Hidrogeología

Hidrogeología
Tema 5
BALANCE HÍ
HÍDRICO DE UN
SISTEMA ACUÍ
ACUÍFERO
Luis F. Rebollo
Luis F. Rebollo
1
Departamento de Geología -UAH
HIDROGEOLOGÍA
Licenciatura en Ciencias Ambientales
T5. BALANCE HÍ
HÍDRICO DE
UN SISTEMA ACUÍ
ACUÍFERO
1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
2. Relaciones aguas superficiales – aguas
subterrá
subterráneas.
3. Los manantiales.
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
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.
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
Para una cuenca hidrográfica convencional y cerrada, se cumple
el siguiente balance hídrico anual:
P = Q + E + ΔSS + ΔSG
siendo
P = precipitación,
Q = escorrentía (total),
E = evapotranspiración,
ΔSS = variación en el almacenamiento de los embalses superficiales,
ΔSG = 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 (ΔSS = ΔSG = 0), el balance hídrico puede
expresarse simplemente como:
P=Q+E
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
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 = QS + R + ER
siendo QS = componente superficial de la escorrentía,
R = recarga subterránea,
ER = evapotranspiración en el área de recarga.
en el área de descarga (si su extensión es reducida, P ≈ 0):
Q = QS + D – ED
siendo QS = componente superficial de la escorrentía,
D = descarga subterránea (≈ R),
ED = evapotranspiración en el área de descarga.
El balance en el área de descarga puede expresarse también:
Q = QS + QG
siendo QG = componente subterráneo de la escorrentía (= D - ED).
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1. Balance hí
hídrico de un sistema acuí
acuífero.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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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").
2. Relaciones
aguas
superficiales
– aguas
subterrá
subterráneas.
En las
inmediaciones
de los ríos
"ganadores", las
líneas
equipotenciales
forman una "V"
apuntando
aguas arriba.
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Tomado de Heath (1987)
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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").
2. Relaciones
aguas
superficiales
– aguas
subterrá
subterráneas.
En las
inmediaciones
de los ríos
“perdedores",
las líneas
equipotenciales
forman una "V"
que apunta
aguas abajo.
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Tomado de Heath (1987)
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
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2. Relaciones aguas superficiales –
- aguas subterrá
subterráneas.
Tomado de Davis & De Wiest (1971)
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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.
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3. 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
(km2) x
R
(m/año)
siendo
Q = caudal medio del manantial (l/seg),
A = superficie del área de recarga (km2),
R = recarga media anual (m/año).
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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.
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