Los recursos hídricos

¿Qué porcentaje aproximado del agua de la Tierra es salada? ¿Dónde se concentra la mayor parte del agua dulce?

Distingue entre agua superficial, agua subterránea y agua atmosférica, y pon un ejemplo de aprovechamiento humano de cada una.

El gráfico muestra la distribución del agua en la Tierra. El agua de ríos y lagos (marcada con «?») representa el $1.2\ \%$ del agua dulce. Calcula qué porcentaje del agua total del planeta representa y comenta qué implica esa cifra para la gestión del recurso.

¿Qué es el ciclo hidrológico? Nombra sus procesos principales y explica qué energía lo impulsa.

¿Qué es la escorrentía superficial y qué factores del terreno (pendiente, vegetación, permeabilidad) la aumentan o la reducen?

En una cuenca hidrográfica de $150\ \text{km}^2$, el balance hidrológico medio anual histórico era: precipitación $P = 750\ \text{mm/año}$, evapotranspiración real $ETR = 450\ \text{mm/año}$, infiltración eficaz hacia el acuífero $I = 150\ \text{mm/año}$ y escorrentía superficial $Es = 150\ \text{mm/año}$. En las últimas tres décadas, el $35\ \%$ de la superficie de la cuenca ha sido impermeabilizada por parques industriales y urbanizaciones.

1. a) Plantea la ecuación del balance hídrico ($P = ETR + Es + I \pm \Delta S$) y predice cualitativa y semicuantitativamente cómo se modificarán los términos $Es$ e $I$. Dibuja mentalmente y explica cómo cambiará el hidrograma de crecida del río principal (tiempo de respuesta de la cuenca y caudal pico) ante una tormenta intensa de $80\ \text{mm}$ en $4\ \text{h}$.
2. b) Las proyecciones de cambio climático prevén una disminución de la precipitación anual del $15\ \%$ y un aumento de la temperatura media de $+1.8\ ^\circ\text{C}$ (aumento de la evapotranspiración potencial). Razona por qué una reducción del $15\ \%$ en las lluvias no genera un descenso equivalente del $15\ \%$ en los caudales circulantes, sino una disminución de la escorrentía disponible proporcionalmente mucho mayor.
3. c) Diseña dos actuaciones basadas en Sistemas de Drenaje Urbano Sostenible (SUDS) que puedan integrarse en el tejido urbano de la cuenca para restablecer los valores originales de infiltración y amortiguar el riesgo de inundación.

¿Qué es un acuífero y qué propiedades de la roca (porosidad, permeabilidad) lo hacen posible?

¿Qué es el nivel freático y qué factores, como la recarga por las lluvias o el bombeo, hacen que suba o baje a lo largo del año?

Distingue entre acuífero libre y acuífero confinado. ¿Cuál de los dos puede dar pozos artesianos y por qué?

¿Qué es un manantial y qué relación tiene con un acuífero? Explica por qué algunos manantiales solo fluyen en época húmeda.

Según la ley de Darcy, el agua subterránea fluye más rápido en las gravas que en las arcillas. Explica de forma cualitativa esa ley (gradiente hidráulico y permeabilidad) y su consecuencia práctica a la hora de elegir dónde perforar un pozo.

Los nitratos agrícolas pueden tardar décadas en desaparecer de un acuífero aunque se reduzca el uso de fertilizantes. Explica el concepto de tiempo de residencia del agua subterránea y sus implicaciones para la recuperación de acuíferos contaminados.

¿Qué es la recarga artificial de acuíferos y qué técnicas se emplean (balsas de infiltración, pozos inyectores)? ¿En qué situaciones de sobreexplotación o de intrusión marina resulta especialmente útil?

En el manto eólico y marismas de Doñana, el sistema acuífero Almonte-Marismas sustenta complejos lagunares peridunares de alto valor ecológico y descarga agua dulce hacia los arroyos tributarios que alimentan la marisma.

1. a) Explica el funcionamiento hidrogeológico de una laguna peridunar (como Santa Olalla) como zona húmeda de descarga conectada al freático y predice cómo responde la dinámica hidrológica de la cubeta cuando los bombeos masivos para el cultivo de frutos rojos generan conos de depresión en las proximidades, incluso si no se bombea agua directamente de la laguna.
2. b) En la red de control hidrogeológico se constata que varios arroyos han cambiado su régimen de tramos efluentes (ganadores) a tramos influentes (perdedores), y que antiguos pozos surgentes artesianos en el borde de la marisma han dejado de manar espontáneamente. Interpreta ambos hechos en términos de gradientes hidráulicos y presiones piezométricas en los niveles confinados y semiconfinados.
3. c) Ante la degradación del humedal, se confrontan dos propuestas: construir un trasvase de aguas superficiales desde otra cuenca para mantener la superficie regada actual frente a clausurar pozos ilegales y comprar fincas agrícolas para su renaturalización. Argumenta cuál de las dos soluciones garantiza la sostenibilidad a largo plazo basándote en la resiliencia del ecosistema y los límites ecológicos del recurso.

Una cuenca hidrográfica mediterránea atraviesa un ciclo seco continuado a lo largo de cinco años. La evolución registrada por la autoridad de la cuenca es la siguiente:

• Año 1: La lluvia disminuye un $30\ \%$ respecto a la media; los embalses están al $65\ \%$ y la cosecha de secano se mantiene aceptable.

• Año 2: Persiste la escasez de precipitaciones; la humedad del suelo cae drásticamente y se pierde el $80\ \%$ del cereal de secano, aunque el río principal sigue fluyendo gracias a las descargas subterráneas de un acuífero kárstico.

• Año 3: Los embalses caen por debajo del $20\ \%$, se secan fuentes y manantiales, y la administración autoriza la apertura urgente de «pozos de sequía» en los acuíferos de cabecera para salvar el riego agrícola.

• Años 4 y 5: Las lluvias se normalizan ($100\ \%$ de la media), pero los niveles piezométricos no se recuperan, los manantiales siguen secos y varios pozos sufren problemas de subsidencia del terreno.

1. a) Identifica cronológicamente en qué años se manifiestan la sequía meteorológica, la sequía agrícola y la sequía hidrológica, justificando el desfase temporal e inercia que existe entre ellas.
2. b) Explica desde el punto de vista hidrogeológico por qué los acuíferos permitieron amortiguar el caudal en el año 2, pero sufrieron histéresis y daños mecánicos (como la compactación de formaciones acuitardas y pérdida de porosidad irreversible) tras la explotación intensiva del año 3.
3. c) Diseña un protocolo técnico para la activación de pozos de sequía: establece tres indicadores cuantitativos rigurosos (umbrales piezométricos, conductividad eléctrica del agua y caudal base ambiental) que deban cumplirse obligatoriamente para suspender de forma inmediata los bombeos de emergencia.

En una cuenca hidrográfica con embalses reguladores, las reservas almacenadas al inicio del año hidrológico son de tan solo $180\ \text{hm}^3$ debido a una sequía excepcional. Las demandas concesionales anuales en condiciones normales son:

• Abastecimiento urbano a un área metropolitana de $1\,2$ millones de habitantes: $80\ \text{hm}^3$.

• Riego de cultivos leñosos plurianuales (olivares y cítricos): $90\ \text{hm}^3$.

• Riego de cultivos herbáceos anuales (maíz y arroz): $70\ \text{hm}^3$.

• Refrigeración de una planta termoeléctrica e industria química: $20\ \text{hm}^3$.

• Caudal ecológico de reserva en el río principal: $40\ \text{hm}^3/\text{año}$ ($1.27\ \text{m}^3/\text{s}$ continuos para evitar la degradación del estuario).

1. a) La asociación de agricultores de riego exige suprimir íntegramente el caudal ecológico durante la sequía argumentando que «la ley sitúa a la agricultura por delante de los peces y el río siempre puede recuperarse después». Rebate técnicamente esta afirmación explicando por qué el caudal ecológico no es un uso consuntivo más, sino una restricción previa que condiciona a todos los demás usos según la Ley de Agua Limpia (Clean Water Act) y la legislación estatal de aguas.
2. b) Diseña una propuesta justificada de reparto y restricción de los $180\ \text{hm}^3$ entre los diferentes sectores, aplicando el orden legal de prelación de usos y justificando el porcentaje de recorte asignado a cada uno.
3. c) Justifica agronómica y económicamente por qué, dentro del sector agrario, la reducción del volumen de agua debe aplicarse de forma asimétrica y priorizar el riego de supervivencia de los cultivos leñosos frente a los cultivos herbáceos anuales.

Ordena las etapas de una planta de tratamiento de agua potable: filtración, captación, decantación, cloración y coagulación-floculación. Explica qué se elimina en cada una de ellas.

Las desaladoras de ósmosis inversa abastecen a buena parte del sureste español. Explica el principio del proceso y valora sus dos grandes costos: el consumo de energía y la gestión de la salmuera.

Una planta de tratamiento de aguas residuales con tratamiento secundario utiliza lodos activados con microorganismos. Explica en qué consiste ese tratamiento biológico y qué parámetro (DBO) permite comprobar su eficacia.

Una estación de control fluvial monitorea la calidad físico-química y biológica del agua en cuatro puntos a lo largo de un río durante el estiaje:

• Punto 1 (cabecera forestal): $\text{OD} = 9.4\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 1.2\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 3.0\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 3.5\ \text{mg/L}$; Conductividad $= 180\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecales $= 15\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Punto 2 (tras un vertido urbano sin tratamiento adecuado): $\text{OD} = 1.8\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 70\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 115\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 14\ \text{mg/L}$; Conductividad $= 820\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecales $= 95\,000\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Punto 3 ($20\ \text{km}$ aguas abajo, tras una extensa llanura aluvial de riego intensivo con fertilización mineral): $\text{OD} = 6.0\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 6\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 16\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 72\ \text{mg/L}$; Conductividad $= 2\,200\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecales $= 350\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

• Punto 4 (tras un complejo petroquímico e industrial con tratamiento físico-químico previo): $\text{OD} = 4.2\ \text{mg/L}$; $\text{DBO}_5 = 10\ \text{mg/L}$; $\text{DQO} = 160\ \text{mg/L}$; $\text{NO}_3^- = 11\ \text{mg/L}$; Conductividad $= 3\,100\ \mu\text{S/cm}$; Coliformes fecales $= 200\ \text{UFC}/100\ \text{mL}$.

1. a) Interpreta la biodegradabilidad de los vertidos comparando el cociente $\text{DBO}_5/\text{DQO}$ en los puntos 2 y 4. Justifica a qué se debe la caída crítica de oxígeno disuelto en el punto 2 mediante el modelo conceptual de autodepuración fluvial.
2. b) Diagnostica el origen de la contaminación en el punto 3 analizando los valores de nitratos y conductividad. Evalúa las consecuencias sobre la comunidad de macroinvertebrados acuáticos y razona si esta agua es apta para captación de consumo humano sin desnitrificación previa.
3. c) Diseña las líneas de tratamiento necesarias en la planta de tratamiento de aguas residuales responsable del vertido de P2 y dos medidas correctoras estructurales en las prácticas agrícolas de P3 para restituir los parámetros dentro de los límites ecológicos.

¿Qué es la huella hídrica de un producto? Compara la del trigo, la del aguacate y la de un kilo de carne de res, y explica qué debate plantea exportar productos «ricos en agua» desde regiones secas.

Una región litoral mediterránea con agricultura intensiva de cultivos tempranos y turismo masivo solicita un trasvase anual de $150\ \text{hm}^3$ desde una cuenca atlántica cuyos embalses se encuentran al $48\ \%$ de su capacidad. Como alternativa técnica, el gobierno federal plantea la construcción de dos plantas desalinizadoras por ósmosis inversa alimentadas con un parque solar fotovoltaico anexo.

1. a) Analiza los impactos hidrogeológicos y ecológicos que provocaría la detracción continuada de caudales en el tramo bajo y la desembocadura de la cuenca donante, considerando la variabilidad estacional del régimen fluvial atlántico.
2. b) Evalúa la viabilidad técnica y ambiental de la desalinización como alternativa en la zona receptora: predice dos impactos ambientales específicos de las plantas desalinizadoras (gestión del vertido de salmuera y balance energético) y justifica por qué el costo unitario del agua desalinizada suele generar rechazo entre los agricultores de riego frente a la trasvasada.
3. c) Rebate con argumentos ecológicos e hidrológicos la afirmación de la asociación de agricultores: «El agua de los ríos que desemboca en el mar es un recurso que se pierde y se desperdicia si no se trasvasa».

Una cuenca interior semiárida dispone de unos recursos renovables de $60\ \text{hm}^3/\text{año}$, frente a una demanda concesional de $75\ \text{hm}^3/\text{año}$, de los cuales el $80\ \%$ corresponde a riego tradicional por inundación. Para atajar el déficit, la administración financió la modernización integral al riego por goteo, logrando una reducción teórica del consumo en parcela del $30\ \%$. Sin embargo, tras las obras, la sobreexplotación del acuífero subyacente se ha agravado.

1. a) Explica la «paradoja de la eficiencia» (efecto rebote o paradoja de Jevons) aplicada al riego agrícola: justifica cómo influyen la reducción de los retornos de riego al acuífero y las decisiones de los agricultores (cambio a cultivos más rentables y ampliación de la superficie regada) en el empeoramiento del balance hídrico global.
2. b) La planta de tratamiento de aguas residuales del condado produce $6\ \text{hm}^3/\text{año}$ de efluente con tratamiento secundario, con una conductividad eléctrica de $2\,900\ \mu\text{S/cm}$ y $28\ \text{mg/L}$ de nitratos. Evalúa los riesgos agronómicos (fitotoxicidad, salinización del suelo) y ambientales de su uso directo en riego y deduce qué tratamientos terciarios o pautas de mezcla son obligatorios antes de su aplicación.
3. c) Diseña las líneas maestras de un plan de revisión de concesiones y derechos de agua que permita alcanzar el equilibrio cuantitativo en la cuenca, justificando qué criterios ambientales y socioeconómicos deben guiar los recortes.