+34 93 401 18 60Aquesta adreça de correu-e està protegida dels robots de spam.Necessites Javascript habilitat per veure-la.UPC: C/ Jordi Girona 31, (08034 - Barcelona) - IDAEA: C/ Jordi Girona 18-26, (08034 - Barcelona)

+34 93 401 18 60Aquesta adreça de correu-e està protegida dels robots de spam.Necessites Javascript habilitat per veure-la.
UPC: C/ Jordi Girona 31, (08034 - Barcelona) - IDAEA: C/ Jordi Girona 18-26, (08034 - Barcelona)

Líneas de Investigación

Salinització

Salinització

 El terme salinització pot referir-se a diferents fenòmens:

  1. Salinització del sòl es refereix a la precipitació de sals a la superfície del sòl i la zona d'arrels. Aquestes sals són molt solubles, el que redueix l'activitat de l'aigua i dificulta la seva absorció per les plantes, causant pèrdues en la producció agrícola. El problema és d'escala mundial; gairebé el 50% en regions àrides i semiàrides (FAO - UNESCO, 1992), o el 30% del total (Oldeman et al., 1991), pateixen algun grau de salinització. 
  1. Salinització de l'aigua es refereix a l'augment de la salinitat de l'aigua per evaporació, dissolució de sals o barreja amb aigua salina. Els exemples inclouen la salinització del llac i la salinització dels aqüífers i, específicament en els aqüífers costaners, la intrusió d'aigua de mar.

 

Salinització del sòl

 La salinització del sòl involucra dos processos (per exemple, Fujimaki, 2006): (1) l'aigua aconsegueix la superfície per capil·laritat i (2) l'evaporació augmenta la salinitat i arriba a precipitar sals que formen una crosta, el que pot reduir encara més l'evaporació. En realitat, el procés es complica per diversos factors (Gran et al., 2011a ib). La reducció de l'activitat de l'aigua redueix l'evaporació. De fet, ja que l'activitat és igual a la humitat relativa de l'aire, una activitat reduïda implica que el vapor tendirà a fluir cap a les zones salinitzades. La humitat relativa també es veu afectada per la succió, molt alta a la zona d'assecat. Els gradients de succió provoquen un flux ascendent de vapor des de les zones humides a les seques. Finalment, l'energia impulsa tot el procés. Durant l'estiu, la temperatura disminueix amb la profunditat, el que redueix la pressió de vapor per sota del front d'evaporació, el que fa que el flux de vapor sigui descendent i fa que, tot i la sequedat atmosfèrica, s'estigui produint un flux net d'aigua cap avall, com s'observa en els sòls del desert (Scanlon i Milly, 1996).

  

 

Figura 1: Evaporació a partir d'una columna de sòl per simular la salinització (Gran et al, 2011b.). Esquerra, muntatge experimental. Al mig, model conceptual dels fluxos d'aigua líquida (blau fosc) i vapor (blau clar) i dels fluxos de solut (vermell). A la dreta, fluxos d'aigua calculats. L'aigua puja per capil·laritat fins al front d'evaporació, una porció del vapor es difon cap amunt, el que porta a l'evaporació neta. La resta es difon cap avall, on condensa. 

Per tant, tres mecanismes competeixen durant la salinització: (1) flux líquid a la zona no saturada; (2) efectes de la salinitat i la succió sobre l'activitat d'aigua i (3) flux de vapor associat als gradients de temperatura. D'altra banda, les corbes de retenció i de permeabilitat relativa convencionals, desenvolupades per a sòls agrícoles, no són apropiats per a condicions seques i salades. A causa d'aquestes complexitats, la salinització del sòl generalment s'estudia per mitjà de balanços d'aigua i sal, el que pot ser suficient per a estudis regionals (per exemple Milzow et al., 2009), però no reconeix els processos a petita escala, com el flux de vapor. La comprensió d'aquests pot ser essencial per al disseny d'estratègies de rehabilitació eficaces i per respondre a les qüestions fonamentals: ¿fins on penetra la salinització? On es produeix l'evaporació? ¿És un procés de superfície o pot ocórrer en profunditat?

 

 

Experiments de salinització del sòl Per respondre a aquestes preguntes, hem realitzat assajos d'evaporació de columnes (Gran et al., 2011b). Col·loquem columnes de sorra i llim amb concentracions variables d'epsomita (MgSO4 • 7H2O) i halita (NaCl) sota un llum, de manera que la radiació superficial del sòl és similar a la radiació a l'estiu en latituds mitjanes. Controlem el pes de la columna i atribuïm la pèrdua de pes a l'evaporació. Això ens va permetre desmuntar les columnes per a diferents graus de saturació i mesurar els perfils de temperatura, salinitat i contingut d'aigua. El més cridaner d'aquests perfils és la reducció de la salinitat sota el front d'evaporació (Figura 2). Aquestes variables són interessants, però no suficients per a una caracterització detallada dels processos reals, el que requereix un modelatge detallat.
 
 
 
 
Figura 2: Anàlisi de sensibilitat de les variables d'estat simulades (i quan és apropiat, mesurar-les) la transferència de calor durant l'evaporació i la formació d'una escorça salina sobre una columna inicialment saturada amb una solució diluïda de epsomita. La saturació, la temperatura i la concentració es mostren a dalt. A continuació es mostren els fluxos de vapor i líquid i les taxes de condensació (positiva) o d'evaporació. (Gran et al., 20).

 


Modelatge de la salinització del sòl

Hem desenvolupat un model de flux multifase no isotèrmic acoblat al transport reactiu per estudiar com els gradients tèrmics, de succió i osmòtics interactuen durant l'evaporació en un sòl sorrenc (Gran et al., 2011a). Sota condicions molt seques, els fluxos de vapor es converteixen en el principal mecanisme de flux d'aigua. El model es va calibrar manualment amb el contingut d'aigua, temperatura i dades de concentració de l'experiment d'evaporació de Gran et al. (2011b). La corba de retenció i les funcions de permeabilitat relativa es van modificar per simular condicions seques. El model reprodueix amb precisió observacions experimentals de naturalesa variada (temperatura, contingut d'aigua i concentració de sal) (Figura 2). La majoria dels paràmetres del model van ser mesurats (corba de retenció) o derivats de la literatura (lleis constitutives). La fiabilitat dels paràmetres del model i el bon ajust qualitatiu entre les observacions i els resultats del model donen suport a la validesa del model, el que ens va permetre analitzar i quantificar els processos que estan tenint lloc (Figura 2).

Els resultats mostren que, des d'un punt de vista mecanicista, l'evaporació divideix el sòl en dues zones marcadament diferents. Per sobre del front d'evaporació, el sòl està sec, conté sals i el flux d'aigua es limita a la difusió de vapor. Per sota del front, el sòl està relativament humit (per sobre del contingut irreductible d'aigua), l'aigua flueix cap amunt en forma líquida per capil·laritat i cap avall en forma de vapor, causant que la salinitat caigui per sota del front. El mecanisme mostra retroalimentació positiva, ja que la condensació serà més intensa en àrees de major salinitat, diluint així l'aigua salina que pot haver-se infiltrat.


L'evaporació augmenta la pressió de vapor en el front d'evaporació, de manera que el vapor flueix cap amunt i cap avall. Tots dos fluxos es produeixen al llarg de l'experiment, però la importància relativa del flux descendent augmenta amb el temps. En el nostre model, el flux descendent és la meitat de l'ascendent al final de l'experiment. Com a resultat, la convecció de calor latent es converteix en un mecanisme de transport de calor significatiu.

El front d'evaporació és molt estret, el que contradiu creences anteriors. La major part de l'evaporació es concentra en menys d'1 cm (Figura 2). Per sobre del front s'observa una mica de evaporació, però la condensació comença immediatament sota.

 

Modelització de la salinització del llac Una extensió natural del nostre treball és la salinització de llacs, on l'enfocament és similar al de sòls, excepte que el llac es pot veure com un sistema ben barrejat. Atès que la salinització redueix l'activitat de l'aigua i, per tant, la humitat relativa a la superfície de l'aigua, l'evaporació es redueix en els llacs salins. En els casos en què la salinització provoca la precipitació de sals higroscòpiques, apareixen punts invariants, en què la taxa d'evaporació es controlada efectivament per la geoquímica del sistema (Figura 3; Gamazo et al., 2011).

 

Hem utilitzat el mateix enfocament per modelar el dipòsit de Flix durant les operacions de neteja 
 
 

 

Figura 3: Resultats de Gamazo et al. (2011): (esquerra) evolució de minerals precipitats i (dreta) zoom d'espècies dissoltes. Cal observar que l'activitat aquàtica reprodueix les dades de Sánchez-Moral et al. (2002) i que l'activitat de l'aigua es manté constant durant períodes significatius de temps (regions ombrejades en el gràfic de la dreta).

 

 Treballs addicionals i aplicacions Hem seguit treballant en la salinització en diverses direccions. D'una banda, hem utilitzat aquest enteniment per obtenir informació sobre els mecanismes de generació del drenatge àcid de les mines, el que ha portat al disseny de mètodes per controlar-(Acer et al., 2009; Bea et al., 2010a). Paral·lelament, hem desenvolupat mètodes per simular amb precisió el transport reactiu en condicions extremadament seques i salines (Bea et al., 2010b, Gamazo et al., 2012).

Les implicacions per al maneig de la sal són clares. La salinització es produeix únicament a la superfície i pot controlar-se reduint l'evaporació (per exemple, mitjançant el encoixinat del sòl) o forçant-la a que es produeixi lluny de la zona de l'arrel (per exemple per irrigació per degoteig). El punt important, però, és que, acceptant que la salinització és un procés essencialment superficial, suggereix mètodes de correcció.

 

Línies associades
  • Transport Reactiu
  • Multiphase Flow

Projectes

Flix

DRAMA,

PAROXIS

 

Referències

Acero, P.; Ayora, C.; Carrera, J.; Saaltink, M.W.; Olivella, S., 2009, Multiphase flow and reactive transport model in vadose tailings, Applied Geochemistry, 24 (7), 1238-1250.

Bea, S.A.; Ayora, C.; Carrera, J.; Saaltink, M.W.; Dold, B, 2010, Geochemical and environmental controls on the genesis of soluble efflorescent salts in Coastal Mine Tailings Deposits: A discussion based on reactive transport modeling, Journal of Contaminant Hydrology, 111 (1-4), 65-82.

Bea, S.A.; Carrera, J.; Ayora, C.; Batlle, F., 2010, Modeling of concentrated aqueous solutions: Efficient implementation of Pitzer equations in geochemical and reactive transport models, Computers & Geosciences, 36 (4), 526-538.

FAO-UNESCO, June 1992, World Soil Res, Report 67 (2-7), Release 1.1, FAO-Rome

Fujimaki, H.; Shimano, T.; Inoue, M.; Nekane, K., 2006, Effect of a salt crust on evaporation from a bare saline soil, Vadose Zone J, 5, 1246-1256.

Gamazo, P. ; Bea, S.A. ; Saaltink, MW. ; Carrera, J. ; Ayora, C., 2011, Modeling the interaction between evaporation and chemical composition in a natural saline system, Journal of Hydrology,  401 (3-4),  154-164,  doi: 10.1016/j.jhydrol.2011.02.018

Gamazo, P. ; Saaltink, M. W. ; Carrera, J. ; Slooten, L. J. ; Bea, S., 2012, A consistent compositional formulation for multiphase reactive transport where chemistry affects hydrodynamics, Advances in Water Resources, 35, 83-93.

Gran, M., Carrera, J., Olivella, S., & Saaltink, M. W., 2011a, Modeling evaporation processes in a saline soil from saturation to oven dry conditions. Hydrology and Earth System Sciences, 15(7), 2077-2089.

Gran, M.; Carrera, J.; Massana, J.; Saaltink, M. W.; Olivella, S.; Ayora, C.; Lloret, A., 2011, Dynamics of water vapor flux and water separation processes during evaporation from a salty dry soil, Journal of Hydrology, 396(3), 215-220.

Oldeman, L.R.; Hakkeling, R.T.A.; Sombroek, W.G., 1991, Int. Soil Ref. and Inf. Centre.

Scanlon, B. R.; Milly, P.C.D., 1994, Water and heat fluxes in desert soils 2, Numerical Simulations, Water Resour Res, 30(3), 721-733.

 

  • adif
  • agencia-catalana-aigua
  • agencia-residus-catalunya
  • aiguas-ter-llobregat
  • ajuntament-badalona
  • ajuntament-barcelona
  • barcelona-regional
  • bridge-technologies
  • cetaqua
  • ciudad-de-la-energia
  • clabsa
  • constructora-san-jose
  • copisa
  • cuadll
  • enresa-solucions-ambientals
  • fcc
  • gemi-arids-catalunya
  • generalitat-catalunya
  • gisa
  • gobierno-espana
  • iberinsa
  • igcg
  • incasol
  • ineco
  • instituto-geologico-minero-espana
  • port-barcelona
  • sacyr
  • sener
  • seventh-framework
  • skb
  • sqm
  • ute-sagrera-ave