La modelación hidrogeoquímica como herramienta en los estudios hidrogeológicos

Abstract

La teoría termodinámica permite predecir cómo reaccionarán los componentes en sistemas de diferente complejidad, aún los multifases y multicomponentes, y cuál será el estado final (estado de equilibrio) del sistema una vez finalizadas las reacciones. La aplicación de estos conceptos es de gran utilidad en aguas subterráneas, permitiendo comprender el origen de la composición de las mismas y la causa de sus variaciones espaciales y temporales. La complejidad de los cálculos que requieren los modelos de equilibrio, consecuencia de la complejidad de los sistemas hidrogeo-químicas reales y de la necesidad de utilizar procedimientos iterativos, se ve superada gracias a la ayuda de códigos de computación diseñados a tal efecto. Los códigos de computación existentes hoy en día resuelven dos tipos de modelos: modelos directos y modelos inversos. Los modelos directos son aquellos en los cuales conocida la composición inicial de una solución y establecidas las reacciones hidrogeoquímicas que se piensa tienen o tendrán lugar en el sistema, se obtiene como resultado una solución final que es el producto de la esas reacciones. Permiten hacer predicciones acerca del funcionamiento de un sistema y son especialmente útiles en el caso de situaciones hipotéticas o con un elevado nivel de incertidumbre respecto a las características reales del medio. Los modelos inversos son aquellos en que, conocidas la composición inicial y final de una solución caracterizada a lo largo de una línea de flujo, y los minerales y gases presentes en el medio, calculan mediante balance de masas cuáles son las reacciones que pueden explicar los cambios de composición observados entre los dos puntos extremos y en qué magnitud pueden ocurrir (transferencia de masa entre las distintas fases). Son de especial utilidad para identificar los conjuntos de procesos plausibles en el medio estudiado. En este trabajo se discute la utilidad de usar modelos hidrogeoquímicos sencillos, tanto directos como inversos, para contrastar hipótesis hidrogeológicas. La discusión se ilustra con cuatro ejemplos de aplicación de modelos hidrogeoquímicos a sistemas naturales. Se discuten las limitaciones de los modelos aplicados en cada caso y la utilidad de los resultados obtenidos.

By means of the thermodynamic theory the final state, referred to as equilibrium state, of systems with many phases and components can be predicted. The chemical equilibrium concept can be successfuly applied to many groundwater systems in order to predict the natural changes in complex cases. The complexity of the calculations involved in equilibrium models, resulting from the complexity of the systems themselves and from the need to use iterative procedures, was significatively simplified by the development of computer programmes. The hydrogeochemical modeling codes solve basically two types of models: forward and inverse (or balance) models. In forward models, given the initial composition of a solution, and a set of proposed chemical reactions, the ultimate solution resulting from such reactions is obtained. Inverse models are those in which, given an initial and a final solution, and solid and gaseous phases present in the system, several sets of chemical processes that can explain the observed differences between the initial and the final water composition are obtained by means of mass balance calculations. Assumed certain hypothesis. Some of these sets are discarded and some other selected as plausible. Four examples are used to illustrate the application of hydrogeochemical models to field studies. A discussion on its limitations and usefulness in terms of hydrogeological studies is performed.