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Hidrogeología

Hidrogeología
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Concepto:Es una rama de las ciencias geológicas que estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su origen, su circulación, sus condicionamientos geológicos, su interacción con los suelos, rocas y humedales (freatogénicos); su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas) y su captación.

Hidrogeología. Es una rama de las ciencias geológicas que estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su origen, su circulación, sus condicionamientos geológicos, su interacción con los suelos, rocas y humedales (freatogénicos); su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas) y su captación.

Principios básicos

Ciclo hidrológico

El ciclo del agua en la tierra o ciclo hidrológico, es la circulación continua del agua en sus diferentes estados en el planeta. No tiene principio ni fin, pero el concepto de ciclo hidrológico suele describirse normalmente comenzando desde los océanos porque éstos constituyen de lejos la fuente principal del agua en circulación.

La radiación solar evapora el agua de los océanos y en la atmósfera el vapor de agua asciende formando las nubes. Bajo ciertas condiciones, la humedad de éstas se condensa y cae a la superficie como lluvia, granizo o nieve, las diferentes formas de precipitación.

La precipitación que cae en tierra es el origen de prácticamente toda el agua dulce. Parte de esta precipitación, después de mojar las hojas y el suelo, corre por la superficie terrestre a los cursos de agua constituyendo el escurrimiento superficial y otra se infiltra en el suelo. Mucha de esta última es retenida en la zona de las raíces de las plantas y parte de ella vuelve a la atmósfera por la evapotranspiración. El excedente percola de la zona de raíces hacia abajo por la fuerza de gravedad y continúa su descenso hasta ingresar a un reservorio de agua subterránea.

El agua subterránea fluye a través de los materiales porosos saturados del subsuelo hacia niveles más bajos que los de infiltración y puede volver a surgir naturalmente como manantiales y caudal de base de los ríos. La mayoría de éstos devuelve el agua a los mares o la lleva a cuencas cerradas donde se evapora.

Definición, ocurrencia y origen del agua subterránea

Agua subterránea es aquella parte del agua existente bajo la superficie terrestre que puede ser colectada mediante perforaciones, túneles o galerías de drenaje o la que fluye naturalmente hacia la superficie a través de manantiales o filtraciones a los cursos fluviales.

Desde antiguo el agua subterránea ha sido una importante fuente de abastecimiento; antiguos pozos cavados pueden encontrarse a lo largo de los cauces secos en oriente medio, cuna de la civilización occidental, y algunos de los antiguos túneles o "ghanats" en Irán todavía están en uso.

Hoy en día constituye una importante fuente de abastecimiento para muchas ciudades, industrias, viviendas y cultivos irrigados. Como todo recurso natural, los del agua subterránea no son ilimitados y deben ser sabiamente administrados y protegidos contra su explotación irracional y contaminación.

Exploración de agua subterránea

Se entiende por tal, al conjunto de operaciones o trabajos que permiten la localización de acuíferos de los que se puede obtener agua en cantidad y calidad adecuada para el fin que se pretende. Por lo general suelen ser más complejas y costosas que las relacionadas a un proyecto de aguas superficiales, aunque al momento de explotarlas presentan una alternativa de menor costo.

La Hidrogeología es una ciencia interdisciplinaria y por ende, sus métodos de trabajo hacen uso de múltiples técnicas.

Métodos geológicos

Esta metodología utiliza los mapas topográficos y geológicos y las fotografías aéreas e imágenes satelitales como material básico para el planteo preliminar de la localización del recurso y posibles inferencias acerca del movimiento del agua subterránea.

Métodos hidrológicos

Los métodos hidrológicos de prospección deben ser tenidos en cuenta cuando las características del área impliquen conocer el agua superficial como ríos, lagos, bañados, etc. Existe una importante conexión hidráulica entre el agua superficial y la subterránea cuando esta es freática.

El comportamiento de un río a lo largo de su curso, puede ser influente o efluente, entendiéndose por influente, al curso que pierde agua al subsuelo y efluente, aquel alimentado por un acuífero. Este análisis de su comportamiento permite conocer su vinculación e interrelación con la geología circunvecina, ya que si no recibe o aporta agua al subsuelo, su tránsito es a través de formaciones consideradas impermeables o bien existe un cuasiequilibrio hidrodinámico entre los dos recursos.

Con estos métodos se identifican principalmente, el tipo de curso y su caudal, a efectos de definir su régimen. Se utiliza en este caso una estación de aforo, donde se mide el régimen de un río a través del conocimiento de sus caudales; se suele utilizar una variable auxiliar que simplifica la cuantificación del caudal en función de la altura del pelo de agua del río.

Lo que aporta una cuenca a través de sus cauces, se representa comúnmente en forma de hidrograma. El hidrograma es una curva que representa las variaciones, en función del tiempo, del caudal de un río en una sección dada del mismo y puede ser considerado como una expresión integral de las características físicas y climáticas que gobiernan las relaciones entre precipitación y escorrentía en una cuenca determinada. En el mismo es útil reconocer las proporciones de los diferentes aportes para evaluar tanto la parte del recurso subterráneo que se pierde o gana en la interrelación, como la correspondiente al escurrimiento superficial, útil para resolver la ecuación del balance hídrico. En el caso de un río que posea un tiempo de descarga muy amplio, los caudales que por él circulan al cabo de un tiempo son el resultado de la acumulación de la escorrentía superficial con la aportación subterránea.

El hidrograma que se registra de las observaciones en las estaciones de aforo, puede adoptar la forma de la figura, donde los principales términos a diferenciar son la escorrentía directa y las aportaciones subterráneas. Dentro del primer término quedan generalmente involucradas, para mayor simplicidad, las precipitaciones directas sobre el cauce, la escorrentía superficial y la hipodérmica y el segundo término puede ser definido también como caudal base.

La escorrentía superficial es la que alcanza los cauces habiendo circulado siempre por la superficie del terreno, mientras que la escorrentía hipodérmica, es aquella que procede de la infiltración que no alcanza la zona saturada regional, sino sólo la zona saturada de acuíferos colgados próximos a la superficie y que por lo tanto, emerge a la superficie con mayor rapidez que el flujo subterráneo normal.

Queda por último la escorrentía subterránea, que se define como el aporte que alcanza el cauce del río procedente de las emergencias de un acuífero. Hay numerosos métodos para separar los componentes del hidrograma, siendo en general procedimientos bastante complejos y/o arbitrarios debido a la diversidad de formas aceptables.

Métodos hidroquímicos

Por un lado conducen a establecer la calidad del agua subterránea, para luego determinar su utilidad y por otro ayudan a conocer el funcionamiento del sistema acuífero.

Generalmente el parámetro de calidad es tan importante como el de cantidad, por ello se encara este estudio junto con los anteriores.

Las características físicas y químicas de las aguas subterráneas a analizar dependen de varios factores, entre ellos: el climático, geológico y la acción antrópica contaminante. En condiciones naturales, los contenidos salinos más bajos y la menor variación de los mismos se observa en los materiales no consolidados de composición silicoclástica y de buena permeabilidad.

Un correcto planteo de su estudio implica el muestreo sistemático del recurso subterráneo y superficial. Esta variable (la composición química) se debe conocer arealmente estableciendo una red de muestreo que depende de la complejidad del medio acuífero analizado, de las condiciones hidrodinámicas, de la recarga y de los estudios o trabajos previos en la zona que se presentan como antecedentes.

En ocasiones basta una muestra cada 10 Km2 y en otros casos una muestra cada 1 Km2 puede ser notablemente insuficiente. Cada acuífero debe ser analizado químicamente en forma independiente, para luego llegar a conclusiones que los relacionen o no.

Es frecuente que en un mismo acuífero se presente heterogeneidad química lateral debida a variaciones en las condiciones de recarga y/o de explotación, a cambios en la geología, mezclas de agua de diversos orígenes y a tiempos de permanencia variables en función de la permeabilidad del medio, del gradiente hidráulico y de la distancia al área de recarga.

También es frecuente encontrar variaciones químicas verticales denominadas estratificación química; es válida la explicación anterior para su origen, siendo la causa más frecuente la variación vertical de la permeabilidad por estratificación geológica o el creciente tiempo de permanencia del agua al aumentar la profundidad. Es común en acuíferos homogéneos y potentes que la salinidad aumente con relación a la profundidad dentro del mismo.

Los análisis químicos tienen formas y contenidos muy diversos. Así el llamado análisis químico completo de un agua comprende la determinación de conductividad, residuo seco, dureza, pH, HCO3 - o alcalinidad, Cl-, SO4 =, NO3 -, Na+, K+, Ca++, Mg++ y si es conveniente se añaden otros iones que se encuentran en concentración notablemente más pequeña, denominados minoritarios y elementos traza.

El manejo y estudio de la química de acuíferos puede facilitarse con el empleo de diagramas y gráficos como ser los de Schoeller, Piper y Stiff y sus modificaciones, en especial cuando se trata de realizar comparaciones entre análisis o niveles acuíferos.

También es útil la elaboración de mapas hidrogeoquímicos donde se representen las variaciones de concentración iónica y/o de relaciones iónicas. En ellos, si se relacionan puntos de agua de un mismo acuífero y si la densidad de muestreo es suficiente, se pueden trazar isolíneas (por ejemplo de salinidad total, concentración de aniones y cationes, relación sodio/calcio, etc.), que darán una idea de las condiciones hidroquímicas del medio.

Inventario hidrogeológico

Antes de programar y ejecutar tareas más complejas y costosas de la exploración de agua subterránea, resulta imprescindible disponer de un conocimiento hidrogeológico previo de la región y avanzar luego en aproximaciones sucesivas. Para ello es necesario realizar una serie de investigaciones iniciales referidas a datos existentes, tanto documentales como de obras. El conjunto de estas actividades recibe la denominación de inventario hidrogeológico. Las tareas a realizar se dividen básicamente en dos tipos:

  1. Recopilación y análisis de antecedentes.
  2. Censo de pozos y perforaciones.

Recopilación y análisis de antecedentes

Consiste en recolectar la información existente en archivos, tanto de organismos públicos como de empresas privadas (principalmente de perforación). Si bien es cierto que cuanto mayor sea la cantidad de datos más precisos serán los resultados, el éxito también depende mucho de la claridad de objetivos perseguidos y de la idoneidad de quién colecta los datos. En líneas generales los antecedentes documentados de interés comprenden los siguientes:

  • Cartografía y fotografías aéreas y/o imágenes satelitales.
  • Estudios hidrogeológicos y geológicos, generales y/o de detalle.
  • Datos geológicos e hidrogeológicos.
  • Perforaciones documentadas (perfiles).
  • Datos climatológicos e hidrológicos.
  • Análisis químicos de aguas subterráneas y superficiales.
  • Datos antropogénicos.
  • Bibliografía.

Una vez recolectada la información, es necesario analizarla y procesarla. Del informe elaborado surgirá un modelo conceptual preliminar de las condiciones hidrogeológicas de la región y la inserción en ella de la zona de estudio. Con esa hipótesis inicial podrá desarrollarse la metodología a utilizar en los pasos siguientes.

Geología y comportamiento hidrogeológico

Se suelen describir primeramente los rasgos geológicos superficiales representados en un mapa geológico del área, describiendo las unidades estratigráficas identificadas, su litología, tipo de contactos, estructuras, datación y, sobre todo, su comportamiento hidrogeológico. Se acompañan perfiles geológicos en secciones tipos y descripciones de perfiles de perforaciones de estudio que avalen la secuencia estratigráfica y la estructura propuestas del subsuelo.

Fuente