Intrusión marina en un acuífero costero: nivel piezométrico y cloruros
En un acuífero detrítico costero del litoral mediterráneo se controlan dos pozos de abastecimiento. En 2015, antes de ampliar la urbanización, el nivel piezométrico estaba 0.60 m por encima del nivel del mar y el agua de ambos pozos contenía 45 mg/L de cloruro. Entre 2015 y 2023 las extracciones se duplicaron y el nivel descendió hasta 0.20 m sobre el nivel del mar. En 2023, el pozo A (filtros entre 15 y 30 m por debajo del nivel del mar) registra 850 mg/L de cloruro, mientras que el pozo B (filtros entre 3 y 8 m por debajo del nivel del mar) registra 60 mg/L. La densidad del agua de mar es 1025 kg/m³ y la del agua dulce 1000 kg/m³; el agua de mar contiene unos 19 000 mg/L de cloruro. El límite de potabilidad es 250 mg/L. Ante el problema, el ayuntamiento propone profundizar los filtros del pozo B para poder mantener el mismo caudal de extracción.
1. Aplica la relación de Ghyben-Herzberg para calcular la profundidad de la interfaz agua dulce-agua salada en 2015 y en 2023. ¿Explica el resultado el comportamiento distinto de los pozos A y B?
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La relación de Ghyben-Herzberg iguala presiones hidrostáticas en la interfaz:
z = [ρ_f/(ρ_s − ρ_f)]·h = (1000/25)·h = 40·h
donde z es la profundidad de la interfaz bajo el nivel del mar y h la altura del nivel piezométrico sobre el mar.
- 2015: z = 40 × 0.60 = 24 m bajo el nivel del mar.
- 2023: z = 40 × 0.20 = 8 m bajo el nivel del mar.
Una subida del nivel del mar relativo de solo 0.40 m ha hecho ascender la interfaz 16 m: el factor 40 amplifica cualquier descenso piezométrico.
Pozo A (filtros 15-30 m): en 2015 la interfaz a 24 m ya cortaba la parte baja del filtro; en 2023 todo el filtro queda por debajo de la interfaz, de ahí los 850 mg/L. Pozo B (filtros 3-8 m): en 2015 estaba completamente por encima; en 2023 su extremo inferior coincide con la interfaz, y solo aspira una pequeña proporción de agua salobre (45 → 60 mg/L), lo que constituye una señal de alarma temprana. El comportamiento de ambos pozos es, por tanto, coherente con el modelo.
Debe advertirse que se trata de un modelo de interfaz abrupta, válido en condiciones hidrostáticas; en la realidad existe una zona de transición y el bombeo deforma localmente la interfaz.
2. El agua del pozo A contiene 850 mg/L de cloruro. Estima la fracción de agua de mar que contiene y explica por qué no se observa un salto brusco hasta valores de agua de mar.
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Por conservación de la masa, mezclando agua dulce (45 mg/L) y agua de mar (19 000 mg/L):
850 = 45·(1 − f) + 19 000·f → f = (850 − 45)/(19 000 − 45) = 805/18 955 ≈ 0.042
Es decir, alrededor del 4 % de agua de mar. Ese valor es característico de una mezcla, no de una entrada masiva.
El ascenso no es brusco por varias razones:
- Dispersión mecánica y difusión: en el acuífero no hay una superficie nítida, sino una zona de transición de varios metros donde se mezclan aguas de distinta salinidad.
- Inercia del flujo: la interfaz se mueve con el agua subterránea, cuyo flujo es lento; el equilibrio hidrostático tarda años en alcanzarse.
- Cono de depresión y upconing: el bombeo eleva localmente el agua salada formando un cono, de modo que la proporción de sal aumenta de forma progresiva con el caudal y el tiempo.
- Heterogeneidad: el agua salada penetra primero por los niveles más permeables y se mezcla en el pozo con aportes de distintas capas.
Por eso la serie de cloruros es una herramienta de alerta temprana: la tendencia importa más que un valor puntual.
3. El ayuntamiento propone profundizar los filtros del pozo B para mantener el caudal. Evalúa la propuesta y propón dos medidas alternativas justificadas con la relación anterior.
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La propuesta es contraproducente. Profundizar los filtros acerca la captación a la interfaz -que ya está a 8 m- y, al seguir bombeando el mismo caudal, el cono de depresión elevaría aún más el agua salada. Además, al aumentar la profundidad aumenta la probabilidad de captar los niveles más salinizados. La relación z = 40·h señala que la única variable que controla la profundidad de la interfaz es el nivel piezométrico: para mantener el agua dulce hay que mantener h alto, no buscar el agua más abajo.
Medidas alternativas:
- Reducir y redistribuir las extracciones: disminuir el caudal o alternar pozos y periodos de bombeo para que el nivel se recupere. Si h vuelve a 0.60 m, la interfaz regresa a 24 m y el pozo A podría volver a ser explotable con control analítico.
- Recarga artificial con aguas pluviales o regeneradas de buena calidad, que eleva directamente h y actúa como barrera frente a la intrusión, además de alejar la captación hacia el interior.
Complementariamente: red de piezómetros y analíticas periódicas de cloruro, con umbral de actuación en 250 mg/L (límite de potabilidad) -el pozo A ya lo supera y no es apto-, y caracterización de la extensión del acuífero bajo el mar y de la zona de transición, porque el modelo de interfaz abrupta solo da una estimación de orden de magnitud.