Aguas

GEOLOGA FSICA

Universidad Nacional de ColombiaSede Medelln2011

Aguas superficiales y subterrneas

Generalidades (ciclo hidrolgico) Corrientes de agua (definiciones, erosin, transporte, depositacin) Geomorfologa fluvial Inundaciones y su control Aguas subterrneas (generalidades)

Generalidades

Ros, corrientes de agua, humedad del suelo y almacenamiento en las rocas son componentes esenciales del ciclo hidrolgico Escorrenta: agente dominante en la alteracin del paisaje (erosin del terreno transporte de sedimentos) Inundaciones: uno de los procesos geolgicos ms destructivos Agua subterrnea: 94% del agua potable lquida...

Generalidades

Ciclo hidrolgicoEl agua se mueve constantemente entre la hidrosfera, la atmsfera, la tierra slida y la biosfera (cambia rpidamente de estado a la p y T superficial)Anual

Generalidades

Ciclo hidrolgicoDepsitos (almacenamiento):Ocanos, glaciares, agua subterrnea, lagos, humedad del suelo, ros, atmsfera...

Fuente de energa del ciclo: Sol (clima)

ProcesosPrecipitacin (P)Infiltracin (I): la lluvia pasa a travs del suelo hacia los depsitos subterrneos Percolacin profunda y movimientos a travs de la tierra slida: alimentan lagos, ros, ...

Generalidades

Ciclo hidrolgicoProcesosEscorrenta (R): flujo superficial de agua en exceso (P>I)... El suelo est saturadoEvapotranspiracin (E): suma del agua que se evapora y del agua transpirada por las plantas

Balance hidrolgico

S = almacenamiento de humedad en el sueloEn el largo plazo (ms de 20 aos) dS/dt = 0 y R = P E

Generalidades

Ciclo hidrolgicoBalance hidrolgicoOcanos E>P, tierra P>E... R completa el balance

Corrientes de agua superficial

Cuerpo de agua de cualquier tamao, confinado a un canal, que se mueve ladera abajo por influencia de la gravedadAlimentadas por escorrenta superficial y aguas subterrneasInicialmente en lminas de unos pocos mm sobre el terreno, que se unen para formar pequeos canales y eventualmente corrientes

La escorrenta depende de la capacidad de infiltracin del terreno, de la intensidad y duracin de la lluvia, del estado previo de humedad del suelo, de la textura del suelo, de la pendiente y de la vegetacin...


Tipos de flujo de corrienteLaminar: bajas velocidades, cauces de baja pendiente, trayectorias paralelas al cauceTurbulento: altas velocidades, cauces inclinados, trayectorias confusas, errticas, con remolinos. La turbulencia es responsable de erosionar el cauce y mantener el sedimento en suspensin


Tipos de flujo de corrienteLaminarTurbulento


Velocidad de una corrienteVara en distintos puntos de una corriente (menor en los costados, mayor en el centro) debido a la friccin con el cauce y vara segn la corriente sea recta o sinuosa... 1 a 30 km/h


Velocidad de una corrienteDetermina la capacidad de transporte y erosin de la corrienteDepende de:Gradiente (pendiente, inclinacin del canal)Forma (seccin transversal): determina cunta agua est en contacto con el cauce. Entre menor sea el permetro mayor ser la velocidad...Cuando la relacin permetro/rea es menor, la velocidad aumentaIrregularidad del cauce: friccin...


Velocidad de una corriente


Caudal de una corrienteCantidad de agua que atraviesa un punto en un determinado tiempoQ = A x VA = seccin transversalV = velocidad media en la seccinVara constantemente, dependiendo de las condiciones climticasVaran el ancho, la profundidad y lavelocidad


Caudal de una corriente


Perfil longitudinal de una corrienteRelacin entre las alturas del cauce y las distancias horizontales, desde la cabecera hasta la desembocaduraEn general, la pendiente disminuye constantemente al aumentar la distancia recorrida, y el perfil tiene una forma cncava suaveHacia aguas abajo aumenta el caudal, el ancho y la profundidad de la corriente, y disminuye el tamao del material del lecho. Cerca a la cabecera las corrientes son ms turbulentas...


Perfil longitudinal de una corriente


Perfil de algunos ros colombianosCaucaAtratoSan JuanMagdalena


Nivel base:Lmite inferior para la erosin de una corriente fluvial (menor elevacin a la cual una corriente puede profundizar su cauce) = Nivel de desembocadura a otro ro / lago / ocanoAbsoluto: nivel del marLocal o temporalCambios en el nivel base ocasionan reajustes en toda la corriente (depositacin erosin)


Erosin de las corrientes fluvialesLas corrientes erodan sus cauces al:- Recoger clastos dbilmente consolidados (debido a la turbulencia, incluso puede separar trozos de lecho diaclasado o fracturado)- Abrasin por el material que transporta- En menor medida, disolucin del lecho rocoso (la mayora de cationes disueltos provienen del agua subterrnea, no son producidos por corrientes de agua)


Erosin de las corrientes fluviales y las aguas que las alimentanLaminar (capa de suelo) surcos (pequeos canales) crcavas (zanjas profundas)


Erosin de las corrientes fluvialesSocavacin lateral de los caucesIncisin vertical de los cauces


Transporte del sedimento por las corrientesLos productos de la meteorizacin y de la erosin del cauce van a las corrientes por flujo superficial, procesos gravitacionales y agua subterrnea- En solucin (disuelto): iones disueltos durante lameteorizacin, transportados por el agua subterrnea. Su transporte es independiente de la velocidad, se deposita cuando hay cambios qumicos en el agua- En suspensin: mayora de la carga (arenas, limos, arcillas, ocasionalmente gravas). Nube visible de sedimentos disueltos en el agua. Depende de la velocidad de la corriente y del tamao, forma y peso especfico de los clastos


Transporte del sedimento por las corrientes- Carga de fondo: material demasiado grande para ser llevado en suspensin. Es arrastrado sobre el lecho mediante rodamiento, deslizamiento y saltacin. Se mueve intermitentemente.


Transporte del sedimento por las corrientesCapacidad: carga mxima de partculas slidas que la corriente puede transportar (depende del caudal)Competencia: tamao mximo de clastos que la corriente puede transportar (depende de la velocidad)

Durante una inundacin aumentan el caudal (capacidad) y la velocidad (turbulencia, competencia), lo que genera altas tasas de erosin y transporte de sedimentos...


Depositacin del sedimento por las corrientesAl disminuir la velocidad disminuye la capacidad y competencia de la corriente y los clastos se van depositando segn el tamao, forma y gravedad especfica (seleccin)Aluvin: material bien seleccionado tpicamente depositado por una corriente fluvial

- Depsitos de canal: sedimentos depositados dentro del cauce del ro. Arenas y gravas (material grueso) se depositan en barras, de carcter transitorio. Comn en meandros o en el fondo del canal de ros trenzados


Depositacin del sedimento por las corrientesRo MendricoRo Trenzado


Depositacin del sedimento por las corrientes- Llanura de inundacin: parte del valle anegada durante las inundaciones. Extensin y tamao de grano variable segn las caractersticas de la corriente


Depositacin del sedimento por las corrientes- Abanicos aluviales y deltas: se depositan por prdida abrupta de competencia en la corriente, unos en tierra firme y otros en cuerpos de aguaAbanicos: empinados. Corrientes fluviales de alto gradiente abandonan un valle estrecho en terreno montaoso y salen a una llanura amplia y plana (cambio de forma del canal). Lo ms grueso se deposita en el centro del abanicoDeltas: planos. La corriente entra a un ocano o lago, desacelerndose y depositando sus sedimentos. A medida que el delta crece, la corriente se obstruye y va desarrollando otros canales distribuidores de agua y sedimentosNo todos los ros forman deltas, depende de las caractersticas del ro y de los procesos costeros


Depositacin del sedimento por las corrientes


Erosin, transporte y depositacin

Geomorfologa fluvial

Valles fluvialesUna de las geoformas ms frecuentes en la Tierra2 formas extremas ideales, con variaciones entre ellas:- Valles estrechos en V: laderas de pendientes fuertes, generalmente predominan los procesos erosivos verticales. Cataratas. Producto final de la accin conjunta de meteorizacin, procesos gravitacionales, ...- Valles anchos en U: la incisin vertical cesa, la energa se disipa lateralmente ensanchando (por erosin) el valle. En su interior predominan los procesos de depositacin. Valles de fondo plano, frecuentemente desarrollan ros mendricos y trenzados.


Valles fluviales


Valles fluvialesRos mendricos: frentes de erosin y depositacin, disipacin lateral de la energa. Los frentes erosivos suelen migrar dejando a veces meandros abandonados


Meandros encajados y terrazas fluviales

- Meandros encajados: meandros en valles estrechos y empinados (normalmente son en valles amplios). Primero se formaron los meandros, luego un cambio en el nivel base desencadena incisin vertical- Terrazas fluviales: restos de llanuras de inundacin previas. Cambios en el nivel base producen erosin de las llanuras de inundacin preexistentes


Meandros encajados y terrazas fluviales


Cuencas y redes de drenajeCuenca: rea afluente en un punto cualquiera de la corriente, separada de otras cuencas por una lnea imaginaria denominada divisoria

Cuenca de drenaje del ro Atrato


Cuencas y redes de drenajeRed: conjunto de corrientes interconectadas. Su forma depende del tipo de roca y de las estructuras (fallas, pliegues) presentes- Dendrtica: ramificaciones irregulares. El sustrato es uniforme (tpicamente rocas gneas masivas) y no hay controles estructurales de las corrientes (el nico control es la pendiente)- Radial: las corrientes divergen desde un rea central. Tpico de zonas volcnicas- Rectangular: el sustrato est fallado y diaclasado, el agua corre por las zonas de debilidad estructural


Cuencas y redes de drenaje

DendrticaRadialRectangular


Cuencas y redes de drenaje

Inundaciones y su control

El caudal supera la capacidad del cauceEl ms comn y destructivo de los fenmenos geolgicos

Factores- Clima: incremento en las precipitaciones, deshielo- Actividad antrpica: pavimentacin y alcantarillado (impermeabilizan el suelo y aumentan la escorrenta), ruptura de presas- Caractersticas de la cuenca: geologa, uso del suelo, morfometra, ...

Inundaciones y su controlLos ros experimentan variaciones estacionales en su caudal, que van modificando el paisaje fluvial ao tras ao

Inundaciones y su controlLas inundaciones vienen en general asociadas on incrementos en las precipitaciones.

El caudal mximo ocurre varias horas despus del mximo en la precipitacin.

Inundaciones y su controlLas inundaciones tienen un periodo de recurrencia, con una tendencia ms o menos semilogartmica

Inundaciones y su control

Controles- Diques: montculos en las riberas de los ros, aumentan el volumen de agua que el cauce puede contener- Presas: almacenan el agua de la inundacin y la liberan lentamente. - Canalizacin: alteracin del cauce para aumentar la velocidad del flujo- Zonificacin adecuada: no realizar construcciones en zonas de riesgo...

Aguas subterrneas

94% del agua lquida potable es subterrneaSe almacena en los poros de suelo y sedimentos y en grietas y fracturas en el lecho rocoso (en conjunto, son un volumen considerable)Humedad del suelo: agua retenida por atraccin molecular en la superficie de las partculas slidas (disponible para evapotransporacin)Zona de aireacin: poros llenos fundamentalmente de aireFranja capilar: el agua asciende desde la zona saturada por capilaridad

Aguas subterrneas

Nivel fretico: lmite superior de la zona de saturacin. Sigue la topografa, aunque ms suavizado

Zona de saturacin: todos los espacios libres estn llenos de agua (va hasta 2 km de profundidad aproximadamente; all los poros estn sellados)

Aguas subterrneas

El agua fluye lentamente (cm/da), dependiendo de la porosidad y permeabilidad de los materiales, desde las zonas de NF altos hacia las zonas de NF bajosDependiendo de las condiciones climticas, los depsitos de agua subterrnea ceden o toman agua de los ros

Aguas subterrneas

Acufero: estrato permeable que transmite libremente el agua (arenisca, aluvin)Acuicludo (capa confinante): estrato impermeable que impide el movimiento del agua (shale, rocas cristalinas)Manantiales (nacimientos): provienen de la zona de saturacin (NF aflorando)Fuentes termales y geysers: en zonas de actividad gneaPozos: extraccin de agua de la zona saturada. Producen abatimiento (depresin) del NFArtesianos: el agua subterrnea est bajo presin (confinada entre dos acuicludos) y asciende por encima del acufero sin necesidad de bombeo

Aguas subterrneas

Aguas subterrneas

Problemas asociados a su explotacin- Agotamiento (al agua subterrnea se renueva muy lentamente)- Subsidencia (el agua extraa crea vacos en profundidad)- Contaminacin (derrames, pozos spticos, ...)

Aguas

Documents