Aguas Subterráneas

RAUL CASTRO HORMAZAJULIO, 2016

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INDICE

Pag.

1-Introducción …………………………………………………………………..….… 3

2-Origen de las Aguas Subterráneas.………………… .…………..…………….... 4

3-Teorias más Conocidas…………………….……………………………..……..….5

4-Infiltracion de aguas marinas……….……….…..………………......…..….…......5

5-Condensacion del agua Marina.........................................................................5

6-Condensacion del vapor de agua en el Aire………………………….…………. 5

7-Teoría de la infiltración de las precipitaciones ……………………….……….….6

8- Distribución del agua en el subsuelo………..…………………….……..…….…7

9-Zona de aeración.…….…………………………………………………….….….…8

10- Zona de Saturacion………………………………..………………...…..………..8

11-Agua de retención………….…........................................................................9

12-Agua de Gravificada………………………………………………………….……9

13- Distribución vertical del agua en el subsuelo………………………….…...…10

14-Acuifero…………………………………………………………………………....11

14- Recarga Artificial……………………………………………………………...…15

15-Conclusiones…………………………………………………………….…….…17

16-Bibliografia…………………………………………………………….……….…19

17-Anexos……………………………………..………………………………..……20

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INTRODUCCION

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.

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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 las lluvias o nieves, o indirecta de ríos o lagos, no ha sido

aceptada universalmente, sino desde tiempos relativamente recientes. Por un

explicable error colectivo, que duró decenas de siglos, los pensadores de la

antigüedad aceptaban como axiomático que las precipitaciones atmosféricas 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 de las civilizaciones orientales

antiguas en relación con los orígenes de las aguas subterráneas. Sólo a partir de

los antiguos griegos se conocen sus teorías al respecto. Es sorprendente la falta

de experimentación que acompaña a las teorías antiguas, algunas de ellas

realmente inteligentes e imaginativas, pero que hubieran sido fácilmente

abandonadas mediante alguna simple medición o experimentación directa.

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TEORIAS MAS CONOCIDAS:

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. El “picón” de

muchas de las islas Canarias (España), cuyo suelo es de origen volcánico, parece

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constituir un medio ideal en el que el vapor de agua del aire se condensa en sus

intersticios, y permite cultivos en zonas de precipitación directa insignificante.

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.

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Distribución del agua en el subsuelo.

En condiciones normales, la distribución de agua en el subsuelo ha sido dividida

en dos zonas: la de aeración, también conocida como zona vadosa o no saturada

y la de saturación.

Zona de aeración. La zona de aeración comprende a su vez tres franjas: la del agua del suelo, la

intermedia y la capilar. En la franja del agua del suelo se encuentran tres tipos de

agua: Agua higroscópica. Es la que el suelo absorbe y pasa a formar películas

muy delgadas alrededor de las partículas que lo forman. Agua capilar. Es la que

existe en los intersticios del suelo debido a fenómenos de capilaridad. Esta es el

agua que aprovechan muchas plantas para satisfacer sus necesidades. Agua libre

o de gravedad. Es la que se mueve bajo la influencia de la gravedad, una vez

satisfecha la humedad del suelo. Hay ocasiones en que esta primera franja no

existe. 8 8 Principios de hidrogeografía. Estudio del ciclo hidrológico Serie Textos

Universitarios, Núm. 1 En la franja intermedia el espesor varía desde cero hasta

varios metros; es la que comunica a la franja del agua del suelo con la capilar. El

agua aquí existente se debe a fuerzas higroscópicas, capilares y de gravedad. La

franja capilar es una capa humedecida por el agua que asciende de la zona de

saturación debido a fenómenos capilares. Al agua contenida en la zona de

aeración se le conoce con el nombre de agua suspendida, ésta es el agua vadosa,

es decir, agua infiltrada que se dirige hacia el manto freático.

Zona de saturación. En la zona de saturación se encuentra el agua subterránea propiamente dicha. En

esta región el movimiento del agua es más lento debido a que todos los poros e

intersticios se encuentran ocupados por ella, y es de aquí de donde se extrae el

agua para los diversos usos que le da el hombre. La capa saturada es el manto

freático, y la parte superior de ésta, es decir, el límite de la zona libre del agua que

ocupa esta región, es la superficie freática que, por lo general, sigue débilmente

las ondulaciones del terreno. Al agua que llega a esta zona se le llama agua

freática. La parte inferior de la zona de saturación está compuesta por una capa

impermeable, la cual impide que el agua siga descendiendo. Puede suceder que

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haya otras zonas de saturación de menor extensión sobre la principal, en cuyo

caso se les llama zonas de saturación colgadas. El agua se mueve hacia el manto

freático por filtración, una vez en él, el movimiento lento que adquiere al llegar a la

zona de saturación se llama percolación. El movimiento del agua subterránea está

controlado por tres fuerzas principales, la de gravedad, la de atracción molecular y

la de diferencias de densidad, producto de variaciones importantes de temperatura

que existen al interior del subsuelo, interviniendo de manera especial la estructura

de las formaciones geológicas. Las formaciones geológicas según su aptitud para

contener y dejar pasar el agua a través de su masa reciben distintos nombres:

Acuíferos. Son formaciones, partes de una formación o conjunto de formaciones

geológicas, que permiten al agua moverse a través de ellas bajo condiciones

ordinarias y son capaces de suministrarla por gravedad, o por bombeo en la

calidad requerida. Acaecieres o acuitardos. Son formaciones capaces de contener

agua, pero incapaces de transmitirla en cantidades suficientes como para su

captación o formación de manantiales importantes. Acuífugos. Son formaciones

impermeables que no absorben ni transmiten agua.

Existen tres sistemas principales de flujo de agua subterránea que se establecen

de acuerdo con la topografía y al marco geológico presente: local, intermedio y

regional. Una topografía abrupta producirá varios sistemas locales, en cada

topografía el agua entra y sale en el mismo valle. En algunos casos parte del agua

de recarga podrá descargar en otro valle localizado a un nivel topográfico menor,

esto definirá un sistema intermedio. Los sistemas regionales se desarrollan a

mayor profundidad y van de las partes más altas a las zonas de descarga más

bajas de la cuenca.

Todos estos flujos, en un ambiente natural, mantienen un recorrido separado, al

igual que las corrientes marinas o las aguas de dos ríos antes de confluir para

formar otra. Las zonas de recarga y descarga están estrictamente controladas por

un flujo vertical con una componente de movimiento hacia abajo y hacia arriba,

respectivamente.

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Agua de retención Es el agua retenida en los poros o alrededor de las partículas de suelo en contra

de la acción de la gravedad. Se distinguen dos situaciones: El agua higroscópica,

que está fijada fuertemente a las partículas del suelo. El espesor de esta capa de

agua que rodea las partículas es muy reducido. La fuerza de unión entre el agua y

las partículas del suelo tiene lugar por medio de enlaces químicos entre los dipolos

del agua y las valencias libres que existen en la superficie de los minerales. Se

trata de un agua inmovilizable desde el punto de vista práctico y que no puede ser

desplazada más que en estado de vapor. La cantidad de agua retenida de esta

manera varía en función de la granulometría y porosidad del material; así pues,

puede estimarse del orden de 0.2-0.5% en partículas gruesas y del 15- 20% en

materiales finos (limos y arcillas). El agua pelicular, que envuelve a las partículas

del suelo y al agua higroscópica con una pequeña película cuyo espesor no

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sobrepasa las 0.1 micras. Se puede desplazar en estado líquido por el juego de

atracciones moleculares de las partículas vecinas. La retención de esta agua se

debe a fenómenos de tensión superficial. La cantidad de agua pelicular en el suelo

depende también de la granulometría, de tal forma que podemos encontrar valores

muy dispares, del orden de 30-40% en arcillas y 1-2% en arenas.

Agua capilar El agua capilar es el agua retenida en conductos de pequeño tamaño (micro

poros) por fenómenos de capilaridad y tensión superficial. Se pueden diferenciar:

Agua capilar aislada o colgada: no está ligada a la zona no saturada. Esta agua se

ubica en los micro poros más pequeños del suelo. Se puede eliminar por

centrifugación. Agua capilar continua: ligada a la zona no saturada. La

granulometría influye en la cuantía de esta agua; así, su presencia puede alcanzar

varios metros de altura en materiales arcillosos y pocos milímetros en materiales

gravosos.

Agua gravífica

El agua gravífica se define como la porción de agua que se desplaza libremente

por el suelo bajo el efecto de la gravedad. Ocupa los espacios libres de los poros,

de los intersticios y de las fisuras de las rocas. Constituye la parte activa de las

aguas subterráneas y es la principal responsable del transporte de solutos, como

los nitratos, por ejemplo. Los esfuerzos de modelización se centran

particularmente en esta fracción de las aguas del suelo.

DISTRIBUCION VERTICAL DEL AGUA EN EL SUELO Suponiendo un material homogéneo y con una porosidad intersticial dada, se

pueden diferenciar una serie de zonas en profundidad en función del tipo de agua

presente en cada una de ellas. En la zona más superficial, los poros están

ocupados por aire y agua. Se trata de la zona de aireación o zona no saturada. En

esta zona se distinguen las siguientes subzonas:

Subzona de evapotranspiración: es la parte del suelo en contacto directo con la

atmósfera. En ella se instalan las raíces de las plantas herbáceas y las raíces

superficiales de las plantas superiores. En esta zona es en donde se dan con

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mayor intensidad los procesos de evapotranspiración. Los tipos de agua

existentes en esta subzona son principalmente agua higroscópica, pelicular y

capilar aislada, pero no existe agua gravífica, a no ser que esté de tránsito hacia

zonas inferiores en episodios inmediatos a una precipitación. En esta zona es

donde se da la mayor parte de la absorción de agua y nutrientes por parte de los

vegetales.

Subzona intermedia:

se halla inmediatamente debajo de la zona de evapotranspiración, con menor

proporción de poros y conductos. En ella se encuentran ubicadas las raíces

profundas de las plantas superiores. También se dan fenómenos de absorción de

agua y nutrientes por los vegetales, así como procesos de evapotranspiración,

pero con menor intensidad, porque las fuerzas de retención del agua son mayores

que las de succión de las raíces situadas sobre ella. En consecuencia, el flujo es

sensiblemente más lento que en la zona radicular. En esta zona existe agua

higroscópica y pelicular (en menor proporción que en la zona anterior y también

agua capilar aislada.

Franja capilar: Abarca desde la zona intermedia hasta la superficie freática. Su amplitud depende

de la granulometría del material, ya que puede tener varios metros de espesor en

arcillas y pocos milímetros en gravas. En esta zona existen todos los tipos de

agua, excepto el agua gravífica, pero fundamentalmente el agua capilar continua,

ligada a la zona saturada. Debajo de la zona de aireación se halla la zona

saturada, separada de la primera por la superficie freática.

ACUIFERO

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

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LOS ACUIFEROS LOS PODEMOS CLASIFICAR EN:

Acuíferos libres. Son aquellos en los que el nivel de agua se encuentra por

debajo del techo de la formación permeable. Liberan agua por de saturación, es

decir, el agua que ceden es la procedente del drenaje de sus poros.

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.

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.

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Son impresionantes las cantidades de agua expuestas en los ríos, lagos, océanos

y glaciares de la superficie de la Tierra. Pero, bajo esa superficie, oculto a

nuestros ojos, hay otro gran depósito de agua. Esta es la llamada agua

subterránea.

Como sabemos, en muchos suelos el presupuesto hídrico presenta un

substancioso excedente que puede encaminarse de dos formas básicamente. La

primera, resulta cuando el excedente de agua puede fluir por la superficie terrestre

como agua de escorrentía. Segunda, el excedente hídrico puede, a través de la

percolación del suelo y bajo el impulso de la gravedad, seguir una dirección hacia

el interior para acabar formando parte del agua de saturación en el acuífero.

Siguiendo la trayectoria del flujo subterráneo, esta agua emerge convirtiéndose

entonces en agua superficial, o bien, puede emerger directamente en la línea de

costa marina.

El agua del acuífero, también llamada de saturación, es aquella parte del agua

subsuperficial que satura completamente las porosidades de la roca del suelo. El

agua de saturación ocupa la zona del acuífero. Sobre ella se halla la zona de

aireación en la cual el agua no satura completamente los poros. En la base de la

zona de aireación se tiene a la franja de capilaridad, una delgada capa en la que el

agua ha sido drenada por capilaridad hacia arriba desde el nivel freático. 

La verdadera situación del nivel freático se puede conocer mediante la altura

estancada en un pozo perforado o excavado por debajo del mismo. Cuando los

pozos son numerosos en una región, la posición del nivel freático puede ser

cartografiada en detalle mediante el sondeo de las alturas de agua y observando

al mismo tiempo las diferentes tendencias de elevación, como pueden ser colinas,

divisorias de agua, pero desciende en los valles, y demás depresiones donde

suelen aparecer en cursos fluviales, lagos, marismas, etc. Las razones de tal

configuración se explican porque el agua infiltrada a través de la zona de aireación

tiende a elevar el nivel freático, mientras que la filtración en arroyos, lagos y

marismas tiende a vaciar el acuífero y bajar de este modo su nivel.

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El régimen de agua subterránea es variable y depende de factores tanto naturales como antrópicos, entre ellos tenemos:

CANTIDAD Y TIPO DE PRECIPITACION.Generalmente la cantidad de agua que penetra en el suelo viene determinada por

la cantidad y tipo de precipitación. Por ejemplo, en zonas desérticas el agua

habitualmente está muy profunda y es poca la que se encuentra cerca de la

superficie, porque hay poca lluvia.

METODOS PARA DETERMINAR LA RECARGA EN ACUIFEROS

La recarga puede determinarse por varios métodos, y se clasifican en 5 grupos:

1. Medidas directas. La recarga se mide directamente mediante la construcción de

lisímetros. Un lisímetro es un bloque de suelo dotado de dispositivos que permiten

medir el flujo que drena hasta el acuífero.

2. Balance hídrico. Se determinan los flujos de entrada y de salida de un sistema,

y la recarga al acuífero constituye el residuo de la ecuación de balance; hacen

parte de este grupo los balances de humedad del suelo, de agua en canales, el

método de fluctuaciones del nivel freático, y el que iguala la descarga a la recarga.

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3. Trazadores. Su principal uso es determinar fuentes de recarga y zonas de

descarga, aunque se utilizan para cuantificar la recarga a través de un balance de

masa del trazador.

4. Aproximaciones de Darcy. Se encuentran valores de cabezas hidráulicas a

partir de las ecuaciones de flujo de Richards y Boussinesq y luego se determina la

velocidad de filtración. Si se asumen condiciones estables la recarga se determina

directamente de la ecuación de Darcy.

5. Empíricos. Consiste en el desarrollo de ecuaciones empíricas que relacionan la

recarga con alguna variable como la precipitación. La última parte trata la recarga

en áreas urbanas.

RECARGA ARTIFICIAL

Se designa como recarga artificial a un conjunto de tknicas que permiten,

mediante intervención programada e introducción directa o inducida de agua en un

acuífero, incrementar el grado de garantía y disponibilidad de los recursos

hídricos, así como actuar sobre su calidad.

OBJETIVOS

Esta tecnología pretende contribuir, siempre que técnica y económicamente sea

factible, a una gestión más racional de la potencialidad hídrica que presenta una

determinada cuenca hidrográfica o sistema de explotación. Los objetivos que

persigue se engloban en dos tipos; siendo muy frecuente el que ambos aparezcan

juntos: Aumento y optimización del volumen de los recursos hídricos, y Prevención

o corrección del deterioro de la calidad del agua. En líneas generales resulta muy

difícil establecer un orden prioritario entre los mismos, ya que la mayor o menor

importancia de uno de ellos frente al otro, varía en función de diversos factores,

tales como clima, presiones sociales, condicionantes económicos, etc., existentes

en el lugar donde 5e realiza una experiencia concreta. Incluso se ha dado el caso,

en ocasiones, de que en u& mismo sitio han sido distintos a lo largo del tiempo.

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METODOS DE RECARGA

Los pozos y sondeos son los sistemas de recarga artificial más utilizados cuando

el acuífero se encuentra a una cierta profundidad. Su uso también es frecuente en

los casos en los que la disponibilidad de terrenos es restringida. Un condicionante

totalmente necesario para acometer cualquier tipo de recarga artificial de acuíferos

es precisar aguas excedentes (agua no empleada en regadío ni en

abastecimiento) que pueden provenir de las siguientes fuentes

Agua superficial continua o discontinua (curso fluvial permanente o

escorrentía esporádica de aguas de tormenta) tomada directamente de los

cauces y embalses o sometida a un cierto grado de tratamiento antes de

preceder a su introducción en el acuífero.

Agua residual doméstica que con un cierto grado de tratamiento es posible

reutilizar o mezclar con agua de unamejor calidad que tendría otro origen.

Agua perteneciente a otro acuífero que procedería del aprovechamiento y

captación de sus manantiales o de las surgencias difusas que tienen lugar

en los ríos que discurren o atraviesan la superficie del acuífero.

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CONCLUSIONES

Considerando que existe una estrecha interrelación entre la reducción de la

vulnerabilidad relativa a inundaciones, deslizamientos y otros eventos naturales, y

la aplicación de los principios del manejo ambiental y de cuencas hidrográficas en

el contexto del desarrollo sustentable, y que la cuenca hidrográfica es una unidad

ideal y efectiva para la planificación y el ordenamiento ambiental del territorio, los

participantes del Seminario-Taller recomiendan:

· Conformar, para una gestión integrada, comités de cuencas con representación

de las entidades comprometidas en la oferta, demanda y administración de los

recursos naturales renovables y recursos hídricos, con carácter multisectorial.

· Tener en cuenta, dentro de una programación interdisciplinaria, medidas

estructurales y no estructurales para el desarrollo de acciones de prevención de

desastres naturales.

· Estimular y apoyar el desarrollo y ampliación de redes de información ambiental

para el intercambio de datos, metodologías y procedimientos entre los países del

área, en especial entre los países con cuencas compartidas.

· Desarrollar programas nacionales y regionales de información y sensibilización

de los diferentes grupos comprometidos: autoridades, profesionales, líderes

sociales y sociedad civil, para una toma de decisiones mejor y más eficiente.

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· Al planificar y ejecutar actividades en las cuencas hidrográficas, dedicar una

mayor atención a la operación, mantenimiento y monitoreo de las obras

construidas por medio de la evaluación de dichas actividades y la divulgación de

sus resultados.

· Evaluar el nivel de vulnerabilidad a las inundaciones con el objeto de tomar

decisiones al respecto, a un nivel aceptable, así como ejecutar las acciones de

mitigación necesarias para alcanzar dicho nivel.

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BIBLIOGRAFIA

-Baeza, H. Escurrimientos en Medios Permeables. Universidad de Chile, 1976

-Benítez, A. Captación de Aguas Subterráneas. Rosset. 1972.

-Dirección General de Aguas. Mapa Hidrogeológico de Chile. Escala 1:2.500.000.

1986.

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ANEXOS

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21