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Un pozo excavado en una aldea de la provincia de Faryab , Afganistán
La diferencia entre un pozo y una cisterna radica en la fuente del agua: una cisterna recoge agua de lluvia, mientras que un pozo extrae agua subterránea .

Un pozo es una excavación o estructura creada en la tierra mediante la excavación , perforación o hincado para acceder a recursos líquidos , generalmente agua . El tipo de pozo más antiguo y común es el pozo de agua, que permite acceder al agua subterránea en acuíferos . El agua del pozo se extrae mediante una bomba o utilizando recipientes, como cubos que se elevan mecánica o manualmente. También se puede inyectar agua de vuelta al acuífero a través del pozo. Los pozos se construyeron por primera vez hace al menos ocho mil años y, a lo largo de la historia, han variado en su construcción, desde un sedimento de un curso de agua seco hasta los qanats de Irán y los pozos escalonados y sakiehs de la India. Colocar un revestimiento en el pozo ayuda a crear estabilidad, y los revestimientos de madera o mimbre se remontan al menos a la Edad del Hierro .

Tradicionalmente, los pozos se han excavado a mano, como aún ocurre en las zonas rurales de los países en desarrollo. Estos pozos son económicos y de baja tecnología, ya que utilizan principalmente mano de obra, y la estructura se puede revestir con ladrillo o piedra a medida que avanza la excavación. Un método más moderno, llamado cajón, utiliza anillos de hormigón armado prefabricados que se bajan al fondo del pozo. Los pozos hincados se pueden crear en material no consolidado con una estructura que consiste en una punta de hincado endurecida y una rejilla de tubería perforada, tras lo cual se instala una bomba para recoger el agua. Los pozos más profundos se pueden excavar mediante perforación manual o mecánica, utilizando una broca en un pozo perforado . Los pozos perforados suelen estar revestidos con una tubería prefabricada de acero o plástico. Los pozos perforados pueden acceder al agua a profundidades mucho mayores que los pozos excavados.

Dos grandes clases de pozos son los pozos poco profundos o libres, que se completan dentro del acuífero saturado superior en ese lugar, y los pozos profundos o confinados, que atraviesan un estrato impermeable hasta un acuífero subyacente. Un pozo colector puede construirse junto a un lago o arroyo de agua dulce, con el agua percolándose a través del material intermedio. El sitio de un pozo puede ser seleccionado por un hidrogeólogo o un topógrafo de aguas subterráneas. El agua puede bombearse o extraerse manualmente. Las impurezas de la superficie pueden llegar fácilmente a fuentes poco profundas y debe evitarse la contaminación del suministro por patógenos o contaminantes químicos. El agua de pozo generalmente contiene más minerales en solución que el agua superficial y puede requerir tratamiento antes de ser potable. La salinización del suelo puede ocurrir cuando el nivel freático desciende y el suelo circundante comienza a secarse. Otro problema ambiental es la posibilidad de que el metano se filtre en el agua.

Historia

Camello sacando agua de un pozo, isla de Djerba , Túnez, 1960

Se conocen pozos neolíticos muy tempranos del Mediterráneo oriental . [ 1 ] El pozo más antiguo con datación fiable proviene del yacimiento neolítico precerámico (PPN) de Kissonerga-Mylouthkia en Chipre . Alrededor del 8400 a. C., se excavó un pozo (pozo 116) de diámetro circular a través de la piedra caliza para alcanzar un acuífero a una profundidad de 8 metros (26 pies) . El pozo 2070 de Kissonerga-Mylouthkia, que data del PPN tardío, alcanza una profundidad de 13 metros (43 pies) . Se conocen otros pozos ligeramente más recientes de este yacimiento y del vecino Parekklisha-Shillourokambos. Un primer pozo revestido de piedra [ 2 ] de 5,5 metros (18 pies) de profundidad está documentado en un yacimiento sumergido del PPN final (c. 7000 a. C.) en 'Atlit-Yam, frente a la costa cerca de la actual Haifa en Israel .   

Pozo de cerámica lineal neolítica , 5300 a. C., Erkelenz , Alemania.

Se conocen pozos revestidos de madera de la cultura de la cerámica lineal del Neolítico temprano , por ejemplo en Ostrov, República Checa, datado en 5265 a. C., [ 3 ] Kückhoven (un centro periférico de Erkelenz ), datado en 5300  a. C., [ 4 ] y Eythra en Schletz (un centro periférico de Asparn an der Zaya ) en Austria , datado en 5200  a. C. [ 5 ]

Los chinos del Neolítico descubrieron y utilizaron ampliamente el agua subterránea perforada a gran profundidad para beber. El texto chino El Libro de los Cambios , originalmente un texto de adivinación de la dinastía Zhou Occidental (1046-771 a. C.), contiene una entrada que describe cómo los antiguos chinos mantenían sus pozos y protegían sus fuentes de agua. [ 6 ] Se cree que un pozo excavado en el sitio arqueológico de Hemedu fue construido durante la era neolítica. [ 7 ] El pozo estaba revestido con cuatro filas de troncos con un marco cuadrado unido a ellos en la parte superior del pozo. También se cree que otros 60 pozos de tejas al suroeste de Pekín fueron construidos alrededor del año 600 a. C. para beber y para riego. [ 7 ] [ 8 ]

Modelo cerámico chino de un pozo con sistema de poleas para el agua , excavado en una tumba de la dinastía Han (202 a. C. – 220 d. C.).

En Egipto se utilizan shadoofs y sakias . [ 9 ] [ 10 ] La sakia es mucho más eficiente, ya que puede extraer agua desde una profundidad de 10 metros (frente a los 3 metros del shadoof). La sakia es la versión egipcia de la noria . Algunos de los pozos más antiguos conocidos del mundo, ubicados en Chipre, datan de 7000–8500 a. C. [ 11 ] Se han descubierto dos pozos del período neolítico, alrededor del 6500 a. C., en Israel. Uno está en Atlit, en la costa norte de Israel, y el otro en el valle de Jezreel. [ 12 ]

Históricamente, los pozos para otros fines surgieron mucho más tarde. El primer pozo de sal registrado se excavó en la provincia de Sichuan, China, hace unos 2250 años. Esta fue la primera vez que la antigua tecnología de pozos de agua se aplicó con éxito para la explotación de sal, y marcó el comienzo de la industria de perforación de sal de Sichuan. [ 6 ] Los primeros pozos de petróleo conocidos también se perforaron en China, en el año 347 d. C. Estos pozos tenían profundidades de hasta unos 240 metros (790 pies) y se perforaban utilizando brocas sujetas a postes de bambú . [ 13 ] El petróleo se quemaba para evaporar la salmuera y producir sal . Para el siglo X, extensas tuberías de bambú conectaban los pozos de petróleo con los manantiales de sal. Se dice que los registros antiguos de China y Japón contienen muchas alusiones al uso del gas natural para iluminación y calefacción. El petróleo era conocido como « agua ardiente» en Japón en el siglo VII. [ 14 ] 

Tipos

Pozo de agua cerca de Simaisma , al este de Qatar.
Cubo de cuero utilizado para el pozo de agua
Pozo, pueblo histórico de Bhaini Sahib, Ludhiana , Punjab, India

Cavaron pozos

Vista del interior de un pozo excavado a mano y revestido con anillos de hormigón. Ouelessebougou , Mali.
Un pozo excavado en una aldea de Kerala , India.
Pozo con una pared y un podio en forma de bolsa de flores.

Hasta hace pocos siglos, todos los pozos artificiales eran pozos excavados a mano sin bomba , con distintos grados de sofisticación, y siguen siendo una fuente muy importante de agua potable en algunas zonas rurales en desarrollo, donde se excavan y utilizan habitualmente. Su carácter indispensable ha dado lugar a numerosas referencias literarias, tanto literales como figuradas, como la alusión al encuentro de Jesús con una mujer en el pozo de Jacob ( Juan 4:6) en la Biblia y la rima infantil « Ding Dong Bell » sobre un gato en un pozo.

Los pozos excavados a mano son excavaciones con diámetros lo suficientemente grandes como para que una o más personas con palas puedan cavar hasta alcanzar el nivel freático . La excavación se apuntala horizontalmente para evitar deslizamientos de tierra o erosión que pongan en peligro a quienes cavan. Pueden revestirse con piedra o ladrillo; extender este revestimiento hacia arriba, por encima de la superficie del suelo, para formar un muro alrededor del pozo, reduce tanto la contaminación como las caídas accidentales.

Un método más moderno, denominado cajón, utiliza anillos prefabricados de hormigón armado o simple que se bajan al pozo. Un equipo de excavación trabaja bajo el anillo de corte y la columna del pozo se hunde lentamente en el acuífero , protegiendo al equipo del posible derrumbe del pozo .

Los pozos excavados a mano son económicos y de baja tecnología (en comparación con la perforación) y utilizan principalmente mano de obra para acceder al agua subterránea en zonas rurales de países en desarrollo. Pueden construirse con un alto grado de participación comunitaria o por emprendedores locales especializados en este tipo de pozos. Se han excavado con éxito hasta 60 metros (200 pies) de profundidad . Tienen bajos costos de operación y mantenimiento, en parte porque el agua se puede extraer manualmente, sin necesidad de bomba. El agua suele provenir de un acuífero o de aguas subterráneas, y se puede profundizar fácilmente, lo cual puede ser necesario si el nivel freático desciende, extendiendo el revestimiento hacia el interior del acuífero. El rendimiento de los pozos excavados a mano existentes puede mejorarse profundizándolos o introduciendo túneles verticales o tuberías perforadas. 

Las desventajas de los pozos excavados a mano son numerosas. Puede resultar poco práctico excavarlos manualmente en zonas con presencia de roca dura, y su excavación y revestimiento pueden ser laboriosos incluso en zonas favorables. Debido a que explotan acuíferos poco profundos, el pozo puede ser susceptible a fluctuaciones en el caudal y a la posible contaminación por aguas superficiales, incluidas las aguas residuales. La construcción de pozos excavados a mano generalmente requiere un equipo de construcción bien capacitado, y la inversión inicial en equipos como moldes de hormigón, maquinaria pesada, encofrados para pozos, bombas de desagüe motorizadas y combustible puede ser considerable para las personas en países en desarrollo. La construcción de pozos excavados a mano puede ser peligrosa debido al colapso del pozo, la caída de objetos y la asfixia, incluso por los gases de escape de las bombas de desagüe.

El pozo de agua de Woodingdean , excavado a mano entre 1858 y 1862, es el pozo excavado a mano más profundo con 392 metros (1285 pies) . [ 15 ] El Gran Pozo en Greensburg, Kansas , se anuncia como el pozo excavado a mano más grande del mundo, con 109 pies (33 m) de profundidad y 32 pies (9,8 m) de diámetro. Sin embargo, el Pozo de José en la Ciudadela de El Cairo con 280 pies (85 m) de profundidad y el Pozzo di San Patrizio (Pozo de San Patricio) construido en 1527 en Orvieto, Italia , con 61 metros (200 pies) de profundidad por 13 metros (43 pies) de ancho [ 16 ] son ​​ambos más grandes por volumen.      

pozos perforados

Los pozos hincados pueden crearse de forma muy sencilla en material no consolidado con una estructura de pozo que consiste en una punta de hincado endurecida y una rejilla (tubo perforado). La punta se clava en el suelo, generalmente con un trípode y un martillo , añadiendo secciones de tubo según sea necesario. El martillo es un tubo lastrado que se desliza sobre el tubo que se está hincando y se deja caer repetidamente sobre él. Cuando se encuentra agua subterránea , se limpia el pozo de sedimentos y se instala una bomba. [ 17 ]

pozos perforados

Los pozos perforados se construyen utilizando diversos tipos de máquinas perforadoras, como las rotativas de cabezal superior, las rotativas de mesa o las de cable, que utilizan varillas de perforación que giran para cortar la formación; de ahí el término "perforación".

Los pozos perforados pueden excavarse mediante métodos manuales sencillos (perforación con barrena, inyección de lodos, chorro a presión, hincado, percusión manual) o con maquinaria (barrena, perforación rotativa, percusión, martillo de fondo). El método de perforación rotativa en roca profunda es el más común. La perforación rotativa puede utilizarse en el 90 % de los tipos de formación (consolidada).

Los pozos perforados pueden obtener agua de un nivel mucho más profundo que los pozos excavados, a menudo hasta varios cientos de metros. [ 18 ]

Los pozos perforados con bombas eléctricas se utilizan en todo el mundo, generalmente en zonas rurales o poco pobladas, aunque muchas zonas urbanas se abastecen parcialmente de pozos municipales. La mayoría de las máquinas perforadoras de pozos poco profundos están montadas en grandes camiones, remolques o vehículos oruga. Los pozos de agua suelen tener entre 3 y 18 metros (10-60 pies) de profundidad, pero en algunas zonas pueden superar los 900 metros (3000 pies) .   

Plataforma de perforación de pozos de agua con cable en Kimball, Virginia Occidental.
El geólogo israelí Leo Picard (camisa blanca) inspecciona un pozo de agua perforado en las afueras de la despoblada aldea palestina de Bayt Naqquba.

Las máquinas de perforación rotatoria utilizan una sarta de perforación de acero segmentada, generalmente compuesta por secciones de tubería de acero de 3 m (10 pies), 6 m (20 pies) a 8 m (26 pies) roscadas entre sí, con una broca u otro dispositivo de perforación en el extremo inferior. Algunas máquinas de perforación rotatoria están diseñadas para instalar (mediante hincado o perforación) una tubería de revestimiento de acero en el pozo simultáneamente con la perforación del pozo propiamente dicho. Se utiliza aire y/o agua como fluido de circulación para desplazar los recortes y enfriar las brocas durante la perforación. Otra forma de perforación rotatoria, denominada perforación rotatoria con lodo , utiliza un lodo o fluido de perforación especialmente preparado, que se modifica constantemente durante la perforación para que pueda generar de forma consistente la presión hidráulica suficiente para mantener abiertas las paredes laterales del pozo, independientemente de la presencia de una tubería de revestimiento. Por lo general, los pozos perforados en roca sólida no se revisten hasta que se completa el proceso de perforación, independientemente de la maquinaria utilizada.  

La forma más antigua de maquinaria de perforación es la herramienta de cable , que aún se utiliza hoy en día. Diseñada específicamente para subir y bajar una broca en el pozo, el movimiento de la broca hace que esta suba y baje hasta el fondo del pozo, y el diseño del cable hace que la broca gire aproximadamente 1/4 de revolución por cada bajada, creando así la acción de perforación. A diferencia de la perforación rotativa, la perforación con herramienta de cable requiere detener la acción de perforación para poder vaciar el pozo de los detritos. Las plataformas de perforación con herramienta de cable son poco comunes, ya que suelen ser 10 veces más lentas para perforar materiales en comparación con las plataformas rotativas de diámetro similar equipadas con aire o lodo.

Los pozos perforados suelen estar revestidos con una tubería prefabricada, generalmente de acero (en perforaciones rotatorias neumáticas o con cable) o de plástico / PVC (en pozos rotatorios de lodo, también presentes en pozos perforados en roca sólida). El revestimiento se construye soldando segmentos de tubería, ya sea química o térmicamente. Si el revestimiento se instala durante la perforación, la mayoría de las perforadoras lo introducen en el terreno a medida que avanza el pozo, mientras que algunas máquinas más modernas permiten que el revestimiento gire y se introduzca en la formación de forma similar a como avanza la broca justo debajo. El PVC o el plástico se sueldan normalmente con disolvente y luego se bajan al pozo perforado, apilados verticalmente con los extremos encajados y pegados o estriados. Las secciones de revestimiento suelen tener 6 metros (20 pies) o más de longitud y de 10 a 30 cm (4 a 12 pulgadas) de diámetro, dependiendo del uso previsto del pozo y de las condiciones del agua subterránea local.   

La contaminación superficial de los pozos en Estados Unidos se controla generalmente mediante un sello superficial . Se perfora un pozo grande hasta una profundidad predeterminada o hasta una formación confinante (arcilla o roca madre, por ejemplo), y luego se completa un pozo más pequeño a partir de ese punto. El pozo se reviste desde la superficie hasta el pozo más pequeño con un revestimiento del mismo diámetro. El espacio anular entre el pozo grande y el revestimiento se rellena con arcilla bentonita , hormigón u otro material sellador. Esto crea un sello impermeable desde la superficie hasta la siguiente capa confinante, impidiendo que los contaminantes se desplacen por las paredes exteriores del revestimiento o del pozo y lleguen al acuífero . Además, los pozos suelen sellarse con una tapa o sello diseñado específicamente que ventila el aire a través de una rejilla hacia el interior del pozo, pero impide el acceso de insectos, animales pequeños y personas no autorizadas.

En el fondo de los pozos, según la formación geológica, se deja un dispositivo de cribado, un paquete filtrante, una tubería ranurada o un pozo abierto para permitir el flujo de agua hacia el pozo. Las rejillas construidas se utilizan típicamente en formaciones no consolidadas (arenas, gravas, etc.), permitiendo que el agua y un porcentaje de la formación pasen a través de la rejilla. Permitir el paso de parte del material crea un filtro de área grande que aísla el resto de la formación, ya que la cantidad de material presente que pasa al pozo disminuye gradualmente y se elimina del mismo. Los pozos en roca generalmente se recubren con un revestimiento de PVC y una rejilla o tubería ranurada en el fondo; esto se hace principalmente para evitar que las rocas entren en el conjunto de la bomba. Algunos pozos utilizan un método de paquete filtrante , donde se coloca una rejilla o tubería ranurada de tamaño reducido dentro del pozo y se coloca un medio filtrante alrededor de la rejilla, entre la rejilla y el pozo o la tubería. Esto permite filtrar el agua de materiales no deseados antes de que entre al pozo y a la zona de bombeo.

Clasificación

Tipos de pozos de agua

Existen dos grandes clases de pozos perforados, según el tipo de acuífero en el que se encuentren:

  • Los pozos poco profundos o no confinados se completan en el acuífero saturado más superficial de esa ubicación (el acuífero no confinado superior).
  • Los pozos profundos o confinados se excavan a través de un estrato impermeable hasta un acuífero que se encuentra entre dos estratos impermeables (acuitardos o acuicludos). La mayoría de los acuíferos profundos se clasifican como artesianos porque la carga hidráulica en un pozo confinado es mayor que el nivel de la parte superior del acuífero. Si la carga hidráulica en un pozo confinado es mayor que la superficie del terreno, se trata de un pozo artesiano "fluyente" (llamado así por Artois en Francia ). [ 19 ]
Un pozo de agua a la antigua usanza en la campiña de Utajärvi , Finlandia.

Un tipo especial de pozo de agua puede construirse junto a lagos o arroyos de agua dulce. Conocido comúnmente como pozo colector, aunque a veces se le denomina pozo Ranney o colector Ranney , este tipo de pozo consiste en hundir un cajón verticalmente por debajo de la superficie del acuífero y luego extender colectores laterales desde el cajón hasta debajo del cuerpo de agua superficial. El bombeo desde el interior del cajón induce la infiltración de agua desde el cuerpo de agua superficial hacia el acuífero, donde es recogida por los colectores laterales y conducida al cajón para ser bombeada a la superficie.

Se pueden distinguir dos clases amplias adicionales de tipos de pozos, según el uso que se les dé:

  • Los pozos de producción o de bombeo son pozos de agua revestidos (de metal, plástico o concreto) de gran diámetro (más de 15  cm de diámetro), construidos para extraer agua del acuífero mediante una bomba (si el pozo no es artesiano ).
Diagrama esquemático de un pozo de monitoreo de aguas subterráneas.
  • Los pozos de monitoreo o piezómetros suelen ser pozos de menor diámetro que se utilizan para monitorear la carga hidráulica o tomar muestras del agua subterránea para analizar sus componentes químicos. Los piezómetros son pozos de monitoreo que se completan en una sección muy corta del acuífero. Los pozos de monitoreo también pueden completarse en varios niveles, lo que permite tomar muestras o realizar mediciones discretas en diferentes elevaciones verticales en la misma ubicación del mapa. [ 20 ]

Un pozo construido para bombear agua subterránea puede utilizarse de forma pasiva como pozo de monitoreo, y un pozo de pequeño diámetro puede bombearse, pero esta distinción según el uso es común.

Emplazamiento

Antes de la excavación, conviene recabar información sobre la geología, la profundidad del nivel freático, las fluctuaciones estacionales, la zona de recarga y su caudal, siempre que sea posible. Este trabajo puede ser realizado por un hidrogeólogo o un técnico en aguas subterráneas, utilizando diversas herramientas, como prospecciones electrosísmicas, [ 21 ] cualquier información disponible de pozos cercanos, mapas geológicos y, en ocasiones, imágenes geofísicas . Estos profesionales ofrecen un asesoramiento casi tan preciso como el de un perforador con experiencia y conocimiento de los pozos cercanos y de la técnica de perforación más adecuada según la profundidad prevista.

Contaminación

Las enfermedades transmitidas por el agua pueden propagarse a través de un pozo contaminado con patógenos fecales procedentes de letrinas de pozo .
Hombre limpiando un pozo en Yaundé , Camerún.
Bomba manual para extraer agua de un pozo en un pueblo cerca de Chennai, en India, donde el agua del pozo podría estar contaminada por letrinas cercanas .

Los pozos de bombeo poco profundos a menudo pueden suministrar agua potable a un costo muy bajo. Sin embargo, las impurezas de la superficie llegan fácilmente a las fuentes poco profundas, lo que conlleva un mayor riesgo de contaminación para estos pozos en comparación con los pozos más profundos. Los pozos contaminados pueden provocar la propagación de diversas enfermedades transmitidas por el agua . Los pozos excavados y hincados son relativamente fáciles de contaminar; por ejemplo, la mayoría de los pozos excavados no son confiables en la mayor parte de los Estados Unidos. [ 22 ] Algunas investigaciones han encontrado que, en regiones frías, los cambios en el caudal de los ríos y las inundaciones causadas por lluvias extremas o deshielo pueden degradar la calidad del agua de los pozos. [ 23 ]

Patógenos

La mayoría de las bacterias , virus , parásitos y hongos que contaminan el agua de pozo provienen de materia fecal de humanos y otros animales. Los contaminantes bacterianos comunes incluyen E. coli , Salmonella , Shigella y Campylobacter jejuni . Los contaminantes virales comunes incluyen norovirus , sapovirus , rotavirus , enterovirus y hepatitis A y E. Los parásitos incluyen Giardia lamblia , Cryptosporidium , Cyclospora cayetanensis y microsporidios . [ 22 ]

contaminación química

La contaminación química es un problema común en las aguas subterráneas. [ 24 ] Los nitratos provenientes de aguas residuales , lodos de depuradora o fertilizantes representan un problema particular para bebés y niños pequeños. Entre los contaminantes químicos se incluyen pesticidas y compuestos orgánicos volátiles de la gasolina , la limpieza en seco , el aditivo para combustibles metil tert-butil éter (MTBE) y el perclorato del combustible para cohetes, los infladores de bolsas de aire y otras fuentes artificiales y naturales.

Varios minerales también son contaminantes, incluyendo el plomo lixiviado de accesorios de latón o tuberías de plomo antiguas, el cromo VI proveniente de la galvanoplastia y otras fuentes, el arsénico , el radón y el uranio presentes de forma natural —todos los cuales pueden causar cáncer— y el fluoruro presente de forma natural , que es deseable en bajas cantidades para prevenir la caries dental , pero puede causar fluorosis dental en concentraciones más altas. [ 22 ]

Algunos compuestos químicos suelen estar presentes en los pozos de agua en niveles que no son tóxicos, pero que pueden causar otros problemas. El calcio y el magnesio provocan lo que se conoce como agua dura , la cual puede precipitarse y obstruir las tuberías o dañar los calentadores de agua. El hierro y el manganeso pueden aparecer como pequeñas manchas oscuras que manchan la ropa y las tuberías, y pueden favorecer el crecimiento de bacterias del hierro y del manganeso que forman colonias negras y viscosas que obstruyen las tuberías. [ 22 ]

Prevención

La calidad del agua del pozo puede mejorarse significativamente revistiendo el pozo, sellando la boca del pozo, instalando una bomba manual autocebante, construyendo una plataforma de contención, manteniendo la zona limpia y libre de agua estancada y animales, eliminando las fuentes de contaminación ( letrinas de pozo , pozos de basura, sistemas de alcantarillado in situ ) y llevando a cabo programas de educación higiénica. El pozo debe limpiarse con una solución de cloro al 1% después de su construcción y periódicamente cada 6 meses.

Los pozos deben cubrirse para evitar que caigan escombros, animales, excrementos y materia extraña arrastrada por el viento, y que esta se descomponga. La tapa debe poder mantenerse colocada en todo momento, incluso al extraer agua del pozo. Un techo suspendido sobre un pozo abierto ayuda en cierta medida, pero lo ideal es que la tapa ajuste perfectamente y cierre completamente el pozo, con solo una rejilla de ventilación.

Es necesario respetar las distancias mínimas y los requisitos de infiltración del suelo entre los vertederos de aguas residuales y los pozos de agua. Las normas relativas al diseño e instalación de sistemas sépticos privados y municipales tienen en cuenta todos estos factores para proteger las fuentes de agua potable cercanas.

La educación de la población en general también desempeña un papel importante en la protección del agua potable.

Mitigación

La limpieza de aguas subterráneas contaminadas suele ser muy costosa. La remediación eficaz de las aguas subterráneas es generalmente muy difícil. La contaminación de las aguas subterráneas proveniente de fuentes superficiales y subterráneas generalmente se puede reducir drásticamente centrando correctamente el revestimiento durante la construcción y rellenando el espacio anular con un material de sellado adecuado. El material de sellado (lechada) debe colocarse desde inmediatamente por encima de la zona de producción hasta la superficie, ya que, en ausencia de un sellado correcto del revestimiento, el fluido contaminado puede entrar al pozo a través del espacio anular. Los dispositivos de centrado son importantes (generalmente uno por cada tramo de revestimiento o a intervalos máximos de 9  m) para asegurar que el espacio anular relleno tenga un espesor uniforme.

Al construir un nuevo pozo de prueba, se considera una buena práctica invertir en un conjunto completo de análisis químicos y biológicos del agua del pozo en cuestión. Existen tratamientos en el punto de uso para propiedades individuales, y a menudo se construyen plantas de tratamiento para los suministros de agua municipales que sufren contaminación. La mayoría de estos métodos de tratamiento implican la filtración de los contaminantes en cuestión, y se puede obtener protección adicional instalando rejillas en el revestimiento del pozo solo en profundidades donde no haya contaminación.

El agua de pozo para uso personal suele filtrarse con sistemas de ósmosis inversa ; este proceso elimina partículas muy pequeñas. Una forma sencilla y eficaz de eliminar microorganismos es hervir el agua durante uno a tres minutos, según la ubicación. Un pozo doméstico contaminado por microorganismos puede tratarse inicialmente mediante cloración de choque con lejía, generando concentraciones cientos de veces mayores que las de los sistemas de agua comunitarios; sin embargo, esto no soluciona los problemas estructurales que causaron la contaminación y, por lo general, requiere conocimientos especializados y pruebas para su correcta aplicación. [ 22 ]

Tras el proceso de filtración, es común implementar un sistema de luz ultravioleta (UV) para eliminar los patógenos del agua. La luz UV afecta al ADN del patógeno mediante fotones UV-C que atraviesan la pared celular. La desinfección UV ha ganado popularidad en las últimas décadas por ser un método de tratamiento de agua libre de químicos. [ 25 ]

Problemas ambientales

Un riesgo asociado a la ubicación de pozos de agua es la salinización del suelo , que se produce cuando el nivel freático del suelo comienza a descender y la sal comienza a acumularse a medida que el suelo se seca. [ 26 ] Otro problema ambiental muy frecuente en la perforación de pozos de agua es la posibilidad de que el metano se filtre.

Salinización del suelo

La salinización del suelo representa un riesgo importante al elegir la ubicación de pozos de agua. Este fenómeno se produce cuando el nivel freático desciende con el tiempo y la sal comienza a acumularse. A su vez, el aumento de sal provoca la sequedad del suelo. El elevado nivel de sal puede degradarlo y ser muy perjudicial para la vegetación.

Metano

El metano , un asfixiante, es un compuesto químico que constituye el componente principal del gas natural. Cuando el metano se introduce en un espacio confinado, desplaza el oxígeno, reduciendo su concentración a un nivel lo suficientemente bajo como para representar una amenaza para los seres humanos y otros organismos aerobios, pero aún lo suficientemente alto como para generar riesgo de explosión espontánea o provocada externamente. Este potencial de explosión es lo que supone un gran peligro en la perforación y colocación de pozos de agua.

Los niveles bajos de metano en el agua potable no se consideran tóxicos. Cuando el metano se filtra en el suministro de agua, se suele hablar de "migración de metano". Esto puede deberse a que antiguos pozos de gas natural cercanos a los sistemas de pozos de agua quedan abandonados y sin ser monitoreados.

Sin embargo , últimamente , los pozos/bombas descritos ya no son muy eficientes y pueden reemplazarse por bombas manuales o de pedal . Otra alternativa es el uso de pozos excavados por el propio usuario o bombas eléctricas para pozos profundos (para mayores profundidades). Organizaciones de tecnología apropiada como Practical Action ahora brindan información sobre cómo construir/instalar ( hágalo usted mismo ) bombas manuales y de pedal en la práctica. [ 27 ] [ 28 ]

Espuma extintora de incendios PFAS/PFOS

Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas ( PFAS ) son un grupo de compuestos químicos organofluorados sintéticos que poseen múltiples átomos de flúor unidos a una cadena alquílica . Las PFAS son sustancias químicas persistentes que se dispersan con gran rapidez y a gran distancia en las aguas subterráneas , contaminándolas de forma permanente. Es probable que los pozos de agua cercanos a ciertos aeropuertos donde se realizaron actividades de extinción de incendios con espuma o entrenamiento hasta el año 2010 estén contaminados con PFAS.

seguridad hídrica

Un estudio concluyó que de aproximadamente 39  millones de pozos de agua subterránea, entre el 9% y el 20% corren un alto riesgo de secarse si los niveles locales de agua subterránea disminuyen menos de cinco metros, o, como ocurre en muchas zonas y posiblemente en más de la mitad de los principales acuíferos [ 29 ] , continúan disminuyendo. [ 30 ] [ 31 ]

Sociedad y cultura

Uso del agua, Tacuinum Sanitatis , Biblioteca Casanatense (siglo XIV)

Los manantiales y pozos han tenido importancia cultural desde tiempos prehistóricos , lo que llevó a la fundación de ciudades como Wells y Bath en Somerset . El interés por sus beneficios para la salud propició el crecimiento de balnearios, muchos de los cuales llevan la palabra "pozo" en su nombre, como Llandrindod Wells y Royal Tunbridge Wells . [ 32 ]

A veces se afirma que Eratóstenes utilizó un pozo en su cálculo de la circunferencia de la Tierra ; sin embargo, esto es solo una simplificación utilizada en una explicación más breve de Cleomedes , ya que Eratóstenes había utilizado un método más elaborado y preciso. [ 33 ]

Muchos incidentes en la Biblia tienen lugar alrededor de pozos, como el hallazgo de una esposa para Isaac en el Génesis y la conversación de Jesús con la mujer samaritana en los Evangelios . [ 34 ]

Modelo para la recuperación de pozos de agua

Diagrama de un pozo de agua parcialmente lleno hasta el nivel z, con la parte superior del acuífero en z T.

En un pozo con paredes impermeables, el agua se reabastece desde el fondo. El caudal de entrada dependerá de la diferencia de presión entre el agua subterránea y el agua del pozo. La presión de una columna de agua de altura z será igual al peso del agua dividido por el área de la sección transversal de la columna; por lo tanto, la presión del agua subterránea a una distancia z T por debajo del nivel freático será:

PAGgramo=ρgramozT{\displaystyle P_{g}=\rho \,g\,z_{T}}

donde ρ es la densidad de masa del agua y g es la aceleración debida a la gravedad. Cuando el agua en el pozo está por debajo del nivel freático, la presión en el fondo del pozo debido al agua será menor que P g y el agua será forzada hacia el interior del pozo. Consultando el diagrama, si z es la distancia desde el fondo del pozo hasta el nivel freático y z T es la distancia desde el fondo del pozo hasta la parte superior del nivel freático, la diferencia de presión será:

ΔPAG=ρgramo(zT−z){\displaystyle \Delta P=\rho \,g\,(z_{T}-z)}

Aplicando la ley de Darcy , el caudal ( F ) al que se fuerza el agua hacia el pozo será proporcional a esta diferencia de presión:

ΔPAG=RF{\displaystyle \Delta P=R\,F}

donde R es la resistencia al flujo, que depende de la sección transversal del pozo, el gradiente de presión en el fondo del pozo y las características del sustrato en el fondo del pozo (por ejemplo, la porosidad). El caudal volumétrico que entra al pozo se puede expresar como una función de la tasa de cambio del nivel del agua del pozo:

F=Adzdt{\displaystyle F=A{\frac {dz}{dt}}}

La combinación de las tres ecuaciones anteriores produce una ecuación diferencial simple en z :

RAdzdt=ρgramo(zT−z){\displaystyle RA{\frac {dz}{dt}}=\rho g(z_{T}-z)}

lo cual puede resolverse:

z=zT−(zT−z0)mi−t/τ{\displaystyle z=z_{T}-(z_{T}-z_{0})e^{-t/\tau }}

donde z 0 es el nivel del agua del pozo en el tiempo t=0 y τ es la constante de tiempo del pozo:

τ=RAρgramo{\displaystyle \tau ={\frac {RA}{\rho g}}}

Tenga en cuenta que si se puede medir dz/dt para un pozo agotado, será igual azT/τ{\displaystyle z_{T}/\tau }y se puede calcular la constante de tiempo τ . Según el modelo anterior, un pozo tardará un tiempo infinito en recuperarse por completo, pero si consideramos que un pozo recuperado en un 99% está "prácticamente" recuperado, el tiempo que tardará un pozo en recuperarse prácticamente desde un nivel z será:

Tr=τln⁡(1−z/zT1−0,99){\displaystyle T_{r}=\tau \ln \left({\frac {1-z/z_{T}}{1-0.99}}\right)}

Para un pozo que está completamente agotado ( z=0 ) se necesitaría un tiempo de aproximadamente 4,6 τ para recuperarse prácticamente.

El modelo anterior no tiene en cuenta el agotamiento del acuífero debido al bombeo, que redujo el nivel del agua del pozo (véase la prueba del acuífero y la ecuación de flujo de agua subterránea ). Además, los pozos prácticos pueden tener paredes impermeables solo hasta la roca madre, sin incluirla, lo que proporciona una mayor superficie para que el agua entre en el pozo. [ 35 ] [ 36 ]

Véase también

Referencias

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  • Servicio Geológico de los Estados Unidos – Imágenes de la ciencia del agua: Pozo artesiano en funcionamiento
  • Perforación de pozos: 18 preguntas y respuestas extremadamente útiles.
  • Fondo Estadounidense para el Agua Subterránea
  • Biblioteca Técnica Internacional de Lifewater. Archivada el 16 de junio de 2013 en Wayback Machine.
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