Hidroquímica. Hidrogeologia. Hidrologia subterranea

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  • 7/23/2019 Hidroqumica. Hidrogeologia. Hidrologia subterranea

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    F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa) http://web.usal.es/~javisan/hidro Pg. 1

    Hidroqumica. Conceptos FundamentalesEste tema se refiere a la qumica de las aguas subterrneas , aunque, lgicamente, los conceptos

    bsicos son vlidos para aguas superficiales.

    Composicin qumica de las aguas naturales

    Las sustancias disueltas en un agua pueden sumar de unos pocos mg/L en un manantial demontaa hasta ms de 100.000 mg/L. Las aguas potables (agua dulce, ingls: fresh water ) tienenmenos de 1000, hasta 5000 se denominan salobres , el agua del mar 35000 mg/L. Un litro de agua

    puede llegar a contener ms de 300 gramos de sales.(salmueras, ingls: brines ).

    Ms del 99% de estas sustancias disueltas en unagua no contaminada corresponde a las siguientes

    (los parntesis indican menor concentracin):Estos se denominan componentes mayores en las

    aguas subterrneas , y se encuentran siempre enconcentraciones >1 mg/L. En este grupo habra que aadir el anin NO 3

    , que generalmente se encuentra eneste rango, pero no es un componente natural, siempre se debe a contaminacin orgnica.

    Los componentes menores (1 a 0,1 mg/L en aguas subterrneas) ms frecuentes son F , PO 43+,CO 3=, Sr 2+, Fe 2+. Se consideran componentes traza los que se encuentran en concentracionesinferiores a 0,1 mg/L, y en ese grupo puede aparecer cualquier elemento qumico o suscombinaciones inicas.

    Expresin de las concentraciones

    Las unidades empleadas son mg/L, que equivalen a ppm (partes por milln) 1. Tambin se utilizanmoles/L y equivalentes/L [generalmente como milimoles/L (mmol/L) y miliequivalentes/L(meq/L)]. La conversin es la siguiente:

    Moles = gramos / peso molecular (1)Equivalentes = gramos / peso equivalente (2)Peso equivalente = Peso molecular / Valencia (3)

    Ejemplo : Convertir 60 mg/L de Ca 2+ en moles/L y equivalentes/L (Peso del Ca ++= 40)

    Concentracin en Moles, aplicando la expresin (1):

    mmoles/L1,5moles/L105,140

    g/L1060moles/LeninConcentrac 3

    -3

    O ms abreviadamente: 60 / 40 = 1,5 mmol/L (milimoles /litro)

    Concentracin en equivalentes, utilizando (3) y (2):Peso equivalente del Ca 2+: 40 / 2 = 20

    meq/L3eq/L10320

    /1060es/LequivalenteninConcentrac 3

    -3 Lg

    Condicin de electroneutralidad

    1 No es lo mismo, porque mg/L es masa/volumen, mientras que ppm corresponde a masa/masa. Son equivalentes yaque un litro de agua pura tiene una masa de un milln de miligramos.

    Aniones Cationes No iones

    Cl

    SO4

    =

    HCO 3

    Na + (K +)

    Mg ++

    Ca++

    SiO 2

    CO2

    [gas]

    (O2)

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    F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa) http://web.usal.es/~javisan/hidro Pg. 2

    La suma de aniones ha de ser igual a la suma decationes (expresados en meq/L). Lgicamente siemprehay un cierto error que se calcula con la esta frmula:

    Suelen admitirse errores

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    F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa) http://web.usal.es/~javisan/hidro Pg. 3

    En un estudio preliminar de la hidroqumica de una zona, disponiendo de muchos datos, podemos elaborar un mapa de isoconductividades , que nos indicar la iso-salinidad del aguasubterrnea.

    En zonas con tipos de agua muy distintos (muy salinas y poco salinas) nos puede permitirestablecer un muestreo inteligente , sabiendo a priori qu tipo de agua estamos muestreando.

    En las zonas costeras, y introduciendo un conductivmetro con un cable largo en un sondeo seutiliza para detectar la profundidad de la interfase agua dulce-agua salada

    pH

    Mide la acidez del agua. Es igual a log (H + ). Siendo (H + ) la actividad 2 de iones Hidrgeno.Por ejemplo, un agua con ph=6 tiene 100 veces ms H + que un agua con pH=8 (las respectivas actividades

    de H + seran 10 6 y 10 8)

    En las aguas naturales oscila entre 5,5 y 8,5, en aguas subterrneas habitualmente entre 6,5 y 8,5(Agua del mar aprox. 8)

    Residuo Seco

    Es el residuo que queda despus de secar un volumen medido de agua. Se expresa en mg/L Noequivale a la suma de sales disueltas ya que parte del anin HCO 3 se evapora como CO 2.Aproximadamente se cumple que: Sales disueltas Residuo Seco + 1/2 HCO 3

    Con los mtodos analticos actuales no presenta especial inters, pero se incluye en muchosanlisis.

    Dureza

    Propiedad de un agua caracterizada por la dificultad de hacer espuma con jabn. Es debida principalmente a la presencia de: Ca ++ y Mg ++. Otros iones (Fe ++, Sr ++, Mn ++) tambin generandureza pero se encuentran en menores concentraciones. Por razones histricas se mide como mg/Lde CaCO 3.

    El clculo de la dureza en mg/L de CaCO 3 consiste en sumar los meq/L de los cationesresponsables (Ca ++, Mg ++, ...) y considerar que todos esos meq/L fueran de CaCO 3 (multiplicando

    por 50, peso equivalente del CaCO 3). Si slo consideramos Ca ++ y Mg ++ el clculo sera:

    50

    12/

    20/

    )de/( 3

    Lmg Mg LmgCa

    CaCO Lmg Dureza

    Antiguamente se meda la dureza total y el Ca, y se calculaba por diferencia el contenido de Mg, que erams difcil de analizar. En la actualidad, normalmente no se mide en laboratorio sino que se calcula a partirde los cationes. Contina considerndose este parmetro por su inters prctico, debido a los problemas que

    plantean las aguas duras, especialmente incrustaciones en instalaciones de agua, calderas,...

    Dureza temporal y permanente: Al hervir se pierde CO 2 y se precipitan carbonatos, eliminndose as partedel Ca ++ y Mg ++ (dureza temporal ); la dureza despus de la ebullicin se denomina permanente .

    Otros parmetros

    En un anlisis completo tambin pueden especificarse las siguientes caractersticas: color,turbidez, olor, sabor, materia en suspensin.

    2 Actividad=concentracin x coeficiente de actividad. Este coeficiente es igual a 1 en las disoluciones muy diluidas, yva descendiendo (0,9 0,8 0,7 ...) a medida que aumenta la salinidad del agua. Es menor para iones divalentes que

    para monovalentes.

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    F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa) http://web.usal.es/~javisan/hidro Pg. 4

    Evolucin geoqumica de las aguas subterrneas

    Si sabemos interpretar los anlisis qumicos de las aguas subterrneas, nos aportarn muchainformacin de la historia de esas aguas. Si consideramos conjuntamente muchos anlisis de unazona, podremos extraer conclusiones acerca del flujo regional . Para ello hay que tener una idea delos procesos que inciden en la evolucin qumica del agua. El tema es muy complejo, vamos aresear los aspectos ms fundamentales

    Precipitaciones

    El agua de la lluvia, incluso en zonas libres de contaminacin, tiene pequeas cantidades desustancias disueltas (cantidades del orden de 0,2-0,4 mg/L en cada in, en ocasiones mayores); enreas costeras el Na + puede llegar a unos pocos mg/L por el aerosol de agua marina. Estas

    pequesimas concentraciones se concentran por destilacin (Si se evapora el 90% de la precipitacin, las concentraciones se multiplicarn por 10).

    Evolucin en el suelo

    La etapa de infiltracin a travs del suelo es muy importante para la composicin qumica de unagua subterrnea. Esto es debido principalmente a que el agua en el suelo es cida por la reaccindel CO 2 con el agua (los poros del suelo presentan una elevada concentracin en este gas):

    CO 2 + H 2O = HCO 3 + H +

    Esta acidez hace que el agua sea muy agresiva con los silicatos y carbonatos. En las reacciones dedisolucin de estos minerales intervienen los H +, y la acidez disminuye. Por ejemplo:

    Anortita + H 2O + H + Arcilla + Ca ++ + Slice

    Si el agua permanece en el suelo, recupera su acidez mediante la reaccin anterior y mantiene suagresividad, pero si ya ha llegado a un acufero, en el medio saturado no hay aportes de acidez,

    luego el agua se hace bsica y pierde su capacidad de disolver carbonatos y alterar silicatos.

    Evolucin en los acuferos

    Desde que el agua alcanza la superficie fretica ms prxima hasta que sale al exterior en un ro,manantial o captacin, pueden transcurrir unos das o miles de aos, y el recorrido puede ser muycorto o de varios kilmetros. Por tanto, la evolucin qumica del agua depender de los mineralescon los que entre en contacto y del tiempo. Hay aspectos obvios: si atraviesa yesos se obtendrnSO 4= y Ca ++ , si encuentra niveles salinos con sales cloruradas adquirir Cl - , Na + , K +, si pasa porformaciones calizas adquiere HCO 3 . El HCO 3 predomina sobre el CO 3= debido a que a pHnormal se produce la reaccin:

    CO 3=

    + H+

    HCO 3

    Aunque las reacciones y procesos qumicos que se desarrollan son muy variados, como norma

    general, se observa que las aguas subterrneas con menor tiempo de permanencia en el subsuelo songeneralmente bicarbonatadas. Despus predomina el sulfato, y las aguas ms salinas son cloruradas.Esta evolucin se denomina secuencia de Chevotareb :

    ------Recorr ido y tiempo de per mane nci a en el acuf ero ------>>>>>

    Aniones predominantes:

    HCO 3 --> HCO 3 -->SO 4

    = SO 4=--> SO 4=-->

    Cl Cl

    ----------- Au me nt o de la sa li ni da d -------->>>>>>>

  • 7/23/2019 Hidroqumica. Hidrogeologia. Hidrologia subterranea

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    F. Javier Snchez San Romn--Dpto. Geologa--Univ. Salamanca (Espaa) http://web.usal.es/~javisan/hidro Pg. 5

    En la composicincatinica la secuencia anlogasera : Ca ++ Mg ++ Na + ,

    pero no es tan clara y esmayor el nmero deexcepciones.

    En una misma rea puedenextraerse aguas de

    composiciones muy distintas aunque la litologa sea homognea: vemos en la figura que el sondeoA capta un flujo regional mientras que el sondeo B intercepta un flujo local, de modo que suqumica puede ser muy diferente.

    Bibliografa

    APPELO , C. Y POSTMA , D. (2005).- Geochemistry, groundwater and pollution. Balkema, 649 pp.

    CUSTODIO , E. & LLAMAS , M. R. (1983) .- Hidrologa Subterrnea . (2 tomos). Omega, 2350 pp.

    DREVER , J.I. (1997).- The geochemistry of Natural Waters . Prentice Hall, 3 ed. 436 pp.

    LANGMUIR , D. (1997).- Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice-Hall, 600 pp.

    LLOYD , J.W. Y HEATHCOTE , J.A. (1985).- Natural Inorganic Hydrochemistry in relation to groundwater . ClaredonPress, 296 pp.

    DOMENICO , P.A. Y SCHWARTZ , F. W. (1998).- Physical and chemical hydrogeology . Wiley, 502 pp.