El Ciclo del Agua y las Aguas Subterráneas

Precipitación

Los cambios en la presión del aire y la temperatura asociados al movimiento de las masas de aire causan que este aire se sature de vapor de agua, que condensará alrededor del núcleo y diminutos del material sólido en suspensión en el aire, por ejemplo: el polen, el polvo, la sal de los mares, las cenizas volcánicas, etc. Esto provoca la precipitación.

El agua atmosférica precipita por tres controles principales:

1. La mayor parte del agua precipita en los márgenes de grandes masas de aire caliente y húmedo que chocan con masas de aire frío, por ejemplo: los ciclones, huracanes.
2. El periodo de calores, debido a que el aire calentado en la superficie de la tierra tiende a levantarse en grandes masas hacia las regiones de aire más frío. Esto puede ser inducido también por corrientes que chocan contra cadenas montañosas.
3. Un control orográfico: la precipitación es causada por el enfriamiento adiabático de las masas de aire que pasan a través de las montañas o de barreras montañosas.

Evapotranspiración

Es la suma de la evaporación más la transpiración de las plantas.

• Xerófitas: son plantas desérticas que casi no transpiran.
• Freatofitas (cactus): son plantas de climas secos donde hay agua subterránea cerca y transpiran grandes cantidades de agua.

Escorrentía

Es la suma del flujo superficial más el flujo subterráneo que llega a las corrientes superficiales.

• Escorrentía superficial: es igual a la precipitación menos la retención superficial o infiltración.

Fuentes de Alimentación del Agua del Subsuelo

1. Precipitación
2. El agua de las partes profundas del terreno llevadas hacia arriba en las rocas intrusivas
3. El agua que queda captada entre las rocas sedimentarias durante su formación.

Cálculo del Volumen del Escurrimiento

R = P – L – G

Donde:

• R = es el escurrimiento directo
• P = precipitación
• L = realimentación de la cuenca
• G = incremento del agua del subsuelo

Todos los términos en la altura de lámina en pulgadas o en milímetros sobre el área drenada. Las estimaciones precisas de R dependen de las estimaciones de la realimentación de la cuenca L y del incremento del agua del subsuelo.

R = PK, K = coeficiente de escurrimiento

Algunos valores de K para diversa superficie (área residencial urbana):

• Sitios de casas de habitación K = 0.30
• Apartamentos con espacios verdes K = 0.50
• Áreas de edificios comerciales e industriales K = 0.90
• Áreas boscosas dependiendo del suelo K = 0.05 hasta 0.20
• Parques, terrenos agrícolas y pastizales K = 0.05 y 0.30
• Asfalto y pavimento de concreto K = 0.85

Infiltración

Es el movimiento del agua a través de la superficie del suelo y dentro del mismo.

• La capacidad de infiltración de un suelo es la velocidad máxima con la cual el agua entrará al mismo por una determinada condición.

La capacidad de infiltración depende de muchos factores, entre ellos:

1. Un suelo permeable suelto tendrá una mayor capacidad que un suelo arcilloso apretado.
2. Si muchos de los espacios porosos están llenos de agua, la capacidad de infiltración generalmente es menor que cuando el suelo está relativamente seco.
3. Si el espacio poroso de la superficie del suelo está totalmente ocupado por el agua, el movimiento hacia debajo de la humedad posterior está controlada por la permeabilidad del subsuelo.

• La velocidad de infiltración: es el ritmo en el cual el agua entra efectivamente al suelo durante una tormenta o chubasco y debe ser igual a la capacidad de infiltración o al ritmo de la lluvia si cualquiera de los dos es el valor mínimo.
• Índice de infiltración: es el ritmo promedio de infiltración o índice “W” que puede calcularse con la fórmula: W = (P – R) / TR. Donde: W = índice de infiltración, P = precipitación, R = escurrimiento directo, Tr = duración de la lluvia en horas. Un segundo índice es el cual está definido por el ritmo de la lluvia arriba del cual el volumen de la lluvia es igual al volumen del escurrimiento.

Se dice cuando W = È que la lluvia es razonablemente uniforme. Con los datos de infiltración podemos calcular el coeficiente de escorrentía K = (i – w) / i, en donde i = intensidad de lluvia.

Acuíferos

• Acuífero: son las formaciones que contienen y trasmiten agua del subsuelo. Su capacidad se mide por la porosidad que se determina secando en la estufa una muestra no alterada y pesándola.
• Acuífugo: es una roca que ni trasmite ni almacena agua.
• Acuicluido: roca que almacena agua pero no la trasmite.
• Acuítardo: trasmite y almacena agua pero no la suficiente para cumplir el pozo individual.

Los acuíferos pueden ser: sedimentos no consolidados, zonas de fracturas en rocas plutónicas, estratos de areniscas porosos, cavernas abiertas o rocas calizas, etc.

• El rendimiento específico es el volumen de agua expresado con un porcentaje del volumen total del acuífero que se drenará libremente del acuífero.
• Capa o nivel freático: Es el nivel estático del agua en los pozos que penetran en la zona de saturación.
• Agua confinada: Es el agua que está separada de la atmósfera por un material impermeable.
• Agua semiconfinada: Es un terreno intermedio.
• Aguas colgantes: Es la primera agua libre, encontrada sobre la zona freática regional y un cuerpo aislado cuya posición está controlada por estructuras y estratigrafía.
• Aguas no confinadas o libres: Es el agua que está en contacto directo con la atmósfera a través de pozos y espacios abiertos en materiales permeables.

Mapas de Nivel de Agua

Los niveles de aguas medidos en los pozos se estudian fácilmente por medio de mapas de curvas de ese nivel, las cuales toman el nombre de isofreáticas en el caso de que estos niveles pertenecen a acuíferos libres o freáticos, o de isopresas en casos de lo que representen sean a nivel piezométricos de acuíferos confinados. La dirección general del flujo subterráneo pueden ser mostrados en mapas ya sea de isofreáticas o de isopresas. La red de flujos pueden ser usadas para encontrar zonas de recarga o descarga, así como para calcular la cantidad de flujo de aguas subterráneas.

Descarga del Agua del Subsuelo

El agua del subsuelo en exceso de la capacidad local de un acuífero se descarga por evapotranspiración y por descarga superficial cuando el cordón capilar llega a los sistemas radiculares de la vegetación, se proporciona una ruta directa para la transpiración directa hacia la atmósfera.

Las Tres Principales Variables que Determinan un Manantial son:

1. La permeabilidad del acuífero.
2. El área de recarga con que cuenta ese acuífero.
3. La cantidad de esa recarga.

La Variabilidad de un Manantial Puede Expresarse Como:

VARIABILIDAD = Qmax – Qmin x 100
Q medio

Donde:

• Qmax = caudal máximo medido
• Qmin = caudal mínimo medido
• Qmedio = caudal medio medido

Estas observaciones se hacen a través de todo un año hidrológico, es decir, desde el comienzo de la estación seca al final de la estación siguiente; este índice de variabilidad indica mucho sobre la confianza que puede ponerse a un determinado manantial como fuente perenne de agua.

Descarga artificial: se hace por medio de pozos, los cuales son estudiados en otras secciones.

Aguas Subterráneas en Rocas Ígneas y Metamórficas

Las extremas variaciones en las características litológicas y estructurales en terrenos volcánicos hacen que la localización de aguas subterráneas en rocas volcánicas sean muy difícil, lo mismo que la cobertura vegetal, y muy frecuentemente grandes espesores de cenizas volcánicas hacen el estudio detallado de afloraciones y el mapa geológico bastante difíciles en rocas ígneas y metamórficas y plutónicas. Los fragmentos sólidos de este tipo de rocas pueden presentar porosidades bajísimas, por ejemplo 3% y aún más correctamente 1% y es más. Estos pozos en general no están interconectados, como resultado, la permanencia de un fragmento de estos pueden ser considerados igual a cero, sin embargo, muchos cuerpos formados por roca de este tipo pueden haber desarrollado altas porosidades debido a los procesos de fracturación y meteorización.

Rocas Volcánicas

Entre este tipo de roca las variaciones de las propiedades hidrogeológicas son muy grandes. Algunas lavas y basaltos presentan transmisibilidades cercanas a las más altas conocidas, y la mayoría de las tobas, aunque presentan altísimas porosidades pueden ser catalogadas como prácticamente impermeables.

Aguas Subterráneas en Rocas Sedimentarias Consolidadas

Entre las rocas sedimentarias podemos encontrar tipos muy diferentes de otras con características tanto petrográficas como hidrogeológicas variadas, sin embargo, el conocimiento geológico de la región dada puede dar guías muy valiosas sobre la presencia de aguas subterráneas en rocas de estas clases.

Areniscas

Las porosidades en las areniscas varían bastante, desde un menos del 1% a un más de 30%. Esta porosidad estará en función de la selección, empaquetamiento, forma y grado de cementación que es la más importante. Los materiales más comunes son: arcilla, calizas, dolomitas y sílice (cuarzo).

Rocas Carbonatadas

Las calizas y las dolomitas son los dos tipos más comunes de rocas carbonatadas. Su origen puede ser muy variado, por ejemplo: algunas provienen de depósitos de precipitación de barro inorgánico o de la acumulación de esqueletos microscópicos o de organismos unicelulares que constituyen el plancton en los mares. Esta roca en su forma original son relativamente densas y compactas.

Aguas Subterráneas en Rocas Consolidadas

La búsqueda de aguas subterráneas comienza por investigar los sedimentos no consolidados.

1. Por la facilidad de perforación en rocas de este tipo; lo cual se reflejará en los costos relativamente bajos de pozos de observación.
2. Porque estos depósitos, localizados en valles donde el nivel de agua está relativamente cerca de la superficie y reducen considerablemente los pozos de bombeo.
3. Porque estos depósitos, siendo cercanos a los lagos o ríos, aseguran una carga confiable.
4. Los sedimentos no consolidados presentan rendimientos específicos mucho más altos que cualquiera de las rocas.
5. Y es que la permeabilidad de estos materiales son muy superiores a muchas de las otras rocas con excepción de las rocas volcánicas, rocas calizas cavernosas.

Etiquetas: aguas subterráneas, Ciclo del agua, evapotranspiración, precipitación