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CAPITULO 3

HIDROGEOQUIMICAHIDROGEOQUIMICA

LEONARDO DAVID DONADO GARZON

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCION 2

2. NATURALEZA QUIMICA DEL AGUA SUBTERRANEA 2

2.1 EL AGUA EN LA TIERRA 2 2.2 PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA 3 2.3 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA 5 2.4 CONSTITUYENTES QUÍMICOS 7

3. INTERPRETACION GEOQUIMICA DEL AGUA SUBTERRANEA 8

3.1 DIAGRAMAS DE COLLINS 10 3.2 DIAGRAMAS DE PIPER 11 3.3 DIAGRAMAS DE STIFF 14

4. TRAZADORES 17

4.1 GEOQUÍMICA ISOTÓPICA 18 4.2 USOS DE LOS ISÓTOPOS 21

5. CASOS DE ESTUDIO 24

5.1 HIDRÁULICA DE LA CIÉNAGA DE PALAGUA (BOYACÁ) 24 5.2 HIDROGEOQUÍMICA DE LA SABANA DE BOGOTÁ 27 5.3 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL AGUA SUBTERRÁNEA Y ÁREAS DE PROTECCIÓN DEL ACUÍFERO DE

SANTA MARTA CON ISÓTOPOS 28 5.4 HIDROQUÍMICA DEL ACUÍFERO SUPERIOR DE LA CUENCA DEL CHUY (URUGUAY) 29

6. REFERENCIAS 32

2 CAPÍTULO 3 — HIDROGEOQUÍMICA

111111 ...... IIIIII NNNNNN TTTTTT RRRRRR OOOOOO DDDDDD UUUUUU CCCCCC CCCCCC IIIIII OOOOOO NNNNNN El agua es el solvente universal por excelencia, y esta propiedad hace que el agua tome sus características químicas. El poder de dilución del agua consiste en que las cargas positivas y negativas atraen iones y minerales en la superficie de estos. El agua subterránea mantiene un equilibrio químico con los minerales que la componen y el suelo y la roca que la limitan, y esto hace que el agua sature el suelo con sólidos diluidos. Este equilibrio ocurre porque el movimiento del agua subterránea es lento y los minerales son relativamente solubles. La solubilidad de los minerales en el agua se incrementa con el aumento de temperatura, excepto la del dióxido de carbono. Durante mucho tiempo se ha tenido la convicción de que el agua subterránea es limpia de bacterias y muy higiénica, que no tiene color ni olor pero esto es falso. El agua subterránea posee pocos sólidos suspendidos y muchos disueltos esto puede causar que se sature de componentes que la hacen no apta para determinados usos. En el presente capítulo se presentarán las diferentes formas de analizar químicamente el agua subterránea, para así poder determinar sus aplicaciones. Además se extenderán diferentes conceptos sobre los trazadores y sus diferentes usos dentro de las aguas superficiales y subterráneas.

222222...... NNNNNN AAAAAATTTTTT UUUUUU RRRRRR AAAAAA LLLLLL EEEEEE ZZZZZZ AAAAAA QQQQQQ UUUUUU IIIIII MMMMMM IIIIII CCCCCC AAAAAA DDDDDD EEEEEE LLLLLL AAAAAA GGGGGG UUUUUU AAAAAA SSSSSS UUUUUU BBBBBB TTTTTT EEEEEE RRRRRR RRRRRR AAAAAA NNNNNN EEEEEE AAAAAA

22..11 EELL AAGGUUAA EENN LLAA TTIIEERRRRAA La tabla 1 muestra la proporción del peso de los elementos en la corteza terrestre. En ella se ve que La Tierra es en un 95 % silicatos. Este ion, no está balanceado eléctricamente, lo que hace que al unirse al oxígeno forman las tres cuartas (¾) partes de La Tierra como lo señala la Figura 1.

Tabla 1. Distribución de los Elementos en la Corteza de La tierra (expresado en óxidos) (Driscoll, 1986)

Constituyentes Promedio de Composición de la Corteza (% Peso)

Sílice (SiO2) Aluminio (Al2O3) Calcio (CaO) Sodio (Na) Potasio (K2O) Hierro (FeO) Hierro (Fe2O3) Magnesio (MgO) Carbono (CO2) Hidrógeno (H2O)

63.5 15.9 4.9 3.3 3.3 3.3 2.9 2.9 — —

La sílice está presente generalmente en las rocas ígneas, y estas generalmente son oxidadas por el agua, provocando óxidos de silicio que son los que predominan en las Aguas Subterráneas. La Tabla 2 muestra los cationes y los aniones presentes en el agua subterránea.

CAPÍTULO 3 — HIDROGEOQUÍMICA 3

Figura 2.1Distribución de elementos en la corteza terrestre

49.9%

26.0%

7.3%

4.1%

3.2%

2.3%

2.3%

2.1%

2.8%

O Oxígeno

SiSilice

AlAluminio

FeHierro

CaCalcio

NaSodio

KPotasio

MgMagnesio

OtrosTodos los otroselementos

Figura 1. Distribución de los elementos en la corteza terrestre (Driscoll, 1986)

Tabla 2. Mayores cationes y aniones encontrados en el Agua Subterránea (Driscoll, 1986)

Cationes Aniones

Calcio (Ca+2) Magnesio (Mg+2)

Sodio (Na+) Potasio (K+)

Bicarbonato (HCO3-) Sulfatos (SO4-2) Cloruros (Cl -)

22..22 PPRROOPPIIEEDDAADDEESS FFÍÍSSIICCAASS DDEELL AAGGUUAA Estos parámetros sirven para determinar características del agua (Romero, 1996), los cuales son medidos en las pruebas de laboratorio. Las más importantes son las siguientes:

2.2.1 Turbidez Es una expresión del efecto óptico causado por la dispersión e interferencia de los rayos luminosos que pasan a través de una muestra de agua; es decir es la propiedad óptica de una suspensión que hace que la luz sea reemitida y no transmitida a través de la suspensión (Romero, 1996). La turbidez de un agua puede ser causada por gran variedad de materiales en suspensión. La turbidez en un agua puede ser causada por una gran variedad de materiales en suspensión, que varían en tamaño desde dispersiones coloidales hasta partículas gruesas, entre otros, arcillas, limos, materia orgánica e inorgánica finamente dividida, organismos planctónicos, y otros microorganismos. Actualmente el método más usado para determinar la turbidez es el método nefelométrico en el cual se mide la turbidez mediante un nefelómetro y se expresan los resultados en unidades de turbidez nefelométrica, UTN. Con


este método se compara la intensidad de la luz dispersada por una suspensión estándar de referencia bajo las mismas condiciones de medida. Entre mayor sea la intensidad de la luz dispersada mayor será la turbidez. La determinación de la turbidez es de gran importancia en aguas para consumo humano y en una gran cantidad de industrias. Los valores de turbidez sirven para determinar el grado de tratamiento requerido por una fuente de agua cruda, su filtrabilidad y, consecuentemente, la tasa de filtración más adecuada, la efectividad de los procesos de coagulación, sedimentación y filtración, así como para determinar la potabilidad del agua.

2.2.2 Sólidos totales disueltos (STD) Es un indicador de la salinidad del agua, midiendo las sales inorgánicas. En el Sistema Internacional se acostumbra dar el resultado en [mg/L]. Los sólidos totales disueltos son más o menos equivalentes a los minerales disueltos en aguas de alta calidad. Con las concentraciones de iones y cationes se verifican y se validan los análisis químicos de muestras. Para tal fin debe verificarse el equilibrio, por lo que la suma de miliequivalentes por litro de aniones debe ser igual a la de cationes. En el análisis se deben transformar los STD (mg/L) a miligramos equivalentes por litro (meq). dividiendo el peso atómico del elemento entre la valencia correspondiente, para encontrar el peso equivalente, entonces luego dividir la concentración entre el peso atómico equivalente. El siguiente ejemplo demuestra el procedimiento:

meq 5.1912.16

63Mg Lmg63

12.162

24.32eEquivalent Peso

2Valencia24.32 Mg atómico Peso

:meq a Mg de Lmg 63convertir Para

2

2

==

==

==

+

+

2.2.3 Color Las causas más comunes del color del agua son la presencia de hierro y manganeso coloidal en solución; el contacto del agua con desechos orgánicos, hojas, raíces y otros, en diferentes estados de descomposición; y la presencia de taninos, ácido húmico y algunos residuos industriales. El color natural en el agua existe principalmente por efecto de partículas coloidales, cargadas negativamente; debido a esto su remoción puede lograrse con ayuda de un coagulante de una sal de un ion metálico trivalente como el Al+++ o el Fe+++. Dos tipos de color se reconocen en el agua: el color verdadero, o sea el color de la muestra una vez que su turbidez ha sido removida, y el color aparente que incluye no solamente el color de las sustancias en solución y coloidales sino también el color debido al material suspendido. El color aparente se determina sobre la muestra original sin filtración o centrifugación previa. En general, el término color se refiere al color verdadero del agua y se acostumbra medirlo conjuntamente con el pH. Normalmente el color aumenta con el incremento del pH.

La determinación del color se hace por comparación visual de la muestra con soluciones de concentración de color conocido o con discos de vidrio de colores adecuadamente calibrados. La unidad de color es el color producido por un mg/L de platino, en la forma de ion cloroplatino, y la medición se hace por comparación visual con soluciones de concentración de color conocida. Antes de la medición del color es necesario remover la turbidez (Romero, 1996)

La remoción del color es una función del tratamiento del agua y se práctica para hacer un agua adecuada para usos generales o industriales. La determinación del color es importante para evaluar las características del agua,


la fuente del color y la eficiencia del proceso usado para su remoción; cualquier grado de color es objetable por parte del consumidor y su remoción, por lo tanto, es objetivo esencial del tratamiento.

2.2.4 Olor y Sabor Los olores y sabores en el agua frecuentemente ocurren juntos y en general son prácticamente indistinguibles. Muchas pueden ser las causas de los olores y sabores en el agua; entre las más comunes se encuentran la materia orgánica en solución, ácidos sulfhídrico, cloruro de sodio, sulfato de sodio y magnesio, hierro y manganeso, fenoles, aceites, productos de cloro, diferentes especies de algas, hongos y otros. La determinación del olor y el sabor en el agua es útil para evaluar la calidad de la misma y su aceptabilidad por parte del consumidor, para el control de los procesos de una planta y para determinar en muchos casos la fuente de posible contaminación. El ensayo para determinarlos se hace cualitativamente, en muestras seguras para el consumo humano. El método más usado consiste en determinar la relación de dilución a la cual el olor o el sabor es apenas detectable (Romero, 1996). El valor de dicha relación se expresa como número detectable de olor o de sabor.

2.2.5 Temperatura La determinación exacta de la temperatura es importante para diferentes procesos de tratamiento y análisis de laboratorio, puesto que, por ejemplo el grado de saturación de oxígeno disuelto, la actividad biológica y el valor de saturación con carbonato de calcio se relacionan con la temperatura.

2.2.6 Conductividad Eléctrica Específica Es la habilidad de conducir la corriente eléctrica. Es la comparación de la conductividad de 1 cm3 de una sustancia con 1 cm3 de agua pura, que tiene baja conductividad y es un buen aislante.

La conductividad es el inverso de la resistencia eléctrica, por lo tanto sus unidades son los mhos, donde 1 mho = 1/1 ohm. En reportes de laboratorio suele presentarse en micromhos o microsiemens (µS) (1 micromho es igual a un microsiemens) en Sistema Internacional. La conductividad varía directamente proporcional con el aumento de minerales disueltos. Esta propiedad es fácilmente verificable en campo. Aguas con alta conductividad pueden causar corrosión en el hierro y el acero de la tubería de los pozos.

2.2.7 Salinidad Cuando el constituyente principal del agua es el cloruro de sodio y la concentración es alta, se dice que el agua es salina. La salinidad es el número de gramos de sal por kilogramo de muestra; por ello se expresa en mg/L. Formalmente la salinidad se define como los sólidos totales en el agua cuando todos los carbonatos han sido convertidos en óxidos, todos los bromuros y yoduros han sido reemplazados por una cantidad equivalente de cloruros y toda la materia orgánica ha sido oxidada (Romero, 1996). Numéricamente es menor que los sólidos disueltos, o residuo filtrable, y es un valor importante en aguas de mar, subterráneas y ciertos residuos industriales.

22..33 PPRROOPPIIEEDDAADDEESS QQUUÍÍMMIICCAASS DDEELL AAGGUUAA

2.3.1 Dureza Es la capacidad del agua para producir espuma, es decir es la medida del consumo de jabón (detergente) del agua. Los minerales removidos por el jabón se vuelven espuma (Romero, 1996). Esta propiedad es causada por los iones metálicos divalentes, es decir los cationes de Calcio (Ca+) y Magnesio (Mg++). Esta propiedad es muy importante en acuíferos cársticos que tienen la característica de formarse en rocas carbónicas como la dolomita y la caliza, lo cual, hace que se diluyan rocas formando carbonatos y bicarbonatos.


La dureza se puede clasificar en dos grandes grupos: la carbonatada y la no carbonatada. La dureza carbonatada es también llamada temporal, porque se remueve con evaporación y precipitado del calcio y del magnesio. Esta se mide en términos del carbonato de calcio (mg/L). La dureza no carbonatada es igual a la diferencia entre la dureza total y la carbonatada. Esta indica la cantidad de calcio y magnesio combinados con sulfatos, cloruros, nitratos y algunas veces hierro; esta clase de dureza no se puede remover por evaporación. Un agua se puede clasificar como dura o blanda según la normativa. Para efectos prácticos aguas con dureza menor de 50 mg/L son consideradas blanda, con dureza entre los 50 y los 150 mg/L, son de uso no objetable, y para durezas mayores de 150 mg/L se consideran duras. La concentración de carbonato de calcio es cinco veces mayor que la de carbonato de Magnesio (Driscoll, 1986). Las aguas duras pueden causar incrustaciones de partículas en las paredes del pozo, y ponerlo fuera de funcionamiento. Existen problemas con los pozos perforados en rocas carbónicas porque la reducción de presiones causa la liberación de gas CO2 que al reaccionar con el Magnesio y el Calcio, forman capas de carbonatos; esto hace que se produzcan pérdidas en la eficiencia, o el abandono del pozo en períodos inferiores a 3 años.

2.3.2 Alcalinidad La alcalinidad del agua puede definirse como la capacidad del agua para neutralizar ácidos, para reaccionar con iones hidrógeno, para aceptar protones, o como la medida del contenido total de sustancias alcalinas (OH–). La determinación de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad es importante en los procesos de coagulación química, ablandamiento, control de corrosión y evaluación de la capacidad tampona de un agua. En el ablandamiento de un agua por métodos de precipitación, la alcalinidad es un dato necesario para el cálculo de la cantidad de cal y carbonato de sodio necesaria para el proceso. En aguas naturales la alcalinidad es debida generalmente a la presencia de tres clases de compuestos: bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos.

En algunas aguas es posible encontrar otras clases de compuestos (boratos, silicatos y fosfatos) que contribuyen a su alcalinidad; sin embargo en la práctica la contribución de estos es insignificante y puede ignorarse. La alcalinidad del agua puede determinarse por titulación con ácido sulfúrico 0.02 N y se expresa como mg/L de carbonato de calcio equivalente a la alcalinidad determinada. Los iones H+ procedentes de la solución 0.02 N de H2So4 neutralizan los iones de OH- libres y los disociados por concepto de la hidrólisis de carbonatos y bicarbonatos (Romero, 1996).

2.3.3 Acidez La acidez de un agua puede definirse como su capacidad para neutralizar bases, para reaccionar con iones hidróxilo, para ceder protones, o como la medida de su contenido total de sustancias ácidas. Si el agua subterránea es ácida tendría que corroer las partes metálicas del pozo y del sistema de bombeo. La determinación de la acidez es de importancia en ingeniería sanitaria debido a las características corrosivas de las aguas ácidas y al costo que supone la remoción y el control de sustancias que producen corrosión. El factor de corrosión en la mayoría de las aguas es el dióxido de carbono, especialmente cuando está acompañado de oxígeno, pero en residuos industriales es la acidez mineral. El contenido de dióxido de carbono es también un factor importante, por la presencia de iones H+ libres, por la presencia de acidez mineral proveniente de los ácidos fuertes como el sulfhídrico, nítrico, clorhídrico, etc., y por la hidrolización de sales de ácido fuerte y base débil (Romero, 1996). La causa más común de acidez en aguas es el CO2, el cual puede estar disuelto en el agua como resultado de las reacciones de los coagulantes químicos usados en el tratamiento o de la oxidación de la materia orgánica, o por disolución del dióxido de carbono atmosférico. El dióxido de carbono es un gas incoloro, no combustible, 1.53 veces más pesado que el aire, ligeramente soluble en agua.


2.3.4 Potencial de Hidrógeno. pH Este término es usado universalmente para referirse a la intensidad de la condición de acidez o alcalinidad de una solución (Sawyer, 1978). Esta propiedad se calcula con una expresión logarítmica. En el agua subterránea tiende a ser balanceado, pues en ella es difícil encontrar minerales libres. Se mide en una escala de 0 a 14, donde 7 es el límite de neutralidad. Valores de pH menores de 7 se consideran ácidos y mayores de 7 alcalinos. El pH se mide con sustancias, con aditamentos como el papel universal o el papel tornasol y con aparatos llamados pHmetros.

[ ]-

-2

OH -logpH donde

OHHHOHOH

=

+== +

Al variar el pH por el bombeo para una extensión inferior, cambios de temperatura, o gases que puedan escapar, puesto que las propiedades químicas del agua subterránea son muy sensibles con el ambiente, se pueden ver afectadas las rejillas de los pozos.

22..44 CCOONNSSTTIITTUUYYEENNTTEESS QQUUÍÍMMIICCOOSS § Hierro y Manganeso:

Tanto el hierro como el manganeso crean problemas en suministros de agua (Romero, 1996). En general estos problemas son más comunes en aguas subterráneas y en aguas de hipolimnio anaeróbico de lagos estratificados. El hierro existe en suelos y minerales principalmente como óxido férrico insoluble y sulfuro de hierro (FeS2, pirita). En algunas áreas se presenta también como carbonato ferroso (siderita), la cual es muy poco soluble. Como las aguas subterráneas contienen cantidades apreciables de CO2, producidas por la oxidación bacterial de la materia orgánica con la cual el agua entra en contacto, se puede disolver cantidades apreciables de carbonato ferroso. Sin embargo, los problemas con el hierro predominan cuando éste está presente en el suelo como compuestos férricos insolubles. Si existe oxígeno disuelto en el agua, la solución del hierro en tales suelos con el agua no ocurre, aún en presencia del suficiente CO2, pero en condiciones anaeróbicas, el hierro férrico es reducido a hierro ferroso y la solución ocurre sin dificultad. Las aguas subterráneas que contienen cantidades apreciables de hierro o, manganeso carecen siempre de Oxígeno disuelto y poseen un alto contenido de Co2. El hierro y el manganeso están presentes como Fe++ y Mn++. El alto contenido de CO2 indica que ha existido oxidación bacterial de la materia orgánica; la ausencia de oxígeno disuelto indica que se han desarrollado condiciones anaeróbicas. A los pozos que producen agua de buena calidad, con bajo contenido de hierro y manganeso, se les deteriora la calidad del agua cuando se han descargado residuos orgánicos sobre el suelo alrededor del pozo y se generan condiciones anaeróbicas.

§ Sílice: La sílice se encuentra en forma de partículas finas, coloides y en forma iónica como silicatos. La sílice forma incrustaciones indeseables de silicato de magnesio y calcio en calderas de alta presión y deposita incrustaciones duras vítreas sobre los álabes de las turbinas a vapor. La remoción de sílice se efectúa mediante resinas de intercambio aniónico o por destilación. Algunas veces se usa precipitación con óxido de magnesio conjuntamente con ablandamiento por medio de cal–soda.

§ Cloruros: El ion cloruro es una de las especies de cloro de importancia en aguas. Las aguas subterráneas en áreas adyacentes al océano están en equilibrio hidrostático con el agua de mar. Un sobrebombeo de las aguas


subterráneas produce una diferencia de cabeza hidrostática a favor del agua de mar haciendo que ésta se introduzca en el área de agua dulce.

§ Fluoruros:

El ingeniero tiene un doble interés en la determinación de fluoruros; por una parte es responsable del diseño y operación de unidades de tratamiento para remoción de fluoruros, en aguas que contienen cantidades excesivas y por otra parte, es responsable supervisar y fomentar la adición de fluoruros en dosis óptimas a los suministros de agua para la salud dental de la población. La mayoría de los fluoruros son de baja solubilidad; por ello la concentración de fluoruros en aguas naturales es normalmente baja, generalmente menor de 1 mg/L en aguas superficiales, raras veces mayor de 10 mg/L y excepcionalmente más de 50 mg/L.

§ Grupo del Nitrógeno:

Los compuestos del nitrógeno son de gran interés para los ingenieros ambientales debido a su importancia en los procesos vitales de todas las plantas y animales. La química del nitrógeno es compleja debido a los varios estados de valencia que puede asumir el elemento y al hecho que los cambios en valencia pueden ser efectuados por organismos vivos. Para añadir aún más interés, los cambios de valencia efectuados por las bacterias pueden ser positivos o negativos, según si las condiciones son anaerobias o anaerobias. Las formas de mayor interés del nitrógeno son: nitrógeno amoniacal, nitrógeno de nitritos, nitrógeno de nitratos y nitrógeno orgánico.

§ Grupo del Azufre:

Tanto en la purificación de aguas como en el tratamiento de aguas residuales se presentan diferentes formas químicas del azufre que son de interés. Estás son: sulfatos, sulfuros y sulfitos.

Según Doménico (1990), la química del agua subterránea varía con la profundidad de las cuencas sedimentarias. En la parte alta, existen grandes movimientos de aguas que remueven sales minerales por la disolución de las rocas, provocando que existan pocos sólidos disueltos y sus contenidos sean altos en bicarbonatos (HCO3). En la parte media, el movimiento es más lento, y el agua gana mayor cantidad de sólidos disueltos, y el ion sulfato (SO4-) es el dominante. En la parte baja, el movimiento es casi nulo, lo que hace que haya una remoción de sales por disolución, además se incrementan los sólidos diluidos. El ion predominante es el ion cloruro (Cl-).

333333...... IIIIII NNNNNN TTTTTT EEEEEE RRRRRR PPPPPP RRRRRR EEEEEE TTTTTT AAAAAA CCCCCC IIIIII OOOOOO NNNNNN GGGGGG EEEEEE OOOOOO QQQQQQ UUUUUU IIIIII MMMMMM IIIIII CCCCCC AAAAAA DDDDDD EEEEEE LLLLLL AAAAAA GGGGGG UUUUUU AAAAAA SSSSSS UUUUUU BBBBBB TTTTTT EEEEEE RRRRRR RRRRRR AAAAAA NNNNNN EEEEEE AAAAAA

Las aguas terrestres tienen dos propiedades muy importantes: salinidad y alcalinidad, las cuales según proporciones relativas dan las características al agua. Como ya se dijo, la salinidad es causada por sales que no son hidrolizadas y la alcalinidad es producida por las bases libres alcalinas causadas por la acción hidrolítica del agua en soluciones de bicarbonatos y en soluciones de otros ácidos débiles (Palmer, 1911). Todos los radicales positivos producen salinidad, pero de los radicales negativos sólo los ácidos fuertes pueden realizar una función similar. Los ácidos más fuertes son los sulfatos, cloruros y nitratos. El valor total de la salinidad es obtenido de duplicar el valor total de los radicales de ácidos fuertes y el valor total de la alcalinidad es obtenido de duplicar los valores de las bases en exceso de los valores de los ácidos fuertes. Los radicales positivos se clasifican en tres grupos, como lo muestra la Tabla Periódica en la Figura 2. Alcalinos (Sodio, Potasio, Litio), que son sales solubles en agua y no causan dureza. Térreos o Alcalinotérreos (Calcio,


Magnesio), que son muchas de sus sales causan la dureza en el agua, y es evitable su solubilidad en el agua. Y el Hidrógeno, cuyas sales ácidas que causan la acidez en el agua.

Figura 2. Tabla Periódica

Los grupos radicales positivos son medidos en la suma de estos tres grupos. Causan las siguientes propiedades en orden de importancia: Salinidad Primaria (Alcali Salinidad), Salinidad Secundaria (Dureza Permanente), Salinidad Terciaria (Acidez), Alcalinidad Primaria (Alcalinidad Permanente) y Alcalinidad Secundaria (Alcalinidad Temporal) Los álcalis son originados por la descomposición de las rocas. Esto determina el carácter de las aguas naturales con referencia a la litología de la región de la cual son derivadas, por su acción solvente en minerales con los cuales llegan a tener contacto, en depósitos sedimentarios que forman comúnmente. Para sus efectos, en procesos industriales y por su acción química en general, el agua subterránea puede ser retratada por un estado de los cinco anteriormente mencionados. El agua es caracterizada por las sales disueltas, es decir como un sistema químico de valores balanceados. Las aguas subterráneas son solución de muchas sales y su carácter químico como todas las soluciones en general, dependen la naturaleza y proporción y de las sustancias contenidas. La interpretación de análisis químico del agua es incierto e insatisfactorio si es basado meramente en la cantidad de radicales determinados. En la química analítica, se consideran propiedades inherentes de los radicales y por eso los análisis de agua deben tener en cuenta la naturaleza química y las cantidades proporcionales de los radicales determinados en una solución de sales mezcladas. No hace falta información concerniente a las cantidades de los varios materiales disueltos en aguas naturales y con las relaciones de sus partes. El principal interés radica en expresar correctamente las relaciones y disociaciones de las verdaderas proporciones de los radicales. Al ingeniero le importan mucho más las propiedades que producen inconvenientes. En 1841 Thomas Clark patentó en Inglaterra un proceso para remover constituyentes problemáticos de las Aguas Duras. El agente de ablandamiento usado por Clark fue agua con cal. La acción dependió de un principio muy simple: la cal en contacto con el agua, volvía insoluble el bicarbonato de calcio presente y lo precipitaba, por lo tanto el constituyente que causaba la dureza, el calcio, era removido conjuntamente con el agente ablandador. En 1847, Clark postuló que al agua debían determinársele dos propiedades: la dureza y la alcalinidad. Estas propiedades son ahora determinadas sin necesidad de encontrar los constituyentes químicos del agua. Logró definir límites asignados de acuerdo a la condición de dureza y alcalinidad. También definió que la totalidad de


las propiedades del agua yacen en estar determinadas por su poder de agente activo, al reaccionar con todos los compuestos y minerales. Esto es importante para el ingeniero porque él da los componentes del agua en términos de cantidades índice, que son las propiedades necesarias para resolver los problemas. Los químicos tienen su atención fija en los pesos físicos de los radicales, los cuales son asumidos como libres e independientes para determinar fácilmente los efectos importantes concernientes a la química del agua, especialmente relacionadas con la geología. La molécula de agua es heteronuclear y los enlaces hidrógeno – oxígeno, son de tipo covalente polar, lo que significa que la molécula posee un momento dipolar grande y una constante dieléctrica elevada que le imprime un gran poder solvente, impidiendo así que las sustancias que se disuelvan en ella conserven sus moléculas intactas. Cuando un soluto se dispersa en el agua, cada extremo de la molécula de la sustancia es atraído por el dipolo de carga opuesta al del agua. Una ventaja de la forma iónica del agua es que en los análisis se asignan pesos directamente a las partes químicamente activas de sustancias disueltas y así se logran construir estructuras imaginarias. El estado de las cantidades de radicales indica sólo la composición química del agua, no su carácter. Los pesos físicos de un radical no son un criterio del valor químico en una sustancia de sales disueltas, tal como existe en el agua. En los análisis químicos se usan los coeficientes de reacción r (miligramos equivalentes de Hidrógeno) para obtener factores puntuales para ser usados en la construcción hipotética de combinaciones. Para un mejor entendimiento de la interacción entre el agua subterránea y los materiales del acuífero, se muestran las diferentes técnicas para encontrar los componentes del agua (Driscoll, 1986). Cinco técnicas son las más comúnmente usadas para reportar los análisis químicos de aguas naturales. Cuatro de ellos son gráficos. La simple técnica de presentar datos en tablas indicando los iones específicos presentes y su relativa concentración absoluta. Collins (1923) presentó el primer método gráfico en el cual la concentración de iones individuales, cationes y aniones son mostrados por tramas o colores en un diagrama de barras. Este es el método más usado por la USGS (Servicio Geológico de los Estado Unidos). Los diagramas de pastel muestran los iones individuales presentes en la muestra de agua y el total de miliequivalente por litro. La escala para el radio del círculo y así el área representativa de la concentración iónica, y las subdivisiones del círculo representan las proporciones individuales de los iones. Los diagramas triangulares son usados para describir datos químicos. Este método propuesto independientemente por Hill (1940) y Piper (1944), muestra las concentraciones relativas de los mayores iones. Otro método es el de Stiff (1951) en el cual con un simple modelo de análisis de pueden revisar formaciones similares de agua sobre grandes áreas. Cuando los datos varían sistemáticamente en el espacio, es muchas veces mejor dibujar las concentraciones u otros parámetros en mapas de secciones transversales. A continuación se presentan más detalladamente estos métodos.

33..11 DDIIAAGGRRAAMMAASS DDEE CCOOLLLLIINNSS El método gráfico en cualquiera de sus versiones es una estupenda ayuda. El método adoptado por la USGS representa el análisis del agua por barras de tamaño proporcional a los miligramos equivalentes de radicales que toman parte en el equilibrio del sistema. La ventaja del método está en el orden de la disposición y en el uso de ciertas combinaciones de colores. La Figura 3 muestra en forma gráfica análisis resumidos. Se hace imperativo el uso de convenciones. En la práctica regular se usan colores asignados según la siguiente relación: § Calcio: rojo § Magnesio: naranja § Cloro: verde claro

§ Sodio: amarillo § Sulfato: azul claro § Bicarbonato: violeta o púrpura


0

20

40

60

80

100

Mil

igra

mo

s eq

uiv

alen

tes

Cl 4 4 4 2

SO4 21 30 23 23

HCO3 75 16 26 75

Na 7 12 40 0

Mg 33 13 3 0

Ca 60 25 10 100

1 2 3 4 5 6 7 8

Figura 3. Diagramas de Barras (Collins, 1923)

Si la sílice es mostrada, se debe representar por un área de color negro arriba de las dos columnas. Los sólidos suspendidos en aguas no filtradas son mostrados con color café o sepia, frecuentemente cambiando el ancho de las columnas de los ácidos y las bases. En el ejemplo se muestran las barras con números impares 1,3,5 y 7 para los cationes y con números pares 2,4,6 y 8 para los aniones. Las Barras 1 y 2 representan un agua cruda, la 3 y la 4 a un agua caliente tratada con alumbre, cal y cenizas para reducir dureza, la 5 y la 6, agua fría para consumo público tratada con cal, alumbre y cenizas, y la 7 y la 8 representan un agua ablandada por un intercambio de silicatos. El potasio está incluido con el sodio, los nitratos con los cloruros y carbonato con los bicarbonatos. Si se desea representar separadamente las cantidades de estos radicales, se trazan líneas negras a través de las áreas en las cuales son incluidas. El inevitable error en el balance de iones podría ser indicado por la desigualdad en la longitud de las columnas de ácidos y básicos; Pero en general es mejor distribuir el error entre el calcio y el bicarbonato, para dejar las columnas del mismo tamaño.

33..22 DDIIAAGGRRAAMMAASS DDEE PPIIPPEERR Este procedimiento gráfico es una herramienta efectiva en la segregación analítica de datos para un estudio crítico con respecto a los orígenes de los constituyentes disueltos en aguas, las modificaciones en el carácter de un agua con el paso a través de un área y problemas geoquímicos relacionados. Este procedimiento está basado en el diagrama múltiple triangular mostrado en la Figura 4, cuya forma fue gradual e independientemente desarrollada durante mucho años. Ningún diagrama describe tan bien los problemas geoquímicos. Muchos problemas de interpretación pueden ser resueltos sólo por un concienzudo estudio de análisis crítico de datos. De cierta manera parte es análogo a la carta geoquímica de Hill y al diagrama de clasificación de Langelier y Ludwing. La Figura 5 muestra diagramas que son una imagen espejo, los cuales hasta 1942 fueron usados ampliamente por muchos profesionales, y de esta manera surgieron críticas que llevaron a los actuales diagramas de Piper. El agua contiene constituyentes disueltos, cationes (metales o bases) y aniones (radicales ácidos) en equilibrio químico los unos con los otros. Comúnmente las aguas contienen algo de sílice, hierro y aluminio, pero esos


constituyentes son usualmente coloides como óxidos y no son parte del equilibrio químico con los constituyentes ionizados. Así en términos generales, el agua natural puede ser tratada en términos de variables, de tres cationes y tres aniones, y porque el subtotal de sus cationes y aniones, son cada uno el 50% del total del valor reactivo, el carácter químico esencial del agua puede ser indicado gráficamente en el triángulo.

3.2.1 Método de Dibujo Como se ilustra en las Figuras 4 y 6, el diagrama combina tres campos de dibujo: dos triangulares abajo, a la izquierda y a la derecha, con escalas en porcentaje, hasta 50% en cada uno. En medio hay un rombo (diamante), con escalas en porcentajes, hasta el 100%. En el triángulo izquierdo van los tres grupos de cationes (Ca, Mg y Na) y en el de la derecha, los tres grupos de aniones (HCO3, SO4, Cl), dibujados en cada vértice. Así, dos puntos del diagrama, (uno en cada triángulo), indican la concentración relativa de los sólidos disueltos constituyentes del agua natural. El rombo central muestra todas las características químicas del agua; en él se indica la composición relativa del agua en términos de los cationes y aniones, que corresponden a los cuatro vértices del rombo. Los tres esquemas (dos triángulos y un rombo) del dibujo muestran el carácter químico esencial del agua de acuerdo a la concentración relativa de sus constituyentes, pero no muestran las concentraciones absolutas. Como las concentraciones absolutas comúnmente son decisivas en muchos problemas de interpretación es conveniente indicar en el dibujo un campo central representado por un círculo cuya área es proporcional a la concentración absoluta de todos los iones del agua. La Figura 4 muestra dichos dibujos para aguas muy diferentes. El rombo se puede dividir en dos triángulos imaginarios, trazando su diagonal menor (horizontal), y al interceptar dos proyecciones en el rombo se obtienen varias conclusiones. Si se interceptan las proyecciones en el triángulo de abajo, el agua tiene alcalinidad primaria (A1), alcalinidad secundaria (A2) y salinidad primaria (S1), como lo muestra la Figura 5. Análogamente si los rayos se interceptan en el triángulo superior el agua tiene salinidad secundaria (S2) en vez de alcalinidad primaria (A1).

3.2.2 Diferenciación de Tipos de Agua Los diferentes tipos de agua se pueden rápidamente discriminar si la ubicación de sus componentes está en cierta porción del área del rombo de la Figura 5. 1. Los alcalinotérreos exceden a los alcalinos 2. Los alcalinos exceden a los alcalinotérreos 3. Los ácidos débiles exceden a los ácidos fuertes 4. Los ácidos fuertes exceden a los ácidos débiles 5. La alcalinidad secundaria (dureza carbonatada) es mayor del 50% con propiedades químicas dominadas por

alcalino térreos y ácidos débiles 6. La salinidad secundaria (dureza no carbonatada) supera el 50% 7. La salinidad primaria (alcalinidad no carbonatada) sobrepasa del 50% con propiedades químicas que son

dominadas por álcalis y ácidos fuertes. El agua del océano cabe en toda esta área cerca del vértice derecho.

8. Alcalinidad Primaria (Alcalinidad Carbonatada) excede el 50 %. Las aguas son blandas en proporción con su contenido de sólidos disueltos.

9. Ninguno de los pares anión catión en la clasificación de PALMER supera el 50%. Palmer y Hill, designaron el agua por una clasificación binomial, escrito en forma decimal, con dos términos, donde el primero indica la dureza entre las bases y el segundo es el porcentaje de bicarbonato (y carbonato, sí está presente) entre los ácidos. Por ejemplo un agua clasificada como 64.82, indica que la dureza es causada por el 64% de todas las bases, en términos de valores de reacción equivalentes, y que el 82% de los ácidos son débiles.


Figura 4. Diagrama de Piper. Piper (1944)

Figura 5. Método de dibujo y caracterización del agua. Piper (1944)


3.2.3 Mezcla de Aguas Muchos problemas hidrológicos involucran mezclas aparentes de aguas; en estos, el investigador debe confirmar o descartar dicha muestra. La solución al problema es usar el diagrama como lo muestra a la Figura 7. En esta gráfica se muestra que si la línea une las características químicas A y B, el punto M representa el punto de mezcla de cualquier proporción, por ejemplo la invasión de agua del océano al acuífero.

33..33 DDIIAAGGRRAAMMAASS DDEE SSTTIIFFFF Los diagramas de Stiff son un procedimiento gráfico con muchas ventajas; son ampliamente usados en la solución de problemas encontrados en la producción de petróleo. Este sistema presenta una mejor imagen del total de la concentración de sales que todos los otros métodos gráficos así como los efectos de dilución o concentración han sido reducidos al mínimo y al mismo tiempo mejorar la distinción entre variados tipos de agua. El sistema es extremadamente versátil y muy simple de dibujar en papel ordinario. Lo esencial del método lo muestra la Figura 8; Las líneas se extienden horizontalmente a izquierda y derecha de la línea vertical que indica concentración cero. Los iones positivos se dibujan a la izquierda mientras que a la derecha se dibujan los negativos. Estos gráficos presentan la alternativa de alterar la escala de los iones de sodio y cloro, 10 veces menor para mostrar en el mismo gráfico todos los componentes. Por conveniencia, todas las sales (sodio, potasio, litio) se representan con el sodio. La unidad química utilizada es el mg/L. Para realizar el modelo se colocan adecuadamente los puntos que indican las constituyentes del agua; luego se unen los puntos como lo muestra la Figura 9. La Figura 10 muestra patrones típicos de algunos tipos de aguas. La disponibilidad de escala variada hace posible seleccionar en donde se enfatizan diferencias y similitudes de las diferentes muestras de aguas estudiadas. Otra ventaja es su simplicidad, pues el modelo puede construido por cualquier persona en papel ordinario. Este método tiene diversas aplicaciones dentro de las que vale rescatar: problemas de trazado de líneas de corriente, pruebas de perforación y detección de aguas foráneas y la determinación de su origen.

Figura 6 Análisis Químico. Piper (1944)

B, Clasificación de Palmer C, Constituyentes Subordinados

A, Dibujo estándar Campo de Cationes Campo de Aniones


En conclusión este método ofrece un muy simple y práctico medio de caracterización, comparación y correlación de aguas subterráneas. Es particularmente útil para la solución de problemas en la producción de petróleo, pero puede ser usado ventajosamente en el estudio de análisis de agua.

Figura 7 Mezcla de agua. Piper (1944)

A. Separación del sulfato de calcioen fase sólida

B, Reducción del sulfato

C, Ablandamiento por el intercambio de bases D, Reacción química y separación de la fase sólida

Na 100

Ca 10

Mg10

Fe 10

Cl 100

HCO3 10

SO4 10

CO3 10

0 5 10 10

5

ESCALA EN MEQ/L

Figura 8 Esquema Básico del Diagrama de STIFF

Na 100

Ca10

Mg10

Fe 10

Cl 100

HCO3 10

SO4 10

CO3 10

0 5 10 10 5

ESCALA EN MEQ/L

Figura 9 Dibujo de Puntos


3.3.1 Aplicaciones Las aplicaciones de los son muy diversas. El sistema facilitará la solución de casi todos los problemas, en el análisis de muestras de agua subterránea. Los siguientes ejemplos ilustran la aplicación de varios problemas encontrados. En la Figura 11, se analizan diferentes muestras de agua de un campo petrolero, notándose claramente, que la zona posee las mismas características. La Figura 12, ilustra como se pueden usar los diagramas como trazador, mostrando la influencia de la contaminación de la laguna en el pozo de agua fresca. También se puede usar para comparar patrones conocidos, con muestras de pozos en perforación, como se ve en la Figura 13. Otro uso es la determinación de aguas foráneas y su origen en un pozo. La Figura 14 presenta los patrones usados para esta estipulación.

LAGUNA PIEZÓMETRO A PIEZÓMETRO B

POZO DE AGUA FRESCA

Figura 11 Caracterización del Acuífero. (Stiff, 1951) Figura 12 Análisis como trazador. (Stiff, 1951)

CAMPO STOLTENBERG

CAMPO ST JOHN

CAMPO BLOOMER

CAMPO DRACH ESCALA (meq / L)

Figura 10 Diferentes tipos de Agua. (Stiff,1951)

AGUA FRESCA AGUA DE MAR AGUA DE CAMPO PETROLERO

AGUA DE CAMPO PETROLERO CON

EXCESO DE SULFUROS

AGUA DE CAMPO

PETROLERO ESCALA (MEQ / L)

AGUA DE CAMPO

PETROLERO


444444...... TTTTTT RRRRRR AAAAAA ZZZZZZ AAAAAA DDDDDD OOOOOO RRRRRR EEEEEE SSSSSS Con el nombre de trazador se conoce en hidrología, a cualquier sustancia que incorporada a la masa de agua, permita investigar, el comportamiento de esta en el medio que le contiene. Se está utilizando trazadores específicamente adicionados al medio por el investigador, o trazadores ambientales que existen en forma natural en el agua o con incorporados por fenómenos continuos o esporádicos (Rodríguez, 1996). La IAEA, define un trazador como una población de elementos detectables o medibles, los cuales se asocian en forma natural o artificial con una población principal de un proceso en estudio, entregando información de éste. Así, la aplicación de trazadores es una técnica para obtener información sobre un sistema o sobre alguna parte de un sistema mediante observación del comportamiento de la sustancia específica que es el trazador. En general la información proporcionada por el flujo de trazador permite establecer una relación entre éste y el flujo de población principal. Una población es un conjunto de elementos que tienen un flujo de materia común y que interactuando pueden afectar dicho flujo. Un trazador debe cumplir con dos requisitos fundamentales: comportarse en forma similar o igual a la materia de la población principal y tener por lo menos una propiedad que lo distinga de la materia de la población principal, de forma tal, que sea fácilmente detectable en presencia de los otros materiales (Cuevas y otros, 1994). Rodríguez, (1996) clasifica los trazadores en: colorantes (fluorescencia, rodamina, eosina, rojo de congo, azul de metileno, dicromato potásico y otros), mecánicos (esporas), bacterias, químicos (cloruro de calcio, cloruro de sodio, cloruro de amonio y otras sales) e isótopos (radioactivos, activables y estables). Los requerimientos básicos de un trazador deben ser los siguientes: Debe ser completamente soluble y estable en agua; esta condición es necesaria como quiera que el trazador debe tener el mismo comportamiento de la masa de agua y exige a su vez las siguientes condiciones. No debe ser absorbible por el medio y no debe sufrir reacciones químicas o intercambios iónicos con el medio. Debe ser inmune a la destrucción o cambio por microorganismos. La cantidad de trazador utilizada no debe modificar significativamente la densidad, viscosidad o temperatura del agua, para que no se alteren las condiciones naturales del flujo y además debe comportarse de la misma forma que el material sujeto a investigación, aplicarse sin introducir perturbaciones al sistema, ser fácilmente detectable en bajas concentraciones y en forma inequívoca. Debe estar ausente del medio natural o presente sólo en cantidades tan pequeñas que no interfiera los resultados, por lo tanto no debe ser tóxico al hombre, animales o plantas. Debe ser fácilmente identificable y mensurable, preferiblemente en concentraciones muy bajas y no debe contaminar el medio durante largos períodos de tiempo, para que no interfiera en futuras experiencias. Debe ser de bajo costo, fácil manipulación y disponibilidad, lo que implica que su detección debe ser fácil y económica.

POZO 3

ESCALA (meq / L)

POZO 1 PATRON NORMAL

POZO 1 - FORMACIÓN A ENTRADA DE AGUA FORÁNEA AL POZO 1 - FORMACIÓN A

PATRON NORMAL POZO 2 - FORMACIÓN B

PATRONES PRODUCIDOS POR VARIAS MEZCLAS DE AGUA DE FORMACIONES A Y B

ESCALA (MEQ/L) PATRON DEL POZO 1

DESPUÉS DE LOS TRABAJOS

Figura 13 Análisis de Pruebas de Bombeo (Stiff, 1951) Figura 14 Detección de Aguas Foráneas (Stiff, 1951)


No existe trazador que cumpla a la perfección todas estas condiciones pero unos se acercan a estos más que otros. Debido a la gran diversidad de condiciones no es posible seleccionar un trazador universal y en cada experiencia debe optarse por el más adecuado, de acuerdo con la naturaleza del estudio y las características del medio. Además de su aplicación en la determinación de dirección y velocidad del flujo, los trazadores pueden utilizarse para: Estudiar interconexiones, identificar el origen de aguas subterráneas y zonas de recarga, determinar la edad del agua subterránea, determinar las propiedades de los acuíferos tales como: conductividad hidráulica, transmisividad, porosidad, dispersividad y otras.

44..11 GGEEOOQQUUÍÍMMIICCAA IISSOOTTÓÓPPIICCAA Desde su sentido más amplio, la Geoquímica Isotópica es una disciplina de las Ciencias de la Tierra altamente diversificada y capaz de contribuir en gran manera a la solución de una amplia variedad de problemas. Está basada, tanto desde un punto de vista general, como desde los isótopos estables en particular, en el estudio de las diferentes relaciones isotópicas de los elementos que forman parte de los compuestos de la corteza terrestre y el agua.

4.1.1 Radioactividad Todo elemento químico está definido por su número de protones y neutrones localizados en el núcleo, y el número de electrones en la corteza, responsables de sus propiedades químicas. Siempre el número de protones va a ser igual al de electrones, y la suma de protones y neutrones constituyen la masa atómica. Pues bien, un elemento dado puede presentar un número variable de neutrones en el núcleo, y por tanto diferentes masas atómicas, dando lugar a los distintos isótopos de dicho elemento, que tendrán entre sí propiedades muy similares pero no idénticas. El estudio de las ligeras diferencias entre las propiedades físicas y químicas de los isótopos de un elemento ha progresado paralelamente al desarrollo de las técnicas nucleares, y más concretamente a la espectrometría de masas. Los isótopos pueden ser estables e inestables o radiactivos. Estos últimos son aquellos que por desintegración dan lugar a otro isótopo produciéndose una cadena radiactiva que siempre va a terminar en un isótopo estable. Los isótopos estables son aquellos que presentan un período de desintegración tan elevado que no es posible medirlo. Algunos de los isótopos sufren transformaciones nucleares naturales con la emisión de radiaciones conocidas como radioactividad. Estos isótopos son llamados radioisótopos o inestables. Debido a la diferencia de masa entre los isótopos, el contenido isotópico de un elemento puede cambiar a partir de diferentes procesos físicos y químicos que se produzcan en la naturaleza como pueden ser procesos de evaporación, condensación, precipitación, difusión o cristalización, por citar algunos, y además se ve afectado por efectos tales como variación en la presión, en la estructura cristalina del compuesto del que forman parte, en la composición química y fundamentalmente de la temperatura. A esta variación en el contenido isotópico de un elemento es a lo que se denomina fraccionamiento isotópico, y se representa por la letra griega α.

4.1.2 Ley del decaimiento radiactivo El proceso de emisión de radiaciones o radioactividad es llamado desintegración o decaimiento radioactivo; es espontáneo y no puede ser modificado por influencias externas. Dicho proceso obedece una ley exponencial (Figura 15) y la intensidad de decaimiento para cualquier radioisótopo es proporcional al número de átomos existentes, expresado matemáticamente:

ët0eNN −= [1]


Donde: N es el número de átomos presentes t es el tiempo de análisis

λ es la constante de decaimiento [1/T]

Figura 4.1CURVA DE DECAIMIENTO

N = N0 e-0.6931t

1 2 3 4 5

Tiempo, t

Núm

ero

de

Áto

mos

Figura 15 Ley de decaimiento radioactivo

Cabe resaltarse que el tiempo requerido de caída a la mitad de la concentración, es independiente del número de átomos iniciales; este tiempo es definido como la vida media y es característica de cada uno de los átomos. En conclusión, la ley del decaimiento radioactivo es la relación en la cual se basa la datación, o la determinación de edades de los átomos. La radioactividad se suele medir en curios (Ci), la cual es la tasa a la que se desintegra un gramo del elemento Radio. Un curio es igual a 3.7 x 1010 dps (desintegraciones por segundo).

4.1.3 Isótopos Ambientales Son aquellos isótopos que existen en forma natural en el medio ambiente. En este grupo se encuentran los isótopos pesados del Hidrógeno y el Oxígeno, en las moléculas del agua, el Tritio, el Carbono 14 y el Silicio 32. Se consideran también isótopos ambientales, los radioisótopos producidos por el hombre y liberados en la atmósfera como consecuencia de las explosiones nucleares. Los isótopos ambientales se pueden clasificar así: § Isótopos estables:

Los principales son el Deuterio (H2 o D), con una concentración promedia en agua de 320 mg/L y el Oxígeno 18 (18O) con 2000 mg/L. La variación de estos isótopos se mide con un espectrómetro de masas. Cada vez que el agua cambia de estado de condensación o evaporación ocurre un fraccionamiento isotópico, ya que estos 18º y el H2 tienen menor presión de vapor. Este fraccionamiento es también particularmente sensible a la temperatura en el momento de la condensación: a menor temperatura, menor concentración de isótopos pesados en la precipitación; fenómeno que origina una variación con la latitud, en tal forma que la precipitación ocurrida en tierras bajas, muestra mayor concentración de estos isótopos que las originadas en las altas montañas. § Radioisótopos (Isótopos inestables): Debido a la emisión de radiaciones (radioactividad), algunos isótopos sufren transformaciones nucleares naturales, a estos se les denomina Radioisótopos, y los más comunes son:


§ Tritio: (T o H3) El tritio es el isótopo radioactivo del hidrógeno que emite partículas β en su proceso de decaimiento radioactivo con una vida media de 12.26 años. El tritio originado en la atmósfera cae con la lluvia marcando en forma natural el agua del ciclo hidrológico; de esta forma el tritio se encuentra no sólo en el agua de precipitación, sino en los lagos, ríos y fuentes de agua superficial.

§ Carbono 14: (C14) El carbono 14 es un es un isótopo radioactivo del Carbono y tiene una vida

media de 5.568 años. En forma análoga al tritio se produce con la interacción de los rayos cósmicos en las altas capas de la atmósfera, o como desecho de detonación de dispositivos nucleares fabricados por el hombre. El contenido de Carbono 14 en el agua subterránea es la medida del tiempo transcurrido desde que esta dejó la zona de aireación. Antes de ser analizado, el Carbono 14 debe ser concentrado a partir de una muestra de agua de 100 a 200 litros para obtener de 6 a 8 gramos de carbono.

§ Radioisótopos en las Rocas: varios radioisótopos se encuentran en pequeñas cantidades en los

minerales y rocas que forman la corteza terrestre. Estos son los radioisótopos primarios (Potasio 40 K40, Rubidio 87 Rb87, Torio 232 Th232, Uranio 235 U235) y los radioisótopos secundarios (Radón 222 Rn222 y Radio 226 Ra226), (Rodríguez, 1996).

La composición isotópica de una muestra de agua se modifica durante la evolución a través del ciclo hidrológico. Con el objeto de expresar de forma homogénea las variaciones de la relación isotópica, no se presenta en términos absolutos, sino como la desviación por mil con referencia a un parámetro llamado SMOW (Standard Mean Ocean Water, Parámetro Medio de Agua de Mar). Los datos son expresados generalmente en unidades de desviación δ (delta). En general la composición isotópica del agua de mar es muy uniforme, es decir δmar=0. La composición isotópica se mide con la siguiente ecuación:

SMOW

SMOW

RR-R

=δ

En donde R se refiere a la relación de los isótopos D/H u O18/O16.

4.1.4 Isótopos Artificiales Los isótopos artificiales se preparan bombardeando elementos estables con partículas nucleares. Esto se hace en reactores nucleares o en generadores de neutrones. El núcleo del elemento bombardeado, captura un neutrón dando nacimiento a un radioisótopo de ese elemento que comienza a emitir radiaciones. En algunos casos el proceso de captura del neutrón es seguido por la emisión de otras partículas nucleares dando origen a un radioisótopo de un elemento distinto al elemento bombardeado. El empleo de radioisótopos artificiales exige el que se tengan en cuenta consideraciones de salud y seguridad. El principio básico a seguir es que las cantidades presentes en el área de investigación deben limitarse a las concentraciones máximas permisibles. Hoy en día están seriamente cuestionados, como el uso de la energía nuclear. El factor más importante en la escogencia de un trazador es su apropiada característica química para el propósito buscado. Los trazadores para agua en movimiento, especialmente agua subterránea, no deben reaccionar con la matriz o minerales de las rocas. El trazador ideal debe seguir el comportamiento de la masa de agua con el cual está mezclado, con un alto grado de fidelidad. En este aspecto, el agua tritiada es considerada como un trazador ideal. Algunas veces, sin embargo se exige la selección de un trazador que sea fuertemente absorbido por la matriz sólida, como en los estudios de filtraciones en embalses y transporte de sedimentos. Preferencialmente, la vida media de un trazador radioactivo, debe ser tal que después de terminar el experimento, el radioisótopo pierda “toda” su actividad.


El tipo y el nivel de energía de las radiaciones emitidas, determinan la sensibilidad de la detección, de las concentraciones requeridas y el tipo de instrumentos que deben usarse. El tritio, por ejemplo, aunque es considerado como trazador ideal por sus propiedades químicas, no puede ser analizado en campo con bajas concentraciones y tiene que ser llevado al laboratorio.

44..22 UUSSOOSS DDEE LLOOSS IISSÓÓTTOOPPOOSS La mayor limitación del uso del trazador en la medición de caudales está en la posibilidad de que el trazador sea absorbido por el material en suspensión, o por el lecho del río. El problema superado completamente si se utiliza cualquier elemento o sustancia que no sufra absorción como el Yodo 131, el Bromo 82, el Oro 198 o el Sodio 24. Aparte del problema de absorción la escogencia de un trazador para la medición de caudales debe tener en cuenta los siguientes factores: Estabilidad y Solubilidad en el agua, vida media, tipo y energía de la radiación emitida, concentración máxima permisible en el agua para uso doméstico y la actividad específica A, máxima disponible.

4.2.1 Aguas Superficiales La medición de caudales es un problema fundamental en muchos de los campos de la ingeniería. Existen varios métodos, pero cada uno de ellos sirve para un caso en especial y se aplica en intervalos especiales. Se presentan dos métodos isotópicos para medir caudales aplicables a cualquier tipo de conducto (cerrado o abierto), para los cuales no hay necesidad de medir áreas, ni niveles de presión hidrostática. Estos métodos son útiles para medir desde pequeñas filtraciones hasta grandes descargas de ríos caudalosos. § Principio del Método del Conteo Total: Se mezcla en la corriente una cantidad conocida A en milicurios (mCi), de trazador. En la corriente se coloca un contador a cierta distancia aguas abajo del sitio de inyección y sus impulsos se registran en un escalímetro a medida que pasa el trazador. El número de impulsos N, será proporcional a la cantidad de trazador A. Sí el caudal (y por lo tanto la velocidad) aumenta, el trazador está menos tiempo en las proximidades del contador y el número de impulsos N decrece proporcionalmente. De esta forma, el conteo total N, es inversamente proporcional al caudal. El caudal se encuentra con la siguiente ecuación:

NA

FQ = [2]

donde F es un factor de calibración característico del isótopo, del contador y de la relación geométrica entre el contador y la corriente, pero es muy fácil de determinar en forma experimental en laboratorio. En general, el radiotrazador es introducido dentro de la corriente del fluido para obtener la respuesta o la variación de la actividad en el fluido en uno o más puntos de control ubicados aguas abajo, como se nota en la Figura 16.

§ Método del Muestreo Continúo:

Un volumen V de solución de radioisótopo de concentración C1 se inyecta instantáneamente en el conducto. La concentración C2 en el punto de muestreo será variable y función del tiempo. Teniendo en cuenta que la cantidad de radioisótopo inyectada es la misma que pasa por el sitio de muestreo. Por la ley de conservación de masa se tiene:


Figura 16. Determinación de los parámetros hidráulicos de Ríos. INEA, 1991

∫= dVCVC 211

Recordando que: dt QdVt Q VSí =∴=

Por lo tanto:

∫∫ == dtCQdt Q CVC 2211

Definiendo

11VCA =

∫=

dtCA

Q2

[3]

Donde A es la actividad, es decir la cantidad de radioisótopos inyectados.

Para evaluar la descarga simplemente hay que determinar la cantidad de isótopo inyectado y evaluar la integral.

4.2.2 Agua Subterránea Los trazadores tienen aplicación en la zona no saturada para determinar el contenido de la humedad del suelo y el movimiento del agua en el suelo. En la zona saturada se usan para: determinar origen y distribución del agua, medir las constantes características de los acuíferos: Porosidad, Permeabilidad y Transmisibilidad, determinación del flujo subterráneo en un pozo, medición del flujo vertical en un pozo, cálculo de la velocidad del agua subterránea, estratificación y medición de los acuíferos, estratificación del agua en el subsuelo (Química, Geología, Hidráulica), como se muestra en la Figura 17. Además se puede determinar la cronología y datación del agua subterránea, es decir cuando se recarga el acuífero y cada cuanto tiempo se realiza.


Figura 17 Determinación de los parámetros hidrogeológicos de acuíferos. INEA, 1991

4.2.3 Interrelación Aguas Superficiales – Aguas Subterráneas § Infiltración y Recarga de Acuíferos

La recarga es un aspecto muy importante en Hidrogeología. Si la extracción de agua subterránea excede la recarga promedio, las reservas de agua se disipan y pueden llegar a agotarse. Los estudios de planeación y desarrollo de una cuenca hidrogeológica exigen un buen conocimiento del mecanismo y volumen de recarga anual en la cuenca. Los métodos clásicos directos para la estimación de la recarga del agua subterránea son la medición del nivel de la superficie freática en pozos de observación y empleo de lisímetros. Las principales técnicas isotópicas para la determinación de la recarga son la marcación del agua del suelo con tritio artificial y la deducción del promedio de la recarga a partir de 1962 con base en el contenido de tritio en el perfil del terreno (Rodríguez, 1996).

§ Flujo a través de fracturas, aberturas y conductos subterráneos

El agua subterránea en rocas fracturadas presenta casos especiales en donde la capacidad de infiltración es grande y concentrada como en las dolinas, características de las calizas. En estos casos es necesario establecer la conexión entre dolinas, manantiales y pozos y estudiar la dinámica del agua subterránea, el tiempo de tránsito, el almacenamiento, etc. Varios tipos de trazadores, colorantes y sales, se han empleado en muchos casos, pero específicamente los radiotrazadores presentan grandes ventajas por su fidelidad y alta sensibilidad de detección. El uso de isótopos es muy sencillo; consiste en aplicar una cierta cantidad de radiotrazador (Ao), en un punto de inicio escogido, para luego medir las descargas en los puntos finales para realizar la curva de concentración contra tiempo, necesaria para calcular la concentración final con la siguiente expresión:

∫∞

=0

dtCQA

[4]

§ Interrelación Agua Salada – Agua Dulce

El agua salada se presenta en la naturaleza principalmente en los océanos, en cuencas de drenaje interno e aguas innatas de los acuíferos y en los depósitos salinos solubles. Es poco el interés que se tiene por el


agua salada para uso doméstico e industrial, pero cuando invade o se mezcla con agua dulce, el agua salada llega a ser un problema económico serio que debe solucionarse. Otro caso es el agua dulce que se descarga en masas de salada, lo cual presenta un desperdicio de un valioso recurso natural. El método consiste en que los isótopos en la molécula de agua, deuterio y tritio, están sometidos a cambios durante el tránsito en el subsuelo, bajo condiciones especiales puede intercambiarse con el oxígeno de las rocas pero lejos de ser un inconveniente, este fenómeno se una para interpretar la historia del agua. La concentración en el agua de mar es diferente a la concentración en el agua de precipitación. Dependiendo de las concentraciones de D y 18O (Rodríguez, 1996), se puede hacer la distinción entre el agua de mar innata y el agua meteórica solubre, entre aguas terrestres concentradas por evaporación y aguas de origen marino y entre agua marina innata y agua del océano actual.

§ Filtración en presas y embalses Las filtraciones y escapes en embalses, originan inestabilidad de las presas o diques, o bien pueden crear problemas económicos o disminuir la cantidad de agua disponible; por lo tanto se deben definir las pérdidas y la localización de las zonas de filtración necesarias cuando se estudian las posibilidades de efectuar obras de ingeniería con propósito de reducir o evitarlas. Las filtraciones en lagos o embalses pueden ocurrir a través de estructuras, muros de contención, en la fundación, en los estribos o bien a través de las rocas que conforman el área de embalse. Las pérdidas pueden producirse como filtraciones uniformes, o como escapes a través de caminos preferenciales o fracturas en la estructura hidráulica, o en las rocas. El cálculo de la magnitud de las filtraciones es difícil de realizar con datos hidrogeológicos, por la inseguridad en la obtención de informaciones sobre precipitación, evaporación, caudales afluentes, contribución del agua subterránea. También es necesario identificar la zona de filtración o escape con la mayor precisión posible, a fin de poder planificar y ejecutar obras de ingeniería tales como cementación, impermeabilización con otros materiales, o drenajes que aseguren la estabilidad de la estructura. Para estudios de esta naturaleza, Rodríguez (1996) indica dos técnicas: análisis con isótopos ambientales y la inyección de radiotrazadores artificiales. El agua almacenada en embalses y lagos, en gran parte es agua de precipitación, con altas concentraciones de isótopos estables, 18O y D. Estás diferencias pueden usarse analizando el agua que llega al pie de la presa, y determinar si es agua subterránea o superficial, para tomar los correctivos del caso. La segunda alternativa sirve para determinar de una forma más precisa la zona y magnitud de la infiltración. Existen tres métodos de solución. La marcación total del agua del embalse y así calcular la magnitud total del escape. El segundo es el método de la nube radioactiva, inyectando el trazador donde se presume la infiltración, y se analizan las zonas de mayor concentración del trazador. El último método, es de inyección puntual, donde se inyecta el trazador en el cuerpo de la presa y así detectar la filtración de aguas en la presa.

555555...... CCCCCC AAAAAA SSSSSS OOOOOO SSSSSS DDDDDD EEEEEE EEEEEE SSSSSS TTTTTT UUUUUU DDDDDD IIIIII OOOOOO

55..11 HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA DDEE LLAA CCIIÉÉNNAAGGAA DDEE PPAALLAAGGUUAA ((BBOOYYAACCÁÁ)) Este estudio realizado por Rodríguez (1997) se encargó de la ciénaga de Palagua, ubicada en el valle medio del Río Magdalena, la cual presentaba eventos periódicos de muerte masiva de peces. Con el fin de investigar el


origen de dicho fenómeno, se realizaron varios estudios de los subsistemas biótico y abiótico del área, dentro de los cuales, el componente hidráulico jugó un muy importante papel. En la Figura 18 se aprecia la localización y la red de monitoréo.

Figura 18. Localización y Red de Monitoréo. (Rodríguez, 1997)

El estudio indica que la circulación del agua dentro de la ciénaga o laguna generalmente es compleja y de ella depende en muy buena medida el sistema ecológico, su equilibrio y transformación, ya que las ciénagas no son sistemas estáticos sino que poseen una tendencia a evolucionar en forma natural y progresiva. Los afluentes aportan al agua en forma de corrientes de densidad y composición diferentes a la almacenada en el cuerpo de agua. La velocidad y dirección de las corrientes son parámetros que determinan los procesos físicos de erosión o depositación, circulación, estratificación térmica, creación de zonas aeróbicas, aporte y distribución de nutrientes y de poblaciones microbianas que incrementan la actividad dentro de la ciénaga. La velocidad y la dirección de las corrientes pueden caracterizarse conjuntamente por medio del concepto de tiempo de residencia, ya que el número de líneas de flujo y su tortuosidad determinan el grado de mezcla. Para establecer las características hidráulicas de la ciénaga de la Palagua se hicieron mediciones en campo de la conductividad, el contenido de oxígeno disuelto, temperatura y concentración de isótopos estables, que permitieron determinar la velocidad y dirección de las corrientes dentro del sistema y los tiempos de residencia y de renovación del agua en la ciénaga. Con tal fin se utilizaron trazadores ambientales y artificiales. Para ello se midieron los parámetros de conductividad, contenido de oxígeno disuelto, temperatura y concentración, temperatura y concentración de isótopos estables, en una red de monitoréo en la cual se hicieron mediciones semanales en cada punto de la red a tres profundidades diferentes durante veintiún (21) semanas. § Conductividad

Al comparar los resultados, se observó que la conductividad no varia con respecto a la profundidad, para cualquier sitio de medición, aunque hay una variación de ellos semana a semana. En términos generales se pudo concluir que la conductividad en cada punto de la ciénaga es constante cada semana (para la primera semana es del orden de 148 µS/cm). Este comportamiento señaló que el tiempo requerido para renovar toda el agua de la ciénaga o producir una mezcla total de las aguas que entran a la ciénaga es menor de una semana. Esta rapidez en la mezcla identificó líneas de flujo provenientes de dos quebradas principales


(Palagua y Esperanza). La Figura 19 presenta la variación de la conductividad con respecto al tiempo, en la superficie de la ciénaga.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Semanas

Con

duct

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µµS

/s]

Figura 19. Conductividad vs tiempo (Rodríguez, 1997)

§ Contenido de Oxígeno Disuelto

El Contenido de oxígeno disuelto en superficie fluctúa entre 1.1 y 12.5 mg/L, a 0.5 m, entre 0.5 y 6.2 mg/L y a 1 m de profundidad entre 0.1 y 2.8 mg/L. Para una temperatura promedio del agua en la ciénaga de 28 ºC, el valor técnico de la saturación de oxígeno sería de 7.75 mg/L. Durante el monitoréo prevalecieron las condiciones de subsaturación, por lo tanto la muerte de los peces se debe a menudo a las cantidades bajas de oxígeno, conjuntamente con el incremento del ácido sulfhídrico, que es tóxico. Cuando avanza el aporte de aguas superficiales a la ciénaga, se disminuye el contenido de oxígeno y viceversa. El déficit permanente de oxígeno se debe a la descomposición de la materia orgánica que se deposita en la ciénaga.

§ Temperatura del Agua

En los cuerpos de agua la distribución de la temperatura y su fluctuación, depende principalmente de la insolación, la acción del viento, las corrientes internas, profundidad, latitud y altura sobre el nivel del mar y tiempos de residencia. Los mayores valores se encuentran en la superficie (39 ºC). Se presentan diferencias de temperatura dependiendo del período del año. en verano se percibieron 3 ºC de diferencia de temperatura entre el fondo y la superficie, mientras que en invierno se captaron hasta 8 ºC. § Contenido de Isótopos Estables Los isótopos estables analizados fueron Oxígeno 18 e Hidrógeno 2. El contenido de estos varió con el tiempo, ya que dependen de la temperatura de la lluvia. Las fluctuaciones del contenido de isótopos coinciden con la variación del contenido de la conductividad. Se concluyó que el período de tránsito y el tiempo de mezcla es menor de 8 días. § Trazadores Artificiales Con el fin de realizar aforos y determinar la dirección de los flujos, se inyectaron trazadores artificiales (electrólitos colorantes). Se determinaron velocidades de las corrientes de los afluentes del orden de 1.25 cm/s en aguas altas y 2.1 cm/s en aguas bajas. Los resultados concluyeron que en el período de lluvias la Quebrada Palagua no constituye el cauce principal de entrada a la ciénaga


El patrón de circulación y mezcla, determinado con base en trazadores ambientales (iones en solución e isótopos estables), indica que existe flujo de entrada y salida de agua, a través de casi todo el borde de la ciénaga, y por lo tanto el modelo de flujo imperante es de “mezcla compleja”.

55..22 HHIIDDRROOGGEEOOQQUUÍÍMMIICCAA DDEE LLAA SSAABBAANNAA DDEE BBOOGGOOTTÁÁ En 1994 se desarrolló este proyecto de grado en la Universidad Nacional de Colombia. Beltrán (1994), recopiló y estudió la información de análisis de laboratorio de aguas de pozos de la Sabana de Bogotá, existentes en el Laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Colombia. Adoptando la división hidrológica, geológica e hidrogeológica propuesta por el INGEOMINAS y la CAR, se hizo el estudio de la sabana de Bogotá. A pesar de que se contaba con un buen número de muestras, y los resultados se ajustan a un modelo normal, las subcuencas no son homogéneas debido a los promedios tan altos y gran variabilidad existente, (Beltrán, 1994). Se obtuvieron valores típicos de las propiedades físicas y químicas del agua subterránea de la sabana así: § Conductividad Eléctrica:

Varia de 100 a 1500 µS/cm con los valores más bajos en las captaciones del piedemonte y los más altos en los alrededores de Funza. Estos valores altos en cercanías de Funza son debidos al mayor tiempo de residencia del agua subterránea. Esto quiere decir que la calidad del agua de riego decrece del piedemonte oriental hacia el occidente.

§ Contenido de Hierro

Este es debido a la oxidación de materia orgánica. El contenido de hierro es mayor en el piedemonte, causados por la composición litológica de la formación Guadalupe. Existe una zona con concentraciones muy bajas, menores a 0.3 mg/L, en los municipios vecinos del occidente de Bogotá.

§ Turbidez

La ciudad de Santa Fe de Bogotá, posee colores mayores a 20 UNT, los cuales son causados por filtraciones de aguas negras del alcantarillado de Bogotá. Estos valores disminuyen hasta 5 UNT por Cota y Chía. (Noroccidente de la sabana).

§ Color Verdadero

Las zonas de mayores concentraciones se encuentran en la parte norte de la subcuenca, alcanzado valores de hasta 60 UC y disminuye hacia la parte noroccidental de Bogotá, donde se encontraron valores un poco superiores al límite de la norma (15 UC).

Los resultados indicaron que en los períodos lluviosos y secos de la región de estudio no existe una influencia marcada en los parámetros fisicoquímicos del agua subterránea, a excepción del color verdadero, contenido de hierro y de cloruros, en los cuales los períodos lluviosos incrementan sus concentraciones. Los resultados estadísticos arrojaron promedios de los parámetros físico químicos como la turbiedad, color verdadero, contenido de hierro y amonio un poco elevados, se deduce que el agua no es apta para consumo humano sin tratamiento previo (aireación, sedimentación, filtración, desinfección). El estudio pudo demostrar que claramente una zona comprendida por las poblaciones de Funza y Mosquera y sus alrededores en general


es apta para cualquier uso, pero la concentración de color supera los límites de la norma colombiana. El resto de la subcuenca se caracteriza básicamente por tener bajos contenidos de hierro en el sector del piedemonte. Las causas de la turbiedad en los depósitos cuaternarios están determinadas por el contenido de hierro en suspensión y el mal o inadecuado desarrollo de pozos explorados en la zona. Estos estudios determinaron el agua de la sabana como un agua blanda a moderadamente dura con unos contenidos de dureza entre 30 y 150 mg/L de CaCO3, los cuales están dentro de los límites para consumo humano.

55..33 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLAA VVEELLOOCCIIDDAADD DDEELL AAGGUUAA SSUUBBTTEERRRRÁÁNNEEAA YY ÁÁRREEAASS DDEE

PPRROOTTEECCCCIIÓÓNN DDEELL AACCUUÍÍFFEERROO DDEE SSAANNTTAA MMAARRTTAA CCOONN IISSÓÓTTOOPPOOSS La ciudad de Santa Marta afrontaba problemas de abastecimiento de agua potable a pesar de que la mayor parte del caudal del Río Manzanares se pierde en el mar en la época de lluvias, y la construcción de un embalse superficial no es posible, dadas las características fisiográficas de la cuenca. Además los recursos hídricos subterráneos se están aprovechando en forma incontrolada, amenazando con daños irreparables el acuífero. Rodríguez y Molano (1994), dirigieron un proyecto que se propuso incrementar y manejar adecuadamente la explotación del acuífero, en la época de sequía, con el fin de permitir el almacenamiento de aguas superficiales, sobrante en la temporada de lluvias, mediante prácticas de recarga artificial con el fin de optimizar los recursos hídricos aplicando el uso integrado agua superficial - subterránea. El acuífero sería entonces el mismo embalse (Figura 20). Las investigaciones realizadas, señalaron la buena permeabilidad en varias zonas del acuífero. De otra parte se observó que no existe el manejo adecuado de basuras y otros residuos que son contaminantes potenciales del mismo, presentándose un alto riesgo de contaminación biológica. Con el fin de establecer áreas de protección del acuífero se realizó un estudio de flujo subterráneo mediante análisis isotópicos (isótopos estables, 18O y H2) y trazadores artificiales (ion cloruro). El tiempo de tránsito entre el Río Manzanares y el pozo típico, es del orden de dos meses, y así determinar la velocidad promedio del agua subterránea, con la siguiente expresión:

díam5.4

días60m270

tx

v ===

Figura 20. Corte Hidrogeológico Esquemático (Rodríguez y Molano, 1994)


Se determinó un tiempo de tránsito de 194 minutos, a partir de la inyección del trazador, lo cual da una velocidad media de 86.1 m/dia. De este estudio se pudo concluir que el área de protección para prevenir la contaminación biológica del agua extraída del pozo típico, está dentro de una circunferencia de 225 m alrededor del mismo pozo. Dentro del área de protección no se debe permitir ningún tipo de vertimiento, se debe llevar una adecuada vigilancia y mantenimiento a la red de alcantarillado existente en el área y evitar en lo posible la ampliación o instalación de nuevos tramos en el área de influencia de los pozos. Como conclusión se dijo que era necesario hacer un inventario de los pozos abandonados que se encuentren en el área, para sellarlos o habilitarlos como piezómetros de control.

55..44 HHIIDDRROOQQUUÍÍMMIICCAA DDEELL AACCUUÍÍFFEERROO SSUUPPEERRIIOORR DDEE LLAA CCUUEENNCCAA DDEELL CCHHUUYY

((UURRUUGGUUAAYY))

Dentro del estudio hidrogeológico del acuífero sedimentario superior de la cuenca del Chuy en Uruguay, Abelanda, Almagro y Rocha (1994) hicieron el estudio de la química de sus aguas. Figura 21.

El acuífero cuaternario varía desde semiconfinado a libre, situado al sureste del Uruguay, cerca de la frontera con Brasil. Se realizó un estudio del comportamiento de los principales iones y especies químicas presentes en el agua del acuífero. El interés que revierte este acuífero, esta determinado por la zona que abastece, pues es una zona turística, la cual tiene sus mayores consumos en épocas de verano.

Figura 21. Localización General

El estudio contempló tres objetivos primordiales: el riesgo practicado en la zona de bañados, la contaminación de las aguas servidas en un acuífero libre y somero y la salinización por avance hacia el continente del agua de mar. La caracterización del agua presentada en la Figura 22 llevó a la conclusión que el agua es de tipo clorurada - sódica con excepción de sectores muy localizados que presentan aguas bicarbonatadas calco magnésicas y sódicas. Desde el punto de vista fisicoquímico, del acuífero presenta en general características aceptables para el abastecimiento de agua potable. La Figura 23 representa la distribución espacial de los diferentes tipos de agua del acuífero. En la Figura 24 se muestran las diferentes relaciones de los de los componentes químicos en el acuífero.


Se consideró la vulnerabilidad del acuífero ante diversos factores contaminantes, caso de intrusión marina, contaminación de aguas del saneamiento y la contaminación por abonos utilizados en el riego del cultivo de arroz Los resultados indicaron que el riego practicado en la zona de bañados no representa hasta el momento un riesgo para el acuífero. Los parámetros que han sido tenidos en cuenta son la concentración de nitratos y sulfatos ya que no ha sido posible determinar el contenido de Boro ni de sulfatos en los análisis. En el Chuy se registran hacia el centro de la ciudad los valores de nitratos cercanos a los límites de potabilidad, los que han sido asociados a infiltraciones de aguas servidas

Figura 22. Caracterización Química del agua del Acuífero. (Abelanda y otros, 1994)

Figura 23. Distribución espacial de los diferentes tipos de agua del Acuífero. (Abelanda y otros, 1994)


Es un factor de resaltar el carácter libre a semiconfinado del acuífero y su escasa profundidad (20 m), y la carencia de saneamiento en la zona. Se recomendó el seguimiento de la evolución tanto fisicoquímico como bacteriológico de las perforaciones de la ciudad del Chuy. Además deben evitarse nuevas perforaciones en el sector. Con relación a la contaminación del acuífero por salinización con agua de mar la misma se presenta hasta el momento sólo en la localidad de La Barra. Esto se asocia a dos factores: el alcance de la cuña marina por efectos del bombeo y al frente de ingreso del mar. En la ciudad de Chuy la concentración de cloruros ha sido constante por lo menos en el último decenio con valores que entre 70 y 120 mg/L. Es posible afirmar que la misma no responde a fenómenos de afectación marina en función de las líneas de isocloruros, por los que se descarta una salinización del acuífero por efectos de isocloruros, por lo que se descarta una salinización del acuífero por efectos de sobreexplotación relacionado a la presencia del mar.

Figura 24. Concentraciones de los diferentes componentes químicos del agua. (Abelanda y otros, 1994)


666666...... RRRRRR EEEEEE FFFFFF EEEEEE RRRRRR EEEEEE NNNNNN CCCCCC IIIIII AAAAAA SSSSSS ABELANDA, D., ALMAGRO, L., y ROCHA, L. HIDROQUÍMICA DEL ACUÍFERO SUPERIOR DE LA CUENCA

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