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Investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV) pertenecientes al Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente han desarrollado una nueva técnica –validada a escala de laboratorio- que permite detectar el origen, concentración y momento en que ha tenido lugar un vertido que contamina las aguas subterráneas. El trabajo ha sido publicado en la revista científica, Mathematical Geosciences.

La técnica se basa en la implementación del filtro Kalman, que permite la identificación simultánea de una fuente contaminante y de la distribución espacial de la conductividad hidráulica en un acuífero. Este último factor es un parámetro de gran importancia ya que describe la facilidad con la que el agua subterránea se mueve en el subsuelo, siendo de difícil cuantificación por la incertidumbre que representa su determinación.

De hecho, a partir de medidas espacio-temporales del estado del acuífero (fundamentalmente, alturas piezométricas y concentraciones) y medidas puntuales de algunos de sus parámetros (principalmente, conductividad hidráulica y porosidad), la técnica desarrollada identifica cuánto, cuándo y dónde se ha producido un vertido contaminante.

“El método es capaz de proporcionar estimaciones de diferentes parámetros como el lugar donde se produjo el vertido, el tiempo de liberación inicial del mismo, su duración o la distribución espacial de la conductividad hidráulica”, concluye resaltando el responsable del grupo de Hidrogeología del IIAMA.

En colaboración con la Universidad de Parma

El estudio se ha desarrollado en el tanque de laboratorio con permeabilidades heterogéneas de la Universidad de Parma (Italia). Este está conformado por una caja de arena rellena de microesfereas de cristal de dos diámetros diferentes y dispuestas dentro del tanque para replicar la heterogeneidad de un acuífero. Concretamente, en él se ha analizado la viabilidad de implementar dos metodologías de detección diferentes y cuyos resultados han determinado la precisión y eficiencia de cada una de ellas.

“Hemos reproducido un evento contaminante introduciendo un soluto fluorescente en el tanque, analizando cómo se mueve y tomando medidas puntuales de la contaminación aguas abajo. Esto ha posibilitado determinar cuál de nuestras técnicas es capaz de identificar la fuente contaminante, su concentración y movimiento”, explica el investigador del IIAMA y coordinador del grupo de Hidrogeología, Jaime Gómez Hernández.

En casos anteriores para validar la técnica a escala teórica, se habían generado los valores a reproducir mediante modelos numéricos. Sin embargo, en esta investigación los datos utilizados se podrían extrapolar perfectamente a la información obtenida de un acuífero real, con la salvedad de que en el laboratorio hay aspectos como “caudales, geometría y condiciones de contorno que se conocen perfectamente, mientras que en un acuífero real es más difícil determinar esas variables”, explica Jaime Gómez.

Por ello, el profesor Gómez Hernández manifiesta que el objetivo final de su grupo de investigación es aplicar la técnica a un caso real. “El siguiente paso es desarrollar métodos para caracterizar la heterogeneidad, geometría y condiciones de contorno para poder progresar con la investigación hasta una aplicación real”, concluye el catedrático de la UPV.

Referencia

Chen, Z., Xu, T., Gómez-Hernández, J.J. et al. Contaminant Spill in a Sandbox with Non-Gaussian Conductivities: Simultaneous Identification by the Restart Normal-Score Ensemble Kalman Filter. Math Geosci (2021). https://doi.org/10.1007/s11004-021-09928-y