Hydrodynamics and geochemistry at multiple scales : characterizing preferential flow-paths and wormholes in evaporitic sediments

Abstract

The characterization of evaporitic aquifers for a better understanding of hydrodynamics and geochemical processes is of great importance, especially in environments where both the sustainability of unique ecosystems and the economic interests depend on aquifer features. This is the case of the Salar de Atacama (SdA) evaporitic nucleus, the "driving force" of this thesis, which prompt us to pursue two main objectives. First, characterizing the hydraulic behavior of the SdA nucleus, with special attention for the identification of highly connected structures (preferential flow-paths). Second, enriching the knowledge on preferential flow-paths development caused by dissolution processes (i.e. wormholes dynamics) and the corresponding changes in flow and transport behaviour.
 As a first step, we focused on the interpretation of hydraulic tests for aquifer characterization. Agarwal's method for recovery test interpretation was selected as suitable for analyzing the SdA aquifer response to imposed stresses for hydraulic properties estimation. Thus, we verified the method under ideal and non-ideal condition and we exposed its limitations. The latter were overcome by modifying the existing methodology and proposing an improved equivalent time to deal with variable pumping rates.
 At the same time we carried out a long-lasting cross-hole hydraulic test in the SdA nucleus. The complexity of system dynamics highlighted the need of seeking for a different methodology for aquifer characterization. We ended up developing a new filtering-corrective method through which aquifer characterization was carried out. The method involves estimating drawdowns, corrected from eventual systematic and structural errors, to be used as observations while automatically calibrating a groundwater model.
 Once validated the new method, we applied it, jointly with the stochastic inversion, to characterize the SdA nucleus in terms of spatial variability of the hydraulic conductivity at a large scale, with special attention for identifying connectivity structures. Results showed that these structures actually govern flow dynamics at large scale. Their identification was supported by independent information, which was used to verify the consistency of the results, thus the capability of the stochastic inversion in defining preferential flow-paths at large scale.
 Finally, we moved to an intermediate-scale analysis, carrying out a laboratory experiment under controlled conditions. We ran a dissolution experiment, jointly with several tracer tests, to study the evolution of a dissolution pattern characterized by dominant wormholes. We analyzed the evolution of wormhole dynamics, with special attention for wormholes growth, changes in hydraulic properties, geometry and competition for the flow. Furthermore, by interpreting the tracer tests we were able to quantify the effect that these structures have on the hydraulic and transport behavior. For that, we applied the multi-advection dispersion model, considering two modelling approaches: by fitting the measured BTCs with effective transport parameters and by predicting the BTCs evolution through a discrete wormhole modelling approach, applied knowing the geometry of the system and transport parameters of the undissolved matrix. Both approaches are capable of reproducing the experimental data, highlighting the ability to characterize the system. Results also demonstrate the high predictive power of the discrete wormhole model. La caratterizzazione degli acquiferi evaporitici, atta a comprendere meglio
 i processi idrodinamici e geochimici, è di grande importanza, soprattutto in
 ambienti in cui sia la sostenibilità di ecosistemi unici sia gli interessi economici
 dipendono dalle caratteristiche dell’acquifero. È il caso del nucleo evaporitico
 del Salar de Atacama (SdA), il "motore" di questa tesi, che ci spinge a
 perseguire due obiettivi principali. In primo luogo, caratterizzare il comportamento
 idraulico del nucleo del SdA, con particolare attenzione all’identificazione
 di strutture altamente connesse (percorsi di flusso preferenziali). In secondo
 luogo, arricchire la conoscenza sullo sviluppo di zone di flusso preferenziale
 dovuto ai processi di dissoluzione (in altre parole, le dinamiche dei wormholes)
 e sui relativi cambiamenti nel comportamento di flusso e trasporto.
 Per caratterizzare una falda acquifera solitamente vengono eseguite prove di
 pompaggio, con lo scopo di comprendere il modello concettuale del sistema,
 attraverso grafici diagnostici, e stimarne le proprietà idrauliche. Tra le varie
 prove, le prove di recupero consistono nel misurare le variazioni del livello
 piezometrico nei pozzi di pompaggio e/o monitoraggio una volta completata
 la prova di pompaggio. Questi test sono particolarmente utili quando la
 portata non può essere controllata con precisione. Agarwal ha proposto un
 metodo, diventato standard nell’industria petrolifera, per ottenere la risposta
 dell’acquifero al pompaggio a partire dai dati di recupero. Tuttavia, il metodo
 è stato testato e verificato in misura limitata. Nel secondo capitolo di questa
 tesi analizziamo il metodo di Agarwal per comprenderne i limiti e superarli. I
 risultati ottenuti mostrano che il metodo di Agarwal fornisce eccellenti grafici
 di recupero (ovvero la curva di abbassamento che si otterrebbe durante il
 pompaggio) e buone stime dei parametri idraulici per quasi tutte le condizioni
 dell’acquifero, a condizione che venga utilizzata una portata costante e che la
 derivata logaritmica alla fine del periodo di pompaggio sia costante. Queste
 condizioni sono troppo limitanti per l’applicazione nell’idrologia delle acque
 sotterranee, dove spesso vengono monitorati i pozzi di osservazione. Si generalizza quindi il metodo di Agarwal (1) derivando un tempo equivalente per
 portate che variano nel tempo e (2) proponendo di ottenere le curve di abbassamento dal recupero, estrapolando l’abbassamento della fase di pompaggio.
 In questo modo si ottengono ottimi grafici diagnostici che facilitano l’analisi
 del modello concettuale e consentono di applicare il metodo per un’ampia
 gamma di condizioni. Tuttavia, è difficile eseguire l’interpretazione dei test idraulici, basata sull’analisi dei dati di abbassamento, per caratterizzare grandi sistemi acquiferi con dinamiche di flusso complesse (ad esempio, nel caso in cui siano presenti grandi campi di pozzi in pompaggio). In questo caso, la caratterizzazione viene generalmente ottenuta attraverso la modellazione delle acque sotterranee. Pertanto, dal primo studio estraiamo il concetto secondo cui l’abbassamento causato dallo stress idraulico fornisce informazioni cruciali per caratterizzare un acquifero, e lo proiettiamo nel campo della modellazione delle acque sotterranee.Infatti, considerare l’abbassamento in fase di modellazione sarebbe molto più semplice rispetto all’utilizzo del livello piezometrico, in quanto le condizioni al contorno e iniziali da considerare sono omogenee (zero). Il problema sta nel fatto che gli abbassamenti non vengono misurati direttamente,
 ma si derivano dalle misure della variazione del livello della falda. Gli abbassamenti che ne derivano possono subire imprecisioni persistenti in sistemi
 complessi con perturbazioni esterne prolungate e incerte. In altre parole, la
 stima degli abbassamenti viene influenzata non solo da errori nelle misure
 della piezometria, ma anche dalle stime dell’evoluzione naturale della falda
 acquifera (cioè il livello che ci sarebbe stato se il test di pompaggio non fosse
 stato effettuato) . Ciò rende difficile utilizzare gli abbassamenti nei modelli
 di flusso e costringe i modellatori a utilizzare i livelli piezometrici e informazioni
 difficili da quantificare. Nel terzo capitolo del presente studio presentiamo
 un metodo per filtrare gli errori sistematici nei dati di abbassamento (stimati) durante la calibrazione automatica di un modello di flusso. Per fare
 ciò, introduciamo un termine di correzione della distorsione (bias) in un problema
 inverso composto che combina un modello dei livelli naturali con un
 modello degli abbassamenti. Dato che questi due modelli condividono gli
 stessi parametri, viene sviluppato un algoritmo iterativo di ottimizzazione in
 due fasi per stimare congiuntamente il bias, le tendenze naturali e i parametri
 idraulici. Il metodo viene presentato attarverso un esempio sintetico in un acquifero
 eterogeneo. L’esempio mostra che il metodo converge alla migliore
 stima condizionale anche quando i dati dei livelli piezometrici sono fortemente
 distorti. Inoltre, nello stesso esempio, mostriamo che l’utilizzo di dati
 di piezometria distorti nell’applicazione del problema inverso tradizionale
 può fornire buoni fittings, ma in questo caso il bias porta a una stima errata
 del campo di trasmissività.
 Nel quarto capitolo applichiamo il metodo presentato nel capitolo precedente,
 insieme all’inversione stocastica, nel nucleo del SdA. Si vuole caratterizzare
 la distribuzione spaziale della conducibilità idraulica su larga scala, con particolare
 attenzione per l’individuazione di strutture di connettività (canali altamente
 conduttivi) che controllano il flusso delle acque sotterranee e il trasporto
 degli inquinanti. Negli acquiferi evaporitici, questi canali preferenziali possono
 essere costituiti da condotti carsici, sviluppati a diverse scale, nonché
 da zone di faglia. In questo contesto si è indagato se sia possibile utilizzare
 l’inversione stocastica per caratterizzare la presenza di strutture di connettività
 nell’acquifero evaporitico del SdA (un area ampia, circa 1500 km2) utilizzando
 i livelli piezometrici misurati in numerosi punti di osservazione durante
 una sequenza di tre prove idrauliche. I risultati mostrano che, sebbene
 la soluzione non sia univoca, vengono individuate le principali zone di flusso
 preferenziale. Gli abbassamenti calcolati a partire da diverse simulazioni risultano
 essere simili agli abbassamenti osservati, con errori massimi di pochi
 centimetri. Il flusso preferenziale viene individuato non solo a partire da regioni
 allungate di alta permeabilità, ma anche da un marcato effetto scala (le
 trasmissività del modello sono circa 30 volte maggiori di quelle stimate attraverso
 prove di pompaggio corte). Le principali zone di alta conducibilità
 sono coerenti con informazioni indipendenti basate su geofisica, isotopi, proporzioni
 di miscelazione, dati piezometrici e processi di dissoluzione previsti.
 Infine, per comprendere meglio le dinamiche di sviluppo di questi percorsi di
 flusso preferenziali e i loro effetti sul comportamento di flusso e trasporto, eseguiamoo
 un esperimento di dissoluzione in condizioni controllate. Passiamo
 a un’analisi su scala intermedia poiché le strutture di connettività organizzate
 (wormholes) possono svilupparsi su scale spaziali e temporali diverse. Grazie
 a studi precedenti, conosciamo le condizioni ottimali in cui queste strutture
 possono formarsi, ma la loro evoluzione spazio-temporale, così come la
 ridistribuzione del flusso tra i canali e le variazioni nei processi di trasporto,
 sono in gran parte sconosciute. Pertanto, eseguiamo un esperimento di dissoluzione
 in un acquifero evaporitico sintetico, insieme a diverse prove di
 tracciante, per studiare l’evoluzione di una struttura di dissoluzione caratterizzata
 da wormholes dominanti. Analizziamo l’evoluzione della dinamica
 dei wormholes, con particolare attenzione per la loro crescita, i cambiamenti
 nelle proprietà idrauliche del sistema, la loro geometria e la competizione
 per il flusso. Osserviamo come il flusso viene ridistribuito con lo sviluppo
 dei wormholes, così come alcune evidenze dei fattori scatenanti e amplificatori
 che intervengono nel meccanismo di auto-organizzazione che porta a queste
 strutture di dissoluzione. Inoltre, interpretando le curve di arrivo delle prove
 di tracciante, possiamo quantificare l’effetto che queste strutture hanno sul
 comportamento idraulico e di trasporto. Per questo, applichiamo il modello
 di avvezione multipla e dispersione, considerando due diversi approcci: adattando
 le curve di arrivo misurate con i parametri di trasporto effettivi del
 sistema e prevedendo l’evoluzione della curva di arrivo attraverso un modello
 discreto dei wormholes, che viene applicato conoscendo la geometria del
 sistema e i parametri di trasporto della matrice indisciolta. Entrambi gli approcci
 sono in grado di riprodurre i dati sperimentali, evidenziando la capacità
 di caratterizzare il sistema. I risultati dimostrano anche l’elevato potere
 predittivo del modello discreto dei wormholes. La caracterització dels aqüífers evaporítics per comprendre millor els processos
 hidrodinàmics i geoquímics és de gran importància, especialment en
 entorns on tant la sostenibilitat d’ecosistemes únics com els interessos econòmics
 depenen de les característiques de l’aqüífer. És el cas del nucli evaporític del
 Salar d’Atacama (SdA), "motor" d’aquesta tesi, que ens impulsa a perseguir
 dos objectius principals. Primer, caracteritzar el comportament hidràulic del
 nucli del SdA, amb especial atenció a la identificació d’estructures altament
 connectades (camins de flux preferent). En segon lloc, enriquir el coneixement
 sobre el desenvolupament de zones de flux preferent causades pels processos
 de dissolució (és a dir, la dinàmica dels forats de cuc, comunament anomenats
 wormholes) i els canvis corresponents en el comportament del flux i del transport.
 Per caracteritzar un aqüífer, se solen realitzar proves de bombament que permeten
 comprendre el model conceptual del sistema, a través de diagrames de
 diagnòstic, i estimar les propietats hidràuliques. Entre les diverses proves, les
 de recuperació consisteixen en mesurar les variacions del nivell piezomètric
 en pous de bombament i/o de monitorització un cop finalitzada la prova
 de bombament. Aquestes proves són especialment útils quan el cabal no
 es pot controlar amb precisió. Agarwal va proposar un mètode, que s’ha
 convertit en estàndard en la indústria petroliera, per obtenir la resposta de
 l’aqüífer al bombament a partir de les dades de recuperació. No obstant això,
 el mètode ha estat provat i verificat de forma limitada. En el segon capítol
 d’aquesta tesi analitzem el mètode d’Agarwal per comprendre les seves limitacions
 i superar-les. Els nostres resultats mostren que el mètode d’Agarwal
 proporciona excel·lents gràfiques de recuperació (és a dir, la corba de descens
 que s’obtindria durant el bombament) i bones estimacions dels paràmetres
 hidràulics per a gairebé totes les condicions de l’aqüífer, sempre que s’utilitzi
 un cabal constant i que la derivada logarítmica a la fi del bombament sigui
 constant. Aquestes condicions són massa limitants per a la seva aplicació en la hidrologia d’aigües subterrànies, on se solen monitoritzar diversos pous
 d’observació. Per tant, generalitzem el mètode d’Agarwal (1) derivant un
 temps equivalent per a cabals que varien en el temps i (2) proposant obtenir
 les corbes de descens durant la recuperació extrapolant els descensos de la
 fase de bombament. D’aquesta manera obtenim excel·lents gràfics de diagnòstic
 que faciliten l’anàlisi del model conceptual i permeten aplicar el mètode
 per a una àmplia gamma de condicions.
 No obstant això, la interpretació de les provas hidràuliques basades en l’anàlisi
 de dades de descens és difícil de realitzar per caracteritzar grans sistemes
 aqüífers amb una dinàmica de flux complexa, impulsada, per exemple, per
 grans camps de bombament. En aquest cas, la caracterització generalment
 s’aconsegueix a través de models d’aigües subterrànies. Per tant, partint de la
 base que els descensos deguts al estrès hidràulic contenen informació crucial
 per caracteritzar un aqüífer, projectem el concepte en la modelació d’aigües
 subterrànies. Considerar el descens en la modelació seria molt més fàcil que
 fer servir el nivell piezomètric, perquè els descensos estan subjectes a condicions
 de contorn i inicials homogènies (zero). El problema rau en el fet que
 els descensos no es mesuren directament, sinó que es deriven a partir dels
 mesuraments de variació del nivell. Els descensos resultants poden patir inexactituds
 persistents en sistemes complexos amb pertorbacions externes incertes
 i prolongades. D’aquesta manera, els descensos estimats es veuen afectats
 no només per errors en els mesuraments del nivell, sinó també per les
 estimacions de l’evolució natural del mateix (és a dir, el nivell que hi hauria
 si la prova de bombament no s’hagués realitzat) . Això dificulta l’ús dels
 descensos en els models de flux i obliga els modeladors a emprar els nivells
 piezomètrics i informació suau. En aquest context, en el tercer capítol presentem
 un mètode per filtrar errors sistemàtics en les dades de descens durant
 el calibratge automàtic d’un model de flux. Per fer això, introduïm un terme
 de correcció del biaix en un problema invers compost que combina un model
 de nivell natural amb un model de descens. Atès que aquests dos models
 comparteixen els mateixos paràmetres, es desenvolupa un algoritme iteratiu
 d’optimització de dues fases per estimar conjuntament el biaix, les tendències naturals i els paràmetres. El mètode s’il·lustra amb un exemple sintètic en un
 aqüífer heterogeni. L’exemple mostra que el mètode convergeix a la millor
 estimació condicional fins i tot quan les dades de nivell estan fortament esbiaixades.
 En el mateix exemple, vam demostrar que l’ús de dades de nivell
 esbiaixades en el problema invers tradicional també pot proporcionar bons
 ajustos però, en aquest cas, el biaix condueix a una estimació incorrecta del
 camp de transmissivitat.
 En el quart capítol apliquem el mètode presentat en el capítol anterior, acoblat
 a la inversió estocàstica, al nucli del SdA. Volem caracteritzar la distribució
 espacial de la conductivitat hidràulica a gran escala, amb especial atenció
 per a la identificació d’estructures de connectivitat (canals altament conductius)
 que controlen el flux d’aigua subterrània i el transport de contaminants.
 En els aqüífers evaporítics, aquests canals preferents poden consistir en conductes
 càrstics, desenvolupats a diferents escales, així com en zones de falla.
 En aquest context, vam investigar si és possible utilitzar la inversió estocàstica
 per caracteritzar la presència d’estructures de connectivitat a l’aqüífer
 evaporític del SdA (amb una gran extensió, al voltant de 1500 km2) usant els
 nivells mesurats en nombrosos punts d’observació durant una seqüència de
 tres proves hidràuliques. Els resultats mostren que, tot i que la solució no és
 única, s’identifiquen les principals zones de flux preferent. Nombroses inversions
 produeixen ajustos similars als descensos observats, amb errors màxims
 de pocs centímetres. El flux preferent s’identifica no només per regions
 allargades d’alta permeabilitat, sinó també per un marcat efecte d’escala (les
 transmissivitats del model són unes 30 vegades més grans que les estimades a
 través d’assajos de bombament curts). Les principals zones d’alta conductivitat
 són consistents amb informació independent basada en geofísica, isòtops,
 proporcions de mescla, dades piezomètriques i els processos de dissolució esperats.
 Finalment, per comprendre millor la dinàmica de desenvolupament d’aquests
 camins de flux preferent i els seus efectes sobre el comportament de flux i
 transport, duem a terme un experiment de dissolució en condicions controlades.
 Passem a una anàlisi d’escala intermèdia ja que les estructures de connectivitat organitzades (wormholes) poden desenvolupar-se en diferents escales
 espacials i temporals. Gràcies a estudis previs coneixem les condicions
 òptimes en què es poden formar aquestes estructures, però la seva evolució
 espai-temporal, així com la redistribució del flux entre canals i els canvis en els
 processos de transport, són en gran part desconeguts. Així, vam realitzar un
 experiment de dissolució en un aqüífer evaporític sintètic, juntament amb diverses
 proves de traçador, per estudiar l’evolució d’un patró de dissolució caracteritzat
 per wormholes dominants. Analitzem l’evolució de la dinàmica dels
 wormholes, amb especial atenció per al creixement dels mateixos, els canvis
 en les propietats hidràuliques del medi, la geometria dels wormholes i la competició
 pel flux. Observem com es redistribueix el flux amb el desenvolupament
 dels wormholes, així com algunes evidències dels factors desencadenants
 i amplificadors que intervenen en el mecanisme d’autoorganització que condueix
 a aquestes estructures de dissolució. A més, a l’interpretar les corbes
 d’arribada de les proves de traçador, podem quantificar l’efecte que aquestes
 estructures tenen sobre el comportament hidràulic i de transport. Per això,
 apliquem el model d’advecció múltiple i dispersió, considerant dos enfocaments
 diferents: ajustant les corbes d’arribada mesurades amb paràmetres de
 transport efectius i predient l’evolució de la corba d’arribada a través d’un
 model discret de wormholes, que s’aplica coneixent la geometria del sistema
 i els paràmetres de transport de la matriu no dissolta. Tots dos enfocaments
 són capaços de reproduir les dades experimentals, destacant la capacitat de
 caracteritzar el sistema. Els resultats també demostren l’alt poder predictiu
 del model discret de wormholes. La caracterización de los acuíferos evaporíticos para comprender mejor los procesos hidrodinámicos y geoquímicos es de gran importancia, especialmente en entornos donde tanto la sostenibilidad de ecosistemas únicos como los intereses económicos dependen de las características del acuífero. Este es el caso del núcleo evaporítico del Salar de Atacama (SdA), "motor" de esta tesis, que nos impulsa a perseguir dos objetivos principales. Primero, caracterizar el comportamiento hidráulico del núcleo del SdA, poniendo especial atención en la identificación de estructuras altamente conectadas (caminos de flujo preferente). En segundo lugar, contribuir al conocimiento sobre el desarrollo de zonas de flujo preferente causadas por procesos de disolución (es decir, la dinámica de los agujeros de gusano, comúnmente llamados wormholes) y los correspondientes cambios en el comportamiento del flujo y del transporte. Para caracterizar un acuífero, se suelen realizar pruebas de bombeo que permiten comprender el modelo conceptual del sistema a través de diagramas de diagnóstico, y estimar las propiedades hidráulicas. Entre las diversas pruebas, las de recuperación consisten en medir las variaciones del nivel piezométrico en pozos de bombeo y/o de monitoreo una vez finalizada la prueba de bombeo. Estas pruebas son especialmente útiles cuando el caudal no se puede controlar con precisión. Agarwal propuso un método, que se ha convertido en estándar en la industria petrolera, para obtener la respuesta del acuífero al bombeo a partir de los datos de recuperación. Sin embargo, el método ha sido probado y verificado de forma limitada. En el segundo capítulo de esta tesis analizamos el método de Agarwal para comprender sus limitaciones y superarlas. Nuestros resultados muestran que el método de Agarwal proporciona excelentes gráficas de recuperación (es decir, la curva de descenso que se obtendría durante el bombeo) y buenas estimaciones de los parámetros hidráulicos para casi todas las condiciones del acuífero, siempre que se utilice un caudal constante y que la derivada logarítmica al final del bombeo sea constante. Estas condiciones son demasiado limitantes para su aplicación en hidrología de aguas subterráneas, donde se suelen monitorear varios pozos de observación. Por lo tanto, generalizamos el método de Agarwal (1) derivando un tiempo equivalente para caudales que varían en el tiempo y (2) proponiendo obtener las curvas de descenso durante la recuperación extrapolando los descensos de la fase de bombeo. De esta forma obtenemos excelentes gráficos de diagnóstico que facilitan el análisis del modelo conceptual y permiten aplicar el método para una amplia gama de condiciones. Sin embargo, la interpretación de las prueba hidráulicas basadas en el análisis de datos de descenso es difícil de realizar para caracterizar grandes sistemas acuíferos con una dinámica de flujo compleja impulsada, por ejemplo, por grandes campos de bombeo. En este caso, la caracterización generalmente se logra a través de modelos de aguas subterráneas. Por lo tanto, nos quedamos con el concepto de que los descensos debidos a uno stress hidráulico contienen información crucial para caracterizar un acuífero, y proyectamos el concepto en la modelación de aguas subterráneas. Considerar el descenso en la modelación sería mucho más fácil que usar el nivel piezométrico, puesto que los descensos están sujetos a condiciones de contorno e iniciales homogéneas (cero). El problema radica en el hecho de que los descensos no se miden directamente, sino que se deducen de las mediciones de variación del nivel. Los descensos resultantes pueden sufrir inexactitudes persistentes en sistemas complejos con perturbaciones externas, inciertas y prolongadas. De esta manera, los descensos estimados se ven afectados no solo por errores en las mediciones del nivel, sino que también por las estimaciones de la evolución natural del mismo (es decir, el nivel que habría si la prueba de bombeo no se hubiera realizado). Esto dificulta el uso de los descensos en los modelos de flujo y obliga a los modeladores a emplear niveles piezométricos e información cualitativa. En este contexto, en el tercer capítulo presentamos un método para filtrar errores sistemáticos en los datos de descenso durante la calibración automática de un modelo de flujo. Para hacer esto, introducimos un término de corrección del sesgo en un problema inverso compuesto que combina un modelo de nivel natural con un modelo de descenso. Dado que estos dos modelos comparten los mismos parámetros, se desarrolla un algoritmo iterativo de optimización de dos fases para estimar conjuntamente el sesgo, las tendencias naturales y los parámetros. El método se ilustra con un ejemplo sintético en un acuífero heterogéneo. El ejemplo muestra que el método converge a la mejor estimación condicional incluso cuando los datos de nivel están fuertemente sesgados. En el mismo ejemplo, demostramos que el uso de datos de nivel sesgados en el problema inverso tradicional también puede proporcionar buenos ajustes pero, en este caso, el sesgo conduce a una estimación incorrecta del campo de transmisividad. En el cuarto capítulo aplicamos el método presentado en el capítulo anterior, acoplado a la inversión estocástica, al núcleo del SdA. En este capítulo queremos caracterizar la distribución espacial de la conductividad hidráulica a gran escala, con especial atención para la identificación de estructuras de conectividad (canales altamente conductivos) que controlan el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes. En los acuíferos evaporíticos, estos canales preferentes pueden consistir en conductos kársticos, desarrollados a diferentes escalas, así como en zonas de falla. En este contexto, investigamos si es posible utilizar la inversión estocástica para caracterizar la presencia de estructuras de conectividad en el acuífero evaporítico del SdA (gran extensión, alrededor de 1500 km2) usando los niveles medidos en numerosos puntos de observación durante una secuencia de tres pruebas hidráulicas. Los resultados muestran que, aunque la solución no es única, se identifican las principales zonas de flujo preferente. Numerosas inversiones producen ajustes similares a los descensos observados, con errores máximos de pocos centímetros. El flujo preferente se identifica no solo por regiones alargadas de alta permeabilidad, sino también por un marcado efecto escala (las transmisividades del modelo son unas 30 veces más grandes que las estimadas a través de ensayos de bombeo cortos). Las principales zonas de alta conductividad son consistentes con información independiente basada en geofísica,

The Worth of Stochastic Inversion for Identifying Connectivity by Means of a Long‐Lasting Large‐Scale Hydraulic Test: The Salar de Atacama Case Study

“…Moreover, borehole inspection camera images from the SdA typically reveal small cavities after perforation. From a theoretical perspective, when you force a flux through an evaporitic salt, characterized by rapid dissolution kinetics, wormhole development must occur (Cabeza et al, 2020;Golfier et al, 2004;Trabucchi et al, 2021).…”