Tipos de Captaciones o Puntos de Agua

• Pozo común u ordinario: Captación realizada a mano (excavado) de gran diámetro (1-3 m) y pequeña profundidad (<50 m).
• Sondeo: Captación mecanizada de pequeño diámetro (<0,3 m) y gran profundidad (hasta 1000 m). Se utiliza para investigación.
• Pozo mecánico o perforado: Captación mecanizada de mayor diámetro que la del sondeo y que alcanza gran profundidad. Es la perforación de explotación por excelencia.

Contaminación de las Aguas Subterráneas

Es la alteración de las características físicas, químicas o bacteriológicas de las aguas subterráneas como consecuencia de las actividades humanas, que las hacen inutilizables para la aplicación útil a que se destinaban.

Agente Contaminante

Es toda propiedad física, organismo o sustancia que deteriora las características naturales originales de un agua. Grupos:

• Hidrocarburos
• Detergentes
• Pesticidas
• Contaminantes químicos minerales
• Contaminantes orgánicos
• Contaminantes biológicos
• Sustancias radiactivas

Focos Potenciales de Contaminación

1. Focos relacionados con puntos de descarga de sustancias.
2. Lugares de almacenamiento, tratamiento o eliminación de sustancias; vertidos no planificados.
3. Transporte o transmisión.
4. Aplicación de sustancias en relación con actividades planificadas.
5. Focos que alteran el flujo e inducen contaminación.
6. Focos naturales activados por el hombre.

Causas de la Contaminación por Tipo de Actividad Humana

• Contaminación urbana
• Contaminación agrícola
• Contaminación industrial
• Contaminación inducida por bombeo

Efectos Climáticos

Efecto Foen

Es el efecto que ocasiona una barrera de montañas al chocar con los frentes nubosos atlánticos e impedir que pasen a la vertiente mediterránea. Ejemplo: cuando chocan en la Sierra de Segura, Cazorla y Revolcadores e impiden el paso de la lluvia al frente mediterráneo, ya que lo que pasa sube por convección del calor radiado en la vertiente mediterránea.

Efecto Albedo

Es la reflectancia de los rayos solares en la superficie terrestre. Estas radiaciones son devueltas a la atmósfera y el calor disipa las nubes. Depende del color de la superficie. Un cuerpo negro tiene albedo = 0; la nieve tiene albedo = 90. Murcia tiene el mayor albedo de la península. En Murcia hay muchas depresiones sin vegetación y con margas blancas (Mula, Fortuna, Lorca), cuyo albedo es elevado. Para combatir el efecto albedo, los beduinos del desierto llevan ropas blancas.

Tipos de Acuíferos

Según el Tipo de Poros

• Detrítico: Porosidad intergranular.
• Kárstico: Porosidad por fisuración.

Según la Facilidad de Expulsión del Agua

• Acuífero: La expulsa bien. Ejemplo: gravas.
• Acuitardo: Tarda en expulsarla. Ejemplo: limos y arenas.
• Acuícludo: No la expulsa, solo la almacena. Ejemplo: arcillas.
• Acuífugo: No entra, por tanto, no puede salir. Ejemplo: granito.

Según la Presión

• Libre
• Cautivo

Unidades Hidrogeológicas

Es aquel dominio hidrogeológico de rango superior, constituido por acuíferos o rocas permeables superpuestas, que presentan en su conjunto una serie de características físicas especiales (climatológicas, hidrológicas, geomorfológicas, geológicas) que lo diferencian de otros adyacentes. Tiene límites estancos pero de carácter más regional. Ejemplo: alineaciones diapíricas, fosas tectónicas rellenas de potentes formaciones impermeables, límite entre dos unidades estructurales con estilos muy distintos, etc.

Factores Contaminantes de Acuíferos en la Cuenca del Segura

• Inconsciencia humana: Impacto visual (cascos de cerveza).
• Vertidos industriales: Curtidos en Lorca, conservas en Caravaca, hidrocarburos de escombreras.
• Vertidos mineros: Metales pesados en la Sierra de Cartagena.
• Vertidos agrícolas (fertilizantes): Nitratos y pesticidas en las vegas del Segura.
• Vertidos urbanos: Filtraciones de aguas residuales en Molina, Alguazas, Lorquí, Las Torres de Cotillas y Librilla. Depuradoras defectuosas.
• Vertidos ganaderos: Purines en Lorca y Fuente Álamo.
• Incorrecta ubicación de los sondeos de explotación: Límites de acuíferos por evaporitas. Ejemplo: Quibas, Jumilla-Villena, Don Gonzalo-La Umbría.
• Incorrecta construcción de sondeos: Campo de Cartagena.
• Intrusión marina: Águilas-Cala Reona, Cabo Cope-Cala Blanca, Cabezo de los Pájaros, Cabo Roig.
• Sobreexplotación: Contaminación evaporítica, contaminación gaseosa, contaminación marina.

Variaciones Piezométricas

Fenómenos que se Pueden Deducir

• Descensos anuales.
• Desfases de la piezometría con respecto a la lluvia en zonas kársticas.
• Influencia de los excedentes de regadío.
• Cambios de pendiente: sobreexplotación.
• Influencia de embalses y ríos.

Causas de las Fluctuaciones Piezométricas

• Variación del agua almacenada.
• Variación de la presión atmosférica.
• Mareas en acuíferos costeros.
• Deformación del terreno por terremotos.
• Perturbaciones en pozos (tuberías rotas, bombeos).
• Cambios térmicos o químicos cerca del pozo.

Amplitud

Diferencias de altura entre puntos máximos y mínimos. Es grande en relación con ríos.

Métodos de Perforación

Percusión

Método muy antiguo que consiste en soltar un peso desde arriba y golpear las rocas repetidamente.

Elementos:

• Sarta o herramienta de perforación: Trépano, barón, tijera, montera.
• Sonda: Máquina y motor.
• Bastidor: Motor, biela, balancín.
• Mástil.
• Tambor.
• Válvulas.
• Tuberías.

Dos sistemas: Pensilvano (con cable), canadiense (con varillaje).

Funciones del trépano: Triturar, escariar y mezclar.

Tipos de trépano: Regular, californiano, salomónico, cruciforme.

Peso: 1500-8000 Kp, 50 golpes/min.

Altura: Terrenos duros 10-15 cm, blandos 40 cm de recorrido. A mayor dureza de la roca, más golpes.

Barón: Para incrementar el peso y para la verticalidad.

Tijera o destrabador: Elemento de seguridad, golpea hacia arriba, para materiales plásticos (arcillas).

Montera: Parte terminal de la sarta para hacer la unión con el cable.

Cables y carrete: Tamizado de acero, necesita elasticidad, el giro del cable tiende hacia la izquierda, favoreciendo el apretado de las roscas. Alma de polivinilo, el cable debe girar para comprobar la verticalidad.

Sonda.

Bastidor: Motor (correas trapezoidales), biela (transforma el movimiento), balancín.

Mástil: Torre abatible con poleas.

Tambor: Para el cable.

Válvulas: Para la limpieza y extracción del agua.

Tuberías: De emboquille, de entubación y auxiliares.

Técnicas de perforación:

1. Agujero grande, tubería y cementado. Hay que echar agua para perforar 40-50 l/h.
2. Limpieza de detritus, desviación por buzamiento. Para corregirlo se echa cable, sílex, etc.

Ventajas:

• Rocas duras.
• Grandes diámetros (grandes caudales).
• Rocas fracturadas (en rotación se pierden los lodos).
• Hay que echar poca agua, incluso permite agua salada.
• Da el nivel piezométrico real, no el de lodos.

Inconvenientes:

• Lento avance: 1-10 m/día.
• No va bien en rocas blandas, arcillas, se pega.
• No llega a grandes profundidades (<700 m).
• Es caro: 10,000-15,000 ptas/m.

Rotación Directa

Giro de una herramienta cortante a través de varillaje y motor. Se utilizan lodos para evitar el calentamiento, son inyectados por una bomba desde el interior de las varillas. Corte por cizallamiento, desbaste y abrasión. Se utiliza en petróleo. Avances: 10-25 m/día.

Elementos:

• Batería de perforación:
  • Corona (vidria o diamante).
  • Tricono (3 conos con dientes, 1000 Kp/pulgada).
  • Tubo sacatestigos: 1,5-3 m de longitud, muelle extractor.
  • Cabeza de inyección: parte superior de la Kelly a donde llegan los lodos.
  • Varillaje: 40-85 mm y 6 m de longitud, va roscado.
• Sonda o máquina:
  • Mástil (estructura metálica reforzada, abatible y desmontable).
  • Motor, carrete y cables.
  • Cabestrante (polea para los cables).
• Ensanchador.
• Escariador: Se mete antes de perforar para eliminar obstáculos.
• Barra Kelly: Entre cabeza de inyección y tubería perforada, puede ser hexagonal o cuadrada y acciona la mesa de rotación.
• Lastrabarrenas: Barras huecas para darle peso y verticalidad, está encima del tricono.

Objetivos de los lodos:

• Consolidar paredes, por formación de costras y también por presión de circulación.
• Ascender detritus.
• Mantener detritus en suspensión si hay paredes.
• Lubrificar y enfriar.
• Facilitar cementaciones.
• Equilibrar presiones en acuíferos surgentes.
• Determinar cavernas por pérdidas de lodos.

Respecto a la percusión:

Ventajas: Mayores profundidades.

Inconvenientes: Más caro, peor para hidrogeología y menos para el karst.

Rotación Inversa

Los lodos bajan por el espacio interanular y se meten en los tubos de perforación (al revés que la rotación directa). Para grandes diámetros, pues en la directa, para evacuar los detritus se necesitan grandes bombas. Emplea la trialeta en vez del tricono. Para terrenos detríticos (gravas, arenas, limos). En vez de bomba de lodos, lleva compresor.

Ventajas sobre la rotación directa:

• Mayores diámetros, no hay que hacer reducciones.
• Mayor velocidad ascensional de detritus (5 veces).
• Mayor velocidad de avance, pues los rozamientos en las tuberías del lodo más detritus es menor, mayor rendimiento.
• Mayor estabilidad de las paredes del sondeo.
• Menor colmatación de las paredes.
• Muestras de detritus menos alteradas.

Inconvenientes: Es más caro.

Rotopercusión

Se utiliza un martillo neumático accionado por aire comprimido que impulsa un compresor muy caro. Los martillos tienen en el fondo tallantes o dientes de carburo de tungsteno. Se utiliza espumante para evacuación de detritus y refrigeración del martillo.

Ventajas:

• Más rápido.
• Más económico.
• Indicado para rocas muy duras y duras.
• Se ve el agua salir por la boca y se puede evaluar.
• No existen tuberías auxiliares.

Inconvenientes:

• Diámetros pequeños (<350 mm).
• No apto para rocas muy karstificadas.
• El detritus sale muy mezclado.
• Pequeños caudales (<50 l/s).

Perforación Horizontal Dirigida

Captación de acuíferos marinos desde el continente, con el fin de tratar sus aguas en plantas desaladoras. Primero se realiza un sondeo piloto de pequeño diámetro. Desde un punto inicial se introduce en el suelo un cabezal de perforación inclinado, que es dirigido durante la perforación. El cabezal tridimensional perfora un pequeño túnel con chorros de líquido a alta presión. Los residuos de la perforación son transportados por la suspensión al punto de partida o de salida. Se introduce la tubería, en el mismo sentido o contrario al del escariador del ensanche, no existiendo peligro de daños, ya que la bentonita en suspensión actúa como medio deslizante y reduce el rozamiento.

Métodos de Prospección Geofísica

Sondeos Eléctricos Verticales (SEV)

Condiciones del terreno:

• Capas más o menos horizontales.
• Que sean eléctricamente homogéneas y no haya muchas.
• Que el espesor y su contraste de resistividad guarden relación.
• Que la superficie topográfica sea más o menos plana.
• Que no haya tendidos eléctricos o conducciones de agua.

Luego se comparan los diagramas de campo o curvas SEV con otros teóricos.

Equipo y material:

• Multivoltímetro.
• Amperímetro.
• Electrodos impolarizables.
• Electrodos de acero.
• Cables de doble aislamiento.
• Teléfonos de línea.
• Localizador de averías o roturas de cable.

Prospección Gravimétrica

La gravimetría es la medida y el estudio de la intensidad del campo gravitatorio, por la medida de g (atracción gravitacional de la Tierra). Las variaciones locales en la medida del campo gravitatorio tienen su causa esencialmente en la presencia de formaciones geológicas con sus densidades o espesores. Toma de datos, nivelación de precisión de los puntos (estaciones) de la malla, mediante dispositivos de péndulo, gravímetro y balanza de torsión. La unidad es el gal = 1 cm/s². Una vez realizadas las sucesivas correcciones y filtrados, se representa en cartografía topográfica como mapas de isovalores con anomalías gravimétricas (Bouguer) = g – go, teniendo en cuenta las correcciones por el efecto luni-solar. Así obtenemos un esquema geológico estructural de una zona concreta que será interpretado por expertos en geología estructural. Coste relativamente bajo.

Prospección Electromagnética

Se basan en medir la perturbación producida en una señal electromagnética (EM) a su paso por el subsuelo por dos métodos:

• EM en dominio de frecuencias: Medición de las características resistivas del subsuelo.
• EM en dominio de tiempos: Medición de la fuerza electromotriz del campo EM transitorio que se genera en el subsuelo al interrumpir bruscamente un pulso de corriente que circula por una espira localizada en la superficie del terreno.

La capacidad de penetración de las ondas electromagnéticas depende de su frecuencia y de las características de las formaciones del subsuelo. Alta frecuencia = decenas de metros; baja frecuencia = centenares de metros. Los dispositivos que se utilizan suelen emitir en un amplio espectro de frecuencias. La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es prácticamente la de la luz. Un bucle de cable conductor cuadrado, a través del cual se hace circular corriente eléctrica, al interrumpirse bruscamente provoca una difusión de corrientes en el subsuelo de varios centenares de metros. La medición de los campos magnéticos secundarios asociados a dichas corrientes permite detectar diferentes materiales a distintas profundidades. Se usan equipos caros que requieren especialización de manejo e interpretación.

Prospección Sísmica

Medida de la propagación controlada por las leyes de refracción y reflexión, de las ondas sísmicas en el subsuelo:

• Las longitudinales, paralelas a la dirección de propagación, más rápidas y utilizadas.
• Las transversales, perpendiculares.
• Las de superficie, ondas Rayleigh y Love.

Las ondas se propagan en el subsuelo a unas velocidades que dependen de las características de cada material geológico y al llegar a una discontinuidad, sea estructural o estratigráfica, sufren alteraciones en su velocidad, al tiempo que son afectadas por reflexión y refracción. Esta información es recogida mediante un geófono.

Testificación Geofísica

La obtención de diagrafías de estos parámetros es especialmente útil para definir la columna de entubación en sondeos en que la calidad de las muestras sea dudosa.

Parámetros y Aplicación

Testificación eléctrica: Resistividad y potencial eléctrico, identificación y definición de las cotas de las formaciones acuíferas.

Dos parámetros:

• Resistividad: Es inversamente proporcional a la cantidad de agua contenida, por unidad de volumen de roca y a la conductividad de esta agua. Es muy sensible a los cambios litológicos a lo largo de una perforación. Unidad: ohmios x metro.
• Potencial: La variación del potencial eléctrico puede tener su origen en dos fenómenos distintos:
  • Electrofiltración: El flujo de agua a través de las capas acuíferas genera una fuerza electromotriz de hasta varias decenas de milivoltios.
  • Electro-ósmosis: Es la fuerza electromotriz proporcional al logaritmo de la relación de las resistividades entre dos electrolitos diferentes, o de concentraciones diferentes, situados en contacto.

Testificación Radiactiva

Puede realizarse en sondeos entubados. Tres tipos:

• Rayos gamma: Son impulsos de alta energía de las ondas electromagnéticas emitidas espontáneamente por algunos elementos radiactivos. Son cuantos de luz (fotones) sin masa ni carga, y ricos en energía natural. Su registro permitirá identificar las formaciones geológicas en función de sus niveles de emisión de radiactividad natural. Arcillas con isótopos radiactivos de K, sílice estable y carbonatadas con baja radiactividad.
• Rayos gamma-gamma: Se realizan con dispositivos que constan de un emisor radiactivo en su parte inferior, y un detector en la superior. En las diagrafías, los máximos son terrenos de baja densidad = alta porosidad.
• Testificación de neutrones: Sondas con una fuente emisora de neutrones y un receptor. Al ser bombardeada la formación geológica por neutrones, estos pierden parte de su energía, y parte de ellos son absorbidos por los iones de hidrógeno o cloro del agua, emitiendo rayos gamma. La cantidad de energía perdida será proporcional al contenido en hidrógeno de la formación. Así obtenemos datos sobre la porosidad total de un medio saturado y el grado de humedad de un medio no saturado.

Tipos de Karst

Holokarst

Gran potencia, nivel de base situado a gran profundidad, relieve juvenil con desniveles importantes, el muro impermeable está por debajo de los talweg epígeos, gran desarrollo de las formas kársticas, evolución en sentido horizontal y vertical. Ausencia casi total de arcillas y dolomías.

Merokarst

Pequeña potencia, nivel de base a pequeña profundidad, el muro impermeable aflora en los talwegs, desarrollo imperfecto de las formas kársticas, presencia de niveles de arcillas y dolomías.

Otros Tipos de Karst

• De montaña.
• Estructural.
• Fósil.
• Activo.

Formas Kársticas en Rocas Carbonatadas

Formas de Absorción

• Formas cerradas: Lapiaces, dolinas, uvalas, poljes, valles ciegos.
• Formas abiertas: Simas, ponors, cuevas, cañones.

Circulación por Cuevas

Formas de Emisión

• Surgencias.
• Exurgencias.
• Trop-plein.

Concepto y Definición de Hidrogeología

La hidrogeología es la ciencia, parte de la Geología, que estudia las aguas subterráneas, bajo un punto de vista:

• Físico:
  • Geofísica y testificación.
  • Geología aplicada a la hidrología o geohidrología (métodos de exploración).
  • Hidráulica subterránea (bombeos de ensayo).
• Químico:
  • Hidroquímica (parámetros químicos e isótopos).
  • Contaminación de acuíferos.
• Biológico: Contaminación de acuíferos.
• Legal: Ley de aguas (método único, subterráneas y superficiales).
• Agrícola: Agua para la agricultura (pozos y sondeos).
• Industrial: Agua para la industria.
• Urbano: Abastecimiento a poblaciones.
• Político: Hidroesquizofrenia de lluvias.
• Ingenieril:
  • Máquinas de perforación.
  • Bombas.

Historia de la Hidrogeología

Ya en la Biblia se hablaba de pozos (Rebeca, La Samaritana). Los Kanats (galerías) hace 2500 años en Irán. En España, los árabes.

Era Antigua

Griegos:

• Platón: El ciclo hidrológico.
• Aristóteles (350 a.C.): Procede del vapor de agua del interior de la Tierra.

Romanos:

• Marco Vitruvio (15 a.C.): Procedía de la fusión del hielo de las montañas, se infiltraba y salía por las fuentes.
• Séneca (4 a.C.): Negó el fenómeno de la infiltración.

Era Media

Pozos artesianos (1100) provincia de Artois, de ahí su nombre.

Era Moderna

• Palissy (1500): Ciclo hidrológico en versión moderna.
• Kepler (1571): La Tierra es un animal que digiere el agua del mar y que al echar un eructo se originan las fuentes, fruto del metabolismo de la Tierra.

Renacimiento (1600)

Pocos progresos.

Era Contemporánea (finales del siglo XVIII)

Nace en realidad la hidrología moderna, basada en el ciclo hidrológico.

• Siglo XVIII: Pozos de 300 m de profundidad.
• El término hidrogeología lo utilizó primero Lamarck (1802), después Darcy (1803-1858), Thiem (1870), Lucas (1879), Mead (1879), Meinzer (1942), Theis y Jacob (1935).
• Gran avance por el petróleo (hace 25 años): rotación.
• Bombas sumergibles: 1910-1930.

Factores que Influyen en la Evapotranspiración (ETR)

Climáticos

• Temperatura: A mayor temperatura, mayor ETR.
• Gradiente de tensión de vapor: A mayor humedad relativa del aire, menor ETR.
• Presión atmosférica.
• Salinidad del agua: A mayor salinidad, menor ETR.
• Velocidad del viento: A mayor velocidad del viento, mayor ETR.
• Iluminación: A mayor iluminación, mayor ETR.

Edáficos

• Características del perfil edáfico: A mayor porosidad, mayor ETR.
• Profundidad del nivel piezométrico: A menor profundidad, mayor ETR.
• Vegetación: A mayor presión de succión, menor ETR.

Morfología de las Plantas

• Forma, tamaño y número de hojas.
• Número de estomas/mm².
• Tipo de raíces.
• Producción de materia seca: A mayor producción de materia seca, mayor agua consumida.
• Laboreo: A mayor laboreo, mayor ETR.
• Desarrollo fisiológico: Los periodos críticos de la planta demandan más agua.
• Aire-vegetación: A mayor vegetación, menor infiltración, retardan el impacto y abren el suelo.
• Relieve: A mayor relieve, menor temperatura y menor ETR en zonas kársticas.

Métodos para el Cálculo de la Infiltración (I)

1. I = Lluvia * E
2. Método de Kessler
3. Escorrentía subterránea y zona de alimentación: I = V/A (en acuíferos no sobreexplotados).
4. Reservas gravitatorias: I = Rp
5. En acuíferos sobreexplotados: I = Pe = Volumen de agua extraída (real * 100, quitar los recursos) / Volumen roca (A * h, descenso teórico).
6. Contenido de Cl^– del agua: I = (1 – e)(Cl´/Cl” + Cl”´/(P * Cl”))
   e = coeficiente de escorrentía superficial
   Cl´ = contenido de Cl^– del agua de lluvia
   Cl” = contenido de Cl^– del agua del acuífero
   Cl”´ = contenido de Cl^– disuelto por el agua del suelo

Entradas Superficiales

1. Mediante ríos.
2. Mediante embalses superficiales.
3. Acequias sin revestimiento.
4. Excedentes de regadío.