El agua del planeta esta en constante movimiento: Precipita(lluvia, granizo, llueve) desde la atmósfera; mientras cae, una parte de evapora, otra fluye a través de los ríos y otra se infiltra bajo la tierra; cuando llega al mar, y debido a la acción de los rayos solares, una gran cantidad de agua se vuelve a evaporar; al llegar a la atmósfera, este vapor se enfría y se condensa, convirtiéndose en pequeñas gotas de agua que al acumularse precipitan. Y así este ciclo se repite sin detención .
miércoles, 30 de noviembre de 2011
Ciclo hidrológico
Para definir el concepto de las aguas subterránea debemos conocer como se generan y para ello es necesario recordar el ciclo hidrológico.
Introduccion
Concepto de Hidrogeología
El naturalista francés Lamarck en 1802 quien primero utilizó el vocablo “Hidrogeología”
para definir el conjunto de fenómenos de erosión, transporte y sedimentación producidos
por los agentes acuosos, es decir lo que conocemos hoy como una parte de la Geodinámica
externa. En el mismo sentido lo usó, Powell en 1885. Sin embargo, este significado no
tuvo aceptación ni entre sus contemporáneos ni posteriormente. Fue el inglés Lucas en
1880 quien utilizó el término Hidrogeología para la investigación de las aguas
subterráneas. Desde entonces a la fecha ha existido muchas discrepancias entre los
términos Hidrogeología, Hidrología subterránea y Geohidrología, éstos dos últimos
propuesto por Meinzer en 1939 como sinónimos. El Comité Coordinador del Decenio
Hidrológico (1965-1975) patrocinado por la UNESCO adoptó las siguientes definiciones:
· Hidrología: Ciencia que trata de las aguas terrestres, de sus maneras de aparecer,
de su circulación y distribución en el globo, de sus propiedades físicas y químicas y
sus interacciones con el medio físico y biológico, sin olvidar las reacciones a la
acción del hombre.
· Hidrología Subterránea o Hidrogeología: Aquella parte de la Hidrología que
corresponde al almacenamiento, circulación y distribución de las aguas terrestres en
la zona saturada de las formaciones geológicas, teniendo en cuenta sus propiedades
físicas y químicas, sus interacciones con el medio físico y biológico y sus
reacciones a la acción del hombre.
Desde un punto de vista más general, puede decirse que la Hidrología Subterránea es un
área de la ciencia que aumenta el conocimiento humano del Universo por medio de las
observaciones, su análisis y la formulación de leyes. Es también un instrumento esencial
con que cuenta el hombre para manejar los recursos hídricos. Este aspecto ingenieril y
práctico constituye en la actualidad el campo más activo y también más significativo pues
su desarrollo está permitiendo la profundización en los conceptos básicos.
ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS
El origen de las aguas subterráneas es uno de los problemas que más han preocupado al
hombre desde los tiempos más remotos. La teoría de la infiltración, que supone que todas
las aguas subterráneas provienen bien de infiltración directa en el terreno de la lluvia o de
la nieve, o indirectamente de los ríos o lagos, no ha sido aceptada universalmente, sino
desde tiempo relativamente reciente. Los pensadores de la antigüedad creían que las
precipitaciones no eran suficientes para mantener los grandes caudales subterráneos que
emergían espontáneamente o eran alumbrados por la mano del hombre en algunos puntos
de la superficie terrestre. Y, lógicamente, se lanzaban a inventar las teorías más ingeniosas,
variadas y pintorescas para explicar su origen.
No se conservan datos sobre el pensamiento en relación con los orígenes de las aguas
subterráneas de las civilizaciones antiguas previas a los antiguos griegos. Se observa que la
falta de experimentación acompañaba a las teorías antiguas, algunas de ellas realmente
inteligentes e imaginativas, pero que hubieran sido fácilmente abandonadas mediante
alguna simple medición o experimentación directa.
Entre las teorías antiguas más conocidas están las siguientes:
Infiltración del agua marina
· Tales de Mileto (640-546 a. de J.C.) nos dice que el agua del mar era empujada por
el viento, filtrada por la tierra, donde de nuevo emergía como agua dulce.
· Platón (427-347 a. de J.C.) habla de una gran caverna adonde vuelve el agua del
océano a través de los conductos subterráneos, aunque no nos aclara mediante qué
mecanismo.
· Lucrecio (94?-55 a. de J.C.) habla del agua del mar infiltrándose en la tierra, donde
deja su “amargor” o salinidad, saliendo al exterior en forma de manantiales.
Condensación del agua marina
· Aristóteles (384-322 a. de J.C.), aunque discípulo de Platón, modificó algo su teoría
en el sentido de que en los pasajes subterráneos donde se infiltraba el agua del mar
en la tierra se desprendía vapor de agua que contribuía a la mayor parte del agua de
los manantiales.
Condensación del vapor de agua en el aire
Esta teoría propugna que el vapor de agua que contiene el aire se condensa en las
rocas y da origen de nuevo a los manantiales. Aunque esta teoría es parcialmente
correcta, pero las cantidades de agua así condensadas son una minúscula parte de la
aportación que reciben manantiales y pozos. Como es bien sabido, en algunas zonas
de la tierra, y un ejemplo de ello son algunas de las islas Canarias, prosperan
cultivos de regadío con esta fuente de humedad en zonas de precipitación muy
escasa o incluso nula.
Infiltración de las precipitaciones
Ya los romanos empezaron a pensar que las precipitaciones en forma de nieve y
agua eran suficientes para alimentar los depósitos y manantiales de agua
subterránea.
· Marco Vitrubio (15 a. de J.C.) comenzó a propugnar esta teoría y a entrever la
existencia del ciclo hidrológico como se contempla actualmente.
· Lucio Anneo Séneca (4 a. de J.C.-65 d. de J.C.) vuelve a la teoría aristotélica
concluyendo que el agua de lluvia no es suficiente para alimentar las fuentes
subterráneas.
· La teoría de la infiltración es, desde el siglo XVI, la única firme y universalmente
aceptada en la actualidad.
· Bernard Palissy (1509-1589), filósofo francés, parece ser el primero en establecer
las teorías modernas sobre el origen de las aguas subterráneas.
· Pierre Perrault (1608-1680) y Edmé Mariotte (1620-1684) midieron la
precipitación en la cuenca del Sena durante los años 1668 a 1670 y observaron que
la escorrentía superficial de la cuenca era solamente un sexto de la precipitación
total, deduciendo, por tanto, que casi la totalidad del resto alimentaba los depósitos
y fuentes subterráneos.
Esta última teoría ha sido satisfactoriamente demostrada comparando y analizando grandes
series de datos de:
· la penetración del agua de lluvia y de nieve a través del terreno,
· las pérdidas por infiltración en ríos y lagos,
· el aumento de nivel freático, como consecuencia de las lluvias y las corrientes de
infiltración de los ríos,
· la pendiente de las superficies freáticas desde las zonas de infiltración a los puntos
de afloramiento,
· la relación de la cantidad de agua extraída de un área determinada a la precipitación
media anual,
· la permeabilidad de los materiales del terreno,
· las variaciones de los afloramientos de aguas subterráneas en relación con las
variaciones de las precipitaciones.
Estado del agua subterránea
El agua, al atravesar la superficie del terreno, queda sometida a varias fuerzas, de cuya
intensidad depende el mayor o menor grado de fijación al material sólido. También existe
agua formando parte de la composición química de las rocas y agua en forma de vapor,
pero sin interés para la práctica ingenieril. La Figura 1 es una sección transversal
esquemática de la parte superior de la corteza terrestre con una columna idealizada que
muestra una clasificación común del agua subterránea y las diferentes maneras de
encontrarla en el subsuelo.
Esta sección puede dividirse en dos zonas muy definidas en función de la proporción
relativa del espacio de poros completamente ocupados por agua. Así se tiene la zona de
aireación y la zona de saturación.
Zona de aireación
Donde los poros contienen agua y aire (o vapor de agua). Se le denomina también zona
vadosa. La humedad del suelo puede encontrarse en forma de:
· Agua gravitacional, en tránsito dentro de los insterticios más gruesos del suelo,
donde presenta un estado transitorio. Después de una lluvia, el agua puede
infiltrarse a través de los poros más grandes del suelo, pero luego debe dispersarse
en la zona capilar o pasar a través de la zona vadosa hacia los acuíferos o hacia el
canal de un río.
· Agua higroscópica, adherida en una capa delgada alrededor de los granos del suelo
y también como vapor de agua. El agua higroscópica es retenida por atracción
molecular y no puede ser removida del suelo bajo condiciones climáticas normales.
Zona de saturación
Donde todos los espacios vacíos se encuentran completamente ocupados por agua. Para
fines de manejo de los recursos hídricos es la zona saturada la que interesa conocer y
explotar, pues es allí donde se aloja el agua que en algunos casos será económicamente
rentable de explotar, constituyendo los denominados acuíferos. De su conocimiento, cada
vez más perfecto, de las relaciones con el medio geológico que los alberga, así como de su
recarga o alimentación y la influencia que el hombre puede provocar en el mismo, trata
básicamente la Hidrogeología.
En la zona saturada se encuentran tres tipos de formaciones diferentes:
· Acuífero, es aquella formación geológica porosa y permeable, capaz de almacenar y
ceder agua económicamente a obras de captación.
· Acuícludo, se define como aquella formación geológica que, a pesar de contener
agua en su interior, incluso hasta la saturación, no la transmite y por lo tanto no es
posible su explotación.
· Acuitardo: hace referencia a la existencia de numerosas formaciones geológicas
que, a pesar de contener apreciables cantidades de agua, la transmiten muy
lentamente, por lo que tampoco son aptos para el emplazamiento de captaciones.
Aguas subterráneas y su aprovechamiento a lo largo de la historia
Se llaman aguas subterráneas a las existentes entre los intersticios del terreno, bajo su
superficie. La aparente falta de regularidad en la aparición de afloramientos de aguas
subterráneas y la dificultad de su previsión, unido a la enorme importancia que en algunas
regiones ha representado su existencia para la vida de los pueblos, han dado siempre un
carácter curiosamente misterioso a los estudios que se les han dedicado desde la
antigüedad más remota.
La apertura de pozos para captar el agua de subsuelo es realmente una de las prácticas más
antiguas del hombre. La literatura de las más antiguas culturas abunda en descripciones, a
veces pintorescamente detalladas, de las técnicas constructivas o de las operaciones mágicas relacionadas con los alumbramientos de aguas. De ellos son verdaderamente
notables los kanats persas y egipcios, galerías de enorme longitud excavadas en areniscas,
en donde la escasez de medios de perforación y transporte estaba a menudo suplida por el
ingenio de sus constructores.
A pesar de la antigüedad de estos conocimientos prácticos sobre el alumbramiento de
aguas subterráneas mediante pozos, el verdadero desarrollo de las técnicas científicas de
explotación y captación de ellas ha tenido lugar, en los últimos sesenta años. Las modernas
técnicas de sondeo, el empleo de equipos de bombeo modernos, especialmente la bomba
vertical sumergida, accionada por motores eléctricos, han sido los factores determinantes
del marcado incremento reciente del uso de las aguas subterráneas, sobre todo en aquellos
países de un desarrollo industrial elevado.
ALIMENTACION O RECARGA DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS
Infiltración Natural
La infiltración se produce en el terreno por la acción conjunta de dos fuerzas, a saber la
gravedad y la atracción molecular, las que pueden actuar en un mismo sentido o bien en forma
opuesta, según las circunstancias. La magnitud de la infiltración y por lo tanto de la alimentación
de las napas subterráneas, se ve influenciada por dos tipos de condiciones; las que dicen
relación con las precipitaciones que constituyen la fuente misma de origen del agua, y las que
dicen relación con las condiciones del terreno, que son las responsables de las mayores precipitaciones, que constituyen la fuente misma de origen del agua, y las que
menores facilidades existentes para la infiltración y que determinan finalmente la proporción de
las precipitaciones que pueden llegar a constituir una recarga de las napas subterráneas. En
este segundo tipo deben incluirse además las condiciones geológicas del subsuelo que son las
que fijan la existencia y potencia de rellenos permeables, es decir, determinan la capacidad del subsuelo para recibir y regular el agua proveniente de las infiltraciones.
Infiltración de las Corrientes Superficiales
Las corrientes se clasifican en general en dos categorías: corrientes influentes y corrientes
efluentes. En las primeras, el nivel de las aguas superficiales está por encima de la superficie
freática libre y el agua pasa desde la corriente superficial a la zona de saturación. Por el
contrario, una corriente se llama efluente si su nivel está por debajo del nivel freático y, por
tanto, recibe aportaciones de agua subterránea de los mantos de la laderas. En algunas
regiones relativamente lluviosas, casi todas las corrientes de agua de flujo perenne o casi
perenne son efluentes.
En estas regiones, la recarga tiene lugar en las zonas existentes entre dos ríos o arroyos, de manera que las corrientes sirven como canales de drenaje natural que descargan el exceso de caudal de los almacenes subterráneos de agua. La recarga tiene lugar principalmente por la penetración vertical de la lluvia y del agua de las nieves en la inmediata vecindad de su punto de precipitación.
Sin embargo, cuando la intensidad de precipitación de lluvia o nieve es superior a la velocidad con que puede infiltrarse el agua a través de la superficie del terreno, este exceso de precipitación correrá sobre la superficie en la dirección de su máxima pendiente.
Al principio de una lluvia, la escorrentía se presenta en forma de una lámina fina irregular de
agua, pero muy pronto el agua superficial se concentra a lo largo de las vaguadas o
depresiones y forma las corrientes intermitentes que llevan el agua al sistema de corrientes
perennes. De esta forma, las partes bajas de las vaguadas y de los canales de estas corrientes
superficiales temporales transportan el agua durante un período de tiempo más largo y con
mayor carga hidráulica que la que se produciría solamente por la precipitación y, por tanto, en
ellas se produce una infiltración mayor que la media, siendo especialmente eficaces en cuanto
se refiere a la recarga de los depósitos de aguas subterráneas inferiores. Es éste un aspecto
importante de la cuestión, que muy a menudo se ha pasado por alto por aquellos que sostienen
que la recarga directa de lluvia o nieve es despreciable o nula.
Bibliografia
http://www.cec.uchile.cl/~ci51j/txt/Apuntes/Tema01.pdf
http://ctp.uprm.edu/jobos/educacion/acuiferos.html
http://ing.unne.edu.ar/pub/infi.pdf
http://www.uclm.es/area/ing_rural/Trans_hidr/Tema14.pdf
Curso Hidráulica de Aguas Subterráneas y Su Aprovechamiento. Espinoza, Carlos.
Universidad de Chile
Hidrología Subterránea. Custodio y Llamas.
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