Procesos de salinización
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Características generales ACUÍFERO COSTERO PROCESOS DE SALINIZACIÓN Elevada demanda ⇔ Agricultura intensiva (≈ ≈ 80%) En regiones semiáridas (o áridas), precipitaciones escasas e irregulares Nivel piezométrico Frecuente ausencia (o escasez) de recursos superficiales Explotación intensiva (a veces descontrolada) del acuífero Descensos piezométricos (sobreexlotación) Presencia de procesos de salinización, incluida la intrusión marina Procesos contaminantes asociados Tipología básica de los acuíferos costeros Acuífero kárstico costero Kársticos • Llanuras costeras • Áreas moderadamente tectonizadas • Áreas fuertemente tectonizadas Detríticos • Depósitos fluviales • Depósitos deltaicos • Depósitos aluviales y llanuras costeras actuales • Terrazas, conos y depósitos antiguos • Dunas costeras Surgencia costera ALGUNOS RASGOS HIDROGEOLOGICOS.... Llanuras costeras • Coexistencia de depósitos continentales y marinos • Gravas, conglomerados, arenas y areniscas • Existencia de niveles de baja permeabilidad • Acuíferos multicapa • En la franja litoral, sedimentos mixtos o marinos • Frecuente existencia de zonas húmedas Acuífero superior Acuitardo Gravas y arenas Acuífero profundo Arcillas • • • • • • • • • • Homogéneos a gran escala Heterogéneos a escala local Muy heterogéneos para la intrusión marina Anisótropos Conductividad hidráulica muy variable (estadísticamente homogénea?) Alta inercia (no siempre) Fisuración y/o karstificación superpuestas a la porosidad primaria Salidas subterráneas al mar de tipo difuso (aplicable Darcy) Semiconfinamiento confinamiento Frecuente asociación con zonas húmedas Gravas y arenas Margas Modelo del acuífero de la Plana de Castellón ALGUNOS RASGOS HIDROGEOQUÍMICOS.... • Procesos intensos de interacción agua – roca AFECCIÓN A ZONAS HÚMEDAS Las zonas húmedas costeras están “asociadas” a los acuíferos • Posible presencia de aguas salinas de diferentes orígenes • Importancia de los procesos difusivos • Progresión lenta de la intrusión marina • Poco apreciables los estadios de extrusión o regresión marina (con Zona húmeda algunas excepciones) • Frecuentes mecanismos actividad contaminantes asociados a intensa Agua salada INTRUSIÓN MARINA CARACTERIZACIÓN HIDRODINÁMICA DE LA INTRUSIÓN MARINA La interfase – zona de mezcla Determinación de la posición de la interfase h Movimiento del agua salada Agua dulce Heterogeneidades z Agua salobre INTERFASE Agua salada Cálculo de la posición de la interfase Determinación directa de la posición de la interfase Registros verticales de conductividad • Medidas directas C.E. (microS/cm) Registros verticales de conductividad 0 20000 40000 60000 0 • A partir de medidas piezométricas GHYBEN – HERZBERG 10 20 Agua de mezcla 30 40 Con flujo de agua salada 50 Agua de mar Sin zona de mezcla HUBBERT Con mezcla efectiva LUSCZYNSKI 60 70 80 Profundidad (m) Agua salada inmóvil Agua dulce Determinación de la posición de la interfase a partir de medidas piezométricas Determinación de la posición de la interfase a partir de medidas piezométricas Equilibrio hidrostático en el punto A P agua dulce = P agua salada h h dd dd z A z ds Pad = (h + z ) dd A ds A’ Pas = z ds A’ (h + z ) dd = z ds Haciendo dd / ds-dd = 1/β • • • • Interfase neta (ausencia de mezcla) Flujo radial horizontal (equipotenciales verticales) Agua salada inmóvil Altura piezométrica del agua salada, nula HIDRODINAMICA BASICA DE LA INTRUSION MARINA Acuífero detrítico Efectiva sección de salida Flujo convergente Equipotenciales no verticales Flujo de agua salada Procesos de mezcla Niveles de flujo preferencial Niveles multicapa Si dd= 1 g/cm3 y ds = 1,025 g/cm3 z = 40 h z = (dd / ds-dd) h z = 1/β h 1/β = 40 (50 > 1/b > 30) Fórmula de Ghyben - Herzberg MOVIMIENTO DE LA INTERFASE (s.l.) Acuífero kárstico Agua dulce Desarrollo de zonas de mezcla Geometría irregular Digitaciones Inversiones verticales de salinidad Upconings Upconing INTERFASE Agua salada DE LAS CONSECUENCIAS A LAS CAUSAS REALIDAD vs TEORÍA Presencia de aguas salinas ¿ Intrusión marina simple ? • Intrusión en franco avance • Intrusión en torno al equilibrio • Intrusiones antiguas MEZCLA AGUA DULCE – AGUA DE MAR • • • • Movilización de aguas congénitas Salmueras Flujos regionales salinos Contaminación salina MEZCLA AGUA DULCE – AGUA SALINA MEZCLA MULTIFÁSICA PROCESOS MODIFICADORES Interacción agua / agua Interacción agua / roca PROCESOS DE SALINIZACIÓN Principales mecanismos • Evaporación • Precipitación secuencial • Interacción agua – roca • Disolución a altas temperaturas Resultados • Enriquecimiento diferencial en iones de sales de alta solubilidad • Abundancia relativa de ciertos iones minoritarios • Marca isotópica Parámetro Conductividad Cloruros Sulfatos Bicarbonatos Sodio Calcio Magnesio Potasio Bromuro Boro Estroncio Litio Agua de mar 45000 19000 2700 140 10500 400 1300 390 67 4,5 8 0,180 Aguas dulces 400 -1000 50 - 200 30 – 200 160 - 320 40 - 120 70 - 200 20 - 80 1-5 0-5 0 0,2 - 2 0 PROCESOS MODIFICADORES Factores que operan Agua de mar Agua dulce AGUA DE MEZCLA CONSERVATIVA La composición química responde (casi) estequiométricamente al porcentaje de mezcla Interacción Agua-roca Precipitación – disolución de carbonatos Reducción sulfatos Intercambio iónico • • • • • • • • • • Salinidad del agua resultante de la mezcla (fuerza iónica) Litología del acuífero Factores hidrodinámicos Fases minerales presentes en la matriz Grado de saturación para estas fases u otras Parámetros físico-químicos (pH, Eh, temperatura) Presencia o no de materia orgánica Presencia de microorganismos (bacterias) Disponibilidad de gases en disolución (CO2, O2) Sinergia AGUA DE MEZCLA NO CONSERVATIVA DELTAS IONICOS METODOS DE ESTUDIO Sea cualquier ión, Y y su concentración teórica, [Y]T , si la mezcla fuese conservativa, sería DELTAS IONICOS Se utilizan para cuantificar, expresadas en meq/l, las variaciones iónicas debidas a los procesos modificadores [Y]T = [Y]am x + [Y]ad (1 – x) Si la concentración medida (real) es [Y]R Cloruros = [Cl] am Cloruros = [Cl]ad Agua de mar ∆ Y = [Y]R – [Y]T Agua dulce ∆Y>0 Agua de mezcla Cloruros = [Cl]md ∆ Y<0 El agua de mezcla se ha empobrecido en ión Y debido a procesos modificadores ∆Y=0 El ion Y se ha mostrado conservativo en los procesos de interacción agua-roca [Cl]md = [Cl]am x + [Cl]ad (1 – x) X = porcentaje de agua de mar El agua de mezcla se ha enriquecido en ion ó Y debido a procesos modificadores DELTAS IONICOS ION Deltas - ∆ SO4 + ∆ SO4 SO4 - ∆ HCO3 HCO3 + ∆ HCO3 NO3 Ca Mg Na K - ∆ NO3 Procesos que pueden justificarlo Incremento [HCO3] Oxidación de sulfuros Disminución [HCO3] Precipitación CaCO 3 / CaMgCO 3 Disminución [Ca] y/o [Mg] Disolución CaCO3 / CaMgCO 3 Incremento [Ca] y/o [Mg] Contaminación agrícola Cambio iónico directo Precipitación CaCO 3 Cambio iónico inverso Disolución CaCO3 Incremento [Na] ( [Mg], [K]) Disminución HCO3] Disminución [Na] ( [Mg], [K]) Incremento [HCO3] Cambio iónico directo/inverso Precipitación dolomita Disolución dolomita Modificación otros cationes Disminución [HCO3] Disminución rMg/rCa Incremento [HCO3] ∆ Na + ∆ Na Cambio iónico inverso Cambio iónico directo Incremento [Ca] y/o [Mg] Disminución [Ca] y/o [Mg] -∆K +∆K Adsorción minerales arcilla Cambio iónico inverso Cambio iónico directo, acompañando al Na Disminución [Na] e incremento [Ca] Incremento [Na] y disminución [Ca] ∆ Ca + ∆ Ca - ∆ Mg + ∆ Mg - - IONES MINORITARIOS Procesos paralelos Reducción de sulfatos Usualmente se estudian Boro Bromuro Concentraciones en agua de mar muy superiores Litio a las de las aguas dulces subterráneas Estroncio Yoduro INDICADORES ALTERNATIVOS DE INTRUSION MARINA TRAZADORES DE PROCESOS ALTERNATIVOS • Indicadores de tiempo de residencia • Intrusión reciente o antigua? • Enriquecidos en aguas salinas de diferentes orígenes Por sí solos, se muestran poco resolutivos Dan mejor juego cuando se tiene un modelo hidrogeoquímico razonable basado en el estudio de los iones mayoritarios PLANA DE CASTELLÓN ALGUNOS DATOS DE INTERÉS SOBRE EL ACUÍFERO Cloruros (mg/l) 1.972 Benicasim 800 600 Cloruros (mg/l) 1.992 Benicasim 1000 400 200 200 CASTELLÓN CASTELLÓN COSTERO DE LA PLANA DE 200 CASTELLÓN 200 Moncófar 1500 Moncófar 400 1000 Flujos regionales sulfatados ∆ SO4 (mg/l) Cl (mg/l) ∆ Li (µ µg/l) 7 20 CONTROL ESTRUCTURAL DE LA RECARGA LATERAL ∆ Sr (mg/l) Ca – HCO3 SISTEMA JAVALAMBRE (Dominio Jurásico-Cretácico Fallas de dirección costero-catalana Benicásim Benicasim 300 200 5 7 100 3 Castellón Castellón 500 200 300 500 1 20 10 Mg,Ca – SO4 20 Fallas N70E (N120E) 500 SIERRA ESPADAN 2 600 300 (Dominio Triásico) 400 Moncófar 700 400 400 Triásico) 15 200 Fallas y cabalgamientos de dirección ibérica Fallas N150E Moncófar 700 SULFATOS (mg/l) 4 800 Intrusión marina Julio, 1998 Aguas sulfatadas MODELO CONCEPTUAL DE LOS PROCESOS DE SALINIZACIÓN Vall de Uxó Moncófar Area de Moncófar – Vall de Uxó INTRUSION MARINA REFLEXIONES FINALES Los acuíferos costeros tienen alta vulnerabilidad específica frente a la salinización AGUAS SULFATADAS Los acuíferos costeros suelen recibir elevadas cargas contaminantes Chilches Area de Chilches AGUAS SULFATADAS INTRUSION MARINA La explotación de los acuíferos costeros requiere un exhaustivo control hidrogeológico
