Modelado y análisis de problemas hidrogravimétricos

Abstract

Las observaciones gravimétricas utilizadas en estudios geodésicos y geofísicos de alta precisión están influenciadas por las variaciones en las reservas de agua. Desde un punto de vista geodésico, estos fenómenos alteran la señal gravimétrica y por lo tanto deben ser removidos de la señal registrada. Pero desde un punto de vista hidrológico, esta componente de la señal provee información valiosa acerca de las variaciones de las reservas de agua que resulta fundamental para la caracterización de los sistemas hidrológicos. A una escala local, los gravímetros superconductores son capaces de medir las variaciones de las reservas permitiendo aplicaciones que extienden los límites clásicos de la hidrología. Estos instrumentos son los gravímetros relativos de mayor precisión y estabilidad, con la capacidad de detectar señales geofísicas y geodinámicas en un amplio rango espectral. El presente trabajo de Tesis se centra en el análisis y resolución de distintos pro- blemas hidrológicos a partir del desarrollo y aplicación de modelos hidrogravimétricos. Con este fin, se utilizan los residuos de las señales registradas por el gravímetro super- conductor SG038 instalado en el Observatorio Argentino-Alemán de Geodesia (AGGO) emplazado en el Parque Pereyra Iraola (Berazategui). El gravímetro superconductor SG038 es el único de su tipo actualmente en funcionamiento en América Latina. De manera complementaria, se miden en AGGO diferentes variables hidrometeorológicas tales como la precipitación, posición de nivel freático, contenido de humedad del suelo, entre otras. Estas series temporales también son utilizadas en los diferentes modelos hidrogravimétricos desarrollados. En primer lugar, se desarrollan modelos analíticos simples para estimar la respues- ta gravimétrica de un ensayo de bombeo en un acuífero libre. Los modelos propuestos permiten evaluar distintos factores que determinan la factibilidad y el diseño óptimo de esta metodología con fines prácticos. En segundo lugar, se propone un modelo hidro- gravimétrico para estimar la respuesta producida por las variaciones de las reservas de agua en las zonas saturada y no saturada del suelo, utilizando datos de precipitación, posición del nivel freático y temperatura del aire. La aplicación de esta metodología permite describir la componente hidrológica local de gravedad y estimar el rendimiento específico del acuífero Pampeano. El valor de este último parámetro es comparado con la estimación realizada a partir de un ensayo bombeo de larga duración realizado en AGGO. Por último, se estima la evapotranspiración acumulada a partir de la ecuación de balance hidrológico utilizando datos del gravímetro SG038 y de la precipitación re- gistrada en el sitio de estudio. Los resultados obtenidos son contrastados con valores de evapotranspiración estimados a partir del modelado numérico del flujo de agua en la zona no saturada, y con valores de los productos obtenidos a partir de las observaciones de los sensores MODIS instalados en la misión satelital TERRA. Asimismo, se identi- fican los periodos húmedos y secos a partir del análisis de los residuos gravimétricos, datos del contenido de humedad del suelo y el índice de aridez. Los resultados de esta Tesis constituyen aportes originales que contribuyen tanto al diseño de nuevas técnicas hidrogeofísicas como a un mejor entendimiento de distintos fenómenos hidrológicos en el sitio de estudio. Por otra parte, sientan las bases para la utilización de los gravímetros superconductores como sensores hidrológicos de sistemas complejos.