UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y DE RECURSOS NATURALES

CURSO: APROVECHAMIENTO Y USO RACIONAL DE AGUAS SUBTERRANEAS

TEMA: HIDROGEOQUIMICA DE AGUAS SUBTERRANEAS

PROFESOR ING. MIGUEL VENTURA NAPAALUMNO Roberto Mendoza ApolinarioCODIGO 051060AG.H 01R

INTRODUCCION

El agua es el solvente universal por excelencia, y esta propiedad hace que el agua tome sus características químicas. El poder de dilución del agua consiste en que las cargas positivas y negativas atraen iones y minerales en la superficie de estos. El agua subterránea mantiene un equilibrio químico con los minerales que la componen y el suelo y la roca que la limitan, y esto hace que el agua sature el suelo con sólidos diluidos. Este equilibrio ocurre porque el movimiento del agua subterránea es lento y los minerales son relativamente solubles. La solubilidad de los minerales en el agua se incrementa con el aumento de temperatura, excepto la del dióxido de carbono.

Durante mucho tiempo se ha tenido la convicción de que el agua subterránea es limpia de bacterias y muy higiénica, que no tiene color ni olor pero esto es falso. El agua subterránea posee pocos sólidos suspendidos y muchos disueltos esto puede causar que se sature de componentes que la hacen no apta para determinados usos.

En el caso de los acuíferos costeros, uno de los procesos de contaminación más frecuentes es la salinización de sus aguas por el avance del agua de mar tierra adentro, fenómeno que se conoce con el nombre de intrusión marina. En estos acuíferos costeros que vierten sus aguas directamente al mar, se crea un estado de equilibrio entre el flujo de agua dulce y el flujo de agua salada, que sólo sufre modificaciones naturales a muy largo plazo debidas a cambios climáticos o movimientos relativos de la tierra y el mar.

En el presente capítulo se presentarán las diferentes formas de analizar químicamente el agua subterránea, para así poder determinar sus aplicaciones.

Además se extenderán diferentes conceptos sobre los trazadores y sus diferentes usos dentro de las aguas superficiales y subterráneas.

MARCO TEÓRICO PARA EL ESTUDIO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

NATURALEZA QUIMICA DE LAS AGUAS SUBTERRANEAS

1. EL AGUA EN LA TIERRALa tabla 1 muestra la proporción del peso de los elementos en la corteza terrestre. En ella se ve que La Tierra es en un 95 % silicatos. Este ion, no está balanceado eléctricamente, lo que hace que al unirse al oxígeno forman las tres cuartas (¾) partes de La Tierra como lo señala la Figura 1.

La sílice está presente generalmente en las rocas ígneas, y estas generalmente son oxidadas por el agua, provocando óxidos de silicio que son los que predominan en las Aguas Subterráneas. La Tabla 2 muestra los cationes y los aniones presentes en el agua subterránea.

Distribución de los elementos en la corteza terrestre (Driscoll, 1986)

2. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUAEstos parámetros sirven para determinar características del agua (Romero, 1996), los cuales son medidos en las pruebas de laboratorio. Las más importantes son las siguientes:

TurbidezEs una expresión del efecto óptico causado por la dispersión e interferencia de los rayos luminosos que pasan a través de una muestra de agua; es decir es la propiedad óptica de una suspensión que hace que la luz sea reemitida y no transmitida a través de la suspensión (Romero, 1996). La turbidez de un agua puede ser causada por gran variedad de materiales en suspensión. La turbidez en un agua puede ser causada por una gran variedad de materiales en suspensión, que varían en tamaño desde dispersiones coloidales hasta partículas gruesas, entre otros, arcillas, limos, materia orgánica e inorgánica finamente dividida, organismos planctónicos, y otros microorganismos.

Actualmente el método más usado para determinar la turbidez es el método nefelométrico en el cual se mide la turbidez mediante un nefelómetro y se expresan los resultados en unidades de turbidez nefelométrica, UTN. Con este método se compara la intensidad de la luz dispersada por una suspensión estándar de referencia bajo las mismas condiciones de medida. Entre mayor sea la intensidad de la luz dispersada mayor será la turbidez.

Sólidos totales disueltos (STD)Es un indicador de la salinidad del agua, midiendo las sales inorgánicas. En el Sistema Internacional se acostumbra dar el resultado en [mg/L]. Los sólidos totales disueltos son más o menos equivalentes a los minerales disueltos en aguas de alta calidad.

Con las concentraciones de iones y cationes se verifican y se validan los análisis químicos de muestras. Para tal fin debe verificarse el equilibrio, por lo que la suma de miliequivalentes por litro de aniones debe ser igual a la de cationes. En el análisis se deben transformar los STD (mg/L) a miligramos equivalentes por litro (meq). dividiendo el peso atómico del elemento entre la valencia correspondiente, para encontrar el peso equivalente, entonces luego dividir la concentración entre el peso atómico equivalente.

ColorLas causas más comunes del color del agua son la presencia de hierro y manganeso coloidal en solución; el contacto del agua con desechos orgánicos, hojas, raíces y otros, en diferentes estados de descomposición; y la presencia de taninos, ácido húmico y algunos residuos industriales. El color natural en el agua existe principalmente por efecto de partículas coloidales, cargadas negativamente; debido a esto su remoción puede lograrse con ayuda de un coagulante de una sal de un ion metálico trivalente como el Al+++ o el Fe+++. Dos tipos de color se reconocen en el agua: el color verdadero, o sea el color de la muestra una vez que su turbidez ha sido removida, y el color aparente que incluye no solamente el color de las sustancias en solución y coloidales sino también el color debido al material suspendido. El color aparente se determina sobre la muestra original sin filtración o centrifugación previa. En general, el término color se refiere al color verdadero del agua y se acostumbra medirlo conjuntamente con el pH. Normalmente el color aumenta con el incremento del pH.

La determinación del color se hace por comparación visual de la muestra con soluciones de concentración de color conocido o con discos de vidrio de colores adecuadamente calibrados. La unidad

de color es el color producido por un mg/L de platino, en la forma de ion cloroplatino, y la medición se hace por comparación visual con soluciones de concentración de color conocida. Antes de la medición del color es necesario remover la turbidez (Romero, 1996).

Olor y SaborLos olores y sabores en el agua frecuentemente ocurren juntos y en general son prácticamente indistinguibles.

Muchas pueden ser las causas de los olores y sabores en el agua; entre las más comunes se encuentran la materia orgánica en solución, ácidos sulfhídrico, cloruro de sodio, sulfato de sodio y magnesio, hierro y manganeso, fenoles, aceites, productos de cloro, diferentes especies de algas, hongos y otros.

La determinación del olor y el sabor en el agua es útil para evaluar la calidad de la misma y su aceptabilidad por parte del consumidor, para el control de los procesos de una planta y para determinar en muchos casos la fuente de posible contaminación. El ensayo para determinarlos se hace cualitativamente, en muestras seguras para el consumo humano. El método más usado consiste en determinar la relación de dilución a la cual el olor o el sabor es apenas detectable (Romero, 1996). El valor de dicha relación se expresa como número detectable de olor o de sabor.

TemperaturaLa determinación exacta de la temperatura es importante para diferentes procesos de tratamiento y análisis de laboratorio, puesto que, por ejemplo el grado de saturación de oxígeno disuelto, la actividad biológica y el valor de saturación con carbonato de calcio se relacionan con la temperatura.

Conductividad Eléctrica EspecíficaEs la habilidad de conducir la corriente eléctrica. Es la comparación de la conductividad de 1 cm3 de una sustancia con 1 cm3 de agua pura, que tiene baja conductividad y es un buen aislante.

La conductividad es el inverso de la resistencia eléctrica, por lo tanto sus unidades son los mhos, donde 1 mho = 1/1 ohm. En reportes de laboratorio suele presentarse en micromhos o microsiemens (mS) (1 micromho es igual a un microsiemens) en Sistema Internacional. La conductividad varía directamente proporcional con el aumento de minerales disueltos.

Esta propiedad es fácilmente verificable en campo. Aguas con alta conductividad pueden causar corrosión en el hierro y el acero de la tubería de los pozos.

SalinidadCuando el constituyente principal del agua es el cloruro de sodio y la concentración es alta, se dice que el agua es salina. La salinidad es el número de gramos de sal por kilogramo de muestra; por ello se expresa en mg/L. Formalmente la salinidad se define como los sólidos totales en el agua cuando todos los carbonatos han sido convertidos en óxidos, todos los bromuros y yoduros han sido reemplazados por una cantidad equivalente de cloruros y toda la materia orgánica ha sido oxidada (Romero, 1996). Numéricamente es menor que los sólidos disueltos, o residuo filtrable, y es un valor importante en aguas de mar, subterráneas y ciertos residuos industriales.

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA

DurezaEs la capacidad del agua para producir espuma, es decir es la medida del consumo de jabón (detergente) del agua. Los minerales removidos por el jabón se vuelven espuma (Romero, 1996). Esta propiedad es causada por los iones metálicos divalentes, es decir los cationes de Calcio (Ca+) y Magnesio (Mg++). Esta propiedad es muy importante en acuíferos cársticos que tienen la característica de formarse en rocas carbónicas como la dolomita y la caliza, lo cual, hace que se diluyan rocas formando carbonatos y bicarbonatos.

La dureza se puede clasificar en dos grandes grupos: la carbonatada y la no carbonatada. La dureza carbonatada es también llamada temporal, porque se remueve con evaporación y precipitado del calcio y del magnesio. Esta se mide en términos del carbonato de calcio (mg/L). La dureza no carbonatada es igual a la diferencia entre la dureza total y la carbonatada. Esta indica la cantidad de calcio y magnesio combinados con sulfatos, cloruros, nitratos y algunas veces hierro; esta clase de dureza no se puede remover por evaporación.

AlcalinidadLa alcalinidad del agua puede definirse como la capacidad del agua para neutralizar ácidos, para reaccionar con iones hidrógeno, para aceptar protones, o como la medida del contenido total de sustancias alcalinas (OH–). La determinación de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad es importante en los procesos de coagulación química, ablandamiento, control de corrosión y evaluación de la capacidad tampona de un agua. En el ablandamiento de un agua por métodos de precipitación, la alcalinidad es un dato necesario para el cálculo de la cantidad de cal y carbonato de sodio necesario para el proceso. En aguas naturales la alcalinidad es debida generalmente a la presencia de tres clases de compuestos: bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos.

En algunas aguas es posible encontrar otras clases de compuestos (boratos, silicatos y fosfatos) que contribuyen a su alcalinidad; sin embargo en la práctica la contribución de estos es insignificante y puede ignorarse. La alcalinidad del agua puede determinarse por titulación con ácido sulfúrico 0.02 N y se expresa como mg/L de carbonato de calcio equivalente a la alcalinidad determinada. Los iones H+ procedentes de la solución 0.02 N de H2So4 neutralizan los iones de OH- libres y los disociados por concepto de la hidrólisis de carbonatos y bicarbonatos (Romero, 1996).

AcidezLa acidez de un agua puede definirse como su capacidad para neutralizar bases, para reaccionar con iones hidróxilo, para ceder protones, o como la medida de su contenido total de sustancias ácidas. Si el agua subterránea es ácida tendría que corroer las partes metálicas del pozo y del sistema de bombeo.

La determinación de la acidez es de importancia en ingeniería sanitaria debido a las características corrosivas de las aguas ácidas y al costo que supone la remoción y el control de sustancias que producen corrosión. El factor de corrosión en la mayoría de las aguas es el dióxido de carbono, especialmente cuando está acompañado de oxígeno, pero en residuos industriales es la acidez mineral. El contenido de dióxido de carbono es también un factor importante, por la presencia de iones H+ libres, por la presencia de acidez mineral proveniente de los ácidos fuertes como el sulfhídrico, nítrico, clorhídrico, etc., y por la hidrolización de sales de ácido fuerte y base débil (Romero, 1996).

Potencial de Hidrógeno. pHEste término es usado universalmente para referirse a la intensidad de la condición de acidez o alcalinidad de una solución (Sawyer, 1978). Esta propiedad se calcula con una expresión logarítmica. En el agua subterránea tiende a ser balanceado, pues en ella es difícil encontrar minerales libres. Se mide en una escala de 0 a 14, donde 7 es el límite de neutralidad. Valores de pH menores de 7 se consideran ácidos y mayores de 7 alcalinos.

El pH se mide con sustancias, con aditamentos como el papel universal o el papel tornasol y con aparatos llamados pHmetros.

CONSTITUYENTES QUÍMICOS

⁻ Hierro y Manganeso⁻ Sílice⁻ Cloruros⁻ Fluoruros⁻ Grupo de Nitrógeno⁻ Grupo del Azufre

INTERPRETACION GEOQUIMICA DEL AGUA SUBTERRANEA

Las aguas terrestres tienen dos propiedades muy importantes: salinidad y alcalinidad, las cuales según proporciones relativas dan las características al agua.

Todos los radicales positivos producen salinidad, pero de los radicales negativos sólo los ácidos fuertes pueden realizar una función similar. Los ácidos más fuertes son los sulfatos, cloruros y nitratos. El valor total de la salinidad es obtenido de duplicar el valor total de los radicales de ácidos fuertes y el valor total de la alcalinidad es obtenido de duplicar los valores de las bases en exceso de los valores de los ácidos fuertes.

Los radicales positivos se clasifican en tres grupos, Alcalinos (Sodio, Potasio, Litio), que son sales solubles en agua y no causan dureza. Térreos o Alcalinotérreos (Calcio, Magnesio), que son muchas de sus sales causan la dureza en el agua, y es evitable su solubilidad en el agua. Y el Hidrógeno, cuyas sales ácidas que causan la acidez en el agua.

Los grupos radicales positivos son medidos en la suma de estos tres grupos. Causan las siguientes propiedades en orden de importancia:

Salinidad Primaria (Álcali Salinidad), Salinidad Secundaria (Dureza Permanente), Salinidad Terciaria (Acidez), Alcalinidad Primaria (Alcalinidad Permanente) y Alcalinidad Secundaria (Alcalinidad Temporal).

Los álcalis son originados por la descomposición de las rocas. Esto determina el carácter de las aguas naturales con referencia a la litología de la región de la cual son derivadas, por su acción solvente en minerales con los cuales llegan a tener contacto, en depósitos sedimentarios que forman comúnmente. Para sus efectos, en procesos industriales y por su acción química en general, el agua subterránea puede ser retratada por un estado de los cinco anteriormente mencionados. El agua es caracterizada por las sales disueltas, es decir como un sistema químico de valores balanceados.

Las aguas subterráneas son solución de muchas sales y su carácter químico como todas las soluciones en general, dependen de la naturaleza y proporción y de las sustancias contenidas. La interpretación de análisis químico del agua es incierto e insatisfactorio si es basado meramente en la cantidad de radicales determinados.

En la química analítica, se consideran propiedades inherentes de los radicales y por eso los análisis de agua deben tener en cuenta la naturaleza química y las cantidades proporcionales de los radicales determinados en una solución de sales mezcladas. No hace falta información concerniente a las cantidades de los varios materiales disueltos en aguas naturales y con las relaciones de sus partes. El principal interés radica en expresar correctamente las relaciones y disociaciones de las verdaderas proporciones de los radicales. Al ingeniero le importan mucho más las propiedades que producen inconvenientes.

Influencia geológica en las aguas

Las unidades geológicas con las que entra en contacto el agua subterránea también influirán en la composición química de éstas, dependiendo de la composición y grado de fracturamiento de la roca, del grado de acidez del agua, del tiempo en que ambas interactúen, de la permeabilidad, entre otros

aspectos. A continuación se detallan características generales que tendrán las aguas dependiendo del tipo de roca (Custodio y Llamas, 1976):

· Rocas Ígneas: las aguas relacionadas con los granitos son en general poco salinas y en ellas domina como anión el HCO3

- y como cationes el Na+, el Ca2+, o ambos. Aunque se puede solubilizar cantidades importantes de K y Fe, el primero es retenido por las arcillas existentes, mientras que el segundo es precipitado como hidróxido de hierro o ferrihidrita (Fe(OH)3). El contenido de Cl- y SO4

2- en general es bajo dada la composición de los granitos, excepto si se tienen cantidades importantes de pirita (FeS2), que si logran oxidarse originan aportes notables de sulfato. Para que esto último ocurra, se precisa de una facilidad de suministro de oxígeno. Si en vez de granito se tiene un terreno basáltico, se tendrán aguas relativamente más salinas, dada la mayor facilidad para alterar sus componentes.

· Rocas Sedimentarias: al haber una gran cantidad de este tipo de rocas, la características del agua dependerán del tipo de roca sedimentaria con la que interactúan. Estas rocas son en general más porosas y son capaces de aportar más sales más rápidamente que las rocas ígneas.

· Rocas Metamórficas: estas rocas suponen una gradación entre rocas ígneas y sedimentarias, por lo que las aguas que entren en contacto con rocas metamórficas tendrán características intermedias más próximas a unas u otras según el grado de metamorfismo.

Evolución geoquímica de las aguas subterráneas

En general, el origen de las aguas subterráneas, y la composición química primaria que tendrán, se encuentra en el agua de lluvia. Ésta tiene una composición muy variable, y de acuerdo a Matveyev y Bashmakova (1967), los iones dominantes son el Cl, Na y K cerca de la costa, y los iones SO 4, HCO3 y Ca predominan hacia el interior de los continentes. Esta disminución de NaCl en el agua de lluvia hacia el interior del continente es inversamente proporcional a la distancia a la que se encuentre de la costa (Kolodiajnaia, 1962), y disminuye aún más si media una elevación topográfica importante (por ejemplo, la Cordillera de la Costa). Esta agua de lluvia, al entrar en contacto con el suelo (que a su vez contiene abundante CO2), genera la siguiente reacción.

CO2 + H2O = HCO3– + H+

Generándose así primeramente HCO3–, y acidificando el agua. Esta relación se favorece a medida que el

suelo contenga más CO2, como sucede en terrenos cultivados y con abundante vegetación (Custodio y Llamas, 1976). Una vez infiltrada, la composición química de las aguas subterráneas dependerá directamente de los minerales con que entre en contacto en el acuífero, y del tiempo de interacción que tenga con ellos, el que puede llegar a ser de miles de años (Custodio y Llamas, 1976). Así, a mayor tiempo de permanencia en el acuífero, mayor será la cantidad de sales presentes en el agua, debido a la mayor disolución de éstas. Se determina una secuencia entonces, la cual dice que las aguas con menor tiempo de permanencia en el subsuelo serán generalmente bicarbonatadas, y con el paso del tiempo se vuelven sulfatadas y finalmente cloruradas. Análogamente para los cationes, aguas inicialmente cálcicas pasan a ser magnésicas y luego sódicas:

HCO3- SO4

2- Cl-

Ca2+ Mg2+ Na+

Esta secuencia es correcta para un flujo lineal. Sin embargo, las aguas al infiltrarse y circular por el terreno, pueden seguir un recorrido corto de circulación local, un camino de cientos de km de circulación regional, o algún camino intermedio entre éstos (Fig. 4.1, tomada de Custodio y Llamas, 1976). Así, las aguas más profundas suelen ser más salinas que las más cercanas a la superficie debido a que las oportunidades para disolver sales son mayores (Custodio y Llamas, 1976).

Modelo de circulación de aguas subterráneas, tomado de Custodio y Llamas (1976).

⁻ Para un mejor entendimiento de la interacción entre el agua subterránea y los materiales del acuífero, se muestran las diferentes técnicas para encontrar los componentes del agua (Driscoll, 1986).

Cinco técnicas son las más comúnmente usadas para reportar los análisis químicos de aguas naturales. Cuatro de ellos son gráficos. La simple técnica de presentar datos en tablas indicando los iones específicos presentes y su relativa concentración absoluta.

Collins (1923) presentó el primer método gráfico en el cual la concentración de iones individuales, cationes y aniones son mostrados por tramas o colores en un diagrama de barras. Este es el método más usado por la USGS (Servicio Geológico de los Estado Unidos). Los diagramas de pastel muestran los iones individuales presentes en la muestra de agua y el total de mili equivalente por litro. La escala para el radio del círculo y así el área representativa de la concentración iónica, y las subdivisiones del círculo representan las proporciones individuales de los iones.

Los diagramas triangulares son usados para describir datos químicos. Este método propuesto independientemente por Hill (1940) y Piper (1944), muestra las concentraciones relativas de los mayores iones. Otro método es el de Stiff (1951) en el cual con un simple modelo de análisis de pueden revisar formaciones similares de agua sobre grandes áreas.

Cuando los datos varían sistemáticamente en el espacio, es muchas veces mejor dibujar las concentraciones u otros parámetros en mapas de secciones transversales. A continuación se presentan más detalladamente estos métodos.

DIAGRAMAS DE COLLINS

El método gráfico en cualquiera de sus versiones es una estupenda ayuda. El método adoptado por la USGS representa el análisis del agua por barras de tamaño proporcional a los miligramos equivalentes de radicales que toman parte en el equilibrio del sistema. La ventaja del método está en el orden de la disposición y en el uso de ciertas combinaciones de colores.

La Figura se muestra en forma gráfica análisis resumidos. Se hace imperativo el uso de convenciones. En la práctica regular se usan colores asignados según la siguiente relación:

⁻ Calcio: rojo⁻ Magnesio: naranja⁻ Cloro: verde claro⁻ Sodio: amarillo⁻ Sulfato: azul claro⁻ Bicarbonato: violeta o púrpura

Diagramas de Barras (Collins, 1923)

Si la sílice es mostrada, se debe representar por un área de color negro arriba de las dos columnas. Los sólidos suspendidos en aguas no filtradas son mostrados con color café o sepia, frecuentemente cambiando el ancho de las columnas de los ácidos y las bases. En el ejemplo se muestran las barras con números impares 1,3,5 y 7 para los cationes y con números pares 2,4,6 y 8 para los aniones. Las Barras 1 y 2 representan un agua cruda, la 3 y la 4 a un agua caliente tratada con alumbre, cal y cenizas para reducir dureza, la 5 y la 6, agua fría para consumo público tratada con cal, alumbre y cenizas, y la 7 y la 8 representan un agua ablandada por un intercambio de silicatos.

El potasio está incluido con el sodio, los nitratos con los cloruros y carbonato con los bicarbonatos. Si se desea representar separadamente las cantidades de estos radicales, se trazan líneas negras a través de las áreas en las cuales son incluidas.

El inevitable error en el balance de iones podría ser indicado por la desigualdad en la longitud de las columnas de ácidos y básicos; Pero en general es mejor distribuir el error entre el calcio y el bicarbonato, para dejar las columnas del mismo tamaño.

DIAGRAMAS DE PIPER

Este procedimiento gráfico es una herramienta efectiva en la segregación analítica de datos para un estudio crítico con respecto a los orígenes de los constituyentes disueltos en aguas, las modificaciones en el carácter de un agua con el paso a través de un área y problemas geoquímicos relacionados. Este procedimiento está basado en el diagrama múltiple triangular mostrado en la Figura siguiente, cuya

forma fue gradual e independientemente desarrollada durante muchos años. Ningún diagrama describe tan bien los problemas geoquímicos. Muchos problemas de interpretación pueden ser resueltos sólo por un concienzudo estudio de análisis crítico de datos.

De cierta manera parte es análogo a la carta geoquímica de Hill y al diagrama de clasificación de Langelier y Ludwing. La Figura 5 muestra diagramas que son una imagen espejo, los cuales hasta 1942 fueron usados ampliamente por muchos profesionales, y de esta manera surgieron críticas que llevaron a los actuales diagramas de Piper.

El agua contiene constituyentes disueltos, cationes (metales o bases) y aniones (radicales ácidos) en equilibrio químico los unos con los otros. Comúnmente las aguas contienen algo de sílice, hierro y aluminio, pero esos constituyentes son usualmente coloides como óxidos y no son parte del equilibrio químico con los constituyentes ionizados.

Así en términos generales, el agua natural puede ser tratada en términos de variables, de tres cationes y tres aniones, y porque el subtotal de sus cationes y aniones, son cada uno el 50% del total del valor reactivo, el carácter químico esencial del agua puede ser indicado gráficamente en el triángulo.

DIAGRAMAS DE STIFF

Los diagramas de Stiff son un procedimiento gráfico con muchas ventajas; son ampliamente usados en la solución de problemas encontrados en la producción de petróleo. Este sistema presenta una mejor imagen del total de la concentración de sales que todos los otros métodos gráficos así como los efectos de dilución o concentración han sido reducidos al mínimo y al mismo tiempo mejorar la distinción entre variados tipos de agua.

El sistema es extremadamente versátil y muy simple de dibujar en papel ordinario. Lo esencial del método lo muestra la Figura 8; Las líneas se extienden horizontalmente a izquierda y derecha de la línea vertical que indica concentración cero. Los iones positivos se dibujan a la izquierda mientras que a la derecha se dibujan los negativos. Estos gráficos presentan la alternativa de alterar la escala de los iones de sodio y cloro, 10 veces menor para mostrar en el mismo gráfico todos los componentes. Por conveniencia, todas las sales (sodio, potasio, litio) se representan con el sodio. La unidad química

utilizada es el mg/L. Para realizar el modelo se colocan adecuadamente los puntos que indican las constituyentes del agua; luego se unen los puntos como lo muestra la Figura 9. La Figura 10 muestra patrones típicos de algunos tipos de aguas. La disponibilidad de escala variada hace posible seleccionar en donde se enfatizan diferencias y similitudes de las diferentes muestras de aguas estudiadas. Otra ventaja es su simplicidad, pues el modelo puede construido por cualquier persona en papel ordinario. Este método tiene diversas aplicaciones dentro de las que vale rescatar: problemas de trazado de líneas de corriente, pruebas de perforación y detección de aguas foráneas y la determinación de su origen.

En conclusión este método ofrece un muy simple y práctico medio de caracterización, comparación y correlación de aguas subterráneas. Es particularmente útil para la solución de problemas en la producción de petróleo, pero puede ser usado ventajosamente en el estudio de análisis de agua.

Esquema Básico del Diagrama de STIFF

INTERPRETACION ANALISIS HIDROGEOQUIMICO

Diagrama de Piper: Es una de las gráficas más utilizadas, En el se incluyen aniones y cationes en forma simultánea. Este gráfico permite representar muchos análisis sin dar origen a confusiones. Las aguas geoquímicamente similares quedan agrupadas en áreas bien definidas (Custodio 1965).

Está formado por dos triángulos equiláteros, donde se representan los cationes y aniones mayoritarios. Los vértices del triangulo de cationes son Ca2+ , Mg2+ y Na++ K+. Los verticers del triangulo de aniones son SO4

-2, Cl- y HCO3

-. Los datos de los diagramas triangulares se proyectan en un rombo central en el que se representa la composición del agua deducida a partir de aniones y cationes.

Las concentraciones de los iones dadas en meq/l se expresan como porcentaje con respecto a la suma de aniones y cationes respectivamente. En cada triangulo se reúnen solo tres aniones y tres cationes. A cada vértice le corresponde el 100% de un anión o catión. Ver figura siguiente.

Para construir el diagrama de Piper se procede de la siguiente manera:

Paso1. Si las concentraciones están en mg/l, se convierten a meq/l dividiendo los mg/l de cada parámetro por el peso del miliequivalente correspondiente.

Ej: para convertir los 84 mg/l de Ca+2 correspondientes al punto 1 dividimos por 20 que es lo que pesa un meq de Ca+2. El resultado es 4.2 meq/l (ver tabla).

Paso 2. Expresamos como porcentaje los meq/l de cada parámetro, para ello: primero, sumamos los aniones y los cationes presentes en la muestra. En segundo lugar dividimos la concentración de cada parámetro por la suma de aniones o cationes según corresponda.

Por Ej. Para expresar los 4.2 meq/l de calcio que hay en la muestra, se debe tener en cuenta que la suma de cationes para es 5.53 meq/l, así.

Paso 3. Dibujar las proporciones en los gráficos triangulares. Se debe tener en cuenta que estos triángulos muestran solo las proporciones entre los aniones o los cationes mayores, no sus concentraciones.Tal como se muestra en la figura de inicio, en unos de los vértices del triangulo de cationes se dibuja la suma de K++Na+, por tanto las cantidades a graficar son las siguientes.

Ahora se grafica el punto correspondiente a los cationes, conformado por 76% de Ca, 12% de Mg y 12% de Na+K, para ello, utilizamos con rectas auxiliares la opuesta cada uno de los vértices donde están el Ca, Mg y Na+K respectivamente.

Paralela a la recta opuesta al vértice del Ca, trazamos una línea por donde está el 76% de Ca (Línea verde).

Paralela a la recta opuesta al vértice del Mg, trazamos una línea por donde está el 12% de Mg (línea azul).

Paralela a la recta opuesta al vértice del Na+K, trazamos una línea por donde está el 12% de Na+K (línea roja).

En el sitio donde se cortan las tres rectas, se coloca el punto correspondiente a 76% de Ca, 12% de Mg y 12% de Na+K.

De igual forma de procede para los aniones conformado por 87% de HCO3, 6% de Cl y 7 % de SO4.

El resultado de todo este procedimiento se muestra en la figura siguiente.

Paso 4. Lo que sigue es proyectar ambos puntos en el rombo central, para ello se prolongan las líneas rojas de ambos triángulos. Donde se corten dichas líneas se localiza el punto que caracteriza la muestra, la cual se clasifica como Bicarbonatada – Cálcica (HCO3-Ca).

Este es un procedimiento que tal vez realizará una vez en la vida, puesto que existen software como el Aquachem (ya visto acá) y el Digrammes (del que próximamente estaré publicando un tutorial). Lo más importante es saber para qué sirve este diagrama:

Visualizar la evolución geoquímica de las aguas subterráneas.

Detectar procesos como intercambio catiónico.

Detectar mezclas entre dos tipos de agua.

Detectar procesos de dilución o precipitación de especies iónicas.

Junto con la cartografía y localización de los puntos de muestreo permite validar o lanzar hipótesis de la localización de la zona de recarga de los acuíferos.

A continuación se presentan casos tipos de agua, su clasificación y los procesos o rocas relacionadas con las mismas.

CONCLUSIONES

La alcalinidad de las aguas subterráneas se relaciona, principalmente, con la mayor o menor solubilidad de la litología que forma el acuífero. Sin embargo, las mayores salinidades en conjunto, no aparecen en aguas subterráneas en contacto con materiales muy solubles (yesos y sales), sino en el grupo de las aguas carbónicas sobre hard rocks.

No parece que en la naturaleza se den aguas subterráneas de fases hidroquimica mixta sulfatada-clorurada (con menos del 20% de epm de bicarbonato) ni fases cationica sódico magnésico de bajo contenido de calcio.

A grandes rasgos, las pautas evolutivas se adaptan a la clásica serie de Chevotarev: a medida que una agua evoluciona pasa de cálcica a sódica y de bicarbonato, a sulfatada para finalizar sindo de fase clorurada. Sin embargo dependiendo del grupo litológico aparecen diferentes recoriidos. Las aguas subterráneas en rocas sedimentarias muy solubles (yesos y sales) parecen evolucionar hacia

términos sulfatados cálcicos o, por el contrario, clorurados sódicos, pero sin términos intermedios entre estos dos extremos.

BIBLIOGRAFIA

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http://www.cybertesis.edu.pe/sisbib/2005/ortiz_rr/html/sdx/ortiz_rr-TH.7.html http://www.cybertesis.uchile.cl/tesis/uchile/2009/huerta_g/sources/huerta_g.pdf http://www.docentes.unal.edu.co/lddonadog/docs/Presentations/Donado_1999a.pdf