelación en aguas subterráneas requiere tener en cuenta parámetros como las propiedades del suelo y las características químicas del pesticida (solubilidad, coeficiente de degradación etc.). Además, también debe integrar variables que son cambiantes en el espacio y en el tiempo, como características hidrológicas, fenología de los cultivos y variables climáticas como temperatura, precipitación, evaporación, viento y radiación solar. El movimiento de pesticidas en las aguas superficiales y subterráneas es una preocupación ambiental creciente debido a la contaminación causada por la aplicación intensiva de pesticidas en la agricultura y otras actividades antropogénicas. Estos compuestos reducen la calidad del agua y producen efectos perjudiciales en los ecosistemas y la salud humana, lo que justifica el interés que tiene su modelado en las reservas de agua subterráneas para poder realizar una gestión ambiental adecuada y adoptar medidas preventivas. En esta tesis se aborda la modelación matemática de cinco pesticidas (Bromacil, Terbutilazina, Atrazina, Desetil-Terbutilazina y Terbumeton) en la Demarcación Hidro-gráfica del Júcar (DHJ) que ocupa una superficie de más de 40 000 km2 con una población superior a los cinco millones de personas. Para ello, se utilizó el software PRZM5 (Pesticide Root Zone Model, versión 5) desarrollado por la Agencia Medioambiental de Estados Unidos (EPA). Mediante la aplicación de PRZM5 se simuló el destino y transporte de pesticidas en la zona no saturada de los acuíferos. El modelo se ha utilizado para estimar las concentraciones diarias de pesticidas de 72 pozos de la DHJ. En estas masas de agua subterránea se han encontrado valores de concentración de plaguicidas superiores al valor Máximo de Concentración Permitido (MCP) establecido por la Legislación Española. Estos resultados proporcionan un primer paso crucial para el desarrollo de la evaluación del riesgo de plaguicidas en la DHJ. A partir de estos resultados obtenidos se realizaron un conjunto de mapas de riesgo de contaminación, para tener una mejor perspectiva de la evolución temporal de los pesticidas en las masas de agua subterránea de la DHJ. La distribución espacial de los pesticidas corresponde a zonas mayoritariamente dedicadas a la agricultura de regadío. Por tanto, se puede concluir que la cantidad de pesticida aplicada en los cultivos es el factor más importante que influye en la concentración de pesticida en las masas de agua subterránea. Además, otras variables que afectan son el tipo de suelo, la profundidad del acuífero, características hidro-meteorológicas, y el índice de persistencia de los pesticidas. Este trabajo ejemplifica que la aplicación del modelado matemático es una herramienta válida para el análisis y predicción del destino y transporte de pesticidas en los suelos y en las aguas subterráneas, por lo que su incorporación a la gestión ambiental podría beneficiar a la toma de decisiones sobre los recursos hídricos. / [CA] La predicció del comportament dels pesticides alliberats a l'ambient és necessària per anticipar i per tant minimitzar-ne els efectes adversos. La contaminació per pesticides a les aigües subterrànies pot succeir a través de la deriva, l'escorriment superficial o el flux subsuperficial. S'han desenvolupat diversos models per predir el comportament, la mobilitat i la persistència dels pesticides. Tot i això, el nombre d'aquests models aplicats a aigües subterrànies és molt reduït, ja que usualment només s'apliquen a masses d'aigua superficials. A més, els pocs estudis realitzats en masses d"aigua subterrànies són limitats i no aconsegueixen reflectir totes les variables que poden influir en la contaminació per pesticides. És necessari integrar al model processos clau com el creixement dels cultius, l'aplicació de pesticides, els processos de transformació i les pràctiques de gestió dels camps. Per tant, la modelació en aigües subterrànies requereix tenir en compte paràmetres com les propietats del sòl i les característiques químiques del pesticida (solubilitat, coeficient de degradació, etc.). A més, també ha d'integrar variables que són canviants a l'espai i en el temps, com característiques hidrològiques, fenologia dels cultius i variables climàtiques com temperatura, precipitació, evaporació, vent i radiació solar. El moviment de pesticides a les aigües superficials i subterrànies és una preocupació ambiental creixent a causa de la contaminació causada per l'aplicació intensiva de pesticides a l'agricultura i altres activitats antropogèniques. Aquests compostos redueixen la qualitat de l'aigua i produeixen efectes perjudicials en els ecosistemes i la salut humana, cosa que justifica l'interès que té el modelat a les reserves d'aigua subterrànies per poder fer una gestió ambiental adequada i adoptar mesures preventives. En aquesta tesi s'aborda la modelació matemàtica de cinc pesticides (Bromacil, Terbutilazina, Atrazina, Desetil-Terbutilazina i Terbumeton) a la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer (DHJ) que ocupa una superfície de més de 40 000 km2 amb una població superior als cinc milions de persones. Per fer-ho, es va utilitzar el programa PRZM5 (Pesticide Root Zone Model versió 5) desenvolupat per l'Agència Mediambiental dels Estats Units (EPA). Mitjançant l'aplicació de PRZM5 es va simular la destinació i el transport de pesticides a la zona no saturada dels aqüífers. El model s'ha fet servir per estimar les concentracions diàries de pesticides de 72 pous de la DHJ. En aquestes masses d"aigua subterrània s"han trobat valors de concentració de plaguicides superiors al valor Màxim de Concentració Permès (MCP) establert per la Legislació Espanyola. Aquests resultats proporcionen un primer pas crucial per al desenvolupament de l'avaluació del risc de plaguicides a la DHJ. A partir d'aquests resultats obtinguts es van fer un conjunt de mapes de risc de contaminació, per tenir una perspectiva millor de l'evolució temporal dels pesticides en les masses d'aigua subterrània de la DHJ. La distribució espacial dels pesticides correspon a zones dedicades majoritàriament a l'agricultura de regadiu. Per tant, es pot concloure que la quantitat de pesticida aplicada als cultius és el factor més important que influeix en la concentració de pesticida a les masses d'aigua subterrània. A més, altres variables que afecten són el tipus de sòl, la profunditat de l'aqüífer, les característiques hidrometeorològiques i l'índex de persistència dels pesticides. Aquest treball exemplifica que l'aplicació del modelatge matemàtic és una eina vàlida per a l'anàlisi i la predicció de la destinació i el transport de pesticides als sòls i a les aigües subterrànies, per la qual cosa la seua incorporació a la gestió ambiental podria beneficiar la presa de decisions sobre els recursos hídrics. / [EN] Predicting the behaviour of pesticides released into the environment is necessary to anticipate and thus minimise their adverse effects. Pesticide contamination in groundwater can occur through drift, surface runoff or subsurface flow. Several models have been developed to predict the behaviour, mobility and persistence of pesticides. However, the number of these models applied to groundwater is very small, as they are usually only applied to surface water bodies. Moreover, the few studies carried out on groundwater bodies are limited and fail to reflect all variables that may influence pesticide contamination. Key processes such as crop growth, pesticide application, transformation processes and field management practices need to be integrated into the model. Groundwater modelling therefore requires taking into account parameters such as soil properties and chemical characteristics of the pesticide (solubility, degradation coefficient, etc.). In addition, it must also integrate variables that are changeable in space and time, such as hydrological characteristics, crop phenology and climatic variables such as temperature, precipitation, evaporation, wind and solar radiation. The movement of pesticides to groundwater bodies is a growing environmental concern due to pollution caused by intensive pesticide application in agriculture and other anthropogenic activities. These compounds reduce water quality and produce detrimental effects on ecosystems and human health, which justifies the interest of modelling them in groundwater reservoirs for proper environmental management and preventive measures. This thesis deals with the mathematical modelling of five pesticides (Bromacil, Terbuthylazine, Atrazine, Desethyl-Terbuthylazine and Terbumeton) in the Júcar River Basin District (DHJ), which covers an area of more than 40,000 km2 with a population of more than five million people. For this purpose, the PRZM5 software (Pesticide Root Zone Model version 5) developed by the US Environmental Protection Agency (EPA) was used. The application of PRZM5 was used to simulate the fate and transport of pesticides in the unsaturated zone of aquifers. The model was used to estimate daily pesticide concentrations from 72 wells in the DHJ. In these groundwater bodies, pesticide concentration values higher than the Maximum Allowable Concentration (MCP) value established by the Spanish Legislation have been found. These results provide a crucial first step for the development of the pesticide risk assessment in the DHJ. Based on these results, a set of contamination risk maps were made, in order to have a better perspective of the temporal evolution of pesticides in the groundwater bodies of the DHJ. The spatial distribution of pesticides corresponds to areas mainly dedicated to irrigated agriculture. It can therefore be concluded that the amount of pesticide applied on crops is the most important factor influencing pesticide concentration in groundwater bodies. In addition, other affecting variables are soil type, aquifer depth, hydro-meteorological characteristics, and the persistence rate of pesticides. This work exemplifies that the application of mathematical modelling is a valid tool for the analysis and prediction of the fate and transport of pesticides in soils and groundwater. Therefore, its incorporation into environmental management could benefit decision-making on water resources. / Pérez Indoval, R. (2023). Modelación matemática de pesticidas en las masas de agua subterránea de la Demarcación Hidrográfica del Júcar [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/194647