14.3: Extracción de agua subterránea

Excepto en áreas donde el agua subterránea llega naturalmente a la superficie en un manantial (un lugar donde el nivel freático se cruza con la superficie del suelo), tenemos que construir pozos para extraerlo. Si el nivel freático está relativamente cerca de la superficie, se puede excavar un pozo a mano o con una excavadora, pero en la mayoría de los casos necesitamos usar un taladro para bajar lo suficientemente profundo. Existen muchos tipos de taladros que se pueden utilizar; un ejemplo se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Se tiene que perforar un pozo al menos tan profundo como el nivel freático, pero de hecho debe ir mucho más profundo; primero, porque el nivel freático puede cambiar de estación en estación y de año en año, y segundo, porque cuando se bombea agua, el nivel del agua bajará, al menos temporalmente.

Figura\(\PageIndex{1}\) Una plataforma de perforación de pozos de agua en operación cerca de Nanaimo, B.C. En la foto de la derecha se está probando el pozo con presión de aire. La carcasa (flecha amarilla) tiene unos 40 centímetros de diámetro.

Cuando se perfora un pozo en sedimentos no consolidados o roca relativamente débil, se tiene que revestir con entubado (tubería de acero en la mayoría de los casos) para asegurar que no se hunda. Una pantalla de pozo especialmente diseñada se instala en la parte inferior de la carcasa. El tamaño de los agujeros en la pantalla se elige cuidadosamente para asegurarse de que permita que el agua se mueva al pozo libremente, pero evita que las partículas del acuífero entren en el pozo. Normalmente se utiliza una bomba sumergible para elevar el agua desde el interior del pozo hasta la superficie donde se necesita. El pozo mostrado en la Figura\(\PageIndex{1}\) tiene una carcasa de aproximadamente 40 centímetros de diámetro, lo que podría ser típico de un pozo municipal de suministro de agua, o un pozo muy grande para riego. La mayoría de los pozos domésticos tienen una cubierta de 15 centímetros.

Figura\(\PageIndex{2}\) Tres pozos en un acuífero no confinado. Bueno A no se está bombeando. El pozo B se está bombeando a una velocidad lenta y el pozo C, que tiene un cono de depresión más grande, se está bombeando a una velocidad más rápida.

Al principio, el bombeo de agua del pozo elimina el agua del interior del pozo. Eso baja el nivel del agua dentro del pozo. Esto significa que el agua fluirá desde el acuífero circundante hacia el pozo de bombeo donde el nivel del agua es ahora más bajo.

Figura\(\PageIndex{3}\) Un escenario similar al de la Figura\(\PageIndex{2}\), pero en este caso, el pozo C se ha bombeado de manera insostenible durante mucho tiempo. El cono de depresión del pozo C ha llegado al pozo B y ha contribuido a que se seque porque el nivel del agua ahora está por debajo del fondo del pozo B.

Así es como un pozo obtiene agua del suelo. El nivel freático, o superficie potenciométrica, se inclinará hacia el pozo donde se está retirando el agua. Eso indica el gradiente de energía que está permitiendo que el agua fluya hacia el pozo. Esto crea una forma conocida como cono de depresión que rodea el pozo, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{2}\). Si el bombeo de un pozo continúa de horas a días, el cono de depresión puede resultar en una pérdida de agua en pozos cercanos. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\), el bombeo del pozo C ha contribuido a que el pozo B se seque porque el nivel del agua ahora está por debajo del fondo del pozo B. Si el bombeo continúa en el pozo C, también puede secarse.

Ejercicio 14.2 Cono de depresión

Figura\(\PageIndex{4}\)

Los dos diagramas aquí muestran el mismo pozo antes (izquierda) y después (derecha) del bombeo a largo plazo. Se ha desarrollado un cono de depresión. Esto proporciona el gradiente de energía para que el agua fluya hacia el pozo para que pueda ser bombeada.

¿Cómo afectará esto probablemente a la velocidad de flujo hacia el pozo?

Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 14.2 respuestas.

Al igual que otras provincias de Canadá y estados de EU, Columbia Británica cuenta con una red de pozos de observación administrados por el Ministerio del Medio Ambiente. Se trata de pozos que se instalan para medir los niveles de agua; no se bombean. Hay 145 pozos de observación activa en B.C. (en 2015), la mayoría equipados con registradores automáticos que monitorean continuamente los niveles de agua. El propósito principal de los pozos de observación es monitorear los niveles del nivel freático para que podamos ver si hay fluctuaciones naturales a largo plazo en la cantidad de agua subterránea, y fluctuaciones a corto plazo relacionadas con el uso excesivo del recurso. La mayoría también se muestrean regularmente para monitorear la química y la calidad del agua subterránea.

Un ejemplo de un pozo de observación se ilustra en la Figura\(\PageIndex{5}\). Este se encuentra en Cassidy en la isla de Vancouver y se utiliza para monitorear un acuífero no consolidado que es ampliamente utilizado por residentes con pozos privados.

Figura\(\PageIndex{5}\) B.C. pozo de observación 228 cerca de Cassidy, Isla de Vancouver. La instalación también cuenta con un panel solar, el cual no es visible en esta vista.

Los datos del nivel de agua de los pozos de observación de B.C. están disponibles para el público, y un conjunto de datos de ejemplo se ilustra en la Figura\(\PageIndex{6}\). El nivel del agua en el pozo de observación 232 del Ministerio del Medio Ambiente (OW-232), situado en Lantzville en la isla de Vancouver, bajó significativamente desde 1979 (profundidad promedio alrededor de 1.5 metros), hasta 2003 (profundidad promedio alrededor de 5.5 metros), pero se ha recuperado un poco desde entonces.

Figura Datos\(\PageIndex{6}\) del nivel de agua para el pozo de observación de B.C. 232 en Harby Rd., Lantzville, Isla de Vancouver. De 1979 a 2003, las profundidades se registraron mensualmente. El equipo automatizado se instaló en 2003, y las profundidades se registraron cada hora desde ese momento.

Las variaciones a corto plazo en el nivel del pozo 232 se encuentran en un periodo de un año y están relacionadas con ciclos anuales de recarga y descarga regidos por el clima húmedo invernal y veranos más secos. Los datos correspondientes a parte del periodo se muestran con mayor detalle en la Figura\(\PageIndex{7}\). En la mayor parte de Columbia Británica la mayoría de los pozos caen a sus niveles más bajos en septiembre u octubre después del período relativamente seco del verano. Los niveles aumentan rápidamente de octubre a febrero a medida que las altas precipitaciones invernales agregan recarga al acuífero y se almacena agua. El nivel freático alcanza un pico en marzo o abril. La mayoría de los pozos luego caen durante el verano a medida que el agua subterránea continúa fluyendo, pero no se agrega nueva recarga. El agua se drena del almacenamiento a arroyos o lagos y eventualmente al océano, y como resultado, el nivel freático disminuye, alcanzando su nivel más bajo nuevamente en septiembre u octubre. Se observan fluctuaciones similares en la mayoría de los pozos de observación alrededor de la provincia, aunque el tiempo es ligeramente diferente de una región a otra.

Figura Datos\(\PageIndex{7}\) del nivel de agua para el pozo de observación de B.C. 232 para el periodo 1996 a 2000, mostrando variaciones estacionales.

Las fluctuaciones a largo plazo en los niveles en pozos de observación en diferentes lugares también son bastante variables. Los cambios climáticos a largo plazo pueden conducir a cambios naturales graduales en los niveles del agua. Estos ciclos de largo plazo que duran años o décadas se mezclan con los efectos del bombeo de pozos. Algunos pozos de observación muestran disminuciones consistentes en el nivel de agua que pueden indicar sobreextracción a largo plazo. Muchos otros muestran niveles generalmente consistentes a lo largo de varias décadas, y algunos muestran aumentos en el nivel del agua. Uno de los trabajos importantes que realizan los hidrogeólogos que trabajan para agencias gubernamentales es examinar estos registros a largo plazo de los niveles de agua en busca de indicios de cuán sustentable podría ser el uso del agua subterránea.

Ejercicio 14.3 ¿Qué está haciendo tu mesa freática?

Visite el sitio web del pozo de observación de B.C. Ministerio del Medio Ambiente y utilice el mapa para encontrar un pozo de observación cerca de usted. Al hacer clic en un punto, aparece una ventana con un enlace que dice: “Haga clic para obtener detalles sobre este pozo”. Haga clic en ese enlace y luego elija una de las opciones disponibles. La pestaña “Gráficos” te mostrará una gráfica de los niveles de agua, y deberías poder saber si el nivel generalmente está aumentando o disminuyendo. Si no hay muchos datos para ver, elige un pozo diferente.

(Se dispone de datos similares para Alberta y Saskatchewan y otras jurisdicciones también. Buscar utilizando términos como “Pozos de observación de Alberta.”)

Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 14.3 respuestas.

En 2016 entró en vigor la nueva Ley de Sustentabilidad del Agua en Columbia Británica, requiriendo la licencia de extracción de agua subterránea por primera vez. La nueva Ley también incluye disposiciones para determinar las “necesidades de flujo ambiental”, la cantidad de agua que debe haber en los arroyos de agua superficial en diferentes épocas del año para satisfacer las necesidades del ecosistema que depende del flujo de corriente. Por ejemplo, muchos arroyos en B.C. apoyan poblaciones de salmón que viven en el arroyo durante parte de su ciclo de vida o regresan a su arroyo natal para desove. El agua subterránea forma parte del flujo base en una cuenca hidrográfica y, por lo tanto, es una parte importante de las necesidades de flujo ambiental. Se necesita un trabajo cuidadoso en los próximos años para garantizar que la cantidad de agua autorizada para ser extraída de las aguas superficiales y subterráneas para uso humano no interfiera con la cantidad de agua necesaria para que funcionen los ecosistemas naturales dependientes del agua.

Figura\(\PageIndex{8}\) Cambios en los niveles de agua en pozos en California de 2011 a 2013.

La situación en California, donde la extracción de agua subterránea sobre grandes áreas está provocando la disminución de los niveles de agua, es bastante diferente a la de B.C. Según el Departamento de Recursos Hídricos del estado, el 80% de los pozos de agua subterránea mostraron caídas en el nivel del agua de 0 metros a 7.5 metros entre 2011 y 2013, otra 6% cayó 7.5 metros a 15 metros, y 3% bajó por más de 15 metros (Figura\(\PageIndex{8}\)). En el mismo periodo de tiempo, sólo 10% de los niveles de pozo aumentó 0 metros a 7.5 metros, y 1% aumentó en más de 7.5 metros. La sequía que se apoderó de California en 2013 había empeorado significativamente para 2015, y los agricultores de California —y las personas de toda América del Norte que comen los alimentos que producen— siguen teniendo un prodigioso apetito por el agua de riego. California, al igual que B.C., está introduciendo nuevas regulaciones de aguas subterráneas para tratar de controlar el uso del agua y detener la disminución del nivel freático.

Superficies Imimpermeables

Incluso si los suministros de agua subterránea no se están agotando por el uso excesivo, o por un clima cambiante, seguimos presionando a los acuíferos al cubrir vastas áreas con superficies impermeables que no permiten que la lluvia y la nieve se derrita se infiltren y se conviertan en agua subterránea. En cambio, el agua que cae sobre estas superficies se canaliza hacia los sistemas de drenaje, luego hacia las alcantarillas pluviales, y luego directamente hacia los ríos y el océano. En las ciudades y sus suburbios, los mayores culpables son los estacionamientos, las carreteras y las autopistas. Si bien sería genial que no dedicaramos áreas tan enormes a los autos, eso no va a cambiar rápidamente, por lo que necesitamos pensar en formas que podamos mejorar la infiltración de agua superficial en las ciudades. Una forma es usar superficies viales y estacionamientos que permitan que el agua se filtre, aunque esto no es práctico en muchos casos. Otra forma es asegurar que la escorrentía del pavimento se canalice hacia humedales existentes o construidos que sirvan para descontaminar el agua, y luego permitir que se infiltre en el suelo.

Descripciones de las imágenes

Descripción de la\(\PageIndex{5}\) imagen de la figura: Dentro de una caja unida a la carcasa del pozo, hay una batería, una rueda de sensor de profundidad, un flotador de repuesto y un instrumento que proporciona una lectura de profundidad. Este dice 4.047 metros. También hay una antena de comunicación. [Volver a la figura\(\PageIndex{5}\)]

Atribuciones de medios

• Figura\(\PageIndex{1}\), 14.3.2, 14.3.3, 14.3.4, 14.3.5: © Steven Earle. CC POR.
• Figura\(\PageIndex{6}\): © Steven Earle. CC POR. Con base en datos de “Pozo de Observación #232.
• Figura\(\PageIndex{7}\): © Steven Earle. CC POR. Con base en datos de “Pozo de Observación #232”.
• Figura\(\PageIndex{8}\): © Steven Earle. CC POR. Con base en datos del Departamento de Recursos Hídricos del Estado de California.