marzo 23, 2023
Geología del Agua Subterránea

Geología del Agua Subterránea: Almacenamiento y Flujo

El agua subterránea es el agua que se encuentra debajo de la superficie terrestre en los poros y las grietas de las rocas y los sedimentos.

Es un recurso hídrico muy importante ya que proporciona agua potable, irrigación para la agricultura y el mantenimiento de los ecosistemas terrestres.

La gestión adecuada de los recursos hídricos subterráneos es fundamental para garantizar su disponibilidad y calidad para las generaciones presentes y futuras.

La propiedad más importante del agua subterránea es su capacidad para fluir lentamente a través de la roca y el sedimento, permitiendo su almacenamiento y transporte a largas distancias.

El agua subterránea también es una fuente de agua renovable, ya que se recarga constantemente a través de la infiltración de agua de lluvia y la filtración de ríos y lagos.

La geología del agua subterránea es un campo de estudio multidisciplinario que combina la hidrología, la geología y la química del agua.

Los hidrogeólogos estudian la cantidad y calidad del agua subterránea, su movimiento y su interacción con el medio ambiente.

Almacenamiento del agua subterránea

Porosidad y Permeabilidad

La capacidad de almacenamiento de agua subterránea en un área determinada depende en gran medida de la porosidad y la permeabilidad del suelo.

La porosidad se refiere a la cantidad de espacio vacío (poros) que hay en un material geológico, mientras que la permeabilidad se refiere a la capacidad de un material para permitir que el agua fluya a través de él.

El agua subterránea se almacena en acuíferos, que son capas de roca o sedimento que tienen una permeabilidad suficiente para permitir que el agua fluya a través de ellos.

Tipos de Acuífero

Acuíferos libres

Son acuíferos en los que el agua fluye libremente y no está confinada por capas impermeables encima de ellas.

Estos acuíferos se encuentran típicamente en los sedimentos aluviales y las capas de grava, y a menudo son recargados por la infiltración de agua de lluvia.

Acuíferos confinados

Son acuíferos que están confinados entre dos capas de material impermeable, como arcilla o roca sólida. Estos acuíferos están sometidos a una presión mayor debido a la falta de comunicación directa con la atmósfera, lo que puede hacer que el agua salga a la superficie si se perfora un pozo. Estos acuíferos son a menudo más antiguos y más profundos que los acuíferos libres.

Acuíferos semiconfinados

Son acuíferos que tienen una capa impermeable encima de ellos, pero que están conectados a la superficie a través de grietas o poros.

La presión del agua en estos acuíferos es menor que en los acuíferos confinados, pero todavía están sometidos a alguna presión.

Los acuíferos son los depósitos donde se pueden encontrar agua subterránea. Estos se dividen de acuerdo a su conectividad con el exterior: acuíferos libres las cuales no poseen barreras a la permeabilidad y los acuíferos confinados, la cual se encuentran casi siempre a mayor profundidad y se necesita un pozo para conectarlos.
Fig. 1. Tipos de Acuíferos.

Capacidad de retención de agua de diferentes tipos de suelo

La capacidad de retención del agua en diferentes tipos de suelo depende en gran medida de su porosidad y permeabilidad.

Los suelos más porosos y permeables, como las arenas y las gravas, tienen una mayor capacidad de retención de agua que los suelos menos porosos y permeables, como las arcillas.

Esto se debe a que los poros en las arenas y las gravas son más grandes y permiten una mayor infiltración y almacenamiento de agua.

Sin embargo, aunque los suelos arcillosos tienen una menor capacidad de retención de agua, son importantes en la regulación del agua subterránea.

La estructura fina y la baja permeabilidad de la arcilla pueden actuar como una barrera para el flujo de agua, lo que puede evitar que el agua subterránea se escape de los acuíferos.

Además, los suelos arcillosos pueden actuar como un filtro para el agua subterránea, eliminando impurezas y mejorando su calidad.

La capacidad de retención de agua de diferentes tipos de suelo también puede estar influenciada por otros factores, como la composición mineral, la compactación del suelo y la estructura del suelo.

Los suelos con una estructura más porosa, como los suelos arenosos con una alta cantidad de materia orgánica, pueden tener una mayor capacidad de retención de agua que los suelos con una estructura más compacta.

En general, la capacidad de retención de agua de diferentes tipos de suelo es un factor importante en la gestión de los recursos hídricos subterráneos, ya que puede influir en la cantidad y calidad del agua subterránea disponible.

Movimiento del agua subterránea

El agua subterránea se mueve a través del subsuelo de varias maneras. El movimiento del agua subterránea se ve influenciado por la porosidad y permeabilidad de los materiales geológicos a través de los cuales fluye el agua, así como por la topografía y la presencia de obstáculos naturales o artificiales.

En general, el agua subterránea fluye de áreas de mayor elevación hidráulica (presión del agua) hacia áreas de menor elevación hidráulica.

Este movimiento se conoce como flujo de agua subterránea. La dirección y la velocidad del flujo de agua subterránea pueden ser influenciadas por factores como la pendiente del terreno, la permeabilidad del material geológico y la presencia de barreras naturales o artificiales.

El flujo de agua subterránea puede ser clasificado en dos tipos principales: flujo por gravedad y flujo por presión.

El flujo por gravedad ocurre cuando el agua subterránea fluye de zonas más altas a zonas más bajas debido a la fuerza de la gravedad.

Por otro lado, el flujo por presión ocurre cuando el agua subterránea fluye a través de una formación geológica con una presión hidráulica mayor en un extremo que en el otro, lo que puede resultar en un flujo ascendente o descendente.

Además del flujo, el agua subterránea también puede moverse a través de los poros y grietas del subsuelo mediante difusión y dispersión.

La difusión es el proceso por el cual el agua se mueve desde áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración, mientras que la dispersión es el proceso por el cual el agua se mezcla y se mueve a través de los poros y grietas del suelo.

Ley de Darcy y su aplicación a la hidrogeología

La Ley de Darcy establece que el flujo de agua a través de un medio poroso es proporcional al gradiente de carga hidráulica y a la permeabilidad del medio.

En otras palabras, cuanto mayor sea la diferencia de carga hidráulica entre dos puntos del medio poroso, y cuanto mayor sea la permeabilidad del medio, mayor será la velocidad del flujo de agua entre esos dos puntos.

Se puede expresar matemáticamente como:

Q = -K(A)(dh/dl)

Donde:

  • Q es la tasa de flujo de agua a través del medio poroso (volumen por unidad de tiempo).
  • K es la permeabilidad del medio (unidad de longitud por unidad de tiempo).
  • A es el área transversal del medio poroso (unidad de longitud cuadrada).
  • dh/dl es el gradiente de carga hidráulica (unidad de longitud de carga hidráulica por unidad de longitud).

La Ley de Darcy se aplica ampliamente en la hidrogeología para modelar el movimiento del agua subterránea.

Los hidrólogos utilizan esta ley para determinar la tasa de flujo de agua subterránea a través de un acuífero o un medio poroso.

Conociendo la permeabilidad del medio y el gradiente de carga hidráulica, es posible estimar el caudal de agua que se mueve a través del medio.

Además, la Ley de Darcy se utiliza para diseñar pozos y sistemas de extracción de agua subterránea.

Al conocer la permeabilidad del medio y el gradiente de carga hidráulica, es posible determinar la capacidad del acuífero para suministrar agua a un pozo y la tasa de extracción de agua que se puede lograr sin agotar el acuífero.

En resumen, la Ley de Darcy es una herramienta fundamental en la hidrogeología para comprender el movimiento del agua subterránea a través de medios porosos.

Su aplicación práctica es amplia, desde la modelización del flujo de agua subterránea hasta el diseño de pozos y sistemas de extracción de agua subterránea.

Recarga Subterránea

Los acuíferos libres, también conocidos como acuíferos no confinados, el nivel de agua subterránea coincide con la superficie del agua, y el agua se recarga por la infiltración de agua de lluvia y otros cuerpos de agua.

El flujo de agua subterránea en un acuífero libre depende de la permeabilidad del suelo y de la diferencia de altitud entre los puntos de entrada y salida.

Si la permeabilidad es alta, el agua se moverá más rápido y si la diferencia de altitud es mayor, el agua también fluirá más rápidamente.

La dirección del flujo dependerá del gradiente hidráulico, que se define como la dirección en la que el agua fluye desde un punto de mayor altitud a un punto de menor altitud.

El gradiente hidráulico es perpendicular a las líneas de igual elevación, también conocidas como curvas de nivel.

Por otro lado, los acuíferos confinados el agua subterránea se encuentra bajo presión debido al confinamiento de las capas impermeables.

El nivel de agua subterránea en un acuífero confinado no coincide necesariamente con la superficie del agua, y a menudo se encuentra a profundidades considerables.

El flujo de agua subterránea en un acuífero confinado está influenciado por la permeabilidad de la capa permeable y la diferencia de altitud entre los puntos de entrada y salida.

Sin embargo, la presión en el acuífero también es un factor importante que influye en la dirección y la velocidad del flujo de agua.

La presión hidrostática en un acuífero confinado es mayor cuanto mayor es la profundidad del agua subterránea.

En un acuífero confinado, el agua fluye desde áreas de mayor presión a áreas de menor presión, lo que puede no coincidir necesariamente con la dirección del gradiente hidráulico.

En resumen, el flujo subterráneo en acuíferos libres y confinados es influenciado por la permeabilidad del suelo, la diferencia de altitud entre los puntos de entrada y salida, y la presión hidrostática.

La comprensión de estas diferencias es importante para la gestión y la protección de los recursos hídricos subterráneos.

Contaminación del agua subterránea

La contaminación del agua subterránea es un problema importante que afecta a muchos acuíferos en todo el mundo.

La contaminación puede provenir de una variedad de fuentes, como la agricultura, la industria, la minería y la eliminación inadecuada de desechos.

Una vez que el agua subterránea está contaminada, puede ser difícil y costoso remediarla.

Los contaminantes pueden ser transportados a través del suelo y las rocas por el agua subterránea, lo que significa que la contaminación puede afectar áreas mucho más grandes que la fuente original de la contaminación.

La detección temprana de la contaminación es importante para limitar su propagación y minimizar su impacto.

Tipos de Contaminantes

Los contaminantes pueden dividirse en dos categorías: contaminantes puntuales y no puntuales.

  • Los contaminantes puntuales: son aquellos que provienen de una fuente específica y se pueden identificar fácilmente, como los vertidos de productos químicos o la fuga de tanques de almacenamiento subterráneos.
  • Los contaminantes no puntuales: son aquellos que provienen de fuentes más difusas, como la escorrentía agrícola o la lixiviación de productos químicos del suelo.

Medidas de Prevención

Para prevenir la contaminación de las aguas subterráneas, es importante tomar medidas para controlar el uso y la eliminación de sustancias contaminantes. Algunas medidas preventivas incluyen:

  • Manejo adecuado de los productos químicos utilizados en la agricultura, la industria y la minería.
  • Inspección y mantenimiento regular de los tanques de almacenamiento de productos químicos y otros recipientes que puedan filtrar líquidos.
  • Construcción adecuada de pozos de eliminación de desechos líquidos para evitar la filtración de sustancias tóxicas.
  • Prohibición de la eliminación de desechos en áreas de recarga de agua subterránea.

En caso de que ya haya ocurrido la contaminación, es importante tomar medidas para remediarla.

La contaminación de las aguas subterráneas es producida casi siempre por la intervención del hombre.
Fig. 2. Contaminación del agua subterránea.

La remediación puede incluir la extracción del agua contaminada para su tratamiento y la inyección de productos químicos para descomponer los contaminantes en el lugar.

La contaminación del agua subterránea es un problema complejo y costoso, pero se pueden tomar medidas para prevenirla y remediarla.

La comprensión de las fuentes y los efectos de la contaminación es esencial para proteger este recurso valioso y necesario.

Fuente:

  • Todd, D. K. (1980). Groundwater hydrology. John Wiley & Sons.
  • Freeze, R. A., & Cherry, J. A. (1979). Groundwater. Prentice-Hall, Inc.
  • U.S. Environmental Protection Agency. (1999). Protecting groundwater from agricultural chemicals: an overview. EPA/625/R-99/001.

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M. Madrid

Ingeniero de Petróleo graduado en la Universidad de Oriente (Venezuela) en el año 2007. Trabajé durante 14 años en la industria petrolera, principalmente en el área de Ingeniería de Yacimiento y Geología: Desarrollo y Estudios Integrados. Editor principal de Geoplaneta.net.

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