Hidrología: Conceptos Clave y Ciclo del Agua

La hidrología es la disciplina que se ocupa del estudio de la distribución espacio-temporal y las propiedades de las aguas subterráneas y continentales.

El Ciclo Hidrológico

El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, es un proceso continuo de circulación del agua en la Tierra. Este ciclo comprende varias etapas clave:

1. Precipitación: El agua, previamente evaporada, se condensa en la atmósfera y cae a la superficie terrestre en forma de lluvia, nieve, granizo, etc. Esto ocurre cuando las nubes, transportadas por movimientos atmosféricos circulares, pierden su capacidad de retener agua debido a la gravedad.
2. Infiltración: Parte del agua de lluvia se infiltra en el suelo, penetrando hasta la zona saturada y convirtiéndose en agua subterránea. Esta agua se mueve lentamente desde áreas de alta presión y elevación hacia zonas de baja presión y elevación, fluyendo a través de acuíferos hacia zonas de descarga como manantiales, ríos, lagos, mares u océanos.
3. Transpiración: Las plantas absorben agua del suelo a través de sus raíces y la liberan a la atmósfera en forma de vapor de agua. Aproximadamente el 10% de la precipitación retorna a la atmósfera mediante la transpiración de las plantas.
4. Escorrentía superficial: El agua de lluvia que no se infiltra fluye sobre la superficie del terreno, formando arroyos, ríos y lagos, y eventualmente regresa a los océanos.
5. Evaporación: El agua superficial (océanos, lagos, ríos) se calienta por la radiación solar y se transforma en vapor de agua, ascendiendo a la atmósfera. La evaporación oceánica es la principal fuente de vapor de agua atmosférico.
6. Condensación: El vapor de agua en la atmósfera se enfría y se transforma nuevamente en líquido, formando las nubes.

Hidrogeología: El Estudio de las Aguas Subterráneas

La hidrogeología es la ciencia que estudia el origen, formación, distribución, movimiento, régimen, reservas e interacción de las aguas subterráneas con los suelos y rocas.

Piezometría: Es una rama de la hidrología que se enfoca en los métodos para determinar la cantidad de agua presente en un lugar, específicamente sobre una capa impermeable del terreno.

Acuíferos: Reservorios Naturales de Agua Subterránea

Un acuífero es un estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento de agua subterránea a través de sus poros o grietas.

Estructura de un Acuífero

Un acuífero típicamente consta de:

• Zona de saturación: Ubicada sobre la capa impermeable, donde los poros de la roca están completamente llenos de agua. El límite superior de esta zona es el nivel freático, que fluctúa según las condiciones climáticas (desciende en épocas secas y asciende en épocas húmedas).
• Zona de aireación (o vadosa): Es el espacio entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están saturados de agua.

Cuando un acuífero se encuentra entre dos capas impermeables, se denomina acuífero cautivo o confinado. El agua en estos acuíferos está bajo una presión mayor que la atmosférica. Si se perfora la capa superior, el agua puede ascender como un surtidor (pozo artesiano).

Tipos de Acuíferos

Según su Estructura

Existen dos tipos principales:

• Acuíferos libres (no confinados): El nivel freático está en contacto directo con la atmósfera.
• Acuíferos confinados (cautivos): El agua subterránea está confinada entre capas impermeables.

La siguiente figura ilustra los tipos de acuíferos:

(a) río o lago (fuente de recarga), (b) suelo poroso no saturado, (c) suelo poroso saturado, (d) suelo impermeable, (e) acuífero no confinado, (f) manantial, (g) pozo que capta agua del acuífero no confinado, (h) pozo artesiano (acuífero confinado).

Según su Textura

• Acuíferos porosos: El agua se almacena en los poros interconectados de la roca (ej: arenas y gravas aluviales). Poseen alta permeabilidad.
• Acuíferos fisurales: El agua circula a través de fisuras y diaclasas interconectadas (ej: acuíferos kársticos). El flujo es heterogéneo, con direcciones preferenciales.

Según su Comportamiento Hidrodinámico

• Acuíferos: Buenos almacenes y transmisores de agua (ej: arenas porosas, calizas fisurales).
• Acuitardos: Buenos almacenes, pero malos transmisores (ej: limos).
• Acuícludos: Buenos almacenes, pero nulos transmisores (ej: arcillas).
• Acuífugos: Nulos como almacenes y transmisores (ej: granitos o cuarcitas no fisuradas).

Según su Comportamiento Hidráulico

• Acuífero subestimado o libre: En contacto directo con la zona subsaturada del suelo. La presión del agua en la zona superior es igual a la atmosférica.
• Acuífero cautivo o confinado: El agua está encerrada entre capas impermeables y bajo presión superior a la atmosférica. Recibe recarga alóctona (el área de recarga está alejada).
• Acuífero semiconfinado: El estrato superior tiene una permeabilidad menor que el acuífero, pero permite cierta recarga y descarga.

Acuíferos Costeros

Los acuíferos costeros se caracterizan por la presencia de agua dulce (menor densidad) sobre agua salada (mayor densidad). El agua salada se introduce en el continente formando una cuña salina. La recarga proviene de precipitaciones y flujos subterráneos, mientras que la descarga se produce por evapotranspiración y flujo subsuperficial hacia el mar.

Contaminación de las Aguas Subterráneas

Aunque la circulación subterránea tiende a depurar el agua, la actividad humana (fosas sépticas, agricultura) y factores naturales (alta salinidad, erosión de rocas) pueden contaminar los acuíferos.

Diagrama de Piper

El diagrama de Piper es una herramienta para el estudio e interpretación de datos hidroquímicos. Permite:

• Visualizar la evolución geoquímica de las aguas subterráneas.
• Detectar procesos de intercambio catiónico.
• Identificar mezclas de diferentes tipos de agua.
• Detectar procesos de dilución o precipitación iónica.
• Validar o generar hipótesis sobre la localización de zonas de recarga de acuíferos (en conjunto con cartografía).