Hidrogeología. Tema 5 UN SISTEMA ACUÍFERO. Luis F. Rebollo. Luis F. Rebollo

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1 Hidrogeología Tema 5 BALANCE HÍDRICO H DE UN SISTEMA ACUÍFERO 1 T5. BALANCE HÍDRICO H DE UN SISTEMA ACUÍFERO 1. Balance hídrico h de un sistema acuífero. 2. Relaciones aguas superficiales aguas subterráneas. 3. Los manantiales. 2 1

2 1. Balance hídrico h de un sistema acuífero. En cualquier sistema hidrogeológico se puede estimar el volumen de agua correspondiente a su recarga, el caudal que fluye por su zona de saturación y la cantidad de agua que supone su descarga al exterior. Es el balance hídrico de un sistema acuífero. En la mayoría de los casos se establece el balance hídrico para la cuenca hidrográfica a la que pertenece el acuífero, a fin de valorar las relaciones entre la escorrentía superficial y subterránea de la región. Pero no siempre coinciden las divisorias de aguas superficiales con las hidrogeológicas, lo que significa que no necesariamente toda el agua que se infiltra en la cuenca va a incrementar el flujo subterráneo de los acuíferos de la misma, o a reintegrarse más tarde o más temprano en los cursos superficiales que la drenan Balance hídrico h de un sistema acuífero. 4 2

3 1. Balance hídrico h de un sistema acuífero Balance hídrico h de un sistema acuífero. 6 3

4 1. Balance hídrico h de un sistema acuífero. Para una cuenca hidrográfica convencional y cerrada, se cumple el siguiente balance hídrico anual: P = Q + E + ΔS S + ΔS G siendo P = precipitación, Q = escorrentía (total), E = evapotranspiración, ΔS S = variación en el almacenamiento de los embalses superficiales, ΔS G = variación en el almacenamiento de los acuíferos. Para un período de varios años, en que la variación del almacenamiento superficial y subterráneo puede considerarse prácticamente nula (ΔS S = ΔS G = 0), el balance hídrico puede expresarse simplemente como: P = Q + E 7 1. Balance hídrico h de un sistema acuífero. 8 4

5 1. Balance hídrico h de un sistema acuífero. En una cuenca hidrográfica ideal, sobre un acuífero con una extensa área de recarga y una pequeña área de descarga, y en régimen de equilibrio, se puede desglosar el balance hídrico: en el área de recarga: P = Q S + R + E R siendo Q S = componente superficial de la escorrentía, R = recarga subterránea, E R = evapotranspiración en el área de recarga. en el área de descarga (si su extensión es reducida, P 0): Q = Q S + D E D siendo Q S = componente superficial de la escorrentía, D = descarga subterránea ( R), E D = evapotranspiración en el área de descarga. El balance en el área de descarga puede expresarse también: Q = Q S + Q G siendo Q G = componente subterráneo de la escorrentía (= D - E D ) Balance hídrico h de un sistema acuífero. 10 5

6 Las aguas subterráneas y superficiales de cualquier región suelen estar en estrecha conexión, existiendo flujos en uno y/u otro sentido, que se traducen en recarga (infiltración de agua de corrientes o masas de agua superficiales hacia la zona saturación) o descarga de los acuíferos (salida oculta subacuática de agua subterránea en el cauce de los ríos o en el fondo del vaso de lagos, embalses o incluso en el mar). A partir de la forma de la superficie piezométrica de un acuífero, es posible determinar el tipo de relación hidráulica existente entre aquél y las aguas superficiales de la región. El tipo de conexión entre unas y otras aguas viene dado por: a) la situación de las formaciones geológicas permeables en relación con el cauce de los ríos de la región, b) la situación relativa del nivel del agua en los ríos y de los niveles piezométricos del acuífero. 2. Relaciones aguas superficiales Relaciones aguas superficiales 12 6

7 2. Relaciones aguas superficiales a) Manantial que aporta agua al cauce fluvial después de aflorar a una cota más alta que el nivel del río. Se da en el caso de acuíferos colgados, y manifiesta más bien la falta de conexión hidráulica directa entre el acuífero y el río. b) Río efluente o ganador. Se produce un aumento del caudal a lo largo del cauce por la aportación procedente de la escorrentía subterránea. Se suele dar en las grandes llanuras aluviales de zonas húmedas, así como en regiones con acuíferos escasamente explotados Relaciones aguas superficiales c) Río influente o perdedor. El caudal del río disminuye a lo largo del cauce por la infiltración del agua al acuífero subyacente. Típico de zonas áridas y semiáridas, se llama efecto "ducha" cuando se produce la infiltración masiva del agua superficial en un sector del cauce fluvial, creando un domo en la SF. d) Almacenamiento en las riberas. Situación normal de los ríos efluentes durante las crecidas, en que una parte considerable del caudal de origen superficial se infiltra en los materiales permeables de las riberas del río. Suele ser una situación transitoria, que refleja la reversibilidad de efluencia e influencia. 14 7

8 2. Relaciones aguas superficiales Relaciones aguas superficiales 16 8

9 2. Relaciones aguas superficiales Relaciones aguas superficiales e), f) Río ganador conectado con un acuífero confinado. Se representan dos casos en los que el río recibe aportes de agua subterránea procedente de algún acuífero cautivo. 18 9

10 2. Relaciones aguas superficiales La relación entre aguas superficiales y subterráneas varía de unas regiones a otras, debido a factores geológicos tales como: Los suelos, que determinan el coeficiente de infiltración de agua en el terreno. Los suelos de grano grueso suelen tener un coeficiente de infiltración alto, y los de grano fino bajo. La litología, que influye definitivamente en la existencia de acuíferos dentro de la cuenca. Influye igualmente en la infiltración y en la densidad de la red de drenaje. La estructura, que determina la situación de las formaciones permeables dentro de la cuenca hidrográfica. Así, puede dar lugar a que un acuífero quede o no conectado con un curso de agua, o hacer que el agua descargada de un acuífero en una cuenca hidrográfica tenga su origen en la infiltración del agua de lluvia de otra cuenca Relaciones aguas superficiales 20 10

11 2. Relaciones aguas superficiales Relaciones aguas superficiales 22 11

12 2. Relaciones aguas superficiales aguas subterráneas. La red de flujo muestra que el acuífero cede agua a los cauces fluviales en la zona de cabecera de éstos (condiciones de efluencia, ríos "ganadores"). En las inmediaciones de los ríos "ganadores", las líneas equipotenciales forman una "V" apuntando aguas arriba. 23 Tomado de Heath (1987) 2. Relaciones aguas superficiales aguas subterráneas. La red de flujo muestra que el acuífero se alimenta o recarga a partir del río en su tramo bajo (condiciones de influencia, río "perdedor"). En las inmediaciones de los ríos perdedores", las líneas equipotenciales forman una "V" que apunta aguas abajo. Tomado de Heath (1987) 24 12

13 2. Relaciones aguas superficiales Relaciones aguas superficiales 26 13

14 2. Relaciones aguas superficiales Relaciones aguas superficiales Tomado de Davis & De Wiest (1971) 28 14

15 3. Los manantiales. Un manantial es un punto o zona del terreno en la que, de modo natural, accede a la superficie un caudal apreciable de agua, procedente de la descarga de un acuífero. Suelen manifestarse con claridad en condiciones subaéreas, pero también están presentes habitualmente en condiciones subacuáticas (en las situaciones de efluencia). Constituyen la forma más conocida de alumbramiento natural de agua subterránea, a modo de aliviaderos o desagües de la infiltración o recarga de los acuíferos. Otras formas de descarga natural de los acuíferos son los rezumes (que propician la existencia de zonas húmedas no encharcadas), la evaporación que afecta al agua de la franja capilar, o la evapotranspiración por parte de la vegetación freatofítica en zonas de escasa profundidad del nivel freático Los manantiales

16 3. Los manantiales Los manantiales

17 3. Los manantiales Los manantiales

18 3. Los manantiales Los manantiales. Al ser los manantiales la descarga natural más importante de los acuíferos, su caudal y características dependerán sobre todo de: factores del acuífero: geometría y parámetros hidráulicos; factores relativos a la recarga: infiltración a partir de las precipitaciones, esencialmente. La relación entre el caudal medio de los manantiales, la superficie del área de recarga y la recarga media anual es: Q (l/seg) = 31,5 x A (km 2 ) x R (m/año) siendo Q = caudal medio del manantial (l/seg), A = superficie del área de recarga (km 2 ), R = recarga media anual (m/año)

19 3. Los manantiales. Las variaciones en el caudal de descarga de los manantiales están ordinariamente relacionadas con la distribución de las precipitaciones registradas en el área de recarga del acuífero correspondiente, y suelen seguir fielmente la evolución de éstas, si bien con un retraso o desfase ("tiempo de respuesta") que depende de las características hidrogeológicas (transmisividad y dimensiones del sistema acuífero, entre otras). En general, los acuíferos kársticos proporcionan respuestas más rápidas que otros medios o sistemas hidrogeológicos Los manantiales

20 3. Los manantiales Los manantiales

21 3. Los manantiales

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