TEMA 5. LA HIDROSFERA. RECURSOS...

I.E.S. “LA JARA”-Vva. de Córdoba CIENCIAS DE LA TIERRA

DTO. BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA Y DEL MEDIO AMBIENTE

TEMA 5: LA HIDROSFERA. RECURSOS HÍDRICOS Y GESTIÓN DEL AGUA Página 1 de 22

TEMA 5. LA HIDROSFERA. RECURSOS HÍDRICOS.

1. CONCEPTO. La hidrosfera es el subsistema de la Tierra constituido por el conjunto del agua en sus tres estados físicos: líquido, que incluye aguas subterráneas, mares, océanos, lagos y otras masas de agua superficial; sólido, que origina casquetes polares, glaciares y cuerpos de hielo flotantes en el mar; y gaseoso, que se condensa y forma las nubes. La hidrosfera se originó por la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera durante las primeras etapas de la historia de la Tierra. Es una capa dinámica, con continuos movimientos y cambios de estado.

El agua desempeña en la Tierra importantes funciones como son:

1. Interviene en la regulación de la temperatura.

2. Participa en la modelación del relieve (erosión, transporte y sedimentación).

3. Hace posible la vida ya que es el medio en el que se producen las reacciones

bioquímicas en los seres vivos.

2. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LA HIDROSFERA

Se consideran seis compartimentos o sistemas acuáticos, cada uno de ellos con características propias, pero todos más o menos interrelacionados y que son: océanos, depósitos de hielo, aguas subterráneas, aguas superficiales, atmósfera y biosfera. De modo aproximado, se estima que del total de las aguas de la hidrosfera, el 97% está contenido en los mares y océanos. Como sabemos, es un agua salada. Por consiguiente queda un 3% de agua no marina y que podríamos denominar agua dulce. De esta última, un 79% está en forma de hielo en los casquetes polares y en menor medida en las altas cumbres y glaciares de latitudes más bajas que los polos (glaciares de los Alpes, por ejemplo). El 21% restante, se reparte de la siguiente manera: el 20% es agua subterránea y el 1% que queda, podría definirse como agua superficial. Dentro de esta escasa cantidad, proporcionalmente hablando, hay que distinguir entre los lagos (50%), agua edáfica o integrante del suelo (38%) y que no debe ser confundida con las aguas subterráneas, agua atmosférica en estado de vapor (10%), ríos (1%) y biosfera, como integrante de los seres vivos (1%). Como resumen y reflexión, pensemos que casi toda el agua de que disponemos o es salada o está helada y que el agua continental, la que más utilizamos como recurso, no es más que una mínima parte. Por otro lado, llama la atención que las aguas subterráneas son mucho más abundantes que las aguas de escorrentía superficial (ríos y lagos). Realiza un esquema de llaves de la distribución de las aguas en porcentajes.




3. EL CICLO DEL AGUA.

Dadas las características térmicas del planeta, la importancia de la hidrosfera radica esencialmente en que tiene la facultad de presentarse en los tres estados de la materia, intercambiándose entre ellos, lo que determina la aparición del ciclo hidrológico, ciclo prácticamente cerrado que enlaza todos los sistemas acuáticos de la Tierra, y se mantiene en funcionamiento gracias al aporte de energía solar y a la fuerza de la gravedad de importancia capital para la mayoría de los procesos biológicos y geológicos. El ciclo del agua se puede dividir en dos partes, una externa y otra interna; ambas se producen a escalas de tiempo diferentes. El ciclo que tiene lugar en el interior de la Tierra es muy poco conocido; básicamente funciona de la siguiente manera: el agua sale del manto por vulcanismo en las dorsales oceánicas, una fracción del agua del mar se incorpora a la corteza oceánica y vuelve a introducirse en las zonas de subducción, parte es expulsada de nuevo por el vulcanismo asociado a la subducción y parte es reinyectada al manto. La cantidad de agua reintroducida en el manto compensa a la que sale por las dorsales.

El ciclo hidrológico externo es posible debido a unos procesos que hacen pasar el agua de unos compartimentos de la hidrosfera a otros, en algunos casos con cambio de estado incluido. Esos procesos son: • Evaporación. Paso del agua líquida al estado de vapor como consecuencia de la energía recibida por insolación. Esto ocurre principalmente en los océanos, debido a su gran superficie, pero también en lagos, ríos y aguas continentales en general. • Evapotranspiración (Evaporación + transpiración). Es la liberación de vapor de agua a la atmósfera por la acción de los seres vivos continentales, especialmente la vegetación. • Precipitación. Es la caída de agua en forma líquida o sólida sobre la superficie terrestre a partir del vapor de agua atmosférico. La forma más común de precipitación es la lluvia, pero también puede producirse en forma de nieve, granizo, rocío o escarcha. • Infiltración. El agua que cae sobre la superficie continental penetra a través del suelo, más o menos profundamente, pudiéndose incorporar a las aguas subterráneas. • Escorrentía superficial. Es el proceso por el cual el agua discurre por la superficie continental, a favor de la pendiente, hacia el mar, ya sea en forma encauzada (torrentes y ríos) como sin encauzar (aguas salvajes). Se produce cuando el suelo ya no tiene capacidad de infiltrar toda el agua que ha recibido por precipitación. • Escorrentía subterránea. Se refiere al movimiento horizontal del agua subterránea, generalmente a escasa velocidad, cuando las condiciones son ideales.




Los movimientos y cambios de estado del agua en la hidrosfera constituyen un circuito prácticamente cerrado, llamado ciclo hidrológico, que se mantiene en funcionamiento gracias a dos “motores”: el aporte de energía solar y la fuerza de la gravedad. El Sol proporciona la energía para elevar el agua del suelo al evaporarla, y la gravedad hace que el agua condensada precipite y que, una vez en la superficie, viaje hacia zonas topográficamente más bajas. Debido al elevado calor específico del agua es necesario un gran aporte de energía para elevar su temperatura. Por otra parte, le cuesta perder la energía enfriándose muy lentamente. Por lo tanto, las nubes en la atmósfera (calor latente) y los océanos, almacenan y transportan en sus respectivas circulaciones gran cantidad de energía, repartiéndola por todo el mundo. Por otro lado, la gran inercia térmica del agua convierte a la hidrosfera en un excelente mecanismo termostático o termorregulador. Se entiende por tiempo de residencia el tiempo estadístico que una molécula de agua permanece en cada compartimento de la hidrosfera. En los casquetes polares este tiempo es aproximadamente el mismo que en una cuenca oceánica, unos 36.000 años; en lagos, de 50 a 100 años; en ríos y en la atmósfera unos días, en aguas subterráneas someras, de100 a 200 años y en aguas subterráneas profundas de 10.000 años a millones de años. El agua subterránea profunda puede tener tiempos de residencia de millones de años; por eso se la llama «agua fósil» ya que se han originado en el pasado geológico, con un clima más húmedo. Esta circunstancia hace que su eventual explotación deba hacerse con precaución, puesto que se trata de acuíferos, generalmente, no recargables.




4. BALANCE HÍDRICO GENERAL

En el ciclo hidrológico se cumple:

siendo

El balance es

En el océano el agua que se evapora (E) en el mar es mayor que la que precipita en él (P),

En el continente las aguas precipitadas son mayores que las evaporadas. Así queda:

Balance en el océano: P (385) - E (425) = - 40 000 km3/ año (agua que precipita en los continentes).

Balance en el continente: P (110) - ET (70) = + 40 000 km3/año (aguas que por escorrentía

superficial y subterránea drenan hasta el mar).

La cantidad de agua evaporada en mares y océanos es muy superior que a la de los

continentes y las precipitaciones sobre el océano no devuelven todo el agua evaporada en

ellos. Esto podría provocar un balance hídrico negativo en las aguas oceánicas. Esto no es

así, pues el agua que cae en los continentes es devuelta al mar.

En los océanos se produce un déficit de agua que es compensado por el superávit de

los continentes que llega aquellos a través de la escorrentía.

PRECIPITACIÓN = ESCORRENTÍA + EVAPOTRANSPIRACIÓN

ESCORRENTÍA = Escorrentía Superficial + Escorrentía Subterránea (Infiltración)

BALANCE = PRECIPITACIÓN – (ESCORRENTÍA + EVAPOTRANSPIRACIÓN)




5. FUNCIÓN DEL CICLO DEL AGUA Y LA INTERVENCIÓN ANTRÓPICA SOBRE ÉL

El ciclo hidrológico es muy importante porque:

o Regula la temperatura en la Tierra.

o Transporta materia y energía.

o Es responsable de la mayor parte de la erosión, transporte y sedimentación.

o Descarga agua sobre los continentes.

El hombre intenta mediante diferentes actuaciones (embalses, canalizaciones, trasvases, etc.) impedir que el agua que circula por los continentes llegue al mar para aprovecharse de este recurso.

El ciclo geológico puede ser modificado por la acción del hombre:

Al eliminar la vegetación (disminuye la evapotranspiración y la infiltración).

Destruye los suelos (modifica los procesos de escorrentía e infiltración y la

evapotranspiración).

Recubre con cemento los cauces de los ríos (impide la infiltración).

Construye embalses (modifica la escorrentía).

Y modifica el clima (altera todos los procesos del ciclo del agua).

Para aprovechar mejor los recursos hídricos, debemos evitar las acciones antrópicas que entorpecen la infiltración, como: a) la deforestación masiva, ya que: • Disminuiría la evapotranspiración, y al haber menos aporte de vapor de agua a la atmósfera disminuirían las precipitaciones. • Aumentará la escorrentía superficial y disminuirá la infiltración, ya que aumentará la velocidad del agua por desaparición de los obstáculos que supone la vegetación y disminuiría la retención de agua en las estructuras vegetales y posterior emisión, poco a poco de ésta. b) La desaparición de la vegetación, además, provocaría el aumento de los niveles de CO2, que provocaría un incremento del efecto invernadero, calentamiento global y cambios climáticos, con la consiguiente alteración del ciclo del agua como consecuencia del incremento de la superficie marina que provocará una mayor evaporación en los océanos, lo que incrementará el régimen de lluvias en grandes áreas del mundo y sequías en otras zonas.

6. LAS AGUAS SUPERFICIALES.

Como hemos visto, el agua “dulce” apenas representa el 2,5 % de la hidrosfera de nuestro planeta, y procede de las precipitaciones, que pueden seguir dos caminos: la escorrentía superficial y la subterránea. Estos compartimentos, aunque están interrelacionados tienen comportamientos distintos entre sí. El que siga por uno u otro camino depende:




Del tipo de precipitaciones (mucha cantidad de agua caída en muy poco tiempo se infiltra peor que la misma cantidad de agua distribuida a lo largo de un período mayor).

Del tipo de suelo (un suelo más arenoso permite mayor circulación del agua que uno arcilloso).

De la vegetación (a más vegetación, más infiltración y menos escorrentía).

De la pendiente del terreno (a más pendiente, menos infiltración y más escorrentía).

6.1. Aprovechamiento de las aguas superficiales La construcción de grandes obras, al requerir un coste económico y/o medioambiental muy elevado, sólo debe abordarse cuando tenga una clara justificación social y siempre que las medidas encaminadas a una mayor eficiencia en el uso del agua, resulten insuficientes:

a) Embalses. La construcción de presas y embalses tiene como finalidad regular las aguas de los ríos y controlar sus crecidas; el abastecimiento de agua a poblaciones, industria y agricultura; generar electricidad, y, por último, su utilización para el ocio y tiempo libre.

b) Trasvases y canales. Ambos son conducciones de agua. Los canales se utilizan para llevar agua desde el punto de extracción o almacenamiento hasta el lugar de su uso. Los trasvases se utilizan para transportar el agua desde una cuenca hidrográfica excedentaria a otra deficitaria.

c) Desalación del agua del mar (o salobre): Su finalidad es obtener agua potable a partir del agua del mar o de aguas continentales, separando las sales que ésta lleva disueltas. Existen varios procedimientos:

Procedimientos térmicos como la

destilación. El agua que se obtiene es pura y es necesario añadirle ciertas sales para hacerla potable.

Procedimientos de filtración mediante membranas, por ejemplo el procedimiento de ósmosis inversa, que es un mecanismo que consume grandes cantidades de energía para conseguir grandes presiones que posibiliten que el agua pase a través de membranas semipermeables contra gradiente de concentración salina, invirtiendo el proceso de ósmosis natural, para obtener agua desalada.

Electrodiálisis o separación iónica, que se realiza empleando membranas sucesivas y separadas por milímetros. Requiere el concurso de campos eléctricos que provocan la migración de iones.




Los embalses y presas

Una presa es una estructura (básicamente un muro) que tiene por objeto contener el agua en un cauce fluvial. La presa retiene el agua para luego poder utilizarla, y ello requiere unos sistemas de desagüe regulables a voluntad, que se denominan tomas, para controlar esta utilización. Pero, junto con este objetivo de explotación, la presa debe estar preparada para evacuar el agua sobrante de las avenidas. Los dispositivos destinados a la evacuación de caudales sobrantes se llaman aliviaderos.

Ventajas: Regulan el caudal de los ríos y controlan sus crecidas; reteniendo el agua cuando

hay excedentes y soltándola cuando hay sequía.

Aseguran el abastecimiento de agua a poblaciones, industria y agricultura.

Se usan para la producción de electricidad, sin emitir gases contaminantes.

Y se utilizan para el ocio y tiempo libre (pesca, actividades náuticas, etc.)

Inconvenientes:

Suponen la anegación de importantes extensiones de terreno fértiles y de gran

valor ecológico (a veces se han anegado pueblos y zonas de cría de aves).

Eliminan los bosques de ribera.

Transforman el sistema fluvial en lacustre (laguna) lo que afecta de manera

especial a las especies piscícolas (p. ej.: impiden la remonta del río de salmones).

Posibilitan la acumulación de materia orgánica de residuos vertidos aguas arriba,

que pueden afectar a la calidad del agua embalsada y aumentan los nutrientes

como el nitrógeno y el fósforo lo que provoca la eutrofización de las aguas.

Aumentan la sedimentación aguas arriba del embalse.

Aumentan la erosión aguas abajo del embalse y modifican la sedimentación

fluvial en la desembocadura. Los sedimentos no llegan a las playas y estas

desaparecen, las costas sedimentarias se transforman en erosivas. Los deltas

desaparecen.

Los sedimentos retenidos en los embalses llevan tarde o temprano a su

colmatación.

Modifican el nivel freático de la zona. Se impide la recarga de los acuíferos

aguas abajo del embalse.

Alto coste de construcción.

Los canales y las canalizaciones Las conducciones de agua desde su lugar de almacenamiento hasta el lugar de su uso son tan antiguas como las presas. En España, los romanos nos dejaron grandes obras, como los acueductos de Segovia y Mérida. Los canales son conducciones construidas a cielo abierto, con sección rectangular, circular, trapezoidal o parabólica. Otros mecanismos de conducción incluyen tuberías o canalizaciones subterráneas, y sistemas de sifones o vasos comunicantes para salvar desniveles.




Actualmente, nuestra red de canales y conducciones destinadas al abastecimiento de agua supera los 5.000 km de longitud (cifra que se duplica si tenemos en cuenta los canales para riego). Las canalizaciones de los ríos son construcciones cuya finalidad es evitar los daños durante las crecidas de los ríos o mejorar sus condiciones de navegabilidad. Pero también tienen inconvenientes:

La destrucción de valiosos ecosistemas, como los bosques de ribera o galería.

Alteración drástica del hábitat de los peces y otra fauna fluvial que se aloja en el cauce natural del río.

Además, el agua confinada por canalizaciones o diques fluye más deprisa y con más

violencia, aumentando su fuerza erosiva e intensificando los efectos devastadores de las inundaciones cuando se producen.

Los trasvases Consisten en exportar agua desde una cuenca hidrográfica con excedentes a otra con déficit por medio de un sistema de canales cuyo impacto en el medio natural y en el paisaje es muy elevado.

Las ventajas que podemos mencionar son:

Ayudan al reparto solidario del agua, evitando que se convierta en un factor limitante del desarrollo económico y social y de la calidad de vida en zonas deficitarias.

Ayudan, también a proteger ecosistemas fluviales y lacustres y humedales afectados por la escasez.

Pero tienen muchos inconvenientes:

Suponen alterar de manera irreversible el caudal del río donante. El concepto de agua excedentaria es virtual ya que, si se tienen en cuenta las necesidades ecológicas del río, es difícil que ese concepto se materialice en la realidad.

La construcción de un sistema de canales ocasiona gran impacto ambiental (movilización de grandes cantidades de tierra, barrera para los animales, modificación de los cauces fluviales).

Conflictos entre cuencas donantes y receptoras (las receptoras piden más agua, las donantes piden que se respeten los acuerdos).

Pueden aumentar las diferencias entre las comunidades, pues las zonas de secano (renta más baja) aportarían el agua a las zonas de regadío (renta más alta).

Alto coste económico de las infraestructuras. Algunos trasvases importantes en nuestro territorio son el Tajo-Segura, de gran magnitud y costo; el Ebro-Besaya, que abastece a Torrelavega; el Canal de Castilla, en la cuenca del Duero, de 207 km de largo; o el Canal de Isabel II, realizado para abastecer de agua a Madrid. El Plan Hidrológico Nacional (P.H.N.) aprobado por el gobierno de José Mª Aznar, se modificó posteriormente por el gobierno de José Luis Rodríguez Zapatero en el punto más polémico, el trasvase del Ebro, eliminando el trasvase desde el Ebro a la zona de Levante sustituyéndolo por la desalinización, además de potenciar la reutilización de agua, su ahorro y la mejora de su gestión.




Características de las aguas estancadas: lagos y embalses Los lagos son acumulaciones de agua en depresiones continentales, geológicamente de carácter transitorio, ya sea porque el agua acumulada se evapora, porque se abren portillas por donde desagua el lago o porque la depresión se colmata de sedimentos. En los lagos endorreicos, al no existir una zona de desagüe, el agua de escorrentía se infiltra por el fondo o se evapora, lo que provoca un aumento de la salinidad. El origen de la depresión puede ser tectónico, por erosión glaciar, por hundimiento, por disolución kárstica o por un cráter volcánico. Las aguas de los lagos proceden de ríos, de la escorrentía superficial, del deshielo o de acuíferos subterráneos. En los lagos de mayor tamaño, el agua tiene un comportamiento similar al de los océanos, produciéndose en ellos corrientes, mareas y olas. También en los lagos profundos, de las latitudes medias, durante la época cálida, se produce una variación de temperatura desde la superficie hasta el fondo, que se traduce en una variación de la densidad del agua. La consecuencia es una estratificación de las masas de agua, similar a la que existe en los océanos, estableciéndose tres zonas:

Epilimnion: capa superior más cálida y, por ello, de menor densidad.

Termoclina: zona intermedia, que separa las dos anteriores, donde la disminución de la temperatura con la profundidad es máxima (superior a 1ºC/m).

Hipolimnion: capa del fondo, fría y más densa.

La estratificación impide la mezcla vertical con lo que, cuando se establece, influye en los ciclos físicos y biológicos de las masas de agua dulce. Por ejemplo, disminuye el aporte de oxígeno al fondo (allí es consumido por la descomposición aerobia de la materia orgánica muerta), donde se pueden alcanzar incluso condiciones de anoxia, y disminuye la cantidad de nutrientes en zonas superficiales, que son consumidos por el fitoplancton y no pueden ser repuestos.

Esta dinámica de los lagos tiene un ritmo estacional:

• En verano el agua está estratificada, se observa el epilimnion, que se calienta y pierde nutrientes, mientras que el hipolimnion, más denso y frío (4º C), se empobrece en oxígeno y se enriquece en nutrientes por la descomposición de los organismos muertos en primavera. Ambas capas están separadas por la termoclina.

• Otoño: el epilimnion se enfría hasta llegar a los 4º C, alcanzando la misma densidad que el hipolimnion, con el que se mezcla al hundirse y provocar la desaparición de la termoclina.

• Invierno. Se vuelven a estratificar las aguas, el agua más fría ocupa la parte superior que, por la termoclina, se separa de la zona profunda donde se sitúa el agua más densa, que mantiene una temperatura de 4º C y en la que se descompone la materia orgánica procedente de los organismos muertos, razón por la cual aumentan los nutrientes.

• Primavera: se repite el proceso de mezcla, la temperatura del agua superficial aumenta hasta los 4º C y vuelve a alcanzar la misma densidad que el agua profunda, por lo que ambas capas se mezclan de nuevo y desaparece la termoclina.




6.2. Recursos energéticos Energía hidroeléctrica Es la obtenida al transformar la energía potencial del agua situada a una cierta altura, en montañas o acumulada en embalses, en la energía cinética obtenida al poner en movimiento estas masas de agua. En el caso de los embalses, al abrir las compuertas se libera esta energía, impulsando unas turbinas situadas en el conducto de evacuación del agua, las cuales están conectadas a un generador, que transformará la energía cinética en energía eléctrica.

Las ventajas son las siguientes: • Es una energía renovable.

• No emite ningún tipo de contaminación durante su funcionamiento.

• Su bajo coste y mínimo mantenimiento.

• Es autóctona.

• La energía que se produce puede regularse, en el sentido de que si hay demanda se utiliza, y si no la hay puede almacenarse perfectamente para otro momento.

• Permite el aprovechamiento del agua para otros usos: abastecimiento de ciudades, riego, ocio (pesca, alquiler de canoas, etc.)

• Favorece la regulación del cauce de los ríos, impidiendo que se produzcan inundaciones en el curso medio y bajo del río.




Como inconvenientes podemos destacar:

• La construcción obligatoria de una infraestructura necesaria (presa), que provoca un impacto paisajístico sumamente grave.

• Cambio en la composición química del agua embalsada, variaciones en el microclima del entorno y la eutrofización de sus aguas, con la consiguiente reducción de la diversidad biológica.

• Dificultad de la emigración de los peces, de la navegación fluvial y del transporte de nutrientes aguas abajo.

• Modifican la dinámica fluvial aguas debajo de la presa, incrementándose la erosión.

• Eliminan los aportes a los deltas, al quedar los sedimentos retenidos en los vasos de las presas.

• Destruyen los ecosistemas terrestres que quedan anegados por el agua, inunda pueblos, zonas rurales dedicadas a la agricultura y la ganadería, cuya población debe emigrar, generando un desarraigo importante.

• Además, genera riesgos inducidos por catástrofes debidas a la posible rotura de la presa.

Debido al impacto producido por las grandes presas, comienzan a aparecer nuevos diseños de pequeñas centrales hidroeléctricas (minicentrales), muy indicados para países en desarrollo, que permiten atender más adecuadamente la demanda. Energía mareomotriz.

La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar la diferente altura que alcanza el agua en las mareas. Las mareas son interacciones del sistema Tierra-Luna-Sol que producen variaciones en el nivel del mar. El cambio de nivel de los océanos hace que el agua entre y salga de los estuarios y bahías originando un flujo de agua bidireccional. Esos flujos periódicos de agua se han utilizado para producir energía eléctrica mediante los denominados «molinos de mareas»; en zonas, en donde el desnivel del agua entre la pleamar y la bajamar supera los 10 metros. En este caso es necesario construir un dique que cierre la bahía o el estuario adecuado, y hacer que el agua del mar circule de dentro a fuera, y viceversa, a través de unas turbinas, que pueden ser reversibles para aprovechar el flujo en ambos sentidos. De momento es un sistema bastante inusual de producción de energía, exceptuando puntos concretos del litoral donde se puede aplicar.




7. LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS: CIRCULACIÓN Y TIPOS DE ACUÍFEROS.

Del agua de lluvia que llega a los continentes, una pequeña parte queda atrapada por la vegetación, por el proceso llamado interceptación, o empapa las partículas minerales de la capa superficial de los suelos. Otra parte mucho mayor se infiltra en el terreno y ocupa los poros y las fisuras de las rocas. Va descendiendo por gravedad hasta llegar a una capa impermeable, como la arcilla o el granito. La filtración está condicionada por la porosidad y la permeabilidad de la roca. • Porosidad es la relación entre los espacios vacíos y el volumen total de la roca. Así, una porosidad del 10 % nos indica que de cada 100 cc. de roca, 10 cc. están huecos. • Permeabilidad es la capacidad de permitir que el agua circule, lo cual sucederá si los poros o espacios vacíos de la roca se comunican entre sí. Una roca puede tener mucha porosidad pero, si los pros se encuentran aislados unos de otros, el agua no puede circular por ellos y la roca se comporta como si fuese impermeable. La zona subterránea, que tiene todos sus poros llenos de agua, se denomina zona de saturación, y el agua que la ocupa se conoce como agua subterránea o freática. Las rocas porosas y permeables donde se ubica se llaman acuíferos, y constituyen reservorios de agua subterránea. Sobre la zona de saturación se halla la zona de aireación, que conserva algunos poros llenos de aire. La línea superior de la zona de saturación es el nivel freático. Un pozo excavado hasta más abajo del nivel freático tendrá agua, pero otro menos profundo estará seco. El nivel freático no es constante: después de un período de lluvias ascenderá, bajando en épocas de sequía. De la misma forma, su superficie no es horizontal, sino que varía a lo largo de su extensión, dependiendo de la topografía: los lugares elevados, como colinas o divisorias de aguas, suelen tener un nivel freático alto, mientras que en los valles o depresiones será más bajo. Tal configuración respecto a la topografía se explica porque el agua subterránea se desplaza muy lentamente (del orden de 1 m al año, típicamente), y las diferencias que se crean en la altura del nivel freático se mantienen entre áreas elevadas y bajas. En algunos lugares, el nivel freático es tan poco profundo que está cortado por la superficie terrestre, y el agua subterránea emerge al exterior formando manantiales, pantanos o marismas.




El nivel piezométrico es aquel en el que la presión del agua coincide con la atmosférica. Este nivel corresponde a la altura máxima del acuífero.

En función de la litología y del relieve de una zona, podemos diferenciar varios tipos de acuíferos: • Los acuíferos libres tienen su nivel freático sometido solamente a la presión atmosférica y pueden recargar agua por cualquier parte. • Los acuíferos cautivos se encuentran encerrados entre dos capas impermeables y sus aguas están a mayor presión que la atmosférica. Por tanto, solo pueden recibir agua en las áreas de recarga, que son zonas en que la capa permeable aflora a la superficie. Si se rompe el confinamiento, perforando un pozo, el agua subirá por encima del terreno (pozos surgentes y artesianos). • Por último, los acuíferos colgados son aquellos que están desconectados del nivel freático regional. La cantidad de agua contenida en acuíferos es muy grande y se renueva muy lentamente. Algunos acumularon sus aguas hace milenios, en climas más húmedos, se localizan a gran profundidad; tienen recarga casi nula, y se consideran un recurso no renovable a escala de tiempo humano; son los "acuíferos fósiles".




7.1. La captación de las aguas subterráneas (Pozos). El agua subterránea constituye una riqueza considerable, especialmente para la agricultura, que ha de ser utilizada en forma racional para que no se agote.

Puede surgir de forma natural cuando el nivel freático alcance la superficie del terreno o a consecuencia de procesos tectónicos, p. ej. cuando una falla alcanza un manto freático cautivo.

Artificialmente se pueden realizar captaciones mediante galerías, con ligera pendiente hacia el exterior, que penetren hasta cortar el nivel freático obteniéndose así fuentes o manantiales. Sin embargo el método más corrientemente empleado para extraer el agua subterránea, es la perforación de pozos verticales que alcancen el nivel hidrostático local, por los que se extrae el agua mediante bombas mecánicas.

Cuando se extrae agua de un pozo, se origina una depresión del nivel hidrostático local, que adopta la forma de embudo y que se llama “cono de depresión”.

Se llama radio de influencia de un pozo a la distancia máxima a la que se acusan los efectos de la depresión originada en otro pozo “testigo”, es decir, al radio en la base del cono de depresión. Al aumentar la depresión se va extendiendo el radio de influencia del pozo hasta quedar fijo, cuando el bombeo se realiza a nivel constante.

Un caso especial lo constituyen los pozos artesianos: cuando un manto cautivo es perforado, el agua sale a presión por si sola hasta alcanzar el nivel piezométrico.

Los acuíferos se recargan de forma natural por la precipitación atmosférica, o cuando están conectados con otros sistemas, ya sean fluviales o lacustres, mediante el régimen hídrico de estos. En casos extremos se puede recurrir al rellenado de los acuíferos de forma artificial.

Especial atención debe emplearse cuando se usan acuíferos fósiles que se sitúan a grandes profundidades, cuyas aguas datan de miles de años y cuya recarga no va ser posible mediante mecanismos naturales o artificiales.




8. USOS Y CONSUMO DE AGUA

Los usos del agua pueden ser: Según un criterio de reutilización:

Usos consuntivos. Implican consumo, con reducción de la cantidad o de la calidad de agua, por lo que, una vez empleada, no puede ser utilizada de nuevo.

Usos no consuntivos. No implican consumo; el agua puede ser utilizada de nuevo.

Según un criterio de calidad:

Usos primarios. Los que necesitan de manera imprescindible agua dulce.

Usos secundarios. Los que no necesitan que el agua sea dulce. Usos consuntivos: El consumo mundial de agua crece de manera apreciable, no sólo como consecuencia del incremento de la población, con el consiguiente aumento del consumo doméstico básico y en la producción de alimentos, sino también por el Incremento del consumo por habitante, especialmente en los países desarrollados. Esto hace que haya grandes diferencias en el consumo de agua “per cápita” de unas regiones y países a otros.

Usos agrícolas. Representa el mayor consumo porcentual tanto en nuestro país (82 %) como en el resto del mundo (65 %). Las demandas de agua para este uso varían de unas zonas a otras del planeta en función de varios factores: clima, tipos de suelos, tipos de cultivos, grado de mecanización agrícola y sistemas de riego.

El factor riego es la práctica el que supone mayor consumo, por:

o El mal estado de las canalizaciones o Sistemas tradicionales basados en la inundación o Incremento de las superficies de regadío, debido a la diferente rentabilidad que

proporcionan sus productos respecto a los de secano. Dos tercios de la superficie de regadío del mundo son posteriores a 1950, con el consiguiente incremento del consumo de agua.

Usos domésticos/urbanos. Comprenden las necesidades de agua de los hogares, comercio y servicios públicos (limpieza de calles, riego de parques y jardines, y otros usos municipales).




En nuestro país, los usos domésticos y urbanos representan el 12 % del consumo total de agua, lo que supone unos 171 I/hab./día, aunque hay grandes diferencias entre las distintas comunidades. El agua utilizada procede principalmente de embalses, con tratamiento previo a su consumo, y de aguas subterráneas, es decir, de calidad alta, que debe cumplir unos requisitos químicos y bacteriológicos mínimos, fijados por la correspondiente normativa legal.

Usos industriales. El agua se utiliza en multitud de procesos industriales en una gran variedad de usos: como materia prima (industrias químicas y alimentarias), como refrigerante (centrales térmicas y nucleares, metalurgia), como agente de limpieza, como depósito de vertidos (minería), como vehículo de transporte, etc.

Usos no consuntivos:

Suponen una demanda de agua pero no su consumo. Además, no requieren que el agua sea extraída de su medio natural, como en el caso de los usos consuntivos.

Usos energéticos. El agua se utiliza fundamentalmente para la producción de energía eléctrica.

Usos recreativos. Comprenden la utilización de embalses, ríos, lagos y mares para ocio y actividades deportivas.

Navegación. Para transporte de personas y mercancías; en el caso de las aguas continentales, este uso está restringido a los grandes lagos y a los cursos fluviales con unas características determinadas de sus cauces, caudales, etc. En España, en la actualidad, sólo es navegable el último tramo del río Guadalquivir, desde Sevilla hasta su desembocadura.

Usos ambientales o ecológicos. Se refieren a la cantidad mínima de agua que deben tener los ecosistemas acuáticos: ríos, lagos, humedales, etc., para mantener el equilibrio ecológico, la flora y la fauna, el paisaje, asegurar la recarga de los acuíferos, etc. Por ley, hay que preservar un mínimo del 10 % del agua para el mantenimiento de estos ecosistemas.

9. LA GESTIÓN DEL AGUA

GESTIONAR EL AGUA es administrar este recurso para asegurar su distribución

haciéndola llegar a toda la población en condiciones adecuadas y estableciendo medidas

para un uso racional de la misma.

Para ello:

Hay que almacenarla y controlar su ciclo, para suministrarla a los lugares a los

que es necesaria.

Hay que controlar las demandas (para que no se dispare en unos sectores en

detrimento de otros).

Establecer medidas de ahorro, reciclaje y utilización eficiente.

Y controlar la contaminación de la misma.

Hay que hacer un uso sostenible del agua. La sostenibilidad es el equilibrio entre la

obtención de un recurso para su aprovechamiento y la tasa de renovación de dicho

recurso. Cuando se realiza un uso no sostenible del recurso se produce un desequilibrio

que provoca la pérdida de calidad o la desaparición del mismo.




a) MEDIDAS DE CARÁCTER GENERAL.

EN LAS CIUDADES, es importante llevar a cabo:

Revisiones periódicas de tuberías para evitar pérdidas y filtraciones.

Empleo de instalaciones de bajo consumo, como electrodomésticos, cisternas, grifos

con temporizador. Utilizar los electrodomésticos a plena carga.

Adopción de precios de agua acordes con su coste:

o Un precio demasiado bajo favorece el derroche del agua.

o La aplicación de tarifas que primen el ahorro y penalicen el derroche. Un

ejemplo de esta medida es la tarificación por bloques, que consiste en

poner un precio más barato a los primeros metros cúbicos consumidos.

Sustituir del césped y similares, grandes consumidores de agua, por especies

autóctonas.

Planificación urbana limitando asentamientos urbanos y servicios derrochadores de

aguas (piscinas, campos de golf,..)

Reutilización de las aguas residuales domésticas, previa depuración, en la agricultura

o en el riego de parques y jardines.

Educación para el ahorro en el ciudadano (cerrar el grifo cuando no se use, ducharse

en lugar de bañarse, arreglar los grifos que goteen, no utilizar el inodoro como

papelera)

MEDIDAS EN LA AGRICULTURA:

Es el sector productivo que más agua derrocha. Para reducir el consumo en el sector

agrícola hay que observar una serie de medidas:

Cambios en el sistema de riego: El riego tradicional por inundación, a manta, por

surcos y el riego por aspersión no son apropiados para zonas secas y áridas. Los tres

primeros pierde gran parte del agua por infiltración; el cuarto por evaporación. El riego

por goteo suministra a cada planta solo el agua que necesita y es indicado para zonas

áridas con déficit de agua. Su inconveniente es que su implantación es costosa.

Evitar el uso intensivo de fertilizantes y pesticidas que contaminan e inutiliza las

aguas subterráneas; igual ocurre con los residuos orgánicos de la ganadería intensiva.

Fomentar la agricultura ecológica de secano disminuye el uso de sustancias

contaminantes y las necesidades de agua.

Sembrar cultivos adaptados a las características del suelo, clima y disponibilidad

de agua. Por ejemplo, el cultivo de maíz en La Mancha ha ocasionado un desmesurado

consumo de agua, la sobreexplotación de los acuíferos y la desecación del Parque

Nacional de las Tablas de Daimiel.

EN LA INDUSTRIA.

Las zonas industriales consumen grandes cantidades de agua (fabricación de productos,

refrigeración....) y la contaminan. Por tanto las medidas de planificación industrial pasan por:

Fomento en el uso de tecnologías de bajo consumo.

Limitación de vertidos contaminantes. Las industrias deberían depurar las aguas

antes de verterlas.

Reciclado de agua de refrigeración por uso en circuitos cerrados.




Las administraciones deberían incentivar con subvenciones a las empresas que

reduzcan su consumo y penalizar su derroche.

En cualquier caso señalar la importancia de la REUTILIZACIÓN del agua usada y sacar

provecho en un segundo uso de los productos que se introdujeron en el primero. Ejemplo:

las aguas urbanas, parcialmente depuradas pueden utilizarse para el riego y están

enriquecidas en nutrientes, con lo que se ahorra en fertilizantes.

Por otra parte el ciclo del agua se aprovecha mejor, si se potencia su REGULACIÓN

NATURAL: PROTEGIENDO EL SUELO Y LA VEGETACIÓN, puesto que esto favorece la

retención del agua y la recarga de los acuíferos.

b) MEDIDAS DE CARÁCTER TÉCNICO.

Son aquellas como la edificación de presas, trasvases, canales, pozos ((regulación

artificial del ciclo del agua) y reforestación de riberas o limpiezas de cauces. Estas

medidas técnicas tienen la finalidad de aumentar la disponibilidad de agua.

Tienen un alto coste económico y ambiental y sólo deberían abordarse si son

estrictamente necesarias. Para disminuir los problemas que generan en el medio ambiente

hay que realizar estudios de impactos ambientales previos a su construcción.

YA SE HAN TRATADO ANTERIORMENTE LOS EMBALSES, TRASVASES Y POZOS.

c) MEDIDAS SOCIALES Y POLÍTICAS.

Las medidas sociales están relacionadas con el consumo de agua en los hogares y la

educación para realizar un consumo responsable y evitar el derroche de agua. Se pueden

poner en prácticas una serie de medidas individuales que reducirían en un 40% el consumo

de agua:

Instalaciones de reductores de caudal en los grifos.

Cisternas con carga reducida.

Electrodoméstico de bajo consumo.

Medidas para evitar el derroche: cerrar los grifos mientras nos enjabonamos o lavamos los

dientes, ducharnos en lugar de bañarnos, lavadoras y lavavajillas llenos al usarse,

aprovechar el agua que sale antes de estar caliente para otros usos.

Dentro del aspecto político destacan las leyes que regulan el consumo y gestión del agua

como bien de dominio público (Ley de Aguas 29/1985).

A nivel global destacan la Conferencia del Agua de la Naciones (Mar del Plata 1977) y la

de Río de Janeiro (1992) que establece el punto de partida para un uso sostenible del agua

(control de usos, desagües, vertidos industriales, reciclaje...)

En España los usos del agua se regulan por el Plan Hidrológico Nacional y en Europa por

la Directiva Marco de Agua.

El problema de estas medidas es que en muchos casos suponen un enfrentamiento entre el

desarrollo y el cuidado del agua y pueden ser rechazadas por la población.

Selectividad: a) Explica por qué consideramos al agua como un recurso

renovable pero limitado.

b) Enumera las diferentes medidas de tipo individual y colectivo

para conseguir un mayor ahorro de este recurso.




ACTIVIDADES. TEMA: LA HIDROSFERA. RECURSOS HÍDRICOS Y GESTIÓN DEL AGUA

Preguntas largas

1) El ciclo del agua. Distribución del agua en la Tierra. Balance hídrico general.

2) Uso y consumo del agua. Medidas de ahorro.

3) Las aguas superficiales: embalses, canalizaciones y trasvases.

4) Las aguas subterráneas. Explotación de aguas subterráneas. Tipos de pozos.

5) Energía hidroeléctrica y mareal.

Preguntas cortas

1) Define el concepto de cuenca hidrográfica.

2) ¿Qué factores determinan la capacidad de infiltración de un terreno?.

3) ¿Cómo puede influir el efecto invernadero en el ciclo hídrico?

4) ¿Qué procesos del ciclo hidrológico se verán acelerados y cuáles frenados como consecuencia de una deforestación masiva?

5) Indique qué factores favorecen la escorrentía.

6) ¿Qué es un acuífero?. Tipos básicos de acuíferos. Haz un dibujo que los represente.

7) Define: evapotranspiración, escorrentía, infiltración, agua fósil, balance hídrico.

8) ¿Qué es un pozo artesiano?. Explica por qué el agua rebosa a presión por encima de la boca de un pozo surgente..

9) Concepto de nivel freático.

10) ¿A qué se denomina nivel piezométrico?. ¿Existe alguna diferencia con el nivel freático?.

11) ¿Qué ocurre cuando perforamos varios pozos próximos?. ¿Qué parámetro nos indica la distancia mínima a la que podemos perforar el pozo nuevo?.

12) ¿Cuál es el caudal máximo que se podrá extraer de un pozo?.

13) ¿Qué diferencia existe entre usos consuntivos y no consuntivos del agua?.

14) ¿Cuál es el uso que más agua demanda en España?. ¿Y a nivel mundial?.

15) Explica cómo puede intervenir el ser humano en el ciclo hidrológico.

16) Indica las fuentes de energía de origen hídrico

17) Propón, al menos, una medida reductora del consumo de agua en cada uno de los sectores, agrícola, ganadero, industrial y urbano.

18) Señala las principales ventajas e inconvenientes que presenta la energía hidroeléctrica sobre otras fuentes de energía.

19) Indica cuatro factores que hacen del agua un recurso limitado y escaso en muchas regiones del planeta. ¿Cuáles son las principales medidas que se han de tomar para paliar los problemas hídricos en las zonas endémicamente deficitarias?.

20) Las rocas calizas que están muy fracturadas, ¿presentan mucha o poca permeabilidad?. ¿Por qué?.

21) Las arenas y las arcillas son materiales porosos. ¿Son también materiales muy permeables? ¿Por qué?

22) ¿Por qué los bosques provocan un aumento de las precipitaciones?

23) Indique las fuentes de energía de origen hídrico.

24) Señale las principales ventajas e inconvenientes de un embalse.

25) Señale las principales ventajas e inconvenientes de un trasvase de agua de una cuenca a otra.

26) ¿A qué se denomina termoclina? ¿Qué importancia tiene? ¿A qué se denomina hipolimnio? 27) ¿Qué consecuencias para la vida de un lago puede tener el hecho de su estratificación en verano?. 28) ¿Cuándo son más ricas en nutrientes las aguas de un lago profundo situado en latitudes medias, en verano o en otoño?. ¿Por qué?. 29) Define: Termoclina, epilimnion, metalimnion, hipolimnion. 30) Qué es una cuenca endorreica?.




Preguntas de aplicación 1) En la tabla se dan los valores de oxígeno disuelto (miligramos de oxígeno por litro de agua) medidos a mediodía, a diferentes profundidades de una balsa con abundancia de plancton.

a) Represente los datos en un gráfico. Explique el proceso biológico que predomina a mediodía en el primer medio metro de la balsa y qué organismos lo realizan.

b) ¿Qué cambios, por lo general, cree que puede haber con respecto a la concentración de oxígeno del agua al atardecer?. Razónelo.

c) Explique por qué en el fondo de la balsa se da esa concentración de oxígeno. ¿Qué organismos abundan más?. ¿Qué tipo de metabolismo tienen?.

2) En la figura se representan tres zonas A, B y C.

a) Explique el comportamiento de cada una de ellas desde el punto de vista hidrológico.

b) ¿Cómo puede explicarse la aparición del manantial que aparece en la figura?.

c) Razone cuál será el resultado de los sondeos 1, 2 y 3 realizados para captar aguas subterráneas.

3) La gráfica adjunta representa la variación de la temperatura y de la concentración de oxígeno con la profundidad del agua en un lago. En relación con ella, responda razonadamente a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué capas pueden distinguirse en función de la curva de temperaturas? b) ¿Cómo se pueden explicar las variaciones en la concentración de oxígeno? c) Explique cómo influirá la llegada de nutrientes al lago.




4) Observe el siguiente esquema y responda a las cuestiones que se plantean:

a) Comente el esquema adjunto diciendo de qué tipo son los acuíferos representados (A1, A2 y A3). Explique las características de los pozos P1, P2 y P3 e indique qué hay que hacer para obtener agua en cada uno de ellos. ¿Qué relación existe entre el río y el acuífero A3?. b) Cite y explique dos consecuencias de la sobreexplotación de los acuíferos. c) Ponga tres ejemplos que, en su opinión, constituyan un despilfarro o mal uso del agua. 5) Lea el siguiente texto y conteste las cuestiones: La presa de Asuán en Egipto ha supuesto grandes recompensas para el país, en especial en forma de energía hidroeléctrica, que representa la mitad de sus necesidades energéticas. También supuso la liberación de las inundaciones estacionales, pero con un coste considerable. Más de 100 millones de toneladas de sedimentos de calizas y arena, que antaño fertilizaban los campos de cultivo río abajo, están hoy rellenando el lago Nasser, lo que supone un aumento en las importaciones de fertilizantes. Este bloqueo de los depósitos fluviales tuvo también efectos en las industrias de río abajo, privando a los fabricantes de ladrillos de El Cairo de una materia prima vital, mientras que las pesquerías de sardina de la costa, que dependían del flujo de nutrientes procedentes del Nilo, se contaron entre las primeras bajas. El propio delta del Nilo está formado por un 40% de cienos, un 30% de arena fina y un 30% de calizas. Simultáneamente, los problemas de la salinización y el encharcamiento se han visto acentuados. Un estudio de la FAO llegó a la conclusión de que el 35% de la superficie cultivada de Egipto está afectada por un exceso de agua. Para rematar todo esto, la enfermedad parasitaria transmitida por el agua, la esquistosomiasis, ha hecho su aparición entre los pueblos que viven en torno al lago Nasser y a lo largo de los nuevos canales de irrigación. En todos los casos se podrían haber minimizado muchos de estos problemas por medio de un estudio previo de impacto de las medidas.

a) ¿Cuál era la causa de la fertilidad del valle del Nilo antes de la construcción de la presa?.

b) ¿Qué efectos beneficiosos y perjudiciales puede ocasionar la construcción de un embalse?.

c) ¿Qué medidas se deberían proponer en estos casos?.




6) La tabla indica la distribución de los recursos y consumos de agua en algunas cuencas hidrográficas de España. De acuerdo con los datos, conteste a las siguientes cuestiones:

a) Analiza la situación hídrica de España.

b) Si consideras que existe riesgo de desabastecimiento hídrico en algunas regiones, indica soluciones que se podrían dar en cada caso.

c) ¿Qué ventajas e inconvenientes supondría realizar un trasvase desde una cuenca con superávit a una cuenca con déficit hidráulico?

7) La fotografía adjunta es de una central eléctrica existente en el estuario del río Rance, localizado en la región de Bretaña (Francia). A partir de su observación, responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) En el momento que representa la imagen ¿cómo se está obteniendo energía eléctrica en esta central?

b) Nombre el tipo de energía que se obtiene en esta central y califíquela como renovable o no renovable. Justifique la respuesta. c) Razone cómo contribuye al efecto invernadero la forma de obtener energía eléctrica en esta central. 8) En la figura adjunta se representa esquemáticamente el ciclo del agua, así como los volúmenes de agua que se intercambian anualmente. A partir de su observación, responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) ¿Existe equilibrio en el balance anual. ¿Qué procesos principales no están cuantificados en la figura? ¿Con ellos se completaría el ciclo del agua? Una vez completado el balance, ¿se produce un incremento progresivo del nivel del mar debido a los aportes de escorrentía continental?

b) ¿Existe relación entre el volumen de agua en los océanos y el volumen retenido en forma de hielo en los glaciares?

c) ¿Cuáles son las consecuencias de las variaciones del nivel del mar sobre la población humana?

TEMA 5. LA HIDROSFERA. RECURSOS...

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