La intrusión de agua salada es el movimiento de agua salada hacia acuíferos de agua dulce , lo que puede provocar la degradación de la calidad del agua subterránea, incluidas las fuentes de agua potable , y otras consecuencias. La intrusión de agua salada puede ocurrir naturalmente en los acuíferos costeros , debido a la conexión hidráulica entre el agua subterránea y el agua de mar . Debido a que el agua salada tiene un mayor contenido mineral que el agua dulce, es más densa y tiene una presión de agua más alta. Como resultado, el agua salada puede avanzar tierra adentro debajo del agua dulce. [1] En otras topologías, la descarga submarina de agua subterránea puede empujar el agua dulce al agua salada.
Ciertas actividades humanas, especialmente el bombeo de agua subterránea desde pozos costeros de agua dulce , han aumentado la intrusión de agua salada en muchas zonas costeras. La extracción de agua reduce el nivel de agua dulce subterránea, reduciendo su presión y permitiendo que el agua salada fluya hacia el interior. Otros contribuyentes a la intrusión de agua salada incluyen canales de navegación o canales agrícolas y de drenaje , que proporcionan conductos para que el agua salada se desplace hacia el interior. El aumento del nivel del mar provocado por el cambio climático también contribuye a la intrusión de agua salada. [2] La intrusión de agua salada también puede verse agravada por eventos extremos como marejadas ciclónicas huracanadas . [3]
En el margen costero, el agua subterránea dulce que fluye desde las zonas del interior se encuentra con el agua subterránea salina del océano. El agua dulce subterránea fluye desde las zonas del interior hacia la costa, donde los niveles de elevación y de agua subterránea son más bajos. [2] Debido a que el agua salada tiene un mayor contenido de sales y minerales disueltos , es más densa que el agua dulce, lo que hace que tenga una cabeza hidráulica más alta que el agua dulce. La cabeza hidráulica se refiere a la presión del líquido ejercida por una columna de agua: una columna de agua con una cabeza hidráulica más alta se moverá a una columna de agua con una cabeza hidráulica más baja, si las columnas están conectadas. [4]
La mayor presión y densidad del agua salada hace que se desplace hacia los acuíferos costeros en forma de cuña debajo del agua dulce. El agua salada y el agua dulce se encuentran en una zona de transición donde la mezcla se produce mediante dispersión y difusión . Normalmente, la extensión tierra adentro de la cuña de agua salada es limitada porque los niveles de agua dulce subterránea, o la altura de la columna de agua dulce, aumentan a medida que aumenta la elevación del terreno. [2]
La extracción de agua subterránea es la causa principal de la intrusión de agua salada. El agua subterránea es la principal fuente de agua potable en muchas zonas costeras de los Estados Unidos y su extracción ha aumentado con el tiempo. En condiciones de referencia, la extensión tierra adentro del agua salada está limitada por la mayor presión ejercida por la columna de agua dulce, debido a su mayor elevación. La extracción de agua subterránea puede bajar el nivel del nivel freático , reduciendo la presión ejercida por la columna de agua dulce y permitiendo que el agua salada, más densa, se desplace hacia el interior lateralmente. [2] En Cape May, Nueva Jersey , desde la década de 1940 las extracciones de agua han reducido los niveles de agua subterránea hasta 30 metros, reduciendo el nivel freático por debajo del nivel del mar y provocando una intrusión y contaminación generalizada de los pozos de suministro de agua . [5] [6]
La extracción de agua subterránea también puede provocar la contaminación de los pozos al provocar un afloramiento o afluencia de agua salada desde las profundidades del acuífero. [7] En condiciones de referencia, una cuña de agua salada se extiende tierra adentro, debajo del agua dulce debido a su mayor densidad. Los pozos de suministro de agua ubicados sobre o cerca de la cuña de agua salada pueden atraer el agua salada hacia arriba, creando un cono de agua salada que podría alcanzar el pozo y contaminarlo. Algunos acuíferos están predispuestos a este tipo de intrusión, como el acuífero del Bajo Floridano : aunque una capa de roca o arcilla relativamente impermeable separa el agua subterránea dulce del agua salada, grietas aisladas rompen la capa confinada, promoviendo el movimiento ascendente del agua salada. El bombeo de agua subterránea refuerza este efecto al bajar el nivel freático, lo que reduce el empuje hacia abajo del agua dulce. [6]
La construcción de canales y redes de drenaje puede provocar la intrusión de agua salada. Los canales proporcionan conductos para que el agua salada sea transportada tierra adentro, al igual que la profundización de los canales existentes con fines de navegación . [2] [8] En el estuario del lago Sabine en el Golfo de México, vías fluviales de gran escala han permitido que el agua salada ingrese al lago y río arriba hacia los ríos que lo alimentan. Además, el dragado de canales en los humedales circundantes para facilitar la extracción de petróleo y gas ha provocado hundimientos de la tierra , promoviendo aún más el movimiento de agua salada hacia el interior. [9]
Las redes de drenaje construidas para drenar áreas costeras planas pueden provocar intrusiones al bajar el nivel de agua dulce, lo que reduce la presión del agua ejercida por la columna de agua dulce. La intrusión de agua salada en el sureste de Florida se ha producido en gran medida como resultado de los canales de drenaje construidos entre 1903 y la década de 1980 para drenar los Everglades para el desarrollo agrícola y urbano. La principal causa de la intrusión fue el descenso del nivel freático, aunque los canales también conducían agua de mar hacia el interior hasta la construcción de compuertas de control de agua. [6]
La intrusión de agua de mar (IS) en los ríos puede tener muchas consecuencias negativas, especialmente en las actividades agrícolas y los ecosistemas vivos en las zonas altas de los ríos. Existen muchas soluciones desarrolladas para prevenir o reducir los efectos negativos de la intrusión de agua de mar. Una de las soluciones sostenibles para los ríos es el uso de cortinas de burbujas de aire que pueden resolver por completo los problemas de SWI en los ríos. [10]
Muchas comunidades costeras de los Estados Unidos están experimentando contaminación por agua salada de los pozos de suministro de agua, y este problema se ha observado durante décadas. [11] Muchos acuíferos costeros del Mediterráneo sufren los efectos de la intrusión de agua de mar. [12] [13] Las consecuencias de la intrusión de agua salada para los pozos de suministro varían ampliamente, dependiendo del alcance de la intrusión, el uso previsto del agua y si la salinidad excede los estándares para el uso previsto. [2] [14] En algunas áreas como el estado de Washington, la intrusión solo alcanza partes del acuífero, afectando solo ciertos pozos de suministro de agua. Otros acuíferos se han enfrentado a una contaminación por salinidad más generalizada, lo que ha afectado significativamente los suministros de agua subterránea de la región. Por ejemplo, en Cape May, Nueva Jersey , donde la extracción de agua subterránea ha reducido los niveles freáticos hasta 30 metros, la intrusión de agua salada ha provocado el cierre de más de 120 pozos de suministro de agua desde la década de 1940. [6]
Las primeras formulaciones físicas de la intrusión de agua salada fueron realizadas por Willem Badon-Ghijben en 1888 y 1889, así como por Alexander Herzberg en 1901, denominada así relación Ghyben-Herzberg. [15] Derivaron soluciones analíticas para aproximar el comportamiento de intrusión, que se basan en una serie de suposiciones que no se cumplen en todos los casos de campo.
En la ecuación,
el espesor de la zona de agua dulce sobre el nivel del mar se representa como y el de debajo del nivel del mar se representa como . Los dos espesores y , están relacionados por y donde es la densidad del agua dulce y es la densidad del agua salada. El agua dulce tiene una densidad de aproximadamente 1.000 gramos por centímetro cúbico (g/cm 3 ) a 20 °C, mientras que la del agua de mar es de aproximadamente 1.025 g/cm 3 . La ecuación se puede simplificar a
. [2]
La relación Ghyben-Herzberg establece que, por cada metro de agua dulce en un acuífero libre sobre el nivel del mar, habrá cuarenta metros de agua dulce en el acuífero bajo el nivel del mar.
En el siglo XX, el enorme aumento de la potencia informática disponible permitió el uso de métodos numéricos (normalmente diferencias finitas o elementos finitos ) que necesitan menos suposiciones y pueden aplicarse de forma más general. [dieciséis]
Se considera difícil modelar la intrusión de agua salada. Algunas dificultades típicas que surgen son:
El agua salada también es un problema cuando una esclusa separa el agua salada del agua dulce (por ejemplo, las esclusas Hiram M. Chittenden en Washington). En este caso se construyó un depósito colector desde el que se puede bombear el agua salada al mar. Parte del agua salada intrusa también se bombea a la escalera para peces para hacerla más atractiva para los peces migratorios . [17]
A medida que la salinización del agua subterránea se convierte en un problema relevante, se deben aplicar iniciativas más complejas, desde soluciones técnicas y de ingeniería locales hasta reglas o instrumentos regulatorios para acuíferos o regiones enteras. [18]
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