03 clase iii trazadores artificiales (1)

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo I Hidrologa Avanzada MSc. Ing.. Jorge Zafra Cordova

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER CD Huanuco

CLASE III: TRAZADORES ARTIFICALES

Tintura de trazador en el rio Po, Italia



Clase III Contenido:

Introduccion a los trazadores en hidrolgoia

Trazadores artificiales Sales como trazadores Hidrologa Istopica

Tintura de trazador en el rio Po, Italia



Como se genera el conocimiento en la hidrologa?

Dialogo

necesario

modelador experimentador (hidrlogo seco) (hidrlogo mojado)



Investigaciones experimentales

Tarascon: Pont de Tarascon-Beaucaire, Francia

Maneras de medir el tiempo de resilencia y camino del flujo

Descarga de

calidad de agua

con isotopos

Geoelectrica

Geosismica

Experimento con aspersores

Prueba de

trazadores

Suelo y agua

subterrnea



Introduccin

Los trazadores son sustancias naturales o artificiales / especies, que

pueden ser detectados a precios muy

bajos.

Se utilizan en la hidrologa para identificar las vas de flujo, las zonas de

origen y tiempos de residencia de agua.

Tambin pueden ser utilizados para evaluar la vulnerabilidad de un sistema

hidrolgico, y estimar los solutos o

transporte de contaminantes



Trazadores

naturales

Se encuentran espacialmente distribuidos.

Usado a gran escala, en comparacin con trazadores artificiales

La variacin espacio-temporal de la data de entrada es difcil de observar.

Ejemplos : Los istopos ambientales, hidroqumica y propiedades fsicas del

agua

Tornado Odessa, Texas USA.

Caractersticas



Resultados: Diferentes concentraciones de isotopos en el rio y cuantificacion

de la mezcla



Trazadores disponibles Trazadores Naturales Trazadores artificiales

Isotopos Ambientales Radioactivos Inactivos estables Tritium

3H Sustancias solubles Sustancias ambientales

Deuterium 2H Sodium-24

24Na Sales Lycopodiumspores en diferentes

colotes Oxygen-18

18O Chromium-51

51Cr Na

+ Cl

- Partculas florescentes

Cobalt-58 58

Co K+ Cl

- Bacteria

Carbon-13 13

C Bromine-82 82

Br Li+ Cl

- Viruses

Helium-3 3He Iodine-131

131I HBO2 Fungi

Sulphur-34 34

S Gold-198 198

Au

Radioactivos Activables Fluorescentes Especiales Tritium

3H Bromine Uranine Magnticos

Indium Eosine Carbon-14

14C Manganese Amidorhodamines

Silicium-32 32

Si Lanthan Rhodamines Chlorine

36Cl Dysprosium Naphtionate

Argon-37 37

Ar Pyranine Krypton-81

81Kr Tinopale

Krypton-85 85

Kr Flavines

Componentes quimicos Conductivity S /cm Sodium Na Others eg. Si,...

Trazores de contaminacin e.g. Chloride, heavy metals, detergents, radioactive substances, FCKW, 222Rn, etc.

A continuacin unos slides que

demuestran

el uso de los trazadores

(From Leibundgut 2002)



Hay varios tipos de trazadores hidrolgicos incluyen

colorantes, sales, y los

istopos estables.

Estos marcadores se agregan a un cuerpo de agua para

ayudar a limitar el tiempo de

residencia , o el tiempo que le

toma a una molcula de agua

fluyan desde el punto A al

punto B

Caractersticas

Reservorio tinturado con rodamina, Zaire 2011

Trazadores

artificiales



Principales usos

Restringir el tiempo de residencia.

Caracterizar cmo el agua se mueve dentro de la cuenca.

Determinacin de mezcla y de flujo de caminos de agua dentro

de un sistema.


Trazadores

artificiales



Reservorio, 2011

Como los tintes se usan

como trazadores?

Una cantidad conocida de tinte, tales como rodamina, se puede

aadir a un cuerpo de agua y se

vigila para determinar su trayectoria

de flujo

El monitoreo sea hace con un fluormetro , que es una mquina

que puede medir la transmitancia

de luz a travs de la muestra.


Trazadores

artificiales



Trazadores

artificiales

Reservorio, 2011

Como las sales se usan

como trazadores?


Como los colorantes, las sales pueden utilizarse para medir el tiempo de

residencia de las aguas dentro de un

sistema .

Una cantidad conocida y la concentracin de sal se pueden aadir a un sistema y

miden a partir de una toma de corriente

por los cambios en la conductividad

elctrica o mediante la medicin de la

qumica del agua a travs de

cromatografa de iones o un mtodo

similar.



Tracerdurchgangskurve

0

5

10

15

20

25

30

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63

Tage nach Einspeisung

C [

mg

/m]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

pro

ze

ntu

ale

r A

nte

il d

er

au

sg

etr

ete

ne

n

Tra

ce

rme

ng

e

t1

t2

t3 t0 = Einspeisung

t1 = erstes Auftreten des Tracers

t2 = Peak (C max)

t3 = Medianwert (50%)

t4 = Ende Tracerdurchgang

Fliegeschwindigkeit = x / t [m/d]

Bsp. x = 80 m 80/8 = 10 m/d mittlere Fliegeschwindigkeit

t3 = 8 Tage

t0

t4

Propiedades de los trazadores

artificiales

Aforo con mtodo de dilucin de Sal

Comunidad de Draix, Francia

1. Solubilidad en agua

2. Sensibilidad del anlisis

3. Dependencia del valor pH

4. Dependencia de temperatura

5. Efectos de sorcin

6. Estabilidad qumica y biolgica

7. Estabilidad despus de la toma de

muestra

8. No Toxicidad

9. Costes ( trazador , manipulacin y

anlisis)

Trazadores

artificiales



Procedimiento general cuando se usa un trazador

en hidrologa

Problema

Analisis

Planeamiento

Preparacin

Hidrologa

Inyeccin

Anlisis de

Laboratorio

Muestreo Observacin de la

condiciones

hidrolgicas

Anlisis de data

Interpretacin

Conclusiones y recommendaciones

Trazadores

artificiales



Trazadores-enfoque hidrolgico: Enfoque caja negra

I n p u t O u t p u t

Q , C ( t ) Q , C ( t )

b e k a n n b e k a n n t g e s u c h t

S y s t e m TBC

conocido desconocido

observacin

Trazadores

artificiales

observacin

conocido

Modelos matemticos

frecuentes :

Modelo de flujo de pistn

Modelo exponencial Modelo de conveccin -

dispersin (hay muchos

otros! )



Trazadores

artificiales Mensaje que recordar

Permite ganar ms conocimientos sobre la dinmica del flujo de agua y

solutos ( incl. Contaminantes) dentro

del ciclo del agua

Caracterizacin de un sistema hidrolgico investigado :

Vas de flujo , conexiones hidrolgicas, las zonas de origen

Las velocidades de flujo , tiempos de residencia

Dispersin , difusin, mezcla y absorcin

Etctera Aforo con mtodo de Caudal Constante http://www.aslo.org/photopost/showphoto.php/photo/938/sort/1/c

at/all/ page/14



Trazadores

artificiales Mensaje que recordar

Sirve para parametrizar, calibrar y validar modelos hidrolgicos.

Tintes de fluorescencia , en particular uranina , pueden estar muy cerca de un

trazador ideal en el agua subterrnea , si

las condiciones de contorno ( ph , no hay

luz del sol , etc.) son buenos.

Aforo con mtodo de Caudal Constante

http://www.aslo.org/photopost/showphoto.php/photo/938/sort/1/c

at/all/ page/14



Trazadores

artificiales Cual es el poder de los

Trazadores? Donde se puede aplicar

Aguas superficiales:

Los ros , lagos , embalses artificiales ,

vegetacin, vapor de agua , los

ocanos , la nieve y el hielo , etc.

El agua subterrnea :

El agua del suelo , las aguas

subterrneas ( karst , acuferos

porosos , acuferos fisurados ) , la

captacin de agua de la planta , etc.



Trazadores

Artificiales Sales como trazadores

Son compuestos inorgnicos En el agua se disocia en aniones

y cationes ( mvil actual ,

elctrica )

Tambin puede ser un hidro - trazador qumico naturales

A menudo se utiliza en los ros para determinar las velocidades

de flujo y descarga

Clsica como trazador la sal de mesa : NaCl



Sales como trazadores comunes

Sodio - cloruro (NaCl ) Cloruro de Potasio (KCl ) Cloruro de Litio ( LiCl ) Bromuro ( Br- ) , por ejemplo, NaBr Yoduro ( I-), por ejemplo, NaI



Trazadores

Artificiales



Cloruro de Potasio (KCl)

Trazadores

Artificiales

Comportamiento similar a la sal

comn NaCl:

Alta sensibilidad en el anlisis

Por lo cual se debe inyectar menos concentraciones.

K se pierde fcilmente por la sorcion de Na.

Ejemplo Inyeccin de 10 kg de

KCl enBad Gastein (1969)

Intercambio de Potasio contra Ca, Mg y Na

Duracin del experimento[h]

con

cen

trac

in

[m

eq/l]



0

2

4

6

12.10.99 01.11.99 21.11.99 11.12.99

Bro

mid

e [

mg

/l]

0.2

0.6

1.0

1.4

1.8

Dis

ch

arg

e [

l/s]

Bromide Discharge

Einspeisung

Bromuro (Br,NaBr, KBr, NH4Br)

Trazadores

Artificiales

Anion muy movible, conservador quimicamente, no tiene efectos

de sorcin, microbiolgicamente

estable.

Bajas concentraciones naturales en el ambiente.

Didszun, 1999



Pros y Cons de las sales como

trazadores

Las pequeas cantidades son fciles de manejar

Fcil de analizar; slo tiene que utilizar en algn momento de la

conductividad elctrica

Transparentes , invisibles Ambientalmente inocuo ( en

bajas concentraciones )

Barato



Trazadores

Artificiales



Pros y Cons de las sales como

trazadores

Las grandes cantidades de inyeccin podran cambiar el campo de flujo local

( agua inyectada y densidad ).

Intercambio inico. En grandes cantidades pueden ser

costosos.



Trazadores

Artificiales



Fluormetro de filtro

Trazadores

artificiales

Un fluormetro de filtro es un

tipo de fluormetro que se

emplea en la espectroscopia de

fluorescencia.



Fluormetro GGUN30

Trazadores

artificiales

Aplicacin:

Instalacin directa en una masa de agua superficial

Tambin se puede usar para el anlisis rpido ( menos

preciso ) en el laboratorio

Hasta 4 lmparas diferentes cubren casi todo el espectro



Ejemplo de Resultados

Trazadores

artificiales

Tracerdurchgangskurve

0

5

10

15

20

25

30

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63

Tage nach Einspeisung

C [m

g/m

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

pro

zentu

ale

r A

nte

il der

ausgetr

ete

nen

Tra

cerm

enge

t1

t2

t3 t0 = Einspeisung

t1 = erstes Auftreten des Tracers

t2 = Peak (C max)

t3 = Medianwert (50%)

t4 = Ende Tracerdurchgang

Fliegeschwindigkeit = x / t [m/d]

Bsp. x = 80 m 80/8 = 10 m/d mittlere Fliegeschwindigkeit

t3 = 8 Tage

t0

t4

t0= inyeccin

t1= primera deteccin del

trazador

t2 = pico de concentracion

t3 =media(50% )

t4 = fin de la deteccin del

trazador

Acum

ula

ci

n d

e la r

uptu

ra d

el tr

azad

or

Tiempo despus de la inyeccin [days]



Trazadores

artificiales

Trazador de entrada (verde) en un momento determinado, en un

lugar especfico durante una

situacin hidrolgica especfica

Rastreo de un volumen de agua dado

Limitaciones espaciales y temporales.

Glaciar Gronen, Suiza

Ejemplos:

De Inyeccin de Trazador



La dilucin y la luz disponible define el

color del colorante

Ro Rhin Holanda, 2009



Trazadores en glaciares




Gorner glacier, Switzerland




La uranina es de color rojo en

altas concentraciones, pero verde

en formas diluidas

Altas concentraciones durante su

inyeccin

Algo menor es la concentracin ,

diluida en el ro

Ro Dan, Jordana 2009

Ro Dan, Jordana 2009



Trazadores

naturales Aplicacin de sal en un acufero

Acuefero Almeria, Espaa 2009



Trazadores

artificiales Aplicacin de sal en un acufero

Acuefero Almeria, Espaa 2009



Trazadores

artificiales Aplicacin de trazador en un ro en Alaska -Stream Tracer

Injection on Kuparuk River, Alaska 2012

https://www.youtube.com/watch?v=2zZ5rSZUwL4


COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER CD Huanuco ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERA CIVIL MSc. Ing. Jorge Zafra Crdova

QTRACER2 Software para anlisis de Curvas de Desarrollo de Trazadores oaspub.epa.gov/eims/eimscomm.getfile?p_download_id=36351

U.S. Geological Survey Manual On The Measurement And Computation Of

Streamflow (Water Supply Paper 2175) http://pubs.usgs.gov/wsp/wsp2175/pdf/chapter7_vol1.pdf

Construction of a Mariotte Bottle for Constant-rate Tracer Injection into Small

Streams http://www.forrex.org/streamline/ISS28/streamline_vol8_no1_art4.pdf

Introduction to Salt Dilution Gauging for Streamflow Measurement http://www.forrex.org/streamline/ISS28/streamline_vol8_no1_art3.pdf

Dilution Gauging On The Recession Limb: http://itia.ntua.gr/hsj/22/hysj_22_03_0353.pdf

Dilution Stream flow Gauging http://www.connectedwater.gov.au/framework/stream_flow_dilution.php

Lectura Adicional



Use of Tracer Injections to Measure Dischargeand Quantify Pollutant Loading http://www.blm.gov/nstc/resourcenotes/respdf/RN47.pdf

Comparison Of Discharge Measurement By Current Meter And Acoustic Scintillation

Methods At La Grande-1 http://www.aqflow.com/reports/IGHEM2004-HydroQuebec-ASL.pdf

Measuring Discharge http://www.cof.orst.edu/cof/teach/fe434/pdf/Discharge_Chapter_USFS_RM245.pdf

A New Moving Boat Method For The Measurement Of Discharge In Large Rivers http://iahs.info/hsj/380/hysj_38_02_0079.pdf

How Streamflow is Measured http://ga.water.usgs.gov/edu/measureflow.html

Discharge Measurements At Gaging Stations http://pubs.usgs.gov/twri/twri3a8/http://en.wikipedia.org/wiki/Flow_measurement

Method of Measuring River Discharge http://geographyfieldwork.com/River%20Discharge%20Methodology.htm

Lectura Adicional



Measuring River Discharge http://www.cee.mtu.edu/sustainable_engineering/resources/publications/measuring_river_discharge.pdf

Multi-Hazard Early Warning Systems http://h2o.water.gov.my/man_hp1/HP15.pdfhttp://h2o.water.gov.my/man_hp1/HP15.pdf

Lectura Adicional



Preguntas o Comentarios ?



CLASE III: Isotopos en Hidrolgoa

Oxygen-18, Deuterium, Tritium



Isotopos en

Hidrologa

Video-Isotopos la huella digital del agua IAEA

http://www-naweb.iaea.org/napc/ih/IHS_video_animation.html



Isotopos en

Hidrologa

Antecedentes La Hidrologa Isotpica " es una

disciplina cientfica relativamente joven

(o ms bien una interdisciplinario

campo, que evolucion desde alrededor

de la dcada de 1950.

La herramientas clsicas de la hidrologa isotpica son los istopos de

los componentes de la molcula de

agua (H2O) en s , a saber, los istopos

estables raros de hidrgeno y de

oxgeno ( 2H ,18O ) y el tritio radiactivo ( 3H). http://atomic.lindahall.org/what-is-an-isotope.html



Isotopos en

Hidrologa

Antecedentes

http://atomic.lindahall.org/what-is-an-isotope.html

Un papel central en el desarrollo de la hidrologa isotpica y su aplicacin en todo

el mundo tiene se debe a el Organismo

Internacional de Energa Atmica ( OIEA)

en Viena.

Este sorprendente vnculo surgi de la vigilancia de la lluvia radioactiva de las

pruebas de la bomba atmica, que sumaron

grandes cantidades de tritio al ciclo del

agua . Este esfuerzo se tradujo en el

establecimiento de la " Red Mundial de

istopos en las precipitaciones " ( GNIP ).



Isotopos en

Hidrologa

Trazadores Naturales

tomos del mismo elemento, que tienen un numero diferente de

neutrones y por lo tanto diferente

masa.

Los isotopos estables, no decaen. (2H, 18O).

http://education.jlab.org/glossary/isotope.html

http://www.microseeps.com/html/csia_faq.html



Isotopos en

Hidrologa

Trazadores Naturales



La composicin de isotopos estables de elementos con masas pequeas son

expresadas en unidades de delta () expresadas como la desviacin

estndar en partes por mil ( por mil).

Signo (-) : relacin de la muestra es mayor que la SD.

Signo (+) : relacin de la muestra es menor que la SD.



Isotopos en

Hidrologa

Problemas estudiados por los isotopos Determinacin del origen de las masas de

agua y las condiciones durante la

formacin

Determinacin de las zonas de recarga de aguas subterrneas, vas de flujo, la

mezcla.

Determinacin del tiempo de residencia del agua en el sistema ( " edad del agua ")

Determinacin de los flujos de agua , las tasas de recarga , y tipos de cambio

Isotopos en el hielo de la antrtida ayudaron a

comprender los climas



Aplicacin

Isotopos en el hielo de la antrtida ayudaron a

comprender los climas

Pueden proveer informacin sobre el clima.

Algunos isotopos (18O, 2H, 3H) son estables durante el transporte como ellos son parte de la molecula de agua,

Identificacion de la fuente y movimiento del agua.

Identificacion de la dinamica de los procesos hidrologicos.

Isotopos en

Hidrologa



Isotopos

ambientales

De que nos hablan

reas de fuente de agua Trayectorias de flujo Tiempos de residencia Tiempos de trnsito Procesos de recarga Superficie interacciones

subterrneas de agua

Edades del agua subterrnea Calidad del agua subterrnea Reconstruccin de

paleoclimas Laboratorios de capa de hielo en US



Isotopos

ambientales

Definicin de Isotopos

Isotopos permanecen en el mismo sitio (greek - igual - lugar) dentro de la tabla periodica.

Isotopos son nuclidos con mismo nmero atmico pero diferente

masa.

Isotopos de un elemento tienen un nucleos con el mismo nmero de

protones pero diferente nmero de

neutrones.



Isotopos

ambientales

O188

8

16O

Numero de Masa (= protones + neutrones)

Nmero atmico(= protones)

8 protones (positivos)

8 electrones (negativos)

8 neutrones (neutral)

- 92 elementos naturales tienen mas del 1000 isotopos

radioactivos estables.

-Protones y neutrones en el ncleo tienen

aproximadamente el mismo peso.

-Electrones (carga negativa) son ligeros y se

encuentran en el escudo del electrn.

8 protones (positivo)

8 electrones (negativo)

10 neutrones (neutral)



Isotopos

ambientales

oxigeno

Los Isotopos estables no decaen.

Los isotopos Radioactivos (inestables) estos isotopos decaen desde su forma mas estable hasta la forma conocida como rara por ejemplo 3H decae a 3He

Oxigeno: 16O

17O

18O a veces escrito como (18-O; O-18)

Hidrgeno: 1H 2H a veces escrito como (deuterium, D)

3H a veces escrito como (tritium, T)

Isotopos estables e inestables



Isotopos

ambientales

oxigeno

Distincin General:

Isotopos en la hidrologa: 18O, 2H, 3H, componentes de molcula de agua (i.e. edad, mezcla, fuente de caudal, indicador de clima, indicador de agua subterrnea, )

Isotopos Biogeoqumico: 15N, 13C, 34S, etc. (i.e. procesos biogeoqumicos)

Isotopos estables e inestables



Isotopos

ambientales

Los ncleos de los tomos constan de protones y neutrones (

= nucleones)

- Z = nmero de protones (nmero atmico)

- N = nmero de neutrones - A = Z + N = nmero de nucleones

( nmero de masa )

Z determina a qu elemento de un ncleo pertenece y es igual al

nmero de electrones en un tomo

neutro.

http://www.iup.uni-

heidelberg.de/institut/forschung/groups/aquasys/WAH/lehre/material/C

hap1%20Introduction.pdf



Isotopos

ambientales

El grfico de la carta nucleido

ofrece una visin general de los

istopos existentes y es un

importante fuente de informacin

bsica para las ciencias de

istopos.

Los istopos se asignan en la parcela del nmero de neutrones

N en funcin del nmero de

protones Z. Los istopos de un

mismo elemento de pie en filas. http://www.iup.uni-

heidelberg.de/institut/forschung/groups/aquasys/WAH/lehre/material/C

hap1%20Introduction.pdf



Isotopos

ambientales

Naturalmente abundantes en ratios pequeos

Elemento Isotopo Abundancia (%) Ratio

Hidrogeno 1H 99.985

2H (D) 0.015 150.022 e-6

Carbon 12C 98.892

13C 1.108 112.04 e-4

Oxigeno 16O 99.759

17O 0.037 370.894 e-6

18O 0.204 2044.928 e-6



Isotopos

ambientales

Unidades de los isotopos Composicin de isotopos estables (muestras de agua) de

elementos de baja masa como O, H, C, N, y S se expresan en

unidades de delta (d) de un estndar (STD ) en partes por mil (o / oo o por mil )

Ejemplo: d18O (o/oo) = ([(

18O/16O)muestra / (18O/16O)std] 1) 1000

Valores positivos significa muestras con ratio mayor al estndar (STD).

Valores negativos significa muestras con ratios menores al estndar..



18O valores en la naturaleza

Source: CLARK & FRITZ (1997); extended with data from Leibundgut (2002)

18

O[ V-SMOW]

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30

Meerwasser

Niederschlag

Bodenwasser

Grundwasser

Rhein

geothermale Wasser

magmatische Wasser

metamorphe Wasser

Hielo de los glaciares de Artica, Antartida y

Groenlandia

Agua de mar

precipitacin

Suelo saturado

Agua subterrnea

Agua de magma

Agua geotrmica

Agua Metamorfica

Agua de Ro Rhin

Light Heavy



Fenmeno por el cual la composicin isotpica de un elemento en un

determinado compuestos o ion

cambia durante la transicin del

elemento de un compuesto o estado

fsico a otro

Las proporciones de istopos cambiarn durante las reacciones

qumicas o biolgicas y cambios de

fase

Masa dependiente : depender de la diferencia de masa entre los istopos

Isotopos

ambientales

Fraccionamiento de isotopos

https://www.google.com.pe/search?q=fraccionamiento+de+isotopos&hl=en-

PE&biw=1280&bih=615&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=R0bKVM-

rKcOGgwTgtIT4Ag&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgdii=_&imgrc=jvRAWxrQcNilpM%253A%

3B7HSw66_uWTyrTM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.miliarium.com%252FProyect

os%252FNitratos%252FIsotopos%252FTeoria%252FDesintegracion.jpg%3Bhttp%25

3A%252F%252Fwww.miliarium.com%252FProyectos%252FNitratos%252FIsotopos%

252FTeoria%252FTeoriaIsotopos.asp%3B400%3B374



Isotopos

ambientales

Unidades adicionales

3H es expresado en unidades de Tritium (TU), una unidad de Tritium TU = 1 de tomo de tritium por 1018 H tomos

1 TU = 0.119 Bq = 7.1 decae por minutos en un 1 litro de agua [dpm/l]

3H tambin puede ser expresado por pCi/L donde 1 TU = 3.2 pCi/L

14C expresado como porcentaje de carbono moderno (pmc)

Muchos de los isotopos pesados son expresados con un ratio absoluto 87Sr/86Sr



Isotopos

ambientales

Evaporacin y condensacin

El condenado se enriquece en el isotopo pesado (18O, 2H) relativo al vapor.

Durante la evaporacin / el derretimiento del agua sobrante (agua/hielo) se convierte pesada (enriquecido en isotopos pesados)

La lluvia se convierte progresivamente mas ligera al movimiento de las tormentas se desplaza hacia el interior desde el ocano.

La evaporacin esta fuertemente afectado por la humedad, mientras mas alta la humedad, mas pequeo es el cambio en d18O y dD durante la evaporacin.

El efecto neto de evaporacin y condensacin produce una lnea de agua meterica



Efecto de Evaporacin y condensacin



Isotopos

ambientales

Controles de la variacin espacial de 18O y D en la precipitacin

Efecto aparente de temperatura la precipitacin se vuelve pesada con el incremento de la temperatura d18O +0.5 /oC

Efecto de cantidad la lluvia de salida crea progresivamente una lluvia ligera durante el evento

Efecto de evaporacin la precipitacin evaporara al mismo ritmo que cae, especialmente a travs de aire seco, volvindose pesada.

Efecto de altitud la precipitacin se vuelve ligera con el incremento de la elevacin en el lado del barlovento de lado de las montaas.

18O: -0.15 to 0.5%0/100 metres

D: -1.5 to -4%0/100 metres

Efecto Continental la precipitacin se vuelve progresivamente ligera hacia el interior de la fuente de humedad.



Isotopos

ambientales

Efecto de

Temperatura



Isotopos

ambientales

Efecto de

Altitud



Isotopos

ambientales

Efectos de la

Temporadas

Sur de Alemania


COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER CD Huanuco Figure 2. Rainout effect on 2H and 18O values (based on Hoefs 1997 and Coplen et al.

2000).

Isotopos

ambientales

Efectos

Continental



Isotopos

ambientales

Efecto

Cantidad o

mejor

variabilidad

de tormenta



Isotopos

ambientales

Efecto de la

latitud

Pesado

Ligero



Isotopos

ambientales

Variaciones

Espaciales

en USA

Source: Kendall and Coplen, 2001

Porque los patrones

de 18O and D son similares?



Isotopos

ambientales

/H medido Anualmente

Source: Kendall and Coplen, 2001



Isotopos

ambientales

Muestreo de agua para anlisis isotpico

(18O, D and 3H)

Evitar la evaporacin de las botellas de muestreo.

Evitar la evaporacin de la precipitacin de la muestra.

usar botellas nuevas, evitar mezclar con agua vieja

bombeo de agua fresca de los pozos de agua

subterrnea

los volmenes de muestra dependen del equipo.

usualmente 100 ml son suficientes para 18O y D

hasta un litro para 3H

Peligro de

fraccionamiento



Isotopos

ambientales

DD

D

D

D

D

D

D

DD

D

D

D

D

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-IAEA

National Networks

( H-3 only

new

D closed

1:135,000,001

Muestreador de

precipitacin

Global Network of Isotopes in Precipitation

(GNIP)

Source: IAEA



Isotopos

ambientales

Informacin disponible en GNIP

183 estaciones activas en 53 pases

Laboratorio de Isotopos en hidrologa en IAEA esta actualmente realizando anlisis de isotopos de 30% de muestras de

precipitacin recogidas, otros 33 laboratorios tambin estn

involucrados.

Data disponible de isotopos (H-2, O-18, H-3), variable meteorolgicas bsicas (tipo y cantidad de precipitacin,

temperatura de aire superficial y presin de vapor)



Isotopos

ambientales


88,000 datos recogidos de 700 estaciones localizadas en 101 pases.

La primera data de tritium fue recogida en 1953.

La primera informacion de isotopos estables fue recogida en 1960.



Isotopos

ambientales




Isotopos

ambientales

Composicin isotpica global de la precipitacin



Isotopos

ambientales

Composicin isotpica global de la precipitacin

Source: IAEA



Isotopos

ambientales

Composicin isotpica de la precipitacin

Composicin constante en promedio sobre tiempo y espacio.

Ciclo anual de cambios de composicin pesado en verano y ligero en inviernos, tornndose nulo hacia el Ecuador

Gran variacin entre las tormentas.

A menudo considerable variabilidad dentro de las tormentas.

Tormentas derivadas de diferentes pistas tormentas pueden tener constantemente diferentes lneas de agua metericas



Isotopos

ambientales

Lnea de agua meterica global

Cuando las muestras de precipitacin de todo el mundo son ploteadas en dD vs. d18O espacio, ellos forman una lnea aproximada ( en realidad una banda o un valo estrecho de datos). Harmon Craig (1961):

H = 8 * 18O + 10

Pendiente de 8 cerca al ratio de equilibrio de factores de fraccionamiento de H y O isotopos a 2530 oC, y eso producido por una condensacin Rayleigh de lluvia de 100% de humedad.

La interceptacin de Y es 10 debido al enriquecimiento kinetico de D en la evaporacin del agua de mar llamada exceso de d- deuterio



Isotopos

ambientales

Lnea de agua meterica global

-160

-120

-80

-40

0

40

-30 -20 -10 0

Delta O-18

De

lta

D

D = 8 18O + 10

(Craig formula

from 1961)

Nueva, y mas precisa frmula de IAEA 2004 (basado en GNIP data):

2H = 8.17 (0.07) 18O + 11.27(0.65) VSMOW

Exceso de

deuterio d



Isotopos

ambientales

Exceso de deuterio-d

Los valores cambian con el climas fro, las reas mas hmedas tienen los valores mas bajos

Ejemplos: promedio global = +10

Norte Amrica = +6

Mediterrneo = +22

Nueva Zelanda = -0.3

El exceso de deuterio puede algunas veces puede ser usado para identificar en que rgimen climtico fue recargada la fuente de agua.



Isotopos

ambientales

Exceso de d anual pesado



Isotopos

ambientales

Regiones frias

Regiones clidas

Valores

promedios de

precipitacin de

agua y su

posicin en la

lnea de agua

meterica,



Isotopos

ambientales

La lnea

meterica del

agua contiene

mucha

informacin

Northern Wisconsin, USA



Isotopos

ambientales

Lneas de

evaporacin



Isotopos

ambientales

Relacin del D/18O- en el lago Neusiedel, en Suiza

Precipitacin

Agua de Lago



Isotopos

ambientales

Interpretacin de la

lnea meterica del

agua subterrnea.

D

18O

Sistema bien

mezclado alta

dispersin

Avg. Precip.

Sistema de flujo

de pistn , de

baja dispersin

Recarga de

invierno

Recarga de verano

Origen diferente, agua derretida del

glaciar



Isotopos

ambientales

Local Meteoric Water

Lines (LMWL)

Agarwaal et al., 2002



Isotopos

ambientales

From: E. Mazor (1997) Chemical and isotopic groundwater hydrology. M. Dekker, New York,

413pp; and Clark & Fritz, 1997, 6.

Region Meteoric line () Global (meteoric line) d

2H = 8d

18O + 10

Northern hemisphere (continental) d 2H = (8.1 1)d

18O + (11 1)

Mediterranean (or Middle East) d 2H = 8d

18O + 22

Maritime Alps (April 1976) d 2H = (8.0 0.1)d

18O + (12.1 1.3)

Maritime Alps (October 1976) d 2H = (7.9 0.2)d

18O + (13.4 2.6)

Northeastern Brazil d 2H = 6.4d

18O + 5.5

Northern Chile d 2H = 7.9d

18O + 9.5

Tropical Islands d 2H = (4.6 0.4)d

18O + (0.1 1.6)

Vista general de la Local Meteoric Water Lines

(LMWL)



Isotopos

ambientales

Generalizacin

de la Lnea

Metorica del

Agua (MWL)



Isotopos

ambientales

Desarrollo de tu propia Lnea Local Meterica de

Agua (LMWL)

Reglas del pulgar

Cada sitio tiene su propia Lnea Local Meterica de Agua LMWL

Se necesidad colecta al menos 2 a 3 aos de precipitacin del sitio para tener una idea clara de la recarga.

No interpolar LMWL o promedios de los datos del OIEA) ms cercano u otra estacin (pero comparar con los datos del OIEA



Isotopos

ambientales


Agua (LMWL)

Reglas del pulgar

Hay mucha variacin temporal y espacial en la composicin isotpica de la precipitacin.

La Lnea Global Meterica y la Lnea Local Meterica del agua no es una apretada son muchas lneas que se ajustan a travs de una elipse de puntos de datos (incertidumbre )



Isotopos

ambientales


Agua (LMWL)

Reglas del pulgar La evaporacin causa que las muestran se ploteen por

debajo de la Lnea de agua meterica.

El agua de recarga puede ser muy diferente a la lluvia promedio

Las muestras fcilmente se fraccionan si la calidad de las botellas es pobre, usar unos con buenas tapas.

Tape bien el frasco o hunda en parafina para almacenar por largo tiempo la muestra.



Isotopos

ambientales

Por qu las aguas difieren de la composicin

isotpica de la precipitacin ?

Evaporacin de la superficie de agua, interceptacin

Temporada de recarga (distribucin no equitativa en el ao)

Tiempo, el agua debe reflejar las precipitaciones pasadas.



Isotopos

ambientales

Por qu las aguas difieren de la

composicin isotpica de la

precipitacin ?

El sitio de muestreo no puede ser representativo de la cuenca.

Mezcla de diferente componentes del agua

Amortiguamiento de fluctuaciones dado por las fluctuaciones del sistema

http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-

62302011000500005&lng=en&nrm=iso



Isotopos

ambientales

Data de ros

Europeos El ro Danubio es

una mezcla de

muchos ros.



Isotopos

ambientales

Aplicaciones Investigacin de separacin de Hidrograma

Investigacin Bench Mark Sklash & Farvolden,1979: The Role of groundwater in storm runoff WRR.



Isotopos

ambientales


La separacin de hidrograma puede proveer de mayor entendimiento en el origen del agua, patrones de flujo y tiempo de residencia.

Separacin de hidrogramas usando el mtodo grafico o el mtodo de trazadores otorga diferentes resultados.

El mtodo (clsico) de dos componentes, cuantifica la contribucin de agua nueva (evento) y agua vieja (pre-evento)



Isotopos

ambientales




Isotopos

ambientales

Campos de aplicacin de Isotopos

Interaccin entre flujos superficiales y subsuperficial.

Puede servir para calibrar modelos hidrolgicos..!

Anlisis de capacidad de dispersin difusin y absorcin de suelos.



Isotopos

ambientales

Estudio hidrogeolgicos

Problemas Hidrogeolgicos Comunes en Minera

Filtraciones desde relaves, pilas, botaderos. Conexin de agua superficial y subterrnea

Problemas Al Usar Trazadores Artificiales

Composicin qumica de los solutos es usualmente similar a la subterrnea.

La huella de los solutos en el agua subterrnea esta muy diluida. Diferencias estadsticas significantes pueden ser dificultosas, costosas y tomar mucho tiempo.



Isotopos

ambientales

Estudio hidrogeolgicos (Ejemplo: Brush Resources Utah)

Problemas

Agua de relave se filtra en pozos para suministro potable? La comparacin qumica con solutos no fue concluyente Isotopos Radiogenicos

El agua potable era extremadamente vieja y el agua de relaves era muy reciente.

Isotopos Ambientales

El agua potable no tenia rastros de agua evaporada, la cual era predominante en el agua de relaves

Conclusin EL agua de relaves no contaminaba el agua potable



Isotopos

ambientales

Estudio hidrogeolgicos (Ejemplo: Santiago de Chile)



Isotopos

ambientales

Hidrologa Isotpocia en el Per Cuenca del Ro Rimac



Isotopos

ambientales

Caracterizacin del Acuifero Zarumilla-Per J, Otiniano



Isotopos

ambientales

Mensajes Final

Isotopos estables e inestables (radioactivos) (2H, 18O and 3H,

respectivamente) de la molcula de

agua son ingreso naturales del ciclo

hidrolgico y se comportan de

manera conservadora

Fraccionamiento de isotopos se presenta debido a cambio de fases

o procesos biogeoqumicos.





Isotopos

ambientales

Mensajes Final

Toda la data de precipitacin puede ser resumida a MWL (2H vs. 18O

diagrama), pero LMWL vara de esto.

Muestras de MWL pueden ser interpretadas como precipitacin

verano-invierno, efectos de

evaporacin, etc. http://file.scirp.org/Html/2-9401204_3504.htm



Isotopos

ambientales

Mensajes Final

Hay efectos de temperatura, altitud, cantidad, temporalidad,

continente, etc.

Se requiere un laboratorio especializado

Laboratorio de Unesco-IHE



Preguntas o Comentarios ?

03 clase iii trazadores artificiales (1)

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