Hidrogeología: Fundamentos y Aplicaciones

Tipos de Formaciones Geológicas

Acuífero: Formación geológica que contiene agua en cantidad apreciable y que permite que circule a través de ella con facilidad. Ejemplo: Arenas.

Acuicludo: Formación geológica que contiene agua en cantidad apreciable, pero que no permite que el agua circule a través de ella. Ejemplo: Limos.

Acuitardo: Formación geológica que contiene agua en cantidad apreciable, pero que el agua circula a través de ella con dificultad. Ejemplo: Areniscas.

Acuífugo: Formación geológica que no contiene agua porque no permite que circule a través de ella. Ejemplo: Granito.

Unidad hidrogeológica: Es un conjunto de formaciones geológicas cuyo funcionamiento hidrogeológico conviene considerar conjuntamente.

Porosidad

Porosidad total (m_t): Volumen de huecos / Volumen total.

Porosidad eficaz (m_e): Volumen de agua drenada por gravedad / Volumen total.

Retención específica: Diferencia entre m_t y m_e.

¿A qué se deben las fisuras? Normalmente, estas fracturas son producidas por esfuerzos tectónicos, pero pueden deberse a otras causas: enfriamiento, discontinuidades sedimentarias, etc.

Porosidad primaria: Es la que resulta al originarse la formación geológica.

Porosidad secundaria: Será cualquier abertura que se produzca posteriormente.

Factores de los que depende tanto la porosidad total como la eficaz:

• La heterometría: los finos ocupan los poros que dejan los gruesos y la porosidad disminuye.
• La forma y disposición de los granos.
• La compactación, cementación y recristalización, que van a ir disminuyendo la porosidad.

La porosidad total no depende del tamaño del grano, en cambio la porosidad eficaz sí.

La porosidad por fracturación está determinada por la historia tectónica de la zona y por la litología.

Superficie Freática y Acuíferos

La superficie freática: Es la superficie formada por los puntos con una presión igual a la atmosférica. Por encima de la superficie freática se encuentra la zona no saturada, y por debajo, la zona saturada.

Acuífero libre: Límite superior está a presión atmosférica.

Acuíferos confinados: Límite superior está a presión superior a la atmosférica.

Los sondeos surgentes: Se producen cuando la superficie piezométrica está por encima de la topográfica.

Permeabilidad y Régimen de Flujo

Permeabilidad: Facilidad que un cuerpo ofrece a ser atravesado por un fluido.

Régimen permanente: Cuando un sistema de flujo no varía con el tiempo.

Régimen no permanente: Cuando el flujo varía con el tiempo.

Fases para la Realización de un Mapa de Isopiezas

• Medida del nivel piezométrico en diversos puntos. Hay que obtener la cota del nivel del agua, que se mide con un hidronivel.
• Situación sobre el mapa de todas las medidas y trazado de las isolíneas con una equidistancia determinada.
• Dibujo de las líneas de flujo perpendiculares a las líneas isopiezométricas.

Precauciones

• Todos los pozos o piezómetros deben estar abiertos en el mismo acuífero.
• Si se trata de un acuífero con una componente vertical apreciable, las medidas deberían ser próximas a la superficie freática.

Manantiales

Formaciones no consolidadas: Aluviales.

Rocas sedimentarias químicas: Calizas.

Rocas sedimentarias detríticas: Conglomerados, areniscas.

Manantiales: Punto o zona relativamente reducida de la superficie del terreno en la que, de modo natural, fluye una cantidad apreciable de agua procedente de la descarga de un acuífero.

Condicionamiento por causas diversas:

• Geomorfológicas.
• Contraste de K por causas litoestratigráficas o tectónicas.
• Flujo a lo largo de fracturas/conductos.

Situaciones que dan origen a un manantial:

• En depresiones topográficas, donde afloraría el nivel freático.
• En la zona de contacto entre formaciones permeables e impermeables.
• Fallas.
• En rocas duras la única circulación de agua se relaciona con las diaclasas que existen en las primeras decenas de metros. Aparecen manantiales pequeños y efímeros.

Criterios de clasificación de manantiales:

• Caudal y sus variaciones.
• Geometría de reservas del acuífero respecto cota del manantial.
• Composición química.
• Temperatura del agua.

Recursos Hídricos

Recurso: aquello que satisface una necesidad o uso. Ejemplo: recursos humanos.

La red de abastecimiento “en alta” incluye todo el proceso de captación de aguas, su tratamiento y transporte a través de tuberías u otros medios hasta los depósitos reguladores de los municipios. Desde ahí a los puntos de consumo es la red de abastecimiento “en baja”.

Recursos hídricos: satisfacen los usos de agua. Son renovables.

Recursos superficiales y subterráneos: convencionales.

Agua desalinizada: no convencional.

Recursos no utilizables/explotables: aquellos comprometidos por tratados entre estados o normas legales. Ejemplo: ríos internacionales.

Recursos “propios” de acuíferos: no se modifican por actividades humanas a corto plazo.

Regulación de recursos hídricos: ajustar en el espacio y en el tiempo los recursos hídricos a los usos o demandas del agua. Ejemplo de gestión: embalses de regulación en clima mediterráneo.

Técnicas para gestión/regulación de los RRHH:

• Superficiales: embalses, azudes, depósitos, etc.
• Subterráneos: sondeos, pozos, galerías, etc.

Embalses superficiales vs subterráneos: Ambos almacenan agua y su funcionamiento se rige por procesos de recarga y descarga.

Comparativa: Embalses Superficiales (ES) vs Bombeo en Acuíferos (BA)

Coste del terreno: BA < ES; Coste de construcción: BA < ES; Coste de operación: ES < BA; Caudal movilizado: ES > BA; Volumen almacenamiento: BA > ES; Vulnerabilidad frente sequías: BA < ES; Control entradas/salidas/almacenamiento: ES > BA; Concentración de la descarga: ES > BA; Pérdidas por evaporación: BA < ES; Actividades complementarias: ES > BA; Protección contra contaminación: BA > ES; Factibilidad descontaminación: ES > BA.

Recarga y Uso Conjunto de Recursos Hídricos

Recarga inducida a través del lecho de los ríos y la recarga artificial de acuíferos contribuyen a explotar/regular, a través de técnicas de tipo subterráneo, volúmenes de agua de procedencia mayoritariamente superficial.

Uso conjunto: utilización de diferentes fuentes/recursos de agua (convencionales y/o no convencionales) para satisfacer la demanda.

Uso alternativo: de recursos superficiales y subterráneos. Los primeros en los periodos húmedos y los segundos en situaciones de sequía.

La Directiva Marco del Agua (DMA)

¿Qué es la DMA? Una disposición de rango superior, que establece un marco legislativo de obligado cumplimiento por todos los Estados miembros para proteger y mejorar la calidad de todas las aguas europeas.

Tipos de agua que protege:

• Superficiales continentales.
• De transición.
• Costeras.
• Subterráneas.

Proceso de desarrollo del PH según la DMA; Resumen Filosofía DMA:

• Caracterizamos la Demarcación Hidrográfica.
• Realizamos un estudio de presiones-impactos.
• Establecemos un programa de control vinculado a las presiones.
• Evaluamos el estado de las masas.
• Ponemos las medidas que permitan alcanzar el buen estado de las masas.
• Definimos los objetivos medioambientales.

Principales retos de cara al tercer ciclo:

• Contaminación difusa de origen agrario.
• Caudales ecológicos.
• Medición extracciones.
• Objetivos en zonas protegidas.
• Gestión y uso sostenible aguas subterráneas.
• Recuperación de costes.
• Mejora Gobernanza.

Cono de Descensos y Extracción de Agua

¿En qué condiciones el cono de descensos puede tomar agua de un río, un lago o de otro acuífero? En condiciones naturales. Si esto sucede los descensos se estabilizan, alcanzándose el régimen permanente.

¿De dónde procede el agua que se extrae?

1. El agua extraída procede de descompresión del propio acuífero.
2. El agua comienza a pasar del acuitardo semiconfinante hacia el acuífero bombeado. Si el espesor del acuitardo es grande y su S también, esta situación se prolongará horas o días.
3. Si el bombeo se prolonga lo suficiente, comenzará a filtrarse agua desde el otro acuífero a través del acuitardo. Si el bombeo continua, el acuitardo se convierte en un mero transmisor del agua procedente del acuífero.
4. Si el caudal de estos rezumes llega a equivaler al caudal bombeado, se alcanza el régimen permanente y el cono de descensos se estabiliza.

Causas de alejamiento respecto al modelo teórico:

Para estimación de descensos (vs tiempo y distancia): Flujo natural en acuífero, caudal de bombeo discontinuo y almacenamiento significativo en el propio pozo.

Para el problema inverso: Ensayos de recuperación.

Medidas de Permeabilidad y Entubación

Medidas puntuales de permeabilidad (“slug tests”): Existen dos tipos:

• Nivel constante: Introducimos un Q conocido para mantener constante el nivel dentro de la perforación. Estabilizado el proceso, a partir de dicho caudal y de la longitud y diámetro de la perforación, calculamos la permeabilidad.
• Nivel variable: Se introduce un volumen de agua en un sondeo, lo que provoca un ascenso o descenso instantáneo del nivel del agua dentro de la perforación. Se miden los descensos-tiempos a medida que se recupera el nivel inicial.

Entubación: Es necesario realizarla una vez terminada o durante la fase de perforación, para impedir que se produzcan desprendimientos o derrumbes del terreno.

• En general esta tubería es de acero al carbono.
• Para pozos de aguas minerales o cuyas aguas captadas sean destinadas a procesos de la industria alimentaria: acero inoxidable.
• PVC-U: Entubación en ambientes agresivos como pueden ser los salinos cuando se captan aguas salobres.

Espesores mínimos recomendados para entubaciones de pozos con chapa de acero al carbono:

1. Diámetro interior hasta 350 mm: Espesor de pared 5 mm.
2. Diámetro interior de 350-500 mm: Espesor de pared 6 mm.
3. Diámetro interior > 500 mm: Espesor de pared 7-8 mm. Para profundidades superiores a las indicadas se toma el espesor de chapa inmediatamente superior.

Desarrollo por Fracturación y Aforo

Desarrollo por fracturación: Consiste en la ampliación o apertura de fisuras mediante aplicación de grandes presiones hidráulicas. Se utilizan bombas de inyección a altas presiones (>100 bar).

Empleo de agentes dispersantes: (Polifosfatos) tienen una gran capacidad dispersante en arcillas. Son muy efectivos para la dispersión de fracciones arcillosas y limo-arcillosas de formaciones detríticas y de las arcillas que rellenan fisuras en formaciones consolidadas.

Aforo: Una vez finalizada la obra es imprescindible realizar un aforo del pozo, para evaluarlo, los objetivos de realizar este ensayo son:

• Realizar una limpieza del pozo.
• Conocer la curva de respuesta del acuífero y caudal óptimo de explotación para poder diseñar los equipos de extracción de agua del pozo.
• Evaluar parámetros hidrodinámicos como la transmisividad, etc.
• Obtener muestras de agua del acuífero para poder determinar la calidad.