Lente (hidrología)

Capa de agua subterránea dulce

Una lente de agua dulce en una isla.

En hidrología , una lente , también llamada lente de agua dulce o lente de Ghyben-Herzberg , es una capa de agua subterránea dulce de forma convexa que flota sobre el agua salada más densa y generalmente se encuentra en pequeñas islas y atolones de coral o piedra caliza. Este acuífero de agua dulce se recarga a través de la precipitación que se infiltra en la capa superior del suelo y se filtra hacia abajo hasta llegar a la zona saturada. La tasa de recarga de la lente se puede resumir mediante la siguiente ecuación:

$${\displaystyle R=p-ET}$$

¿Dónde está la tasa de recarga en metros, la precipitación (m) y la evapotranspiración (m) del agua? Con mayores cantidades de recarga, la altura hidráulica aumenta y se mantiene una lente espesa de agua dulce durante la estación seca. Tasas más bajas de precipitación o tasas más altas de interceptación y evapotranspiración disminuirán la cabeza hidráulica, lo que dará como resultado una lente delgada. ^[1] ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle p}$ ${\displaystyle ET}$

Modelos de lentes de agua dulce.

modelo algebraico

Bailey et al. desarrollaron un modelo algebraico para estimar el espesor de una lente de agua dulce utilizando simulaciones de agua subterránea. 2008. Esta ecuación relaciona el espesor de la lente con factores geológicos y climáticos como la geometría de la isla, la composición geológica y la tasa de recarga, entre otros. ^[1] La ecuación se resume a continuación:

$${\displaystyle Z_{max}={\frac {Y+(Z_{td}-Y)R}{B+R}}\cdot KCT_{r,s,w,y,m}}$$

Donde = profundidad máxima de la lente, = tasa de recarga anual (m), y = parámetros que dependen del ancho de la isla, = profundidad a la Discontinuidad de Thurber (la transición entre los acuíferos superior e inferior), = conductividad hidráulica del acuífero superior , = parámetro de placa arrecifal limitante y = parámetro de tiempo que representa patrones de lluvia a largo plazo y los subíndices representan diferentes aspectos de esto, como región, patrón climático, etc. ${\displaystyle Z_{max}}$ ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle Y}$ ${\displaystyle B}$ ${\displaystyle Z_{td}}$ ${\displaystyle K}$ ${\displaystyle C}$ ${\displaystyle T}$

Lente clásica Badon Ghyben-Herzberg

Muchos acuíferos de agua dulce en atolones y pequeñas islas redondeadas adoptan la forma de una lente de Badon Ghyben-Herzberg. ^[2] Esta relación se describe en la siguiente ecuación:

$${\displaystyle H=h\cdot {\frac {P_{f}}{P_{s}-P_{f}}}}$$

Donde = la profundidad de la lente debajo del nivel del mar, = la densidad del acuífero de agua dulce, = densidad del agua salada y = espesor de la lente sobre el nivel del mar. ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle P_{f}}$ ${\displaystyle P_{s}}$ ${\displaystyle h}$

Efectos de la sequía

Las lentes de agua dulce dependen de las lluvias estacionales para recargar el acuífero subterráneo y pueden cambiar drásticamente de espesor después de una sequía o fuertes lluvias. Un informe del USGS tras la sequía de 1997/1998 en las Islas Marshall observó una notable disminución en el grosor de la lente. ^[3] Después de que los embalses del sistema público de captación de lluvia se agotaron rápidamente después de varios meses de precipitaciones inadecuadas, la población de las islas comenzó a aumentar la tasa de bombeo de agua subterránea hasta el punto de que el agua subterránea suministró hasta el 90% del agua potable de la isla durante el sequía.

Se instaló una red de 36 pozos de monitoreo en 11 sitios alrededor de la isla para medir la cantidad de agua agotada del acuífero. Al final de la sequía en junio de 1998, el espesor máximo de la lente de agua dulce era de unos 45 pies en algunos pozos, mientras que en un sitio midió un espesor de tan solo 18 pies. Tras la reanudación de la temporada de lluvias, el espesor de la lente aumentó hasta 8 pies en algunas áreas, lo que indica que la tasa de recarga de las lentes de agua dulce en atolones e islas pequeñas responde rápidamente a los cambios en las precipitaciones y la tasa de bombeo de agua subterránea.

Efectos del aumento del nivel del mar

Muchos de los atolones que albergan lentes de agua dulce se encuentran sólo a unos pocos metros sobre el nivel del mar y, como tales, corren el riesgo de sufrir inundaciones debido al aumento del nivel del mar . Sin embargo, un problema posiblemente más apremiante al que se enfrentan estas pequeñas islas es la intrusión de agua salada en el acuífero de agua dulce. A medida que se saliniza cada vez más agua subterránea potable, las poblaciones de estas islas pueden ver una reducción sustancial en los recursos hídricos disponibles. Las islas más pequeñas corren un riesgo mucho mayor de sufrir una intrusión extensa de agua salada debido a una relación no lineal entre el ancho de la isla y el espesor de la lente de agua dulce. ^[4]

Un aumento de 40 cm en el nivel del mar puede tener un efecto drástico en la forma y el espesor de la lente de agua dulce, reduciendo su tamaño hasta en un 50% y favoreciendo la formación de zonas salobres. Se pueden formar columnas salinas en el fondo del acuífero de agua dulce cuando el espesor de la lente se ve comprometido por la sequía y la intrusión de agua salada. Incluso después de un año completo de recarga de aguas subterráneas, es posible que la columna salina no se disipe por completo. El aumento del nivel del mar probablemente provocará daños sostenidos y posiblemente irreparables a las lentes de agua dulce debido a un aumento del lavado de olas generado por los ciclones , lo que hará que muchas islas sean inhabitables con la pérdida de agua potable. ^[5]

Referencias

1. Bailey, Ryan T., John W. Jenson y Arne E. Olsen. "Un modelo algebraico de lente de agua dulce de atolón para la gestión de aguas subterráneas en las Islas Carolinas" . Instituto de Investigaciones Ambientales y del Agua del Pacífico Occidental, Universidad de Guam, 2008. http://www.weriguam.org/docs/reports/120.pdf Archivado el 22 de julio de 2011 en Wayback Machine.
2. MCLANE, Charles. "Efecto de las extracciones de un sistema acuífero de lente de agua dulce de una isla simulada: un enfoque de modelado de elementos analíticos". McClane Ambiental, LLC. Reunión anual de Denver de 2002 . 2002. http://us1media.com/PresGalleries/presdownloads/island_freshwater_lens.pdf
3. Presley, Todd K. Efectos de la sequía de 1998 en la lente de agua dulce en el área de Laura, Majuro Atoll, República de las Islas Marshall . N° 2005-5098. Servicio Geológico (EE. UU.), 2005. https://pubs.usgs.gov/sir/2005/5098/pdf/sir20055098.pdf
4. Chui, Ting Fong May y James P. Terry. "Influencia del aumento del nivel del mar en lentes de agua dulce de diferentes tamaños de islas de atolones y resiliencia de las lentes a la salinización inducida por tormentas". Revista de hidrología 502 (2013): 18–26.
5. Terry, James P. y Ting Fong May Chui. "Evaluación del destino de las lentes de agua dulce en las islas de los atolones después del aumento eustático del nivel del mar y las inundaciones provocadas por ciclones: un enfoque de modelado". Cambio global y planetario 88 (2012): 76–84.