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Hidrología
DEFINICIÓN
La hidrogeología es la ciencia que estudia
el origen y la formación de las aguas subterráneas,
las formas de yacimiento, su difusión, movimiento,
régimen y reservas, su interacción con los suelos
y rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso)
y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas
y radiactivas); así como las condiciones que determinan
las medidas de su aprovechamiento, regulación y evacuación
(Mijailov, 1989).
El agua subterránea es el agua que circula
en la zona saturada de los acuíferos y que es posible
de captar por obras de ingeniería (pozos, drenes).
La metodología hidrogeológica
es la disciplina que contempla los métodos y procedimientos
del estudio de las condiciones hidrogeológicas, del
descubrimiento de los yacimientos de aguas subterráneas
y de la evaluación de sus recursos, reservas, régimen,
calidad y particularidades del movimiento de dichas aguas;
con el fin de resolver diversas tareas de la economía
nacional como el suministro de agua, riego, avenamiento, rotección
a la naturaleza y aprovechamiento racional de sus recursos
(Klimentóv y Kónonov, 1982).
El conjunto de investigaciones hidrogeológicas
que han de realizarse debe proporcionar una base segura para
la ejecución de las estimaciones y pronósticos
cuantitativos del recurso hídrico subterráneo.
METODOS DE ESTUDIO
Para evaluar y comprender el comportamiento
del acuífero en el área de estudio, es importante
obtener la mayor cantidad de datos sobre la forma de ocurrencia
del agua subterránea (acuíferos libres, confinados
o semiconfinados); profundidades del nivel del agua subterránea;
espesores de los materiales y su litología, química
de las aguas, parámetros hidráulicos y otros
datos técnicos de relevancia. Por lo tanto es necesario
realizar los siguientes estudios:
Estudios geológicos:
La geología desde el punto de vista
de ciencia básica estudia la composición de
la tierra y sus procesos geodinámicos internos y externos
con la finalidad de comprender la historia del planeta (POTAPOVA,
1968).
Los estudios geológicos se van desarrollando
en dos campos: a) el campo de la aplicación del conocimiento
geológico a la explotación de los recursos minerales
(minerales, agua, petróleo) y b) aplicación
de ese conocimiento al equilibrio de las relaciones entre
las actividades humanas, inclusive la explotación minera,
y el medio ambiente.
La geología es la base científica
para la explotación de los recursos naturales y para
la búsqueda de soluciones a problemas ambientales.
El conocimiento geológico se obtiene partiendo del
contexto regional hacia el contexto local, para una mejor
visión y análisis integral de la situación.
Para estudios hidrogeológicos es preciso
conocer la litología de las formaciones y sus características.
La geología clásica utiliza observación
de campo, toma de muestras de rocas y suelos, medidas de indicadores
de estructura y se debe completar con la información
colectada durante perforaciones, sondeos, trabajos de geofísica
(ver “geofísica”) y/o estudios de sensores
remotos. Los cortes geológicos aportan información
relevante sobre las estructuras profundas de las diferentes
capas de terrenos y especialmente para el volumen de los acuíferos.
El método de muestreo de material de
perforación (cutting) permite una descripción
del material atravesado, estimación de salinidad midiendo
la conductividad eléctrica del lodo de perforación.
El análisis granulométrico de las arenas acuíferas
es muy importante porque además de proporcionar datos
de parámetros hidráulicos estimados, brinda
información para el diseño del pozo (selección
adecuada de la abertura de la rejilla o ranura e diámetro
de la grava a colocar en el espacio anular pared-cañería)
con el fin de evitar el arrastre arenas, los cuales aparte
de dañar las electrobombas, van obstruyendo la cañería.
Los estudios de sensores remotos (fotos aéreas,
imágenes de satélites e fotos de vuelos a baja
altura) demuestran ser una herramienta importante para obtener
informaciones de indicadores para la búsqueda de las
aguas subterráneas. Estos permiten elaborar una serie
de mapas que guían a la elaboración final de
un mapa integrado. Así como los sistemas ópticos
los sensores remotos (fotografías aéreas como
imágenes de satélites) pueden observar la superficie
de la tierra. Las fotos aéreas tienen la ventaja de
una visión de conjunto sobre la área de trabajo.
Las unidades morfológicas pueden ser
bien identificadas con las fotografías aéreas.
Las imágenes de satélites son
un buen complemento de las fotos aéreas debido a que
dan una información adicional sobre el tipo y el estado
en determinado tiempo de la vegetación por medio de
los colores. Por lo tanto, una imagen cubre una área
mayor que una foto aérea y da una visión general
instantánea.
Las interpretaciones tienen que ser comprobadas
con verificaciones de campo, para obtenerse elementos confirmativos
debido al posible potencial de agua subterránea en
las diferentes áreas de estudio.
En resumen, los estudios geológicos
(estratigrafía, sedimentología, análisis
estructural, petrología, geoquímica) permitirán
definir la naturaleza y características de las formaciones
presentes, los limites del acuífero o de los acuíferos
y su volumen aproximativo; la calidad de las formaciones (permeables,
semipermeables, calidad geoquímica) y la presencia
de varias capas. Permiten establecer mapas de facies, estructurales
en isohypses (igual altitud) del techo y base del acuífero,
curvas isopacas (igual espesor). Esta información constituye
la base de los estudios hidrogeológicos.
Caracterización hidrodinámica
del acuífero:
Para completar los estudios geológicos
y confirmar hipótesis de trabajo es necesario definir
la dinámica del acuífero. El estudio de la hidrodinámica
permite identificar y clasificar los tipos de acuíferos,
precisar la dinámica del agua, establecer modelos de
flujos subterráneos, precisar las interconexiones con
los medios adyacentes, y respuesta del acuífero a incitaciones
exteriores. La definición de la calidad y estudio del
uso de las aguas para los diversos fines (abastecimiento humano,
industrial, agricultura u otros usos) brinda herramientas
para la protección adecuada de los acuíferos.
Para establecer las características
hidrodinámicas del acuífero es necesario establecer
mapas piezométricas (nivel del agua en el acuífero).
Por eso es indispensable iniciar el trabajo de campo con el
censo de los pozos existentes, los cuales deben estar georeferenciados
(datos x, y, z).
La posición del nivel del agua dentro
de cada pozo permitirá establecer mapas de isopiezas
freáticas. Es necesario tener suficientes puntos de
medición y verificar que en cada pozo se puede medir
el nivel natural del agua en el acuífero y no su nivel
dinámico (ver “cartografía hidrogeológica”).
La superficie piezométrica representa el limite superior
del acuífero, el cual varia en el tiempo y el espacio.
Por esto es necesario tener una red de medición la
mas densa posible y efectuar el monitoreo varias veces al
año para tener una idea de la dinámica del acuífero
y su evolución temporal bajo efectos de explotación
de las aguas o cambios naturales (sequías, movimientos
de terreno,...). El monitoreo de los niveles piezométricos
permite conocer el sentido del flujo y la interconexión
y limites de acuíferos.
El conjunto de las técnicas (geología,
geofísica, balance hídrico, hidroquímica
e isótopos,...) permite definir las relaciones entre
las capas, entre acuíferos ríos/lagos, taza
de recarga y descarga, tiempo de residencia, direcciones de
flujo y variaciones de la recarga,... y el cálculo
de los coeficientes de permeabilidad (K), la transmisividad
(T) y la difusividad del acuífero. El caudal (Q) del
acuífero se puede definir a partir de los mapas piezométricos
o de la sección total o elemental.
La velocidad efectiva de escorrentía
(Ve), velocidad de filtración se obtienen por cálculos
a partir de la información previamente obtenida y por
la cual los estudios hidrogeológicos descritos son
indispensables. Los trazadores naturales o artificiales pueden
ayudar a definir estos parámetros.
Los ensayos de terreno como los ensayos de
acuíferos y pruebas de bombeo son pruebas
consistiendo en modificar el comportamiento hidrodinámico
del conjunto acuífero/obra de captación en respuesta
a una impulsión creada por un bombeo a caudal constante.
El ensayo de acuífero permite determinar las características
del conjunto acuífero/obra de captación para
permitir la definición del equipo técnico que
se va a instalar en el pozo. Las pruebas de bombeo permiten
la medida in-situ de los parámetros hidrodinámicos
del acuífero como T y coeficiente de almacenamiento.
Estos ensayos permiten el estudio de las características
particulares de los acuíferos como las condiciones
a los limites, estructura, heterogeneidad, goteo,... y permiten
la observación directa de los efectos de la explotación
del acuífero (descenso de nivel en función de
los caudales bombeados) y estimación de la reserva
de agua subterránea.
Todos estos parámetros nos brindan las
llaves para desenvolver un modelo conceptual (ver “modelación
numérica“). Basándose sobre la información
colectada se plantea una red de monitoreo de densidad y frecuencia
de muestreo dependiendo de los fines de estudio, como así
también el sistema operativo y los procesos para su
mantenimiento.
Conceptos hidrogeológicos básicos:
Acuífero: es aquella formación
geológica porosa y permeable, capaz de almacenar y
ceder agua económicamente a obras de captación.
Acuícludo: se define como aquella formación
geológica que conteniendo agua en su interior, incluso
hasta la saturación no la transmite y por lo tanto
no es posible su explotación.
Acuitardo: hace referencia a la existencia
de numerosas formaciones geológicas que, conteniendo
apreciables cantidades de agua la transmiten muy lentamente
por la que tampoco son aptos para el emplazamiento de captaciones.
Agua no confinada: agua de un acuífero
que se encuentra en contacto directo con la atmósfera
a través de los espacios huecos de un terreno permeable
(de un acuífero libre).
Agua confinada: es el agua subterránea
que se encuentra separada de la atmósfera por un terreno
impermeable (de un acuífero confinado).
Las condiciones intermedias, son los acuíferos
semiconfinados. El estrato que la separa de la atmósfera
es un terreno semipermeable.
Ley de Darcy: se refiere a la cantidad de flujo
que pasa a través de un medio poroso es proporcional
a la pérdida de carga e inversamente proporcional a
la distancia del recorrido del flujo dada por la ley de Darcy
que se expresa de la siguiente manera:
Q= K*A*(dh/di) o así Q= K*D*i
Q = caudal [m3.s-1];
K = conductividad hidráulica [m.s-1];
A = área transversal [m2];
dh = diferencia del nivel de agua [m];
di = largo del flujo (distancia) [m];
D = espesor del acuífero [m];
(dh / di) es también llamado “i” = gradiente
hidráulico, y reemplazando A por D (espesor del acuífero).
La ley de Darcy solo vale bajo las condiciones
del estado de equilibrio de nivel de agua.
REFERENCIAS
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Oliveira, A.M.S,.1995. Geología Aplicada y Medio Ambiente.
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de Campinas – UNICAMP. Publicado y Editado por la ORCYT
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97. p
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