Características generales del agua
El agua, pese a ser una de las sustancias más comunes que se encuentran en la naturaleza, resulta ser, una sustancia muy particular, anómala en casi todas sus propiedades físico-químicas, y posiblemente una de la más compleja de todas las que están constituidas por un único compuesto químico. Su singularidad radica, en la facilidad con que sus moléculas forman grandes agregados tridimensionales cuando está en estado líquido. Esto la diferencia de los fluidos normales y explica los altos valores de viscosidad, tensión superficial y temperaturas de fusión y ebullición.
Su estructura molecular en forma de racimos, todavía no muy bien conocida, se debe a que los átomos de hidrógeno no están geométricamente alineados con el oxígeno central, sino que se encuentran plegados formando un ángulo de 105°, lo que da lugar a una bipolaridad y a enlaces de hidrógeno entre moléculas adyacentes. La verdadera molécula de agua sería, pues (H2O)n, variando el valor de n con las condiciones de presión y temperatura. Debido a la disposición especial plegada de la molécula de agua, esta tiene una gran capacidad de disolución, siendo esta propiedad, precisamente, la que hace más vulnerable su calidad.
Otra característica del agua es su gran estabilidad, incluso en altas temperaturas. A 2.700 °C, únicamente el 11% se disocia en moléculas de hidrógeno y de oxígeno. De esto se deriva que la cantidad total de agua en la tierra permanece constante durante largos períodos, si bien su estado y situación varia, formando lo que se ha dado en llamar el ciclo hidrológico. En determinadas circunstancias el vapor de agua existente en la atmósfera se precipita en forma de lluvia o nieve.
El ciclo hidrológico o ciclo del agua es el proceso de circulación del agua entre los distintos compartimientos que forman la hidrosfera. Se trata de un ciclo biogeoquímico en que hay una intervención mínima de reacciones químicas, porque el agua se traslada de un lugar a otro o cambia de estado físico. Las fases del ciclo del agua son: Evaporación: cuando el agua pasa de la fase líquida a la fase gaseosa. Condensación: la condensación es un proceso de cambio de fase a través del cual el vapor de agua se convierte en líquido a causa del enfriamiento del aire. Precipitación: es cualquier tipo de agua que cae sobre la superficie la tierra. Las diferentes formas de precipitación incluyen llovizna, lluvia, nieve, granizo, agua-nieve. Infiltración: ocurre cuando el agua que llega al suelo, penetra en la tierra por sus poros y se convierta en agua subterránea. Escorrentía: es el agua que corre por la tierra, luego de una precipitación, sin penetrar en ella. Circulación subterránea: es la circulación del agua por debajo de la superficie. Se produce a favor de la gravedad como la escorrentía. Fusión: paso de una sólida a líquida por la acción del calor: la fusión del hielo en agua líquida se produce por la acción del calor a 0 °C. Solidificación: es el proceso inverso a la fusión. Consiste en el cambio de estado del agua de líquido a sólido producida por una disminución de la temperatura.
Parte del agua caída sobre la tierra se evapora directamente; otra parte, vuelve a la atmósfera a través de la evapotranspiración vegetal; el resto llega, por caminos más o menos complejos superficiales o subterráneos, al mar, donde, por evaporación, es restituida a la atmósfera, completándose así el ciclo.
Las fuentes del agua son:
Aguas meteóricas: para el caso de comunidades rurales o pequeñas poblaciones aparece como posible fuente de provisión la captación de aguas de lluvia, la que debe ser recogida sobre el terreno preparado adecuadamente. En cuanto a la calidad de esta agua podemos mencionar que tiene sólidos disueltos de baja cantidad, muy baja turbiedad, por la composición química se consideran de baja alcalinidad y dureza, y a su vez de alto contenido de dióxido de carbono (las aguas de lluvia al caer disuelven el dióxido de carbono de la atmósfera lo cual les da un pH ácido). Esto se corrige mediante el agregado de cal. Para este tipo de tratamiento es conveniente no utilizar cañerías de plomo por la agresividad de las aguas.
Aguas superficiales: se denominan así a las aguas provenientes de los ríos, arroyos, lagos, etc. Son en general aguas turbias y con color y, además, por ser superficiales están sujetas a contaminarse. Por estas causas exigen tratamiento potabilizador, incluido desinfección previa a su consumo.
Aguas subálveas: son las aguas que corren por el subálveo del río. El subálveo es la zona donde se recoge el filtrado a través del terreno. Se captan en general mediante pozos filtrantes o galerías filtrantes. Son en general aguas de muy buena calidad ya que han sufrido un proceso natural de filtración. El costo de las obras para utilización de esta agua es algo elevado.
Aguas subterráneas: son las aguas que se encuentran en el subsuelo. Podemos distinguir tres tipos de fuentes subterráneas distintas según la posición el agua en el suelo:
Aguas subterráneas profundas: las aguas subterráneas profundas captadas mediante pozos semi urgentes dan por lo general aguas potables, ocupando el segundo lugar en número de habitantes servidos y primero en localidades servidas. Las aguas subterráneas carecen habitualmente de turbiedad y color, pero en algunos casos de aguas subterráneas ferruginosas, estas se colorean a poco de extraerlas por oxidación de compuestos ferrosos contenidos en las mismas y contenidas requieren tratamiento corrector previa a su entrega a consumo. En otros casos pueden contener exceso de sólidos disueltos (elevada mineralización), cloruros, sulfatos, etc., o bien algunos elementos tóxicos como el arsénico, el vanadio o el flúor en alta concentración resultando por esta causa inadecuada su utilización como fuente de provisión.
Aguas freáticas o de primera napa: pueden utilizarse cuando constituyen la única fuente económicamente utilizable. Su nivel oscila bastante y está directamente influenciado por el régimen de lluvias. Su calidad es variable y aunque física y químicamente sea aceptable existe siempre el peligro de contaminación microbiológica. Por ello de resolverse su utilización habrá que hacerlo mediante pozos excavados y perforados a los que se deberá protegerlos adecuadamente contra la contaminación superficial, manteniendo estricto control bacteriológico del agua de consumo.
Aguas de manantiales: agua que brota de la tierra. Pueden constituir una solución para el caso de pequeñas localidades rurales, siempre que tengan caudal suficiente y calidad adecuada. La captación debe estar adecuadamente protegida. El manantial será tanto más seguro como cuanto menos variable sea su caudal, influenciado este por el régimen de lluvias y menos alterable sea la calidad del agua.
Los usos del agua son: saneamiento (higiene y consumo), agricultura (riego), ganadería (bebida), recreación con y sin contacto (balneario, deportes acuáticos), protección de la vida acuática (fauna y flora), hidroeléctrico, industrial (proceso, calderas, refrigeración, hormigón).
A lo largo del ciclo hidrológico, el agua que al pasar a la atmósfera por evaporación es agua destilada de máxima pureza, se va cargando de otras sustancias que determinan, en el momento de su utilización, las características de calidad.
Aunque ya en la atmósfera el agua de lluvia recibe impurezas por gases, aerosoles, polvo y sales, si nos limitamos al ciclo natural, en el sentido de no considerar causas de contaminación debidas de una u otra forma a la actividad humana, la mayor parte de las impurezas provienen de las formaciones geológicas por las que discurre o en las que se almacena y que, en mayor o menor grado, va disolviendo. Por ello, la geología es un factor determinante de la composición del agua y, en definitiva, de su calidad natural. Así, por una parte, el agua, de acuerdo con la litología de las formaciones geológicas con las que está en contacto, resulta ácida o alcalina, con alto o bajo contenido de sales disueltas, con preponderancia de carbonatos, sulfatos, cloruros, etc. Por otra parte, el contacto con formaciones minerales puede ser ocasión para que en el agua se encuentren determinados elementos como el hierro, manganeso, cobre o mercurio cuya procedencia natural conviene conocer para diferenciarla de la contaminación posterior. La composición química y biológica que las aguas llegan a tener de forma natural se modifica por la recepción de efluentes, de muy diferentes características, originados por la actividad humana. Esta composición final es la que determina la calidad del agua en un determinado momento.
Aguas superficiales
Se denomina de esta manera a las aguas que circulan sobre la superficie del suelo.
Pueden presentarse en forma correntosa como en el caso de corrientes, ríos y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios, embalses y lagunas.
El agua superficial se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones y por la infiltración de aguas subterráneas. Para propósitos regulatorios, suele definirse al agua superficial como toda agua abierta a la atmósfera y sujeta a escorrentía superficial. Una vez producida, el agua superficial sigue el camino que le ofrece menor resistencia. Una serie de arroyos, riachuelos, corrientes y ríos llevan el agua desde áreas con pendiente descendente hacia un curso de agua principal. Esta área de drenaje suele denominarse como divisoria de aguas o cuenca de drenaje.
Una divisoria de aguas es una cuenca circundada por un surco de gran profundidad, que separa áreas de drenaje diferentes. La calidad del agua está fuertemente influenciada por el punto de la cuenca en que se desvía para su uso. La calidad de corrientes, ríos y arroyos, varía de acuerdo a los caudales estacionales y puede cambiar significativamente a causa de las precipitaciones y derrames accidentales. Los lagos, reservorios, embalses y lagunas presentan en general, menor cantidad de sedimentos que los ríos, sin embargo están sujetos a mayores impactos desde el punto de vista de actividad microbiológica. Los cuerpos de agua quietos tales como lagos y reservorios, envejecen en un período relativamente grande como resultado de procesos naturales. Este proceso de envejecimiento está influenciado por la actividad microbiológica que se encuentra relacionada directamente con los niveles de nutrientes en el cuerpo de agua y puede verse acelerada por la actividad humana.
Agua Subterráneas
Se define como agua subterránea a la porción de agua subsuperficial que está sometida a una presión mayor que la atmosférica, de modo que fluye dentro de cavidades abiertas dentro de la tierra o que se mueve a través de su superficie bajo la forma de filtraciones o manantiales. El agua subterránea puede ingresar por varios caminos: proviene por ejemplo de la percolación de la precipitación directa, la infiltración de depósitos de agua superficiales y de la recarga artificial.
Existen varias vías de salida tales como la evaporación de agua libre o bien de la humedad del terreno, la evapotranspiración, que se debe básicamente a la utilización y evaporación del agua por medio de la vegetación, escapes a ríos o arroyos o bien sistemas hechos por el hombre como los pozos de suministro.
Las aguas subterráneas se pueden clasificar en general como de capa libre y confinada. En las aguas de capa libre el nivel freático puede subir o bajar dependiendo del nivel de las aguas superficiales, ya que actúan de modo similar a vasos comunicantes. El agua que penetra por infiltración puede llevar diferentes sustancias en disolución dependiendo del origen de la misma. El suelo funciona como filtro de muchas sustancias reteniéndolas, sobre todo materia orgánica. Sin embargo, algunas sustancias llegaran al nivel freático y serán arrastradas por las aguas subterráneas.