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H Hidrplogia subtetránea EMILIO CUSTODIO / MANUEL RAMÓN LLAMAS DIRECTORES DE EDICIÓN SEGUNDA EDICIÓN CORREGIDA Bajo el patrocinio de: Universidad Politécnica de Barcelona Comisaría de Aguas del Pirineo Oriental Centro de Estudios, Investigación y Aplicaciones del Agua Servicio Geológico de Obras Pú...

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Hidrplogia subtetránea EMILIO CUSTODIO / MANUEL RAMÓN LLAMAS DIRECTORES DE EDICIÓN

SEGUNDA EDICIÓN CORREGIDA

Bajo el patrocinio de: Universidad Politécnica de Barcelona Comisaría de Aguas del Pirineo Oriental Centro de Estudios, Investigación y Aplicaciones del Agua Servicio Geológico de Obras Públicas„ Confederación Hidrográfica del Pirineo Oriental

Tomo 1

Ediciones Omega, S. A. - Platón, 26 - Barcelona-6

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Reservados todos los derechos. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida, almacenada en un sistema de informática o transmitida de cualquier forma o por cualquier medio, electrónico, mecánico, fotocopia, grabación u otros métodos sin previo y expreso permiso del propietario del copyright.

(1) EDICIONES OMEGA, S. A., Barcelona, 1983 ISBN 84-282-0446-2 (Obra completal ISBN 84-282-0447-0 (Tomo 1) Depósito Legal. B. 8609-83 (Tomo I) Printed in Spain EGS - Rosario, 2 - Barcelona

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Preámbulo Este texío saldrá a la luz pública coincidiendo con el inicio de la décima edición del Curso Internacional de Hidrología Subterránea para postgraduados, que se viene celebrando ininterrumpidamente desde 1967 en la E.T.S. de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Barcelona. Es su Comisión Docente la que ha redactado la mayor parte y coordinado la totalidad, de modo que la iniciativa tomada en 1966 por dos organismos de la Dirección General de Obras Hidráulicas del Ministerio de Obras Públicas y un Centro de Investigación privado, dentro de las directrices del Decenio Hidrológico Internacional y del Instituto de Hidrología del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, a la que más adelante se unieron la Universidad Politécnica de Barcelona y otro organismo de dicha Dirección General, encuentra en esta obra una sólida justificación de acierto. La proftindización teórica y práctica y la labor docente realizada durante estos años, de la que han participado más de doscrentos titulados españoles y de veinticuatro países extranjeros y casi un centenar de profesores, expertos y conferenciantes, supone una experiencia que merecería ser transmitida a una audiencia más amplia y sus logros cristalizar en un marco de mayor permanencia y difusión. Tales han sido en def nitiva los condicionantes que han conducido a que los Organismos patrocinadores apoyasen la iniciativa de recoger en estos volúmenes escritos el contenido del actual programa del Curso, basado en los más modernos conocimientos y técnicas, y pragmáticamente acoplado a unas necesidades pedagógicas cuya eficacia creemos ha quedado suficientemente consolidada, apoyándose en los importantes trabajos hidrológicos desarrollados por sus profesores en el entorno de Barcelona y también en diferentes ámbitos de nuestro país.

Culminada, pues, la ardua tarea que encomendamos, queremos plasmar en estas líneas nuestro agradecimiento sincero al esfuerzo y la dedicación de cuantos la han hecho posible, en especial al equipo coordinador de redacción, sin olvidar a todos los profesores y profesionales que han colaborado directa o indirectamente en ella, y a Ediciones Omega por la cuidada elaboración y presentación. Es nuestro sincero deseo que este trabajo sirva, al igual que el Cutiso del que nació, a la mayor difusión de unas técnicas y conocimientos auténticamente trascendentes para la consecución de una gestión racional de los recursos hidráulicos y, a través de ella, contribuir al desarrollo económico y social de los países y de sus formas comunitarias e individuales de vida. GABRIEL FERRATÉ PASCUAL

Rector Magnífico de la Universidad Politécnica de Barcelona MANUEL GÓMEZ DE PAI3LOS GONZÁLEZ

Director del Servicio Geológico de Obras Públicas FRANCISCO VILARó RIGOL

Comisario Jefe de la Comisaría de Aguas del Pirineo Oriental jOSÉ M.a LLANSó DE V1NYALS

Ingeniero Director de la Confederación Hidrográfica del Pirineo Oriental GONZALO TURELL MORAGAS

Presidente del Centro de Estudios, Investigación y Aplicaciones del Agua

Coordinadores CUSTODIO GIMENÁ, EMILIO Director del Comité de Edición LLAMAS MADURGA, MANUEL RAMÓN Director del Comité de Redacción MARTIN ARNAIZ, MANUEL Secretario de los Comités de Redacción y de Edición APARICIO FERRATER, ISIDRO Administrador y miembro del Comité de Edición GALOFRÉ TORREDEMER, ANDRÉS Miembro del Comité de Redacción FAYAS JANER, JOSÉ ANTONIO Miembro del Comité de Redacción VILÁRó RIGOL, FRANCISCO Miembro del Comité de Redacción

Prólogo

En los últimos años y a nivel mundial se aprecia una gran actividad en el uso y aprovechamiento de los recursos hidráulicos, a la vez que un enorme aumento y expansión en los conocimientos científicos, tecnológicos y legales en relación con el agua. Comparativamente, este crecimiento ha sido mayor en el área de la Hidrología Subterránea que en cualquier otro de la Hidrología General. Hasta hace relativamente pocos años, la Hidrología Subterránea era una disciplina que sólo 'atraía la atención de un grupo bastante reducido de investigadores de las Ciencias de la Tierra y de la Ingeniería, y de un grupo todavía mucho más reducido de planificadores hidráulicos. En la actualidad el número de personas interesadas por las aguas subterráneas, en los campos científico, técnico, socioeconómico, administrativo y legal es ya importante, y se está produciendo una clara toma de conciencia de su importancia intrínseca, de su esencial papel en el ciclo hidrológico y de su interés social y económico, tanto en los países desarrollados como en aquellos en vías de desarrollo. Un claro exponente de la importancia que hoy se concede a las aguas subterráneas es la notable proporción de programas de investigación sobre temas en directa relación con ellas, sobre el conjunto de programas de investigación hidrológica. Un ejemplo claro es el Programa-Hidrológico Internacional (PHI) para 19751980 que patrocinan las Naciones Unidas a través de UNESCO, el cual es, en realidad, la continuación de otro programa internacional: el Decenio Hidrológico Internacional (DHI), que concluyó en 1974. Las aguas subterráneas están relacionadas con un gran número de factores geológicos, hidrodinámicos, fisicoquímicos, biológicos y antropológicos, asociados a las incertidumbres que son propias, no sólo_de la variable y compleja Naturaleza, sino también de la libertad humana. Para su estudio y para su utilización se ha

de recurrir a tecnologías y ciencias, en ocasiones de desarrollo muy reciente o de contenido poco común. Esto da lugar a que se necesiten conocimientos que abarcan muy numerosos y diversos campos del saber, por lo cual es necesario calificar la Hidrología Subterránea como una ciencia multidisciplinar, que exige una buena base de fundamentos científicos y tecnológicos. Sólo este hecho ya justificaría la oportunidad del intento de realizar una obra que trate de compilar la diversidad temática que informa la Hidrología Subterránea, así como el estado actual de los conocimientos en ese dominio, e incluso de los aspectos aún mal conocidos y en los que se centran o deben centrarse los esfuerzos. Corrobora también esta oportunidad el hecho de que hasta 1a fecha son muy escasos los libros de. Hidrología Subterránea escritos originalmente en lengua castellana; en los últimos años se han hecho algunas traducciones de conocidas obras extranjeras, pero nos parece que la presentación conjunta de un considerable elenco de autores y ejemplos en gran parte españoles, puede constituir una aportación interesante no sólo para España, sino para todos los países Iberoamericanos y aquellos que se expresan en lenguas de gran afinidad. No sólo cabe considerar la coincidencia o proximidad lingüística, sino también, y no en menor escala, las afinidades culturales, económicosociales, administrativas y legislativas. Por otra parte, la variedad geológica, morfológica y climática de la España peninsular e insular también ha facilitado la obtención de una amplia gama de experiencias que posiblemente comprenden una buena parte de las situaciones que pueden plantearse en los países a los que anteriormente se ha aludido. El origen de esta obra debe buscarse en el Curso Internacional de Hidrología Subterránea, que se cons-

Prólogo tituyó en 1966 en Barcelona, y en los apuntes, notas y escritos que se han ido produciendo a lo largo de sucesivas ediciones gracias a la paciente labor de profesores y conferenciantes sin olvidar las interesantes contribuciones de numerosos participantes, muchos de los cuales trajeron consigo interesantes experiencias y problemas prácticos. Así pues, se trata de un texto con un cierto carácter docente, si bien el modo de tratar ciertos temas y la intensidad con que se desarrollan otros, creemos que extiende el interés a todos aquellos científicos y profesionales de la Hidrología Subterránea o campos conexos, que desarrollan su actividad en los centros de investigación, en las aulas, en las empresas y en la Administración. Aunque no se trata de un «manual» propiamente dicho, determinados capítulos incluyen material suficiente para que pueda ser utilizado como tal, no sólo en el campo concreto de la Hidrología Subterránea, sino también en ciertos aspectos de la Agronomía, Edafología, Hidráulica, Hidrología general, Ingeniería civil, Geotecnia, Riegos y drenajes, Urbanismo, Ecología, Ingeniería sanitaria, Ingeniería de recursos hidráulicos, Ingeniería de recursos energéticos y minerales, etc. Se atribuye a Leonardo da Vinci la frase «Se t'addiviene trattare delle acque, considera prima la esperienza e poi la ragione», lo que en otros términos puede traducirse como una comprobación de aquel genial artista y hombre de ciencia del Renacimiento de que la Hidrología no es una ciencia exacta; la aplicación práctica de sus conceptos requiere una considerable dosis de experiencia y de sentido práctico. Por esta razón se ha buscado que todos los autores y colaboradores de esta obra reunieran el requisito de tener una dilatada experiencia profesional en el tema sobre el que escriben. Así, solamente tres de ellos tienen una dedicación preferente, aunque no exclusiva, a la docencia universitaria y a la investigación; el grupo más numeroso de autores y colaboradores es el integrado por personas de distintas titulaciones y especialidades que trabajan en la Administración, buena parte de los cuales hacen o han hecho compatible su función profesional con alguna labor docente, aunque también hay otros que se dedican exclusivamente a actividades de empresa privada.

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dráulica e hidromecánica, estadística y química, que después serán utilizados en otras secciones. Comprende las secciones: Sección I. Conceptos geológicos básicos de aplicación a la Hidrología. Sección 2. Elementos de Hidromecánica. Sección 3. Nociones de Estadística aplicada a la Hidrología. Sección 4. Principios básicos de Química y Radioquímica de aguas subterráneas. HIDROLOGÍA DE SUPERFICIE, que presenta los principios básicos de aforo, tratamiento y análisis de datos de escorrentía superficial y de regulación.

Comprende la sección: Sección 7. Hidrología de superficie. HIDRÁULICA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS, parte principal de la teoría de las aguas subterráneas en la que se tratan en detalle los principios y características del flujo del agua subterránea, de la hidráulica de captaciones, de las relaciones entre diferentes tipos de aguas subterráneas y de éstas con las aguas superficiales, además de los conceptos básicos sobre pluviometría, evapotranspiración e infiltración, y de su medida, haciendo de puente con la Hidrología superficial y enfocados hacia las aguas subterráneas.

Comprende las secciones:

Las 24 secciones de esta obra pueden encuadrarse, grosso modo, en seis grandes grupos:

Sección 5. Conceptos básicos y definiciones. Sección 6. Componentes primarios del Ciclo hidrológico. Sección 8. Teoría elemental del flujo del agua en los medios porosos. Sección 9. Hidráulica de captaciones de agua subterránea. Sección 11. Relación entre las aguas superficiales y las aguas subterráneas. Sección 13. Relaciones agua dulce-agua salada en las regiones costeras. Sección 16. Modelos en Hidrología subterránea.

1) DISCIPLINAS AUXILIARES, cuya intención es la de presentar aquellos principios básicos de geofogía, hi-

4) A SPECTOS QUíMICOS DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS, que también es una parte principal de la teoría de las

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aguas subterráneas, que va ganando día a día un mayor desarrollo y utilidad. Se tratan los aspectos relacionados con la aparición, evolución y estudio de los iones principales en función de las características del flujo del agua subterránea, sin olvidar los iones menores de mayor interés. Por otro lado se considera en gran detalle los aspectos del transporte de las sustancias disueltas y su dispersión, de la utilidad y aplicación de las técnicas isotópicas y radioisotópicas y también de la calidad y contaminación, cuya importancia es cada día mayor. Comprende las secciones: Sección 10. Hidrogeoquímica. Sección 12. Trazadores y técnicas radioisotópicas en Hidrología Subterránea. Sección 18. Calidad del agua subterránea. P ROSPECCI ÓN DE AGUAS SUBTERR ÁNEAS, en la que se. exponen las técnicas de reconocimiento y localización de las aguas subterráneas. Comprende las secciones: Sección 14. Prospección geofísica aplicadas a la Hidrogeología . Sección 15. Exploración de aguas subterráneas. E XPLOTACI Ó NY GESTI Ó N DE AGUAS SUBTERR ÁNEAS, que reúne los diferentes principios, tecnologías y métodos de aprovechamiento de las aguas subterráneas y su gestión dentro del conjunto de recursos hidráulicos disponibles, por lo que además se tratan, a modo de presentación, otros recursos de agua posibles. Comprende las secciones: Sección 17. Proyecto y construcción de captaciones de agua subterránea. Sección 19. Recarga artificial de acuíferos subterráneos. Sección 20. Hidroeconomía y planificación hidráulica. Sección 21. Legislación de aguas. Sección 22. Aplicaciones de la Hidrología Subterránea en Geotecnia e Ingeniería Civil. Sección 23. Otros recursos de agua. Sección 24. La evaluación global de las aguas subterráneas.

El orden de presentación de las secciones no coincide con el expuesto; ello es debido a que no necesariamente la agrupación señalada es la mejor desde el punto de vista expositivo para la docencia, ni tampoco el encuadramiento dado excluye que las secciones contengan capítulos cuya temática es más apropiada de otro grupo. Con este conjunto de 24 secciones, distribuidas en algo más de un centenar de capítulos, se ha intentado ofrecer una panorámica comprensiva de la Hidrología Subterránea, desde una óptica preferentemente enfocada a la exploración y explotación de los Recursos Hidráulicos Subterráneos, sin perder de vista su frecuente interrelación con los recursos hidráulicos superficiales. Los conceptos expuestos en una sección con frecuencia están relacionados con los de otras; por ello las referencias cruzadas son numerosas. Sin embargo, se ha procurado —aun a costa de alguna duplicidad— que cada sección fuese comprensible por sí misma con objeto de facilitar su lectura sin necesidad de frecuentes consultas a otras secciones. Las referencias bibliográficas en cada sección suelen ser muy amplias con objeto de facilitar al lector la profundización en los temas de su peculiar interés. Se ha preparado un extenso índice de materias, y otro de conceptos, colocados al final del segundo volumen, que abarcan todas las secciones de la obra y que se espera contribuyan eficazmente a facilitar su manejo como libro de consulta. No se oculta a los autores que la presente obra —cuya gestación ha durado más de seis años— puede tener muchos defectos que se podrían haber evitado con una preparación más prolongada, pero ello hubiera privado a muchas personas de su utilización y quizás hubiésemos caído en la esterilidad por exceso de perfeccionismo, buscando lo mejor en vez de lo bueno. Los autores piensan que las muchas horas dedicadas a esta empresa habrán valido la pena si con este libro contribuyen a que en España y en otros muchos países se vaya imponiendo una mejor y más justa gestión de los recursos de agua, cada vez más escasos y necesarios, amenazados continuamente por la ignorancia y la desidia, que llevan a su contaminación, destrucción o despilfarro, cuando su carácter de bien vital es más prominente. Los directores de edición que firman este prólogo quieren hacer público su reconocimiento en primer lugar a los organismos patrocinadores de la obra, que son los mismos que han promovido y/o patrocinado los sucesivos Cursos Internacionales de Hidrología Subterránea de Barcelona. También es un deber agradecer su colaboración a todos los restantes autores y cola,

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boradores que han sabido dedicar una parte de su ocupado tiempo a esta labor de equipo. Mención especial merece 8Í Secretario de los Coinités de Redacción y Edición, Dr. Martín Arnáiz, que ha revisado en detalle la totalidad de la obra y los compañeros que colaborando en aquellos, han cargado sobre sí parte de la tarea de gestión y edición, no siempre agradable ni sencilla. No sería justo olvidar el interés que Ediciones Omega ha puesto en esta obra y la voluntad que Escuela Gráfica Salesiana ha puesto en conseguir una

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presentación pulida a partir de unos originales no siempre claros y a pesar de las dificultades nacidas de continuas rectificaciones y adiciones para tratar de actualizar la obra a medida que progresaba su edición. Por supuesto que tampoco puede silenciarse la labor de los delineantes y mecanógrafas, y aunque su nombre quede en el anonimato, han sido una pieza clave en la preparación de esta obra. EMILIO CUSTODIO MANUEL-RAMÓN LLAMAS

Autores y colaboradores

ÁLVAREZ FERNÁNDEZ, CEFERINO Ingeniero Hidráulico EPTISA. Madrid Colaborador del capítulo 16.4 ANDOLZ CAMPOY, JUAN Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y puertos Servicio Geológico de Obras Públicas. Madrid Colaborador del capítulo 20.3 ANGOLOTTI GARCIA DE LOS RIOS, JOSÉ RAMÓN Ingeniero Agrónomo IRYDA. Las Palmas de Gran Canaria Colaborador del capítulo 20.3 ANGUITA BARTOLOME, FERNANDO Ingeniero Técnico de Obras Públicas Licenciado en Periodismo Servicio Geológico de Obras Públicas. Madrid Capítulos 16.3 y 16.4

BAYO DALMAU, ALFONSO Licenciado en Ciencias Geológicas Servicio Geológico de Obras Públicas. Barcelona Capítulo 17.11 Colaborador del capítulo 17.5 BORONAT CALABUIG, BERNARDINO Ingeniero Aeronáutico G.O.D.B. Valencia Capítulo 22.2 CUENA BARTOLOMÉ, JOSÉ Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos D. G. Medio Ambiente. MOPU. Madrid Capítulos 7.5 y 16.5 Colaborador de los capítulos 16.6, 16.8 y apéndice A.7.2

APARICIO FERRATER, ISIDRO Licenciado en Derecho Curso Internacional de Hidrología Subterránea. Barcelona Centro de Estudios, Investigación y Aplicaciones del Agua. Sociedad General de Aguas. Barcelona Colaborador en gestión de Edición

CUSTODIO GIMENA, EMILIO Dr. Ingeniero Industrial Curso Internacional de Hidrología Subterránea. Barcelona E.T.S. Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica. Barcelona Comisaría de Aguas del Pirineo Oriental. Barcelona Secciones 4, 8, 9, 10, 12, 13, 19, 23 y 24 Capítulos 16.2, 17.5, 17.6, 17.8, 17.11, 18.3, 18.4 y 20.3 Colaborador de los capítulos 7.1, 15.4, 16.4, 17.4, 17.12, 18.1 y apéndice A.7.1

ARAGONÉS BELTRÁN, JUAN MANUEL Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Jefatura de Carreteras. Castellón de la Capítulo 3.2

DAVIS, STANLEY N. University Professor. Geologist Universidad de Arizona (U.S.A.) Capítulos 15.7 y 22.1

Autores y colaboradores DIAZ GONZÁLEZ, ENRIQUE Dr. Ingeniero Industrial Comisaría de Aguas del Pirineo Oriental. Barcelona Capítulos 18.1 y 18.2; apéndice A.18.1 FAVRE, ROGER Ingeniero Consultor Berna (Suiza) Capítulo 17.10 FAYAS JANER, JOSÉ ANTONIO Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Curso Internacional de Hidrología Subterránea. Barcelona Servicios Hidráulicos de Baleares. MOPU. Palma de Mallorca

XII HORTA SANTOS, FERNANDO Hidrogeólogo...