Hidrología subterránea

Acuíferos. Corteza terrestre. Recursos hídricos. Ley de Darcy

  • Enviado por: Nacho
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CAPÍTULO 9. CONCEPTOS DE HIDROL. SUBTERRÁNEA

9.1 Presencia del agua en el interior de la corteza terrestre

Como es conocido una parte importante de la lluvia se infiltra en el terreno, parte de la cual alcanza las capas profundas.

Si analizamos un corte geológico cualquiera se observa que siempre a una profundidad mas o menos importante, existen estratos impermeables que crean una “barrera” para el agua, de forma que por encima de ellos si existe suficiente agua, ésta se acumulará quedando saturados todos los poros y formando la zona saturada dentro de la cual se originan los acuíferos. La línea de separación de la zona saturada de la zona superior no saturada se denomina nivel freático.

La zona superior se denomina zona no saturada y en ella está, de arriba abajo, la zona reticular donde las raíces de las plantas toman el agua necesaria para su ciclo vegetativo.

9.2 ACUÍFEROS

Se denomina acuífero a una masa de agua existente en el interior de la corteza terrestre debida a la existencia de una formación geológica que es capaz de almacenar y transmitir el agua en cantidades significativas. Los acuíferos pueden ser libres o confinados. Los acuíferos confinados están limitados en su parte superior por un estrato por un estrato impermeable y pueden llegar a estar en presión dando lugar a los pozos artesianos cuando el estrato superior impermeable es perforado. Los acuíferos libres no tienen ninguna capa impermeable que lo limite, de modo que el nivel freático aumenta o disminuye en función de la lluvia que almacene.

El agua de los acuíferos está contenida en los poros, por ello cuando se extrae agua de un acuífero se produce un fenómeno de disminución de volumen, denominado subsidencia y que es el causante del lento hundimiento de áreas de la superficie terrestre

Desde el punto de vista de la hidrología, el fenómeno más importante relacionado con los acuíferos es la recarga y descarga de los mismos.

La recarga natural de los acuíferos procede básicamente del agua de lluvia que a través del terreno pasa por infiltración a los acuíferos. Esta recarga es muy variable y es la que geológicamente ha originado la existencia de los acuíferos.

Por otra parte la recarga natural tiene el límite de la capacidad de almacenamiento del acuífero de forma que en un momento determinado el agua que llega al acuífero no puede ser ya almacenada y pasa a otra área, superficie terrestre, río, lago, mar o incluso o otro acuífero.

La salida natural de un acuífero a la superficie terrestre en un punto localizado se denomina manantial. Estos se localizan en una discontinuidad del estrato impermeable, ladera, cauce de río, falla o diaclasa, dando origen a manantiales cuyo nombre recoge la situación: manantiales de ladera, de falla, de diaclasa, etc.

La descarga de un acuífero a un río es un fenómeno habitual como también es normal el contrario, la recarga de un acuífero por un río. Existiendo una relación acuífero-río muy importante en la cual el sentido del flujo depende básicamente de los niveles de agua en el río y en el acuífero así como de la geomorfología de la zona.

9.3 OTRO TIPO DE FORMACIONES

ACUICLUDO. Es un tipo de formación capaz de almacenar agua pero no de transmitirla, ya que es porosa pero no permeable. Están constituidas por materiales como arcillas y margas y no son aptas para la explotación hidrogeológica.

ACUITARDO. Es una formación capaz de almacenar y transportar agua, aunque muy lentamente. Este tipo de formación tampoco es apto para su explotación hidrogeológica, a no ser que se precise muy poco caudal. Están constituidos por arcillas y arenas.

ACUÍFUGO. Este tipo de formación no almacena ni transmite agua, por lo que no son aptos para ningún tipo de explotación hidrogeológica. Están localizados en macizos plutónicos no fragmentados como granito y gabro, o en roca metamórfica como pizarra, arcilla, etc.

9.4 Cuantificación de los recursos de un acuífero

El volumen de agua existente en un acuífero es función del área del acuífero y de la porosidad media. Esta relación queda expresada en la ecuación: V = A·b·m .

Donde V es el volumen total, A es el área del acuífero, b es el espesor medio del acuífero y m es la porosidad media.

El parámetro m es distinto de e, que indica la porosidad eficaz y que resulta del siguiente cociente: e = Vol. de los poros por los q. Circula agua / Vol. total del acuífero .

Pero no toda el agua existente en el acuífero puede ser extraída; por ejemplo, en el caso de los acuíferos no confinados, sólo una parte del total puede ser extraída quedando el resto “atrapado” dentro del acuífero. Por ello se define un valor del caudal específico útil del acuífero, como “el volumen extraído por unidad de superficie del acuífero para un metro de descenso del nivel freático”.

Este valor depende de la porosidad de la roca y también de las características de retención del agua. Su valor es muy variable pero un rango razonable está entre 0,05 y 0,40.

9.5 LEY DE DARCY

Darcy en 1856 cuantifica el caudal de agua filtrado a través de arenas según la ley:

Q = K·A·(h / L)

Donde Q es el caudal filtrado, A es el área de la sección, h es el incremento de presión entre los puntos extremos, L es la distancia entre dichos puntos y K es el coeficiente de permeabilidad.

Si denominamos gradiente hidráulico al cociente i = h / L , se tiene que: Q = A·K·i . Teniendo en cuenta que V = Q / A , finalmente queda que: V = K·i .

El valor de K depende de la viscosidad del fluido , de la gravedad g y de la densidad del fluido , según la ecuación: K = (k··g) /  , donde k es la permeabilidad intrínseca del medio, que depende del empaquetamiento, del tamaño y de la redondez del grano.

VALORES MEDIOS DE m Y K PARA DISTINTOS TIPOS DE ROCA

ROCA

arenisca

marga

arena

grava

limo

arcilla

caliza

esquisto

m

0.35

0.35

0.40

0.30

0.45

0.40

0.30

0.37

K (cm/s)

10-4

10-7

10-2

10-1 ó >

10-5

10-8 ó <

10-4

10-4 ó <