Aguas subterráneas. Las aguas subterráneas son aguas continentales que provienen de la lluvia, el deshielo los torrentes, los ríos o, incluso, el mar. Se infiltran en el terreno a través de los poros y las grietas y se almacenan o circulan por el subsuelo. Los factores que condicionan la infiltración son:

• El clima ya que cuanto mayor sea la precipitación, mayor será la cantidad de agua que se pueda infiltrar.

• La pendiente, porque si la inclinación del terreno es pronunciada, el agua discurre rápidamente, sin  tiempo a infiltrarse.

• La vegetación, que dificulta el movimiento del agua y favorece, por ello, la infiltración.

• La permeabilidad de los materiales.

Aguas Subterráneas Es aquella parte del agua existente bajo la superficie terrestre que puede ser colectada mediante perforaciones, túneles o galerías de drenaje o la que fluye naturalmente hacia la superficie a través de manantiales o filtraciones a los cursos fluviales

Son las aguas procedentes de las precipitaciones (lluvia, nieve, granizo, etc.) y del deshielo de las nieve que se infiltra en el terreno a través de las rocas permeables (rocas que dejan pasar líquidos) y que forman la superficie terrestre. Este agua infiltrada se desplaza por el interior de la tierra lentamente por gravedad (atracción de la tierra) hasta que se encuentra una roca impermeable (que no deja pasar el líquido) y no puede seguir su descenso acumulándose y formando lo que se conoce con el nombre de acuífero. Si tuviéramos que definir un acuífero diríamos que es un volumen subterráneo de roca y arena que contiene agua.

De forma indirecta también podemos encontrar aguas subterráneas de infiltraciones de ríos y lagos.

Aguas subterráneas Acuífero

Un acuífero es un volumen subterráneo de roca y arena que contiene agua. El agua subterránea que se halla almacenada en los acuíferos es una parte importante del ciclo hidrológico. Se han realizado estudios que permiten calcular que aproximadamente el 30 por ciento del caudal de superficie proviene de fuentes de agua subterránea

(Figura 4).

Los acuíferos los podemos clasificar en:

1. Acuíferos libres. Son aquellos en los que el nivel de agua se encuentra por debajo del techo de la formación permeable. Liberan agua por desaturación, es decir, el agua que ceden es la procedente del drenaje de sus poros.

   (Figura 5)

2. Acuíferos confinados. Son aquellos cubiertos por una capa impermeable confinante. El nivel de agua en los acuíferos cautivos está por encima del techo de la formación acuífera. El agua que ceden procede de la expansión del agua y de la descompresión de la estructura permeable vertical, cuando se produce la depresión en el acuífero. También se les denomina acuíferos cautivos.

1. Acuíferos semiconfinados. Se pueden considerar un caso particular de los acuíferos cautivos, en los que muro, techo o ambos no son totalmente impermeables, sino que permiten una circulación vertical del agua.

ACCIÓN GEOLÓGICA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS

La acción geológica de las aguas subterráneas es muy potente, independientemente de la velocidad con la que discurren las aguas, que es una velocidad muy lenta. Esta acción puede ser de dos tipos:

Acción mecánica

El agua, al infiltrarse, rellena los poros de la roca, aumentando el peso de ésta. Si los materiales se encuentran situados en una pendiente de gran inclinación o sobre una capa de arcillas, la roca se deslizará pendiente abajo por efecto de la gravedad, generando una colada de barro. Estas coladas de barro son muy destructivas, cortando vías de comunicación, obstruyendo el curso de un río, destruyendo pueblos.

Acción química

Se produce por la suma de la acción de los gases del aire, el agua y las sales que lleva disueltas el agua. Puede producir oxidación de materiales ricos en hierro, disolución de materiales solubles , como el yeso, lo que provoca la desaparición de la roca, sustitución de materiales solubles, por otros que van disueltos en el agua, que precipitan y forman geodas. Por último, se puede producir la carbonatación, proceso de disolución de rocas calizas por efecto del CO₂, lo que origina el llamado proceso kárstico.

Hidrogeología

Estudia el almacenamiento, circulación y distribución de las aguas terrestres en las zonas saturada y no 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.

Permeabilidad

La permeabilidad de un material es la capacidad que este tiene de transmitir un fluido, en este caso agua. Un material será más permeable cuando sea poroso y estos poros sean de gran tamaño y estén conectados.

Poros

Se refiere a los espacios abiertos en los diferentes tipos de rocas:

En las Rocas Duras: Los espacios corresponden a fracturas, diaclasas, planos de estratificación y cavidades producto de la disolución. Estos espacios no tienen una distribución uniforme y se consideran como fenómenos localizados Este tipo de porosidad se denomina “porosidad secundaria” En las Rocas Blandas los poros están presentes entre los granos individuales y los minerales. La distribución de éstos poros es mucho mas homogénea que en las rocas consolidadas. Este tipo de porosidad se denomina. Porosidad Primaria o Porosidad Intergranular.

Porosidad

La porosidad de un material representa un porcentaje que relaciona el volumen que ocupan los poros en un volumen unitario de roca; esto es si la porosidad es del 50 % significa que la mitad de la roca está constituida por poros y la otra mitad por partículas sólidas.

En la Figura 6, se representa a las partículas del suelo (círculos amarillos) y subterráneas (azul flechas). Es de esta manera como llega el agua superficial hacer parte del agua subterránea, que se almacena en suelo y forman los acuíferos.

Pozo

Un pozo es un agujero, excavación o túnel vertical que perfora la tierra, hasta una profundidad suficiente para alcanzar lo que se busca, sea una reserva de agua subterránea del nivel freático o fluidos como el petróleo. Generalmente de forma cilíndrica, se suele tomar la precaución de asegurar sus paredes con ladrillo, piedra, cemento o madera, para evitar su deterioro y derrumbe

(Figura 7).

Unidad hidrogeológica

Es un conjunto de formaciones geológicas cuyo funcionamiento hidrogeológico conviene considerar conjuntamente. Dentro de la unidad podrá haber uno o varios acuíferos y quizás acuitardos o acuicludos entre ellos. Se consideran una unidad porque están conectados de modo que su funcionamiento (entradas, salidas, balance) hay que estudiarlo de un modo conjunto. Esta agrupación de formaciones es relativamente subjetiva, depende de la escala y delos objetivos del trabajo. Una unidad puede subdividirse en unidades menores.

Aspectos conceptuales

Los conceptos de acuífero y de agua subterráneas pueden variar según se trate de sistemas en estado natural o de sistemas en explotación, de forma que se suele aceptar una definición más amplia en el caso de unidades no explotadas que cuando se ponen por medio intereses económicos, sin embargo la lógica parece indicar que dicha definición ha de ser independiente del uso del recurso. Al margen de las consideraciones apuntadas anteriormente y, como punto de partida para el tema que vamos abordar, las diferentes formaciones geológicas se pueden clasificar en su función de su capacidad para almacenar y transmitir agua, existen otros tipos de acuíferos desde el punto de vista hidráulico, que abordaremos en esta sección:

a) Características de los Acuíferos La propiedad de los acuíferos de contener agua, está gobernada por varios factores: Porosidad, Permeabilidad, Transmisibilidad Especifica y Coeficiente de Almacenamiento. Conocer estas características permite evaluar la magnitud del recurso y su aprovechamiento racional sin peligro a agotarlo (Arocha, 1980).

Porosidad (n)

Como las rocas no son completamente sólidas (poseen grietas o espacios intergranulares), y al conjunto de estas aberturas o intersticios se le llama porosidad. La porosidad no define la existencia del acuífero, sino que además se requiere de estos estén interconectados; característica que se ve afectada por los factores siguientes: Grado de comparación del material, forma y arreglo de las partícula y su gradación, las cuales son independientes del tamaño de las mismas. El valor de “n”, varía de 0 a 50%, dependiendo de los factores mencionados.

Permeabilidad (K)

Es la propiedad de las rocas de permitir o no el flujo del agua; es decir, un estrato geológico siendo poroso puede contener agua, pero si los espacios vacíos no se interconectan, el agua no circula.

Esta libertad de movimiento depende de: Tamaño y forma de las partículas, gradación del material y viscosidad del agua. El coeficiente de permeabilidad de un material, se define como el volumen de agua que asa por unidad de tiempo, a través de una sección de acuífero de área unitaria (1 m2), cuando el gradiente hidráulico es unitario y la temperatura este en promedio de 15°C. La Permeabilidad tiene dimensiones de velocidad m/día ó m3 /día/m2 (Arocha, 1980). Para su determinación, en forma practica, se indica a continuación los materiales y procedimientos siguientes:

• Una lata con capacidad de 1,5 litros o más, sin tapa ni base

• Un martillo

• Una tabla de madera

• Una regla

• Un balde, un frasco o una botella para colocar de 1 a 2 litros de agua

• Un reloj

• Un trozo de 10 cm de cinta adhesiva o cinta aisladora

• Un lápiz y papel o una computadora portátil para anotar tus observaciones y los resultados.

Con estos materiales e procede a realizar la prueba para la determinación dela permeabilidad de la manera siguiente:

Primero describir la zona, donde se realizara a prueba, teniendo en consideración: La ubicación (si es una pradera, rivera de un río y otras), la cobertura vegetal existente en la zona (pastos, musgos, hojas secas y otras) y la condición del suelo (seco, húmedo, arenoso, granulado, suelto, arcilla dura y otras).

• Colocar la lata en el suelo y luego encima de la misma, poner el trozo de madera, con el fin de procede a golpear con un martillo para la lata se hunda en le suelo entre unos 5 a 10 centímetros (Figura 8).

  1. Colocar un trozo de cinta en la parte interna de la lata, cerca del borde superior, en forma paralela (Figura 8).

  2. Medir la distancia que existe entre la parte inferior de la cinta hasta el suelo y anótala.

  3. Vierta el agua dentro de la lata hasta que llegue al borde inferior de la cinta, que se encuentra ubicada en el interior del recipiente. (Figura 9).

  4. Proceda a registrar el tiempo, que demora el agua en ingresar al suelo, en forma tabular que permita tener los pares de valores de las variables tiempo y distancia.

  5. Si el agua es absorbida durante el curso del experimento, llena la lata nuevamente de inmediato hasta la marca de la cinta. Las mediciones que hagas a partir de este momento deberán anotarse como la distancia total desde el suelo hasta la cinta más la distancia que hay desde el nivel del agua hasta la cinta.

  6. Si tienes que llenar nuevamente la lata, asegúrate de agregar la distancia que hay desde el suelo a la cinta en tus mediciones nuevamente.

  7. Divide la cantidad de agua absorbida en una hora por 60 para obtener la permeabilidad en centímetros por minuto en una hora.

     • la Temperatura

     • la Presión Atmosférica

     • las MareasDivide la cantidad de agua absorbida en 30 minutos por 30 para obtener la permeabilidad en centímetros por minuto para la primera media hora. ¿Es la misma velocidad que para una hora completa?.

Transmisibilidad o Transmisividad (T)

Es una medida de la capacidad de un acuífero para conducir agua o transmitir agua, definiéndose como el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo, a través de una franja vertical de acuífero de ancho unitario, extendida en todo el espesor saturado, cuando el gradiente hidráulico es unitario y a una temperatura de 15°C (Arocha 1980). La transmisividad es el producto de la conductividad hidráulica y el espesor saturado del acuífero:

T = b * K (1)

Donde:

• T —> Transmisividad (L2/T),

• b —> Espesor saturado del acuífero (L)

• K —> Conductividad hidráulica (L/T).

Para un acuífero compuesto de muchos estratos la transmisividad total es la suma de las transmisividades de cada estrato:

T = Σ TI (2)

Donde:

• n —> Número total de estratos y

• Ti —> Transmisividad del estrato i.

La transmisividad de un acuífero es un concepto que asume que flujo a través de él es horizontal. En algunos casos este supuesto es válido, pero en otros no. También nos indica la posibilidad que ofrece un acuífero de cara a su explotación. Su determinación, a veces puede hallarse mediante prueba de bombeo; así como también, deducirla conociendo los valores de b y K

Coeficiente de Almacenamiento (S)

Es adimensional. Se refiere al volumen que es capaz de liberar el acuífero al descender en una unidad el nivel piezométrico ( o la presión)

Se define como el volumen de agua que puede ser liberado por un prisma vertical del acuífero, de sección igual a la unidad y altura la del espesor saturado, si se produce un descenso unidad del nivel piezométrico. En acuíferos confinados los valores típicos se encuentran entre 0.00005 y 0.005, mucho menores que la porosidad eficaz de un acuífero libre. Esto se debe a que en un acuífero confinado el agua no es liberada por el drenaje de los intersticios sino por la compresión del acuífero, en particular de las capas de arcillas y limos intercaladas, (por eso también denominado coeficiente de almacenamiento elástico), y todo el material acuífero permanece saturado.

En un acuífero libre: S = 0’05 – 0’03

En acuíferos confinados: S = 10 -3 – 10 -5

Aspectos Metodológicos

Para la evaluación y caracterización de las aguas subterráneas, asociado a la explotación de las aguas contenidas en los acuíferos, se muestran los aspectos conceptuales siguientes:

a) Origen de las aguas subterráneas 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

Figura 12. Ciclo Hidrológico.

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 las lluvias o nieves, o indirecta de ríos o lagos, no ha sido aceptada universalmente, sino desde tiempos relativamente recientes.

Figura 13. Flujo de agua subterránea

Entre las teorías más conocidas están las siguientes:

Infiltración del agua marina

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. 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. Esta parece ser una teoría intermedia entre la filtración del agua marina y la teoría de la condensación. 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. 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

Un paso más en la teoría de Aristóteles y nos encontramos con que el agua de mar se evapora en grandes cavernas subterráneas, se condensa en su parte superior como agua dulce que sale a la superficie en forma de manantiales. Parece que incluso Descartes (1596-1650) y Nicolás Papín propugnaron esta idea. Es ingeniosa esta inversión del ciclo natural del agua, ya que explica a la vez la pérdida de salinidad del agua marina y el hecho de que las fuentes de agua dulce se encuentren a nivel superior al del mar.

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. No cabe duda de que esta teoría es parcialmente correcta, aunque, en general, 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.

Teoría de la 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. En cambio, 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.

Figura 14. Flujo de agua en le suelo La comprobación de la teoría mediante, por fin, medidas experimentales directas parece haber sido debida a Pierre Perrault (1608-1680) y Edmé Mariotte (1620-1684), que midieron la precipitación en la cuenca del Sena durante los años 1668 a 1670 y observaron que la escorrentía 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.

Figura 15. Perfil del suelo

b) Alimentación de las napas subterráneas

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; la Precipitaciones y las condiciones del terreno.

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.

Recarga Proveniente de Regadíos Es interesante considerar que por efecto de regadío aplicado a los terrenos de cultivo, se produce en ellos una infiltración de una cierta parte del agua aplicada que pasa a constituir una nueva fuente de alimentación para las napas subterráneas. Del total del agua que se aplica en riegos en una zona, una parte normalmente importante se gasta en lo que se designa como “consumo evapotranspirativo” o “tasa neta” (agua transpirada por la planta y retenida en su tejido durante su crecimiento, más la evaporada desde la superficie del terreno), otra parte escurre superficialmente mientras que el saldo resultante se infiltra hacia las capas del subsuelo constituyendo la recarga ya referida de las napas.

Alimentación Artificial Otro factor de recarga que en algunos casos puede aplicarse con éxito es la “recarga artificial”. Consiste esencialmente en facilitar la infiltración de agua superficial hacia el subsuelo en los lugares apropiados para el objeto

c) Influencia de factores Meteorológicos sobre las Napas Subterráneas

Tres factores:pueden tener influencia sobre las napas subterráneas.

La temperatura puede hacer sentir su efecto sobre napas libres a través de la variación en el contenido de agua del suelo no saturado situado inmediatamente por encima de su nivel freático. Dado que las variaciones de la temperatura exterior se propagan muy lentamente al interior de los terrenos, este efecto prácticamente carece de importancia salvo en caso de estudios de muy larga duración. Cabe señalar por ejemplo que las oscilaciones diurnas de temperatura en general no se detectan más allá de 1 m de profundidad bajo la superficie del terreno. Las variaciones de la presión atmosférica repercuten muy rápidamente sobre los niveles de agua que se encuentran en pozos y sondajes en napas artesianas. Un aumento de la presión atmosférica produce los siguientes efectos sobre una napa confinada o artesiana:

• Se transmite en forma total y directamente sobre los espejos de agua que puedan existir en pozos y sondajes.

• Se transmite, a través de la capa impermeable que limita superiormente la napa, a los materiales permeables que constituyen el acuífero y al agua contenida en él. Parte del aumento de presión es tomado por los materiales permeables y parte por el agua.

La superposición de estos dos efectos hace bajar el nivel de agua que se observa en un pozo en una cantidad menor que el correspondiente aumento de presión debido a que si bien el agua contenida en el acuífero también aumenta de presión, lo hace en una cantidad menor.

d) Ventajas de las captaciones subterráneas

Las principales ventajas de las captaciones de aguas subterráneas por pozos, según sus distintos tipos de uso, pueden resumirse en:

• Utilización de agua potable

• Exige pequeñas inversiones iniciales en comparación con las de plantas de filtros para tratamiento de aguas superficiales (gran importancia cuando los capitales son escasos).

• Los problemas de abastecimiento en grandes ciudades pueden ir solucionándose paulatinamente junto con el crecimiento del consumo sin necesidad de abordar grandes soluciones para un futuro a largo plazo.

• Las captaciones pueden ubicarse muy próximas al consumo con lo que se economiza en aducciones (Figura 16).

• Por lo general no necesita tratamiento especial. Basta con una pequeña cloración antes de entregar al consumo.

• Permite solucionar problemas de abastecimiento en forma muy rápida dado el corto tiempo que en general se requiere para la construcción de este tipo de obras.

• En muchas zonas es el único recurso disponible.

• Utilización de industrias

• Permite disponer de una fuente propia que la libera de depender, para la seguridad y suficiencia del abastecimiento, de otra fuente mucho más sujeta a variaciones con la red de agua potable (si existe).

• Permite obtener agua de calidad para procesos industriales.

• Permite ubicar la captación dentro del recinto de la misma industria.

• Para muchas industrias resulta el único recurso económicamente disponible.

  Utilización en agricultura

• Permite solucionar problemas locales de regadío sin tener que esperar para acogerse a las grandes soluciones propiciadas por el estado (Figura 17).

• Las captaciones pueden ubicarse muy próximas al consumo sin que se requieran por lo tanto grandes obras tanto de aducción como de distribución interna.

• Permiten disponer del agua justo en el momento que se requiera.

• Utilizada como complemento de recursos superficiales existentes puede ser de gran valor, aún cuando sólo se haga funcionar eventualmente (incidencia fundamental sobre seguridad de riego).

• Los recursos de agua subterránea se ven poco afectados por años secos individuales (gran capacidad de regulación).

• Permite reducir las dotaciones por hectárea ya que se tienen menos pérdidas en la conducción y se hacen regadíos más cuidadosos. Estas economías de agua pueden ser del orden de 30%.

• En muchas zonas constituye el único recurso económicamente disponible.

Constituye una posibilidad para los agricultores para aumentar individualmente sus recursos de agua ya que los recursos fáciles y económicamente utilizables en forma particular, están en su mayoría agotados.

e) Factores del movimiento de aguas subterráneas

Los factores del movimiento son porosidad, permeabilidad y filtración.

Porosidad

Alude a la cantidad de espacios vacíos dentro de la masa rocosa; la arcilla y la arena son porosas, igualmente una arenisca mal cementada o una roca fracturada o con planos de disolución, porque hay volumen de espacios vacíos en el seno de la roca.

(Figura 18)

Permeabilidad

La permeabilidad alude a la capacidad que tiene un material de permitir que se establezca el flujo de aguas subterráneas -o cualquier fluido- a través suyo. Ello dependerá de la porosidad y de la conexión entre las aberturas e intersticios, y del tamaño y forma de tales conductos. En otras palabras la permeabilidad depende no sólo de la porosidad de la roca, sino del tamaño de los poros

(Figura 18)

Filtración La filtración varía mucho, según la naturaleza del suelo, la vegetación y la estación. Un suelo arenoso y desnudo puede absorber del 30 al 60 % del agua lluvia caída. El mismo terreno arenoso recubierto de vegetación, sólo deja filtrar un 10 %, exclusivamente durante el otoño y el invierno.

f) Movimiento de las aguas subterráneas

La dinámica del flujo en un medio poroso saturado se describe mediante la ley de Darcy. Esta ley fue obtenida por Darcy usando un aparato similar al mostrado en la Figura. 19. Allí, se tiene un flujo constante de agua a través de un medio poroso de longitud l, manteniendo constante el nivel de agua sobre el mismo. Darcy encontró que el volumen V de agua que atraviesa el sistema en un tiempo t, viene dado por:

(H5-h4) V=K*A*———- *t l Figura 19. Ley de Darcy )

Donde:

A —> es el área de la sección transversal del medio poroso y

K —> Constante de proporcionalidad, denominada conductividad hidráulica o permeabilidad. La velocidad promedio del flujo a través de la sección es entonces, (II) (H5-h4) q=K*———- l Más generalmente, la ley de Darcy dice que la velocidad del flujo a través del medio poroso es directamente proporcional a la gradiente de presión piezométrica o carga hidráulica h: (III) dh p V= -K*—– = z + —– dl Pg Aquí, “z“ es la altura del punto en cuestión (entrada, salida o cualquier punto intermedio en el medio poroso) respecto de un cierto nivel de referencia, p la presión hidrostática en dicho punto, r la densidad del agua y g la aceleración de la gravedad.

Modelamiento hidrológico

• Para la evaluación y caracterización de las aguas subterráneas, otra de las herramientas que se utiliza es el modelamiento hidrológico, que permite desarrollar simulación del comportamiento asociado a su explotación y manejo sostenible.

• Modelamiento de acuíferos Los modelos matemáticos de sistemas de aguas subterráneas son representaciones matemáticas de los mismos que incluyen asunciones y simplificaciones, por lo que la validez de sus resultados está directamente relacionada con la efectividad con la que el modelo representa dichos sistemas (California Environmental Protection Agency, 2002).

En la Figura 22,

• se esquematizan los aspectos a considerar en la aplicación de un modelo, tanto en el proceso de diseño del software como en su aplicación para un propósito específico. Para el desarrollo del modelo requiere (California Environmental Protection Agency, 2002), se requiere seguir los pasos siguientes:

• En primer lugar, analizar los procesos hidrogeológicos que afectan al flujo de agua subterránea y al transporte de contaminantes en la misma

(Figura 23).

• • En segundo lugar, hay que determinar qué leyes y formulaciones pueden representar matemáticamente un fenómeno hidrogeológico. Así expresiones generales como la Ley de Darcy para flujo laminar de agua subterránea o las leyes de Fick para transporte dispersivo y las funciones de Monod para transformación de contaminantes por biodegradación, permiten representar un área infinitesimal de un sistema dado bajo condiciones ideales. Estos modelos requieren asignar valores de los parámetros específicos para cada unidad geométrica (celda) requiriéndose una elevada cantidad de datos. Entre estos modelos tenemos:

  • Modelos analíticos Son apropiados para aproximaciones simplificadas a las ecuaciones diferenciales, para efectuar simulaciones de sistemas simples, sin complejidad espacial ni temporal. Estos modelos resuelven analítica mente las ecuaciones diferenciales para obtener ecuaciones simples para el flujo y el transporte de contaminantes, proporcionando soluciones exactas a las mismas para lo que requieren que se asuman diversas simplificaciones

  • Modelos de parámetros agregados: Consideran que el sistema a simular está compuesto por diversos elementos. Cada uno, incluyendo el agua subterránea existente en el mismo, se considera que es homogéneo e isótropo y puede simularse mediante una ecuación simple. Las variaciones temporales pueden simularse solamente entre compartimentos, no dentro de ellos. La aplicación del modelo a un sistema de agua subterránea específico (Figura 24) requiere, en primer lugar, desarrollar un modelo conceptual. La formulación de un modelo conceptual aceptable y realista es la etapa más importante en la aplicación de un modelo. Debe incluir, además de las simplificaciones del medio físico y condiciones de contorno, el objetivo del modelo y como alcanzarlo. La siguiente etapa consiste en seleccionar de los diferentes modelos existentes, públicos y comerciales (numéricos, analíticos o de parámetros agregados), cuyas principales características han sido descritas previamente, el que se ajuste mejor al modelo conceptual y complejidad del sistema en lugar de seleccionarlo en base a la disponibilidad de datos.

• Explotación de las aguas subterráneas

  El volumen mundial de las aguas subterráneas representa el 96% del agua dulce líquida del planeta. Las aguas subterráneas (AS) proporcionan útiles funciones y servicios a los seres humanos y al medio ambiente.

  • 60% del agua extraída se utiliza para la agricultura en zonas de clima árido y semiárido  25-40% del agua potable del mundo proviene de las AS

  • 50% de las megaciudades y cientos de otras ciudades importantes depender de manera significativa el uso de las AS El AS es, a escala global, la fuente más importante de agua dulce para la sociedad, el AS es un recurso estratégico que puede conseguir «el alivio de la pobreza» y «la seguridad alimentaría», en especial en las zonas áridas y semiáridas. Para el proceso de la explotación de las AS, se debe tener en consideración los aspectos siguientes.

  • Certeza de la existencia de un acuífero Profundidades: se deben conocer las profundidades del techo y piso del acuífero. Resulta también importante conocer el espesor de los estratos confinantes. Tipo de acuífero: situación (presencia de estratos confinantes, material que lo constituye, granulometría, estabilidad de las distintas formaciones, etc.). Calidad de agua: del acuífero a explotar y de otros acuíferos supra o subyacentes que eventualmente deban aislarse.

  • Parámetros hidráulicos del acuífero a explotar

  • Transmisividad y coeficiente de almacenamiento.

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