Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Recarga de aguas subterráneas

Equilibrio hídrico La recarga de aguas subterráneas , también conocida como drenaje profundo o percolación profunda , es un proceso hidrológico en el que el agua se mueve hacia ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Equilibrio hídrico

La recarga de aguas subterráneas , también conocida como drenaje profundo o percolación profunda , es un proceso hidrológico en el que el agua se mueve hacia abajo desde las aguas superficiales hasta las subterráneas . La recarga es el método principal por el cual el agua ingresa a un acuífero . Este proceso suele ocurrir en la zona vadosa, debajo de las raíces de las plantas , y a menudo se manifiesta como un flujo hacia la superficie del nivel freático . La recarga de aguas subterráneas también abarca el movimiento del agua desde el nivel freático hacia la zona saturada. [ 1 ] La recarga ocurre tanto de forma natural (a través del ciclo del agua ) como mediante procesos antropogénicos (es decir, "recarga artificial de aguas subterráneas"), donde el agua de lluvia o el agua regenerada se canalizan hacia el subsuelo.

Los métodos más comunes para estimar las tasas de recarga son: balance de masa de cloruro (CMB); métodos de física del suelo; trazadores ambientales e isotópicos; métodos de fluctuación del nivel freático; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos los modelos de aguas subterráneas (GM)); y la estimación del caudal base (BF) a los ríos. [ 2 ]

Procesos

Mecanismos difusos o focalizados

La recarga de aguas subterráneas puede producirse mediante mecanismos difusos o focalizados. La recarga difusa se produce cuando la precipitación se infiltra a través del suelo hasta el nivel freático y, por definición, se distribuye sobre grandes áreas. La recarga focalizada se produce cuando el agua se filtra desde fuentes de agua superficiales (ríos, lagos, uadis, humedales) o depresiones de la superficie terrestre, y generalmente se vuelve más predominante en zonas áridas. [ 2 ]

Recarga natural

Procesos naturales de recarga de aguas subterráneas. Los cambios que afectan al nivel freático pueden mejorar o disminuir drásticamente la calidad de la recarga de aguas subterráneas en una región específica.

El agua se recarga naturalmente mediante la lluvia y el deshielo , y en menor medida por las aguas superficiales (ríos y lagos). La recarga puede verse obstaculizada por actividades humanas como la pavimentación, el desarrollo o la tala de árboles . Estas actividades pueden provocar la pérdida de la capa superficial del suelo , lo que reduce la infiltración de agua, aumenta la escorrentía superficial y disminuye la recarga. El uso de aguas subterráneas, especialmente para riego , también puede reducir los niveles freáticos. La recarga de aguas subterráneas es un proceso importante para la gestión sostenible de estos recursos, ya que el volumen extraído de un acuífero a largo plazo debe ser menor o igual al volumen que se recarga.

La recarga puede ayudar a mover el exceso de sales que se acumulan en la zona radicular hacia capas más profundas del suelo o hacia el sistema de aguas subterráneas. Las raíces de los árboles aumentan la saturación de agua en las aguas subterráneas , reduciendo la escorrentía . [ 3 ] Las inundaciones aumentan temporalmente la permeabilidad del lecho del río al mover los suelos arcillosos aguas abajo, lo que incrementa la recarga del acuífero. [ 4 ]

Humedales

Los humedales ayudan a mantener el nivel del nivel freático y ejercen control sobre la carga hidráulica. [ 5 ] [ 6 ] Esto proporciona fuerza para la recarga de agua subterránea y también descarga a otras aguas. La extensión de la recarga de agua subterránea por un humedal depende del suelo , la vegetación , el sitio, la relación perímetro-volumen y el gradiente del nivel freático. [ 7 ] [ 8 ] La recarga de agua subterránea ocurre a través de suelos minerales que se encuentran principalmente alrededor de los bordes de los humedales. [ 9 ] El suelo debajo de la mayoría de los humedales es relativamente impermeable. Una alta relación perímetro-volumen, como en los humedales pequeños, significa que el área superficial a través de la cual el agua puede infiltrarse en el agua subterránea es alta. [ 8 ] La recarga de agua subterránea es típica en humedales pequeños como las lagunas de las praderas , que pueden contribuir significativamente a la recarga de los recursos hídricos subterráneos regionales. [ 8 ] Los investigadores han descubierto una recarga de agua subterránea de hasta el 20% del volumen del humedal por temporada. [ 8 ]

Recarga artificial de aguas subterráneas

Las estrategias de recarga gestionada de acuíferos (MAR) para aumentar la disponibilidad de agua dulce incluyen la modificación del cauce del lecho del arroyo, la filtración de las riberas , la dispersión del agua y los pozos de recarga. [ 10 ] : 110 Una instalación en el condado de Orange, California, limpia e inyecta 100 millones de galones por día; [ 11 ] o 90 mil millones de galones por año. [ 12 ]

La recarga artificial de aguas subterráneas está adquiriendo cada vez más importancia en la India, donde la sobreexplotación de estas aguas por parte de los agricultores ha provocado el agotamiento de los recursos subterráneos. En 2007, siguiendo las recomendaciones del Instituto Internacional de Gestión del Agua , el gobierno indio asignó 1800 millones de rupias (equivalentes a 54 000 millones de rupias o 560 millones de dólares estadounidenses en 2023) para financiar proyectos de recarga mediante pozos excavados (un pozo excavado es un pozo ancho y poco profundo, a menudo revestido de hormigón) en 100 distritos de siete estados donde el agua almacenada en acuíferos de roca dura había sido sobreexplotada. Otro problema ambiental es la eliminación de residuos a través del flujo de agua, como los procedentes de granjas lecheras, industrias y escorrentía urbana.  

La contaminación de las aguas pluviales se acumula en estanques de retención . La concentración de contaminantes degradables puede acelerar la biodegradación . Sin embargo, cuando los niveles freáticos son altos, esto afecta el diseño adecuado de estanques de detención , estanques de retención y jardines de lluvia .

Recarga centrada en la depresión

Si el agua cae uniformemente sobre un campo de manera que no se supere la capacidad de campo del suelo, entonces la cantidad de agua que se filtra al agua subterránea es insignificante . Si, por el contrario, el agua se acumula en zonas bajas, el mismo volumen de agua concentrado en un área menor puede superar la capacidad de campo, lo que provoca que el agua se filtre hasta recargar el agua subterránea. Cuanto mayor sea el área de escorrentía relativa que contribuye, más concentrada será la infiltración. El proceso recurrente de agua que cae de manera relativamente uniforme sobre un área y fluye hacia el agua subterránea selectivamente bajo depresiones superficiales se denomina recarga concentrada en depresiones . Los niveles freáticos ascienden bajo dichas depresiones.

La recarga de aguas subterráneas en zonas deprimidas puede ser muy importante en regiones áridas . Un mayor número de precipitaciones puede contribuir al suministro de agua subterránea.

La recarga de aguas subterráneas concentrada en depresiones también afecta profundamente el transporte de contaminantes hacia el subsuelo. Esto es motivo de gran preocupación en regiones con formaciones geológicas kársticas , ya que el agua puede disolver túneles hasta llegar a los acuíferos o a arroyos que de otro modo estarían desconectados. Esta forma extrema de flujo preferencial acelera el transporte de contaminantes y la erosión de dichos túneles . De esta manera, las depresiones destinadas a retener el agua de escorrentía —antes de que fluya hacia recursos hídricos vulnerables— pueden conectarse con el subsuelo con el tiempo. La cavitación de las superficies superiores hacia los túneles da lugar a socavones o cuevas.

La acumulación de agua a mayor profundidad ejerce presión , lo que acelera la infiltración del agua en el subsuelo. Este flujo más rápido desprende los contaminantes adsorbidos en el suelo y los transporta. Esto puede llevar la contaminación directamente al nivel freático y, por consiguiente, al suministro de agua subterránea . Por lo tanto, la calidad del agua que se acumula en las balsas de infiltración es de suma importancia.

Métodos de estimación

Las tasas de recarga de agua subterránea son difíciles de cuantificar. [ 13 ] [ 2 ] Esto se debe a que otros procesos relacionados, como la evaporación , la transpiración (o evapotranspiración ) y la infiltración , deben medirse o estimarse primero para determinar el balance. No existe un método ampliamente aplicable que pueda cuantificar de forma directa y precisa el volumen de agua de lluvia que llega al nivel freático. [ 2 ]

Los métodos más comunes para estimar las tasas de recarga son: balance de masa de cloruro (CMB); métodos de física del suelo; trazadores ambientales e isotópicos; métodos de fluctuación del nivel freático; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos los modelos de aguas subterráneas (GM)); y la estimación del caudal base (BF) a los ríos. [ 2 ]

Las estimaciones regionales, continentales y globales de recarga suelen derivarse de modelos hidrológicos globales . [ 2 ]

Físico

Los métodos físicos utilizan los principios de la física del suelo para estimar la recarga. Los métodos físicos directos intentan medir el volumen de agua que pasa por debajo de la zona radicular. Los métodos físicos indirectos se basan en la medición o estimación de parámetros físicos del suelo, que, junto con los principios físicos del suelo, permiten estimar la recarga potencial o real. Tras meses sin lluvia, el nivel de los ríos en climas húmedos es bajo y representa únicamente el agua subterránea drenada. Por lo tanto, la recarga puede calcularse a partir de este caudal base si se conoce la cuenca hidrográfica.

Químico

Los métodos químicos utilizan la presencia de sustancias relativamente inertes solubles en agua, como un trazador isotópico [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] o cloruro , [ 17 ] que se mueven a través del suelo, a medida que se produce el drenaje profundo.

Modelos numéricos

La recarga puede estimarse mediante métodos numéricos , utilizando códigos como Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (Evaluación Hidrológica del Desempeño de los Vertederos) , UNSAT-H, SHAW (forma abreviada del modelo de Transferencia Simultánea de Calor y Agua), WEAP y MIKE SHE . El programa 1D HYDRUS1D está disponible en línea. Estos códigos generalmente utilizan datos climáticos y del suelo para obtener una estimación de la recarga y emplean la ecuación de Richards, en alguna de sus variantes, para modelar el flujo de agua subterránea en la zona vadosa .

Factores que afectan la recarga de aguas subterráneas

cambio climático

Los impactos del cambio climático en las aguas subterráneas pueden ser mayores a través de sus efectos indirectos en la demanda de agua de riego mediante el aumento de la evapotranspiración . [ 18 ] : 5 Se observa una disminución en el almacenamiento de agua subterránea en muchas partes del mundo. Esto se debe a que se utiliza más agua subterránea para actividades de riego en la agricultura, particularmente en zonas áridas . [ 19 ] : 1091 Parte de este aumento en el riego puede deberse a problemas de escasez de agua agravados por los efectos del cambio climático en el ciclo del agua . La redistribución directa del agua por actividades humanas que asciende a ~24 000  km³ por año es aproximadamente el doble de la recarga global de agua subterránea cada año. [ 19 ]

El cambio climático provoca alteraciones en el ciclo del agua que, a su vez, afectan a las aguas subterráneas de diversas maneras: puede producirse una disminución del almacenamiento de agua subterránea, una reducción de la recarga de agua subterránea y un deterioro de la calidad del agua debido a fenómenos meteorológicos extremos. [ 20 ] : 558 En los trópicos, las precipitaciones intensas y las inundaciones parecen conducir a una mayor recarga de agua subterránea. [ 20 ] : 582

Sin embargo, los impactos exactos del cambio climático en las aguas subterráneas aún están bajo investigación. [ 20 ] : 579 Esto se debe a que aún faltan datos científicos derivados del monitoreo de las aguas subterráneas, como cambios en el espacio y el tiempo, datos de extracción y "representaciones numéricas de los procesos de recarga de aguas subterráneas". [ 20 ] : 579

Los efectos del cambio climático podrían tener diferentes impactos en el almacenamiento de agua subterránea: Los eventos de lluvia más intensos (pero menos frecuentes) podrían conducir a una mayor recarga de agua subterránea en muchos entornos. [ 18 ] : 104 Pero los períodos de sequía más intensos podrían provocar el secado y la compactación del suelo, lo que reduciría la infiltración al agua subterránea. [ 21 ]

Urbanización

Otras implicaciones de la recarga de aguas subterráneas son consecuencia de la urbanización . Las investigaciones muestran que la tasa de recarga puede ser hasta diez veces mayor [ 22 ] en áreas urbanas en comparación con las regiones rurales . Esto se explica por las vastas redes de suministro de agua y alcantarillado que existen en las regiones urbanas, de las que es poco probable que dispongan las áreas rurales. La recarga en las áreas rurales depende en gran medida de las precipitaciones [ 22 ] , y ocurre lo contrario en las áreas urbanas. Las redes viales y la infraestructura dentro de las ciudades impiden que el agua superficial se filtre en el suelo, lo que provoca que la mayor parte de la escorrentía superficial se dirija a los desagües pluviales para el suministro de agua local. A medida que el desarrollo urbano continúa extendiéndose por diversas regiones, las tasas de recarga de aguas subterráneas aumentarán en relación con las tasas existentes en la región rural anterior. Una consecuencia de los flujos repentinos de recarga de aguas subterráneas son las inundaciones repentinas [ 23 ] . El ecosistema tendrá que adaptarse al elevado excedente de agua subterránea debido a las tasas de recarga. Además, las redes viales son menos permeables que el suelo, lo que resulta en mayores cantidades de escorrentía superficial. Por lo tanto, la urbanización aumenta la tasa de recarga de agua subterránea y reduce la infiltración, [ 23 ] lo que provoca inundaciones repentinas a medida que el ecosistema local se adapta a los cambios en el entorno circundante.

Factores adversos

Véase también

Referencias

  1. ↑ Freeze, RA; Cherry, JA (1979). Aguas subterráneas . Prentice-Hall. ISBN 978-0-13-365312-0OCLC 643719314​​ Consultado en: http://hydrogeologistswithoutborders.org/wordpress/1979-english/ Archivado el 6 de abril de 2020 en Wayback Machine
  2. 1 2 3 4 5 6 MacDonald, Alan M; Lark, R Murray; Taylor, Richard G; Abiye, Tamiru; Fallas, Helen C; Favreau, Guillaume; Goni, Ibrahim B; Kebede, Seifu; Scanlon, Bridget; Sorensen, James PR; Tijani, Moshood; Upton, Kirsty A; West, Charles (2021-03-01). "Mapeo de la recarga de aguas subterráneas en África a partir de observaciones terrestres e implicaciones para la seguridad hídrica" . Environmental Research Letters . 16 (3): 034012. Bibcode : 2021ERL....16c4012M . doi : 10.1088/1748-9326/abd661 . ISSN 1748-9326 . S2CID 233941479 .  El texto se copió de esta fuente, que está disponible bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0 International.
  3. ↑ "Los árboles urbanos mejoran la infiltración del agua" . Fisher, Madeline . Sociedad Americana de Agronomía. 17 de noviembre de 2008. Archivado del original el 2 de junio de 2013. Consultado el 31 de octubre de 2012 .
  4. ↑ "Las grandes inundaciones recargan los acuíferos" . Universidad de Nueva Gales del Sur. 24 de enero de 2011. Consultado el 31 de octubre de 2012 .
  5. ↑ O'Brien 1988
  6. ↑ Winter, TC (1988). "Un marco conceptual para evaluar los impactos acumulativos en la hidrología de los humedales no mareales" (PDF) . Environmental Management . 12 (5): 605– 620. Bibcode : 1988EnMan..12..605W . doi : 10.1007/BF01867539 . S2CID 102489854 . 
  7. ↑ Carter, V.; Novitzki, RP (1988). «Algunos comentarios sobre la relación entre las aguas subterráneas y los humedales». Ecología y gestión de los humedales . Vol. 1. Springer. págs. 68–86 . doi : 10.1007/978-1-4684-8378-9_7 . ISBN   978-1-4684-8378-9.
  8. 1 2 3 4 Weller, MW (1994) [1981]. Marismas de agua dulce: Ecología y gestión de la vida silvestre (3.ª ed.). University of Minnesota Press. ISBN  978-0-8166-8574-5OCLC 476093538​​ 
  9. ↑ Verry, ES; Timmons, DR (1982). "Flujo de nutrientes transportados por el agua a través de una cuenca hidrográfica de tierras altas y turberas en Minnesota" (PDF) . Ecology . 63 (5): 1456– 67. Bibcode : 1982Ecol...63.1456V . doi : 10.2307/1938872 . JSTOR 1938872 . 
  10. ↑ Naciones Unidas (2022) Informe Mundial sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos de las Naciones Unidas 2022: Aguas subterráneas: Haciendo visible lo invisible . UNESCO, París.El texto se copió de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Internacional.
  11. ↑ "Sistema de recarga de aguas subterráneas (GWRS), Condado de Orange, California - Water Technology" . www.water-technology.net
  12. ↑ "El Distrito de Agua del Condado de Orange logra un año récord de recarga de aguas subterráneas" . Revista Smart Water . 19 de agosto de 2024.
  13. ↑ Reilly, Thomas E.; LaBaugh, James W.; Healy, Richard W.; Alley, William M. (14 de junio de 2002). "Flujo y almacenamiento en sistemas de aguas subterráneas". Science . 296 (5575): 1985– 90. Bibcode : 2002Sci ... 296.1985A . doi : 10.1126/science.1067123 . PMID 12065826. S2CID 39943677 .  
  14. ↑ Gat, JR (mayo de 1996). "Isótopos de oxígeno e hidrógeno en el ciclo hidrológico" . Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 24 (1): 225– 262. Bibcode : 1996AREPS..24..225G . doi : 10.1146/annurev.earth.24.1.225 . ISSN 0084-6597 . 
  15. ↑ Jasechko, Scott (septiembre de 2019). "Hidrogeología isotópica global: revisión" . Reviews of Geophysics . 57 (3): 835–965 . Bibcode : 2019RvGeo..57..835J . doi : 10.1029/2018RG000627 . ISSN 8755-1209 . S2CID 155563380 .  
  16. ↑ Stahl, Mason O.; Gehring, Jaclyn; Jameel, Yusuf (30 de julio de 2020). "Variación isotópica en aguas subterráneas en los Estados Unidos continentales: perspectivas sobre los procesos hidrológicos" . Hydrological Processes . 34 (16): 3506–3523 . Bibcode : 2020HyPr...34.3506S . doi : 10.1002/hyp.13832 . ISSN 0885-6087 . S2CID 219743798 .  
  17. ↑ Allison, GB; Hughes, MW (1978). "El uso de cloruro y tritio ambientales para estimar la recarga total de un acuífero libre". Australian Journal of Soil Research . 16 (2): 181– 195. Bibcode : 1978SoilR..16..181A . doi : 10.1071/SR9780181 .
  18. 1 2 Naciones Unidas (2022) Informe Mundial sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos de las Naciones Unidas 2022: Aguas subterráneas: Haciendo visible lo invisible . UNESCO, París.El texto se copió de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Internacional.
  19. ^ Douville , H.; Raghavan, K.; Renwick, J.; Allan, RP; Arias, PA; Barlow, M.; Cerezo-Mota, R.; Cherchi, A.; Gan, TY; Gergis, J.; Jiang, D.; Khan, A.; Pokam Mba, W.; Rosenfeld, D.; Tierney, J.; Zolina, O. (2021). "8 cambios en el ciclo del agua" (PDF) . En Masson-Delmotte, V.; Zhai, P.; Pirani, A.; Connors, SL; Pean, C.; Berger, S.; Caud, N.; Chen, Y.; Goldfarb, L.; Gomis, Michigan; Huang, M.; Leitzell, K.; Lonnoy, E.; Matthews, JBR; Maycock, TK; Waterfield, T.; Yelekçi, O.; Yu, R.; Zhou, B. (eds.). Cambio climático 2021: Bases científicas físicas. Contribución del Grupo de Trabajo I al Sexto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático . Cambridge University Press. pp. 1055–1210 . doi : 10.1017/9781009157896.010 . ISBN  978-1-009-15789-6.
  20. 1 2 3 4 Caretta, MA; Mukherji, A.; Arfanuzzaman, M.; Betts, RA; Gelfan, A.; Hirabayashi, Y.; Lissner, TK; Liu, J.; Lopez Gunn, E.; Morgan, R.; Mwanga, S.; Supratid, S. (2022). "4. Agua" (PDF) . En Pörtner, H.-O.; Roberts, DC; Tignor, M.; Poloczanska, ES; Mintenbeck, K.; Alegría, A.; Craig, M.; Langsdorf, S.; Löschke, S.; Möller, V.; Okem, A.; Rama, B. (eds.). Cambio climático 2022: Impactos, adaptación y vulnerabilidad. Contribución del Grupo de Trabajo II al Sexto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático . Cambridge University Press. págs. 551– 712. doi : 10.1017/9781009325844.006 . ISBN  978-1-009-32584-4.
  21. ↑ IAH (2019). "Adaptación al cambio climático y aguas subterráneas" (PDF) . Serie de panoramas estratégicos.
  22. 1 2 "Agotamiento de las aguas subterráneas" . Escuela de Ciencias del Agua del USGS . Servicio Geológico de los Estados Unidos. 09/12/2016.
  23. 1 2 "Efectos del desarrollo urbano en las inundaciones" . pubs.usgs.gov . Consultado el 22 de marzo de 2019 .