La intrusión de agua salada es el movimiento de agua salada hacia los 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 salina tiene un contenido mineral más alto que el agua dulce, es más densa y tiene una presión de agua más alta. Como resultado, el agua salada puede empujar tierra adentro debajo del agua dulce. [1]
Ciertas actividades humanas, especialmente el bombeo de agua subterránea de los pozos de agua dulce costeros , han aumentado la intrusión de agua salada en muchas áreas costeras. La extracción de agua reduce el nivel del agua subterránea dulce, lo que reduce la presión del agua y permite 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 mueva hacia el interior. El aumento del nivel del mar causado 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 las marejadas ciclónicas . [3]
Hidrología
En el margen costero, el agua subterránea dulce que fluye de las áreas del interior se encuentra con el agua subterránea salina del océano. El agua subterránea dulce fluye desde las áreas del interior hacia la costa donde la elevación y los niveles 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 carga hidráulica más alta que el agua dulce. La carga hidráulica se refiere a la presión del líquido ejercida por una columna de agua: una columna de agua con una carga hidráulica más alta se moverá a una columna de agua con una carga hidráulica más baja, si las columnas están conectadas. [4]
La mayor presión y densidad del agua salada hace que se mueva 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 se produce la mezcla por dispersión y difusión . Por lo general, la extensión hacia el interior de la cuña de agua salada es limitada porque los niveles de agua subterránea dulce, o la altura de la columna de agua dulce, aumentan a medida que aumenta la elevación de la tierra. [2]
Causas
Extracción de agua subterránea
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 áreas costeras de los Estados Unidos y la extracción ha aumentado con el tiempo. En las condiciones de referencia, la extensión del agua salada tierra adentro está limitada por la mayor presión ejercida por la columna de agua dulce, debido a su mayor elevación. La extracción de agua subterránea puede reducir el nivel de la capa de agua dulce , reduciendo la presión ejercida por la columna de agua dulce y permitiendo que el agua salada más densa se mueva 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 en 30 metros, reduciendo el nivel freático por debajo del nivel del mar y provocando una amplia intrusión y contaminación de los pozos de suministro de agua. [5] [6]
La extracción de agua subterránea también puede conducir a la contaminación de los pozos al causar afloramientos, o inminentes, de agua salada de 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 y contaminar el pozo. Algunos acuíferos están predispuestos a este tipo de intrusión, como el acuífero del Bajo Floridano : aunque una capa de arcilla o roca relativamente impermeable separa el agua subterránea dulce del agua salada, las grietas aisladas rompen la capa de confinamiento, promoviendo el movimiento ascendente del agua salada. El bombeo de agua subterránea refuerza este efecto al reducir el nivel freático, lo que reduce el empuje hacia abajo del agua dulce. [6]
Canales y redes de drenaje
La construcción de canales y redes de drenaje puede provocar la intrusión de agua salada. Los canales proporcionan conductos para el transporte de agua salada tierra adentro, al igual que la profundización de los canales existentes para fines de navegación . [2] [8] En el estuario del lago Sabine en el golfo de México, las vías fluviales a gran escala han permitido que el agua salada se mueva hacia el lago y río arriba hacia los ríos que lo alimentan. Además, el dragado de canales en los humedales circundantes para facilitar la perforación de petróleo y gas ha provocado el hundimiento de la tierra , lo que promueve aún más el movimiento de agua salada tierra adentro. [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 principalmente 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 intrusión fue el descenso del nivel freático, aunque los canales también transportaron agua de mar hacia el interior hasta la construcción de las compuertas de control de agua. [6]
Efecto sobre el suministro de agua
Muchas comunidades costeras de los Estados Unidos están experimentando la contaminación por agua salada de los pozos de suministro de agua, y este problema se ha observado durante décadas. [10] Muchos acuíferos costeros mediterráneos sufren los efectos de la intrusión del agua de mar. [11] [12] Las consecuencias de la intrusión de agua salada para los pozos de abastecimiento varían ampliamente, dependiendo de la extensión de la intrusión, el uso previsto del agua y si la salinidad excede los estándares para el uso previsto. [2] [13] En algunas áreas como el estado de Washington, la intrusión solo llega a porciones 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 en 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]
Relación de Ghyben-Herzberg
Las primeras formulaciones físicas de la intrusión de agua salada fueron hechas por Willem Badon-Ghijben
en 1888 y 1889, así como por Alexander Herzberg en 1901, así llamada relación Ghyben-Herzberg. [14] 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 que por debajo del nivel del mar se representa como . Los dos espesores y , están relacionados por y dónde 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 no confinado sobre el nivel del mar, habrá cuarenta metros de agua dulce en el acuífero por debajo del nivel del mar.
En el siglo XX, el enorme aumento de la potencia informática disponible permitió el uso de métodos numéricos (generalmente diferencias finitas o elementos finitos ) que necesitan menos suposiciones y pueden aplicarse de manera más general. [15]
Modelado
El modelado de la intrusión de agua salada se considera difícil. Algunas dificultades típicas que surgen son:
- La posible presencia de fisuras y fisuras y fracturas en el acuífero, cuyas posiciones y extensiones precisas se desconocen pero que tienen gran influencia en el desarrollo de la intrusión de agua salada.
- La posible presencia de heterogeneidades a pequeña escala en las propiedades hidráulicas del acuífero, que son demasiado pequeñas para ser tomadas en cuenta por el modelo pero que también pueden tener gran influencia en el desarrollo de la intrusión de agua salada.
- El cambio de propiedades hidráulicas por la intrusión de agua salada. Una mezcla de agua salada y agua dulce a menudo está insaturada con respecto al calcio, lo que provoca la disolución del calcio en la zona de mezcla y cambia las propiedades hidráulicas.
- El proceso conocido como intercambio de cationes , que ralentiza el avance de una intrusión de agua salada y también ralentiza el retroceso de una intrusión de agua salada.
- El hecho de que las intrusiones de agua salada a menudo no estén en equilibrio hace que sea más difícil de modelar. La dinámica de los acuíferos tiende a ser lenta y el cono de intrusión tarda mucho en adaptarse a los cambios en los esquemas de bombeo, lluvias, etc. Por lo tanto, la situación en el campo puede ser significativamente diferente de lo que se esperaría en función del nivel del mar, esquema de bombeo etc.
- Para los modelos a largo plazo, el cambio climático futuro constituye una gran incógnita, pero es posible obtener buenos resultados. Los resultados del modelo a menudo dependen en gran medida del nivel del mar y la tasa de recarga. Se espera que ambos cambien en el futuro.
Mitigación y manejo
El agua salada también es un problema donde una esclusa separa el agua salada del agua dulce (por ejemplo, las Esclusas Hiram M. Chittenden en Washington). En este caso, se construyó una cuenca de recolección desde la cual se puede bombear el agua salada al mar. Parte del agua salada intrusa también se bombea a la escalera de peces para hacerla más atractiva para los peces migratorios . [dieciséis]
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. [17]
Áreas donde se está produciendo la intrusión de agua salada
- Benin
- Chipre
- Bou Regreg (Marruecos)
- Pakistán
- Túnez
- Estados Unidos
- Cuenca del río ACF (Florida / Georgia)
- Medio Ambiente de Florida
- Condado de Essex, Massachusetts [18]
- Esclusas de Hiram M. Chittenden (Washington)
- Isla Hutchinson (Georgia)
- Lago Lanier (Georgia)
- Lago Pontchartrain (Luisiana)
- Río Miami (Florida)
- Llanura de Oxnard (California)
- San Leandro (California)
- Sonoma Creek (California)
- Orilla occidental del lago Superior [19] (Minnesota)
- el delta del Mekong
- Italia [11] [20] [21]
Ver también
- Agua subterránea
- Migrantes ambientales : personas obligadas a abandonar su región de origen debido a cambios en su entorno local.
- Garald G. Parker
- Dique de goma inflable
- Agua pico - Concepto sobre la calidad y disponibilidad de los recursos de agua dulce
Referencias
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