Agua Subterrnea

AGUA SUBTERRNEA

CONCEPTO

Las aguas subterrneas son las que se encuentran bajo la superficie del terreno o dentro de los poros o

fracturas de las rocas, en zonas hmedas a metros de profundidad, en desiertos a cientos de metros. Estas

aguas pueden ser colectadas mediante perforaciones, tneles o galeras de drenaje o la que fluye

naturalmente hacia la superficie a travs de manantiales o filtraciones a los cursos fluviales

A la parte de la hidrologa que se ocupa del agua subterrnea se le da el nombre de hidrogeologa, y

aunque algunos autores tambin la llaman geohidrologa, cabe mencionar que sta se dedica

exclusivamente a la hidrulica subterrnea.

La hidrogeologa estudia al agua subterrnea, desde su origen, su movimiento, su distribucin debajo de la

superficie de la Tierra y su conservacin.

Por lo que se refiere a la presencia del agua en el subsuelo, se ha comprobado que la mayor parte del agua

subterrnea se debe a la infiltracin de agua de lluvia, aunque tambin hay agua subterrnea debida a

otros fenmenos como el magmatismo y el volcanismo (aguas juveniles) y las que resultan al quedar

atrapadas en los intersticios de rocas sedimentarias en el momento en que se depositan stas (aguas

fsiles), pero su cantidad no es considerable en relacin con las que provienen de la infiltracin.

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PROCEDENCIA DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS

Ellas proceden de la precipitacin y la condensacin, excepto otras como las aguas connatas o fsiles

(sedimentarias) y las juveniles (magmticas).

Aguas de precipitacin

Es importante considerar a la precipitacin, si se toma en cuenta que la mayor parte del agua del subsuelo

proviene de la infiltracin de la lluvia. Las zonas lluviosas constituyen, en mayor o menor grado, zonas de

alimentacin del agua subterrnea, por lo que en las zonas secas el agua subterrnea no proviene de la

infiltracin directa, procede de regiones lejanas o cercanas, en donde la lluvia se infiltra y llega lentamente

hasta ellas. La precipitacin es muy importante en dos aspectos, en su cantidad y en su duracin.

Las aguas de precipitacin debidas al ciclo del agua, se originan principalmente en la superficie de los mares

que poseen 365 millones de km. cbicos de agua y el 73% de la superficie de la Tierra. Por otro lado el

aporte calorfico de la radiacin solar permite convertir en vapor de 2 a 3 litros de agua por m2/da, por lo

que el agua evaporada sobre la Tierra en un da alcanza a 1012 m3.

Bajo la accin de la radiacin solar el agua de mares y continentes se transforma parcialmente en vapor

que se eleva en la atmsfera y que posee en el aire una presin parcial que est condicionada,

principalmente, por la temperatura de las superficies generadoras.

Lluvias artificiales. Conviene adems para provocar la formacin de masas lquidas o slidas la presencia de

ncleos de condensacin en la atmsfera. No es raro encontrar a gran altitud nubes sobresaturadas de

vapor de agua que, bajo una accin local de condensacin, pueden precipitar enormes cantidades de agua

o de hielo. Este es el principio de las lluvias artificiales en donde decenas de kilogramos de gas carbnico

solidificado aportadas desde un avin dentro de ciertas nubes sobresaturadas son suficientes para obtener

una precipitacin considerable.

Aguas de condensacin

Para muchos hidrlogos la condensacin del vapor de agua en el interior del suelo desempea una funcin

poco importante en la formacin de las aguas subterrneas, incluso consideran que los rocos internos no

deben intervenir en los caudales. Pero esta participacin, la de las aguas de condensacin internas y

externas presenta caractersticas diferentes e importantes segn se trate de un terreno abundantemente

permeable (calizas fisuradas, por ejemplo) o de un terreno de escasa permeabilidad (arenas) o compuesto

de capas porosas impregnadas de arcilla coloidal cuya naturaleza permite la fijacin de agua, incluso

cuando el aire superficial no alcanza un 100% de humedad.

El aire exterior ms o menos cargado de vapor de agua, cuando penetra el suelo, puede encontrar en

verano una temperatura inferior a la que posee en superficie. Si el enfriamiento es suficiente la

temperatura alcanzada corresponde a un contenido mximo en vapor de agua por m3, menor que el del

aire, dndose la condensacin interna del vapor excedente.

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Tambin las nieblas en las regiones hmedas y los rocos en las regiones secas y clidas donde las noches

son fras, desempean un papel en la alimentacin en agua de los terrenos superficiales, ya que aportan

agua interna por condensacin.

Cuando la permeabilidad de la roca es grande como en los terrenos fisurados de las calizas, se establecen a

veces circulaciones de aire profundas de gran intensidad, a causa del gradiente trmico entre orificios

interconectados con salidas a diferente altitud.

OTROS ORGENES DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS

Despus de los dos principales e indiscutibles procesos de formacin de las aguas subterrneas que se

acaban de sealar conviene sealar algunos otros.

Entre las aguas termales estn las aguas juveniles que se habrn formado en profundidad sin haber estado

antes en superficie. Estas representan el residuo de la consolidacin de los magmas eruptivos prximos a la

superficie, cuya exhalacin sera una solucin hidratada caliente, conteniendo gases a alta presin que

contribuiran al rpido ascenso de las aguas.

Se ha calculado que una intrusin magmtica potente de 1000 metros, conteniendo en peso un 5% de agua

y enfrindose lentamente, producir durante un perodo de un milln de aos un caudal de 23,8 litros de

agua juvenil por minuto y por km2 de superficie de la tierra.

Existen tambin las llamadas aguas fsiles que se encuentran actualmente en los pozos artesianos del

Sahara, en regiones donde prcticamente no llueve, estas aguas, se habran infiltrado y conservado desde

largo tiempo dentro de los sedimentos. Puede tambin suponerse que su origen fuera debido a fenmenos

de condensacin vinculados con variaciones de temperatura y con variaciones de presin atmosfrica.

No existe agua subterrnea a ms de 16 km. de profundidad porque all las rocas fluyen debido a la presin;

a 6 Km. Es escasa, pues los poros son pequeos y los intersticios no siempre estn intercomunicados, razn

por la cual no se establece el flujo; a 600 m de profundidad el agua ya resulta susceptible de recuperarse.

Se denomina agua fretica el agua subterrnea de la capa ms cercana a la superficie, lo suficientemente

prxima a sta, para que sea posible hallarla con un pozo ordinario y extraerla manualmente, lo que

supone una profundidad mxima de 30 metros.

PROPIEDADES DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS

Temperatura

Vara de acuerdo a la extensin y penetracin de la capa en el suelo.

En promedio por cada dos grados de latitud que nos alejemos del ecuador la temperatura

disminuye 1 C y por cada 150 m, en altitud, la variacin de la temperatura es de 1 C.

Radiactividad.

Fenmeno no exclusivo de las aguas termales.

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Se agrega que no son tampoco las aguas de origen ms profundo las que poseen siempre mayor

radiactividad.

Conductividad elctrica.

Vara segn los intercambios qumicos y aportes de agua exterior, e informa sobre su riqueza en

electrolitos disueltos.

Turbidez y transparencia.

Vara de acuerdo al caudal

Las aguas de capas, permanecen transparentes casi siempre por la filtracin del sistema.

Las de calizas presentan caractersticas intermedias entre las aguas de circulacin y las de capas. El agua subterrnea una vez que llega a la zona saturada circular por el acufero siguiendo los gradientes

hidrulicos regionales, hasta salir al exterior o ser extrada durante su recorrido en diferentes perodos de

tiempo:

Se extrae artificialmente mediante pozos o sondeos. En zonas de topografa plana y superficie

fretica profunda, la extraccin por captaciones constituye casi la nica salida del agua

subterrnea.

Sale al exterior como manantial. Los contextos hidrogeolgicos que dan lugar a un manantial son

variados, en la figura se esquematiza uno de ellos.

Alimenta un cauce. Es normal que un ro aumente paulatinamente su caudal aguas abajo aunque

no reciba afluentes especiales.

Evapotranspiracin por plantas freatofitas o si el nivel fretico est prximo a la superficie. En las

laderas que cortan la superficie fretica se genera abundante vegetacin.

En zonas costeras fluye subterrneamente al mar. Esta prdida es necesaria para mantener estable

la interfase agua dulce-agua salada.

De todas ellas, exceptuando las reas costeras, la ms importante es salida hacia los cauces. En una regin

con alternancia entre capas permeables y otras poco permeables el flujo sera as:

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Esta afluencia de agua subterrnea a los ros no se produce siempre, en ocasiones el flujo es del ro al

acufero. Se denominan ros efluentes e influentes respectivamente ganadores y perdedores de los flujos

de agua.

FACTORES QUE CONDICIONAN LA PRESENCIA Y EL MOVIMIENTO DEL AGUA SUBTERRNEA

La presencia y el movimiento del agua subterrnea estn condicionados por ciertos factores entre los que

se cuentan como ms importantes la precipitacin, la forma del terreno, la geologa y la presencia o

ausencia de vegetacin.

FORMA DEL TERRENO

Este aspecto interesa a la hidrologa tanto superficial como subterrnea, ya que el relieve da lugar a la

formacin de las cuencas hidrogrficas, indicando as el camino que seguir el agua al caer a la superficie.

Por lo que se refiere a la hidrogeologa, la forma del terreno es importante, porque el agua tendr mayor o

menor oportunidad de infiltrarse y, adems, porque el agua infiltrada va a seguir una trayectoria

determinada por dicho factor; as, en una regin montaosa la pendiente del terreno por una parte, dar

ms facilidad al agua para escurrir que para infiltrarse y, por otra, el agua que llegue a la zona de saturacin

tendr un movimiento hacia las zonas ms bajas en donde el movimiento del agua ser ms lento y

facilitar su acumulacin, o tambin, segn la constitucin del terreno, el agua puede salir en forma de

manantiales en las laderas de las montaas. En una zona ms o menos plana el agua tendr mayor

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oportunidad de infiltrarse y habr ms facilidad de encontrar depsitos mayores de agua subterrnea, ya

que ah se tiene tanto el agua infiltrada localmente como la descarga de regiones montaosas vecinas.

Las formas del terreno son fundamentales, pues en general las partes altas constituyen zonas potenciales

de recarga y las bajas de descarga del flujo de agua subterrnea.

Las corrientes fluviales pueden influir en el aumento de agua del subsuelo, especialmente en la poca de

lluvia. Las zonas de descarga, adems de manantiales, pueden estar representadas por cuerpos de agua,

humedales, suelos salinos, entre otros.

Vegetacin

Es un factor que en partes topogrficamente altas influye en la infiltracin y, por lo tanto, contribuye a la

recarga del agua subterrnea. El suelo, hidrogeolgicamente hablando, est estrechamente ligado con la

cubierta vegetal. Las races de las plantas y los animales propios del suelo lo horadan hacindolo ms

poroso y dndole as oportunidad al agua para pasar a travs de l. La vegetacin puede facilitar la

infiltracin an en los suelos duros y arcillosos.

En lo que respecta a este factor, es interesante hacer alusin a la existencia de ciertos tipos de plantas que

se alimentan de la descarga del agua subterrnea, que no pertenecen a un gnero o familia en especial,

sino que su nica caracterstica en comn es que satisfacen sus necesidades extendiendo sus races hasta el

manto fretico. A este grupo peculiar de plantas se le ha dado el nombre de freatofitas, pueden servir

como indicadoras de la presencia de agua subterrnea e inclusive de la calidad de la misma. Suelen

presentarse en las mrgenes de los ros y son propias de regiones semiridas, donde el agua subterrnea

aflora en forma permanente, no dependiendo de la precipitacin directa en el rea. Es muy grande la

cantidad de agua que utilizan y, por tanto, la cantidad que se va a la atmsfera por evapotranspiracin,

pero no es conveniente eliminarlas por completo precisamente porque protegen al suelo de la erosin, sin

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embargo, se han ideado medios para reducir su metabolismo y evitar tanta prdida de agua subterrnea

por evapotranspiracin.

FACTORES DEL MOVIMIENTO DE AGUAS SUBTERRNEAS

Los factores del movimiento son porosidad, permeabilidad y filtracin.

Porosidad y Permeabilidad

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Porosidad. Alude a la cantidad de espacios vacos 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 disolucin, porque

hay volumen de espacios vacos en el seno de la roca. La porosidad vara con la dimensin de los huecos y

el grado de cohesin de los minerales que lo limitan. Por ejemplo: una masa de arena cuyos lados son

esfricos ver variar su porosidad segn la colocacin de esos granos.

Los poros pueden constituir del 1 al 45% del volumen total de una roca y se mide por la relacin entre el

volumen ocupado por los poros y el volumen total del cuerpo, en este caso roca. La porosidad no depende

del tamao de los granos si estos son uniformes, pero s de la manera como estn arreglados o empacados

y de la variedad de tamao de los granos o seleccin. Si los granos son esfricos la porosidad terica

mxima es del 47,6% o de slo 25,9% con el empaque ms compacto.

Variaciones en la porosidad (P) y en la permeabilidad (K) de materiales diferentes: arriba, arcilla y arena suelta. Abajo

arena densa y roca diaclasada. La calificacin es intrnseca para cada material. (Adaptado de C. Mathewson,

Engineering Geology).

Pero podemos distinguir entre porosidad primaria y porosidad secundaria; la primaria alude a los espacios

existentes entre las partculas del material, es decir, los espacios entre los granos; la secundaria alude a los

espacios por el fracturamiento o por la presencia de planos de disolucin dentro del material. Por ejemplo,

la arcilla y la arena tienen porosidad primaria pero un granito fracturado, y una caliza o un mrmol, cuyos

planos de debilidad han sufrido disolucin, tienen porosidad secundaria.

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Permeabilidad. La permeabilidad alude a la capacidad que tiene un material de permitir que se establezca

el flujo de aguas subterrneas -o cualquier fluido- a travs suyo. Ello depender de la porosidad y de la

conexin entre las aberturas e intersticios, y del tamao y forma de tales conductos. En otras palabras la

permeabilidad depende no slo de la porosidad de la roca, sino del tamao de los poros. As resulta

asociado el concepto de permeabilidad al de porosidad.

Una roca puede ser muy porosa y ser impermeable como la arcilla pues la permeabilidad depende no slo

del tamao de los poros sino tambin de la conexin entre ellos.

En una lava vesicular por grandes que sean las vesculas si no se interconectan no habr permeabilidad. La

relativa impermeabilidad de los materiales muy fino-granulares se explica por la gran cantidad de superficie

expuesta con relacin al volumen de poros. Las vesculas son cavidades formadas por la salida de gases en

las lavas. Si la roca est fracturada la permeabilidad se mejora. Las cavidades de solucin se asocian a la

disolucin de rocas solubles por accin de aguas metericas.

Por ejemplo, si la arena y la arcilla son porosas, slo la primera es permeable; si las fracturas en un granito

no estn interconectadas, el flujo no se establece resultando la roca impermeable.

Materiales permeables

Muy permeables: lavas cavernosas, gravas, arenas gruesas.

Permeables: arenas finas, conglomerados, areniscas, calizas no muy fracturadas.

Poco permeables: gravas con arcillas, margas, calizas margosas.

Materiales impermeables

Aunque en forma estricta no hay materiales totalmente impermeables, pues dependen de la escala

geogrfica considerada, se puede anotar lo siguiente:

Impermeables: pizarras cristalinas, areniscas antiguas, calizas cristalinas, calizas compactas no cavernosas,

cuarcitas.

Muy impermeables: granitos y rocas en masa, pizarras arcillosas, gneis, arcillas.

- La arena es porosa y permeable. En la arena los granos son seudoesfricos resultando los intersticios con

seccin transversal romboidal. Ello significa mayor eficiencia hidrulica en los conductos, por tener

secciones transversales con poco permetro para cualquier rea transversal de flujo, en cada intersticio o en

cada lnea de flujo. Al tiempo, como los granos de arena son relativamente grandes, en la seccin

transversal de los intersticios o conductos, el rea que ocupa el agua absorbida y el agua de la humedad de

contacto no resulta significativa, quedando el rea transversal disponible para el libre movimiento del agua

subterrnea.

- La arcilla es porosa e impermeable. Contrariamente, los granos de arcilla tienen forma de lentejuela, por

ello los intersticios ya tienen poca eficiencia hidrulica. En la arcilla, los granos adicionalmente son muy

pequeos, haciendo que la atraccin molecular, ejercida por las partculas slidas sobre el agua, frene el

flujo.

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- Las rocas porosas y permeables. Son por excelencia aquellas en los que las aguas subterrneas adquieren

su verdadero carcter de capa. Las areniscas, las arenas de diferentes naturalezas, presentan sta forma de

permeabilidad. En las rocas verdaderamente permeables podemos distinguir terrenos escasamente

permeables como las areniscas y terrenos altamente permeables como las calizas.

- Las rocas porosas e impermeables. Son dctiles y se caracterizan por una gran finura de sus granos y por

una capacidad particular de absorcin del agua, como ocurre con las arcillas, silicatos de almina

hidratados, que son materiales higroscpicos. Los limos presentan cualidades intermedias entre las de las

arcillas y las de las arenas; conservan sin embargo y en general una impermeabilidad a la corriente.

- Las rocas no porosas e impermeables. Son rocas compactas y coherentes, cuyas fisuras resultan

rpidamente rellenadas por su propia descomposicin. Los granitos no fisurados y los feldespatos se

comportan como rocas impermeables, aunque en los granitos y los gneises se pueden acumular

importantes cantidades de agua.

Son numerosos los terrenos escasamente permeables, como las arenas de diferente dimensin de granos,

cuya naturaleza es muy variable: arenas glauconiosas, dolomticas, silicosas, etc., las que a menudo son el

resultado de la desaparicin del cemento calcreo de una arenisca, por ataque qumico del agua carbnica.

FILTRACIN

La filtracin vara mucho, segn la naturaleza del suelo, la vegetacin y la estacin.

Un suelo arenoso y desnudo puede absorber del 30 al 60 % del agua lluvia cada. El mismo terreno arenoso

recubierto de vegetacin, slo deja filtrar un 10 %, exclusivamente durante el otoo y el invierno.

Un suelo calizo con muchas fisuras y desnudo es muy permeable; absorbe directamente el agua de

escorrenta y el coeficiente de filtracin oscila entre el 33 y el 90 %, con una media del 70 %. Un terreno

arcilloso por el contrario, es impermeable y no deja que el agua filtre.

Adems de los poros estn las fisuras, diaclasas, huecos, que representan posibilidades de filtracin rpida.

Las rocas consideras muy permeables son las calizas. Las rocas que simplemente son porosas y permeables

podrn producir mantos de agua subterrnea. Las rocas con fisuras y muy permeables podrn dar lugar a

corrientes de agua subterrneas.

MANTOS

El agua filtrada puede aparecer en forma de mantos acuferos, que pueden ser mantos libres y mantos

cautivos.

Como roca porosa y poco permeable, la arena es la ms idnea y sobre ella el agua tiende a bajar,

tericamente, hasta los 12 Km. de profundidad, donde la temperatura cercana a los 365 C, es suficiente

para que se alcance el punto crtico del agua. Hacia arriba del lado de la superficie, la zona superficial no

est generalmente saturada debida a la evaporacin.

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Slo a determinada profundidad, variable por cierto, una roca puede estar permanentemente saturada de

agua formando as un manto acufero, y es aqu en donde los pozos encuentran agua y donde se establece

el nivel fretico de la capa de filtracin. Por encima del nivel hidrosttico o de la superficie piezomtrica de

esa capa fretica, las aguas circulan sin cesar.

Hay que observar que la superficie de la capa fretica es horizontal en regiones de llanura pero que tiende

a seguir las ondulaciones del terreno accidentado, que la profundidad de la capa fretica vara con la roca,

la vegetacin y el clima y que en profundidad est limitada por un nivel impermeable y en ella se puede

tambin encontrar varias capas sucesivas libres o cautivas.

MANANTIALES Y LAGOS

A los manantiales, vulgarmente se les conoce como nacimientos de agua; ellos son solamente el

afloramiento del nivel fretico a la superficie.

Cuando el nivel fretico, de aguas relativamente quietas, queda por encima del terreno natural, se forman

lagos y lagunas. Cuando uno y otro tienen aproximadamente la misma elevacin se forman las cinagas.

El NAF tiene su propia dinmica dependiendo si es poca de invierno o verano, de ah que los manantiales

tambin puedan cambiar de posicin y los lagos de nivel en estas temporadas.

Esquema del NAF en un macizo. 1. Lutita impermeable, 2. Arenisca permeable, 3. NAF de verano, 4. NAF de invierno, 5. NAF

colgado, 6. Manantial, 7. Falla. (Adaptado de Leet y Judson, Geologa Fsica.)

Vemos en la figura anterior, una lutita impermeable (1) como basamento de una arenisca saturada, con su

respectivo NAF; adicionalmente, entre la arenisca, aparece una lente de lutita que explica un nivel fretico

colgado. A la derecha vemos una falla afectando el basamento impermeable y el aspecto de la capa fretica

a causa de la discontinuidad.

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Corriente subterrnea de un torrente. A. Perfil longitudinal, B. Perfil transversal. 1. nivel impermeable (capa sello), 2. Curso fluvial,

NN' capa libre de nivel variable o cautiva, 3. Aluvin saturado (capa cautiva), 4. Aluvin seco (capa cautiva), 5. Basamento, 6.

Derrumbamientos permeables que dan acceso hacia la corriente subterrnea a las aguas que circulan por la ladera, 7. Ro

subterrneo (a veces bajo presin), 8. Encuentro de la corriente superficial y la subterrnea. (Segn Flix Trombe, Las Aguas

Subterrneas).

Algunos ros construyen sobre los aluviones verdaderos mantos impermeables de material fino, en

extensiones considerables. Aguas abajo la capa subterrnea volver a reunirse con el cauce principal;

puede darse la emergencia turbulenta de la corriente subterrnea o tambin el que la corriente

subterrnea profunda sustraiga a embalses y remansos una parte considerable de su caudal superficial.

POZOS

Un pozo es una perforacin o excavacin cuasivertical o vertical, que corta la zona de agua fretica. Un

pozo artesiano se da donde el agua captada a profundidad se encuentra a una presin hidrulica suficiente

para obligarla a subir hasta rebasar la superficie del terreno.

Construccin de un Pozo (excavacin, propulsin, perforacin)

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DISTRIBUCIN VERTICAL DEL AGUA SUBTERRNEA

En un perfil de subsuelo, normalmente se presentan dos zonas con caracteres hidrulicos diferentes,

integradas por varias franjas o fajas. La zona ms somera se denomina de aireacin o zona no saturada y la

ms profunda de saturacin o zona saturada

Zona no saturada: Es la situada entre la superficie del terreno y la superficie fretica y sus poros y/o fisuras

estn ocupados por agua y aire. Esta zona se divide en:

Zona de evapotranspiracin o zona edfica: Se extiende hasta donde llegan las races de la vegetacin

existente

Zona intermedia: Est comprendida entre el lmite de ascenso capilar del agua y el lmite de alcance

de las races de las plantas.

Zona capilar: Se encuentra desde la superficie fretica hasta el lmite de ascenso capilar del agua. Su

espesor depende principalmente de la distribucin del tamao de los poros y de la homogeneidad del

terreno.

Zona saturada: Est situada debajo de la superficie fretica y donde todos los poros existentes en el terreno

estn llenos de agua.

Fcil acceso al agua. Bajo coste econmico de extraccin. En general de buena calidad.

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DISTRIBUCIN DEL AGUA EN EL SUBSUELO

La zona de aereacin 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 higroscpica. Es la que el suelo absorbe y pasa a formar pelculas muy delgadas alrededor de las

partculas que lo forman.

Agua capilar. Es la que existe en los intersticios del suelo debido a fenmenos 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.

En la franja intermedia el espesor vara desde cero hasta varios metros; es la que comunica a la franja del

agua del suelo con la capilar. El agua aqu existente se debe a fuerzas higroscpicas, capilares y de

gravedad.

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La franja capilar es una capa humedecida por el agua que asciende de la zona de saturacin debido a

fenmenos capilares.

Al agua contenida en la zona de aereacin se le conoce con el nombre de agua suspendida, sta es el agua

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

ZONA DE SATURACIN

En la zona de saturacin se encuentra el agua subterrnea propiamente dicha. En esta regin el

movimiento del agua es ms lento debido a que todos los poros e intersticios se encuentran ocupados por

ella, y es de aqu de donde se extrae el agua para los diversos usos que le da el hombre.

La capa saturada es el manto fretico, y la parte superior de sta, es decir, el lmite de la zona libre del agua

que ocupa esta regin, es la superficie fretica que, por lo general, sigue dbilmente las ondulaciones del

terreno. Al agua que llega a esta zona se le llama agua fretica.

La parte inferior de la zona de saturacin est compuesta por una capa impermeable, la cual impide que el

agua siga descendiendo.

Puede suceder que haya otras zonas de saturacin de menor extensin sobre la principal, en cuyo caso se

les llama zonas de saturacin colgadas.

El agua se mueve hacia el manto fretico por filtracin, una vez en l, el movimiento lento que adquiere al

llegar a la zona de saturacin se llama percolacin.

El movimiento del agua subterrnea est controlado por tres fuerzas principales, la de gravedad, la de

atraccin 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

geolgicas.

Las formaciones geolgicas segn su aptitud para contener y dejar pasar el agua a travs de su masa

reciben distintos nombres:

Acuferos. Son formaciones geolgicas que permiten al agua moverse a travs de ellas bajo condiciones

ordinarias y son capaces de suministrarla por gravedad, o por bombeo en la calidad requerida para ser

explotada en cantidades econmicamente apreciables para atender diversas necesidades.

En funcin de las caractersticas de las rocas, se puede hacer la siguiente clasificacin:

Acufugo.- Son formaciones impermeables que no poseen capacidad de circulacin ni de retencin de agua.

Acuicludo.- Contiene agua en su interior, incluso hasta la saturacin, pero no la transmite.

Acuicierres o acuitardos.- Son formaciones capaces de contener agua, pero incapaces de transmitirla en

cantidades suficientes como para su captacin o formacin de manantiales importantes.

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ZONAS DE ACUFEROS

Si admitimos que los acuferos reciben agua de la precipitacin, se pueden definir tres zonas:

- Zona de alimentacin o recarga.- Es aquella donde el agua de precipitacin se infiltra.

- Zona de circulacin.- Es la parte comprendida entre la zona de alimentacin y la zona de recarga.

- Zona de descarga.- Es la zona donde el agua sale del acufero, como puede ser un manantial o la descarga

al mar o a un ro.

Tipos de acuferos

Segn las caractersticas litolgicas: detrticos, carbonatados.

Segn el tipo de porosidad: de porosidad primaria o sedimentarios, de porosidad secundaria, fisurados o

fracturados, por disolucin, qumicos o krsticos

Segn la presin hidrosttica: libres, confinados y semiconfinados.

Acuferos de porosidad primaria, porosos o sedimentarios.- Constituidos por formaciones geolgicas

sedimentarias. Los materiales suelen ser gravas y principalmente arenas, que varan su composicin y

tamao en funcin de su origen geolgico (fluvial, elico, lacustre, glacial, etc.). Estos materiales pueden

estar sueltos o no consolidados (generalmente son formaciones recientes, de edad cuaternaria) o

consolidados

Acuferos de porosidad secundaria, fisurados o fracturados.- Formados por rocas duras de origen gneo o

metamrfico. La porosidad en estos acuferos viene dada por la presencia de zonas de alteracin, fracturas,

fallas o diaclasas, nica forma que tiene el agua de almacenarse y de circular. Hay que tener en cuenta que

para que el agua pueda circular, estas fracturas tienen que estar abiertas y comunicadas

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Acuferos libres.- Se conocen tambin como acuferos no confinados, abiertos, freticos o no artesianos.

Son aquellos en los que el nivel de agua se encuentra por debajo del techo de la formacin permeable. En

ellos existe una superficie libre y real del agua encerrada, que est en contacto con el aire y a la presin

atmosfrica. Entre la superficie del terreno y el nivel fretico se encuentra la zona no saturada. El nivel

fretico define el lmite de saturacin del acufero libre y coincide con la superficie piezomtrica. Su

posicin no es fija, sino que vara en funcin de las pocas secas o lluviosas. Si se perfora parcial o

totalmente la formacin acufera, la superficie obtenida por los niveles de agua de cada pozo forma una

superficie real fretica o piezomtrica que coinciden.

Acuferos confinados.- Tambin conocidos como cautivos, artesianos, ocluidos o de presin. Son aquellos

cubiertos por una capa impermeable confinante (acuicludos). Satura totalmente los poros o huecos de la

formacin geolgica. El nivel de agua en los acuferos cautivos est por encima del techo de la formacin

acufera por lo que al perforar, el nivel de agua asciende hasta situarse en una determinada posicin que

coincide con el nivel de saturacin del acufero en el rea de recarga. Si la topografa es tal que la boca del

pozo est por debajo del nivel del agua, los pozos perforados en estos acuferos reciben el nombre de

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artesianos o surgente, si no es as, el nivel del agua ascender hasta el nivel correspondiente, pero no ser

surgente. La superficie piezomtrica es una superficie ideal resultante de unir todos los niveles en

diferentes perforaciones que capten el acufero.

Acuferos semiconfinados.- Se pueden considerar un caso particular de los acuferos cautivos, al estar

recubierto por (o yaciendo sobre) un acuitardo, puede recibir o perder parte del agua que almacena a

travs del techo y/o la base del acufero. Est delimitado, por lo tanto, por materiales semiconfinantes (o

semipermeables), al menos en parte, permiten una circulacin vertical del agua y por lo tanto pueden

recibir recarga o perder agua a travs del techo o de la base. Este flujo vertical solo es posible si existe una

diferencia de potencial entre ambos niveles. En general se acepta que la recarga de agua es proporcional a

la diferencia de niveles entre los del acufero en cuestin y los de los que se encuentran por encima o por

debajo; si la diferencia es negativa, se produce una descarga. Todos los acuferos tienen un rea de

alimentacin, en que se produce la recarga, generalmente por infiltracin del agua procedente de las

precipitaciones; ello supone que incluso los acuferos confinados cuentan con algn sector en que se

comportan como acuferos libres.

Agua Subterrnea

El conjunto de acuferos y acuitardos o acuicludos que confinan o semiconfinan a los niveles ms

permeables constituyen el sistema hidrogeolgico de una determinada regin.

Desempean dos funciones principales:

almacenan importantes volmenes de agua -tanta como les permite su porosidad- (funcin de embalse

subterrneo), y

transmiten el agua desde las reas de recarga a las reas de descarga (funcin de conducto subterrneo).

Sistemas hidrogeolgicos

Los sistemas hidrogeolgicos son ms efectivos como almacenes o embalses que como conductos o meros

elementos transmisores de agua subterrnea, con la excepcin de las formaciones de calizas muy

karstificadas, de algunas coladas de lava y de depsitos de gravas muy gruesas.

Un mismo acufero libre, confinado o semiconfinado segn sectores.

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- Extraccin en acuferos libres. Se muestra en la siguiente figura, un acufero libre sobre una arenisca mal

cementada (con los NAF de invierno y verano).

Pozos en acufero libre: 1. arenisca saturada, 2. arenisca seca, 3. basamento de lutita impermeable. Pi, P2 y P3 pozos que penetran

de manera diferente la zona en donde se puede establecer el NAF, dependiendo de la temporada de lluvias. Obsrvense los conos

de depresin de los niveles freticos, ocasionados por la extraccin de agua. (Segn Leet y Judson, Geologa Fsica).

En este caso figura anterior, el pozo 1 slo producir en invierno, cuando el NAF ascienda y posiblemente

su vida til sea corta; el pozo 2 aparentemente lo har en invierno y difcilmente en verano, pues la

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extraccin de invierno depender de la operacin del pozo en verano, ya que la extraccin de fluido en la

temporada seca puede generar turbulencias que hagan impermeable el suelo vecino a la zona de

alimentacin del pozo, y el pozo 3 es el nico que est correctamente instalado, porque la granada de

extraccin se aleja del cono de depresin que se forma sobre la superficie saturada, durante la extraccin

de agua.

- Extraccin en acuferos confinados. Se muestra en la siguiente figura un acufero confinado, conformado

por una lente de arenisca mal cementada, que se intercala sobre un basamento y bajo una capa sello,

ambas unidades de lutita.

En el segundo caso, el del acufero confinado, el pozo A est mal instalado porque el agua no vierte a la

superficie, en el pozo B el agua llega justo a la superficie del terreno, la que se cruza con la superficie de

gradiente piezomtrico, y en el pozo C se tiene el pozo artesiano, donde brota el agua con una presin

equivalente a la diferencia de alturas entre el terreno y la superficie de gradiente piezomtrica (J).

Pozo en acufero confinado: 1. arenisca, 2. lutita, A., B. y C. pozos (el C es artesiano) J. nivel piezomtrico (no coincide

con el NAF que est en el techo de la capa 1). Segn Leet y Judson, Geologa Fsica.

Si en algn momento la velocidad del flujo es 0, la superficie piezomtrica J, en el acufero se vuelve

horizontal; pero como hay flujo subterrneo se dan prdidas de energa por friccin del flujo y ello hace

que la superficie piezomtrica J se incline perdiendo altura en la direccin del flujo, conforme pierde

energa el sistema.

Movimiento o flujo del agua subterrnea (Carrillo et al., 1997)

Un sistema hidrolgico en el que se considera que el agua subterrnea fluye en forma horizontal, y en el

cual normalmente la informacin hidrolgica se utiliza para describir un sistema esttico en un medio

geolgico considerado equivalente a un medio granular con propiedades (porosidad y permeabilidad), cuyo

valor es igual en todas direcciones; rara vez se presenta en el medio natural.

Un sistema hidrolgico subterrneo dinmico es ms representativo de la realidad y las investigaciones en

este campo toman en cuenta el movimiento vertical del agua subterrnea. En acuferos de gran espesor (1

000 m o ms), el flujo vertical controla el movimiento del agua subterrnea, control que marca un

comportamiento particular en las zonas de extraccin por pozos, en especial en las zonas de recarga (hacia

abajo) y en las de descarga (hacia arriba).

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Si se detiene por un instante el flujo de agua subterrnea, se puede estimar la forma de su movimiento en

el plano horizontal y en el plano vertical, lo que resultar en la definicin de reas de recarga y reas de

descarga

Existen tres sistemas principales de flujo de agua subterrnea que se establecen de acuerdo con la

topografa y al marco geolgico presente: local, intermedio y regional. Una topografa abrupta producir

varios sistemas locales, en cada topografa el agua entra y sale en el mismo valle. En algunos casos parte del

agua de recarga podr descargar en otro valle localizado a un nivel topogrfico menor, esto definir un

sistema intermedio.

Los sistemas regionales se desarrollan a mayor profundidad y van de las partes ms altas a las zonas de

descarga ms bajas de la cuenca.

Flujo del agua subterrnea.

Todos estos flujos, en un ambiente natural, mantienen un recorrido separado, al igual que las corrientes

marinas o las aguas de dos ros antes de confluir para formar otra. Las zonas de recarga y descarga estn

estrictamente controladas por un flujo vertical con una componente de movimiento hacia abajo y hacia

arriba, respectivamente.

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El despreciar estas componentes de flujo vertical del agua subterrnea ha generado impactos ambientales

serios y algunas veces irreversibles.

Prospeccin del agua subterrnea

La prospeccin o bsqueda de sitios idneos donde extraer el agua subterrnea se hace por medio del

estudio de las estructuras geolgicas, de la vegetacin, de los suelos, de la calidad del agua, de la posicin

de manantiales y de la topografa, y tambin a travs de la perforacin de pozos de prueba. Cuando en una

zona se han agotado las posibilidades en cuanto a la mejor localizacin de un acufero, se recurre a

mtodos geofsicos, mtodos indirectos complementarios entre s.

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FORMAS DE INTERACCIN RO-ACUFERO

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IMPACTO DE LAS OBRAS SOBRE LA CANTIDAD DE OBSTRUCCIONES: 1. Inundacin de bajos 2. Salinizacin por evaporacin 3. Encharcamiento 4. Rebajamiento del N.F. aguas abajo

IMPACTO DE GRANDES EXPLOTACIONES: 1. Secado zonas hmedas 2. Avance intrusin marina 3. Contaminacin suministro 4. Secado de pozos existentes

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IMPACTOS SOBRE LA CANTIDAD DE DRENAJES: 1. Salinizacin de pozos 2. Secado de marismas y zonas hmedas 3. Secado de pozos 4. Secado de manantiales 5. Subsidencia 6. Secado de freatofitas

IMPACTO DE LAS OBRAS PBLICAS SOBRE LA CALIDAD DE ASPECTOS COMUNES EXCAVACIONES: - Aumentan vulnerabilidad del acufero: - Eliminan suelo - Acercan N.F. a la superficie - Zonas preferentes de vertidos: - Productos Industriales txicos - Basuras - Lixiviado salino - Aguas duras - RELLENOS: - Algunos materiales inertes (por ejemplo yeso). Favorecen la disolucin de productos txicos - Algunos productos (p. ej. boratos) son txicos en muy bajas concentraciones

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IMPACTO DE OBRAS VARIAS

Durante construccin: - Los comunes a otras obras pblicas - Drenaje - Excavacin - Rellenos - Etc. Durante la operacin:

1. En grandes superficies asfaltadas (reduccin de la recarga) 2. Debajo de las grandes superficies (si hay materia orgnica) se genera ambiente reductor.- disolucin metales 3. Zonas preferentes de vertidos ilegales / Gasolineras (prdidas de gasolina) 4. Recarga de materia orgnica (aceite, caucho), especialmente nocivo si despus el agua se clora / En zonas muy fras (empleo de sal contra el hielo)

OBRAS HIDRULICAS. REGADO

1. Elevacin del nivel fretico 2. Infiltracin de aguas de calidad distinta a la del acufero - Movilizacin contaminante - Mineralizacin 3. Infiltracin excesos de riego Salinizacin Pesticidas Elevacin Nivel fretico Nitratos Mineralizacin