¿Qué es un acuífero?
Desde tiempos remotos, la humanidad ha aprovechado los acuíferos para satisfacer sus necesidades de agua. Hoy en día, los especialistas en Mecánica de Suelos, Hidrología e Hidrogeología, estudian los acuíferos para que su explotación sea sustentable. Pero, ¿qué es un acuífero? ¿cuáles son sus principales propiedades? Sigue leyendo para enterarte.
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Definición de acuífero
Desde el punto de vista etimológico, la palabra acuífero proviene del latín aqua (agua), y el sufijo fera (que lleva), por lo que que su significado es que lleva o contiene agua (Diccionario Kapelusz de la Lengua Española, 1979). En el ámbito científico, el término fue adoptado por las Ciencias de la Tierra para describir formaciones geológicas que contienen agua subterránea, y que permiten su movimiento a través de las mismas (De Sola, 1967).
A partir de esta definición, surgen varios tipos de acuíferos, los cuales se encuentran señalados en la Figura 1.
Figura 1 El ciclo hidrológico y los acuíferos (Fuente: modificado de Powers et al, 2007).
Los acuíferos confinados son zonas permeables situadas entre dos acuiclusas (capas constituidas por arcillas, limos, u otros materiales de baja permeabilidad), las cuales se recargan mediante agua que ingresa por la superficie, que se mueve por el terreno y que eventualmente queda atrapada entre capas impermeables. En estos acuíferos, el agua puede encontrarse a diferentes niveles de presión, siempre por encima de la presión atmosférica.
Los acuíferos libres, por su parte, están limitados por el nivel freático en su parte superior, y se recargan directamente por el flujo de agua en el terreno situado por encima de dicho nivel. Un caso especial de acuífero libre lo constituyen las aguas emperchadas, que no son más que acuíferos de pequeña extensión, contenidos en una zona de aeración de un acuífero libre principal, y separados de él por una pequeña acuiclusa.
Para comprender mejor la física de los acuíferos, es importante mencionar, tomando en cuenta el ciclo hidrológico mostrado en la Figura 1, que el agua subterránea se encuentra en un lento (aunque constante) movimiento dentro de los acuíferos y entre los acuíferos. Asimismo, cabe destacar que existe una continua recarga de agua por medio de infiltración desde la superficie y desde lagos y flujos subterráneos; y, al mismo tiempo, una continua substracción de agua subterránea por filtración dentro de efluentes y por bombeo desde pozos profundos.
La porosidad (n)
La porosidad es una de las principales propiedades de un acuífero, y se define como la relación entre el volumen de espacio intersticial contenido en la estructura sólida de un material (Vv), y su volumen total (V). Viene dada por la siguiente expresión:
Esta propiedad depende entonces de la forma, gradación y tamaño de las partículas sólidas que constituyen un sedimento, y de la forma y distribución de las grietas, fisuras, y discontinuidades de un macizo rocoso (De Sola, 1967). La Figura 2 ilustra de manera esquemática la relación entre el arreglo de sus constituyentes y la porosidad de un terreno.
Figura 2 Relación entre porosidad y textura: (a) depósito sedimentario de alta porosidad; (b) depósito sedimentario con baja porosidad; (c) depósitos de guijarros de elevada porosidad; (d) depósito sedimentario de baja porosidad, con material en los intersticios; (e) roca con porosidad por disolución; (f) roca con porosidad por fracturamiento (Fuente: Meinzer, 1923).
En general, la porosidad en las rocas puede ser determinada con suficiente precisión, debido a que es relativamente fácil la obtención de muestras que no se deformen durante su extracción. Sin embargo, para el caso de sedimentos jóvenes, la determinación de la porosidad se lleva a cabo de manera indirecta, conociendo la densidad en campo y la gravedad específica de las partículas sólidas que los constituyen.
Ahora bien, ¿por qué la porosidad es una propiedad importante para los acuíferos? Pues porque el agua se mueve entre los espacios vacíos que existen entre los granos de suelo, o entre las grietas y discontinuidades que presenta un macizo rocoso. Por lo tanto, si la porosidad es baja (bien sea por el arreglo y la naturaleza de los granos de suelo, o bien porque las discontinuidades de un macizo rocoso no se encuentran interconectadas), la producción del acuífero será baja. Y viceversa.
La transmisividad (T)
La transmisividad (T) es otra propiedad fundamental, y se define como la facilidad con la cual el agua se mueve a través de una sección de ancho unitario de un acuífero (Powers et al, 2007). Es una propiedad fundamental para determinar la cantidad de agua que puede ser bombeada en un proyecto de aprovechamiento de aguas subterráneas, y se determina según la siguiente expresión:
Siendo K el coeficiente de permeabilidad, y B el ancho de la sección del acuífero, considerado igual a 1 m. Para proyectos relacionados con la provisión de agua o con el análisis de contaminación de acuíferos, la transmisividad se expresa típicamente considerando la permeabilidad en metros por día (m/día).
Ahora, bien, ¿cuál es la diferencia entre transmividad y permeabilidad? La Figura 3 ilustra estas diferencias.
Figura 3 Transmisividad y permeabilidad (Fuente: Powers et al, 2007).
Como se desprende de la figura anterior, aunque transmisividad y permeablidad son conceptos similares, la principal diferencia es que la transmisividad considera una sección de ancho unitario del terreno, mientras que la permeabilidad toma en cuenta una sección de área unitaria del terreno.
Por lo tanto, aunque ambas se relacionan con el posible flujo de agua a través del terreno, se refieren a dos maneras diferentes de considerarlo.
El coeficiente de almacenamiento (Cs)
El coeficiene de almacenamiento de un acuífero (Cs), se define como el volumen de agua liberado para su almacenamiento, por unidad de superficie y por unidad de cambio de carga normal a esa superficie (Ferris et al, 1962).
En acuíferos libres, se tiene Cs ≈ 0,2, debido a que el agua drena por gravedad desde los poros intersticiales. En acuíferos confinados, por su parte, los poros permanecen saturados, pero existe un volumen bajo disponible para almacenamiento cuando se reduce la carga, debido a la elasticidad del acuífero. Valores típicos de Cs para acuíferos confinados varían entre 0,0005 y 0,001. Para el caso de acuíferos en macizos rocosos, Cs puede ser varios órdenes de magnitud inferior a los valores antes mencionados, debido a la baja efectividad de la porosidad y a la estructura rígida de este tipo de acuíferos.
Ahora que se comprendemos mejor qué es un acuífero, podremos encarar su estudio con otra óptica, fundamentalmente orientada a que su explotación sea sustentable en el tiempo. Pero ese es un tema que trataremos en un próximo post.
Referencias
- “Diccionario Kapelusz de la Lengua Española” (1979). Editorial Kapelusz, S.A. Buenos Aires, Argentina.
- De Sola, O. (1967) “Hidrología y Propiedades de los Acuíferos”. Tema II de la obra Desarrollo de Aguas Subterráneas. Programa de Educación en Ingeniería Sanitaria de la Universidad Central de Venezuela. Caracas, Venezuela.
- Ferris, J.; Knowles, D.; Brown, R. & Stallman, R. (1962) “Theory of Acuifer Tests”. Geology Survey Water Supply. Paper 1536 E. USA.
- Powers, P.; Corwin, A.; Schmall, P. & Kaeck, W. (2007) “Construction Dewatering and Groundwater Control”. Third Edition. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey, USA.
