AGUAS SUBTERRANEAS DISTRIBUCION: Cantidad en la tierra Aproximadamente el 3% del agua total en la tierra es agua dulce. De esta un 95% constituye aguas superficiales, y 5.0 % a la humedad acumulada en los suelos. De todo el agua dulce existente solo un 0.36% esta disponible para su consumo (Leopold,1974). El agua subterránea es una fuente importante de suministro de agua. 53% de la población de los EE.UU. recibe agua de fuentes subterráneas. El agua subterránea es además una de las principales fuentes de uso industrial y agrícola. Estamos extrayendo agua de los acuíferos a tasas superiores a su reposición. El agua en algunos acuíferos tiene milenios de antigüedad y se sitúa debajo de algunas de las regiones mas secas que existen en la actualidad en la tierra. A pesar de que las personas han extraído para su uso agua de fuentes naturales y pozos desde tempranas civilizaciones, en los últimos 50 años la multiplicación de las poblaciones hace que se necesiten mas agua y alimentos provocando una mayor explotación de los recursos hídricos. En algunas áreas costeras se ha extraído tanta agua dulce de acuíferos que se ha provocado una intrusión de agua salada, provocando que las aguas de pozo sean salobres y no pueda ser usada. El agua subterránea esta afectada por ingeniería del agua: por décadas y siglos, debido al uso y disposición inadecuada de residuos en el medioambiente y áreas sub-superficiales muchas aguas subterráneas se han contaminado. Los esfuerzos para proteger la calidad y cantidad del agua subterránea se han realizado en cooperación entre agencias gubernamentales, industrias e investigadores. ZONA DE AIREACIÓN Se extiende desde la superficie de la tierra hasta el nivel el cual todos los poros o espacios abiertos en los componentes de la tierra se encuentran completamente llenos o saturados de agua. Una mezcla de aire y de agua se encuentra en los poros de esta zona y de ahí su nombre. Se puede subdividir en tres capas: Humedad del suelo Se encuentra inmediatamente debajo de la superficie, es la región de la cual las plantas extraen por medio de raíces la humedad necesaria para su desarrollo. El grosor de la capa difiere según el tipo de suelo y vegetación. AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 1 Capa intermedia Se encuentra entre la humedad del suelo y la franja capilar. La mayor parte del agua llega por gravedad a través de la capa de agua del suelo. El agua de esta capa se llama vadosa. Franja capilar Ocupa la porción del fondo de la zona de aireación y encima de la zona de saturación. Su nombre procede del hecho de que el agua, en esta capa, está suspendida por fuerzas capilares similares a las que hacen que el agua se eleve en un tubo estrecho o capilar, por encima del nivel del agua contenida en un recipiente mayor que aloja verticalmente al tubo. ZONA DE SATURACIÓN Inmediatamente debajo de la zona de aireación se encuentra la zona de saturación, en la cual, los poros están completamente llenos o saturados de agua. El agua en la zona de saturación se conoce como agua del subsuelo. El objeto de la construcción de un pozo es alcanzar esta zona con un tubo, cuya sección inferior tiene aberturas de un tamaño tal, que permiten la entrada de agua. Las formaciones que contienen agua del subsuelo y que la proporcionan fácilmente a los pozos son llamadas acuíferos. MOVIMIENTOS DEL AGUA SUBTERRANEA. El movimiento de un líquido puede ser laminar o turbulento. En el escurrimiento laminar, el movimiento del agua es ordenado y uniforme; en el escurrimiento turbulento, tienen lugar remolinos y movimientos irregulares. En el movimiento del agua subterránea prevalece el escurrimiento laminar, que se verifica a velocidades reducidas. El escurrimiento laminar del agua subterránea a través de la roca se llama percolación. POROSIDAD (Ø) AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 2 Se refiere a la medida del espacio intersticial entre grano y grano, la cual representa la relación entre el volumen poroso y el volumen total de la roca. La porosidad es el volumen de huecos de la roca, y define la posibilidad de ésta de almacenar más o menos cantidad de fluido. Se expresa por el porcentaje de volumen de poros respecto al volumen total de la roca (porosidad total o bruta). Además de esta porosidad total, se define como porosidad útil la correspondiente a huecos interconectados, es decir, el volumen de huecos susceptibles de ser ocupados por fluidos. Este concepto de porosidad útil está directamente relacionado con el de permeabilidad. La porosidad útil es, en general, inferior en un 20-50% a la total, dependiendo, sobre todo, del tamaño de grano de la roca: cuanto menor sea este tamaño de grano, más baja será la porosidad útil respecto a la total. También influye la forma de los granos. PERMEABILIDAD La propiedad de una formación acuífera en lo referente a su función trasmisora o de conducto, se denomina permeabilidad, y se define como la capacidad de un medio poroso para transmitir agua. La permeabilidad se la puede medir en el laboratorio anotando la cantidad de agua que fluye a través de una muestra de arena en un tiempo dado y bajo una diferencia determinada de presión. La porosidad es grande si la proporción de poros es grande La permeabilidad es grande si los poros son grandes y están bien conectados. Tabla I. Valores típicos de porosidad para diferentes materiales geológicos TIPO DE POROSIDAD MATERIAL (%) Materiales no consolidados Grava gruesa 28-12 Grava media 32-13 Grava fina 34-21 Arena con grava 39-20 Arena gruesa 35-20 Arena media 39-15 Arena fina 43-10 Arcilla arenosa 12-3 Adaptado de varias fuentes TIPO DE MATERIAL POROSIDAD (%) Materiales consolidados Arenisca Caliza y dolomía Caliza cárstica Pizarras y lutitas Basalto fracturado Roca cristalina fracturada Roca cristalina densa Granito alterado 5-30 0-40 0-40 0-10 5-50 0-10 0-5 34-57 AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 3 CUENCA HIDROGRÁFICA: Superficie total drenada por un río y sus afluentes aguas arriba (o lo que es igual, la cuenca topográfica). Queda definida topográficamente por la línea de crestas (divisoria de aguas superficiales). CUENCA HIDROGEOLÓGICA: Se refiere a la cuenca de aguas subterráneas, que puede no coincidir con la cuenca topográfica. Queda definida por la divisoria de los sistemas de flujo subterráneo. MANANTIALES DE LADERA. Manantiales Se puede definir al manantial como un 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. 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 por su ubicación y su afloramiento. Por su ubicación son de ladera o de fondo; y por su afloramiento son de tipo concentrado o difuso. En los manantiales de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en 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. 1. - Manantiales de ladera: Se producen en el punto donde la superficie inclinada del terreno intercepta o corta una capa permeable. Suelen encontrarse en las proximidades de la zona de contacto entre las formaciones permeables e AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 4 impermeables. Estos manantiales no proporcionan grandes caudales, dado el reducido tamaño del embalse subterráneo que drenan. 2. - Manantiales de valle: Se producen en las depresiones o en los valles en los que el límite superior de la zona saturada (nivel freático) alcanza la superficie topográfica. FUENTES TERMALES. Las fuentes termales son depósitos de agua caliente que se han filtrado desde abajo hasta llegar a la superficie de la Tierra, formando pequeños charcos. Gran parte de Yellowstone (Estados Unidos) está sobre un cráter volcánico gigante y el magma caliente está aún cerca de la superficie. Este magma es el suministro de calor para las fuentes termales de Yellowstone y otros fenómenos geotérmicos. POZO ARTESIANO Un pozo artesiano es aquel tipo de manantial o pozo que comunica con un acuífero cautivo de agua (o petróleo), estando el nivel piezométrico del líquido por encima del nivel freático. Hablaremos de un pozo artesiano surgente cuando el líquido confinado asciende por encima de la superficie del terreno de forma natural hasta alcanzar un nivel casi equivalente al del punto de alimentación de la capa cautiva, quedando minorado debido a la pérdida de carga APROVACHAMIENTO DE LAS AGUAS SUBTERANEAS. Aprovechamiento directo de los caudales fluviales (tomas en los ríos).............................. Estas captaciones son comunes en los valles de fondo plano, generalmente con cobertura arcillosa. En tales casos, las capacidades de extracción son mayores y se destinan al riego de pequeñas parcelas y, parcialmente al abastecimiento doméstico. Estas tomas presentan, AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 5 como inconveniente, que no siempre pueden asegurar una adecuada calidad de las aguas, debida a fenómenos de turbidez y contaminación bacteriológica. Por lo común, estas aguas presentan baja mineralización y, cuando predomina la alimentación desde zonas terrígenas, presentan bajo contenido de calcio y magnesio. Aprovechamiento de los lagos subterráneos en cavernas. En cavernas de fácil acceso, es común que parte del abastecimiento doméstico se realice a partir de la colecta manual de aguas de percolación almacenadas en los lagos subterráneos, tanto del tipo de “gours” (o represas naturales) como de depósitos remanentes de avenidas o de afloramientos locales del nivel de las aguas subterráneas. La primera y la última suelen ser aguas de excelente calidad físico-química y bacteriológica, no así las segundas, sobre todo cuando están vinculadas a avenidas. Captaciones mediante pozos Las captaciones mediante pozos tubulares son exitosas sólo cuando logran aprovechar los acuíferos calcáreos de fondo de valles que no hayan atravesado fases lacustres durante su evolución hidrológica. En este caso, los materiales finos de la sedimentación suelen sellar los conductos cársticos convirtiendo el desarrollo de los pozos en una tarea muy poco efectiva. Las captaciones en relieves cársticos de montaña debe realizarse directamente sobre el nivel de descarga en los sistemas de flujo, tanto locales como regionales. Estas fuentes presentan el caudal base o de estiaje esencialmente autóctono de los acuíferos cársticos. Es particularmente importante conocer el área de alimentación y los recursos aprovechables de la fuente que va a ser explotada. Como premisa debe conocerse la relación hidráulica del manantial con el acuífero, ya que bolsones colgados o redes desvinculadas, ocasionalmente activas, no son portadores de caudales permanentes y pueden no drenar en los períodos de seca. Para las superficies de contacto o fluvio cársicas se deben tener en cuenta las relaciones hidráulicas de la red fluvial superficial, alimentada por el acuífero; la acuosidad potencial de los sedimentos, prácticamente impermeables con relación al karst que rellenan los valles en contacto; así como el eventual estancamiento o acumulación de agua superficial o de rápida infiltración. Un aspecto especialmente importante a tomar en consideración es que la captación de las aguas subterráneas en los acuíferos cársticos de montaña reduce -o puede reducir- el gasto que, en la actualidad, se capta en las estaciones hidrométricas de la red de control y monitoreo del escurrimiento líquido superficial de los ríos que drenan estos acuíferos o es almacenado o derivado por obras hidrotécnicas (presas, canales, hidroeléctricas) localizadas aguas abajo. Por tal motivo el volumen total drenado por el acuífero, tiene que ser separado del volumen superficial con precisión suficiente para evitar resultados indeseables. AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 6 PROCESOS CARSTICOS. Un caso particular de acuíferos en medio fracturado, es el constituido por rocas sedimentarias de tipo calcáreo u cualquier otra que contenga minerales solubles como la anhidrita. En este tipo de acuíferos, las fracturas por donde se desplaza el agua subterránea han sido ensanchadas por efecto de disolución, por lo que con el paso del tiempo llegan a formarse verdaderos túneles y cavernas. En este tipo de medio, denominado cárstico, las velocidades que desarrolla el agua subterránea pueden ser comparables con las de una corriente superficial, del orden de cientos de metros por día. CASOS EN EL PERU En el Perú, en los valles de los ríos de la costa existen depósitos importantes de aguas subterráneas. Incluso en el desierto de Sechura, entre las paralelas 5° y 6° Sur y al Este de la Carretera Panamericana, hay estudios que indican la presencia de un acuífero subterráneo. Es tiempo de desarrollar iniciativas que impulsen su mejor conocimiento y aprovechamiento. VOCABULARIO 1) Capilaridad: Es la tensión superficial y propiedad de los líquidos en subir o bajar ………………….generadas por las presiones internas. 2) Percolación: Filtración de los fluidos a través de de los materiales porosos. 3) Solubles: Capacidad de una sustancia en disolverse. AGUAS SUBTERRANEAS Distribución: Zona de aeración y saturación, movimiento del agua subterránea: Porosidad y Permeabilidad. Cuencas Hidrológicas: Fuentes o Manantiales de ladera, valle, fuentes termales, Pozos artesiano. Aprovechamiento de las aguas subterráneas. Efecto en las obras. Procesos Carsticos. Casos en el Perú. 7
