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12 abr 2016

AGUAS SUBTERRÁNEAS Y ACUÍFEROS (II)

PERO…,¿POR DÓNDE SE ACCEDE AL ACUÍFERO?

Un artículo de Juan Gisbert Gallego (UAL) y Francisco Javier Martínez Rodríguez (Diputación Almería)

Ver artículo AGUAS SUBTERRÁNEAS Y ACUÍFEROS (I)

El acceso al subsuelo en general, y al medio subterráneo en particular, es difícil y poco intuitivo dado que no lo percibimos desde la superficie. Lo primero, por supuesto, es centrarnos en materiales a priori con un comportamiento acuífero. A partir de ahí, son necesarios los inventarios de puntos de agua subterránea como herramienta básica e inicial de cualquier estudio hidrogeológico de una zona.

Aguas subterráneas

Trabajos de medición de la distancia desde la boca del sondeo hasta el nivel del agua.

 ¿Cuáles son los puntos de acceso a un acuífero susceptibles de ser inventariados? Pues cualquier tipo de captación en general, manantiales, simas y cavidades (naturales), pero especialmente los pozos y sondeos (artificiales), sirven de puntos de auscultación del medio subterráneo.

 Por ello, y antes de medir la posición del acuífero (nivel y superficie piezométrica), vamos a introducir brevemente el concepto de captación y sus tipos.

Tipos de captaciones

De modo genérico, podemos definir captación como cualquier tipo de artificio para extraer agua del terreno (subsuelo), o simplemente para recoger agua. Existen gran cantidad y variedad de captaciones, incluso muchos aprovechamientos tradicionales datan de varios milenios a.C. Desde sondeos realizados en China hace 2500 años a.C. hasta los kanats, galerías, cimbras y diversos artes y aprovechamientos hidráulicos que se siguen usando, por ejemplo, en algunos puntos del valle del río Andarax (Almería). No obstante, eso es objeto otra historia que puede ser contada en otro momento. Los principales tipos de captaciones de aguas subterráneas pueden agruparse en (Pulido-Bosch, 2007):

  • Pozos excavados. De escasa profundidad, máximo 40-50 m, muchos excavados a mano y de gran diámetro (mayor de 1 metro) para permitir los trabajos de excavación y de extracción del material. Captan aluviales freáticos fundamentalmente.
  • Sondeos. De menor diámetro y profundidades elevadas, se ejecutan con maquinaria específica y son los más usados para captación de agua. Conllevan un diseño y son los que desarrollaremos en este curso su diseño, tipología, etc.
  • Galerías. Con cierta pendiente hacia el exterior, al interceptar el nivel piezométrico el agua puede drenar por gravedad. Son típicas en los aluviales de los ríos españoles donde se las denomina cimbras, galerías subálveas (kanats), minas, entre otras denominaciones.
  • Drenes. Como el tipo anterior pero de tamaño reducido, muy usados para drenar taludes.
  • Pozos excavados con drenes radiales. O pozos con colectores horizontales. La diferencia con los primeros reside en el aumento de superficie de paso de agua hacia el pozo a través de drenes radiales. Existen dos tipos principales de patentes PRINCIPALES: Ranney y Fehlmann.
  • Zanjas de drenaje. Se realizan justo por debajo del freático con una cierta pendiente hacia un pozo o arqueta y se suelen rellenar con material permeable.
AGUAS SUBTERRANEAS

A la izquierda pozo excavado con elevación mediante cigüeñal (Myanmar). A la derecha pozo excavado con elevación mediante polea (Nepal).

aguas subterraneas

A la izquierda pozo excavado con elevación mediante noria de sangre restaurada (Níjar. Almería). A la derecha pozo excavado con elevación mediante motor eléctrico (Valle del Andarax. Almería).

Aguas subterraneas

A la izquierda galería destinada al abastecimiento de la población de Dalías (Almería). A la derecha galería de Guaro en Sierra Gorda (Granada), foto de L. Linares.

Nivel y superficie piezométrica

Entre otras cuestiones, podríamos medir la posición o localización del acuífero en un punto bajo el terreno. Pues bien, a la altura de la columna de agua en ese punto medida en un sondeo o piezómetro (sondeos de pequeño diámetro construidos especialmente para la observación del nivel piezométrico) referida sobre el nivel del mar, se le denomina cota o altura piezométrica. Si lo referimos a dos dimensiones se llamaría nivel piezométrico y si es a tres dimensiones, superficie piezométrica, definida como la superficie que contiene los puntos que señalan la altura piezométrica de un acuífero. Tanto nivel, altura como superficie, siempre se encuentra referida a un nivel dado que corresponde con el nivel medio del mar.

La altura piezométrica es proporcional al estatus de energía en un punto del acuífero, dictado por la ecuación de Bernouilli. Como en cualquier campo gravitatorio, a mayor altura mayor energía y, por tanto, el agua se moverá desde puntos con mayor energía a puntos con menor energía (o altura piezométrica) dentro del acuífero. El siguiente esquema ilustra sobre la relación entre la energía en un punto y la altura piezométrica:

Ecuacion de Bernouilli

La energía total en el punto rojo del acuífero es igual a la presión de la columna de agua que posee por encima (w = P/d) más la distancia hasta una superficie de referencia, z (nivel del mar), h = w + z. La ecuación de Bernouilli nos dice que la suma de todas las componentes en cualquier punto del acuífero se mantiene constante. El término referido a la velocidad de las partículas (v2/2g) se desprecia frente a los otros dos.

En los acuíferos confinados, la superficie piezométrica está por encima del techo impermeable del acuífero. Sería la superficie formada por los puntos que alcanzaría el agua si se hicieran infinitas perforaciones en el acuífero.

En los acuíferos libres, el límite de saturación del agua en la formación coincide con la superficie piezométrica (presión del agua igual a la atmosférica). Se denomina también superficie freática. En acuíferos kársticos y por fisuración (permeabilidad muy discontinua), la superficie piezométrica es virtual.

Aguas subterraneas

Nivel freático en acuíferos libres de tipo detrítico y carbonatado (www.igme.es)

¿Cómo se localiza y mide en la práctica la altura piezométrica? Mediante el uso de sondas de nivel y, en general, unos dispositivos denominados limnímetros, tal y como muestra el esquema a continuación.

Sonda de nivel

Esquema de medición del nivel piezométrico con una sonda de nivel en un sondeo. Nótese que dicho nivel se obtiene sustrayendo el valor de la cota topográfica del punto a la profundidad de agua encontrada con la sonda.

La sonda normalmente consta de un cable con divisiones en centímetros que mantiene una corriente eléctrica en su interior mediante unas pilas. La pieza metálica final contiene dos bornes que al tocar el agua (medio conductor) cierra el circuito eléctrico y suena un pitido y/o se enciende una luz, indicando de esta manera que se ha llegado al agua y que está a la profundidad que marca el cable desde la superficie (ver foto final). Como se puede observar en la figura anterior, el nivel o altura piezométrica en un punto en un momento determinado es el resultado de restar la cota piezométrica de la boca del sondeo (o punto de agua) a la profundidad del agua obtenida con la sonda.

La altura piezométrica se mide en los puntos de agua inventariados durante campañas de campo sobre el acuífero en un momento o intervalo de tiempo determinado. Estos datos discretos se interpolan espacialmente para obtener una cartografía de la superficie piezométrica o mapa piezométrico o de isopiezas. Este documento es vital para conocer el funcionamiento hidrodinámico del acuífero, como veremos en la próxima entrada.

Asimismo, la evolución temporal de la altura piezométrica en un punto del acuífero se controla a través de la instalación de instrumentos llamados en general limnímetros. Pero ambas cuestiones serán el objeto de una próxima entrada a este blog.

Aguas subterraneas

Sonda de nivel (izquierda) y limnímetro de presión para descolgar en sondeo (derecha). Ver uso en imagen de entrada.

 

Referencias bibliográficas.

Pulido Bosch, A. (2007). Nociones de Hidrogeología para Ambientólogos. Ed. Universidad de Almería. Almería. 492 p.

Autores: JUAN GISBERT  GALLEGO y FRANCISCO JAVIER MARTÍNEZ RODRÍGUEZ 

Todos los artículos de Juan Gisbert aquí

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