La recarga de aguas subterráneas o el drenaje profundo o la percolación profunda es un proceso hidrológico , donde el agua se mueve hacia abajo desde el agua superficial al agua subterránea . La recarga es el método principal a través del cual el agua ingresa a un acuífero . Este proceso generalmente ocurre en la zona vadosa debajo de las raíces de las plantas y a menudo se expresa como un flujo hacia la superficie del nivel freático . La recarga de aguas subterráneas también abarca el agua que se aleja del nivel freático más hacia la zona saturada. [1] La recarga ocurre tanto de forma natural (a través del ciclo del agua ) como a través de procesos antropogénicos (es decir, "recarga artificial de aguas subterráneas"), donde el agua de lluvia y/o el agua recuperada se dirigen al subsuelo.
Los métodos más comunes para estimar las tasas de recarga son: balance de masa de cloruro (CMB); métodos de física del suelo; trazadores ambientales e isotópicos; métodos de fluctuación del nivel de agua subterránea; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos los modelos de agua subterránea (GM)); y la estimación del flujo base (BF) a los ríos. [2]
La recarga de las aguas subterráneas puede producirse mediante mecanismos difusos o focalizados. La recarga difusa se produce cuando las precipitaciones se infiltran a través del suelo hasta el nivel freático y, por definición, se distribuyen en grandes áreas. La recarga focalizada se produce cuando el agua se filtra de fuentes de agua superficiales (ríos, lagos, uadis, humedales) o depresiones de la superficie terrestre y, por lo general, se vuelve más dominante con la aridez. [2]
El agua se recarga de forma natural mediante la lluvia y el deshielo y, en menor medida, mediante aguas superficiales (ríos y lagos). La recarga puede verse obstaculizada en cierta medida por actividades humanas, como la pavimentación, el desarrollo o la tala de árboles . Estas actividades pueden provocar la pérdida de la capa superficial del suelo , lo que reduce la infiltración de agua, aumenta la escorrentía superficial y reduce la recarga. El uso de aguas subterráneas, especialmente para riego , también puede reducir los niveles freáticos. La recarga de aguas subterráneas es un proceso importante para la gestión sostenible de las aguas subterráneas, ya que el volumen extraído de un acuífero a largo plazo debe ser menor o igual al volumen que se recarga.
La recarga puede ayudar a mover el exceso de sales que se acumulan en la zona de las raíces a capas más profundas del suelo o al sistema de aguas subterráneas. Las raíces de los árboles aumentan la saturación de agua en las aguas subterráneas , lo que reduce la escorrentía de agua . [3] Las inundaciones aumentan temporalmente la permeabilidad del lecho del río (capacidad de escurrimiento de la tierra) al mover los suelos arcillosos río abajo, y esto aumenta la recarga del acuífero. [4]
Los humedales ayudan a mantener el nivel del nivel freático y la carga hidráulica. [5] [6] Esto proporciona fuerza para la recarga de agua subterránea y la descarga a otras aguas también. El grado de recarga de agua subterránea por un humedal depende del suelo , la vegetación , el sitio, la relación perímetro a volumen y el gradiente del nivel freático. [7] [8] La recarga de agua subterránea ocurre a través de suelos minerales que se encuentran principalmente en el aire. [9] El suelo debajo de la mayoría de los humedales es relativamente impermeable. Una alta relación perímetro a volumen, como en los humedales pequeños, significa que el área de superficie a través de la cual el agua puede infiltrarse en el agua subterránea es típica en humedales pequeños como los pozos de pradera , lo que puede contribuir significativamente a la recarga de los recursos de agua subterránea regionales. [8] Los investigadores han descubierto una recarga de agua subterránea de hasta el 20% del volumen del humedal por temporada. [8]
Las estrategias de recarga de acuíferos gestionados (MAR) para aumentar la disponibilidad de agua dulce incluyen el uso de canales en los lechos de los ríos. [10] Una instalación en el condado de Orange, California, limpia e inyecta 100 millones de galones por día; [11] o 90 mil millones de galones por año. [12]
La recarga artificial de las aguas subterráneas está adquiriendo cada vez mayor importancia en la India, donde el bombeo excesivo de agua subterránea por parte de los agricultores ha provocado el agotamiento de los recursos subterráneos. En 2007, siguiendo las recomendaciones del Instituto Internacional de Gestión del Agua , el gobierno indio asignó 1.800 millones de rupias (equivalentes a 54.000 millones de rupias o 650 millones de dólares estadounidenses en 2023) para financiar proyectos de recarga de pozos excavados (un pozo excavado es un pozo ancho y poco profundo, a menudo revestido de hormigón) en 100 distritos de siete estados donde el agua almacenada en acuíferos de roca dura había sido sobreexplotada. Otro problema ambiental es la eliminación de desechos a través del flujo de agua, como las granjas lecheras, las escorrentías industriales y urbanas.
La contaminación de las escorrentías pluviales se acumula en los estanques de retención . La concentración de contaminantes degradables puede acelerar la biodegradación . Sin embargo, cuando los niveles freáticos son altos, esto afecta el diseño adecuado de los estanques de detención , estanques de retención y jardines de lluvia .
Si el agua cae de manera uniforme sobre un terreno de tal manera que no se excede la capacidad de campo del suelo, entonces se filtra una cantidad insignificante de agua hacia las aguas subterráneas . Si, en cambio, el agua se estanca en áreas bajas, el mismo volumen de agua concentrado sobre un área más pequeña puede exceder la capacidad de campo, lo que da como resultado que el agua se filtre hacia abajo para recargar las aguas subterráneas. Cuanto mayor sea el área relativa de escorrentía contribuyente, más enfocada será la infiltración. El proceso recurrente de agua que cae de manera relativamente uniforme sobre un área, fluyendo hacia las aguas subterráneas de manera selectiva debajo de las depresiones superficiales, se denomina recarga enfocada en las depresiones . Los niveles freáticos aumentan bajo tales depresiones.
La recarga de agua subterránea centrada en las depresiones puede ser muy importante en las regiones áridas . Un mayor número de eventos de lluvia puede contribuir al suministro de agua subterránea.
La recarga de aguas subterráneas centrada en depresiones también afecta profundamente el transporte de contaminantes hacia las aguas subterráneas. Esto es de gran preocupación en regiones con formaciones geológicas kársticas porque el agua puede acabar disolviendo túneles hasta llegar a acuíferos o a corrientes desconectadas. Esta forma extrema de flujo preferencial acelera el transporte de contaminantes y la erosión de dichos túneles . De esta manera, las depresiones destinadas a atrapar el agua de escorrentía (antes de que fluya hacia recursos hídricos vulnerables) pueden conectarse bajo tierra con el tiempo. La cavitación de las superficies superiores en los túneles da lugar a baches o cuevas.
Los estanques más profundos ejercen una presión que hace que el agua se filtre más rápidamente al suelo. Un flujo más rápido desaloja los contaminantes que de otro modo quedarían adsorbidos en el suelo y los arrastra. Esto puede llevar la contaminación directamente al nivel freático elevado que se encuentra debajo y al suministro de agua subterránea . Por lo tanto, la calidad del agua que se acumula en las cuencas de infiltración es motivo de especial preocupación.
Las tasas de recarga de las aguas subterráneas son difíciles de cuantificar. [13] [2] Esto se debe a que otros procesos relacionados, como la evaporación , la transpiración (o evapotranspiración ) y los procesos de infiltración, deben medirse o estimarse primero para determinar el balance. No existe ningún método de amplia aplicación disponible que pueda cuantificar de forma directa y precisa el volumen de agua de lluvia que llega al nivel freático. [2]
Los métodos más comunes para estimar las tasas de recarga son: balance de masa de cloruro (CMB); métodos de física del suelo; trazadores ambientales e isotópicos; métodos de fluctuación del nivel de agua subterránea; métodos de balance hídrico (WB) (incluidos los modelos de agua subterránea (GM)); y la estimación del flujo base (BF) a los ríos. [2]
Las estimaciones regionales, continentales y globales de recarga generalmente se derivan de modelos hidrológicos globales . [2]
Los métodos físicos utilizan los principios de la física del suelo para estimar la recarga. Los métodos físicos directos son aquellos que intentan medir realmente el volumen de agua que pasa por debajo de la zona de las raíces. Los métodos físicos indirectos se basan en la medición o estimación de parámetros físicos del suelo, que junto con los principios físicos del suelo, pueden utilizarse para estimar la recarga potencial o real. Después de meses sin lluvia, el nivel de los ríos en climas húmedos es bajo y representa únicamente agua subterránea drenada. Por lo tanto, la recarga se puede calcular a partir de este caudal base si ya se conoce el área de captación.
Los métodos químicos utilizan la presencia de sustancias solubles en agua relativamente inertes , como un trazador isotópico [14] [15] [16] o cloruro [17] , que se mueven a través del suelo a medida que se produce un drenaje profundo.
La recarga se puede estimar mediante métodos numéricos , utilizando códigos como Hydrologic Evaluation of Landfill Performance , UNSAT-H, SHAW (forma corta de Simultaneous Heat and Water Transfer model), WEAP y MIKE SHE . El programa 1D HYDRUS1D está disponible en línea. Los códigos generalmente utilizan datos climáticos y del suelo para llegar a una estimación de la recarga y utilizan la ecuación de Richards en alguna forma para modelar el flujo de agua subterránea en la zona vadosa .
Los impactos del cambio climático en las aguas subterráneas pueden ser mayores a través de sus efectos indirectos en la demanda de agua de riego a través del aumento de la evapotranspiración . [18] : 5 Se observa una disminución en el almacenamiento de agua subterránea en muchas partes del mundo. Esto se debe a que se utiliza más agua subterránea para actividades de riego en la agricultura, particularmente en las tierras secas . [19] : 1091 Parte de este aumento en el riego puede deberse a problemas de escasez de agua empeorados por los efectos del cambio climático en el ciclo del agua . La redistribución directa del agua por actividades humanas que asciende a ~24.000 km 3 por año es aproximadamente el doble de la recarga global de agua subterránea cada año. [19]
El cambio climático provoca cambios en el ciclo del agua que a su vez afectan a las aguas subterráneas de varias maneras: puede haber una disminución en el almacenamiento de agua subterránea y una reducción en la recarga de agua subterránea y un deterioro de la calidad del agua debido a fenómenos meteorológicos extremos. [20] : 558 En los trópicos, las precipitaciones intensas y los eventos de inundaciones parecen conducir a una mayor recarga de agua subterránea. [20] : 582
Sin embargo, los impactos exactos del cambio climático sobre las aguas subterráneas aún están bajo investigación. [20] : 579 Esto se debe a que aún faltan datos científicos derivados del monitoreo de las aguas subterráneas, como cambios en el espacio y el tiempo, datos de extracción y "representaciones numéricas de los procesos de recarga de las aguas subterráneas". [20] : 579
Los efectos del cambio climático podrían tener diferentes impactos en el almacenamiento de agua subterránea: los eventos de lluvias importantes más intensos (pero menos frecuentes) esperados podrían llevar a una mayor recarga de agua subterránea en muchos entornos. [18] : 104 Pero los períodos de sequía más intensos podrían resultar en el secado y compactación del suelo, lo que reduciría la infiltración al agua subterránea. [21]Otras implicaciones de la recarga de aguas subterráneas son una consecuencia de la urbanización . Las investigaciones muestran que la tasa de recarga puede ser hasta diez veces mayor [22] en las zonas urbanas en comparación con las regiones rurales . Esto se explica por las vastas redes de suministro de agua y alcantarillado que existen en las regiones urbanas, de las que es poco probable que se obtengan en las zonas rurales. La recarga en las zonas rurales está fuertemente respaldada por las precipitaciones [22], y lo contrario ocurre en las zonas urbanas. Las redes de carreteras y la infraestructura dentro de las ciudades impiden que las aguas superficiales se filtren en el suelo, lo que hace que la mayor parte de la escorrentía superficial entre en los desagües pluviales para el suministro de agua local. A medida que el desarrollo urbano continúa extendiéndose por varias regiones, las tasas de recarga de aguas subterráneas aumentarán en relación con las tasas existentes en la región rural anterior. Una consecuencia de las afluencias repentinas en la recarga de aguas subterráneas incluye las inundaciones repentinas [23] . El ecosistema tendrá que adaptarse al excedente elevado de aguas subterráneas debido a las tasas de recarga de aguas subterráneas. Además, las redes de carreteras son menos permeables en comparación con el suelo, lo que resulta en mayores cantidades de escorrentía superficial. Por lo tanto, la urbanización aumenta la tasa de recarga de aguas subterráneas y reduce la infiltración, [23] lo que resulta en inundaciones repentinas a medida que el ecosistema local se adapta a los cambios en el entorno circundante.
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