Introducción

__Las aguas subterráneas (la parte de todos los recursos hídricos que se encuentra por debajo de la superficie de la tierra) representan más del noventa y cinco por ciento de las reservas mundiales de agua dulce. Dadas sus ingentes reservas y su amplia distribución geográfica, su buena calidad en general y su resistencia ante las fluctuaciones estacionales y la contaminación, las aguas subterráneas representan una garantía de que la población mundial actual y futura contará con un abastecimiento de agua asequible y seguro. Las aguas subterráneas son predominantemente un recurso renovable que, cuando se gestiona adecuadamente, garantiza un abastecimiento a largo plazo que contribuya a atender las crecientes demandas y a mitigar los impactos del cambio climático previsto.

Con estas palabras tomadas de la declaración de Alicante dichas en marco del Simposio Internacional para el Uso Sostenible de las Aguas Subterráneas (ISGWAS) que tuvo lugar en Alicante, España en Enero del 2006, empezaremos a instruirnos, adentrarnos en el tema de aprovechamiento de aguas subterráneas como también conoceremos más de las maquinarias utilizadas para sus captaciones.

Objetivos

Conocer los métodos más usuales de captación de aguas subterráneas

Observar cuales son los mecanismos que estos métodos utilizan

Desarrollo

Las aguas subterráneas son una importante fuente de abastecimiento de agua potable y prometen serlo aún más en el futuro, puesto que con el progresivo agotamiento de las aguas superficiales y el desarrollo de nuevas técnicas de perforación, estas irán cubriendo, en un porcentaje cada vez mayor, las necesidades humanas.

Porcentajes de agua dulce (subterránea) en el Planeta

A pesar que el agua subterránea se encuentra en la naturaleza en un 97%, nuestra vida depende absolutamente del 3% de agua dulce de las fuentes superficiales estos porcentajes son tomados exceptuando el agua almacenada en estado sólido de los casquetes polares y las cimas de las montañas

El origen de las aguas subterráneas es la infiltración en el terreno de las aguas de lluvia, deshielo y corrientes superficiales.

Históricamente se han barajado teorías con grandes concomitancias míticas para explicar el origen de las aguas subterráneas, ya que se suponía que las cantidades precipitadas eran insuficientes para abastecer los grandes caudales de las aguas subterráneas. Sin embargo, hoy día se acepta sin reservas la teoría de que las aguas subterráneas proceden de la infiltración (producida por la fuerza de la gravedad y las fuerzas de atracción molecular) de las precipitaciones atmosféricas en cualquiera de sus modalidades.

Así el suelo terrestre puede considerarse dividido en dos grandes partes:

La zona de aireación en la cual las cavidades del terreno contienen agua, pero en menor cantidad de su capacidad potencial. A su vez se subdivide en el manto vegetal o zona superficial que está bajo la influencia directa de las plantas y sus raíces y la zona restante, o manto capilar, también bajo una influencia de las plantas aunque menos directa. En estas zonas predominan las fuerzas de atracción molecular sobre las fuerzas de la gravedad.

La zona de saturación o zona en la cual el agua se encuentra en cantidad muy cercana a la capacidad potencial del terreno y donde las fuerzas predominantes son de gravedad, esta agua es la llamada subterránea.

La separación entre ambas zonas se llama superficie de saturación o nivel freático.

¿Por qué captar agua subterránea?

Por mencionar dos de sus aspectos más importantes son:

Por su buena calidad: Es el subsuelo el responsable de la remoción de las impurezas del agua por la acción de los minerales disueltos y sus procesos químicos, físicos y biológicos naturales.Y debido a esto en la mayoría de los lugares el agua que se obtiene es potable o a lo sumo requiere desinfección.

Representación de la calidad del agua de manantial

Por su accesibilidad: Las aguas subterráneas están en casi todas partes. Las limitaciones para su alumbramiento suelen ser económicos, este concepto varía con el sitio y la oportunidad: lo que hoy es poco accesible económicamente hablando puede ser conveniente mañana.

Región del desierto del Sahara donde se riegan las plantaciones con aspersión con equipos de pibot utilizando aguas subterráneas

Proceso de evaluación y estudios de las aguas subterráneas

Primero necesitamos saber si el agua subterránea con que disponemos reúne las características para el uso que deseamos darle, para esto se realizarán estudios de reconocimiento y de explotación que se pueden clasificar en tres grandes grupos:

Estudios preliminares que tienen como motivo fundamental la localización de los

embalses subterráneos más importantes y una primera estimación de sus

dimensiones, parámetros, zonas de recarga, descarga y de la calidad de sus aguas.

Estudios hidrológicos generales que conducen a una cuantificación más

aproximada de los embalses subterráneos localizados en los estudios de

reconocimiento. En esta etapa, es siempre necesario realizar un inventario detallado

de pozos y fuentes y frecuentemente prospección geofísica, sondeos mecánicos,

ensayos de bombeo y análisis químicos.

Estudios de detalle que tienen por objeto llegar a un conocimiento pormenorizado

de las características de un acuífero concreto. En este tipo de estudios tienen una

especial importancia los datos hidrológicos y técnicos de las captaciones existentes.

Entre los factores que determinan la explotación o no de un acuífero está, que no presenten puntos de contaminación en las zonas de recarga de tal acuífero

Métodos de captación de aguas subterráneas

Captación de Manantiales

Un manantial es el lugar donde se produce el afloramiento natural de agua

subterránea. Por lo general el agua fluye a través de una formación de estratos con

grava, arena o roca fisurada (material permeable). En los lugares donde existen

estratos impermeables, éstos bloquean el flujo subterráneo de agua y permiten que

aflore a la superficie.

Los manantiales se clasifican en función de su ubicación (de ladera o de fondo) y su

afloramiento (concentrado o difuso).

Manantiales de Sajalices, Parque Nacional Altos de Campana

En los manantiales de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los

de fondo el agua aflora de forma ascendente hacia la superficie.

Para ambos casos, si el afloramiento es por un solo punto y sobre un área pequeña,

es un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos en un área

mayor, es un manantial difuso.

Manantial concentrado de ladera(izquierda), Manantial difuso de ladera(derecha)

Manantial de fondo concentrado(izquierda), Manantial de fondo difuso(derecha)

La toma o arquetas para captación de manantiales deben construirse con materiales

inertes, que no se disgreguen. Asimismo, es importante la impermeabilización

externa para evitar en lo posible la contaminación de las aguas del manantial por

agentes externos.

En lo referente a sus captaciones, si el manantial es concentrado se dispone una

arqueta ajustada al tipo de manantial y a la forma de aflorar el agua.

Tipo de Captación para manantiales concentrado

Cuando el manantial es difuso, una solución es llevar a la arqueta(toma) los

caudales captados mediante un drenaje. La operación anterior se completa con la

construcción de muros interceptores, situados aguas abajo de los drenes.

Método de captación mediante: Pozos Verticales

Perforación vertical, en general de forma cilíndrica y de diámetro

mucho menor que la profundidad. Es el tipo de captación más común.

Los pozos presentan, en general, un diámetro entre 1,5 - 8 metros, con

una profundidad moderada (decenas de metros), aunque existen

realizaciones que superan la centena.

Pozo a cielo abierto caracterizado por su extenso trabajo manual

Sondeos

Son perforaciones verticales realizadas por medios mecánicos con diámetros

relativamente reducidos (40 - 80 cm).

Presentan la ventaja de que pueden alcanzar grandes profundidades y tienen un

coste normalmente inferior a cualquier otro tipo de captaciones (por eso son las más

extendidas).

Los sistemas más comunes utilizados en perforación son la percusión, la rotación:

1) Percusión: Consiste en la perforación mediante el movimiento alternativo de subida y bajada de una gran masa (trépano) que va fracturando o disgregando la roca.

El detritus es extraído por medio de cucharas de limpieza, que son unos tramos de

tuberías, para que las partículas se mantengan en suspensión se suele añadir agua.

2) Rotación: El arranque de las partículas se realiza mediante el giro de una herramienta de

corte que es impulsada por un varillaje. El detritus es extraído por medio de un fluido.

Podemos distinguir entre:

a) Circulación directa, en la que el fluido

impulsado por una bomba, circula por el interior del

varillaje, para retornar al exterior por el anular existente

entre el varillaje y la pared del pozo arrastrando el detritus.

La circulación directa no se debe utilizar en sondeos de

captación de agua, pues requiere el uso de lodos bentoníticos

(que impermeabilizan el pozo) para el arrastre de los

detritus.

b) Circulación inversa, en la cual, por medio de una bomba y un varillaje de

doble pared se aspira el lodo del fondo del sondeo. En circulación inversa se

emplea lodo natural.

Galerías Filtrantes

Las galerías filtrantes tienen su origen en 1os denominados kanats que se desarrollaron hace 2700 años en América, Persia, Pakistán, Egipto. etc. Los kanats están constituidos por una galería conectada a pozos de ventilación cada 50 - 100 m hasta encontrar un punto donde aflora el agua que era conducirla por la propia galería hacia el exterior.

Kanats de Fuentelapeña (izqda.) y Madrid (dcha.) España.

Kanats de Anshan(Irán)

La galería filtrante o galería de captación es una galería subterránea construida para alcanzar un acuífero cuya estructura permeable esta diseñada con la finalidad de captar las aguas subterráneas.

A diferencia de los pozos, que se construyen con la misma finalidad, la galería filtrante es aproximadamente horizontal.

En otros casos, la galería puede tener una finalidad mixta de captación y conducción.

Imágenes, galerías filtrantes San Luis Potosí(México)

Las galerías pueden clasificarse, en: galerías propiamente dichas, zanjas o trincheras y drenes

a) Galerías propiamente dichas:

b) Zanjas o trincheras: Son excavaciones a cielo abierto, utilizadas fundamentalmente cuando el agua subterránea está próxima a la superficie (< 6 m).

Este tipo de obra está expuesta a problemas de crecimiento de algas, erosión, obstrucción por vegetación o contaminación superficial.

Ejemplos de zanjas de filtración

Galerías Filtrantes: Drenes

c) Drenes: Son perforaciones horizontales (drenes californianos) o zanjas, en cuyo interior se instalan tuberías perforadas o ranuradas. Cuando se disponen varios drenes, estos pueden confluir en un colector desde el que se efectúa el bombeo.

Ejemplos de drenes filtrantes

Conclusiones

Las aguas subterráneas son una solución real para abastecer de agua de buena calidad a la población de una región. Siempre y cuando se

respeten los niveles de reserva de los acuíferos como también las zonas de recarga del mismo como otros aspectos de importancia a la hora de

elegir una fuente subterránea como fuente de agua potable.

Los mecanismos de captación de aguas subterráneas se han estado desarrollando por más de 2000 años, en consecuencia a esto mayor

posibilidad de acceder al agua potable sin tener que recorrer grandes distancias.

A mi parecer las aguas subterráneas aún son recursos por conocer.