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Acuíferos confinados: También llamados cautivos. En ellos el agua está sometida a una presión superior a la atmosférica y ocupa totalmente los poros o huecos de la formación geológica, saturándola totalmente. Si se extrae agua de él, ningún poro se vacía, sólo disminuye la presión del agua. Al disminuir la presión, pueden llegar a producirse asentamientos y subsidencias del terreno. En el caso de que se perforase este tipo de acuíferos, el nivel de agua ascendería hasta situarse en una determinada posición que coincide con el nivel de saturación del acuífero en el área de recarga; a este nivel se le conoce con el nombre de nivel piezométrico. Si unimos todos los niveles piezométricos, obtendremos la superficie piezométrica.

Acuíferos libres: También llamados no confinados o freáticos. Entre ellos existe una superficie libre y real del agua almacenada, que está en contacto con el aire y a la presión atmosférica. La superficie hasta donde llega el agua, se denomina superficie freática; cuando esta superficie es cortada por un pozo se habla de nivel freático en ese punto.

Acuíferos semiconfinados: Son más frecuentes que los acuíferos confinados, pudiendo afirmar que se trata de acuíferos a presión, pero en algunas de las capas confinantes son semipermeables, acuitardos.

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En esta parte se brindan las bases conceptuales y las orientaciones metodológicas para evaluar los sistemas acuíferos identificados en las áreas de jurisdicción  de las autoridades ambientales.

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El subsuelo tiene formaciones geológicas consistentes o fracturadas, las cuales pueden obtener agua en sus intersticios. Esta agua es denominada agua subterráneas y los terrenos que contienen y pueden ceder se le denominan acuíferos.

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Aquellas formaciones geológicas  que contienen agua en su interior no la trasmiten, por lo tanto, no es posible sus explotaciones son llamados acuicludos o acuicierres.

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El origen de las aguas subterráneas, nace de las lluvias, la cual se infiltra directamente a través del suelo, por medio de las grietas  y poros de las rocas. Se acumula por años llenando los acuíferos.
Bajo la superficie del terreno se diferencian dos zonas: la zona no saturada  y la zona saturada. El límite entre estas dos zonas es el nivel del agua, que se define como la superficie donde la presión es atmosférica.

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La zona no saturada comprende desde la superficie del suelo hasta la superficie del agua, lleno de poros ocupados parcialmente por agua y aire. En la zona saturada el agua subterránea llena todos los poros, por lo tanto, la porosidad provee una medida directa de contenido de agua por unidad de volumen.
Teniendo en cuenta que una porción de agua puede ser removida por el subsuelo por medio de drenaje o bombeo con un pozo, sin embargo, las fuerzas de tensión molecular y superficial mantienen el resto de agua en su lugar.

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Cuando se hace una perforación que atraviesa las zonas acuíferas, el agua que contenía en los poros o grietas pasa  a la perforación o pozo llenándolo hasta un cierto nivel llamado NIVEL PIEZOMÉTRICO. El nivel es definido como la altura de la columna de agua que equilibra  la presión del agua del acuífero en un punto determinado.

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Los manantiales pueden definirse como un punto en el que la fluye a la superficie una cantidad apreciable de agua, los factores influyen en cualquier tipo de manantial. Tipo (A) drenan un acuífero tabular por la lluvia. Tipo (B)  drenan una formación tipo basáltica poco permeable. Tipo (C) drenan un acuífero confinado. Tipo (D) drenan de un embalse  subterráneo  limitado lateralmente por dos fallas. Tipo (E) drenan un acuífero confinado a través de una zona milonitizada. Tipo (F) corresponde  a un esquema  del sistema hidráulico. Tipo (G) diaclasas en descompresión del granito. Tipo (H) originados por la descarga de las aguas  de las diaclasas que drena una zona fracturada. Tipo (I) embalse subterráneo en un terreno homogéneo. Tipo (J)  drenan de un cono de deyección cuya base esta formada por terrenos impermeables.

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La roca para ser acuífera, además de contener agua, necesita poder cederla, cualidad que se denomina permeabilidad
El signo es negativo indica que el flujo se desarrolla  en la dirección en la que decrece la altura del agua. El cociente entre la diferencia de alturas entre las secciones de entrada y de salida y la distancia entre ellas se llama gradiente hidráulico.

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2.8 Tabla de valores de permeabilidad (K)

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2.8 Tabla de valores de permeabilidad (K)

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La propiedad de una roca que la hace contener agua se define como la porosidad en los sólidos discontinuos en relación con el volumen total de la roca–sedimento.
Un término importante es la porosidad efectiva, la cual se refiere a la cantidad de espacio de poros interconectados disponibles para el flujo del fluido.

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La transmisividad hidráulica de un acuífero es la tasa de flujo bajo un determinado gradiente hidráulico a través de una unidad de anchura de acuífero de espesor dado, y saturado. Es el producto del espesor saturado de dicho acuífero y la conductividad hidráulica (K). Se mide en una unidad de superficie dividido en una unidad de tiempo.

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El coeficiente de almacenamiento es la cantidad de agua cedida por un prisma de acuífero de un metro cuadrado de sección y la altura del acuífero.

S= volumen del agua / Área unitaria * cambio unitario de la altura de agua

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Por otra parte, el almacenamiento específico Ss se define como el volumen de agua que un acuífero absorbe o expulsa por unidad de área por unidad de espesor de acuífero por unidad de cambio de altura , es decir:

Ss = volumen del agua / Área unitaria * Espesor unitario * Cambio unitario  de la altura de agua

En los acuíferos libres, el almacenamiento es igual a la porosidad eficaz y varía entre 0.005 a 0.30.
Para el caso de acuíferos confinados, el volumen de agua contenido en un elemento de volumen geométrico fijo varía al variar la presión de este.

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El estudio microscópico del comportamiento  de un medio  poroso  es extraordinariamente complejo  dada la forma complicada  de los poros  por los que debe circular  el fluido.

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La ley de Darcy es válida  en un medio saturado, continuo, homogéneo, e isótropo. Bajo el nivel freático, en la zona no saturada predomina  el flujo horizontal dirigido hacia las áreas de descarga.
Existen diferencias significativas en los regímenes de flujo de aguas subterráneas y el tiempo de residencia en diferentes condiciones climáticas.

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2.15   Reservas y recargas de aguas subterráneas

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2.15   Reservas y recargas de aguas subterráneas

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La capacidad de un acuífero es una función de su volumen  útil, por lo tanto, su estimación se  atiende los determinantes que condicionan dicho volumen, Así pues, es fácil entender que pueden estimarse un volumen de almacenamiento estático. En el primer caso, la reserva es definida como la cantidad de agua almacenada en el acuífero que puede drenar por la acción de la gravedad.

Las fluctuaciones del nivel freático en acuíferos libres representan, variaciones de las reservas.

Reservas mínimas. Asociadas con el caudal mínimo  de escorrentía subterránea que dependen de las condiciones de flujo de agua subterránea.

Reservas máximas. Asociada con el caudal máximo de escorrentía subterránea.

Define una variación de la reserva, que es la diferencia entre las reservas mínimas y las máximas, para el año hidrológico  en cuestión.

Las reservas permanentes, que están relacionadas con la reserva mínima media.

La reserva total, que corresponde a la reserva  máxima media.

La variación de la reserva se define como la diferencia entre las dos primeras.

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El conocimiento de las áreas de recarga o descarga en una cuenca o en un sistema Es necesario para realizar un manejo sostenible de los sistemas acuífero, Adicionalmente permite determinar zonas de manejo especial y zonas Vulnerables a la contaminación.
Imagen: Relaciones posibles entre río-acuífero

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El Modelo Hidrogeológico Conceptual (MHC) integra la información geológica, hidrológica, hidrodinámica, hidráulica, hidroquímica isotópica para ilustrar los procesos y flujos que ocurren en las dimensiones espaciales de su dominio.

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Este modelo se retroalimenta de manera permanente con los resultados de la red de  monitoreo  de  agua  subterránea  que  da  cuenta  de  la  variación  de  niveles

Piezométricos en el tiempo.
Imagen: Construcción de un modelo hidrogeológico conceptual de la Sabana de Bogotá a partir de información geográfica, geológica, hidrodinámica e hidrológica

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E  isotópica  complementa  y  es  parte  estructural  del  MHC.  Permite  reconocer  facies  hidrogeoquímicas,  separar  y  reconocer sistemas de flujos, delimitar zonas de recarga, validar sistemas de flujo, identificar interacción entre uno o más acuíferos y relaciones entre agua superficial-agua subterránea, precisar edad y origen de las aguas subterráneas y  reconocer  afectaciones  por  actividad  antrópica.

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2.20 El  modelo  hidráulico  e hidrodinámico

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2.20 El  modelo  hidráulico  e hidrodinámico

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El MHC es dinámico en la medida en que se actualice la información de las variables hidrogeológicas  de  cantidad  y  calidad  y  las  estadísticas  de  extracción  y  recarga  (natural  e  inducida)  a  partir  de  un  monitoreo  permanente  y  sistemático  que  dé  cuenta de la dinámica e interrelaciones con el medio físico. En este sentido, debe aclararse  que  no  hay  coincidencia  entre  los  límites  de  las  divisorias  de  unidades  hidrográficas y las unidades de análisis hidrogeológicas por lo cual es imperativo desarrollar estrategias y técnicas para involucrar el subsistema hídrico subterráneo en la GIRH.
Imagen: Divergencia de límites hidrográficos e hidrogeológicos

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Por otro lado, es importante entender que los sistemas hidrogeológicos determinan flujos  de  carácter  regional,  intermedio  y  local  que  deben  ser  considerados  para  entender  dinámicas  ecosistémicas  al  formular  medidas  de  protección,  manejo  y  adaptación.
Imagen: Sistemas de flujo de aguas subterráneas

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Desde  el  punto  de  vista  de  la  aplicación  de  la  modelización  para  sistemas  Hidrogeológicos, existen diferentes tipos de modelos, así como diferentes soportes Sobre los cuales simular los procesos naturales objetos de estudio (Ibíd.):

Modelos físicos.

Modelos analógicos.

Modelos digitalizados o numéricos

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3. Marco metodológico para la evaluación de las aguasSubterráneas

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3. Marco metodológico para la evaluación de las aguasSubterráneas

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Las   unidades   de   análisis   hidrogeológico   corresponden   a   unidades mayores   denominadas  provincias  hidrogeológicas  en  las  cuales  se  identifican  sistemas  acuíferos   que   podrían   ser   subdivididas   a   nivel   subregional   en   cuencas   hidrogeológicas  en  función  de  su  ambiente geológico  y  condiciones  de  conexión  hidráulica.

En las ERA se requieren unidades de análisis de mayor resolución adecuadas para la toma de decisiones. Estas unidades se denominan, en este documento y en la PNGIRH, sistemas acuíferos.

La   delimitación   y   caracterización   de  sistemas  acuíferos  permite  reconocer  prioridades  de  gestión  de  las  aguas  subterráneas. Esta caracterización comprende lo que se ha denominado Modelos Hidrogeológicos  Conceptuales  (MHC)  que  integran  la  información  del  estado  y  dinámica de la oferta, demanda, calidad y vulnerabilidad de acuíferos.

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En  este  aparte  se  identifican  y  describen  los  procedimientos  que  la  autoridad  ambiental  debe  adelantar  en  su  área  de  jurisdicción  para  la  evaluación  de  los  sistemas acuíferos en el marco de las ERA.
Imagen: procedimiento para la evaluación de sistemas acuíferos en las ERA

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Acuíferos parte  de  un  conocimiento  geológico  del  área  de  jurisdicción.  Implica  reconocimientos  y  representaciones  a  escalas  mayores   de   1:100.000   representadas   en   cartografía   geológica-estructural,   columnas estratigráficas, secciones geológicas y determinación de características hidrogeológicas  generales  asociadas  con  el  conocimiento  de  las  condiciones  de  porosidad y permeabilidad.

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Los acuíferos transfronterizos implican gestión con países vecinos y al respecto el programa  UNESCO/OEA  ISARM  Américas  es  una  iniciativa  regional  lanzada  en  2002,  en  el  Congreso  de  IAH-ALHSUD  en  Mar  del  Plata,  Argentina.  Resultó  de  los esfuerzos conjuntos de PHI-UNESCO y la OEA para implementar el Programa ISARM en el hemisferio occidental. El programa abarca tres actividades principales de carácter regional, las cuales corresponden a cuatro fases.

El  inventario  exhaustivo  de  los  acuíferos  transfronterizos  de  las  Américas,  incluyendo la recopilación de datos relativos a sus características hidrogeológicas y la utilización actual de sus aguas subterráneas.

El inventario de los marcos jurídicos e institucionales en los países de la región, en el contexto de los acuíferos transfronterizos.

El inventario de los marcos jurídicos e institucionales en los países de la región, en el contexto de los acuíferos transfronterizos.

Inventario  y  análisis  de  los  aspectos  socioeconómicos  de  los  acuíferos  transfronterizos de la región y de su gestión transfronteriza.

El Programa es coordinado por un grupo de expertos de la OEA y UNESCO-PHI  y a nivel nacional es implementado por representantes nacionales designados por los  Comités  Nacionales  del  PHI.

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4. Evaluación de la vulnerabilidad a la contaminación, afectación a la cantidad e identificación de conflictos por uso

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4. Evaluación de la vulnerabilidad a la contaminación, afectación a la cantidad e identificación de conflictos por uso

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Este paso permite definir escenarios prospectivos para la protección y manejo se sistemas acuíferos esto es posible si se cuenta con un MHC donde los productos obtenidos  como lo son mapas de riesgo y vulnerabilidad, zonificación de intensidad de uso, mapas de fuentes de contaminación, etc. combinados con los obtenidos del MHC permiten identificar potencialidades y restricciones de las aguas subterráneas, conflictos de uso y problemática en general que deben ser mitigados con adecuadas medidas de protección y manejo.

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El monitoreo del agua subterránea puede ser entendido como un programa diseñado científicamente de continua supervisión que incluye observaciones, mediciones, muestreo y análisis estandarizado metodológicamente y técnicamente de variables físicas, químicas y biológicas seleccionadas con los siguientes objetivos (Vrba y Soblsek, 1988):

Colectar, procesar y analizar los datos sobre la cantidad y calidad de las aguas subterráneas como línea base para reconocer el estado y las tendencias a nivel de pronóstico debida a procesos naturales e impacto por actividad antrópica en tiempo y espacio.

Proveer información para el mejoramiento en la planeación y diseño de políticas para la protección y conservación de las aguas subterráneas.

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La Red de Seguimiento y Muestreo de Aguas Subterráneas debe atender un esquema conceptual basado en el conocimiento técnico-científico de las unidades acuíferas objeto de observación y medición. En este sentido, el monitoreo de las aguas subterráneas comprende:

Estrategias de monitoreo.

Programas de monitoreo.

Métodos de monitoreo.

Estos componentes del monitoreo se desarrollan en el documento de Protocolos de Monitoreo y Seguimiento del Agua elaborado por el IDEAM como autoridad en hidrología del país y publicados en la página web de esta entidad.

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Para la evaluación y gestión de los sistemas acuíferos son pertinentes como instrumentos:

Protocolo de Monitoreo y Seguimiento del Agua del IDEAM, en el cual hay un capítulo dedicado al muestreo y monitoreo de las aguas subterráneas.

Formulario Único Nacional de Inventarios de Puntos de Agua (FUNIAS).

Guía metodológica para la formulación de Planes de Manejo Ambiental de Acuíferos.

Programa Nacional de Aguas Subterráneas.

Guía para la modelación, en su componente aguas subterráneas.

Concesiones, permisos de vertimientos.

Tasas por utilización del agua.

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Los métodos y técnicas para la evaluación del agua subterránea en sistemas acuíferos de las áreas de jurisdicción de las autoridades ambientales se encuentran documentados en la literatura hidrogeológica. Sin embargo, es de gran utilidad la consulta del Anexo titulado “Aspectos técnicos para la formulación de planes de protección de aguas subterráneas”, elaborado por Ingeominas para la Guía Metodológica para el manejo y protección de acuíferos (WMC, 2002). En esta guía se dan pautas y orientaciones para el manejo y organización de información geológica, geofísica, hidrogeoquímica y la proveniente de inventarios de puntos de agua para la elaboración de los MHC.

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Las fuentes de información de las autoridades ambientales para la consolidación de sus MHC son: • Publicaciones geológicas e hidrogeológicas de Ingeominas, incluido el Atlas Hidrogeológico de Colombia a escala 1:500.000 (Ingeominas, 2000b).

Expedientes de licencias y permisos de aprovechamiento.

Registros de perforadores.

Registros de perforaciones.

Censos de usuarios.

Datos provenientes de inventarios de puntos de agua.

Pruebas de bombeo de perforaciones y pozos de producción.

Registros geofísicos de diferentes proyectos.

Información hidroclimática de la red de referencia del IDEAM y de redes regionales o locales cuando ellas existan.

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Los  mapas  hidrogeológicos  son  una  representación  sinóptica  de  todos  los  datos relacionados con el sistema agua-tierra que alcanzan la más extrema importancia,  puesto   que   son   particularmente   herramientas   usadas   en   la   descripción   de situaciones estáticas y procesos dinámicos en el subsuelo en lo relacionado con el agua.

La información obtenida de un mapa geológico para propósitos de cartografía hidrogeológica generalmente comprende dos aspectos (Figura 41):

La conversión de unidades litoestratigráficas en unidades hidrolitológicas.

La identificación y selección de información estructural necesaria para describir y comprender la dinámica de flujo de acuíferos y aguas subterráneas, así como los tipos y condiciones de los límites controlados por la geología y la estructura.

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La recarga de agua a un acuífero depende de gran cantidad de variables, las cuales en muchas ocasiones no se determinan de manera exacta y sencilla y aquellas que pueden medirse de manera directa, corresponden a datos puntuales que luego deben extenderse a grandes áreas (Custodio et ál., 2000). Autores

como Lerner (1990) y Samper (1997) han propuesto una clasificación para los diferentes métodos de estimación de la recarga subterránea tales como medidas directas, balance de agua, técnicas de Darcy, técnicas de trazadores y métodos empíricos. Dentro de esta clasificación caben diferentes métodos para el cálculo de la recarga reportados en la literatura.

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Este método está basado en el principio de la conservación de masa a una cierta región de volumen conocido (volumen de control), definida por unas condiciones de frontera, durante un período de tiempo. La diferencia en las entradas y las salidas debe ser igual al cambio en el almacenamiento de agua. La mayor parte de los métodos de balance de agua determinan la recarga a partir de los demás componentes, este tipo de balances se puede hacer en la zona superficial, en la no saturada y en la saturada (Vélez y Vásquez, 2004). La ecuación empleada es la siguiente:
R = P - Es - ET – ∆S   Ecuación 17
Donde:

R = recarga (mm).

P = precipitación (mm).

Es = escorrentía (mm).

ET = evapotranspiración (mm).

ΔS = cambio en el almacenamiento (mm).

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Esta ecuación es válida si se asume que la recarga es igual al flujo subterráneo o descarga y si se toma la precipitación (P) como única entrada al sistema, luego de asumir que la divisoria de la cuenca coincide con la divisoria de aguas subterráneas y por lo tanto no hay entrada de flujo desde acuíferos vecinos (Freeze y Cherry, 1979). Adicionalmente, si en la zona se tienen los caudales de extracción y de retorno al agua subterránea, estos deberán ser considerados en la anterior ecuación

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Claudia Ramirez Palacio
Adriana Patarroyo Monroy
Lindy Pedraza Quintero
Adonai Rallon Castellanos
Sergio A. Vargas Vargas
Aldahir Peña Hernández