Definiciones Hidrológicas

• Sequía: Fenómeno hidrológico extremo que se caracteriza por una disminución coyuntural (temporal) significativa de los recursos hídricos, durante un periodo suficientemente prolongado, que afecta a un área extensa, y con consecuencias socioeconómicas adversas. Definición hidrológica: descenso de la precipitación, a escala regional, por debajo de la media estacional, que se traduce en un nivel de aprovechamiento anormal de los cursos de agua y de los depósitos de agua superficial o subterránea.
• Desertización: Es la degradación de los suelos de zonas áridas, semiáridas y subhúmedas secas resultante de diversos factores, entre ellos las variaciones climáticas y las actividades humanas (Conferencia de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y el Desarrollo, CNUMAD). Tiene carácter permanente.

Formaciones Geológicas y Agua

• Acuífero: Estrato o formación geológica que, permitiendo la circulación de agua por sus poros o grietas, hace que el hombre pueda aprovecharla en cantidades económicamente apreciables para subvenir a sus necesidades.
• Acuicludo: Formación geológica que, conteniendo agua en su interior, incluso hasta saturación, no la transmite y por tanto no es posible su explotación económica. Ejemplos: lodos y legamos arcillosos en deltas y estuarios de ríos, con un contenido en agua superior al 50% de su volumen.
• Acuitardo: Formación geológica que, conteniendo cantidades apreciables de agua, la transmiten muy lentamente, por lo que tampoco son aptos para el emplazamiento de captaciones, pero que, sin embargo, bajo condiciones especiales permiten la recarga vertical de acuíferos que puede llegar a ser importante en algunos casos. Ejemplo: estratos de arcillas limosas o arenosas, que dispuestos encima o debajo de un acuífero, puede recargarlo o recibir agua de este.
• Acuífugo: Formación geológica que no contiene agua ni la puede transmitir. Ejemplo: macizo granítico no alterado, rocas metamórficas sin meteorizar ni fracturar.

Propiedades de los Acuíferos

• Coeficiente de almacenamiento: Volumen de agua liberado por un prisma vertical del acuífero de sección unidad y altura la del acuífero cuando se produce un descenso de una unidad en el nivel piezométrico.
• Permeabilidad hidráulica: La permeabilidad k depende del medio poroso y del fluido: poros grandes interconectados (gravas): alta permeabilidad; poros pequeños y semicerrados (arcillas): baja permeabilidad. La transmisividad T= k*e también varía mucho con la temperatura. La presión apenas afecta a la densidad, pero k se ve afectada por el cambio de la geometría del poro. La presencia de otros fluidos reduce k. La k de la arcilla para el agua salada es mayor que para el agua dulce (menor hidratación).
• Material homogéneo: Aquel cuyas propiedades puntuales son las mismas en todo lugar del seno del material.
• Material isótropo: Aquel cuyas propiedades direccionales son las mismas en cualquier dirección dentro del material.

Tipos de Rocas y su Influencia en la Composición del Agua

• Rocas ígneas: Son rocas de composición mineralógica muy variada: silicatos ferromagnésicos, feldespatos, cuarzo… Los cationes son débilmente retenidos en la estructura silicatada y pasan al agua. Los aniones en poca cantidad. La migración de cationes deja un esqueleto cristalino, que se va disolviendo más lentamente. Depende de la presión y la temperatura, además del déficit de saturación. Productos: arcillas (fijan el K^–).
• Rocas sedimentarias: Mayor aporte de sales y más rápido, por su mayor porosidad.
  • Resistitas: No se disolvieron en los procesos de formación. Aportan un elevado contenido en sales.
  • Hidrolisitas: Rocas formadas por hidrólisis. Aportan Cl^–, Na⁺, Ca⁺.
  • Precipititas: Resultado de la precipitación de sales insolubles producida por reacciones químicas. Aportan CO₃^– y Ca⁺⁺ o Mg⁺⁺.
  • Evaporitas: Formadas por evaporación del agua. Son muy solubles (yeso, sal común). Aportan muchas sales.
  • Rocas carbonosas y bituminosas: Aportan sales procedentes de materia viva, y por reducción Fe⁺⁺ y S.
• Rocas metamórficas: Su aporte de sales está entre el de las sedimentarias y el de las ígneas, tanto más cerca de las segundas cuanto mayor sea el grado de metamorfismo.

Tipos de Aguas

• Aguas vadosas, meteóricas o recientes: Son las que circulan en el ciclo hidrosfera-litosfera-atmósfera. Se distinguen porque poseen isótopos radiactivos de vida corta (tritio). Su composición está influida por la del agua de infiltración y el material del acuífero.
• Aguas marinas: Aguas de mar que han invadido recientemente sedimentos costeros. Similares en composición a la del mar, quizás con mayor dureza.
• Aguas fósiles: Aguas atrapadas en el terreno y que permanecen en él miles de años. Basta con que su movimiento sea lento y el recorrido largo. Impropiamente se utiliza el término para aguas meteóricas de elevada salinidad.
• Aguas congénitas: Aguas atrapadas en el momento de la formación de los sedimentos, y no expulsadas durante su consolidación. Suelen ser fuertemente cloruradas, como las fósiles. Contenido en deuterio similar a la del mar, pero contenido en O-18 mayor.
• Aguas juveniles: Procedentes del interior de la tierra, sin haber estado nunca en la superficie. No tienen tritio.
• Aguas metamórficas: Desprendidas de sedimentos en procesos de metamorfismo. Suelen tener contenido de CO₂, CO₃^– y B elevado, y un contenido de I^– algo elevado. Contenido en deuterio menor y de O-18 mayor que el agua de mar.
• Aguas volcánicas y magmáticas: Procedentes de las emisiones de gases volcánicos. Contienen NaCl y concentraciones altas de Li⁺, F^–, SiO₂, B, S^– y CO₂. Es difícil distinguirlas de las aguas juveniles y metamórficas.
• Aguas minerales: Aguas que poseen elementos en disolución en cantidad notable, de procedencia variada. Normalmente relacionadas con fenómenos volcánicos u orogénicos, muchas veces termales.
• Aguas saladas y salmueras naturales: Aguas terrestres con contenido en sal igual o mayor a la del mar; de origen marino, evaporitas, ultrafiltración por arcillas.

Contaminación del Agua

• Agente contaminante: Toda propiedad física, organismo o sustancia que deteriora las características naturales originales de un agua. Se agrupan según Babot y Simler en:
  • Hidrocarburos
  • Detergentes
  • Pesticidas
  • Contaminantes químicos naturales
  • Contaminantes orgánicos
  • Contaminantes biológicos
  • Sustancias radiactivas

Hidrocarburos

Compuestos en cuya composición molecular interviene el C y el H. La mayoría provienen del petróleo. Terminología:

• NAPLs: Fase líquida no acuosa. Se distinguen: LNAPLs (más ligeros que el agua) y los DNAPLs (más densos que el agua).
• VOCs: Se volatilizan desde la fase líquida.
• BTEX: Benceno, tolueno, etilbenceno y xileno.

Hay hidrocarburos cancerígenos, otros afectan a la piel, hígado, riñones, vías respiratorias, aparato circulatorio y aparato nervioso. Son muy tóxicos para la fauna acuática a partir de 1 a 5 mg/l. La gasolina a partir de 0,05 mg/m³.

Detergentes

Sustancias tensioactivas, que disminuyen la tensión superficial de las soluciones acuosas que los contienen. Tienen propiedades:

• Emulsionantes: Dispersan aceites, asfaltos y plaguicidas en agua.
• Espumantes: Mantienen una emulsión de aire en agua.
• Mojantes: Ayudan a la penetración de tintes y antisépticos.
• Detersivas: Separan y mantienen en suspensión grasas.

Su presencia en agua dificulta la coagulación-floculación-decantación. La legislación europea obliga a que todos los detergentes sean biodegradables, aunque contienen fósforo y boro en forma de fosfatos y perboratos: el P contribuye a la eutrofización, el B es fitotóxico y en el hombre provoca problemas.

Pesticidas o Plaguicidas

Sustancias empleadas por el hombre para protegerse o proteger cultivos agrícolas o productos industriales contra organismos vegetales o animales. Existen varios centenares de tipos, los más importantes: organoclorados (DDT), organofosforados, compuestos de la urea y tiourea, derivados nitratos, trinitratos y triazinas, carbamatos, compuestos mezclados y sustancias minerales tradicionales. Muchos pesticidas son cancerígenos, mutagénicos, afectan al hígado, al riñón, la piel, ojos y aparato digestivo.

Contaminantes Químicos Minerales

Pueden ser no tóxicos. Reaccionan con otros compuestos en el medio subterráneo:

• Tóxicos:
  • Ag: Afecta a la piel y al pelo. Se acumula en tejidos.
  • As: Letal para el hombre en concentraciones de 200 mg/l.
  • Cd: 350 a 3500 µg/l produce la muerte.
  • Ba: La ingestión de 3-4 g provoca la muerte.
  • Pb: Provoca saturnismo.
  • Hg: Metal líquido muy tóxico y cancerígeno.
  • S: Asociado a yacimientos y minería. Afecta al hígado.
• No tóxicos:
  • Al: Absorbido por el cuerpo humano. Se relaciona con el Alzheimer.
  • B: Utilizado en jabones, industria del vidrio y retardador de llama.
  • Cu: El exceso en el agua produce cirrosis hepática y afecciones gastrointestinales.
  • Ni: Relacionado con algunos tipos de cáncer y mortalidad perinatal.
  • U: Afecta al riñón.
  • Fe: No afecta a la salud, pero mancha.
  • Mn: En exceso provoca manganismo (anorexia, dolores musculares, apatía).
  • Na: Concentraciones de más de 200 mg/l transmiten sabor al agua.

Conceptos Relacionados con Pozos

• Líneas de corriente: Líneas que en cada punto son tangentes al vector velocidad del flujo.
• Caudal crítico pozo: Caudal por debajo del cual la eficiencia es constante, y a partir del cual empieza a disminuir rápidamente. La eficiencia del caudal crítico de un pozo aumenta con el diámetro de este.
• Curva característica pozo: Es la curva que relaciona el descenso en el pozo s_p con el caudal de bombeo. También se llama curva característica a la que relaciona el caudal específico con el descenso en el pozo. Alteraciones en la curva característica indican que el pozo sufre una avería, por ejemplo, por colmatación, incrustación, corrosión de tuberías o bomba, etc.
• Ensayos de bombeo: Se llevan a cabo para determinar las características de los pozos. Es muy importante que las condiciones del ensayo estén controladas (caudal constante).
  • Ensayos de aforo o de descenso: Se realizan en el propio pozo.
  • Ensayos de interferencia: Se observan los descensos en pozos o piezómetros cercanos.

Intrusión Salina

• Agua salada: Agua con contenido en Cl^– próximo al agua de mar (19000 ppm).
• Cuña salina: Masa de agua salada de gran longitud con sección en cuña apoyada en la base del acuífero y con vértice o pie hacia tierra adentro.
• Cono o domo de agua salada: Protuberancia vertical de la cuña salina, consecuencia de bombeos o drenajes locales.
• Cresta salina: Protuberancia alargada de la cuña salina, normalmente debida a drenaje local.
• Intrusión: Movimiento permanente o temporal de la cuña salina tierra adentro, desplazando al agua dulce del acuífero.
• Zona de mezcla: Lámina en la zona saturada del acuífero en la que se produce la transición de agua dulce a salada.

Tratamiento de Aguas

• Aguas depuradas: Aguas residuales que han sido sometidas a un proceso de tratamiento que permita adecuar su calidad a la normativa de vertido aplicable.
• Aguas regeneradas: Aguas residuales depuradas que, en su caso, han sido sometidas a un proceso de tratamiento adicional o complementario que permite adecuar su calidad al uso al que se destinan.
• EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales): Instalación en la que las aguas residuales brutas son sometidas a tratamientos y procesos que mejoran la calidad de las mismas de manera que alcancen los valores límite de emisión de vertido, teniendo en cuenta las normas de calidad ambiental exigidas del medio receptor.
• ERA (Estación Regeneradora de Aguas): Instalación donde las aguas, después de ser depuradas, son tratadas para adecuar su calidad al uso previsto.

Filtración

Tratamiento de depuración que consiste en hacer pasar el agua a través de una membrana porosa para separar elementos presentes en el agua cuyo tamaño sea mayor que el del poro. En función del tamaño del poro se distinguen:

• Microfiltración
• Ultrafiltración
• Nanofiltración

Microfiltración

Es la más antigua de las tecnologías basadas en membranas actuadas por presión. En la microfiltración el tamaño del poro es de 1 µm a 10 µm. Mediante la formación de una torta constituida por elementos presentes en el agua, puede conseguir eliminar partículas con tamaño inferior al poro (hasta de 0,1 µm). Elimina la mayoría de las bacterias, pero no los virus. Está dirigida a reemplazar 4 procesos unitarios en el tratamiento convencional de agua: mezcla rápida, coagulación, floculación y medios filtrantes convencionales.

Ultrafiltración

Tecnología de filtración basada en membranas de tamaño de poro inferior a 1 µm (separan peso molecular entre 10³ y 10⁵) permite eliminar coloides y partículas y especies hidrosolubles de elevado peso molecular, pero no elimina sales ni la mayoría de los compuestos inorgánicos. Elimina todas las bacterias y la mayoría de los virus.

Nanofiltración

La más reciente de las tecnologías de filtración. Tamaño de poro muy pequeño (inferior a 0,01 µm), controlado por la presión. Se aplican en aguas limpias (potabilización) y en industria alimentaria, más que en depuración/regeneración. Es capaz de retener algunos iones polivalentes, pero no separa los monovalentes.

Electrodialisis

Proceso de separación electroquímica en el que los iones son transferidos desde una corriente de agua (producto) a otra (rechazo) a través de membranas de intercambio iónico gracias a una diferencia de potencial eléctrico. Se distinguen:

• Membrana de transferencia aniónica: Permite solo el paso a los iones cargados negativamente (aniones).
• Membrana de transferencia catiónica: Permite el paso solo a los iones cargados positivamente (cationes).

Pretratamiento

Es el proceso de adecuación del agua de mar, una vez captada, a las características físicas, químicas y biológicas que permitan efectuar los procesos de desalación. Es una parte fundamental del proceso de desalación, y su diseño condiciona de una manera muy importante los costes de mantenimiento y de explotación de la planta.

Ósmosis Inversa

La ósmosis inversa es un fenómeno mediante el cual una membrana semipermeable (membrana osmótica) permite el paso del agua desde una cara, en contacto con una solución menos concentrada hacia la otra cara, en contacto con la solución más concentrada. Se llama presión osmótica a la diferencia de presión entre el lado más concentrado y el menos concentrado que equilibra el proceso, es decir, que hace que el flujo neto a través de la membrana sea nulo. La presión osmótica depende de la sustancia de la que se considera su concentración, la membrana y la diferencia de la concentración entre las soluciones. Para desalar agua de mar, se bombea agua salada a alta presión contra unas membranas de ósmosis (a una presión superior a la osmótica, que para el agua de mar y dependiendo del tipo de membrana, está entre 20 y 30 atm.) y se obtiene agua (casi) pura en el lado diluido.