sábado, 16 de noviembre de 2019

Descripción breve del comportamiento hidrológico de un sistema manantial-rebosadero de una cueva

muestra en seis etapas el funcionamiento de un sistema manantial-rebosadero y los cambios del nivel freático cuando aumenta el  caudal debido a precipitaciones intensas

INTRODUCCIÓN

Muchos manantiales tienen un rebosadero, por donde sale una (gran) parte del caudal en épocas de crecida. Suele ser el caso cuando se está formando una galería nueva a un nivel inferior, pero que debido a su estrechez (o algún paso relativamente estrecho) no puede desalojar toda el agua cuando el caudal incrementa considerablemente. En muchos casos el caudal máximo del manantial es relativamente reducido, debido a la mencionada estrechez de la grieta, a menudo impenetrable para el hombre, o porque brota entre bloques y piedras que obstruyen el flujo. Aunque en sistemas con un área de recarga muy grande (de más de varios kilómetros cuadrados) o en zonas con precipitaciones muy fuertes, existen conexiones entre el manantial y el rebosadero que son practicables por el hombre. Un ejemplo es la conexión entre la Cueva del Agua con El Barbancho (Orbaneja del Castillo, Burgos), explorado en 2014 por espeleobuceadores de GORFOLÍ, CDG, GESEM Y CEFME (www.grupoedelweiss). El Barbancho es un rebosadero con un posible caudal inmenso.

A continuación se describe en varios pasos, la relación existente entre el caudal de un manantial y su rebosadero y el nivel freático dentro de la cueva, desde estiaje hasta crecida máxima.


DESCRIPCIÓN

Unas notas preliminares:
 • Este esquema se ha desarrollado bajo la suposición de que no hay tramos con flujo vadoso entre el manantial y el rebosadero, aunque tampoco no cambiaría mucho.
 • Si el agua es fácilmente evacuado por un conducto, la diferencia del nivel en ambos extremos es mínima. Esto suele ser el caso con los sifones.
• De modo simple se puede decir que la presión hidrostática equivale a la fuerza que “empuja” el agua por un conducto. Más presión hidrostática significa que pasa más agua por una grieta.
• Δh1 es la diferencia del nivel freático y el nivel freático en estiaje.
• Δh2 es la diferencia del nivel freático y el nivel freático cuando el rebosadero comienza a funcionar.
• a es el caudal del manantial permanente.
• b es el caudal del rebosadero.


1) En estiaje todo el caudal sale por el manantial y el nivel freático se mantiene constante y al mismo nivel que el manantial.

2) Después de unas precipitaciones puede que el caudal del manantial aumenta, pero mientras la grieta puede desaguar fácilmente toda el agua, la subida del nivel freático (Δh1) es mínima.

3) Si las precipitaciones continúan o han sido fuertes es posible que la grieta ya no puede evacuar todo el caudal, el agua se acumula en la cueva y el nivel freático sube (Δh1 aumenta), lo que supone un aumento de la presión hidrostática respecto al manantial permanente y por tanto una subida de su caudal.

Es frecuente que el mayor caudal que sale ahora del manantial se equilibra con el desagüe interno de la cueva, y por tanto con el nuevo nivel freático más alto, antes de que este nivel llegue al rebosadero. Con otras palabras, en muchos casos el rebosadero no llegue a funcionar.

4) En caso de que el desagüe de la cueva sigue creciendo, también aumenta el Δh1, (y por tanto el caudal del manantial permanente) hasta que el nivel freático llega al rebosadero y este comienza a manar.

5) Un nuevo incremento del caudal hace subir el nivel freático muy poco (Δh1), mientras el rebosadero puede evacuarlo fácilmente. Por tanto, el caudal del rebosadero (b) puede subir considerablemente y el caudal del manantial permanente (a) queda prácticamente constante.

6) En algunos casos (lluvias continuadas, deshielo, etc.) el rebosadero tampoco puede desalojar todo el caudal sin una subida (substancial) de la presión hidrostática. Es decir que parte del agua se acumula en la cueva causando un nuevo aumento del nivel freático.
En este caso aumentan tanto el Δh1  como el Δh2, lo que por fuera se observa como un incremento de ambos caudales (manantial y rebosadero).

7) Este proceso se puede repetir si existen rebosaderos superiores.


caudal en estiaje sale por el manantial, nivel freático constante
1) En estiaje todo el caudal sale por el manantial y el nivel freático se mantiene constante y al mismo nivel que el manantial.


con precipitación normal el caudal aumenta, nivel freático sigue igual
2) Después de unas precipitaciones puede que el caudal del manantial aumenta, pero mientras la grieta puede desaguar fácilmente toda el agua, la subida del nivel freático (Δh1) es mínima.

preciptación continuada, caudal aumenta, nivel freático sube
3) Si las precipitaciones continúan o han sido fuertes es posible que la grieta ya no puede evacuar todo el caudal, el agua se acumula en la cueva y el nivel freático sube (Δh1 aumenta), lo que supone un aumento de la presión hidrostática respecto al manantial permanente y por tanto una subida de su caudal a.



precipitación muy fuerte, nivel freático sube hasta salir agua por el reboadero
4) En caso de que el desagüe de la cueva sigue creciendo, también aumenta el Δh1, (y por tanto el caudal a) hasta que el nivel freático llega al rebosadero y este comienza a manar.



preciìtación muy fuerte, caudal por manantial constante, cuadal por rebosadero aumenta, nivel freático constante
5) Un nuevo incremento del caudal hace subir el nivel freático muy poco (Δh1), mientras el rebosadero puede evacuarlo fácilmente. Por tanto, el caudal b puede subir considerablemente y el caudal a queda prácticamente constante.


precipitación muy fuerte continuada, rebosadero a tope, nivel freático sube
6) En algunos casos (lluvias continuadas, deshielo, etc.) el rebosadero tampoco puede desalojar todo el caudal sin una subida (substancial) de la presión hidrostática. Es decir que parte del agua se acumula en la cueva causando un nuevo aumento del nivel freático.
En este caso aumentan tanto el Δh1  como el Δh2, lo que por fuera se observa como un incremento de ambos caudales (manantial y rebosadero).




.

4 comentarios:

  1. Muy bien explicado y esquemas muy claros.
    Además es algo que se observa muy a menudo.
    Muy interesante. Gracias!

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Jorge, hace ya un tiempo que no nos vemos. ¿Que tal los estudios? Espero que después de todo esto nos vemos. Un cordial saludo.

      Eliminar
  2. Esto te da una idea de la interacción de la mecánica de fluidos y de suelos.
    Muy bueno.
    Gracias.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola FrancoMG, es verdad. La mecánica de fluidos es muy importantes para la génesis de las cuevas. El gradiente hidráulico, el flujo laminar y turbulento, esa capa fina de agua pegada a la roca (boundary layer), las presiones hidrostaticas, etc. Pero también las propiedades directamente relacionadas con la hidrología, como la estrechez y longitud de las fisuras (diaclasas, fallas, cabalgamientos, juntas de estratificación) por donde fluye el agua, o la porosidad de la roca (primaria, secundaria, de descarga, etc.) Y luego el comportamiento de la zona vadosa (flujo generalmente vertical), la zona freática (flujo principalmente horizontal), el epikarst y suelo (acumulación y concentración de la precipitación). Sin mencionar la interacción entre flujo y roca (disolución), la composición de la roca, obstrucción de fisuras por precipitación, etc. etc. El karst es un sistema realmente muy complicado, donde multiples factores juegan su papel. Un saludo.

      Eliminar

Para facilitar las descargas, he subido una copia de cada artículo a Scribd en formato pdf. Este formato en pdf se puede abrir pinchando en el título de cada artículo.