Definizio laburra

Lurpeko uren presentzia eta mugimendua eragiten duten legeak aztertzea helburu duen zientzia-atala.

Hori da XIX. mendearen hasieran hidrogeologiari eman zioten lehenengo definizioa. Lehenengo hidrogeologo haiek definizioan lege hitza sartuta adierazi nahi izan zuten hidraulikaren legeei erreparatu behar zitzaiela lurpeko uren nondik norakoak ulertzeko. Lurpeko ura “eragile geologiko” modura hartu zuten, eta, hortaz, hidraulika ez ezik, geologia ere jarri zuten hidrogeologia berriaren zutabe.

Definizio zabala

Harrezkero, zabaldu eta sakondu egin da hidrogeologiaren eremua. Hasierako hidraulika eta geologiari beste hainbat jakintza-arlo (kimika, biologia, matematika…) gehitu zaio, gaur egun hidrogeologiak hartu duen esparrua gorpuztu arte. Definizio gaurkotua hau da:

Lurpeko uren zientzia, Lurraren zientzien barruko atal diziplinartekoa dena. Helburua da lurpeko uren presentzian, mugimenduetan, propietateetan (fisiko-kimikoak, biologikoak) eta garraiatze- ezaugarrietan (energia, solutuak) eragina duten lege fisikoak eta baldintza geologiko-hidraulikoak ezagutzea, eta ezagutza hori aplikatzea gizakiek lurpeko urez, zuzenean edo zeharka, baliatzeko duten bideetan (ikerketa, ustiaketa, zaintza), kudeaketan.

Hidrogeologian oinarrizko diren hainbat kontzepturen definizio sinplea (akuiferoa zer den geroago azaltzen da):

• Piezometroa: maila piezometrikoaren gorabeherak kontrolatu eta, ondorioz, akuiferoak bertikal horretan duen karga hidraulikoa ezagutzeko zulatutako diametro gutxiko putzua (5-8 cm).

• Maila piezometrikoa: piezometro edo putzu batean den ur-zutabearen goiko maila. Horren sakonera (luzera-unitatea, L) zunda metriko baten bitartez neurtzen da.

• Azal piezometrikoa: akuifero bateko piezometro-putzuetan diren maila piezometrikoak biltzen dituen azala; maila piezometrikoek gorabeherak dituztenez, azal piezometrikoa denboraldi jakin batean behatutako mailei dagokie. Azal hori piezometro-putzuetan baino ez da ikusgai. Azal piezometrikoa erreala da akuifero libreetan, eta birtuala, akuifero konfinatuetan.

• Karga hidraulikoa (h): maila piezometrikoaren altuera (luzera-unitatea, L) erreferentzia-planotzat hartzen den itsas mailarekiko; lurpeko puntu batean (piezometroaren behekoan) urak duen potentzialaren adierazle zuzena da.

• Gradiente hidraulikoa (i = Δh/l): akuifero bateko puntu biren karga hidraulikoaren diferentzia (Δh) puntuon arteko distantziarekiko (l). Gradiente hidraulikoak (luzera-unitatea/luzera-unitatea) eragiten du lurpeko uraren mugimendua, karga hidrauliko handiagoko lekutik txikiagoko lekurantz; gradientea zenbat eta handiagoa izan, are eta arinago mugitzen da ura. Gradiente hidraulikorik ez bada, hau da, ur-multzoaren puntu guztiek karga bera badute, ez dago ur-jariorik (hidrostatika).

• Porositatea (n): gorputz solido batek (arroka zein lurzoru) dituen hutsuneen bolumenaren (L3) eta gorputz horren bolumen totalaren (L3) arteko erlazioa (ehunekotan emanda, normalean). Hidrogeologian interesatzen dena porositate eraginkorra da, hau da, segidako lotura duten hutsuneei dagokiena, ura ezin baita isolatuta dauden hutsuneetatik isuri. Parametro honek gorputz solido batek ura edukitzeko duen ahalmena adierazten du (funtzio edukitzailea); ur-bolumenik handiena hutsune guztiak urez beteta daudenean edukitzen du.

• Permeabilitatea: gorputz solido batek (arroka zein lurzoru) ura bertatik isurtzeko duen ahalmena adierazten duen kontzeptu kualitatiboa (funtzio bideratzailea). Kuantifikazioa permeabilitate-koefizienteak (K) ematen du, eta Darcy ingeniari frantsesak garatu zuen legetik ondoriozta daitekeen parametroa da.

• Darcyren legea (ikus irudia): lurpeko uren mugimendua ulertzeko oinarrizko legea da. Zona asearen sekzioa (A ; L2), sekzio horretatik gradiente hidrauliko (i ; L/L) baten eraginez pasatzen den emaria (Q ; L3.T-1) eta zona asea duen gorputz solidoaren permeabilitate-koefizientea (K, L3.T-1) modu honetan erlazionatzen ditu legeak: Q = K.A.i. Permeabilitate-koefizientearen definizio zehatza ekuazio horretatik atera daiteke zuzenean: K = Q/A.i.

Darcyk erabili zuen tresna bere legea ondorioztatzeko.h = karga hidraulikoa. i (gradiente hidraulikoa) = dh/dl

Lurpeko urak: planetaren funtsezko biltegia

Kalkuluen arabera, Lur planetan 1.400 bat milioi km3 ur dago, hainbat fase eta lekutan. Gehien-gehiena, % 97, ozeanoetan dago; beraz, ur gazia da biltegi nagusia. Hortaz, % 3 baino ez da ur geza; hortik gehiena, % 60, glaziarretako izotza da, eta jendearen beharretatik urrun dago. Ur gezaren ia % 40 lurpean dago, akuiferoetan. Planetan zehar nonahi aurkitu daiteke lurpeko ura, sakonera desberdinetan bada ere. Gainerako ur guztiak (lakuak, ibaiak, izakiek dutena, lurzoruetan dena, ur-lurruna) % 1era ere ez dira ailegatzen. Datuok argi uzten dute lurpea uren funtsezko biltegia dela planetan, ezkutuan izateak horren aitortza zailtzen badu ere. Hidrogeologiak biltegi horretako guztia hartzen du ikergai.  

Uraren mugimendua lurpean

Euria da lurpeko uren jatorri nagusia. Euri-urak lurrera heldu eta inguruko faktoreek baldintzatuta hauetariko bide bat hartzen du: ebapotranspirazioz atmosferara itzuli, lurrazaletik erreka bateraino isuri edo lurzorutik pasatuta akuiferora perkolatu. Hortaz, lurzoruek itzelezko garrantzia dute akuiferoen birkargan. Behin lurzoruko hezetasuna goi-puntu batera helduta (edukitze-ahalmena), infiltrazio-ura ez zaio gehiago zoruari lotzen, eta azpiko arroketan zehar beherantz joaten da perkolazioan, grabitatearen eraginez. Lurzoruko hezetasuna gutxitu daitekeenez, ebapotranspirazioz batez ere, berriz goi-puntu horretara itzuli arte —euri-uren infiltrazioaz, kasurako— ez da beheranzko perkolaziorik izango. Ura beherantz doa, arrokak dituen hutsuneak (porositatea) baliatuta, geruza iragazgaitz bat aurkitu arte. Hortik aurrera, horren gainetik mugituko da deskargagune baterantz (urbegia, erreka, hezegunea, putzua…). Birkarga-esparrua zabala izaten denez, arrokek euri-sasoian birkargaz hartzen duten ur-kantitatea askoz ere handiagoa izaten da deskargatu dezaketena baino. Hortaz, aukera izaten dute ura metatzeko, eta zona ase bat eratzen dute. Zona horren lodiera aldakorra da denboran zehar, birkarga-deskarga erlazioaren araberakoa, alegia; euri-sasoietan handitu egiten da, eta, agortean, berriz, txikitu; kasu bakan batzuetan, deskargagunea agortu egin daiteke. Zona asean, ura gradiente hidraulikoak eraginda mugitzen da, karga hidraulikoa handiagoa den lekutik txikiagoa den lekurantz. Zona ase horri akuifero esaten zaio normalean, termino horrek definizio zehatzagoa merezi badu ere.

Taula honetan, arroka-gorputzek urarekiko izan dezaketen lotura adierazteko hidrogeologian ohikoa den sailkapena dago, gorputzon funtzio edukitzailea eta bideratzailea irizpide modura hartuta.

Arroka-gorputzek urarekiko dituzten lotura-moten araberako sailkapena

Honaino helduta, akuiferoaren definizio zehatzagoa eman daiteke.

Akuiferoa: arroka-gorputz iragazkorra, geometrikoki ondo mugatua eta zona ase bat mantentzen duena; zona ase horrek —arrokaz eta horren baitako urez osatua— ur-jario garrantzitsua bermatzeko gaitasuna du, aintzat hartzeko moduko ur-kantitateak ustiatzeko bestekoa. Akuifero batek zona asegabea ere izan dezake.

Hidrogeologoek orain gutxira arte akuiferoetan jarri dute arreta nagusia, akuifero zabaletan batez ere, helburua lurpeko ura kantitate handian ustiatzea izanik akuiferoek baino ezin baitzuten helburu hori ahalbidetu; edo akuitardo batzuek, akuiferorik ezean. Ikuspegia, ordea, aldatuz joan da, zabalduz eta sakonduz, lurpeko ur-kantitatearekin batera uron berezko kalitatea ere kontuan hartu behar izan denean, bata eta bestea etorkizunean ere bermatuak izan daitezen neurriak gaurdanik hartzera behartuta gaudelako; are gehiago, klima-aldaketaren gorabeherek uretan izan ditzaketen zalantzazko ondorio ugari gogoan hartzen baditugu. Gainera, ibai-arroetako ur-zikloaren prozesuak, azalekoak eta lurpekoak, hobeto ezagutu ahala, agerian geratuz joan da lurpeko urek lur gaineko ekosistemetan (ibaiak, hezeguneak, padurak…) duten eragin handia. Hortaz, akuifero ez diren beste arroka-gorputz horiei ere duten garrantzia aitortu behar zaie, emari handiko putzuak bermatu ezin dituzten arren gorputz horietan zehar geldika gertatzen den ur-jarioak hainbat ekosistema elika dezakeelako (erreken agorraldiko emaria bera edo ingurune heze baten lurzoruko hezetasuna, kasurako); bestalde, kutsatzaileen lurpeko garraioa ere ahalbidetu dezake, kutsadura-iturritik hasi eta distantzia luzean permeabilitate desberdineko arroketan zehar. Garraioaldi horretan, urak eta arrokek elkarri eragin eta, batzuetan, uraren kalitateak hobera egin dezake. Azken finean, ura funtsezko lokarri dinamikoa da ekosistema guztietan, eta, beraz, ubideak errespetatu egin behar dira, lur gainean zein lurpean, emari handian zein txikian, arin edo geldi. Horretan datza, hain zuzen, hidrogeologiak ingurumen-zientzietan duen garrantzia.

Akuifero-motak

Hidrogeologian, ohikoa da hiru akuifero-mota bereiztea: librea (edo konfinatu gabea) konfinatua eta erdikonfinatua (ikus hurrengo irudia).

Akuifero librea azal piezometriko erreala duena da. Azal horrek fisikoki banantzen ditu zona asea eta zona asegabea. Bi zona horiek aldakorrak dira lodierari dagokionez, birkarga-deskarga erlazioaren arabera. Akuifero librean, zona aserako birkarga bertikalean gertatzen da zona asegabean zehar.

Akuifero konfinatua azal piezometriko birtualekoa da. Zona asea besterik ez du, eta, goiko gorputz iragazgaitz batek eraginda ura presiopean duenez, piezometro edo putzuetan behatutako ur-maila akuiferoko sabaiaren gainetik dago. Azal piezometrikoa behaketa-puntu horietan baino ez da erreala, eta, batzuetan, oso presio handipean, ur-maila lurrazaletik gora egon daiteke (putzu artesiar jalgikorra). Akuifero konfinatuan birkarga ezin da bertikalean gertatu, akuiferoaren albotik gertatzen da hori. Horrek esan nahi du non edo non akuifero konfinatuak libre izan behar duela, eta hortxetik birkargatzen dela.

Akuifero erdikonfinatua aurreko bien arteko jokabidea duenari dagokio, eta aparteko konplexutasunak ditu: zona asearen gaineko arroka-gorputza ez baita guztiz iragazkorra, librean bezala, ez eta guztiz iragazgaitza ere, konfinatuan bezala.

Akuifero librea (goikoa) eta konfinatua (behekoa)

Fluxu-sarea

Akuifero baten hidrodinamika eskala makroskopikoan islatzen duen adierazpide kartografikoa da fluxu-sarea, eta dinamika horren funtsezkoa biltzen du (ikus hurrengo irudia). Bi osagai ditu sareak, lerro ekipotentzialak (batzuetan, isopieza ere deituak) eta jario-lerroak. Ekipotentziala karga hidrauliko bereko puntuak batzen dituen lerroa da, eta zenbakia izaten du, kargaren zenbatekoa bera. Jario-lerroek, ordea, uraren nondik norakoa adierazten dute, eta karga handiko ekipotentzialetatik karga txikikoetara doazen geziak dira. Karga hidraulikoa aldakorra izaten denez denboran zehar (handia euri-sasoian, txikia agorraldian), azal piezometrikoa bera bezala, akuifero baten dinamikaren adierazpideak fluxu-sare bat baino gehiago behar ditu, sasoian sasoikoa. Fluxu-sare bati Darcyren legea aplikaturik, hainbat parametro hidrogeologiko funtsezko atera daitezke (permeabilitate-koefizientea, gradiente hidraulikoa, birkarga-emaria…).

Akuifero libre baten azal piezometrikoa (goian) eta fluxu-sarea (behean)

Kutsatzaileen garraioa akuiferoan

Aurretik esan bezala, ia arroka-gorputz guztiek ahalbidetzen dute ur-jarioa beren baitan, arinago edo astiroago, gorputzon ezaugarri hidrogeologikoen arabera (porositatea, permeabilitatea, gradiente hidraulikoa). Arroketan ur-jarioa baldin badago, jario kutsatzailea ere gerta. Hala, jario-lerroek markatutako bidetik hedatuko da kutsatzailea, eta urak garraiatuko du kutsadura-iturritik deskargagunerantz.

Kutsatzaileen uretako garraioa oso diferentea da kasu batetik bestera. Izan ere, kutsatzaile batzuk kontserbakorrak dira, eta uraren abiadura berean hedatzen dira; beraz, ez dute diluzioa beste prozesurik jasaten. Beste batzuek, ordea, bestelako erreakzioak jasan ditzakete (erretentzioa, prezipitazioa, oxidazioa, degradazioa…), lur azpiko inguruneko lekuan lekuko kondizio fisiko-kimikoen arabera, eta, erreakzio horien ondorioz, karga kutsatzailearen bilakaera bera oso diferentea izan daiteke.

Edozein kasutan, bi dira kutsatzaileen garraio-modurik inportanteenak arroka-gorputzetan: adbekzioa eta dispertsioa (ikus hurrengo irudia). Adbekzioan kutsatzailea urarekin batera hedatzen da (kontserbakor gisa hartzen da), eta ez da ateratzen fluxu-sareko jario-lerroek markatutako bidetik. Hori da garraio-modu nagusia; hortaz, akuifero baten fluxu-sarea ezaguna bada, oso erraz ondoriozta daiteke bertara isuritako kutsatzaile baten hedapen-bidea (kutsadura-muturra). Adbekzioak garraioaren eskala makroskopikoa adierazten du. Dispertsioan, berriz —eta hori da eskala mikroskopikoan gertatzen dena, adbekzioari gehitzekoa—, kutsatzaileak hamaika gorabehera izaten ditu bere joanean, bidean diren heterogeneotasunak (arrokako hutsuneen banaketa espaziala bera, kasurako, nahiz eta kausa bakarra ez den) kutsatzailea garraiobide adbektibotik aterarazten baitu eta kutsadura-muturra alboetarantz zabalarazi, irudian adierazten den bezala.

Kutsadura-iturria eta kutsatzailearen hedapena akuiferoan zehar, adbekzioz eta dispertsioz