El procés de dispersió de soluts en el si d'un mitjà porós heterogeni ha sigut l'objectiu de nombroses investigacions en les últimes dècades hagut de tant a les limitacions de les equacions matemàtiques que ho descriuen com a la necessitat de descriure i predir el moviment de contaminants en aqüífers reals, amb la complexitat derivada dels patrons espacials d'heterogeneïtat reals i altres incerteses en el coneixement del mitjà. 

Si assumim que l'equació clàssica de convecció-dispersió (Advection-Dispersion Equation, ADE) és vàlida a escala microscòpica, s'identifiquen dues aproximacions principals. La primera se centra en la recerca de paràmetres efectius en el domini, de manera que l'evolució del plomall de contaminant puga ser predita amb aquests per mitjà de la ADE. Conforme un plomall evoluciona, va travessant diferents heterogeneïtats, i a diferents escales, en el seu camí, per l'efecte del qual va evolucionant el valor del paràmetre que regeix la dispersió fins que, teòricament, a partir de cert moment arribaria a estabilitzar-se. No obstant açò, diferents estudis demostren que no sempre s'aconsegueix un valor asimptòtic per a la dispersivitat. Açò s'ha atribuït tant a aquest efecte combinat de les diferents conductivitats hidràuliques a diferents escales com a un possible comportament no fickiano de la dispersió. 

Altres autors han demostrat la importància de modelar adequadament l'heterogeneïtat de la conductivitat hidràulica a les diferents escales, assumint el comportament fickiano de la dispersió i atribuint les desviacions dels resultats reals enfront dels teòrics a heterogeneïtats de la conductivitat a escales inferiors a la de treball. Per a resoldre aquesta limitació, recorren a conceptes com els mitjans de porositat dual, el transport multitasa (multirate transport) o uns altres. 

Tots dos punts de vista se centren generalment en un únic paràmetre per a explicar la desviació del comportament d'un plomall de solut enfront dels resultats predits per la ADE: la variabilitat de la conductivitat hidràulica. En cap cas es fa referència o es té en compte la variabilitat espacial de la dispersivitat. Encara que es reconeix que aquest paràmetre representa de forma efectiva l'heterogeneïtat de la conductivitat hidràulica a petita escala, no es caracteritza la seua variabilitat espacial tractant de representar patrons d'heterogeneïtat anàlegs als de formacions reals. La dificultat per a mesurar o estimar aquest paràmetre i la seua enorme dependència de l'escala de la discretizatció numèrica han limitat aquesta via d'investigació. És freqüent que es calcule el valor efectiu de la dispersivitat en tot el domini en què evoluciona un plomall utilitzant el mètode dels moments espacials o a partir de les corbes d'arribada a certs punts del mitjà. Així, es perd el detall de la possible influència en la dispersió de la variabilitat local de la dispersividad a través del mitjà porós.

Aquesta tesi presenta el primer intent de modelar la variabilitat local de la dispersivitat basant-se en un experiment de flux i transport de soluts en un tanc d'experimentació d'escala intermèdia (Intermediate Scale Experiment, ISE). Els mitjans disponibles actualment per al monitoratge, adquisició i processament de dades en aquest tipus d'experiments permeten l'obtenció d'informació exhaustiva d'assajos controlats constituint una oportunitat encara no esgotada per a la investigació en aspectes bàsics del flux i transport. Fins ara, l'experimentació en laboratori s'havia centrat en l'estimació de valors efectius basats en l'anàlisi de les corbes d'arribada o de moments del plomall, en alguns casos amb l'objectiu de verificar les teories estocàstiques del transport. En aquesta investigació, s'ha construït un mitjà porós artificial inserit en un tanc d'experimentació quasi-2D, els patrons de la qual d'heterogeneïtat estaven basats en dades de conductivitat hidràulica procedent d'una formació natural altament heterogènia de característiques no gaussianes (MADE-2 site, Columbus Air Force Base en Mississippi, EUA). Controlant el potencial hidràulic a l'entrada i l'eixida del tanc, de longitud 1,2 m, altura 0,50 m i espessor 0,05 m, es van crear condicions de flux estacionari en les quals es van dur a terme diversos assajos de transport de trazadors conservatius. Aquest tanc, construït en metacrilat, va ser monitoritzat amb una xarxa de transductors de pressió d'alta precisió i es van prendre fotografies digitals de l'evolució del plomall de trazador acolorit. El processament d'aquestes imatges va permetre obtenir informació exhaustiva en una malla d'alta resolució de la distribució de concentracions del trazador per a diferents instants de l'experiment. 

Els resultats dels diferents assajos realitzats van ser analitzats acuradament per a calcular les dispersivitats tant locals com a efectiva, centrant-se aquesta investigació en un experiment seleccionat. S'observa que fins i tot a escala de laboratori ocorren fenòmens de transport anòmal i que la dispersivitats efectiva central, obtinguda dels moments de segon ordre del plomall, és més depenent dels patrons d'heterogeneïtat de la conductivitat hidràulica que de les propietats dels diferents materials que formen el mitjà porós del tanc. Les imatges successives preses van ser processades sobre una malla de discretizatció per a la qual, assumint la validesa de la ADE, es van calcular els valors locals efectius de la dispersivitat en diferents instants de temps. S'observa com, per a cada element de la discretizatció, la dispersivitat local efectiva instantània varia segons una forma típica que depèn de l'evolució del gradient de concentració en el seu interior i del material que està compost. Aquesta investigació proporciona la primera evidència disponible, basada en un experiment de laboratori controlat, de com la dispersivitat local, a causa que és un paràmetre efectiu, varia en el temps i l'espai, la seua correlació amb la conductivitat hidràulica i també la seua dependència de la “història” de concentracions i gradients en cada element de la discretizatció.