Recarga de aguas subterráneas
Agua subterránea que recarga un acuífero
Balance hídrico

La recarga de aguas subterráneas o el drenaje profundo o la percolación profunda es un proceso hidrológico , donde el agua se mueve hacia abajo desde el agua superficial al agua subterránea . La recarga es el método principal a través del cual el agua ingresa a un acuífero . Este proceso generalmente ocurre en la zona vadosa debajo de las raíces de las plantas y a menudo se expresa como un flujo hacia la superficie del nivel freático . La recarga de aguas subterráneas también abarca el agua que se aleja del nivel freático más hacia la zona saturada. [1] La recarga ocurre tanto de forma natural (a través del ciclo del agua ) como a través de procesos antropogénicos (es decir, "recarga artificial de aguas subterráneas"), donde el agua de lluvia y/o el agua recuperada se dirigen al 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 de agua subterránea; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos los modelos de agua subterránea (GM)); y la estimación del flujo base (BF) a los ríos. [2]

Procesos

Mecanismos difusos o focalizados

La recarga de las aguas subterráneas puede producirse mediante mecanismos difusos o focalizados. La recarga difusa se produce cuando las precipitaciones se infiltran a través del suelo hasta el nivel freático y, por definición, se distribuyen en grandes áreas. La recarga focalizada se produce cuando el agua se filtra de fuentes de agua superficiales (ríos, lagos, uadis, humedales) o depresiones de la superficie terrestre y, por lo general, se vuelve más dominante con la aridez. [2]

Recarga natural

Procesos naturales de recarga de aguas subterráneas. Los cambios que afectan el nivel freático mejorarán o disminuirán drásticamente la calidad de la recarga de aguas subterráneas en una región específica.

El agua se recarga de forma natural mediante la lluvia y el deshielo y, en menor medida, mediante aguas superficiales (ríos y lagos). La recarga puede verse obstaculizada en cierta medida 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 reduce 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 las aguas subterráneas, 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 de las raíces a capas más profundas del suelo o al sistema de aguas subterráneas. Las raíces de los árboles aumentan la saturación de agua en las aguas subterráneas , lo que reduce la escorrentía de agua . [3] Las inundaciones aumentan temporalmente la permeabilidad del lecho del río (capacidad de escurrimiento de la tierra) al mover los suelos arcillosos río abajo, y esto aumenta la recarga del acuífero. [4]

Humedales

Los humedales ayudan a mantener el nivel del nivel freático y la carga hidráulica. [5] [6] Esto proporciona fuerza para la recarga de agua subterránea y la descarga a otras aguas también. El grado de recarga de agua subterránea por un humedal depende del suelo , la vegetación , el sitio, la relación perímetro a volumen y el gradiente del nivel freático. [7] [8] La recarga de agua subterránea ocurre a través de suelos minerales que se encuentran principalmente en el aire. [9] El suelo debajo de la mayoría de los humedales es relativamente impermeable. Una alta relación perímetro a volumen, como en los humedales pequeños, significa que el área de superficie a través de la cual el agua puede infiltrarse en el agua subterránea es típica en humedales pequeños como los pozos de pradera , lo que puede contribuir significativamente a la recarga de los recursos de agua subterránea 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 de acuíferos gestionados (MAR) para aumentar la disponibilidad de agua dulce incluyen el uso de canales en los lechos de los ríos. [10] 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 las aguas subterráneas está adquiriendo cada vez mayor importancia en la India, donde el bombeo excesivo de agua subterránea 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 1.800 millones de rupias (equivalentes a 54.000 millones de rupias o 650 millones de dólares estadounidenses en 2023) para financiar proyectos de recarga de 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 desechos a través del flujo de agua, como las granjas lecheras, las escorrentías industriales y urbanas.

La contaminación de las escorrentías pluviales se acumula en los 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 los estanques de detención , estanques de retención y jardines de lluvia .

Recarga enfocada en la depresión

Si el agua cae de manera uniforme sobre un terreno de tal manera que no se excede la capacidad de campo del suelo, entonces se filtra una cantidad insignificante de agua hacia las aguas subterráneas . Si, en cambio, el agua se estanca en áreas bajas, el mismo volumen de agua concentrado sobre un área más pequeña puede exceder la capacidad de campo, lo que da como resultado que el agua se filtre hacia abajo para recargar las aguas subterráneas. Cuanto mayor sea el área relativa de escorrentía contribuyente, más enfocada será la infiltración. El proceso recurrente de agua que cae de manera relativamente uniforme sobre un área, fluyendo hacia las aguas subterráneas de manera selectiva debajo de las depresiones superficiales, se denomina recarga enfocada en las depresiones . Los niveles freáticos aumentan bajo tales depresiones.

La recarga de agua subterránea centrada en las depresiones puede ser muy importante en las regiones áridas . Un mayor número de eventos de lluvia puede contribuir al suministro de agua subterránea.

La recarga de aguas subterráneas centrada en depresiones también afecta profundamente el transporte de contaminantes hacia las aguas subterráneas. Esto es de gran preocupación en regiones con formaciones geológicas kársticas porque el agua puede acabar disolviendo túneles hasta llegar a acuíferos o a corrientes desconectadas. Esta forma extrema de flujo preferencial acelera el transporte de contaminantes y la erosión de dichos túneles . De esta manera, las depresiones destinadas a atrapar el agua de escorrentía (antes de que fluya hacia recursos hídricos vulnerables) pueden conectarse bajo tierra con el tiempo. La cavitación de las superficies superiores en los túneles da lugar a baches o cuevas.

Los estanques más profundos ejercen una presión que hace que el agua se filtre más rápidamente al suelo. Un flujo más rápido desaloja los contaminantes que de otro modo quedarían adsorbidos en el suelo y los arrastra. Esto puede llevar la contaminación directamente al nivel freático elevado que se encuentra debajo y al suministro de agua subterránea . Por lo tanto, la calidad del agua que se acumula en las cuencas de infiltración es motivo de especial preocupación.

Métodos de estimación

Las tasas de recarga de las aguas subterráneas son difíciles de cuantificar. [13] [2] Esto se debe a que otros procesos relacionados, como la evaporación , la transpiración (o evapotranspiración ) y los procesos de infiltración, deben medirse o estimarse primero para determinar el balance. No existe ningún método de amplia aplicación disponible 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 de agua subterránea; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos los modelos de agua subterránea (GM)); y la estimación del flujo base (BF) a los ríos. [2]

Las estimaciones regionales, continentales y globales de recarga generalmente se derivan 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 son aquellos que intentan medir realmente el volumen de agua que pasa por debajo de la zona de las raíces. Los métodos físicos indirectos se basan en la medición o estimación de parámetros físicos del suelo, que junto con los principios físicos del suelo, pueden utilizarse para estimar la recarga potencial o real. Después de meses sin lluvia, el nivel de los ríos en climas húmedos es bajo y representa únicamente agua subterránea drenada. Por lo tanto, la recarga se puede calcular a partir de este caudal base si ya se conoce el área de captación.

Químico

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

Modelos numéricos

La recarga se puede estimar mediante métodos numéricos , utilizando códigos como Hydrologic Evaluation of Landfill Performance , UNSAT-H, SHAW (forma corta de Simultaneous Heat and Water Transfer model), WEAP y MIKE SHE . El programa 1D HYDRUS1D está disponible en línea. Los códigos generalmente utilizan datos climáticos y del suelo para llegar a una estimación de la recarga y utilizan la ecuación de Richards en alguna forma 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 a través del 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 las tierras secas . [19] : 1091  Parte de este aumento en el riego puede deberse a problemas de escasez de agua empeorados por los efectos del cambio climático en el ciclo del agua . La redistribución directa del agua por actividades humanas que asciende a ~24.000 km 3 por año es aproximadamente el doble de la recarga global de agua subterránea cada año. [19]

El cambio climático provoca cambios en el ciclo del agua que a su vez afectan a las aguas subterráneas de varias maneras: puede haber una disminución en el almacenamiento de agua subterránea y una reducción en 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 los eventos de inundaciones parecen conducir a una mayor recarga de agua subterránea. [20] : 582 

Sin embargo, los impactos exactos del cambio climático sobre 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 las aguas subterráneas". [20] : 579 

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

Urbanización

Otras implicaciones de la recarga de aguas subterráneas son una consecuencia de la urbanización . Las investigaciones muestran que la tasa de recarga puede ser hasta diez veces mayor [22] en las zonas 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 se obtengan en las zonas rurales. La recarga en las zonas rurales está fuertemente respaldada por las precipitaciones [22] y esto es opuesto a lo que ocurre en las zonas urbanas. Las redes viales y la infraestructura dentro de las ciudades impiden que las aguas superficiales se filtren en el suelo, lo que hace que la mayor parte de la escorrentía superficial ingrese a los desagües pluviales para el suministro de agua local. A medida que el desarrollo urbano continúa extendiéndose por varias regiones, las tasas de recarga de aguas subterráneas aumentarán en relación con las tasas existentes en la región rural anterior. Una consecuencia de las afluencias repentinas en la recarga de aguas subterráneas incluye inundaciones repentinas [23] . El ecosistema tendrá que adaptarse al excedente elevado de aguas subterráneas debido a las tasas de recarga de aguas subterráneas. Además, las redes viales son menos permeables en comparación con el suelo, lo que resulta en mayores cantidades de escorrentía superficial. Por lo tanto, la urbanización aumenta la tasa de recarga de aguas subterráneas y reduce la infiltración, [23] lo que resulta en 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 978-0-13-365312-0.OCLC 643719314  .Consultado en: http://hydrogeologistswithoutborders.org/wordpress/1979-english/ Archivado el 6 de abril de 2020 en Wayback Machine.
  2. ^ abcdef 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 (1 de marzo de 2021). "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 fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional
  3. ^ "Los árboles urbanos mejoran la infiltración de agua". Fisher, Madeline . The American Society of Agronomy. 17 de noviembre de 2008. Archivado desde el 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 humedales no mareales". Gestión ambiental . 12 (5): 605–620. Bibcode :1988EnMan..12..605W. doi :10.1007/BF01867539. S2CID  10248985.
  7. ^ Carter, V.; Novitzki, RP (1988). "Algunos comentarios sobre la relación entre el agua subterránea y los humedales". Ecología y gestión de humedales . Vol. 1. Springer. págs. 68–86. doi :10.1007/978-1-4684-8378-9_7. ISBN. 978-1-4684-8378-9.
  8. ^ abc Weller, MW (1994) [1981]. Marismas de agua dulce: ecología y gestión de la vida silvestre (3.ª ed.). Prensa de la Universidad de Minnesota. ISBN 978-0-8166-8574-5.OCLC 476093538  .
  9. ^ Verry, DR (1982). "Flujo de nutrientes transmitidos por el agua a través de una cuenca hidrográfica de tierras altas y turberas en Minnesota" (PDF) . Ecología . 63 (5): 1456–67 /1938872. Bibcode :1982Ecol...63.1456V. doi :10.2307/1938872. JSTOR  1938872.
  10. ^ Naciones Unidas (2022) Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo 2022: Aguas subterráneas: hacer visible lo invisible. UNESCO, ParísEl texto fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Internacional
  11. ^ "Sistema de reposición de aguas subterráneas (GWRS), Condado de Orange, California - Tecnología del agua". www.water-technology.net .
  12. ^ "El Distrito de Aguas 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". Revista anual de ciencias de la Tierra y planetarias . 24 (1): 225–262. Código Bibliográfico :1996AREPS..24..225G. doi :10.1146/annurev.earth.24.1.225. ISSN  0084-6597.
  15. ^ Jasechko, Scott (septiembre de 2019). "Hidrogeología isotópica global: revisión". Reseñas de Geofísica . 57 (3): 835–965. Código Bibliográfico :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 las aguas subterráneas en los Estados Unidos limítrofes: perspectivas sobre los procesos hidrológicos". Procesos hidrológicos . 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". Revista australiana de investigación del suelo . 16 (2): 181–195. doi :10.1071/SR9780181.
  18. ^ ab Naciones Unidas (2022) Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo 2022: Aguas subterráneas: hacer visible lo invisible. UNESCO, ParísEl texto fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Internacional
  19. ^ ab 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.; Piraní, 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: la base científica física. Contribución del Grupo de trabajo I al Sexto informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático. Cambridge University Press. págs. 1055–1210 . doi :10.1017/9781009157896.010. ISBN 978-1-009-15789-6.
  20. ^ abcd 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 Grupo Intergubernamental de Expertos 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 Panorama estratégico.
  22. ^ ab "Agotamiento de las aguas subterráneas". Escuela de Ciencias del Agua del USGS . Servicio Geológico de los Estados Unidos. 2016-12-09.
  23. ^ ab "Efectos del desarrollo urbano en las inundaciones". pubs.usgs.gov . Consultado el 22 de marzo de 2019 .


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