Un pozo es una excavación o estructura creada en la tierra mediante la excavación , perforación o conducción para acceder a recursos líquidos , generalmente agua . El tipo de pozo más antiguo y común es un pozo de agua, para acceder a las aguas subterráneas en los acuíferos subterráneos . El agua del pozo se extrae mediante una bomba o utilizando recipientes, como baldes o bolsas de agua grandes que se elevan mecánicamente o con la mano. El agua también se puede inyectar nuevamente en el acuífero a través del pozo. Los pozos se construyeron por primera vez hace al menos ocho mil años y, históricamente, varían en construcción desde una simple pala en el sedimento de un curso de agua seco hasta los qanats de Irán y los pozos escalonados y sakiehs de la India. Colocar un revestimiento en el pozo del pozo ayuda a crear estabilidad, y los revestimientos de madera o mimbre datan al menos de la Edad del Hierro .
Los pozos se han excavado tradicionalmente a mano, como todavía se hace en las zonas rurales del mundo en desarrollo. Estos pozos son económicos y de baja tecnología, ya que utilizan principalmente mano de obra, y la estructura se puede revestir con ladrillos o piedras a medida que avanza la excavación. Un método más moderno, llamado caissoning, utiliza anillos de pozo de hormigón armado prefabricados que se bajan al agujero. Los pozos hincados se pueden crear en material no consolidado con una estructura de pozo, que consiste en un punto de hincado endurecido y una pantalla de tubería perforada, después de lo cual se instala una bomba para recolectar el agua. Los pozos más profundos se pueden excavar mediante métodos de perforación manual o perforación a máquina, utilizando una broca en un pozo . Los pozos perforados generalmente se enfundan con una tubería hecha en fábrica compuesta de acero o plástico. Los pozos perforados pueden acceder al agua a profundidades mucho mayores que los pozos excavados.
Existen dos grandes clases de pozos: los pozos poco profundos o no confinados, que se realizan dentro del acuífero saturado más alto de esa ubicación, y los pozos profundos o confinados, que se excavan a través de un estrato impermeable hasta llegar a un acuífero que se encuentra debajo. Se puede construir un pozo colector junto a un lago o arroyo de agua dulce, con agua que se filtra a través del material intermedio. El sitio de un pozo puede ser seleccionado por un hidrogeólogo o un topógrafo de aguas subterráneas. El agua puede ser bombeada o extraída a mano. Las impurezas de la superficie pueden llegar fácilmente a fuentes poco profundas y se debe evitar la contaminación del suministro por patógenos o contaminantes químicos. El agua de pozo generalmente contiene más minerales en solución que el agua superficial y puede requerir tratamiento antes de ser potable. La salinización del suelo puede ocurrir a medida que el nivel freático desciende y el suelo circundante comienza a secarse. Otro problema ambiental es la posibilidad de que el metano se filtre en el agua.
Se conocen pozos neolíticos muy tempranos en el Mediterráneo oriental : [1] El pozo más antiguo datado de manera fiable es del yacimiento neolítico precerámico (PPN) de Kissonerga-Mylouthkia en Chipre . Alrededor del 8400 a. C. se perforó un pozo (pozo 116) de diámetro circular a través de la piedra caliza para alcanzar un acuífero a una profundidad de 8 metros (26 pies). El pozo 2070 de Kissonerga-Mylouthkia, que data del PPN tardío, alcanza una profundidad de 13 metros (43 pies). Se conocen otros pozos ligeramente más jóvenes de este yacimiento y del vecino Parekklisha-Shillourokambos. Un primer pozo revestido de piedras [2] de 5,5 metros (18 pies) de profundidad está documentado en un yacimiento PPN final ahogado (c. 7000 a. C.) en 'Atlit-Yam frente a la costa cerca de la moderna Haifa en Israel .
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Se conocen pozos revestidos de madera de la cultura de cerámica lineal del Neolítico temprano , por ejemplo en Ostrov, República Checa, que data del 5265 a. C., [3] Kückhoven (un centro periférico de Erkelenz ), que data del 5300 a. C., [4] y Eythra en Schletz (un centro periférico de Asparn an der Zaya ) en Austria , que data del 5200 a. C. [5]
Los chinos neolíticos descubrieron y utilizaron ampliamente el agua subterránea perforada profundamente para beber. [ cita requerida ] El texto chino El libro de los cambios , originalmente un texto de adivinación de la dinastía Zhou occidental (1046-771 a. C.), contiene una entrada que describe cómo los antiguos chinos mantenían sus pozos y protegían sus fuentes de agua. [6] Se cree que un pozo excavado en el sitio de excavación de Hemedu fue construido durante la era neolítica. [7] El pozo estaba revestido por cuatro filas de troncos con un marco cuadrado unido a ellos en la parte superior del pozo. También se cree que se construyeron 60 pozos de tejas adicionales al suroeste de Beijing alrededor del 600 a. C. para beber y regar. [7] [8]
En Egipto se utilizan pozos de agua dulce y pozos de agua salada . [9] [10] El pozo de agua salada es mucho más eficiente, ya que puede extraer agua desde una profundidad de 10 metros (en comparación con los 3 metros del pozo de agua salada). El pozo de agua salada es la versión egipcia de la noria . Algunos de los pozos más antiguos del mundo, ubicados en Chipre, datan de entre el 7000 y el 8500 a. C. [11] En Israel se han descubierto dos pozos del período Neolítico, alrededor del 6500 a. C. Uno está en Atlit, en la costa norte de Israel, y el otro en el valle de Jezreel. [12]
Los pozos para otros fines aparecieron mucho más tarde, históricamente. El primer pozo de sal registrado se excavó en la provincia china de Sichuan hace unos 2250 años. Esta fue la primera vez que se aplicó con éxito la tecnología de pozos de agua antiguos para la explotación de sal, y marcó el comienzo de la industria de perforación de sal de Sichuan. [6] Los primeros pozos de petróleo conocidos también se perforaron en China, en el año 347 d. C. Estos pozos tenían profundidades de hasta unos 240 metros (790 pies) y se perforaban utilizando brocas unidas a postes de bambú . [13] El petróleo se quemaba para evaporar la salmuera y producir sal . En el siglo X, extensas tuberías de bambú conectaban los pozos de petróleo con los manantiales de sal. Se dice que los registros antiguos de China y Japón contienen muchas alusiones al uso de gas natural para iluminación y calefacción. El petróleo era conocido como agua ardiente en Japón en el siglo VII. [14]
Hasta hace algunos siglos, todos los pozos artificiales eran pozos excavados a mano sin bombas y de distintos grados de sofisticación, y siguen siendo una fuente muy importante de agua potable en algunas zonas rurales en desarrollo, donde hoy en día se excavan y utilizan de forma rutinaria. Su carácter indispensable ha dado lugar a numerosas referencias literarias, tanto literales como figurativas, entre ellas la referencia al encuentro de Jesús con una mujer en el pozo de Jacob ( Juan 4:6) en la Biblia y la canción infantil " Ding Dong Bell " sobre un gato en un pozo.
Los pozos excavados a mano son excavaciones con diámetros lo suficientemente grandes como para que puedan pasar una o más personas con palas hasta debajo del nivel freático . La excavación se apuntala horizontalmente para evitar que los desprendimientos de tierra o la erosión pongan en peligro a las personas que excavan. Pueden estar revestidos con piedra o ladrillo; extender este revestimiento hacia arriba por encima de la superficie del suelo para formar una pared alrededor del pozo sirve para reducir tanto la contaminación como las caídas accidentales en el pozo.
Un método más moderno, llamado "caissoning", utiliza anillos prefabricados de hormigón armado o de hormigón simple que se bajan al pozo. Un equipo de excavación de pozos excava debajo de un anillo de corte y la columna del pozo se hunde lentamente en el acuífero , al mismo tiempo que protege al equipo del colapso del pozo .
Los pozos excavados a mano son económicos y de baja tecnología (en comparación con la perforación) y utilizan principalmente mano de obra para acceder al agua subterránea en las zonas rurales de los países en desarrollo. Pueden construirse con un alto grado de participación comunitaria o por empresarios locales que se especializan en pozos excavados a mano. Se han excavado con éxito hasta 60 metros (200 pies). Tienen bajos costos de operación y mantenimiento, en parte porque el agua se puede extraer a mano, sin una bomba. El agua a menudo proviene de un acuífero o de aguas subterráneas, y se puede profundizar fácilmente, lo que puede ser necesario si el nivel del agua subterránea baja, al extender el revestimiento más hacia el interior del acuífero. El rendimiento de los pozos excavados a mano existentes se puede mejorar mediante la profundización o la introducción de túneles verticales o tuberías perforadas.
Los pozos excavados a mano tienen numerosos inconvenientes. Puede resultar poco práctico excavarlos a mano en zonas donde hay roca dura y su excavación y revestimiento pueden llevar mucho tiempo incluso en zonas favorables. Debido a que explotan acuíferos poco profundos, el pozo puede ser susceptible a fluctuaciones de rendimiento y posible contaminación por aguas superficiales, incluidas las aguas residuales. La construcción de pozos excavados a mano generalmente requiere el uso de un equipo de construcción bien capacitado, y la inversión de capital en equipos como moldes de anillos de hormigón, equipo de elevación pesada, encofrado de pozos, bombas de drenaje motorizadas y combustible puede ser alta para las personas en los países en desarrollo. La construcción de pozos excavados a mano puede ser peligrosa debido al colapso del pozo, la caída de objetos y la asfixia, incluso por los gases de escape de las bombas de drenaje.
El pozo de agua de Woodingdean , excavado a mano entre 1858 y 1862, es el pozo excavado a mano más profundo, con 392 metros (1285 pies). [15] El Gran Pozo de Greensburg, Kansas , se considera el pozo excavado a mano más grande del mundo, con 109 pies (33 m) de profundidad y 32 pies (9,8 m) de diámetro. Sin embargo, el Pozo de José en la Ciudadela de El Cairo , con 280 pies (85 m) de profundidad, y el Pozzo di San Patrizio (Pozo de San Patricio), construido en 1527 en Orvieto, Italia , con 61 metros (200 pies) de profundidad por 13 metros (43 pies) de ancho [16], son ambos más grandes en volumen.
Los pozos hincados pueden crearse de manera muy simple en material no consolidado con una estructura de pozo , que consiste en una punta de hincado endurecida y una pantalla (tubo perforado). La punta simplemente se martilla en el suelo, generalmente con un trípode y un hincado , y se agregan secciones de tubo según sea necesario. Un hincado es un tubo con peso que se desliza sobre el tubo que se está hincando y se deja caer repetidamente sobre él. Cuando se encuentra agua subterránea , se limpia el pozo de sedimentos y se instala una bomba. [17]
Los pozos perforados se construyen utilizando varios tipos de máquinas de perforación, como las rotativas de cabezal superior, las rotativas de mesa o las de cable, que utilizan vástagos de perforación que giran para cortar la formación, de ahí el término "perforación".
Los pozos perforados se pueden excavar mediante métodos simples de perforación manual (barrena, perforación con lodo, perforación con chorro de agua, perforación con percusión manual) o perforación con máquina (barrena, perforación rotatoria, perforación con percusión, perforación con martillo en el fondo del pozo). El método de perforación rotatoria en roca profunda es el más común. La perforación rotatoria se puede utilizar en el 90 % de los tipos de formación (consolidada).
Los pozos perforados pueden extraer agua de un nivel mucho más profundo que los pozos excavados, a menudo hasta varios cientos de metros. [18]
Los pozos perforados con bombas eléctricas se utilizan en todo el mundo, por lo general en áreas rurales o escasamente pobladas, aunque muchas áreas urbanas se abastecen parcialmente con pozos municipales. La mayoría de las máquinas perforadoras de pozos poco profundos están montadas en camiones grandes, remolques o vehículos con orugas. Los pozos de agua suelen tener entre 3 y 18 metros (10–60 pies) de profundidad, pero en algunas áreas pueden llegar a más de 900 metros (3000 pies). [ cita requerida ]
Las máquinas de perforación rotatoria utilizan una sarta de perforación de acero segmentada, generalmente compuesta por secciones de tubos de acero de 3 m (10 pies), 6 m (20 pies) a 8 m (26 pies) que se enroscan entre sí, con una broca u otro dispositivo de perforación en el extremo inferior. Algunas máquinas de perforación rotatoria están diseñadas para instalar (clavando o perforando) una carcasa de acero en el pozo junto con la perforación del pozo real. Se utiliza aire y/o agua como fluido de circulación para desplazar los recortes y enfriar las brocas durante la perforación. Otra forma de perforación de estilo rotatorio, denominada perforación rotatoria con lodo , utiliza un lodo o fluido de perforación especialmente elaborado, que se altera constantemente durante la perforación para que pueda crear de manera constante suficiente presión hidráulica para mantener abiertas las paredes laterales del pozo, independientemente de la presencia de una carcasa en el pozo. Por lo general, los pozos perforados en roca sólida no se entuban hasta que se completa el proceso de perforación, independientemente de la maquinaria utilizada.
La forma más antigua de maquinaria de perforación es la herramienta de cable , que todavía se utiliza en la actualidad. Diseñada específicamente para subir y bajar una broca en el pozo, el empuje de la broca hace que la broca se eleve y caiga al fondo del pozo, y el diseño del cable hace que la broca gire aproximadamente 1 ⁄ 4 de revolución por caída, creando así una acción de perforación. A diferencia de la perforación rotatoria, la perforación con herramienta de cable requiere que se detenga la acción de perforación para que el pozo pueda achicarse o vaciarse de los recortes perforados. Las plataformas de perforación con herramienta de cable son raras, ya que tienden a ser 10 veces más lentas para perforar materiales en comparación con las plataformas rotativas equipadas con aire o lodo rotativo de diámetro similar.
Los pozos perforados suelen estar revestidos con una tubería fabricada en fábrica, normalmente de acero (en la perforación con herramientas rotativas de aire o con cable) o de plástico / PVC (en los pozos rotativos de lodo, también presentes en los pozos perforados en roca sólida). La tubería de revestimiento se construye soldando, ya sea química o térmicamente, segmentos de tubería de revestimiento entre sí. Si la tubería de revestimiento se instala durante la perforación, la mayoría de las perforadoras la introducirán en el suelo a medida que avanza el pozo, mientras que algunas máquinas más nuevas permitirán que la tubería de revestimiento gire y se perfore en la formación de manera similar a la de la broca que avanza justo debajo. El PVC o el plástico normalmente se sueldan con disolvente y luego se bajan al pozo perforado, se apilan verticalmente con sus extremos anidados y pegados o estriados entre sí. Las secciones de tubería de revestimiento suelen tener 6 metros (20 pies) o más de longitud y entre 4 y 12 pulgadas (10 y 30 cm) de diámetro, según el uso previsto del pozo y las condiciones locales del agua subterránea.
La contaminación superficial de los pozos en los Estados Unidos se controla típicamente mediante el uso de un sello de superficie . Se perfora un agujero grande hasta una profundidad predeterminada o hasta una formación de confinamiento (arcilla o lecho de roca, por ejemplo), y luego se completa un agujero más pequeño para el pozo desde ese punto en adelante. El pozo generalmente se entuba desde la superficie hacia abajo hasta el agujero más pequeño con una carcasa que tiene el mismo diámetro que ese agujero. El espacio anular entre el agujero grande y la carcasa más pequeña se llena con arcilla de bentonita , hormigón u otro material sellador. Esto crea un sello impermeable desde la superficie hasta la siguiente capa de confinamiento que evita que los contaminantes se desplacen por las paredes laterales externas de la carcasa o el pozo y hacia el acuífero . Además, los pozos generalmente se tapan con una tapa o sello de pozo diseñado que ventila el aire a través de una pantalla hacia el pozo, pero evita que los insectos, los animales pequeños y las personas no autorizadas accedan al pozo.
En el fondo de los pozos, según la formación, se deja un dispositivo de cribado, un paquete de filtros, una carcasa ranurada o un orificio abierto para permitir el flujo de agua hacia el pozo. Las pantallas construidas se utilizan normalmente en formaciones no consolidadas (arenas, gravas, etc.), lo que permite que el agua y un porcentaje de la formación pasen a través de la pantalla. Permitir que pase algo de material crea un filtro de área grande que se separa del resto de la formación, ya que la cantidad de material presente que pasa al pozo disminuye lentamente y se elimina del pozo. Los pozos de roca suelen estar revestidos con un revestimiento/revestimiento de PVC y una pantalla o carcasa ranurada en el fondo, esto está presente principalmente solo para evitar que las rocas ingresen al conjunto de la bomba. Algunos pozos utilizan un método de paquete de filtros , donde se coloca una pantalla de tamaño inferior o una carcasa ranurada dentro del pozo y se empaqueta un medio filtrante alrededor de la pantalla, entre la pantalla y el pozo o la carcasa. Esto permite filtrar el agua de los materiales no deseados antes de ingresar al pozo y a la zona de bombeo.
Existen dos grandes clases de tipos de pozos perforados, según el tipo de acuífero en el que se encuentra el pozo:
Se puede construir un tipo especial de pozo de agua adyacente a lagos o arroyos de agua dulce. Comúnmente llamado pozo colector, pero a veces conocido por el nombre comercial de pozo Ranney o colector Ranney , este tipo de pozo implica hundir un cajón verticalmente debajo de la parte superior del acuífero y luego avanzar colectores laterales fuera del cajón y debajo de la masa de agua superficial. El bombeo desde dentro del cajón induce la infiltración de agua desde la masa de agua superficial hacia el acuífero, donde es recolectada por los laterales del pozo colector y transportada hacia el cajón, donde puede ser bombeada a la superficie del suelo. [ cita requerida ]
Se pueden distinguir dos clases amplias adicionales de tipos de pozos, según el uso que se les dé:
Un pozo de agua construido para bombear agua subterránea se puede utilizar pasivamente como pozo de monitoreo y se puede bombear un pozo de diámetro pequeño, pero esta distinción según el uso es común. [ cita requerida ]
Antes de la excavación, se debe buscar información sobre la geología, la profundidad del nivel freático, las fluctuaciones estacionales, el área y la tasa de recarga, si es posible. Este trabajo puede ser realizado por un hidrogeólogo o un topógrafo de aguas subterráneas utilizando una variedad de herramientas, incluyendo el estudio electrosísmico, [20] cualquier información disponible de pozos cercanos, mapas geológicos y, a veces, imágenes geofísicas . Estos profesionales brindan asesoramiento que es casi tan preciso como el de un perforador que tiene experiencia y conocimiento de pozos/perforaciones cercanas y la técnica de perforación más adecuada en función de la profundidad objetivo esperada.
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Los pozos de bombeo poco profundos suelen poder suministrar agua potable a un coste muy bajo. Sin embargo, las impurezas de la superficie llegan fácilmente a las fuentes poco profundas, lo que supone un mayor riesgo de contaminación de estos pozos en comparación con los pozos más profundos. Los pozos contaminados pueden provocar la propagación de diversas enfermedades transmitidas por el agua . Los pozos excavados y conducidos son relativamente fáciles de contaminar; por ejemplo, la mayoría de los pozos excavados no son fiables en la mayor parte de los Estados Unidos. [21] Algunas investigaciones han descubierto que, en las regiones frías, los cambios en el caudal de los ríos y las inundaciones provocadas por las precipitaciones extremas o el deshielo pueden degradar la calidad del agua de los pozos. [22]
La mayoría de las bacterias , virus , parásitos y hongos que contaminan el agua de pozo provienen de material fecal de humanos y otros animales. Los contaminantes bacterianos comunes incluyen E. coli , Salmonella , Shigella y Campylobacter jejuni . Los contaminantes virales comunes incluyen norovirus , sapovirus , rotavirus , enterovirus y hepatitis A y E. Los parásitos incluyen Giardia lamblia , Cryptosporidium , Cyclospora cayetanensis y microsporidia . [21]
La contaminación química es un problema común en las aguas subterráneas. [23] Los nitratos de las aguas residuales , los lodos de depuradora o los fertilizantes son un problema particular para los bebés y los niños pequeños. Los productos químicos contaminantes incluyen pesticidas y compuestos orgánicos volátiles de la gasolina , la limpieza en seco , el aditivo para combustibles metil terc-butil éter (MTBE) y el perclorato del combustible para cohetes, los infladores de los airbags y otras fuentes artificiales y naturales. [ cita requerida ]
Varios minerales también son contaminantes, incluido el plomo lixiviado de los accesorios de latón o las tuberías de plomo viejas, el cromo VI de la galvanoplastia y otras fuentes, el arsénico , el radón y el uranio naturales (todos los cuales pueden causar cáncer) y el flúor natural , que es deseable en bajas cantidades para prevenir la caries dental , pero puede causar fluorosis dental en concentraciones más altas. [21]
Algunos productos químicos están presentes habitualmente en los pozos de agua en niveles que no son tóxicos, pero pueden causar otros problemas. El calcio y el magnesio causan lo que se conoce como agua dura , que puede precipitarse y obstruir las tuberías o quemar los calentadores de agua. El hierro y el manganeso pueden aparecer como motas oscuras que manchan la ropa y las tuberías, y pueden promover el crecimiento de bacterias de hierro y manganeso que pueden formar colonias negras viscosas que obstruyen las tuberías. [21]
La calidad del agua de pozo se puede mejorar significativamente revistiéndolo, sellando la boca del pozo, instalando una bomba manual autocebante, construyendo una plataforma, asegurando que la zona se mantenga limpia y libre de agua estancada y animales, eliminando las fuentes de contaminación ( letrinas de pozo , pozos de basura, sistemas de alcantarillado en el lugar ) y llevando a cabo educación sobre higiene. El pozo debe limpiarse con una solución de cloro al 1% después de la construcción y periódicamente cada 6 meses. [ cita requerida ]
Los pozos deben estar cubiertos para evitar que los desechos sueltos, los animales, los excrementos de animales y las materias extrañas arrastradas por el viento caigan en el pozo y se descompongan. La cubierta debe poder estar en su lugar en todo momento, incluso cuando se extrae agua del pozo. Un techo suspendido sobre un pozo abierto ayuda hasta cierto punto, pero lo ideal es que la cubierta sea hermética y que lo encierre por completo, con solo una rejilla de ventilación. [ cita requerida ]
Se deben respetar las distancias mínimas y los requisitos de percolación del suelo entre los vertederos de aguas residuales y los pozos de agua. Las normas relativas al diseño e instalación de sistemas sépticos privados y municipales tienen en cuenta todos estos factores para proteger las fuentes de agua potable cercanas.
La educación de la población en general también juega un papel importante en la protección del agua potable. [ cita requerida ]
La limpieza de aguas subterráneas contaminadas suele ser muy costosa. La remediación eficaz de las aguas subterráneas suele ser muy difícil. La contaminación de las aguas subterráneas procedentes de fuentes superficiales y subterráneas suele reducirse drásticamente centrando correctamente la tubería de revestimiento durante la construcción y rellenando el espacio anular de la tubería de revestimiento con un material de sellado adecuado. El material de sellado (lechada) debe colocarse desde inmediatamente por encima de la zona de producción hasta la superficie, ya que, en ausencia de un sello de tubería de revestimiento construido correctamente, el fluido contaminado puede introducirse en el pozo a través del espacio anular de la tubería de revestimiento. Los dispositivos de centrado son importantes (normalmente uno por longitud de tubería de revestimiento o a intervalos máximos de 9 m) para garantizar que el espacio anular lechado tenga un espesor uniforme. [ cita requerida ]
Al construir un nuevo pozo de prueba, se considera que la mejor práctica es invertir en una batería completa de pruebas químicas y biológicas del agua del pozo en cuestión. Hay tratamientos en el punto de uso disponibles para propiedades individuales y a menudo se construyen plantas de tratamiento para suministros de agua municipales que sufren contaminación. La mayoría de estos métodos de tratamiento implican la filtración de los contaminantes en cuestión, y se puede obtener protección adicional instalando rejillas en los revestimientos de los pozos solo en profundidades donde no haya contaminación. [ cita requerida ]
El agua de pozo para uso personal suele filtrarse con procesadores de agua por ósmosis inversa ; este proceso puede eliminar partículas muy pequeñas. Una forma sencilla y eficaz de matar microorganismos es poner el agua a hervir por completo durante uno a tres minutos, según la ubicación. Un pozo doméstico contaminado por microorganismos puede tratarse inicialmente con cloración de choque con lejía, lo que genera concentraciones cientos de veces mayores que las que se encuentran en los sistemas de agua comunitarios; sin embargo, esto no solucionará ningún problema estructural que haya provocado la contaminación y, por lo general, requiere cierta experiencia y pruebas para una aplicación eficaz. [21]
Después del proceso de filtración, es común implementar un sistema ultravioleta (UV) para matar los patógenos en el agua. La luz ultravioleta afecta el ADN del patógeno mediante fotones UV-C que atraviesan la pared celular. La desinfección por UV ha ganado popularidad en las últimas décadas, ya que es un método de tratamiento del agua sin químicos. [24]
Un riesgo con la colocación de pozos de agua es la salinización del suelo que ocurre cuando el nivel freático del suelo comienza a bajar y la sal comienza a acumularse a medida que el suelo comienza a secarse. [25] Otro problema ambiental que es muy frecuente en la perforación de pozos de agua es la posibilidad de que el metano se filtre.
La posibilidad de salinización del suelo es un gran riesgo a la hora de elegir la ubicación de los pozos de agua. La salinización del suelo se produce cuando el nivel freático del suelo desciende con el tiempo y la sal comienza a acumularse. A su vez, la mayor cantidad de sal comienza a secar el suelo. El aumento del nivel de sal en el suelo puede provocar la degradación del suelo y puede ser muy perjudicial para la vegetación. [ cita requerida ]
El metano , un asfixiante, es un compuesto químico que constituye el componente principal del gas natural. Cuando se introduce metano en un espacio confinado, desplaza el oxígeno, reduciendo la concentración de oxígeno a un nivel lo suficientemente bajo como para representar una amenaza para los seres humanos y otros organismos aeróbicos, pero lo suficientemente alto como para generar un riesgo de explosión espontánea o provocada externamente. Este potencial de explosión es lo que plantea un gran peligro en lo que respecta a la perforación y colocación de pozos de agua. [ cita requerida ]
Los niveles bajos de metano en el agua potable no se consideran tóxicos. Cuando el metano se filtra en un suministro de agua, se habla comúnmente de "migración de metano". Esto puede deberse a que antiguos pozos de gas natural cerca de sistemas de pozos de agua se abandonan y ya no se controlan. [ cita requerida ]
Sin embargo , últimamente , los pozos y bombas descritos ya no son muy eficientes y se pueden reemplazar por bombas manuales o bombas de pedal . Otra alternativa es el uso de pozos excavados por uno mismo y bombas eléctricas para pozos profundos (para mayores profundidades). Las organizaciones tecnológicas apropiadas, como Practical Action , ahora están proporcionando información sobre cómo construir o instalar bombas manuales y bombas de pedal ( DIY ) en la práctica. [26] [27]
Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas ( PFAS o PFAS ) son un grupo de compuestos químicos organofluorados sintéticos que tienen múltiples átomos de flúor unidos a una cadena alquílica . Las PFAS son un grupo de "sustancias químicas permanentes" que se propagan muy rápidamente y a grandes distancias en las aguas subterráneas, contaminándolas de forma permanente. Es probable que los pozos de agua cercanos a ciertos aeropuertos en los que se llevaron a cabo actividades de extinción de incendios o de formación hasta 2010 estén contaminados por PFAS.
Un estudio concluyó que de aproximadamente 39 millones de pozos de agua subterránea, entre el 6 y el 20 % corren un alto riesgo de secarse si los niveles de agua subterránea locales disminuyen menos de cinco metros o, como sucede en muchas áreas y posiblemente en más de la mitad de los principales acuíferos [28] , continúan disminuyendo. [29] [30] [ se necesita más explicación ]
Los manantiales y pozos han tenido importancia cultural desde tiempos prehistóricos , lo que llevó a la fundación de ciudades como Wells y Bath en Somerset . El interés por los beneficios para la salud condujo al crecimiento de ciudades balnearias , incluidas muchas con pozos en su nombre, como por ejemplo Llandrindod Wells y Royal Tunbridge Wells . [31]
A veces se afirma que Eratóstenes utilizó un pozo en su cálculo de la circunferencia de la Tierra ; sin embargo, esto es sólo una simplificación utilizada en una explicación más corta de Cleomedes , ya que Eratóstenes había utilizado un método más elaborado y preciso. [32]
Muchos incidentes en la Biblia ocurren alrededor de pozos, como el hallazgo de una esposa para Isaac en Génesis y la conversación de Jesús con la mujer samaritana en los Evangelios . [33]
En el caso de un pozo con paredes impermeables, el agua del pozo se reabastece desde el fondo del mismo. La velocidad a la que fluye el agua hacia el pozo dependerá de la diferencia de presión entre el agua subterránea en el fondo del pozo y el agua del pozo en el fondo del pozo. La presión de una columna de agua de altura z será igual al peso del agua en la columna dividido por el área de la sección transversal de la columna, por lo que la presión del agua subterránea a una distancia z T por debajo de la parte superior del nivel freático será:
donde ρ es la densidad de masa del agua y g es la aceleración debida a la gravedad. Cuando el agua del pozo está por debajo del nivel del nivel freático, la presión en el fondo del pozo debido al agua en el pozo será menor que P g y el agua será forzada a entrar en el pozo. Con referencia al diagrama, si z es la distancia desde el fondo del pozo hasta el nivel del agua del pozo y z T es la distancia desde el fondo del pozo hasta la parte superior del nivel freático, la diferencia de presión será:
Aplicando la Ley de Darcy , la tasa de volumen ( F ) a la que se introduce agua en el pozo será proporcional a esta diferencia de presión:
donde R es la resistencia al flujo, que depende de la sección transversal del pozo, el gradiente de presión en el fondo del pozo y las características del sustrato en el fondo del pozo (por ejemplo, la porosidad). El caudal volumétrico que ingresa al pozo se puede escribir como una función de la tasa de cambio del nivel del agua del pozo:
Combinando las tres ecuaciones anteriores se obtiene una ecuación diferencial simple en z :
que se puede resolver:
donde z 0 es el nivel del agua del pozo en el momento t=0 y τ es la constante de tiempo del pozo:
Obsérvese que si se puede medir dz/dt para un pozo agotado, será igual a y se podrá calcular la constante de tiempo τ. Según el modelo anterior, un pozo tardará una cantidad infinita de tiempo en recuperarse por completo, pero si consideramos que un pozo que está recuperado en un 99 % está "prácticamente" recuperado, el tiempo que tardará un pozo en recuperarse prácticamente de un nivel en z será:
Para un pozo completamente agotado ( z=0 ) se necesitaría un tiempo de aproximadamente 4,6 τ para recuperarse prácticamente.
El modelo anterior no tiene en cuenta el agotamiento del acuífero debido al bombeo que redujo el nivel del agua del pozo (ver prueba del acuífero y ecuación de flujo de agua subterránea ). Además, los pozos prácticos pueden tener paredes impermeables solo hasta el lecho de roca, pero sin incluirlo, lo que dará una superficie más grande para que el agua ingrese al pozo. [34] [35]
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