Exercicis: Els recursos hídrics

Quin percentatge aproximat de l'aigua de la Terra és salada? On es concentra la major part de l'aigua dolça?

Distingeix entre aigua superficial, aigua subterrània i aigua atmosfèrica, i posa un exemple d'aprofitament humà de cadascuna.

Què és un aqüífer i quines propietats de la roca (porositat, permeabilitat) el fan possible?

Què és el cicle hidrològic? Anomena els seus processos principals i explica quina energia l'impulsa.

Què és el nivell freàtic i quins factors, com ara la recàrrega per les pluges o els bombaments, fan que pugi o baixi al llarg de l'any?

Distingeix entre aqüífer lliure i aqüífer confinat. Quin dels dos pot donar pous artesians i per què?

Què és l'escorrentia superficial i quins factors del terreny (pendent, vegetació, permeabilitat) l'augmenten o la redueixen?

Què és una deu i quina relació té amb un aqüífer? Explica per què algunes deus només ragen en època humida.

El gràfic mostra la distribució de l'aigua a la Terra. L'aigua de rius i llacs (marcada amb «?») representa el $1,2\ \%$ de l'aigua dolça. Calcula quin percentatge de l'aigua total del planeta representa i comenta què implica aquesta xifra per a la gestió del recurs.

Ordena les etapes d'una estació de tractament d'aigua potable: filtració, captació, decantació, cloració i coagulació-floculació. Explica què s'elimina en cadascuna d'elles.

Una depuradora amb tractament secundari utilitza fangs actius amb microorganismes. Explica en què consisteix aquest tractament biològic i quin paràmetre (DBO) permet comprovar-ne l'eficàcia.

Segons la llei de Darcy, l'aigua subterrània flueix més ràpid a les graves que a les argiles. Explica de manera qualitativa aquesta llei (gradient hidràulic i permeabilitat) i la seva conseqüència pràctica a l'hora de triar on perforar un pou.

Què és la recàrrega artificial d'aqüífers i quines tècniques s'empren (basses d'infiltració, pous injectors)? En quines situacions de sobreexplotació o d'intrusió marina resulta especialment útil?

Què és la petjada hídrica d'un producte? Compara la del blat, la de l'alvocat i la d'un quilo de carn de boví, i explica quin debat planteja exportar productes «rics en aigua» des de regions seques.

Les dessaladores d'osmosi inversa proveeixen una bona part del sud-est espanyol. Explica el principi del procés i valora els seus dos grans costos: el consum d'energia i la gestió de la salmorra.

Els nitrats agrícoles poden trigar dècades a desaparèixer d'un aqüífer encara que es redueixi l'adobament. Explica el concepte de temps de residència de l'aigua subterrània i les seves implicacions per a la recuperació d'aqüífers contaminats.

Una comarca litoral mediterrània amb agricultura intensiva primerenca i turisme massiu sol·licita un transvasament anual de $150\ \text{hm}^3$ des d'una conca atlàntica els embassaments de la qual es troben al $48\ \%$ de la seva capacitat. Com a alternativa tècnica, el Ministeri planteja la construcció de dues plantes dessalinitzadores per osmosi inversa alimentades amb un parc solar fotovoltaic annex.

1. a) Analitza els impactes hidrogeològics i ecològics que provocaria la detracció continuada de cabals en el tram baix i la desembocadura de la conca cedent, considerant la variabilitat estacional del règim fluvial atlàntic.
2. b) Avalua la viabilitat tècnica i ambiental de la dessalinització com a alternativa a la zona receptora: prediu dos impactes ambientals específics de les dessalinitzadores (gestió de l'abocament de salmorra i balanç energètic) i justifica per què el cost unitari de l'aigua dessalinitzada sol generar rebuig entre els regants enfront de la transvasada.
3. c) Rebat amb arguments ecològics i hidrològics l'afirmació del sindicat agrari: «L'aigua dels rius que desemboca al mar és un recurs que es perd i es malgasta si no es transvasa».

Un aqüífer lliure costaner format per sorres permeables proveeix un municipi turístic i $400\ \text{ha}$ de regadiu. Històricament, el nivell freàtic en un piezòmetre situat a $600\ \text{m}$ de la línia de costa es mantenia estable a $+2,5\ \text{m}$ sobre el nivell del mar. Després de cinc anys de sobreexplotació estival, el nivell en aquest piezòmetre ha descendit a $+0,5\ \text{m}$, registrant-se una conductivitat de $5\,200\ \mu\text{S/cm}$ a les captacions agrícoles.

1. a) Aplicant la relació de Ghyben-Herzberg ($\text{densitat de l'aigua dolça} = 1\,000\ \text{kg/m}^3$ i $\text{densitat de l'aigua de mar} = 1\,025\ \text{kg/m}^3$), calcula a quina profunditat teòrica sota el nivell del mar se situava la interfície aigua dolça-aigua salada abans i després del descens freàtic. Explica quin procés hidrogeològic ha patit el con d'intrusió marina.
2. b) Davant la salinització, una comunitat d'usuaris proposa aprofundir els sondejos existents en $25\ \text{m}$ addicionals per «buscar aigua més neta al fons de l'aqüífer». Justifica tècnicament per què aquesta mesura acceleraria la ruïna de l'aqüífer.
3. c) Dissenya una estratègia hidrològica combinada per frenar la cunya salina i recuperar la qualitat de l'aigua subterrània, avaluant l'eficàcia d'implantar una barrera hidràulica mitjançant injecció profunda d'aigua regenerada enfront de la reubicació d'extraccions cap a l'interior.

Una conca interior semiàrida disposa d'uns recursos renovables de $60\ \text{hm}^3/\text{any}$, enfront d'una demanda concessional de $75\ \text{hm}^3/\text{any}$, dels quals el $80\ \%$ correspon a regadiu tradicional per inundació. Per aturar el dèficit, l'administració va finançar la modernització integral al reg per degoteig, assolint una reducció teòrica del consum en parcel·la del $30\ \%$. Tanmateix, després de les obres, la sobreexplotació de l'aqüífer subjacent s'ha agreujat.

1. a) Explica la «paradoxa de l'eficiència» (efecte rebot o paradoxa de Jevons) aplicada al regadiu: justifica com influeixen la reducció dels retorns de reg a l'aqüífer i les decisions dels agricultors (canvi a conreus més rendibles i ampliació de superfície regada) en l'empitjorament del balanç hídric global.
2. b) L'estació depuradora comarcal (EDAR) produeix $6\ \text{hm}^3/\text{any}$ d'efluent amb tractament secundari, amb una conductivitat elèctrica de $2\,900\ \mu\text{S/cm}$ i $28\ \text{mg/L}$ de nitrats. Avalua els riscos agronòmics (fitotoxicitat, salinització del sòl) i ambientals del seu ús directe en reg i dedueix quins tractaments terciaris o pautes de barreja són obligatoris abans de la seva aplicació.
3. c) Dissenya les línies mestres d'un pla de revisió de concessions i drets d'aigua que permeti assolir l'equilibri quantitatiu a la conca, justificant quins criteris ambientals i socioeconòmics han de guiar les retallades.

En una conca vessant de $150\ \text{km}^2$, el balanç hidrològic mitjà anual històric era: precipitació $P = 750\ \text{mm/any}$, evapotranspiració real $ETR = 450\ \text{mm/any}$, infiltració eficaç cap a l'aqüífer $I = 150\ \text{mm/any}$ i escorriment superficial $Es = 150\ \text{mm/any}$. En les últimes tres dècades, el $35\ \%$ de la superfície de la conca ha estat impermeabilitzada per polígons industrials i urbanitzacions.

1. a) Planteja l'equació del balanç hídric ($P = ETR + Es + I \pm \Delta S$) i prediu qualitativament i semicuantitativament com es modificaran els termes $Es$ i $I$. Dibuixa mentalment i explica com canviarà l'hidrograma de crescuda del riu principal (temps de resposta de la conca i cabal punta) davant d'un episodi de gota freda de $80\ \text{mm}$ en $4\ \text{h}$.
2. b) Les projeccions de canvi climàtic preveuen una baixada de la precipitació anual del $15\ \%$ i un increment de la temperatura mitjana de $+1,8\ ^\circ\text{C}$ (augment de l'evapotranspiració potencial). Raona per què una reducció del $15\ \%$ en les pluges no genera un descens equivalent del $15\ \%$ en els cabals circulants, sinó una minva de l'escorriment disponible proporcionalment molt superior.
3. c) Dissenya dues actuacions basades en Sistemes de Drenatge Sostenible (SUDS) que puguin integrar-se en el teixit urbà de la conca per restablir els valors originals d'infiltració i esmorteir el risc d'inundació.

Al mantell eòlic i les maresmes de Doñana, el sistema aqüífer Almonte-Marismas manté complexos lagunars peridunars d'alt valor ecològic i descarrega aigua dolça cap als rierols tributaris que alimenten la maresma.

1. a) Explica el funcionament hidrogeològic d'una llacuna peridunar (com Santa Olalla) com a zona humida de descàrrega connectada al freàtic i prediu com respon la dinàmica hidrològica de la cubeta quan els bombaments massius per al conreu de fruits vermells generen cons de depressió a les proximitats, fins i tot si no es bomba aigua directament de la llacuna.
2. b) A la xarxa de control hidrogeològic es constata que diversos rierols han canviat el seu règim de trams efluents (guanyadors) a trams influents (perdedors), i que antics pous surgents artesians a la vora de la maresma han deixat de brollar espontàniament. Interpreta ambdós fets en termes de gradients hidràulics i pressions piezomètriques en els nivells confinats i semiconfinats.
3. c) Davant la degradació de l'aiguamoll, es confronten dues propostes: construir un transvasament d'aigües superficials des d'una altra conca per mantenir la superfície regada actual enfront de clausurar pous il·legals i comprar finques agrícoles per a la seva renaturalització. Argumenta quina de les dues solucions garanteix la sostenibilitat a llarg termini basant-te en la resiliència de l'ecosistema i els límits ecològics del recurs.

Una conca hidrogràfica mediterrània travessa un cicle sec continuat al llarg d'un lustre. L'evolució registrada per l'organisme de conca és la següent:

• Any 1: La pluja disminueix un $30\ \%$ respecte a la mitjana; els embassaments estan al $65\ \%$ i la collita de secà es manté acceptable.

• Any 2: Persisteix l'escassetat de precipitacions; la humitat del sòl cau dràsticament i es perd el $80\ \%$ del cereal de secà, tot i que el riu principal continua fluint gràcies a les descàrregues subterrànies d'un aqüífer càrstic.

• Any 3: Els embassaments cauen per sota del $20\ \%$, s'assequen fonts i deus, i l'administració autoritza l'obertura urgent de «pous de sequera» als aqüífers de capçalera per salvar el regadiu.

• Anys 4 i 5: Les pluges es normalitzen ($100\ \%$ de la mitjana), però els nivells piezomètrics no es recuperen, les deus continuen seques i diversos pous pateixen problemes de subsidència del terreny.

1. a) Identifica cronològicament en quins anys es manifesten la sequera meteorològica, la sequera agrícola i la sequera hidrològica, justificant el desfasament temporal i la inèrcia que hi ha entre elles.
2. b) Explica des del punt de vista hidrogeològic per què els aqüífers van permetre esmorteir el cabal l'any 2, però van patir histèresi i danys mecànics (com la compactació de formacions aquitardes i pèrdua de porositat irreversible) després de l'explotació intensiva de l'any 3.
3. c) Dissenya un protocol tècnic per a l'activació de pous de sequera: estableix tres indicadors quantitatius rigorosos (llindars piezomètrics, conductivitat elèctrica de l'aigua i cabal base ambiental) que s'hagin de complir obligatòriament per suspendre de manera immediata els bombaments d'emergència.

Una estació de control fluvial monitora la qualitat fisicoquímica i biològica de l'aigua en quatre punts al llarg d'un riu durant l'estiatge:

• Punt 1 (capçalera forestal): $\text{OD} = 9,4\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 1,2\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 3,0\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 3,5\ \text{mg/L}$; Conductivitat $= 180\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecals $= 15\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Punt 2 (després d'un abocament urbà sense tractament adequat): $\text{OD} = 1,8\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 70\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 115\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 14\ \text{mg/L}$; Conductivitat $= 820\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecals $= 95\,000\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Punt 3 ($20\ \text{km}$ aigües avall, després d'una extensa horta de regadiu intensiu amb fertilització mineral): $\text{OD} = 6,0\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 6\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 16\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 72\ \text{mg/L}$; Conductivitat $= 2\,200\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecals $= 350\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Punt 4 (després d'un polígon petroquímic i industrial amb tractament fisicoquímic previ): $\text{OD} = 4,2\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 10\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 160\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 11\ \text{mg/L}$; Conductivitat $= 3\,100\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecals $= 200\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

1. a) Interpreta la biodegradabilitat dels abocaments comparant el quocient $\text{DBO}_5/\text{DQO}$ als punts 2 i 4. Justifica a què es deu la caiguda crítica d'oxigen dissolt al punt 2 mitjançant el model conceptual d'autodepuració fluvial.
2. b) Diagnostica l'origen de la contaminació al punt 3 analitzant els valors de nitrats i conductivitat. Avalua les conseqüències sobre la comunitat de macroinvertebrats aquàtics i raona si aquesta aigua és apta per a captació de consum humà sense desnitrificació prèvia.
3. c) Dissenya les línies de tractament necessàries a la depuradora responsable de l'abocament de P2 i dues mesures correctores estructurals en les pràctiques agràries de P3 per restituir els paràmetres dins dels límits ecològics.

En una conca hidrogràfica amb embassaments reguladors, les reserves emmagatzemades a l'inici de l'any hidrològic són de tan sols $180\ \text{hm}^3$ a causa d'una sequera excepcional. Les demandes concessionals anuals en condicions normals són:

• Abastament urbà a una conurbació d'$1\,2$ milions d'habitants: $80\ \text{hm}^3$.

• Regadiu de conreus llenyosos pluriennals (olivar de regadiu i cítrics): $90\ \text{hm}^3$.

• Regadiu de conreus herbacis anuals (blat de moro i arròs): $70\ \text{hm}^3$.

• Refrigeració d'una central tèrmica i indústria química: $20\ \text{hm}^3$.

• Cabal ecològic de reserva al riu principal: $40\ \text{hm}^3/\text{any}$ ($1,27\ \text{m}^3/\text{s}$ continus per evitar la degradació de l'estuari).

1. a) L'associació de regants exigeix suprimir íntegrament el cabal ecològic durant la sequera argumentant que «la llei situa l'agricultura per davant dels peixos i el riu sempre pot recuperar-se després». Rebat tècnicament aquesta afirmació explicant per què el cabal ecològic no és un ús consuntiu més, sinó una restricció prèvia que condiciona tots els altres usos segons la Directiva Marc de l'Aigua i la Llei d'Aigües.
2. b) Dissenya una proposta justificada de repartiment i restricció dels $180\ \text{hm}^3$ entre els diferents sectors, aplicant l'ordre legal de prelació d'usos i justificant el percentatge de retallada assignat a cadascun.
3. c) Justifica agronòmicament i econòmicament per què, dins del sector agrari, la reducció del volum d'aigua s'ha d'aplicar de manera asimètrica i prioritzar el reg de supervivència dels conreus llenyosos enfront dels conreus herbacis anuals.