Tema 5 Aguas Subterráneas El Agua Subterránea Representa Una

tema 5 aguas subterráneas el agua subterránea representa una fracción importante del agua presente en cada momento en los continentes,

Tema 5
Aguas subterráneas
El agua subterránea representa una fracción importante del agua
presente en cada momento en los continentes, con un volumen mucho más
importante que el del agua retenida en lagos o circulante, aunque
menor que el de los glaciares. El agua del subsuelo es un recurso
importante, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la
contaminación y a la sobreexplotación.
Es un prejuicio común que el agua subterránea llena cavidades y
circula por galerías. Sin embargo, se encuentra ocupando los
intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del
sedimento sin consolidar, los cuales la contienen como una esponja. La
única excepción significativa la ofrecen las rocas solubles como las
calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado
karstificación, en el que el agua excava simas, cavernas y otras vías
de circulación.
1. Acuíferos
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El agua subterránea se encuentra normalmente empapando materiales
geológicos permeables que constituyen formaciones o niveles a los que
llamamos acuíferos. Un acuífero es aquella área bajo la superficie de
la tierra donde el agua de la superficie (p. ej. lluvia) percola y se
confina, donde a veces lentamente se mueve subterráneamente al océano
por ríos subterráneos.
Se cava en la tierra para exponer el acuífero, con pozos y recuperar
esta agua para consumo humano, agrícola o industrial.
En lugares alejados de ríos, lagos o mares, los acuíferos son a menudo
la única fuente de agua disponible, especialmente en áreas como los
desiertos de Atacama, Kalahari y Sahara. A veces esta agua sale a la
superficie por sí sola a través de una naciente, manantial, vertiente,
aguas termales o geíser. La zona del subsuelo en la que los huecos
están llenos de agua se llama zona saturada.
El nivel superior de la zona freática se conoce como nivel freático.
El nivel freático puede encontrarse a muy diferentes profundidades,
dependiendo de las circunstancias geológicas y climáticas, desde sólo
unos centímetros hasta centenas de metros por debajo de la superficie.
En la mayoría de los casos la profundidad varía con las circunstancias
meteorológicas de las que depende la recarga de los acuíferos. El
nivel freático no es horizontal, a diferencia del nivel superior de
los mares o lagos, sino que es irregular, con pendiente monótonamente
decreciente desde el nivel fijo superior, al nivel fijo inferior. Por
encima de la zona saturada, desde el nivel freático hasta la
superficie, se encuentra la zona no saturada o zona vadosa, en la que
la circulación es principalmente vertical, representada principalmente
por la percolación, la circulación movida por la gravedad del agua de
infiltración.
2. Estructura de los acuiferos
Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la
superficie, en donde se acumula y por donde circula el agua
subterránea. En un acuífero se distinguen:
Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa
impermeable, donde el agua rellena completamente los poros de las
rocas. El limite superior de esta zona,que lo separa de la zona de
aiereación, es el nivel freático y varía segun las circunstancias,
descendiendo en épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo
hace a un ritmo más lento que su descarga, y asciende en épocas
húmedas.
Una zona de aireación o vadosa, que es el espacio comprendido entre el
nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos
de agua.
Perforando el terreno hasta la zona de saturación es como se obtiene
un pozo ordinario, mientras que la formación de un manantial o fuente
se produce cuando, por cualquier causa el nivel freático aflora a la
superficie y las aguas salen al exterior.
Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre
dos capas impermeables con forma de U, el manto se denomina cautivo o
confinado. En este caso, el agua se encuentra sometida a una fuerte
presión y, si se perfora la capa superior, sale como un surtidor. Este
tipo de pozos se llaman pozos artesianos.
Tipos de acuíferos
Tipos de acuíferos
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Desde el punto de vista de su conformación se pueden distinguir los
acuíferos libres, y los acuíferos confinados.
En la figura al lado se ilustran los dos tipos de acuíferos:
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(a): río o lago, en este caso es la fuente de recarga de ambos
acuíferos;
*
(b): suelo poroso no saturado
*
(c): suelo poroso saturado, en el cual existe una camada de
terreno impermeable (d), formado, por ejemplo por arcilla, este
estrato impermeable confina el acuífero a cotas inferiores;
*
(d): suelo impermeable;
*
(e): acuífero no confinado;
*
(f): manantial;
*
(g): pozo que capta agua del acuífero no confinado;
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(h): pozo que alcanza el acuífero confinado, frecuentemente el
agua brota como en un surtidor o fuente, llamado pozo artesiano.
Recarga
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El agua del suelo se renueva en general por procesos activos de
recarga desde la superficie. La renovación se produce lentamente
cuando la comparamos con la de los depósitos superficiales, como los
lagos, y los cursos de agua. El tiempo de residencia (el periodo
necesario para renovar por completo un depósito a su tasa de
renovación normal) es muy largo. En algunos casos la renovación está
interrumpida, por la impermeabilidad de las formaciones geológicas
superiores (acuitardos), o por circunstancias climáticas sobrevenidas
de aridez.
En ciertos casos se habla de acuíferos fósiles, estos son bolsones de
agua subterranea, formados en épocas geológicas pasadas, y que, a
causa de variaciones climáticas ya no tienen actualmente recarga.
El agua de las precipitaciones (lluvia, nieve,...) puede tener
distintos destinos una vez alcanza el suelo. Se reparte en tres
fracciones. Se llama escorrentía a la parte que se desliza por la
superficie del terreno, primero como arroyada difusa y luego como agua
encauzada, formando arroyos y ríos. Otra parte del agua se evapora
desde las capas superficiales del suelo o pasa a la atmósfera con la
transpiración de los organismos, especialmente las plantas; nos
referimos a esta parte como evapotranspiración. Por último, otra parte
se infiltra en el terreno y pasa a ser agua subterránea.
La proporción de infiltración respecto al total de las precipitaciones
depende de varios factores. La litología (la naturaleza del material
geológico que aflora e la superficie) influye a través de su
permeabilidad, la cual depende de la porosidad, del diaclasamiento
(agrietamiento) y de la mineralogía del sustrato. Por ejemplo, los
minerales arcillosos se hidratan fácilmente, hinchándose siempre en
algún grado, lo que da lugar a una reducción de la porosidad que
termina por hacer al sustrato impermeable. Otro factor desfavorable
para la infiltración es una pendiente marcada. La presencia de
vegetación densa influye de forma compleja, porque reduce el agua que
llega al suelo (interceptación), pero extiende en el tiempo el efecto
de las precipitaciones, desprendiendo poco a poco el agua que moja el
follaje, reduciendo así la fracción de escorrentía y aumentando la de
infiltración. Otro efecto favorable de la vegetación tiene que ver con
las raíces, especialmente las raíces densas y superficiales de muchas
plantas herbáceas, y con la formación de suelo, generalmente más
permeable que la mayoría de las rocas frescas.

La velocidad a la que el agua se mueve depende del volumen de los
intersticios (porosidad) y del grado de intercomunicación entre ellos.
los dos principales parámetros de que depende la permeabilidad. Los
acuíferos suelen ser materiales sedimentarios de grano relativamente
grueso (gravas, arenas, limos, …). Si los poros son suficientemente
amplios, una parte del agua circula libremente a través de ellos
impulsada por la gravedad, pero otra queda fijada por las fuerzas de
la capilaridad y otras motivadas por interacciones entre ella y las
moléculas minerales.
En algunas situaciones especiales se ha logrado la recarga artificial
de los acuíferos, pero este no es un procedimiento generalizado, y no
siempre es posible. Antes de poder plantearse la conveniencia de
proponer la recarga artificial de un acuífero es necesario tener un
conocimiento muy profundo y detallado de la hidrogeología de la región
donde se encuentra el acuífero en cuestión por un lado y por otro
disponer del volumen de agua necesario para tal operación.
Descarga
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El agua subterránea mana de forma natural en distintas clases de
surgencias en las laderas (manantiales) y a veces en fondos del
relieve, siempre allí donde el nivel freático intercepta la
superficie. Cuando no hay surgencias naturales, al agua subterránea se
puede acceder a través de pozos, perforaciones que llegan hasta el
acuífero y se llenan parcialmente con el agua subterránea, siempre por
debajo del nivel freático, en el que provoca además una depresión
local. El agua se puede extraer por medio de bombas.
Sobreexplotación
Los pozos se pueden secar si el nivel freático cae por debajo de su
profundidad inicial, lo que ocurre ocasionalmente en años de sequía, y
por las mismas razones pueden dejar de manar las fuentes. El régimen
de recarga puede alterarse por otas causas, como la repoblación
forestal, que favorece la infiltración frente a la escorrentía, pero
aún más favorece la evapotranspiración, o por la extensión de
pavimentos impermeables, como ocurre en zonas urbanas e industriales.
La principal razón para el descenso del nivel freático es sin embargo
la sobreexplotación. En algunas partes del mundo la extensión de la
irrigación y de otras actividades que consumen agua se ha hecho a
costa de acuíferos cuya recarga es lenta o casi nula. El resultado ha
sido diverso pero siempre negativo. En algunos casos la
sobreexplotación ha favorecido la intrusión de agua salina por la
proximidad de la costa, provocando la salinización del agua e
indirectamente la de los suelos agrícolas.
Contaminación del agua subterránea
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El agua subterránea tiende a ser dulce (es decir, de muy baja
salinidad) y potable (puede ser bebida sin riesgo). Sin embargo en
ocasiones las capas freáticas son demasiado ricas en sales disueltas
como para ser consumida, y eso mismo puede resultar inconveniente
también para otros usos determinados. La circulación subterránea
tienden a depurar el agua de partículas y microorganismos, pero en
ocasiones éstos llegan al acuífero por contaminación debida a los usos
humanos, como fosas sépticas o residuos agrícolas. El agua subterránea
puede contaminarse por otras causas antropogénicas (debidas a los
seres humanos), como la infiltración de nitratos y otros abonos
químicos muy solubles usados en la agricultura, que suele ser una
causa grave de contaminación de los suministros en llanuras de elevada
productividad agrícola y densa población.
Algunos contaminantes se originan de la erosión natural de las
formaciones rocosas. Otros contaminantes provienen de descargas de
fábricas, productos agrícolas, o químicos utilizados por las personas
en sus hogares y patios. Los contaminantes también pueden provenir de
tanques de almacenamiento de agua, pozos sépticos, lugares con
desperdicios peligrosos y vertederos. Actualmente, los contaminantes
del agua subterránea que más preocupan son los compuestos orgánicos
industriales, como disolventes, pesticidas, pinturas, barnices, o los
combustibles, como la gasolina.
Otro capítulo lo forman los abonos químicos minerales, especialmente
los nitratos, que son el contaminante inorgánico más conocido y quizás
uno de los que genera mayor preocupación. El nitrato se origina de
diferentes fuentes: aplicación de fertilizantes, pozos sépticos que no
estén funcionando bien, lagunas de retención de desperdicios sólidos
no impermeabilizadas por debajo y la infiltración de aguas residuales
o tratadas. El envenenamiento con nitrato es peligroso en los niños.
Altos niveles de nitrato en el cuerpo pueden limitar la capacidad de
la sangre para transportar oxígeno, causando asfixia en bebés. En el
tubo digestivo el nitrato se reduce produciendo nitritos, que son
cancerígenos.
En el bajo valle del Ganges se da un caso particularmente serio de
contaminación por arsénico, que está causando la intoxicación crónica,
para combatir la cual no se encuentran medios, de decenas de millones
de personas. La causa es la combinación de un factor antropogénico, la
contaminación orgánica ligada a la intensificación del regadío, y una
natural, una cepa bacteriana del suelo que, bajo las nuevas
condiciones, libera el arsénico soluble y tóxico que antes permanecía
retenido en la roca. Éste es sin duda el más aguda problema de
contaminación detectado hasta la fecha.
El agua subterránea en áreas costeras puede contaminarse por
intrusiones de agua de mar cuando la tasa de extracción es muy alta,
causando que el agua del mar penetre en los acuíferos de agua dulce.
Este problema se puede aplazar diseñando apropiadamente la ubicación
de los pozos y excavando otros pozos que ayuden a mantener el agua
salada lejos del acuífero de agua dulce, pero es inevitable a la larga
mientras la extracción supere a la recarga por agua dulce.
La contaminación del agua subterránea es especialmente grave por su
persistencia. Es una consecuencia de su pequeña tasa de renovación y
largo tiempo de residencia. Además el agua no tiene la accesibilidad
necesaria para usar procesos artificiales de depuración como los que
se puede aplicar en caso de necesidad a los depósitos superficiales.
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Conceptos
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porosidad: relación entre el volumen de huecos y el volumen total
porosidad eficaz: Poros interconectados entre sí
permeabilidad: o conductividad hidráulica es la propiedad del material
que permite la filtración de fluidos a traves de poros interconectados
Ley de Darcy: regula el movimiento de las aguas subterráneas “caudal
(velocidad media) que pasa por una sección unidad de acuífero bajo un
gradiente unidad a una temperatura fija” V= ki ó Q = k i A
Transmisividad: (T) volumen de agua que atraviesa una banda de
acuífero de ancho unitario en la unidad de tiempo y bajo la carga d
eun metro. Es representativa de la capacidad que tiene un acuífero de
ceder agua
Redes de flujo. Al atravesar un medio permeable, las particulas de
agua fluyen a traves de los poros en infinitas líneas de flujo que los
interconectan. La red de flujo se construye seleccionando gráficamente
solo algunas de estas lineas de flujo o lineas de corriente. Este
flujo obedece a la ecuación de Laplace,