Ingeniero Civil / El problema de la intrusión salina en acuíferos costeros de las islas del mundo, se ha convertido en la principal causa de degradación de la calidad del agua en las zonas pobladas cercanas a costas, debido a la instalación de pozos en las cercanías del mar y el desconocimiento de la dinámica de las formaciones acuíferas subterráneas, que son abastecidas únicamente por una recarga producida por las precipitaciones que caen sobre estos cuerpos de tierra. Motivado por esto, el presente trabajo se enfoca en la implementación de un modelo experimental y numérico que simule la formación de un lente de agua dulce en una isla bidimensional, con el fin de estudiar la forma y profundidad de la interfaz de densidad en régimen permanente entre el agua de mar y dulce entrante, y la influencia de la recarga superficial y la conductividad hidráulica sobre este proceso, para analizar la validez de las soluciones analíticas existentes para las dimensiones del montaje y la relevancia de los parámetros hidrogeológicos sobre la dinámica de la formación de acuíferos costeros. Para esto, se diseñó y construyó un montaje experimental que simula las condiciones de nivel de mar en la costa y recarga superficial uniforme sobre la superficie de la isla. Se realizaron seis experimentos de laboratorio, considerando tres recargas superficiales de agua dulce teñida con colorante y dos conductividades hidráulicas distintas, que fueron caracterizadas por ensayos de permeámetro de carga constante. Se tomó registro de cada experiencia mediante fotografías de la evolución del fenómeno hasta alcanzar el estado estacionario. Mediante el análisis de imágenes de los experimentos, se logró identificar la interfaz y el alcance de la parte central para distintos tiempos. El modelo numérico fue construido en el paquete computacional COMSOL, utilizando un modelo de flujo de dos fases en medios permeables. El problema se modeló como flujo de dos fases miscibles y los parámetros relevantes se asignaron de acuerdo a las propiedades del suelo y las condiciones de borde e inicial según lo observado en el montaje experimental. Los resultados fueron comparados cualitativa y cuantitativamente con lo encontrado mediante el análisis de imágenes de los experimentos y las soluciones teóricas. Además, se aplicó una de las soluciones analíticas estudiadas al caso de la Isla de Pascua, con el fin de estimar la profundidad de la interfaz y el nivel freático. Se obtuvo que el montaje experimental fue capaz de reproducir la forma y evolución de la interfaz en el tiempo, validando las soluciones analíticas existentes para una razón de aspecto límite entre la profundidad máxima del lente y el ancho de la isla de 1:5, ratificando lo obtenido por Dose et al.,2014. Por otro lado, el modelo numérico arrojó buenos resultados para la granulometría más gruesa. Se encontró también, que la conductividad hidráulica es el parámetro que condiciona prioritariamente el alcance del lente de agua dulce, mientras la recarga sólo tiene una influencia menor en el inicio del proceso transiente del acuífero en formación.

El Lago Budi es uno de los principales lagos de agua salobre de Chile por su importancia en la economía de la población aledaña a sus riberas y por su alta biodiversidad. Ubicado a 15 km del Océano Pacífico, su desagüe hacia el mar se da a través del río Budi. Sin embargo, la acción de la marea y el oleaje genera una barra de sedimentos en la boca de este último, la que permanece cerrada durante gran parte del año. La barra es removida artificialmente para evitar inundaciones en la ribera del lago, lo que altera la calidad de sus aguas debido a una corriente de densidad que se desarrolla por su lecho, asociada al ingreso de la marea. El principal efecto de esto, es una fuerte estratificación por salinidad en el lago Budi, la que impide, entre otras cosas, la llegada de oxígeno a las capas más profundas. Esto toma mayor relevancia si además se considera que, de acuerdo a estudios realizados en las últimas dos décadas, el Lago Budi estaría eutroficado. Mediciones de perfiles verticales de salinidad realizadas durante 2006 y 2007, confirmaron el ingreso de una corriente de densidad a través del río Budi, luego de la remoción de la barra. La modelación de la corriente de densidad fue llevada a cabo con el Software Mossem, el que fue modificado con este fin. Los parámetros característicos de la corriente fueron calibrados, presentando ésta un factor de mezcla y un coeficiente de arrastre iguales a 1.22 y 0.01, respectivamente. La validación de tales parámetros requiere de nuevas mediciones en el río y lago Budi, posteriores a la apertura de la barra. No obtante, las simulaciones reproducen los valores de salinidad en el lago. Junto con la corriente de densidad, se modeló el flujo de agua existente entre el lago y el mar. Los caudales de intercambio alcanzan magnitudes cercanas a los 130 [m3 /s] para la condición de llenado (alta marea) y de 150 [m3 /s] para la de vaciado (baja marea). La estratificación producida por el ingreso de la corriente de densidad, se mantuvo durante la primavera y parte del verano, viéndose destruida por los fuertes vientos de enero de 2007. La modelación eco-hidrodinámica del lago Budi fue realizada con los Software Dyresm y Caedym. Ésta permitió calibrar la velocidad y dirección del viento sobre el lago Budi, parámetros medidos por una estación meteorológica instalada en Pto. Saavedra, y del coeficiente de extinción de la luz. Los resultados muestran concentraciones de nutrientes en niveles de eutrofia para agua dulce, e indican la generación de una capa anóxica bajo la haloclina, la que se mantiene hasta producida la mezcla completa de la columna de agua. Diferentes escenarios de manejo de la barra fueron definidos, siendo modelada la condición hidrodinámica del lago Budi para cada uno. Los resultados indican que el manejo de la barra no sería fundamental en determinar el estado trófico del lago y que para un escenario de un canal con cota fija de fondo igual a 1.6 m, disminuirían los prolongados períodos de estratificación y anoxia de fondo en el lago. En esta situación podría ocurrir una cuña salina, la que ingresaría al lago para condiciones de alta probabilidad de ocurrencia. Por ello, junto con el canal se propone construir una compuerta de fondo en el río Budi, la que permita manejar el volumen y el tiempo durante el cual ingresa la cuña al lago.