Departament d'Enginyeria del Terreny i Cartografica

Barcelona, 30 de Septiembre de 1992 Sr. D. Fernando Octavio de Toledo Asociación Española de Hidrología

Subterránea Santa Fcliciana, 14 10 centro

28010 Madrid

Querido amigo:

Te remito adjunto el texto de la comunicación "Nuevas Tecnologías en Hidrología Subterránea", que muy amablemente me encargásteis para el V Simposio de Hidrología. Lo he preparado lo mejor que he podido, aunque me hubiera gustado tener más tiempo para hacerlo mejor. Espero que cumpla las normas. Lamento el retraso en el envio y espero que no haya perjudicado la edición del XVIII volumen de Hidrología y Recursos Hidráulicos. Si es así os pido perdón. Mucho te agradeceré que acuses recibo de la recepción del original, para mi tranquilidad.

Recibe un fuerte abrazo====~~~,~/~~~~~=~e!f'-- ---,

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Emilio Custodio

cc/ SGOP

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Hidrogcología y Recursos Hidráulicos, Vol XVIII Asociación Española de Hidrología Subterránea

V Simposio de Hidrogeología. Alicante. 1992

NUEVAS TECNOLOGÍAS EN HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA

Emilio Custodio, Dr .l.!. Departament d'Enginyeria del Terreoy I ETSECCP Universitat Politecnica de Catalunya Gran Capita s/n. 08034. Barcelona.

RESUMEN

La Hidrología subterránea y la Hidrogeología, casi sinónimos, tienen actualmente muy numerosos aspectos que van más allá de la simple exploración y explotación del agua subterránea, y que abarcan desde el medio ambiente hasta el estudio y explicación de numerosos procesos geológicos, hidrológicos, ecológicos, edáficos, de ingeniería civil y energéticos. Todo ello define tendencias evolutivas que van acompañadas de la introducción de nuevas tecnologías. Estas nuevas tecnologías deben ent.enderse, unas como mejora, consolidación o generalización de las que han ido naciendo a lo largo del tiempo, y otras como nuevas vias abiertas para solucionar, evaluar o medir aspectos concretos de las aplicaciones clásicas o de las que van apareciendo. Las nuevas tecnologías pueden presentarse y comentarse de muy diversas formas. Aquí se ha preferido agruparlas por funciones, como las de obsevación y medida, las de muestreo, las analíticas de apoyo, las de caracterización, las hidrogeoquímicas e isotópicas ambientales, las de simulación, las de gestión y las geoenergéticas. De cada grupo se comentan las más sobresalientes y las peculiaridades, para luego indicar las tendencias evolutivas. Se resalta la clara tendencia a la cuantificación y simulación.

INTRODUCCIÓN

La Hidrología como Ciencia es relativamente reciente, y más aún lo es la Hidrología subterránea en cualquiera de sus diversas acepciones, incluyendo la más común de Hidrogeología. En realidad sus aspectos cuantitativos empezaron con la formulación de la Ley de Darcy en 1856, aunque los primeros desarrollos no se producen hasta finales del siglo XIX.

Desde entonces se ha venido produciendo un rápido desarrollo de los aspectos hidráulicos del flujo del agua subterránea hacia captaciones y en relación con obras hidráulicas, y más lentamente en cuanto a las bases geológicas y a los aspectos químicos, más correctamente designados como de transporte de masa y de interacción agua­t.erreno.

Poco a poco ha ido ganando reconocimiento la idea de que muchos procesos geológicos e hidrológicos guardan estrecha relación con la existencia y el flujo del agua subterránea en el terreno, con frecuencia a escalas de tiempo de miles a millones de años, y que el papel del agua en dichos procesos es mucho más relevante de lo que en

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principio cabia imaginar, incluyendo la tectónica, volcanismo, formación de minerales y rocas y modelación del relieve terrestre.

También, y por otro lado, los aspectos de medio ambiente y de sanidad pública estan en muchas ocasiones ligados a la Hidrología subterránea, en buena parte relacionados con problemas de contaminación antrópica. Requieren una consideración detallada, del medio físico y de los procesos que ocurren, tanto espacial como temporal, en contraste con los aspectos más globalizados y regionales de los procesos asociados a recursos de agua subterránea o a los más amplios aún de la implicación en procesos geológicos.

A la secuencia lógica de hidráulica del flujo, transporte no reactivo de salutos e interacción roca-agua, se han asociado los isótopos ambientales como herramientas de estudio y valoración, con aspectos que hoy ya son "convencionales" y de uso generalizado, aunque otros muchos aspectos estan aún en desarrollo y probablemente no saldrán del campo de la investigación o de su uso restringido a situaciones especiales. A ésto hay que unir recientemente los aspectos biológicos, que empiezan a ser tratables cuantitativamente, si bien aún se está en un estado incipiente, científica y tecnológicamente hablando.

La importancia actual de la conservaClon y gestión del medio ambiente así como de los estudios ecológicos es una realidad, consecuencia del desarrollo humano y de la búsqueda de una mayor calidad de vida. El agua es un elemento esencial del medio ambiente y las aguas subterráneas una parte importante del ciclo hidrológico. Así, Medio ambiente, Ecología e Hidrología subterránea tienen muchos puntos en común y, si bien el hombre no vive habitualmente en el interior del terreno, se puede hablar de un medio ambiente subterráneo en el que se producen muchos procesos, cuyos resultados después condicionarán nuestro medio ambiente y el de los seres vivos de nuestro entorno.

A todo ello hay que añadir que la Hidrología subterránea no limita ya su campo de actuación al acuífero, que es un concepto ligado al de captación y al de movimiento del agua en el terreno de forma relativamente rápido. Formaciones geológicas antes típicamente excluidas de los estudios de la hidrogeología corno los acuitardos, acuícludos y rocas microfisuradas, hoy son objeto de profundos estudios de investigación sobre procesos geológicos o estudios aplicados en cuanto a posibles depósitos minerales, características geotécnicas o futuros almacenes de residuos.

Todo el nuevo panorama de campos, técnicas, métodos, objetivos e intereses, además de las implicaciones económicas, legales, administrativas, sociales y políticas, necesita el concurso, no sólo de numerosos especialistas, sino de muchas subespecializaciones además de un soporte multidisciplinar.

A pesar de sus numerosas limitaciones y defectos, a este respecto la Ley de Aguas de 1985 abre abundantes campos de actuación, aún probremente recogidos en sus Reglamentos, y cuyo desarrollo va a necesitar una profunda reconversión de los anquilosados órganos administrativos y públicos, para que esas nuevas tecnologías que necesita el mundo actual puedan completarse de la mano de profesionales que los comprendan y que conozcan bien los objetivos a cubrir, sin doblegarse a estériles y paralizantes corporativismos, celos profesionales, individualismos y secretismos.

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El presente trabajo de síntesis se va a dividir en cuatro partes:

Aspectos de la Hidrogeología Tendencias de la Hidrogeología Nuevas tecnologías ya disponibles Tecnologías en desarrollo

ASPECTOS DE LA HIDROGEOLOGÍA

El agua contenida en el terreno es susceptible de ser considerada bajo diversos aspectos, según los objetivos teóricos o prácticos. Cada uno de ellos tiene sus propios métodos de estudio, valoración y actuación. Todos ellos están enraizados en el cuerpo común de conocimientos que son la base de la Hidrología subterránea, principalmente los principios de conservación de masa y las leyes de flujo (Darcy) y transporte difusivo-dispersivo de masa (Fick), además de los de reacción química y bioquímica cntre solutos y con el medio sólido. El medio queda descrito por sus propiedades escalares de porosidad y difusividad de solutos, y tensoriales de conductividad hidráulica (permeabilidad y dispersividad), y el agua por su densidad, temperatura y concentraciones de solutos. Las propiedades del medio que se usan para describir y cuantificar el comportamiento del agua y de los solutos son con frecuencia valores macroscópicos, o sea que integran aspectos de menor escala, a veces de una forma empírica o como resultado de un ajuste, y por eso no siempre tienen un significado físico directamente relacionado con las propiedades a las que tratan de representar. El proceso evolutivo de la cienca hidrogeológica tiende a que esas diferencias vayan desapareciendo, para lo cual se trata de relacionar los valores macroscópicos con observables del medio sólido y líquido, o con propiedades físicas y químicas más sencillas y mejor definibles.

En todo este proceso las condiciones geológicas del dominio de estudio proporcionan las características geométricas, de naturaleza de los materiales y de propiedades de los espacios abiertos al flujo y transporte, y también de su evolución espacial y, en su caso, también temporal. Por lo tanto,la edecuada descripción geológica es el prerrequisito esencial a todo estudio y análisis hidrogeológico. También 10 son las condiciones en el entorno del dominio de estudio, a veces la parte más difícil y la más delicada para definir adecuadamente el problema planteado. Estas condiciones en el contorno son generalmente de naturaleza hidrodinámica y de flujo de masa, difíciles de conocer y describir, y no siempre definibles con claridad, además de que pueden variar en el tiempo.

Los diferentes aspectos de la hidrogeología se resumen en los siguientes apartados:

a) El terreno como fuente de recursos de agua

En general es el aspecto directamente relacionado con la obtención de agua para atender a las necesidades humanas. Es el que hasta el presente ha merecido mayor atención por sus implicaciones de beneficio económico y social. Hasta el presente han dominado los aspectos de cantidad, en especial en las áreas de clima seco, si bien los aspectos de calidad tienen cada vez mayor importancia y en muchos casos son dominantes, como cuando se trata de abastecimientos de agua potable. Estos aspectos son los que actualmente dominan en el contexto de la Comunidad Económica Europea. Pero los mismos también son importantes cuando el destino del agua es agrícola o

industrial.

Según los objetivos y el estado de desarrollo, cabe distinguir los siguientes subaspectos principales:

estudio y exploración. El objetivo es el conocimiento de nuevos recursos y su cuantificación.

- captación y explotación. El objetivo es la puesta en producción de los recursos existentes. observación y control. El objetivo es conocer como evolucionan los potenciales y concentraciones en el dominio considerado y en su contorno, tanto por causas naturales como por la explotación.

- gestión y planificación. El objetivo es establecer las reglas técnicas, legales y administrativas que regulan la explotación para conseguir unos fines determinados, técnicos} económicos y sociales, respetando unas restricciones tales como las que están en relación con la duración de la explotación, afecciones y cambios en la calidad. La gestión puede considerar solo el acuífero o sistema acuífero} o de forma más amplia e integral} todo el dominio hídrico implicado. conservación y protección. El objetivo es adecuar la explotación y usos del territorio para que dicha explotación sea sostenible ilimitadamente o durante un tiempo prefijado, sin que haya degradación de la calidad por la propia explotación o como consecuencia de otras actividades humanas. Los objetivos pueden también inducir o incluso centrarse en la conservación de otros valores asociados tales como una extracción económica o de valor social} o la permanencia de valores medio­ambientales y económicos tales como humedales.

b) El terreno como medio que recibe, transmite y cede de agua

El terreno recibe, almacena} transmite y cede agua y de esa manera influye en el ciclo hidrológico. El estudio y medición de estos fenómenos tiene como objetivos más comunes:

establecer las relaciones rio (o canal)-acuífero o lago (natural o artificial)-acuífero para interpretar tanto los regímenes de las aguas subterráneas como de las aguas superficiales. determinar el régimen de descarga de los manantiales y de las áreas húmedas (humedales) asociadas. evaluar el drenaje natural y en su caso la necesidad de drenaje artificial en áreas de regadio} para conocer el efecto de los excedentes de riego que se infiltran. diseñar las necesidades de drenaje temporal permanente de obras de ingeniería} construcciones} excavaciones y minas} así como para conocer el efecto de esas obras sobre el régimen y calidad de las aguas subterráneas. conocer los efectos sobre el ciclo hidrológico de grandes actuaciones sobre el terreno tales como transformaciones de areas forestales en áreas agrícolas o ganaderas} urbanizaciones extensivas o reforestaciones.

c) El agua del terreno y los procesos de la Tierra

La presencia y flujo del agua subterránea está sociada a la producción de diversos procesos de la Tierra, y su conocimiento es necesario para la correcta interpretación de

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las observaciones. Estos procesos son de naturaleza:

geológica, con una gran diversidad de situaciones, tales como diagénesis minerales y de rocas, formación y disolución de minerales y rocas, relleno y apertura de fisuras y cavidades y modificación de procesos tectónicos y volcánicos locales o regionales. geomoríológica, tales como la modelación del relieve kárstico, la formación de mantos travertínicos, la generación extensiva de costras en el suelo por aguas ascendentes, tanto salinas como de cementación (litoplintitas), la excavación de cárcavas y valles por cursos de agua mantenidos por manantiales y la producción de deslizamientos de ladera favorecidos por el agua del terreno, y otras varias características de áreas frias, donde el agua del suelo se hiela. hidrológica, tales como el mantenimiento de lagos y humedales. biológica, tales como el mantenimiento de vegetación freatofítica en áreas de nivel freático somero y encharcadizas, con su fauna asociada, bien sea de forma tanto extendida, como lineal (por ejemplo los bosques en galeria), como puntual.

d) El agua del terreno como información de climas pesados

El largo tiempo de permanencia del agua subterránea en acuíferos extensos o en medios de muy baja permeabilidad puede permitir obtener datos sobre las condiciones climáticas ambientales de épocas pasadas, cuando se recargaron. Las condiciones para que la obtención de tal información sea confiable son muchas y muy restrictivas, pero en ausencia de mezclas significativas (como en acuíferos cautivos O en zonas áridas con recarga localizada) y de ausencia de reacciones, incorporaciones o separaciones de componentes químicos o isotópicos, es posible llegar a evaluaciones útiles. Tal es la determinación de paleotemperaturas a partir de gases nobles disueltos de ori?en puramente atmosférico (Ar, Kr, Xe) o de la composición isotópica del agua esO y H) cuando el agua puede ser "datada" por métodos hidrodinámicos o por su contenido radioisotópico ambiental, tal como el 14e con correcciones químicas y basadas en el 13e o bien 36el o 1291, después de corregir el aporte subterráneo.

e) El agua del terreno como vehículo de transporte

El agua del terreno es capaz de disolver substancias en unos lugares del terreno y transportarlas hasta el exterior o depositarlas en otro lugar, en función de cambios en las condiciones bio-físico~químicas. Ya se han mencionado anteriormente procesos tales como los diagenéticos, de formación de minerales, y de creación y relleno de cavidades y fisuras. La existencia de formaciones de muy baja permeabilidad tales como arcillas, margas arcillosas, tobas volcánicas alteradas, capas, domos y diapiros de sal y yeso-anhidrita y roca compacta (como granitos y gneiss), crea expectativas muy favorables para el almacenamiento de residuos de la actividad humana, entre los que los radioactivos forma un grupo especial. Esos materiales proporcionan el confinamiento geológico, al que se une el artificial que se pueda aportar, pero el flujo del agua subterránea, por muy lento que sea, es una realidad, tanto en medio saturado como no saturado, y por lo tanto lo es el transporte de masa. Los aspectos hidrogeológicos asociados son de carácter especial, dada la lentitud de los procesos y la gran importancia de las heterogeneidades (diaclasas, fracturas).

f) El agua del terreno como fuente y vehículo energético

El agua en contacto con el terreno caliente por gradiente geotérmico normal o especial (caso del emplazamiento poco profundo de una cámara magmática) adquiere esa temperatura y dado su elevado calor específico constituye un almacen energético caracterizado por una cierta temperatura.

El agua subterránea se mueve como liquido, y en ciertas circunstancias como vapor si la temperatura y presión ambientales lo permiten. Ésto hace que sea capaz de alterar la distribución de la temperatura del terreno, calentando unos dominios, mientras que enfría otros. Si la recarga es más fria que el terreno hace disminuir la temperatura. El proceso común de aumento de la temperatura en profundidad puede alterarse por una circulación profunda mantenida de aguas procedentes de zonas más altas (más frias que la temperatura media ambiental local), creándose una inversión térmica, es decir temperaturas decrecientes hasta cierta profundidad, a partir de la que se restablece el régimen normal, a veces con tránsitos relativamente rápidos (tramos de elevado gradiente térmico). Así, la distribución de la temperatura del terreno y del agua permiten conocer el flujo del agua subterránea. Debe tenerse presente que la temperatura no es ninguna propiedad conservativa del agua al intercambiar íntimamente con el terreno.

Por otro lado, el calor acumulado en el terreno a una cierta temperatura no puede ser explotado como fuente de energía si no es posible movilizarlo hacia los puntos de captación. Ésto sólo es posible a través de la existencia de agua (liquida o también como vapor) en un medio permeable, de forma natural o artificial. Aquí se conectan inseparablemente la Hidrogeología y la Geotermia, además de con otros aspectos asociados de importancia capital, como es la química del agua en esos ambientes y durante la extracción.

También forma parte de este aspecto todo lo referente a la utilización del terreno como almacen temporal de calor, es decir, introduciendo en el mismo agua caliente y extrayendo agua fria en verano, y por el contrario, introduciendo agua fria y extrayendo agua caliente en invierno. Esto está asociado a la utilización de dobletes (dos pozos) y bombas de calor.

TENDENCIAS ACTUALES DE LA HIDROGEOLOGÍA

Para cubrir los diferentes ámbitos y aspectos comentados en el apartado anterior la Hidrogeología presenta las siguientes tendencias evolutivas:

a) notable mayor especialización de sus investigadores y profesionales, al tiempo que cada vez se trabaja más con equipos multidisciplinares, en que cada uno de sus elementos posee un cierto grado de formación hidrogeológica para permitir un campo común de comunicación. Además, conviene que determinados aspectos del conjunto sean a veces desarrollados por especialistas sin conocimientos hidrogeológicos profundos a fin de conseguir elaboraciones que no esten condicionadas desde el inicio. El hidrogeólogo es el que después las adapta a las necesidades del problema científico o práctico que trata de resolver.

b) cada vez mayor énfasis en cuantificaciones, quedando las posturas más descriptivas

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para las fases de formulación de un conjunto lo más completo posible de alternativas. Después de eliminar las no plausibles, de entre las plausibles se realiza una cuantificación, tanto de flujo (cantidad) como de transporte de masa (incluyendo la calidad). Esta forma de actuar propia de investigaciones científicas se utiliza cada vez más en el campo aplicado ya que de otro modo se corre el riesgo de interpretaciones erróneas o incoherentes con las observaciones y datos.

e) trabajo en un ámbito cada vez más integral del terreno y del comportamiento del agua subterránea. Así se ha incorporado el medio no saturado como parte del dominio de trabajo. También los acuilardos se consideran como una parte esencial del estudio del comportamiento de un sistema acuífero. Los medios fisurados empiezan a ser tratables mediante idealizaciones más o menos acertadas, unas veces como un conjunto de dos medios contínuos coincidentes en el dominio del problema, las fisuras y los bloques, que intercambian agua y solutos entre ellos, y otras veces como medios conductores singularizados (fisura, dique, capa, conducto) en relación de intercambio lateral de agua y solutos con medios homogéneos extensos. Es cada vez más frecuente, si los datos lo permiten, resolver a la vez problemas de flujo de agua y de transporte de masa, como un modo más adecuado de investigación o conocimiento del medio a través de procesos de calibración.

d) cada vez son más numerosos los problemas de investigación y prácticos que se centran en aspectos de calidad del agua y de transporte de masa.

e) se aprecia una importancia creciente de planteamientos y problemas en los que el énfasis ya no es el de la cantidad de agua, y aún la calidad, sino la conservación de recursos de agua (en cantidad y calidad), el estudio del efecto diferido cualitativo y cuantitativo en los recursos de agua de la actividad humana y de las acciones sobre el terreno, y la evaluación de efectos medioambientales como una parte de estudios con matiz o implicaciones hidrogeológicas.

f) un considerable desarrollo de medios de observación y muestreo del agua en el terreno, más representativos y selectivos, con el fin de poder dar respuesta precisa a los problemas que se plantean. Casi se puede decir que el desarrollo de esos medios condicionan el progreso de la Hidrogeología, cuyos métodos de evolución y estudio avanzan más deprisa que los de obtención de datos. Su validación no es posible si no hay datos reales.

NUEVAS TECNOLOGÍAS YA DISPONIBLES

a) Tecnologías de observación y muestreo de detalle

Induye un amplio aspecto de técnicas, de entre las que destacan:

- métodos de medida de potenciales hidráulicos y de obtención de muestras de agua puntuales, bien sea mediante dispositivos de múltiples perforaciones, bien sea con colocación de tubos aislados dentro de una misma perforación. Esta última técnica es mas económica pero técnicamente más difícil y sujeta a fallos de difícil o imposible corrección. Se emplean rejillas cortas de diseño apropiado, con o sin macizo de arena o grava lavada y no reactiva, y sellos y cementaciones, que no deben afectar a los fluidos a muestrear ni producir una elevación de temperatura

durante el fraguado que dañe a los tubos, que generalmente son de material plástico o de fibra de vidrio, con juntas estancas en los uniones de los tubos. En el caso de que el objetivo sea la obtención de muestras de agua se requieren métodos de perforación que no introduzcan flujdos extraños en el medio, en general de difícil eliminación y que pueden falsear las observaciones durante largo tiempo. La perforación con aire es apropiada en materiales coherentes, en especial la que utiliza circulación ascensional por el interior del tubo y martillo de fondo con flujo cruzado. La percusión con cable, a pesar de su prirnitivez y lentitud, sigue siendo útil en materiales sueltos, sobretodo si se avanza con la ayuda de la cuchara, tanto normal como de pistón.

- métodos de muestreo en perforaciones con bombas portátiles, con o sin aislamiento de secciones del sondeo. Se pueden descender bombas hasta algunos centenares de metros, con alturas manométricas de elevación también de hasta el centenar de metros, adecuados a tubos de menos de 100 mm de diámetro, e incluso de solo 50 mm, con caudales de algunos L/min. Se dispone en el mercado de bombas centrífugas sumergibles que pueden ir a alta velocidad, accionadas por un sistema variador de frecuencia, que pueden producir hasta cerca de 1 L/s. Diversos muestreadores sumergibles estan disponibles, que se cierran por un mensajero o señal desde el exterior, y que se bajan hasta la profundidad deseada después de haber forzado la renovación del agua en su interior. Otros sistemas más complejos permiten aislar una porción del sondeo, forzar la renovación y muestrear, con O

sin medida in situ de algunas propiedades del agua tales como temperatura y conductividad eléctrica, e incluso pH y Eh.

observaciones en el medio no saturado poroso, tanto del potencial mediante tensiómetros como de obtención de muestras mediante muestreadores de succión, impropiamene llamados lisímetros de succión. Aún existen problemas prácticos no del todo bien resueltos. A la medición del agua se suma la observación, medición y muestreo de la fase gaseosa.

obtención destructiva de muestras inalteradas del terreno no saturado por métodos manuales (barrenas), mecánicos portátiles (barrenas percutoras con motor) o de hinca mecanizada. Los procedimientos para el medio no saturado no son normalmente satisfactorios salvo en el caso de material cohesivo no consolidado (con limos y arcillas). Estas muestras suelen ser para determinar la naturaleza y propiedades del medio (mineralogia, características sedimentológicas, distribución y cara.ctrísticas de granos, porosidad total, densidad aparente y de los granos, relación succión.humedad), del agua intersticial mediante extracción por algún método adecuado y bien contrastado (centrifugación, desplazamiento por otro fluido, exprimición o dilución con agua), y determinación de las características de reacción agua·terreno (capacidad de cambio iónico, isotermas de adsorción· desorción, superficie específica, complejo iónico retenido).

testificación geofísica del medio y del fluido en el sondeo, para lo que los aparatos de testificación se han aligerado, han aumentado sus prestaciones y fiabilidad, y registran los valores medidos en soporte magnético, de modo que después es posible obtener los registros (diagrafias) en los formatos que sean más adecuados. En general se requiere el transporte en una furgoneta, pero hay equipos ligeros

transportables a mano, con capacidad hasta unos pocos centenares de metros de profundidad y registro gráfico. No acaba de estar resuelta la disponibilidad de sondas durables y estables de conductividad eléctrica y temperatura que sean facilmente portátiles. Su uso deberia generalizarse mucho más.

ensayos especiales de caracterización de medios de baja permeabilidad y microfisurados, para los que se han mejorado las técnicas de pulso C¡slug"), con dispositivos que permiten aislar una porción del sondeo y con los que se puede obtener respuestas en un tiempo relativamente largo.

generalización de las técnicas geofísicas electromagnéticas de diversos tipos, en general limitadas a penetraciones someras, y con prestaciones similares a otras técnicas geofísicas, si bien de más fácil aplicación y que evitan el contacto con el terreno. Ello facilita el reconocimiento por desplazamiento sobre el terreno, incluso en vehículo y en algunos casos aerotransportado, en general en helicoptero. Aún no hay experiencia suficiente para evaluar la utilidad del georadar portátil como herramienta hidrogeológica de pequeña penetración.

b) Tecnologías de observación regionalizada

Estas tecnologías, muchas de ellas englobadas bajo la designación de técnicas de senores remotos, han adquirido gran desarrollo en los últimos años, sobretodo en cuanto al tratamiento automatizado de imágenes para su interpretación cuantitativa a partir de una red de observaciones de campo para su calibración. Normalmente son marginales al agua subterránea propiamente dicha, si bien son sumamente útiles para determinar indirectamente consumos agrícolas y forestales y usos del territorio que afectan al agua subterránea, además de las más clásicas de carácter geológico y geomorfológico. Puede considerarse que ya son una herramienta común para el inicio y seguimiento de estudios regionales, aunque su empleo efectivo requiere una especialización que no se justifica dentro de equipos dedicados a la hidrogeología. Por ello es normalmente, o debcria ser, objeto de contratos o convenios con otros equipos especializado en este tema.

c) Tecnologías analíticas

Buena parte del desarrollo de los aspectos hidrogeoquímicos de la hidrología subterránea, básicos para la caracterización del agua en el terreno y de los procesos de transporte de masa, se han hecho razonablemente bien con las técnicas analíticas hoy ya clásicas, incluyendo la espectrofotometría con cámara de grafito y la espectometría de emisión por plarma acoplado por inducción. Pero muchas de las técnicas analíticas convencionales requieren volúmenes de mucstra relativamente grandes, los que no son posibles en el caso de estudios del medio no saturado, de medios dc muy baja permeabilidad o de fluidos intersticiales. La introducción de la cromatografía iónica, y en especial la aniónica ha permitido ir resolviendo esa dificultad. Para estudios rutinarios las técnicas de electrodo selectivo de ión son muy útiles para ciertos iones (Br- como trazador, F-, NO;, ... ) si estan bien calibrados y se trata de soluciones de composición poco variable. Los métodos basados en la activación neutrónica, aún cuando son bien conocidos, tienen la gran limitación de la escasez de laboratorios equipados para ello, en general centros de investigación nuclear, de los que Carecen muchos paises y regiones.

Determinadas técnicas de medida de elementos menores de interés hidrogeoquímico en cuanto a la relación con otros iones principales (como la relación Cl/Br) siguen teniendo dificultades para su determinación habitual, ya que no llegan fácilmente a la precision y reproductibilidad requeridas.

Determinadas técnicas analíticas para los isótopos ambientales se pueden considerar ya convencionales y en general existen diversos laboratorios bien equipados en los diversos paises. Tal sucede con la espectrometría de masas para 180, 2H, 13C y 34S, y el centelleo líquido de bajo fondo para 3H (en general previo enriquecimiento electrolítico) y He. La determinación de 15N es menos común pero no ofrece dificultades esenciales. Un notable avance se ha dado con la introducción de la espectrometría de masas acoplada (en tandem) con un acelerador de particulas (EMTA o TAMS) que permite determinar HC en muestras de mg, además de 36C y 1291. Pero son muy especializadas y solo están asequibles en unos pocos laboratorios. Las medidas precisas de la relación 234U / 238U, de cierto interés hidrogeológico, están también al alcance en laboratorios bien equipados de radioactividad ambiental.

Se han producido notables avances en las medidas analíticas ocasionales, de control o contínuas in situ, ya sea con equipos portátiles, robustos, fiables y fáciles de calibrar, bien sea con células de medida que producen una señal cuantitativa que es registrada en un sistema de adquisición de datos que permite el posterior tratamiento informático. Pero la oferta comercial no siempre va apoyada en una fiabilidad comprobada y en una real utilidad de lo medido.

d) Técnicas de caracterización hidrogeológica del medio

Si bien parte de estas técnicas, tales como las geofísicas de testificación, de muestreo y de perforación, ya han sido consideradas anteriormente, algunas son muy específicas.

Entre ellas cabe destacar las de medidas de flujo en el interior de perforaciones. Las más clásicas que utilizan trazadores radioactivos estan cayendo lamentablemente en desuso a causa de las grandes restricciones, muchas veces infundadas, para el uso de radioisótopos artificiales, cuando en realidad son muy útiles, de bajo riesgo y a veces menos peligrosas que otras técnicas alternativas que utilizan productos químicos substitutorios. La gran ventaja de la medida directa in situ es muy difícil de reemplazar, si bien se están adaptando técnicas de conductividad eléctrica (con la introducción de una variación de salinidad) o térmica (con la producción de un pulso de temperatura) para la medida de flujos verticales o de dilución por flujo horizontal a través de la. perforación.

El registro del sondeo con fotografías seriadas o mejor con cámara de televisión de objetivo orientable y grabación en vídeo empieza a ser una técnica asequible, incluso en color. Si bien la utilidad es potencialmente grande, en la práctica es muchas veces más una curiosidad que un método de caracterización. La explotación de las posibilidades de esta técnica requiere más experiencia.

Las técnicas de registro de temperatura y conductividad eléctrica del agua en una perforación, ya de por sí de gran utilidaad para conocer las condiciones de flujo en el interior, se pueden complementar con la introducción de pulsos cuyo movimiento se sigue. Su utilidad se aumenta con la. posibilidad de repetirlos con la perforación en

admisión o en producción de agua, lo que se facilita por la existencia de bombas de pequeño volúmen y de rápida instalación.

La medida de la recarga a los acuíferos sigue siendo uno de los problemas más difíciles de la hidrogeología y en realidad los métodos disponibles han evolucionado poco ante las dificultades de la caracterización de la variabilidad temporal y espacial. Las técnicas de marcado químico (Cl-, Br-) y/o isotópico (3H) para medir el movimiento descendente de la recarga, aunque en teoria son sencillos, en la práctica son excesivamente largos, no valen para niveles freáticos someros y medios fisurados, y presentan serias dificultades de muestreo y de interpretación, además de ser excesivamente localizadas en el espacio y en el tiempo. No obstante, de ellas se han obtenido importantes aportaciones.

e) Técnicas hidrogeoquímicas

Las técnicas hidrogeoquímicas han salido de sus etapas meramente descriptivas. Se utilizan para tratar de deducir de ellas las bases el sobre funcionamiento del agua en el terreno, o al menos de selección de alternativas y de confirmación de hipótesis.

A las técnicas que utilizan los componentes disueltos principales no se les han sumado las de elementos menores y traza por las numerosas dificultades interpretativas, cuando no analíticas, salvo en circunstancias especiales. El más útil de entre los elementos menores es el Br~, y en ciertos casos también son útiles el B (disuelto como especies ionizadas del ácido bórico) y el 5r2+. Actualmente se presta atención creciente al AI3+, de gran interés en el estudio de equilibrios químicos minerales, pero de difícil muestreo y determinación en las aguas subterráneas con pH dentro del rango más frecuente.

Otros iones menores y traza tienen interés en aspectos de calidad y medio ambiente, y se han avanzado nota.blemente en cuanto al conocimiento de su transporte en el terreno. Tales son los metales pesados, que fácilmente forman complejos minerales u orgánicos, y que se asocian a coloides, cuyo transporte en el terreno es aún mal conocido.

Las suhtancias orgánicas incorporadas al agua subterránea son otro punto focal de interés, si bien su muestreo y determinación ofrece aún notables dificultades o resulta onerosa. Algunos de ellas son muy refractarias, manteniendo su identidad largo tiempo.

Los problemas de contaminación antrópica por substancias orgánicas han adquirido especial relevancia, en especial en cuanto a hidrocarburos y disolventes. Su adsorción y degrabilidad es ahora mejor conocida, si bien aún queda un amplio campo de estudio e investigación. Muchos son mezclas de componentes miscibles, de diferente solubilidad en agua y distintas cinéticas químicas de degradación, lo que permite seguir la evolución a lo largo de una línea de flujo a través de su "envejecimiento", es decir, la variación de las proporciones con el tiempo y el recorrido.

Un aspecto especial es el del comportamiento de productos agroquímicos para d tratamiento de pestes, hierbas, gusanos, etc., en general tóxicos, o potencialmente tóxicos como tales o por los metabolitos (productos de degradación) a que dan lugar. La. mayor parte de las investigaciones proporcionan cadenas de degradación en medios diferentes a los del terreno y del agua subterránea, y por eso no son directamente

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aplicables a estudios de calidad y contaminación.

Cada vez se van generalizando más las medidas in situ del pH, con suficiente precisión y representatividad. No puede decirse lo mismo de las mediciones del Eh, cuyo interés es dudoso. Parece que es mejor medir el O 2 disuelto y especies redox, pero puede ser difícil su muestreo y su medida en el campo, y más difícil su conservación hasta el laboratorio.

Determinadas técnicas isotópicas, como ya se ha dicho, son actualmente casi convencionales y ya deben considerarse una herramienta común de estudio y evaluación. Tales con las que incluyen 180 y 2H entre los isótopos estables ambientales, y 3H entre los radioactivos. También es habitual, aunque de interpretación más compleja, el 13C (estableL y el He (radioactivo), cuya interpretación requiere un buen conocimiento hidroquímico del agua en el medio para poder efectuar las correcciones precisas a fin de no llegar a "edades" sin significado. Aunque es fácil poder medir 34S y 15N, la interpretación correcta es compleja, así como lo es la relación 234U/238U.

Los cálculos hidroquímicos se pueden hacer de forma ágil mediante programas de cálculo, entre los que el más usual es el WATEQ(F), o el PHREEQE para estudios más sofisticados de mezclas y equilibrios minerales. Son adaptables a computadoras personales y disponen de preprocesador. También existen extensiones o ya tienen acoplados programas para el tratamiento de equilibrios en que intervengan especies isotópicas, en especial el 13e y He. Todos estos cálculos hidroquímicos suponen condiciones de equilibrio termodinámico o, lo que es lo mismo, que en el acuífero exista equilibrio instantáneo puntual entre el agua y la fase sólida.

En la realidad tal equilibrio puede estar lejos de ser alcanzado. El tratamiento de la cinética química es aún incipiente, aunque hay ya notables esfuerzos de desarrollo.

Por supuesto que para que estos cálculos hidroquímicos sean válidos es necesario que las muestras de agua sean representativas y no mezclas, y que las determinaciones analíticas tengan suficiente precisión.

Para la interpretación globalizada del comportamiento de solutos y variaciones isotópicas en un sistema acuífero o acuitardo, además de los modelos de simulación de parámetros distribuidos que se comentarán a continuación, tienen interés los de parámetros agregados, que consideran el dominio de flujo como un único o unos pocos elementos caracterizados por uno o unos pocos parámetros, entre los que suele figurar el tiempo medio de renovación, y en ocasiones una evaluación de la dispersión referida a la respuesta del sistema a un impulso. Estos modelos son de uso frecuente para el estudio del comportamiento de los isótopos ambientales (modelos de pistón, de pistón con dispersión, de buena mezcla o exponencial, de pistón-exponencial, ... ), pero también son de utilidad para otros componentes. El mayor o menor éxito en su aplicación para caracterizar el medio reside en su correcta elección, en disponer de medidas a lo largo del tiempo y en conocer la representatividad de los valores analíticos según la forma de muestreo (bombeo o tomamuestras, rejilla larga o rejilla corta, ... ).

f) Técnicas de simulación

De las diferentes técnicas de simulación por discretización del espacio y el tiempo

solo las numéricas estan en uso común, habiendo casi desaparecido las analógicas tipo Hele-Shaw, reológicas o de capacidades-resistencias.

Existen ya numerosos modelos verificados de estructura versátil, de los que está disponible el programa fuente, y que además están dotados de preprocesador y de postprocesador, con lo cual el usuario los puede usar con facilidad y si lo precisa modificarlos para objetivos determinados. La gran innovación ha sido la posibilidad de considerar problemas de transporte de masa. No obstante se requiere respetar restricciones en la discretización espacial y temporal que llevan a un número muy elevado de elementos, tanto en esquemas de elementos finitos (los más usados actualmente) como de diferencias finitas, con el fin de mantener en límites aceptables la dispersión numérica, o bien a acudir a métodos diversos como el de las características o el del recorrido aleatorio. Si bien éstos presentan r;ertas ventajas en el caso de pocas fuentes de soluto concentradas, estas desaparecen en el caso de muchas fuentes de soluto o de entrada distribuida.

Subsisten limitaciones de tiempo de ejecuclOn y de memoria operativa del ordenador por lo que de esos modelos estan preparados en general para dos dimensiones en el plano horizontal o en plano vertical, y a lo más son tridimensionales para problemas reductibles a otro de simetría radial. En muchos casos prácticos esto es una limitación importante, que se trata de resolver limitando su generalidad al pasar a tres dimensiones, es decir, con solo fluido homogéneo, isotermo y para substancias conservativas en el fluido o que a lo más sufran reacciones sencillas de sorción en equilibrio o de orden cero o de primer orden (como es el caso de la desintegración radioactiva).

Aunque existen modelos más completos, no siempre estan validados y su manejO puede ser complicado, si es que es posible.

Para el caso de densidad variable de un fluido no reactivo se dispone de herramientas adecuadas en dos dimensiones, tanto para interfaz brusca como para amplia zona de mezcla agua dulce-agua salada (caso de acuíferos costeros), con discretización coherente de los potenciales y de las presiones para no generar componentes verticales artificiales del flujo. Pero muchos problemas son tridimensionales y algunos solutos son reactivos, lo cual está aún pobremente resuelto.

A los modelos de medio saturado se les puede acoplar el flujo en el medio no saturado, en general simulado unidimensionalmente. Con ello los procesos de recarga y de contaminación desde el exterior resultan incorporables. También se puede considerar el flujo multifásico, como el de agua y petróleo, tanto en medio saturado como no saturado. El principal problema es la falta de datos sobre los procesos químicos en las fases fluidas y con el terreno involucrados.

Para los casos en que aparecen o se deben tratar procesos químicos relativamente complejos aún no hay herramientas versátiles adecuadas, optándose por solo considerar algunas reacciones sencillas y características. A veces se escogen agrupaciones en complejos de reacción, o bien se acopla un modelo de transporte con un programa de cálculo hidroquímico, lo cual lleva a un proceso numérico muy lento.

Se ha ganado experiencia en la consideración de la dispersividad macroscópica

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en función de las características de heterogeneidad del medio y del efecto de procesos periódicos extensos tales como la marea marina y terrestre, o estados cíclicos de bombeo.

La disponibilidad de observaciones representativas y a lo largo del tiempo para calibrar y validar los modelos en sus parámetros es actualmente un campo incipiente y de desarrollo muy necesario.

Normalmente se continua con procesos manuales de ajuste de los parámetros de los modelos, pero ya existen métodos eficientes de calibración automática, como el que emplea el método de la máxima verosimilitud, en los que se incorpora y respeta la información previa disponible. El proceso de generación de malla se puede automatizar para llegar a los detalles que exige el tratamiento adecuado de la dispersividad.

Si bien buena parte de los tratamientos matemáticos comunes son determinísticos, muchas variables tienen una componente estocástica. Tal sucede con la recarga. También los parámetros que definen el medio y la hidrodinámica tienen una incertidumbre asociada, o sea una cierta probabilidad que adopten un cierto valor. En los tratamientos clásicos esto se trata de estudiar elementalmente mediante análisis de sensibilidad, variando las exitaciones o los parámetros dentro de rangos creibles (época seca o época húmeda, o secuencias secas, medias y húmedas, valores máximos y valores mínimos), lo cual no solo es engorroso sino a veces poco realista. La introducción de variables estocásticas en la formulación y simulación es una nueva herramienta, aún en estado incipiente.

Las técnicas geoestadísticas, entre las que destacan las de krigeado, son útiles no solo para la cartografía, sino para tratar de asociar a las variables su incertidumbre.

g) Técnicas de gestión

Las técnicas de gestión son de muy variada índole pues abarcan tanto las que son meramente tecnológicas como las que tienen naturaleza económica, administrativa, legal, social y política. Estas últimas están muy ligadas a las circunstancias locales y por lo tanto los aspectos hidrogeológicos son solo una parte de la técnica, a veces pequeña. En general existe una tendencia universal a considerar que el agua subterránea es un bien común a gestionar y conservar comunitariamente, con independencia que sea o no del dominio público. También se ve la necesidad general de que los usuarios participen en su gestión, observación y conservación, de que en las acciones sobre el acuífero y sobre el territorio se consideren no solo los aspectos económicos directos sino también las externalidades en cuanto al recurso agua y en cuanto al medio ambiente. También está claro que las presiones sociales y la acción política para el correcto uso y la protección pasa necesariamente por la educación general de la población en las características y valor del agua subterránea y la consecución de cierta formación adecuada de los gestores, administradores y técnicos.

En lo que sigue solo se consideran aspectos tecnológicos de la gestión. Estos se basan en tendencias tales como:

i) uso sostenible de los recursos de agua subterránea, o uso controlado y conocido de reservas dentro de un esquema general de los recursos hídricos regionales. En general hay una tendencia a considerar a los acuíferos como piezas del patrimonio

hídrico y medioambiental que hay que preservar para uso y disfrute de la generación actual y de las generaciones futuras. El concepto de sobreexplotación parece tener poco arraigo por su indefinición y connotaciones negativas derivadas de observaciones no interpretadas dentro de un contexto global e hidrodinámico. Por ello, conceptos tales como explotación intensiva y a gran escala parecen ser más adecuados, dejando el enjuiciamiento del comportamiento del acuífero a largo plazo a estudios de detalle, basados en cuantificaciones del comportamiento en vez de en apreCiaCiones.

ii) introducción de cartografías temáticas con fines de gestión de los recursos de agua subterránea. Estas cartografías temáticas suelen ser a escala entre 1/10 000 y 1/100 000, más frecuentemente entre 1/20 000 Y 1/50 000. Se refinen al uso del agua subterránea, al estado de la calidad, a la recarga y a la vulnerabilidad, entre otros aspectos. La vulnerabilidad, considerada como propiedad del acuífero en consideración, es un concepto en relación con la contaminación, que no necesariamente coincide con el de riesgo de contaminación o susceptibilidad a la contaminación. No es un concepto claro ni de cuantificación ampliamente aceptada, si bien su uso es cada vez más generalizado en cartografías de ayuda a la planificación territorial y a la implantación de actividades que entrañan un riesgo de contaminación. Su utilidad va muy ligada a la existen..:.ia y puesta en práctica de una legislación y normativa adecuada.

iii) consideración de los acuíferos como elementos de sistemas acuíferos que incluyen acuitardos, y a todas eUos como partes del sistema de recursos de agua regional o comarcal, integrados con las aguas superficiales y, cuando las circusntancias lo requieren, con la reutilización de aguas residuales tratadas y la desa1inización de aguas salobres y saladas. Aunque el concepto de utilización conjunta de diversas fuentes de agua, cada una con sus características, es ya clásico, su aplicación en casos reales es rc1ativamcnte reciente. Por lo común se aplica con preferencia en áreas con escasos recursos, en gcneral costeras y/o de clima seco. La gestión compatible con la conservación del medio ambiente es un aspecto que actualmente se integra en esta utilización conjunta, con el énfasis adecuado a cada caso. En general los acuíferos son los elementos de almacenamiento regulador, pero no necesariamente siempre. Estos esquemas de uso conjunto consideran no solo la extracción de agua subterránea para integrarla con el agua superficial sino también la recarga artificial de aguas superficiales para su almacenamiento y regulación en el acuífero, considerando las restricciones de caudales y operatividad.

La tecnología de la recarga artificial es la ya clásica, no habiéndose producido ni grandes mejoras tecnológicas ni grandes realizaciones en los últimos tiempos. Ello en parte es debido a haber pasado de ser presentada una panacea para la gestión de acuíferos, en general de forma poco científica y sin considerar las limitaciones tecnológicas, a ser un instrumento cuyo uso ni es elemental ni exento de coste.

La utilización conjunta, como elemento de la planificación hídrica, maneja un elevado número de alternativas, cada una con su variabilidad asociada. El análisis requiere disponer de modelos de gestión en los que los acuíferos entran como elementos que tienen unas determinadas características de respuesta. Estas respuestas pueden ser el resultado de modelos de simulación de parámetros

.. .

distribuidos, pero es más operativo integrar el espacio para conseguir una función de respuesta que solo dependa del tiempo.

Si bien lo expuesto hace referencia a la cantidad, los aspectos de calidad son por lo menos de similar importancia, y en su tratamiento hay mucha menos experiencia. No es fácil formular funciones objetivo para la optimización que consideren la calidad. Un caso especial es el de los acuíferos costeros, en los que las condiciones son mejor definibles, pero las situaciones pueden ser notablemente complejas.

No hay avances especiales en las técnicas de protección por inyección o por bombeo, ya que son convencionales en su ejecución, salvo los problemas químicos asociados.

iv) la restauración y descontaminación de acuíferos degradados. Son técnicas que se estan implantando por imperativos legales. Son tan variadas como las situaciones que pueden presentarse y por eso muchas de ellas son aún ensayos o estan en estado incipiente, faltando procedimientos bien asentados y cuantificables. Existe una cierta preferencia, que es lógica, por las técnicas de descontaminación in situ, cuando ello es posible. Tal sucede con los hidrocarburos o disolventes orgánicos en el medio no saturado, que se pueden extraer por volatiHzación, o con ciertos metales pesados, que se pueden inmovilizar en un medio suficientemente oxigenado o de alto potencial Eh. Estas últimas ténicas se han desarrollado para la eHminación de Fe2+ disuelto en agua, y parece que pueden ser también efectivas para el Mn2+. Existen ensayos para reducir bioquímicamente el NO:) mediante la introducción de materia orgánica y, al contrario, para oxidar contaminantes orgánicos con agua rica en oxígeno o en NO:). La restauración incluye también la restitución de la recarga en el caso que grandes modificaciones territoriales que la reduzcan, tales como urbanizaciones, encauzamientos, eliminación de regadios con altas dotaciones, etc .. En estos casos se pueden aplicar técnicas de recarga artificial, realizadas de forma a facilitar y asegurar el mantenimiento y reducir los costes que se originan.

v) localización, establecimiento, operación, vigilancia y clausura segura de vertederos de residuos, como actividad territorial que ha de ser compatible con la conservación de la cantidad y calidad de los recursos de agua subterránea. Las nuevas tecnologías asociadas buscan diversos objetivos, tales como la caracterización del emplazamiento idóneo, el depósito con un tratamiento previo de inactivación, con barreras artificiales a la lixiviación, y suficiente confinamiento geológico de modo que se garantice que las posibles fugas tengan tiempo de tránsito subterráneo suficiente para el decaimiento a productos inócuos o menos ofensivos y para su dilución a niveles tolerables. Las condiciones son tanto más severas y las tecnologías tanto más sofisticadas cuanto más peligroso es el residuo, correspondiendo las mayores precauciones a los radioactivos, si bien hay residuos químicos tanto o más peligrosos por su naturaleza o cantidad a los que aún no se les presta la debida atención.

vi) protección especial de los acuíferos, manantiales y captaciones destinadas a producir agua potable, con el establecimiento de zonas de protección tanto más restrictivas cuanto más próximas a la fuente de agua o a las áreas de recarga preferente. Lo mismo es también válido para manantiales y pozos que producen agua potable que se distribuye embotellada. Para estos últimos se buscan largos tiempos de residencia en el acuífero, aislamiento respecto a áreas con actividades

humanas intensivas, y composlclones lomcas determinadas, tales como una alta relación Ca/Na para reducir problemas cardiovasculares.

h) Técnicas geoenergéticas

La crisis energética de la década de 1970 y las sucesivas crisis menores que le han sucedido han dado importancia a las técnicas geoenergéticas, si bien el énfasis ha tenido altos y bajos, según las fluctuaciones del precio del petróleo y en función de las reales espectativas de resultados.

Un grupo de técnicas se refieren al mejor aprovechamiento de combustibles fósiles. Tal es el aumento de la recuperación del petróleo de sus yacimientos mediante técnicas de inyección de fluido, con o sin modificaciones de la tensión superficial, con o sin elevación de temperatura (incluso usando vapor). La aplicabilidad viene limitada por el coste de la unidad de producción marginal en relación con los precios de mercado y la oportunidad estratégica. En este grupo está también la combustión in situ del carbón, de especial interés en yacimientos muy profundos o de capas delgadas y /0 discontinuas. El procedimiento requiere la inyección de aire o de aire y vapor, y trata de obtener gas caliente del que recuperar energía, o bien gas combustible en forma de mezclas de ca, CH4 y Hz. Estas tecnologías son aún muy incipientes y costosas, con un futuro incierto.

Otro gran grupo de técnicas son las de aprovechamiento del calor geotérmico, con demanda principal como vapor de alta entalpia, pero también con un mercado potencial de agua de temperatura moderada.

Los aprovechamientos de alta entalpia se limitan a áreas de anomalia térmica, en general por emplazamiento reciente de un cuerpo magmático a poca profundidad, en las que existe un sistema acuífero capaz de vehicular el calor hacia los pozos de captación. La explotación puede ser como recurso, recuperando las pérdidas de calor naturales (manantiales calientes, geysers, emisiones de vapor), o como reserva agotable, es decir con el enfriamiento progresivo del terreno, o bien de forma mixta. El agua vehicular, como líquido o vapor, puede recargarse naturalmente, o bien ser el retorno por inyección del fluido enfriado, sobre todo si no es apto para la evacuación al ambiente por cuestiones de salinidad o de inadecuada composición química. Los problemas químicos asociados a la inyección pueden ser serios, aunque en su evaluación, consideración y corrección se ha avanzado notablemente.

Los posibles aprovechamientos de baja entalpia, normalmente agua a temperatura moderada, afectan a áreas más amplias y con suficiente profundidad, y solo estan limitados por la necesidad de que exista un buen acuífero. En general se trata del uso de calor almacenado, que a efectos prácticos no se renueva (la tasa de renovación es mucho menor que la de extracción rentable), y el agua extraida es normalmente devuelta al medio una vez enfriada, no solo por cuestiones hidrodinámicas sino también medioambientales, ya que con frecuencia se trata de aguas salinas o muy salinas. Las condiciones y ubicación de captaciones e inyecciones se modela y se pueden hacer previsiones de tiempo de funcionamiento y económicas, si bien aún hay incertidumbres en la operación, duración de pozos, conducciones y cambiadores de calor (a veces construidos con titanio para reducir la corrosión).

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De similar manera, y tal como se ha dicho anteriormente, es posible diseñar el uso de un acuífero o de una porción del mismo como receptor de caiorias o de (rigorias, para su cesión en otro momento, en general en la otra mitad del año. Las diferencias térmicas son moderadas y por eso esta utilización va ligada al empleo de la bomba de calor. Su implantación es más viable en climas extremados y se la considera una técnica de ahorro energético. Este uso del acuífero puede entrar en conflicto con la conservación de recursos de agua subterránea potable. Las técnicas de modelación son aplicables y se utilizan en casos complejos. Las situaciones más simples son calculables razonablemente con formulaciones sencillas, similares a las de cálculo de un campo de pozos, pero teniendo en cuenta la capacidad calorífica del agua y del terreno. En general se supone que hay equilibrio térmico instantáneo entre el medio granular y el agua. Eso no es válido para un medio fisurado, donde hay que utilizar técnicas similares a las de transporte de masa en medios asimilables a los de doble porosidad.

TECNOLOGÍAs EN DESARROLLO

a) Tecnologías de observación y muestreo

Se aprecia una clara tendencia a la substitución de observaciones manuales por observaciones automatizadas mediante el empleo de sensores (transductores de presión, sondas de temperatura, de conductividad eléctrica, de pH, de Eh, etc). Estas técnicas son ya una realidad, pero su uso generalizado, fiable y preciso requiere aún mayor experiencia práctica. Estos sensores pueden quedar instalados en el interior de perforaciones y ser substituibles o calibrables en cualquier momento, o quedar perdidos en el terreno. Para éste último caso aún no hay experiencia suficiente.

Se están poniendo a punto técnicas de medida directa de la transpiración de plantas y árboles, bien sea por captación del agua transpirada, bien sea por medida del desplazamiento del agua contenida en el talo. No está aún clara su utilidad fuera del campo de la investigación.

No hay nuevas tecnologías geofísicas de especial relevancia después de la introducción de los métodos electromagnéticos, salvo las técnicas de radar focalizado (georadar), cuya utilización eficaz en hidrogeología requiere aún experiencia. En similar situación estan las técnicas sónicas tomográficas, realizadas entre dos perforaciones.

b) Tecnologías de observación regionalizada

Técnicas aerotransportadas tales como el radar oblicuo y la imaginaria infrarroja. Si bien son ya conocidas y se está definiendo su posible campo de aplicación en estudios hidrogeológicos regionales, donde puede ser muy útiles en circunstancias específicas, pero no con caracter general.

c) Tecnologías analiticas

La tendencia más clara es a la instrumentalización y a la automatización de los procesos analíticos químicos e isotópicos, mejorando las técnicas de calibración para obterner resultados fiables y comparables. Estos dispositivos siguen siendo en su mayor parte del dominio del laboratorio, con ciertas adaptaciones a laboratorios móviles, pero se esperan métodos de medidas in situ muy mejoradas y diversificadas respecto de

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los actuales, con capacidad para el trabajo de control y de registro en contínuo, con sistemas informatizados de adquisición y tratamiento de los datos. Es probable que la oferta supere a la capacidad de utilizar esa información y al conocimiento de su real utilidad.

Se estan haciendo más asequibles los sistemas analíticos con microsonda, si bien la mayor aplicación está en mineralogía y petrografía. Sin embargo también pueden ser aplicados al estudio de inclusiones líquidas en sedimentos y rocas, tal como la espectrometría de masas con microsonda laser para gases nobles, en la que tras irradiar la muestra con neutrones para provocar la producción de gases nobles a partir de elementos tales como el, Br, 1 y K (para dar Ar, Kr y Xc), y luego medirlos con gran precisión.

d) Técnicas de caracterización hidrogeológica del medio

La cada vez mayor importancia de los medios fracturados, microfisurados y de muy baja permeabilidad, sobretodo de cara al confinamiento geológico de residuos de alta toxicidad, hace que se dediquen notables recursos económicos a su estudio. Por ello las técnicas de caracterización asociadas estan recibiendo y van a recibir un notable impulso, en buena parte centrado en ensayos en perforaciones y en cavidades, con el análisis de perturbaciones creadas por el movimiento de solo pequeñas cantidades de fluido. En cavidades el caudal de producción se mide por la variación de humedad ambiental y con ello se evaluan ensayos hidráulicos.

La necesidad de conocer mejor la recarga natural o influenciada (por ejemplo en campos de cultivo y en regadíos) va a requerir el desarrollo de técnicas mejoradas de medida y en su caso de instrumentación de áreas y cuencas de las que deducir series de valores para calibrar procedimientos de cálculo más afinados a partir de observaciones meteorológicas y del suelo que sean de más fácil adquisición.

e) Técnicas hidrogeoquímicas

A pesar de las dificultades interpretativas de los elementos menores y traza, cabe esperar que se consoliden algunas técnicas, como la del CI/Br, CI/I y quizás del Ca/Sr y del Na/Li. Otro posible condidato es el boro, como especie química y en su contenido isotópico ('B/lOB).

Aunque el coste analítico es elevado, se esperan mejoras de precio y de técnicas interpretativas en el 14 C en muestras de pequeño tamaño, así como en el 36CI, y quizás en el 1291, para sistemas de gran tiempo de renovación, o del 36CI para seguir el pulso termonuclear en medios no saturados espesos en clima seco, aunque es posible que éstos últimos no pasen de ser herramientas de investigaciones especiales.

Es posible que se produzcan métodos interpretativos más seguros para el 15N y para el 34S, con o sin consideración el 180 del S04' aunque los procesos de fraccionamiento cinético a que se ven sometidos pueden mantener dificultades más allá de lo que es lógico en estudios que no son de investigación. Lo mismo puede suceder para la relación 234U/ 238 U, no esperándose ventajas especiales hidrogeológicos de la 228Th/232Th dada la pequeña solubidad del Th. No queda claro si otras técnicas isotópicas ambientales en desarrollo tales como las de 3He, 3He/4 He, 85Kr, ... , pasarán de su estado actual

de estudio y de si a 10 más quedarán como herramientas de investigaciones especiales. Es posible que la relación 87Sr/86Sr , muy útil en petrología, puede ser usada en mayor escala para identificar procesos hidrogeológicos.

La medida de gases disueltos en el agua puede ser útil en circunstancias especiales, en especial en lo que hace referencia al contenido en gases nobles para identificar las condiciones ambientales de la recarga, pero las dificultades de muestreo y analíticas, y posiblemente también para la interpretación, las puede dejar restringidas al campo de la investigación.

Recientemente se han estudiado los procesos de evaporación en el suelo mediante el estudio de los perfiles de fraccionamiento isotópico del agua en la parte superior del terreno, pero la técnica parece limitada a zonas muy áridas, con largos periodos sin lluvias. De otro modo no se desarrolla un perfil claro y en todo caso su definición requiere una densidad de muestras que 10 hace poco adecuado, además de muy laborioso y necesitado de técnicas especiales de extracción del agua.

Las recientes investigaciones apuntan a un posible mayor valor interpretativo y en relación con el transporte de los complejos de otras substancias, como los metales pesados, y de las substancias orgánicas disueltas en el agua. La complejidad de muestreo y analítica hace que su futuro no sea claro, aunque el empleo de cartuchos de adsorbente por los que se hace circular un volumen elevado de agua facilita la tarea. Pero esto limita su utilidad a los acuíferos bombeables. También la. isotopía del carbono de esa materia orgánica e3 C y HC) parece tener un potencial interpretativo importante cuando se trata de substancias muy refractaria~, como los ácidos húmicos o fúlvicos.

Los modelos hidrogeoquímicos con orientación al comportamiento complejo de substancias tóxicas, como los metales pesados, se estan desarrollando e implantando.

También se avanza notablemente en modelos hidroquímicos que incorporan la cinética de las reacciones químicas y bioquímicas, pero para su utilización práctica se requiere un banco suficiente de constantes de reacción y las circunstancias adecuadas para su selección, objetivo que aún parece lejano, si es que es alcanzable. También se ha progresado notablemente en la simulación de procesos biológicos en el terreno, aunque su uso práctico es aún incipiente. Las reacciones monódicas parecen explicar su cinética razonablemente bien.

f) Técnicas de simulación

Las pautas más importantes de desarrollo de las técnicas de simulación se centra en los siguientes aspectos:

mejor tratamiento del transporte de masa reactivo y multifásico

incorporación de problemas heterotermos y de densidad variable

adecuación de los modelos a procesos tridimensionales, con programas ejecutables, con capacidades de memoria normales y en tiempos razonables, lo cual puede exigir que se limite el número de procesos a incluir, bien con opciones o bien con una gama variada de modelos

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mayor uso de la calibración automática con restricciones de información previa

introducción de conceptos estocásticos en la simulación, no solo para conocer el margen de variación de los resullados, sino para completar y simplificar los análisis de sensibilidad.

g) Técnicas de gestión

Además de los desarrollos en aspectos educativos, legales, administrativos y sociales, que aquí no se consideran, diversas técnicas estaD aún claramente en desarrollo.

Es lógico esperar que los modelos de gestión de los acuíeros y del agua, con análisis de un conjunto completo de alternativas, sobre todo con la consideración de la estocaslicidad de variables y parámetros, tengan un mayor y profundo desarrollo en cuanto a cantidad, y sobretodo en cuanto a calidad. Ello va a requerir mejorar la definición de variables objetivo que incluyan tanto aspectos cuantificables como los solo cualificables.

Un caso especial es el de los acuíferos costeros y los de pequenas islas, que si bien son conocidos, presentan aún dificultades relativas a la consideración de las heterogeneidades y a las posibilidades de uso conjunto. El mantenimiento de extracciones de agua salada o agua salobre es muchas veces una buena técnica de protección, que empieza a ser considerada.

El abaratamiento de la desalinización de aguas salobres por electrodiálisis y por ósmosis inversa hace que las aguas salobres naturales o de mezcla con agua marina sean recursos de agua aprovechables en zonas de escasez, en general más baratos que la importación, incluso desde el punto de vista del balance energético. Por esto esas aguas que hasta ahora no eran tenidas en cuenta pasan a formar parte del conjunto de recursos de agua a gestionar.

Es evidente que las técnicas de restauración y descontaminación de acuíferos van a seguir ganando protaR;onismo, tanto por imperativo social como legal. Entre ellas destacan las de restauración de la recarga, eliminación de actividades con potencial contaminante, y tratamiento y eliminación de contaminantes in situ. Con respecto a las aguas para consumo humano se espera una progresiva implantación de zonas protección. Para ello es preciso establecer criterios de referencia, reglamentar su establecimiento y modificación, las responsabilidades y las obligaciones y compensaciones económicas, legislar los aspectos de uso del territorio que aCecten, y establecer reglas y métodos de determinación y estudio aplicables con la mayor generalidad posible y por técnicos no necesariamente expertos en la materia.

También la ubicación, construcción, operación, control y abandono de vertederos ha de tener un notable desarrollo por razones similares y sobre todo por haberse producido una gran acumulación de residuos en espera de estas soluciones.

h) Técnicas geoenergéticas

La lentitud de desarrollo e implantación de estas técnicas y, en ocasiones, las largas y costosas etapas de investigación hace que lo dicho en el apartado h) de la sección anterior sea al mismo tiempo comentario a unas nuevas tecnologías y exposición de

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tecnologías en desarrollo.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece la invitación a preparar esta comunicaclOll de síntesis a los organizadores del V Simposio de Hidrogeología y a la Junta de la Asociación Española de Hidrología Subterránea, y en especial a su presidente, D. Fernando Oetavio de Toledo. Se ha preparado con el apoyo del Departamento de Ingenieria del Terreno de la Universidad Politécnica de Cataluña y de la Fundación Centro Internacional de Hidrología Subterránea, y en parte se encuadra dentro del proyecto CICYT AME 636 sobre la hidrología subterránea (recarga de los acuíferos) en Dañana.

REFERENCIAS

No es objeto de este trabajo una relación de trabajos de apoyo a las diversas tecnologías comentadas ni tampoco un análisis bibliográfico del estado del arte. Por eso no hay referencias. A continuación se mencionan unos pocos trabajos y publicaciones en las que es posible encontrar ampliaciones o detalles, en el bien entendido de que no se cubren todos los aspectos comentados ni son necesariamente las más completas o idóneas, sino solo una muestra en las más asequibles, con preferencia de las escritas en

•lenguas hispánicas.

a) Revistas

Journal oC Hydrology. Elsevier. Holanda. Del orden de la mitad de los artículos se re­lacionan con la Hidrología subterránea, en general.

Journal of Contaminant Hydrology. Elsevier. Holanda. Mas de la mitad de los artículos se relacionan con la Hidrología subterránea, con énfasis en problemas de transporte de masa, contaminación y calidad.

Ground Water. Assoc. of Groundwater Scientists & Engineers. USA. Con frecuencia se analizan nuevas tecnologías.

Geochimica and Cosmochimica Acta. Pergamon. New York. Contiene algunos artículos en relación con la investigación hidrogeoquímica.

Water Resources Research. American Geophysical Union. Del orden de la mitad de los artículos se relacionan con el estado de la investigación en Hidrología subterránea, con énfasis en los aspectos numéricos.

Applied Hydrogeology. Inter. Assoc. oí Hydrogeologists. V. Heinz Heise. Recien llll­

ciada.

b) Libros

CHIS (1991). Hidrogeología: estado actual y perspectivas. Curso Internacional de Hi­drología Subterránea. Centre Internacional de Metodes Numerics en Enginyeria. Barcelona. (Ed. F. Anguita, 1. Aparicio, L. Candela y F. Zurbano). 453 pp.

,-.

NATO (1988). Groundwater flow and quality modelling. NATO ASS Series C: Mathe­matical and Physical Sciences, 224. Reidel, Dorchecht. (Ed. E. Custodio, A. Gurguí y J.P. Lobo Ferreira). 820 pp.

CIHS (1988). Aguas subterráneas: instrumentación, medida y toma. de muestras. Pren­sa XXI. Barcelona. 378 pp.

Everett, L.G. (1990). Groundwater monitoring. General Electric. Schncctady, N.Y.

UNESCO TNO (1983). Methods and instrumentation for the investigation groundwater systems. Paris/La Haya.