Universidad Politécnica SalesianaCarrera de Ing. Civil

Nombre: Fabricio Gualotuña Fecha: 16-01-2015Asunto: Consulta Periodo: 45Materia: Geología Nota:

Elementos o principios de Hidrología4,3.-Composición química de las aguas subterráneas

Sustancias que se encuentran disueltas en un agua natural subterránea. Iones fundamentales y menores

En un agua subterránea natural, la mayoría de las sustancias disueltas se encuentran en estado iónico. Unos cuantos de estos iones se encuentran presentes casi siempre y su suma representa casi la totalidad de los iones presentes; estos son los iones fundamentales.

Estos iones fundamentales son

Aniones Cationes

Cloruro Cl- Sodio Na+

Sulfato SO4-- Calcio Ca++

Bicarbonato CO3H- Magnesio Mg++

Es frecuente que los aniones nitrato (NO3-) y carbonato (CO3-- ) y el catión potasio (K+) se consideren dentro del grupo de iones fundamentales aun cuando en general su proporción es pequeña. Otras veces se incluye además el ion ferroso (Fe++).

Entre los gases deben considerarse como fundamentales el anhídrido carbónico (CO2) y el oxígeno disuelto (O2), aunque no es frecuente que se analicen en aguas subterráneas.

Entre las sustancias disueltas poco ionizadas o en estado coloidal son importantes los ácidos y aniones derivados de la sílice (SiO2).

El resto de iones y sustancias disueltas se encuentran por lo general en cantidades notablemente más pequeñas que los anteriores y se llaman iones menores a aquellos que se encuentran habitualmente formando menos del 1% del contenido iónico total y elementos traza a aquellos que aunque presentes están por lo general en cantidades difícilmente medibles por medios químicos usuales.

Los iones menores más importantes son, además de los ya citados NO3-, CO3--, K+ y Fe++, el NO2-, F-, NH4+ y Sr++. Suelen estar en concentraciones entre 0.01 y 10 ppm. En concentraciones entre 0.0001 y 0.1 ppm, suelen estar los iones menores:

aniones: Br-, S--, PO4-3, BO3H2-, NO2-, OH-, I-, etc.

cationes: Fe+++, Mn++, NH4+, H+, Al+++, etc.

Los iones metálicos derivados del As, Sb, Cr, Pb, Cu, Zn, Ba, V, Hg, U, etc., a veces están en cantidades medibles, pero en general son elementos traza. El resto de posibles iones están casi siempre en cantidades menores que 0.0001 ppm.

Las aguas subterráneas llamadas dulces contienen como máximo 1000 o quizá 2000 ppm de sustancias disueltas; si el contenido es mayor, por ejemplo hasta 5000 ppm se llaman aguas salobres y hasta 40000 aguas saladas. No es raro encontrar aguas que superen los 40000 ppm de sustancias disueltas llegando a veces hasta 300000 ppm. A estas aguas se les llama salmueras y están asociadas con frecuencia a depósitos salinos, aguas de yacimientos petrolíferos o bien aguas muy antiguas situadas a gran profundidad.

CARACTERISTICAS QUIMICAS DE LOS IONES Y SUSTANCIAS DISUELTAS MÁS IMPORTANTES

Aniones y sustancias aniónicas

1. ION CLORURO, Cl-

a) Características químicas. Sales en general muy solubles. Muy estable en disolución y muy difícilmente precipitable. No se oxida ni reduce en aguas naturales.

b) Concentraciones. Entre 10 y 250 ppm en aguas dulces. El agua de mar tiene entre 18000 y 21000 ppm. Las salmueras naturales pueden llegar a tener 220000 ppm (saturación).

c) Nocividad y toxicidad. Más de 300 ppm comunican sabor salado al agua de bebida, pero no es perjudicial por lo menos hasta algunos miles de ppm. Es esencial para la vida. Contenidos elevados son perjudiciales para muchas plantas y comunican corrosividad al agua.

d) Análisis en laboratorio. Valoración con NO3Ag usando como indicador cromato potásico (viraje de amarillo a naranja).

e) Análisis de campo. Igual que en laboratorio, con bureta portatil o cuentagotas.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

2. ION SULFATO, SO4--

a) Características químicas. Sales moderadamente solubles a muy solubles, excepto las de Sr (60 ppm) y de Ba (2 ppm). Es difícilmente precipitable químicamente ya que las sales solubles de Sr y Ba son muy escasas en la naturaleza, pero puede separarse de la solución por concentración si existe un evaporación importante.

b) Concentraciones. Entre 2 y 150 ppm en aguas dulces pudiendo llegar a 5000 ppm en aguas salinas si existe Ca y hasta 200000 si está asociado a Mg y Na en ciertas salmueras. El agua del mar contiene alrededor de 3000 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. Las aguas selenitosas (elevado contenido en sulfato) no quitan la sed y tienen sabor poco agradable y amargo. Por sí mismo o si va asociado a Mg o Na en cantidades importantes puede comunicar propiedades laxantes. En cantidades elevadas puede ser perjudicial a las plantas. Más de algunos centenares de ppm perjudican a la resistencia del hormigón y cemento.

d) Análisis en laboratorio. Puede realizarse por valoración complexo métrica pero se precisa cierta práctica en determinar el punto de viraje. El método mejor es el gravimétrico pero es engorroso y largo y por eso es de uso restringido.

e) Análisis de campo. No realizado habitualmente, excepto por turbidimetría.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

3. IONES BICARBONATO Y CARBONATO, CO3 H- y CO3--

a) Características químicas. Estos iones comunican alcalinidad al agua en el sentido que dan capacidad de consumo de ácido al producir una solución tampón. Se pueden precipitar con mucha facilidad como CO3Ca.

b) Concentraciones. El ion bicarbonato varía entre 50 y 350 ppm en aguas dulces pudiendo llegar a veces hasta 800 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 100 ppm. El ion carbonato está en concentraciones mucho menores que el ion bicarbonato y si el pH < 8.3 se le considera cero. En aguas alcalinas con pH > 8.3 puede haber cantidades importantes, hasta 50 ppm en algunas aguas naturales. El agua del mar tiene menos de 1 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas de toxicidad. Las aguas bicarbonatadas sódicas son malas para riego, debido a la fijación del Na en el terreno y creación de un medio alcalino.

d) Análisis en laboratorio. Se determinan en función de la alcalinidad del agua.

e) Análisis de campo. Se realiza a veces determinando la alcalinidad del agua.

f) Toma de muestras. Debe realizarse con cuidado para evitar la pérdida de CO2 . Debe protegerse de cambios de temperatura y analizar lo antes posible. Las botellas deben ir bien cerradas y llenas a tope. En general los valores de CO3H- medidos en laboratorio son algo menores que los reales.

4. ION NITRATO, NO3-

a) Características químicas. Sales muy solubles y por lo tanto es muy difícilmente precipitable.

b) Concentraciones. Normalmente entre 0.1 y 10 ppm pero en aguas polucionadas puede llegar a 200 ppm y en algún caso hasta 1000 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 1 ppm o menos.

c) Nocividad y toxicidad. Concentraciones elevadas en agua de bebida puede producir cianosis en los niños y comunican corrosividad (oxidaciones) al agua y producen interferencias en fermentaciones.

d) Análisis en laboratorio. No siempre se determina pues en general es escaso y su análisis es complicado y lento. Se determina colorimétricamente a través del ácido fenildisulfónico.

e) Análisis de campo. No suele realizarse.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales excepto quizás en aguas que contienen NH4+ para evitar su oxidación y que aparezca como NO3- .

5. SILICE, SiO2

a) Características químicas. La hidroquímica del silicio no está del todo aclarada pero se cree que la mayoría de la sílice está como SiO4H4 , en parte disuelta y en parte coloidal, y sólo una pequeña parte está ionizada (SiO4H3- ) a pH normales.

b) Concentraciones. La mayoría de las aguas naturales tienen entre 1 y 40 ppm en SiO2 pudiendo llegar hasta 100, en especial en aguas bicarbonatadas sódicas. En aguas muy básicas se puede llegar a 1000 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. El mayor inconveniente está relacionado con su incrustabilidad en calderas y calentadores.

d) Análisis en laboratorio. Se suele realizar por colorimetría por el método llamado del azul de molibdeno (silicomolibdato) con un error menor del 2%. El método gravimétrico se emplea poco.

e) Análisis de campo. No realizado habitualmente.

f) Toma de muestras. Conviene evitar cambios de pH importantes, y utilizar botellas de plástico o vidrio Pirex. Los vidrios normales pueden aportar algo de sílice soluble si no se los mantiene antes uno o dos días con agua destilada.

Cationes y sustancias catiónicas

1. ION SODIO, Na+

a) Características químicas. Solubilidad muy elevada y muy difícil de precipitar.

b) Concentraciones. Entre 1 y 150 ppm en aguas dulces, no siendo raro encontrar contenidos mucho mayores, hasta varios miles de ppm. El agua del mar tiene alrededor de 10000 ppm, las salmueras naturales pueden llegar a tener 100000 ppm, siendo un límite que rara vez se sobrepasa el de 500 meq/l (= 110000 ppm).

c) Nocividad y toxicidad. Las aguas con concentraciones elevadas en sodio son perjudiciales a las plantas al reducir la permeabilidad del suelo; son especialmente nocivas si las concentraciones de Ca y Mg son bajas.

d) Análisis en laboratorio. Actualmente se determina habitualmente mediante un fotómetro de llama con un error menor del 1 a 3%, pero se precisa disponer de este instrumento el cual es caro.

e) Análisis de campo. No se realiza.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

2. ION POTASIO, K+

a) Características químicas. Solubilidad muy elevada y difícil de precipitar.

b) Concentraciones. Entre 0.1 y 10 ppm en aguas dulces. Extraordinariamente se pueden tener algunos cientos de ppm y sólo muy raramente se pueden tener algunos cientos de ppm y sólo muy raramente se puede tener salmueras de hasta 100000 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 400 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas especiales a las concentraciones habituales y es un elemento vital para las plantas.

d) Análisis en laboratorio. Actualmente se la determina con cierta frecuencia por fotometría de llama con un error menor del 3 ó 10%.

e) Análisis de campo. No se realiza.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

3. ION CALCIO, Ca++

a) Características químicas. Sales de moderadamente solubles a muy solubles. Es muy fácil de precipitar como CO3Ca.

b) Concentraciones. Entre 10 y 250 ppm en aguas dulces, pudiendo llegar a 600 ppm en aguas selenitosas. El agua del mar contiene alrededor de 400 ppm. Excepcionalmente se puede tener 50000 ppm en salmueras de Cl2Ca.

c) Nocividad y toxicidad. El mayor inconveniente va asociado al aporte de dureza y producción de incrustaciones.

d) Análisis de laboratorio. Valoración complexo métrica con ácido etilendiaminotetracético (EDTA). También puede realizarse por fotometría de llama pero es poco usual.

e) Análisis de campo. Se realiza a veces por valoración complexo métrica utilizando bureta o cuentagotas.

f) Toma de muestras. Evitar el escape de gases, llenando bien la botella y cerrándola. Evitar cambios de temperatura.

4. ION MAGNESIO, Mg++

a) Características químicas. Propiedades similares a las del ion calcio pero más soluble y algo más difícil de precipitar.

b) Concentraciones. Entre 1 y 100 ppm en aguas dulces, pudiendo llegar a veces a algunos miles de ppm en aguas salinas o salmueras. El agua del mar contiene 1200 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. Propiedades laxantes y da sabor amargo al agua de bebida si hay algunos centenares de ppm. Contribuye a la dureza del agua.

d) Análisis en laboratorio. Valoración complexo métrica con EDTA indirecta (Mg = dureza - Ca), rara vez realizada directamente.

e) Análisis de campo. Se determina como dureza menos calcio.

f) Toma de muestras. En principio las mismas precauciones indicadas para el Ca++ .

Principales gases disueltos

1. ANHIDRIDO CARBONICO, CO2

a) Características químicas. Es un gas relativamente soluble y que al hidrolizarse produce ácido carbónico parcialmente disociado.

b) Concentraciones. Frecuentemente se sitúa entre 1 y 30 ppm, correspondiendo los valores más bajos a aguas en contacto fácil con la atmósfera.

c) Nocividad y toxicidad. Las aguas con un exceso de CO2 son agresivas y las que pierden CO2 pueden convertirse en incrustantes. Aguas con más de 20 ppm de CO2 libre pueden ser agresivas para el hormigón.

d) Análisis en laboratorio. Se determina la alcalinidad TAC y el pH.

e) Análisis de campo. Se realiza por cálculo si se ha determinado la alcalinidad TAC y el pH, o directamente con sosa caustica, utilizando una bureta o cuentagotas.

f) Toma de muestras. Evitar el escape de gases llenando bien la botella y cerrándola. Evitar cambios de temperatura y analizar pronto.

2. OXIGENO DISUELTO, O2

a) Características químicas. Produce un medio oxidante y juega un papel de gran importancia en la solubilización o insolubilización de iones que cambian con facilidad de valencia así como en la actividad de los microorganismos.

b) Concentraciones. La concentración a saturación del oxígeno en el agua en contacto con el aire es del orden de 10 ppm. La mayoría de las aguas subterráneas tienen entre 0 y 5 ppm, frecuentemente por debajo de 2 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. El mayor problema que presenta el oxígeno disuelto en el empleo del agua es que produce corrosividad. Su ausencia puede ser origen de malos gustos.

d) Análisis de laboratorio. Se determina por el método de Winkler o su modificación de Alsterberg.

e) Análisis de campo. No se realiza habitualmente por ser engorroso excepto si se dispone de un medidor electrométrico.

f) Toma de muestras. Es preciso utilizar botellas especiales que permiten cerrar sin dejar gas en su interior (botella Winkler) y la muestra no debe agitarse en la toma. Analizar lo antes posible pues puede consumirse durante el almacenamiento, en especial si la iluminación es suficiente.

Aniones y sustancias aniónicas menores más importantes

1. FLUORURO, F-

a) Características químicas. Solubilidad en general limitada y al parecer contribuye ligeramente a la alcalinidad del agua pues se hidroliza ligeramente.

b) Concentraciones. Frecuentemente entre 0.1 y 1 ppm, pudiendo llegar a veces hasta 10 y raramente a 50 en aguas muy sódicas con muy poco Ca. El agua del mar tiene entre 0.6 y 0.7 ppm. Las aguas de zonas áridas pueden tener cantidades elevadas.

c) Nocividad y toxicidad. Parece jugar un papel muy importante en la conservación de la dentadura, creando problemas cuando está tanto por exceso como por defecto.

d) Análisis. Sólo se determina algunas veces.

2. BROMURO, Br-

a) Características químicas. Su comportamiento es similar al del ion Cl- .

b) Concentraciones. En general menos de 0.01 ppm en aguas dulces. El agua del mar tiene 65 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones usuales no ocasiona ningún problema.

d) Análisis. Rara vez se analiza.

3. IONES DERIVADOS DEL BORO

a) Características químicas. Contribuye algo a la alcalinidad.

b) Concentraciones. En general menos de 0.1 ppm pero a veces puede llegar a 10 y excepcionalmente a 30. El agua del mar contiene 4.6 ppm en B. Puede ser elvado en aguas antiguas y termales.

c) Nocividad y toxicidad. En pequeñas cantidades ya es nocivo para las plantas pero no en el agua de bebida.

d) Análisis. Se determina raras veces, excepto en aguas para riegos, sospechosas de tener cantidades nocivas, en especial en zonas áridas.

4. SULFURO Y GAS SULFHIDRICO, S-- y SH2

a) Características químicas. El S-- se hidroliza con facilidad a SH- y SH2 , estando en equilibrio con fase gas y el SH2 se hidroliza a SH- y S-- .

b) Concentraciones. Generalmente muy por debajo de 1 ppm, aunque en aguas de medios muy reductores con reducción de sulfato, se puede llegar a veces hasta a 100 ppm. Extraordinariamente el contenido en SH2 puede llegar a 1000 ppm en aguas relacionadas con yacimientos de petróleo.

c) Nocividad y toxicidad. Comunica muy mal olor, fácilmente detectable incluso a 1 ppm o menos. Es corrosivo, en especial para aleaciones de Cu.

d) Análisis. Se determina oxidando con un exceso de iodo que pasa a I- .

5. FOSFATO, PO4-3

a) Características químicas. Aunque presente sales solubles, la mayoría lo son muy poco. Se hidroliza con facilidad y contribuye a la alcalinidad del agua.

b) Concentraciones. En general entre 0.01 y 1 ppm pudiendo llegar a 10 ppm y excepcionalmente a 50.

c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones usuales, no origina problemas.

d) Análisis. No es frecuente determinarlo. Se determina colorimétricamente, con buena precisión.

Cationes y sustancias catiónicas menores más importantes

1. ION MANGANESO, Mn++

a) Características químicas. El manganeso tiene un comportamiento similar al Fe.

b) Concentraciones. En general por debajo de 0.2 ppm, rara vez por encima de 1 ppm. Es más abundante en aguas ácidas.

c) Nocividad y toxicidad. Al oxidarse forma manchas negruzcas y favorece el crecimiento de ciertas bacterias.

d) Análisis. Se le determina sólo cuando se sospecha su existencia.

2. ION AMONIO Y AMONIACO DISUELTO, NH4+ y NH3

a) Características químicas. Son oxidados con gran facilidad y son fácilmente retenidos por el terreno por cambio de bases.

b) Concentraciones. En general menos de 0.1 ppm pero en casos muy excepcionales puede llegar a 400 ppm. El agua del mar tiene entre 0.005 y 0.05 ppm, a veces hasta 0.35

c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones usuales no es origen de problemas pero a concentraciones mayores puede llegar a dar olor amoniacal. Suele ser índice de contaminación.

d) Análisis. Se determina por el método de Nessler.

3. ION ESTRONCIO, Sr++

a) Características químicas. Es similar al Ca pero sus sales son menos solubles.

b) Concentraciones. En general entre 0.01 y 1 ppm, a veces hasta 20. El agua marina tiene 13 ppm. Algunas salmueras pueden llegar a tener, extraordinariamente 1000 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. En las bajas concentraciones normales no es nocivo ni molesto.

d) Análisis. Se le determina por fotometría de llama, pero se hace pocas veces.

4. ION LITIO, Li+

a) Características químicas. Sales muy solubles y es poco retenido por el terreno.

b) Concentraciones. Entre 0.001 y 0.5 ppm, a veces hasta 1 ppm pudiendo llegar en algunas salmueras hasta 10 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. En las bajas concentraciones usuales no es nocivo ni crea problemas.

d) Análisis. Se le determina por espectrometría de absorción atómica y con menos precisión por fotometría de llama, pero se hace pocas veces.

5. IONES DERIVADOS DEL ALUMINIO (ALUMINA, Al2O3)

a) Características químicas. El aluminio es muy difícil de poner en solución y queda fuertemente retenido en las arcillas.

b) Concentraciones. En general entre 0.005 y 0.3 ppm pudiendo llegar muy extraordinariamente a 100 ppm en aguas muy ácidas.

c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas especiales.

d) Análisis. Rara vez se determina y su análisis es complicado.

4,4.-Dinámica fluvial

Erosión en la margen izquierda del río Apure, frente a la población de El Samán. Foto tomada en la época de lluvias del año 1978, en un tramo recto del río.

La dinámica fluvial es el proceso por el que la acción de los ríos modifica de alguna manera el relieve terrestre y el propio trazado de los ríos. Es un concepto fundamental en el análisis de la hidrografía, en especial, en el estudio de las aguas continentales. Su relevancia se deriva de las consecuencias tan importantes que los procesos involucrados en las aguas fluviales tienen en la planificación de cuencas y en la construcción de obras de infraestructura tanto hidráulicas como de otro tipo.

El ciclo hidrológico

Artículo principal: Ciclo hidrológico

El ciclo del agua en la naturaleza o ciclo hidrológico, es decir, el recorrido que el agua en sus distintos estados físicos pasando de la hidrósfera a la atmósfera, de aquí a la litósfera y nuevamente a la hidrósfera, es un proceso esencial para la existencia de vida sobre la Tierra. La dinámica fluvial integra todos los fenómenos que se producen en la superficie terrestre como consecuencia de la acción de las aguas continentales, en particular de las aguas que forman los ríos.

Los sistemas fluviales y los procesos geomorfológicos

Artículo principal: Morfología fluvial

Las cuencas hidrográficas constituyen áreas bien delimitadas de la superficie terrestre que se deben interpretar en su conjunto cuando se consideran como regiones naturales sujetas a ciertos procesos muy importantes con el fin de evaluar los recursos hídricos y económicos en general de cualquier país y que, en el caso de los grandes ríos, puede corresponder a varios países o regiones supranacionales.

Cuenca de un río

Artículo principal: Cuenca hidrográfica

La cuenca hidrográfica de un río es el área drenada por un río y sus afluentes. El agua de lluvia circula por la superficie terrestre debido a la gravedad (escorrentía o escurrimiento), formando los ríos y lagos y se puede infiltrar en el suelo y el subsuelo para formar las aguas subterráneas. No hay que confundir cuenca con vertiente ya que este último concepto se refiere al conjunto de cuencas (generalmente de caracteres similares) que desembocan en un mismo mar u océano (por ejemplo, vertiente atlántica, cantábrica o mediterránea en España) o en vertientes internas de las cuencas endorreicas, como ocurre en muchas partes del Sáhara.

Caudal de un río

Artículo principal: Caudal (hidrografía)

El caudal de un río es la cantidad de agua que lleva ese río en un momento dado. Se mide en m³/s en los sitios de aforo convenientemente situados según las necesidades en la planificación de las cuencas hidrográficas (por ejemplo, antes o después de una confluencia, a la salida de una región montañosa o llana, etc.).

La confluencia del río Caroní, de aguas oscuras, con pocos sedimentos en suspensión, contrasta con las aguas del propio Orinoco, de coloración más clara por la gran cantidad de sedimentos arcillosos que arrastra.

El río transporta agua y sedimentos, que tienen un comportamiento muy distinto el uno del otro. Normalmente, cuando se habla de caudal, implícitamente se entiende el caudal líquido. Tanto el caudal líquido como el caudal sólido pueden variar en el tiempo y a lo largo de recorrido del río. En efecto, un mismo río puede atravesar dos zonas de distintas características (terrenos poco resistentes a la erosión, donde

aumenta el transporte de sedimentos y terrenos muy resistentes donde la erosión localizada son mucho menores).

Régimen de un río

El régimen fluvial es el comportamiento o fluctuación del caudal de un río a lo largo del año, monto obtenido promediando los caudales promedio de cada uno de los meses del año durante la mayor cantidad de años posible. Se refiere a variaciones del caudal que suelen quedar registradas en los lugares de aforo mediante unos aparatos automáticos de registro denominados fluviómetros (si el registro es manual) y fluviógrafos cuando el registro es automático. Se denomina registro fluviométrico a las variaciones momentáneas del caudal de un río que quedan grabadas de manera automática en una cinta impresa. El régimen fluvial constituye, a su vez, el promedio de los aforos diarios, mensuales y anuales durante un largo período de años.

El proceso es relativamente complejo: diariamente, a horas establecidas, el nivel del agua en la sección de control o de aforo. Los caudales se determinan con base en la curva de aforos de la sección, para la cual, a cada nivel del agua le corresponde un determinado caudal. Con base en las dos mediciones se obtiene un promedio que se denomina caudal medio del día. Los promedios diarios en cada mes se obtienen calculando la media de los valores medios diarios. Por último, se toman los promedios mensuales durante una secuencia de un cierto número de años para obtener los promedios mensuales que incluyan los datos de todos los años en la secuencia, en el entendido de que el régimen fluvial quedará mejor definido cuanto mayor sea la serie empleada de años de registro.

Régimen fluvial y régimen pluviométrico

Artículo principal: Régimen fluvialArtículo principal: Régimen pluviométrico

Existe una correspondencia bastante estrecha en la mayoría de ríos, en lo que respecta al registro de los aforos en la cuenca de un río y los registros de lluvias obtenidos en esa cuenca. Sin embargo hay que tener en cuenta unas ideas relacionadas con la comparación que puede establecerse entre lluvias y caudal:

El régimen fluvial será mucho más irregular en las cuencas con climas secos. Esto significa que, si comparamos el régimen fluvial del río Miño (en una región con clima lluvioso) con el del Júcar, cuya cuenca tiene un clima mucho más seco, las crecidas e inundaciones en el caso del Júcar siempre serán mucho más violentas pero, en cambio, el caudal del Miño será mucho más estable (régimen regular o constante, sin grandes fluctuaciones) y por supuesto con un mayor caudal relativo (caudal/área, que se puede medir en l/s/km²).

Por el contrario, en las regiones de clima lluvioso, el régimen fluvial mostrará menos altibajos y un caudal relativamente abundante y menos "apegado" a las fluctuaciones de las lluvias.

La regularidad del caudal es mayor en los ríos de cuenca muy extensa que en aquellos con una cuenca de reducida extensión.

El régimen fluvial seguirá al pluviométrico, con un cierto desfase en el que intervendrán múltiples factores (extensión de la cuenca, relieve y pendiente, vegetación, etc.).

Cauce

El cauce o lecho de un río es el canal natural por el que circulan las aguas del mismo. En su análisis intervienen dos característuicas principales: perfil transversal, es decir, el perfil que indicaría el fondo del cauce entre una orilla y otra; y perfil longitudinal, que es el que indica el thalweg o vaguada (la parte más profunda del cauce) desde el nacimiento del río hasta su desembocadura.

Perfil transversal

Puente romano muy antiguo sobre el río Sella en Cangas de Onís (Principado de Asturias, España). Como puede verse, el tramo más elevado del puente se encuentra sobre la parte central de la corriente, donde ésta es más fuerte, como puede verse por las aguas blancas que presentan la mayor velocidad y altura. No obstante el diseño del puente, adecuado para la dinámica fluvial de este río en particular, puede verse en la parte izquierda del arco central más elevado, las huellas de una reparación que tuvo que hacerse porque existe una pequeña curva o meandro hacia la margen derecha del río (es decir, a la izquierda de la foto) que lanza el agua por la fuerza centrífuga hacia el lado izquierdo del puente en la presente imagen

El perfil transversal típico del cauce de un río forma una depresión cóncava con la parte más profunda donde la corriente del río es más fuerte: si el tramo donde se mueve el río es recto, la parte más profunda tenderá a quedar en la parte central de la corriente. Sin embargo, esta situación o concepción teórica sólo se presenta en condiciones ideales que suelen modificarse por numerosos factores como son, principalmente, la pendiente (si es muy escasa tiende a producir meandros, tanto libres o divagantes como ensanchados o encajados, con lo cual se desplaza el centro de la corriente hacia la orilla cóncava por la fuerza centrífuga de la corriente de agua) y el caudal: si el río está crecido, es decir, cuando lleva mucho volumen de agua, la corriente es bastante fuerte y puede realizar un trabajo erosivo muy intenso tanto en las orillas como "limpiando" el fondo, aunque la pendiente no se haya modificado. Además, en ríos caudalosos (como puede verse en la cuenca del Orinoco) la superficie del agua presenta un fuerte abombamiento donde la corriente es más rápida lo cual da origen, a su vez, a una serie de vórtices o remolinos girando en sentido horario hacia la orilla derecha y antihorario en la izquierda. Esta razón fue el motivo por el que los antiguos puentes construidos en la Edad Antigua en el territorio del Imperio Romano se hicieran aumentando el nivel sobre el agua en la parte donde la corriente es mayor, por lo general en la parte central del río. En cambio, los ríos donde los puentes tienen un tablero más o menos horizontal pueden tener daños y hasta derrumbes en su parte central durante las grandes riadas, como sucedió durante la gran riada del Turia en Valencia durante octubre de 1957.

Así, este abombamiento en la parte de la superficie del agua donde ésta tiene más velocidad (como puede verse en las crecidas de los ríos) genera una serie de vórtices o remolinos que se producen principalmente en la orilla derecha en el hemisferio norte e izquierda en el hemisferio sur, también debido a la desviación producida por el movimiento de rotación terrestre. Por último, la diferencia en la dinámica fluvial que introduce el movimiento de rotación terrestre sobre las orillas de los ríos es muy grande en la zona intertropical donde puede llegar a ser bastante perceptible: recordemos que algunos de estos ríos, como sucede con el Orinoco y mucho más con el Amazonas, son muy anchos y ello crea una diferencia notoria a la hora de evaluar la influencia del efecto de Coriolis sobre la propia corriente fluvial. Entre Barrancas del Orinoco, en la orilla izquierda de este río y Piacoa, en la orilla derecha, poblaciones ubicadas en el punto donde se abre el Delta del Orinoco, hay unos 20 km de distancia y ello es en parte responsable de que este delta sea una especie de combinación entre delta y estuario, como se indica en el artículo sobre la cuenca del Orinoco: la Boca Grande o de Navíos, hacia el sur, presenta un amplio estuario por el que sube directamente la corriente de deriva litoral (continuación de la corriente ecuatorial del norte) reforzada por las mareas que, aunque tienen aquí una escasa amplitud, ayudan a limpiar el cauce durante el bajamar o reflujo. Algo totalmente distinto sucede en el resto de los ríos, "caños" o brazos que forman el Delta del Orinoco como son el Araguaimujo, Macareo, Mariusa, Manamo y muchos otros. En estos brazos, la corriente litoral incide de manera oblicua a los ríos y frena sus aguas, desviando la desembocadura hacia la izquierda y obligando a depositar los sedimentos que acarrean por la oposición de las aguas marinas. También se producen mareas (aunque no tan importantes como en las zonas templadas), pero la acción de la corriente litoral se ejerce, continuamente, en forma casi paralela a dichos brazos del Orinoco, con lo que más que ayudar a limpiar los cauces, contribuye a frenar las aguas y, en consecuencia, contribuir a la sedimentación de las barras litorales, que desvían las aguas de los caños del delta hacia la izquierda (1 ), dirigiéndose hacia la isla de Trinidad, la cual ya estuvo unida al continente durante el Pleistoceno, por el descenso de las aguas oceánicas en la Época Glacial por la acumulación del hielo en los grandes glaciares continentales.

Perfil de equilibrio

El río Sena a su paso por La Roche-Guyon (Francia). El testimonio del levantamiento del relieve a partir de una llanura sedimentaria puede verse en la horizontalidad del mismo, que forma una penillanura, casi llana como este nombre indica. El castillo y población de La Roche-Guyon puede verse a la izquierda en una curva que iba siendo excavada por el propio río a medida que el relieve se iba levantando

El jardín de vegetales del Castillo de La Roche-en-Guyon junto al río Sena. En francés se llama Le potager al huerto de vegetales para el consumo doméstico del propio castillo. Obsérvense las rocas blancas (creta) del primer término que constituyen el acantilado levantado por los movimientos eustáticos y que impiden la erosión y la sedimentación nueva en ambas orillas del río, sobre todo en la margen derecha (aquí en primer plano) como puede verse en la imagen, con casas y árboles casi al mismo nivel de las aguas, pero que no muestran el posible efecto de inundaciones.

Uno de los brazos del río Apure, aguas abajo de San Fernando, durante la competencia de las 500 millas náuticas del Orinoco. Pueden verse los diques naturales a ambos lados del cauce, tanto a la izquierda de la imagen, donde puede verse un sendero sobre el dique o calceta como se le llama en Apure, como a la derecha, donde se distingue por el tramo más elevado entre el cauce y el terreno encharcado. La imagen está tomada hacia el oeste, por lo que las aguas vienen en el mismo sentido que las lanchas. La sombra de la vegetación puede verse hacia la izquierda de la foto, es decir, hacia la margen derecha del río. Ello significa que los rayos solares al mediodía proceden del norte, es decir, de la parte derecha de la foto.

El delta del río Mississippi, aguas abajo de Nueva Orleans, muestra los diques naturales construidos por los sedimentos del propio río, donde se concentran la población y las vías de comunicación. Para mejorar estos diques naturales contra las inundaciones, se reforzaron algunos tramos mediante diques artificiales que vinieron a elevar el cauce del río y que fueron sobrepasados por las inundaciones ocasionadas por el Huracán Katrina en 2005. Obsérvese que la mayor parte de los brazos formados por las brechas abiertas en los diques naturales se han producido en la orilla izquierda del cauce principal, y también que el dique más elevado y extenso, donde pueden verse campos de cultivo es el derecho, al centro-izquierda de la imagen

El perfil de equilibrio se alcanza en un río en el momento en que las aguas de dicho río no pueden, ni erosionar las orillas hacia arriba, ni profundizar el cauce. Por lo general, se produce en cauces encajados debido a la elevación del relieve por movimientos eustáticos o de otra índole, en lugares próximos a su desembocadura: en una crecida del río, las aguas no pueden subir mucho de nivel porque el cauce se encuentra calibrado, es decir, la mayor cantidad de agua no se traduce en un aumento considerable de nivel sino de velocidad, ya que el el nivel del agua del río no puede desviarse mucho, hacia arriba, por estar casi al mismo nivel del mar. El ejemplo de un río cuyo cauce se encuentra en esta situación es el Sena y otros ríos europeos y de otros continentes. Sin embargo, es justo señalar que incluso en el caso de un río como el Sena se pueden producir inundaciones aunque sean de escasa importancia (como sucedió en 1910), cuando una marea viva en la desembocadura represó las aguas del río y elevó su nivel hasta muy adentro aguas arriba. Los acantilados cretácicos de color blanco que fueron excavados por el Sena pueden distinguirse bastante bien en la foto panorámica del río Sena.

El perfil longitudinal

Este tipo de concepto refleja gráficamente la capacidad erosiva de un río en sus partes principales (superior, media e inferior) a través del estudio de la pendiente del propio río. Indica la relación entre la distancia recorrida por un río desde su nacimiento y la altura relativa de cada punto de dicho perfil. Se mide sobre el thalweg o vaguada de un río o valle, es decir, sobre la línea que recorre los puntos más bajos del cauce de ese río o del fondo del valle o cauces secos en el caso de torrentes, ramblas o uadis (wadi en inglés).

La elevación del cauce en las llanuras sedimentarias

La velocidad de las aguas de un río es mucho mayor en la parte donde el cauce es más profundo, a cierta profundidad, ya que en la superficie (por la fricción con el aire) el agua va más lenta, lo mismo que sucede en el fondo por la fricción con el suelo que forma el lecho del río. De manera que en el fondo, en las orillas y, en general, donde es menos profundo, el agua se mueve más lentamente. Esta diferencia de velocidad hace que,

de manera inevitable, el fondo y las orillas de los ríos de llanura vayan subiendo con el tiempo hasta llegar a quedar por encima de las zonas situadas a ambos lados del río, lo que puede producir inundaciones muy extensas y severas. La demostración de este esquema fluvial se presenta en un tipo de ríos que se denominan ríos tipo Yazoo (el Yazoo es un río que discurre junto al Mississippi sin desembocar en él durante gran parte de su recorrido) que corren paralelos al río principal, el cual ocupa un canal más elevado que impide que desemboquen en él. Y esta elevación del cauce se debe, evidentemente, a que la menor velocidad de las aguas por la escasa pendiente ocasiona que los sedimentos arrastrados por el río se vayan depositando en los lugares donde esa velocidad es menor, es decir, en el fondo del cauce y en las orillas del mismo. En resumen: la elevación del cauce en los ríos de escasa pendiente se debe, especialmente, a la formación y crecimiento de los diques naturales de dicho río. Sin embargo, hay que tener en cuenta que los dos diques naturales de los ríos no crecen lo mismo en altura ni al mismo tiempo: en el hemisferio norte, los diques de la derecha crecen más y más pronto que los de la izquierda, mientras que en el hemisferio sur sucede lo contrario y son los diques de la derecha los de menor altura por lo que tienden a desbordarse durante las crecidas. Este proceso, conocido desde hace varios siglos, no ha sido bien estudiado e incluso hoy en día se vienen cometiendo errores muy graves en la construcción de obras de infraestructura como puentes, diques de contención, canalización o embaulamiento de corrientes fluviales de distinto tamaño, etc.

La asimetría de las calcetas o diques naturales de los ríos en el hemisferio norte

El péndulo de Foucault del Museo de Ciencias de ValenciaArtículo principal: Dique natural (hidrografía)

En los ríos de llanura, donde la pendiente es muy escasa, el mayor o menor caudal es el responsable de los fenómenos tanto de erosión como de sedimentación, especialmente, durante las épocas de crecida del caudal que pueden dar origen a que el nivel de las aguas fluviales supere la altura de los diques naturales o artificiales del cauce ocasionando inundaciones que pueden llegar a ser muy graves. Entre los fenómenos de erosión podemos citar el cambio de curso, la captura de un río por otro, la formación de meandros, cauces abandonados, lagos en herradura y, sobre todo, la erosión lateral del cauce, responsable directa de muchos de los fenómenos aquí señalados, etc. La erosión lateral de un río de llanura es muy frecuente y se puede ver en la imagen del río Apure frente a la población de El Samán, que muestra el proceso erosivo de la forma como las aguas han ido dejando al descubierto las raíces de un árbol muy corpulento (probablemente se trate de un carocaro o Enterolobium cyclocarpum más que de un verdadero samán) que seguramente ya habrá desaparecido porque la foto tiene casi 40 años y la erosión en este punto es muy activa, sencillamente, por encontrarse en la ribera izquierda del río, tal como se explica más adelante. Y entre los fenómenos de sedimentación se pueden citar la elevación del cauce por la acumulación de sedimentos en el fondo del cauce y en el dique natural de la derecha del cauce en el hemisferio Norte y de la izquierda en el hemisferio sur, tal como puede verse a continuación, con algunos casos que servirán de ejemplos razonados para demostrar las leyes naturales que rigen los procesos geomorfológicos originados por los ríos en la superficie terrestre.

Así pues, el avance de la ribera izquierda en los ríos del hemisferio norte y de la derecha en el hemisferio sur, es un resultado del movimiento de rotación de la Tierra. También las inundaciones que se producen en el hemisferio norte suelen producirse mayoritariamente al sobrepasar las aguas el dique natural izquierdo de los ríos, mientras que en el hemisferio sur es el dique de la ribera derecha el que suele ser superado por las crecidas de los ríos. Como resulta lógico, sólo el agua que circula en el cauce se mantiene dentro del mismo aunque vaya erosionando una orilla más que la otra. Pero cuando se sobrepasa dicho cauce las aguas quedan libres y reaccionan por inercia en sentido opuesto al movimiento de rotación de la Tierra.

El caso del río Apure en Venezuela

Esta asimetría, muy fácil de ver en cualquier imagen de un río de llanura (como es el caso del Apure en la imagen que representa este río en una etapa de la carrera de las 500 millas náuticas del Orinoco, o del delta del Mississippi en la imagen satelital en esta misma página) se debe, simplemente, a los efectos del movimiento de rotación terrestre que desvían hacia la izquierda en el hemisferio norte y a la derecha en el hemisferio sur, todos los objetos en movimiento (en este caso, el agua del río) sobre la superficie terrestre.

Esta desviación, que no está claramente explicada en el artículo sobre el efecto Coriolis es tan sólo el efecto inercial de que nuestro planeta gira de derecha a izquierda en el hemisferio norte (sentido antihorario) y de izquierda a derecha en el hemisferio sur (sentido horario). Así, la desviación producida por el movimiento de rotación terrestre no se debe a que las aguas de un río se desvíen en una dirección determinada sino que se mueven sobre una superficie esférica que está girando a gran velocidad aunque no nos demos cuenta de ello: es la Tierra la que se mueve y el agua actúa en consecuencia por la inercia generada por dicho movimiento. Esta desviación se muestra palpablemente en un péndulo de Foucault como el de la imagen, donde el propio péndulo va derribando las pequeñas esferas blancas de los pines ubicados en el círculo exterior en forma progresiva, hacia la izquierda (porque estamos en el hemisferio Norte). Cuando se pone en movimiento el péndulo, la oscilación se hará en una dirección determinada, es decir, fija, mientras esté oscilando. El hecho de que vaya tumbando las esferitas del círculo significa, evidentemente, que es el suelo, es decir, la superficie terrestre, la que se ha desplazado en un movimiento circular inverso de derecha a izquierda, es decir, en sentido antihorario. Este desplazamiento circular del péndulo se debe a que se trata de un círculo (el formado por los pines) que se mueve dentro de otro círculo que es el formado por el desplazamiento diario de la superficie terrestre. Es fácil de ver, por simple intuición, que el centro del círculo, donde está el hueco por el que desaparecen las esferas derribadas por el péndulo sólo daría una vuelta al cabo del día porque se movería sobre un paralelo correspondiente a la latitud de la ciudad de Valencia. Pero cada punto del círculo donde se encuentran los pines da dos vueltas durante las 24 horas de cada día: una vuelta alrededor del centro donde se juntan las esferas caidas y otra vuelta de nuestro propio planeta alrededor de su eje. El péndulo entonces irá progresivamente derribando una esferita a la izquierda cuando se desplaza en un sentido y otra esferita, también a la izquierda, cuando se desplaza en sentido inverso. En el caso del río Apure sucede lo mismo: las aguas vienen aproximadamente del mismo lugar hacia donde está tomada la foto, por lo tanto se desviarán y desbordarán hacia la izquierda, es decir, a la derecha de la imagen porque está tomada en sentido opuesto a la corriente. En cambio, la calceta o dique natural de la derecha (a la izquierda en la foto) se observa mucho más elevada y desarrollada. Las imágenes de Google maps también nos ayudan a ver esa asimetría en la distinta altura de los diques y en la mayor tendencia a desbordarse hacia la izquierda en el hemisferio Norte. En la imagen de Google maps [3] también del río Apure podemos ver una ruptura del dique natural izquierdo entre las nubes del lado izquierdo de la imagen y varias brechas también en el dique izquierdo o calceta junto a las nubes del lado derecho. Como vemos en ambos casos, los desbordamientos se han producido en la orilla izquierda, mientras que la orilla derecha está más elevada e impide el desbordamiento: la mayor altura de la ribera derecha se puede intuir por la sombra alargada (y la sombra de la vivienda en la parte central) sobre el agua del propio río. Otro ejemplo de la asimetría de los diques naturales que puede verse en este tramo del río Apure en Google maps es la progresión hacia la izquierda de todo el cauce del río por el crecimiento de la ribera derecha visible en la parte central de la imagen. Así, la ventaja de poder ver a una buena resolución casi cualquier parte de la superficie terrestre nos permite ahora poder ilustrar muchos de los fenómenos de la naturaleza que antes resultaban menos visibles y más difíciles de explicar.

Y en el caso del delta del Mississippi, también puede verse que casi la totalidad de las rupturas del dique natural se han producido en el dique izquierdo del río formando el propio delta con la asimetría señalada aquí.

El caso del río Meta (Colombia y Venezuela)

El río Meta y sus afluentes principales. Obsérvese como el Meta sólo tiene afluentes por la ribera izquierda mientras que la derecha, que es más elevada, impide el desarrollo de afluentes por ese lado. De hecho, ríos como el Vichada, el Tomo y otros, que primitivamente procedían de los Andes colombianos, quedaron decapitados al quedar cortado su curso alto por el Meta.

El caso del río Meta en Colombia resulta sumamente ilustrativo al tratar de explicar su trazado fluvial en los Llanos colombianos desde que sale de la cordillera de los Andes y se desvía inmediatamente hacia la izquierda, cortando varios ríos que, con un trazado oeste-este, nacían también en los Andes y desembocaban directamente en el Orinoco. La situación actual es muy fácil de ver ya que dichos ríos (el Vichada, el Tomo con su afluente el Elvita y otros) nacen muy cerca del río Meta y se dirigen hacia el Orinoco por el trazado original que tenían antes de que el Meta les cortara hacia el noreste la parte superior de su curso sumando en cada captura el caudal de ese curso superior, lo que ocasionó la profundización de su cauce y el aislamiento de los antiguos cauces de los ríos capturados que continuaron siendo afluentes directos del Orinoco sin las aguas recogidas en la cuenca superior. Por este motivo, el río Meta no presenta afluentes por su margen derecha desde que baja de los Andes hacia los Llanos colombianos hasta que sirve de frontera con Venezuela, hecho que se ha aprovechado muy bien para ubicar la carretera I-40 (de Colombia), que llega hasta Puerto Carreño sobre el Orinoco, muy cerca del cauce y casi sin la necesidad de construir puentes, lo que, según puede verse, contrastaría con la margen izquierda del río, en la que se tendrían muchas más dificultades en la construcción de una vía paralela al río para atravesar el cauce de los numerosos ríos que bajan de los Andes. En el mapa que destaca la cuenca del río Meta y sus afluentes se puede ver esta característica. Pero no es que esos ríos nunca existieron, sino que su curso superior fue decapitado (como se dice en el lenguaje de la hidrografía o de la geografía física) y esto se puede ahora demostrar visualmente con la ayuda de imágenes de satélite a distintas escalas de Google maps o de la NASA.

La primera imagen de satélite ([4]) nos muestra el río Meta en el tramo entre el río Cusiana al sur (cuya desembocadura en el Meta aparece en la esquina inferior izquierda de la imagen, es decir, al suroeste) y el río Cravo Sur, afluentes del Meta por su izquierda (que puede verse en el borde superior de la imagen) y el río Muco (afluente del Vichada) al sureste en la imagen satelital, que constituyó en un tiempo la continuación del cauce de dicho río Cusiana antes de que el Meta, con su mayor caudal y con la ribera derecha más elevada de acuerdo con lo que se ha dicho de la asimetría de los diques naturales de los ríos, lo decapitara sumando sus aguas hacia el noreste. Casi en el centro de la imagen, podemos ver la carretera I-40 atravesando un pequeño afluente del río Meta que va en dirección inversa a la del resto de los ríos, es decir, de este a oeste: vendría a ser originalmente, un pequeño afluente del río Muco antes de que la mayor profundidad del río Meta invirtiera por erosión remontante la antigua dirección del pequeño río. De hecho, y al inclinar la imagen para ver las ondulaciones del relieve podríamos ver que la vaguada del riachuelo se prolonga hacia el este formando una zona oscura (que indica mayor humedad), hasta enlazar con otro pequeño afluente actual del río Muco que toma la dirección inversa, es decir, de oeste a este, que era la dirección original de todos los ríos grandes y pequeños que desde los Andes, alcanzaban el Orinoco por su margen izquierda, antes de que el Meta los fuera aislando del curso original.

La segunda imagen de satélite corresponde a la ciudad de Turkmenabat en Turkmenistán (Asia Central) y un tramo del río Amu o Amu Daria ([5]. Como también se trata del hemisferio norte puede verse que el mayor desarrollo agrícola en una región desértica corresponde a la franja izquierda del río. La frontera entre Tukmenistán y Uzbekistán se ve hacia la derecha del río en una zona completamente desértica. Siendo una zona completamente plana ya que corresponde a una extensa región lacustre del Asia Central que abarcaba el mar Caspio, el mar de Aral y otros lagos menores formando un único mar interno, lo lógico hubiera sido que tanto la margen izquierda como la derecha se hubieran desarrollado con fines agrícolas sobre todo porque ambas riberas del río se encuentran en el mismo país. Pero el río va cada año profundizando su cauce y desviándose poco a poco hacia la izquierda, dejando el dique de la derecha progresivamente más elevado.

La asimetría de los diques naturales de los ríos en el hemisferio sur

Dos ejemplos servirán para ver la distinta situación que se presenta en el Hemisferio Sur, donde las inundaciones en las crecidas de los ríos tienden a producirse hacia el lado derecho, mientras que los diques naturales de los ríos en su margen izquierda son más elevados.

El ejemplo de Rosario, Argentina

El puerto de Rosario, en Argentina, detalle del muelle de contenedores.

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La ciudad de Rosario, en Argentina, se encuentra en la margen derecha del río Paraná, el segundo río en longitud y tercero por su caudal en América del Sur. Una imagen de satélite de Google maps pone de manifiesto los problemas de dicha ubicación [2 ] ya que puede verse la llanura de inundación del río justo frente a la ciudad y como las sucesivas crecidas y formación de meandros han ido arrinconando al cauce principal del río hacia la derecha (izquierda en la imagen de satélite) lo que ha venido a ocasionar esporádicas inundaciones como sucedió en 2007 (3 ). A diferencia de lo que hemos visto con los ríos del hemisferio norte, en el caso del Paraná resulta visible el desvío de sus aguas hacia la derecha del cauce lo que, como hemos visto, le da a esta ciudad una vulnerabilidad bastante seria a pesar del relieve relativamente elevado de la ribera derecha (occidental). Y esa vulnerabilidad a las inundaciones se pone de manifiesto de manera gráfica con la fotografía del muelle de contenedores del Puerto de Rosario, en la que se puede notar la escasa altura sobre el nivel de las aguas del río. Afortunadamente, aunque la distancia aguas arriba de la gran represa de Itaipú es muy grande, es muy probable que dicha represa haya contribuido a regular el caudal del río Paraná.

Las inundaciones de 1956 del río Murray en Australia

Inundaciones de 1956 provocadas por la crecida del río Murray, en Mannum, Australia.

La mayor parte de Australia tiene un clima muy seco. Sólo la parte norte de la isla-continente así como las montañas del sureste (Alpes australianos) tienen un clima algo más lluvioso. El río Murray, a su vez, presenta un régimen irregular y de caudal relativamente escaso, lo cual se debe a su largo recorrido por regiones de clima árido. Así, aunque el río Murray con sus afluentes (Darling, Murrumbidgee y otros) constituye el mayor sistema fluvial de Australia, con más de un millón de km2, sus beneficios económicos para la agricultura, la industria y el abastecimiento de agua potable, no están bien desarrollados y existen posibilidades de incrementarlos a través de una planificación integral de la cuenca. El Murray es un río que presenta fuertes crecidas y largos períodos de aguas bajas, por lo que deben construirse más represas de fines múltiples (hidroeléctricos, regadío, control de inundaciones y otros), deben realizarse obras de infraestructura para evitar daños en las poblaciones ubicadas principalmente en la margen derecha del río desde la confluencia con el Darling hasta la desembocadura y deben canalizarse áreas de drenaje insuficiente (que en Australia reciben el nombre de billabong y corresponden a los términos castellanos de meandros abandonados, lagos en herradura, esteros o zonas esporádicamente inundadas, etc).

Al hablar de las inundaciones en la cuenca australiana del río Murray hay que señalar que, como se encuentra en el hemisferio sur, todo cuerpo en movimiento, como las aguas de un río, tiende a desviarse hacia la derecha, es decir, al contrario que en el hemisferio norte. Esto significa que, la rotación en un movimiento circular (como es el péndulo de Foucault) se haría de izquierda a derecha, o lo que es lo mismo, en sentido horario. Es por ello que prácticamente la totalidad de las ciudades afectadas por las inundaciones de la cuenca del Murray en 1956 se ubicaban en la orilla derecha del río (lo mismo que en el caso de Rosario en Argentina). Entre las ciudades inundadas se pueden citar, incluyendo su localización en google maps: Colignan ([6]), Iraak ([7], Mannum ([8]), Murray Bridge ([9]), Mildura ([10], Nangiloc, cuyo nombre se escribe al revés que Colignan ([11]), Red Cliffs ([12]), Renmark ([13]), Wentworth ([14]) y otras.

Permeabilidad de los suelos: concepto y determinación (“in situ” y en laboratorio)Publicado el 3 abril, 2013 por frankie

Expresión de la Ley de Darcy (fuente: www.arqhys.com)

Tema 5: Permeabilidad de los suelos.

5.1. Concepto de permeabilidad.

Definimos permeabilidad como la capacidad de un cuerpo (en términos particulares, un suelo) para permitir en su seno el paso de un fluido (en términos particulares, el agua) sin que dicho tránsito altere la estructura interna del cuerpo. Dicha propiedad se determina objetivamente mediante la imposición de un gradiente hidráulico en una sección del cuerpo, y a lo largo de una trayectoria determinada.

El concepto permeabilidad puede recibir también las acepciones de conductividad o transmisividad hidráulica, dependiendo del contexto en el cual sea empleado.

La permeabilidad se cuantifica en base al coeficiente de permeabilidad, definido como la velocidad de traslación del agua en el seno del terreno y para un gradiente unitario. El coeficiente de permeabilidad puede ser expresado según la siguiente función:

 k = Q / I A

Donde

- k: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica [m/s]

- Q: caudal [m3/s]

- I: gradiente [m/m]

- A: sección [m2)]

En proyectos de ingeniería y arquitectura, las unidades con las que se expresa generalmente el coeficiente de permeabilidad son cm/s y m/s; en los ámbitos de la hidráulica o la hidrogeología es habitual observar notaciones como cm/dia, m/año y similares.

Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los más significativos son los siguientes:

- Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.)

- Composición química del material (naturaleza mineralógica)

Como regla general podemos considerar que a menor tamaño de grano, menor permeabilidad, y para una granulometría semejante (arenas, por ejemplo) a mejor gradación, mayor permeabilidad. En cuanto al quimismo, y para el caso de arcillas y limos, la presencia de ciertos cationes (Sodio, Potasio) es un factor que disminuye la permeabilidad en relación a otros (Calcio, Magnesio).

A efectos únicamente indicativos, el DB SE-C propone los siguientes rangos de variación para la permeabilidad en función del tipo de terreno (tabla D28):

valores orientativos del coeficiente de permeabilidad, DB SE-C

kz: coeficiente de permeabilidad vertical (se asume que la anisotropía de los suelos, especialmente de las arcillas estratificadas, puede comportar variaciones significativas en la magnitud del coeficiente de permeabilidad medido en el plano horizontal.)

5.2. Medida de la permeabilidad: ensayos de laboratorio y ensayos “in situ”

La estimación de la permeabilidad en suelos tiene diversos intereses, algunos directos en el proyecto de una edificación, como puede ser la valoración de la influencia de las aguas subterráneas sobre construcciones soterradas (plantas sótano, por ejemplo) a efectos de diseño de sistemas o procedimientos de impermeabilización o drenaje.

En tal sentido, el Código Técnico de la Edificación – en su documento básico dedicado a la salubridad (DB HS) – requiere de la valoración cuantificada de la permeabilidad del terreno en contacto con las soleras y las estructuras de contención.

La estimación de la permeabilidad de los suelos (y en su caso, del macizo rocoso) puede realizarse mediante tres clases de procedimientos:

- Valoración de la permeabilidad mediante relaciones empíricas establecidas entre la misma y alguna característica del suelo, generalmente su granulometría.

- Medida directa de la permeabilidad sobre una muestra adecuada (inalterada) en laboratorio.

- Estimación directa de la permeabilidad “in situ”, realizada durante la ejecución de sondeos o pozos, consistentes en la medida de las pérdidas en una columna de agua con la que se ha inundado la perforación.

De entre los ensayos “in situ”, los métodos que se citan generalmente corresponden a los ensayos Lugeon (habitualmente realizado en macizos rocosos fracturados), Lefranc (llevado a cabo generalmente en suelos relativamente permeables) y Slug Test (también en suelos permeables.)

Para el caso de suelos poco permeables, los ensayos “in situ” son poco adecuados, requiriéndose la toma de muestras y la realización de ensayos en laboratorio sobre las mismas. Según el objeto de la investigación puede escogerse entre ensayar muestras adecuadamente inalteradas (si es posible su obtención), o representativas, las cuales se recompactan en el laboratorio para obtener probetas que reproduzcan las condiciones del terreno.

Una vez confeccionada la probeta a ensayar, el material se satura y se induce a través del mismo un flujo, cuyo caudal es medido en condiciones preestablecidas.

Los métodos habituales de laboratorio son los siguientes:

- Sobre muestras inalteradas o recompactadas: ensayo en célula triaxial, con presión en cola, bajo carga constante o variable (se trata del ensayo más adecuado para suelos de muy baja permeabilidad.)

- Sobre muestras recompactadas:

Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga constante (generalmente en suelos de permeabilidad alta).

Ensayo en permeámetro de célula estanca bajo carga variable (apto para suelos de permeabilidad media a baja).

Los ensayos de carga constante consisten en el mantenimiento del gradiente hidráulico, determinando el caudal necesario para que dicha carga hidráulica se mantenga constante. En los ensayos de carga variable, en cambio, se inicia el proceso bajo un gradiente determinado, y se observa la variación del mismo con el tiempo.

Las siguientes figuras ilustran los métodos operativos descritos tanto para ensayos en sondeo como en el laboratorio:

Esquema del sistema utilizado para la medida de la permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lugeon (nótese la colocación de un obturador en el sondeo, que impide la subida del nivel de la columna de agua por la perforación, y el mantenimiento de la presión hidráulica en la sección ensayada a presión constante, midiendo el caudal inyectado.)

Ensayo Lefranc bajo carga constante

Ensayo Lefranc bajo carga variable

Esquemas de los procedimientos utilizados para la medida de la permeabilidad “in situ” mediante el ensayo Lefranc (en este caso se puede optar por mantener la columna de agua a nivel constante, midiendo el caudal necesario para estabilizarla, o variable, midiendo la variación del gradiente.) Fuente: F.J. Sánchez Sanroman: Medidas Puntuales de Permeabilidad (“slug tests”).

Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula confinada y mediante carga constante (Das, 1998)

Esquema del equipo de laboratorio para ensayos de suelos en célula confinada y mediante carga variable (Das, 1998)

Hidrología

La hidrología es el estudio del movimiento, distribución y calidad del agua en todas las zonas de la Tierra, y se dedica tanto al ciclo hidrológico como a los recursos de agua. Los hidrólogos trabajan en ciencias ambientales o geológicas, geografía física, e ingeniería civil y ambiental.

Los dominios de la hidrología incluyen la hidrometeorología, la hidrología superficial, la hidrogeología, la administración del drenaje y la calidad del agua. La oceanografía y la meteorología no están incluidas porque

en ellas el agua es sólo uno de muchos aspectos importantes.

La investigación hidrológica es útil en cuanto que nos permite entender mejor el mundo en el que vivimos, y también proporciona conocimientos para la ingeniería ambiental, política y planificación.

Historia de la hidrología

La hidrología ha sido objeto de investigación e ingeniería desde hace milenios. Por ejemplo, sobre el año 4000 a.C. el Nilo fue represado para mejorar la productividad agrícola de las tierras, que antes eran estériles. Las ciudades de Mesopotamia fueron protegidas de los desbordamientos con altas paredes de tierra. Los acueductos fueron construidos por los antiguos griegos y romanos, mientras que en China se construyeron obras para controlar las inundaciones y la irrigación. Los cingaleses usaron la hidrología para construir las complejas obras de irrigación de Sri Lanka, e inventaron válvulas que permitieron la construcción de grandes embalses, presas y canales que todavía funcionan.

Marcus Vitruvius, en el siglo I d.C., describió una teoría filosófica del ciclo hidrológico, en la cual se decía que la precipitación que cae en las montañas se infiltra en la superficie de la tierra y provoca corrientes y brotes en las tierras bajas. Con la adopción de un acercamiento más científico, Leonardo da Vinci y Bernard Palissy alcanzaron de forma independiente una representación exacta del ciclo hidrológico. Hasta el siglo XVII no empezaron a cuantificarse las variables hidrológicas.

Los pioneros de la ciencia moderna de la hidrología fueron Pierre Perrault, Edme Mariotte y Edmund Halley. Midiendo la precipitación, la escorrentía y el área de drenaje, Perrault demostró que la precipitación era suficiente para explicar el flujo del Sena. Marriotte combinó la velocidad y las medidas de corte transversal del río para obtener la descarga, de nuevo en el Sena. Halley demostró que la evaporación del Mar Mediterráneo era suficiente para explicar la efusión de los ríos que fluyen al mar.

Los avances durante el siglo XVIII incluyeron el piezómetro de Bernoulli y la ecuación de Bernoulli (obtenidos por Daniel Bernoulli), así como el tubo de Pitot. En el siglo XIX se desarrolló la hidrología de agua subterránea, con la ley de Darcy, la fórmula de Dupuit-Thiem y la ecuación del flujo capilar de Hagen-Poiseuille.

Los análisis racionales comenzaron a sustituir al empirismo en el siglo XX, mientras que las agencias gubernamentales comenzaban sus propios programas de investigación hidrológicos. De particular importancia fue la unidad hidrográfica de Leroy Sherman, la teoría de la infiltración de Robert E. Horton y la prueba/ecuación de los acuíferos de C.V. Theis.

Desde los años 1950, el estudio de la hidrología ha tenido una base más teórica que en el pasado, gracias a los avances en el entendimiento físico de los procesos hidrológicos y por el uso de ordenadores y sistemas de información, sobre todo geográficos.

Ramas de la hidrología

* Hidrología química: estudio de las características químicas del agua.* Ecohidrología: estudio de las interacciones entre los organismos vivos y el ciclo hidrológico.* Hidrogeología: estudio de la presencia y movimiento del agua en acuíferos.* Hidroinformática: adaptación de la tecnología de la información a la hidrología y sus aplicaciones a los recursos de agua.* Hidrometeorología: estudio de la transferencia de agua y energía entre las superficies de tierra y agua y la atmósfera inferior.* Hidrología de isótopos: estudio de las firmas isotópicas del agua.* Hidrología superficial: estudio de los procesos hidrológicos que tienen lugar en la superficie de la Tierra o cerca de ella.

Campos relacionados

* Química acuática* Ingeniería civil* Climatología* Ingeniería ambiental* Geomorfología* Hidrografía* Ingeniería hidráulica* Limnología* Oceanografía* Geografía física

Medidas hidrológicas

El movimiento del agua por la Tierra puede ser medido de varias formas. Esta información es importante tanto para la evaluación de los recursos de agua como para el entendimiento de los procesos implicados en el ciclo hidrológico. Lo siguiente es una lista de dispositivos usados por los hidrólogos y lo que miden:

* Disdrómetro - características de precipitación.* Olla de evaporación de Symon - evaporación.* Infiltrómetro - infiltración.* Piezómetro - presión de agua subterránea y, por inferencia, profundidad del agua subterránea.* Radar - propiedades de las nubes, estimación de la tasa de lluvia, y detección de nieve y granizo.* Pluviómetro - lluvia y nevada.* Satélite - identificación de áreas lluviosas, estimación de la tasa de lluvia, uso y cobertura de la tierra, humedad del suelo.* Higrómetro - humedad.* Corrientómetro - flujo de corriente.* Tensiómetro - humedad de suelo.* Reflectómetro de dominio temporal - humedad de suelo.* Sonda de capacitancia - humedad del suelo.

Predicción hidrológica

Las observaciones de los procesos hidrológicos se usan para hacer predicciones sobre el futuro comportamiento de los sistemas hidrológicos (flujo de agua y calidad del agua). Uno de los principales intereses actuales en la investigación hidrológica es la Predicción en Cuencas No calibradas (BAR), es decir, en cuencas donde existen muy pocos datos o ninguno.

Hidrología estadística

Analizando las propiedades estadísticas de los archivos hidrológicos, como la precipitación o el flujo de un río, los hidrólogos pueden estimar los futuros fenómenos hidrológicos. Esto, sin embargo, asume que las características de los procesos permanecen sin alterar.

Estas estimaciones son importantes para ingenieros y economistas, de modo que pueda hacerse un análisis de riesgo apropiado para influir en las decisiones sobre inversión en la futura infraestructura y determinar las características de fiabilidad de la producción de sistemas de abastecimiento de agua. La información estadística se utiliza para formular reglas de operaciones para presas grandes que forman parte de sistemas que incluyen demandas agrícolas, industriales y residenciales.

Modelos hidrológicos

Los modelos hidrológicos son representaciones conceptuales simplificadas de una parte del ciclo hidrológico. Se usan principalmente para la predicción hidrológica y para entender los procesos hidrológicos. Hay dos tipos principales de modelos hidrológicos:

* Modelos basados en datos. Estos modelos son sistemas de caja negra, que usan conceptos matemáticos y estadísticos para asociar una determinada entrada (por ejemplo, precipitación) con un modelo de salida (por ejemplo, escorrentía). Las técnicas que suelen usarse son la regresión, funciones de transferencia, redes neurales e identificación de sistema. Estos modelos son conocidos como modelos de hidrología estocásticos.

* Modelos basados en descripciones del proceso. Estos modelos tratan de representar los procesos físicos observados en el mundo real. Contienen representaciones de escorrentía superficial, flujo subsuperficial, evapotranspiración y flujo de canal, pero pueden ser mucho más complicados. Estos modelos son conocidos como modelos hidrológicos deterministas. Pueden subdividirse en modelos de un solo evento y modelos de simulación continua.

La investigación reciente sobre modelos hidrológicos trata de tener un acercamiento más global para entender el comportamiento de los sistemas hidrológicos, de manera que se puedan obtener mejores predicciones y afrontar los principales desafíos en la administración de los recursos de agua.

Transporte hidrológico

El movimiento del agua es un medio significativo por el cual otros materiales, como el suelo o los contaminantes, son transportados de un lugar a otro. Desde los años 60, se han desarrollado modelos matemáticos bastante complejos, facilitados por la disponibilidad de ordenadores de alta velocidad. Las clases de contaminantes más comunes que se analizan son nutrientes, pesticidas, y sólidos y sedimentos disueltos.

Aplicaciones de la hidrología

* Determinación del equilibrio de agua de una región.* Diseño de proyectos de restauración ribereños.* Mitigación y predicción de inundaciones, desprendimiento de tierras y riesgo de sequía.* Pronóstico de inundaciones en tiempo real y advertencias.* Diseño de esquemas de irrigación y administración de la productividad agrícola.* Parte del módulo de riesgo en modelado de catástrofes.* Suministro de agua potable.* Diseño de presas para abastecimiento de agua o generación de energía hidroeléctrica.* Diseño de puentes.* Diseño de alcantarillas y sistemas de drenaje urbano.* Análisis del impacto de la humedad antecedente en sistemas de alcantarillado sanitarios.* Predicción de cambios geomorfológicos, como erosión o sedimentación.* Evaluación de los impactos de cambio ambiental natural y antropogénico en los recursos del agua.* Evaluación del riesgo de transporte de contaminantes y establecimiento de pautas de política ambiental.