Integración del caudal base en un modelo distribuido de cuencaestudio de las aportaciones subterráneas en ríos de montaña

Resumen

Este trabajo aborda el estudio del caudal base para su integración en un modelo hidrológico distribuido a escala de cuenca. La consideración de estas aportaciones subterráneas tiene una gran importancia en la valoración completa de los recursos hídricos disponibles a lo largo del año, pues constituyen, con frecuencia, la única contribución que se mantiene durante periodos largos ausentes de precipitación, tomando especial relevancia en el periodo estival. En este sentido, se han valorado diferentes aproximaciones a lo largo de este trabajo de investigación encaminadas al modelado de las aportaciones subterráneas a escala de cuenca en el río Guadalfeo, cuya cuenca comprende la vertiente sur de Sierra Nevada, con un comportamiento hidrológico influenciado fundamentalmente por la dinámica de la nieve. En primer lugar, se ha evaluado la viabilidad de la aplicación de códigos numéricos de flujo subterráneo en medio poroso, con el fin de mantener el carácter distribuido del modelo hidrológico en el que se integra este trabajo. Para ello, se han valorado los diferentes modelos existentes seleccionando el modelo MODFLOW (McDonald y Harbaugh, 1988) por incluir diferentes módulos independientes del programa principal que recogen procesos muy específicos del sistema simulado, como el efecto de la evapotranspiración, el estudio de la relación río-acuífero, las extracciones o recargas por pozos, la recarga por la lluvia, etc. Así, se realizaron simulaciones en diferentes acuíferos de la cuenca del Guadalfeo como el acuífero de Lújar, Escalate y Motril-Salobreña. La falta de información necesaria para la configuración de las diferentes condiciones iniciales y de contorno en dichas simulaciones ha puesto de manifiesto las grandes limitaciones en el empleo de estos modelos en cuencas mediterráneas, con información hidrogeológica muy limitada. Tan solo en el acuífero de Motril-Salobreña se ha podido caracterizar la aportación y recarga, si bien los resultados no pueden extrapolarse al resto de unidades, ni las pautas de su comportamiento, por su localización costera en la cuenca y las características de sus materiales. En segundo lugar, se ha efectuado un estudio indirecto de la relación río-acuífero en la cuenca a partir del análisis de recesión de caudales en puntos de aforo concreto. Se ha desarrollado una metodología de selección y corrección de recesiones a partir de los caudales medidos, que se apoya en el uso de un modelo hidrológico para cuantificar procesos que pueden alterar la relación almacenamiento-descarga en el acuífero, principalmente fusión de nieve, evapotranspiración y precipitación, y que ha permitido identificar y separar fragmentos de recesión a lo largo de todo el año y no sólo para los periodos estivales. La obtención de Curvas de Recesión Maestras ha permitido cuantificar los coeficientes de almacenamiento en las subcuencas de la vertiente sur de Sierra Nevada, así como diferenciar en la respuesta subterránea flujos rápidos, originados por la circulación subsuperficial a través de la red de fracturas superficiales de los materiales de esta zona, y flujos lentos debidos a la descarga desde zonas más profundas del acuífero. Los resultados identifican adecuadamente patrones comunes de comportamiento lineal asociados a la morfología superficial de las fracturas en los materiales que conforman la zona, y han caracterizado el tiempo de respuesta de este flujo con órdenes de 10 días frente a los recesos de origen más profundo, con escalas más lentas de respuesta, entre 17 y 22 días. Los resultados anteriores se han integrado como aportaciones subterráneas en un modelo hidrológico completo a escala de cuenca, con un enfoque semidistribuido que permite capturar la heterogeneidad espacial de la recarga del acuífero y su variabilidad temporal, y que considera el sistema subterráneo como un conjunto de dos depósitos acoplados con diferentes umbrales de descarga y tiempos de respuesta que reproducen los flujos subterráneos rápido y lento caracterizados previamente y que diferencia, además, materiales fracturados de materiales porosos. El modelo es fácilmente aplicable a otras cuencas a partir de información básica correspondiente a medidas de caudal y delimitación de las diferentes unidades hidrogeológicas existentes. La calibración del modelo ha permitido estimar en primera aproximación a partir de las simulaciones de los periodos 2001/02 y 2003/04 las detracciones de agua realizadas por el sistema tradicional de acequias existente en la zona, sin cuantificar propiamente hasta ahora. Finalmente, se ha realizado una validación del modelo en una zona más amplia de la cuenca, la subcuenca de Órgiva, donde las principales aportaciones en forma de caudal base se corresponden con los materiales nevado-filábrides de las subcuencas seleccionadas en el periodo de calibración, simulando el periodo comprendido entre 2001-2005. Los resultados obtenidos confirman las diferencias entre caudales observados y simulados que, de manera general, se encuentran dentro de las estimaciones de extracción por acequias supuestas para las subcuencas de Cádiar, Trevélez y Poqueira, con un caudal máximo de extracción estimado en 8.2 m3/s. El modelo aporta información muy interesante con respecto al régimen natural de caudales y los volúmenes extraídos acotando la extracción entre el 40-50 % de los caudales superficiales con magnitudes que pueden variar entre 33 hm3 en un año seco y 160 hm3 en uno húmedo. El trabajo ha permitido cuantificar la gran influencia de la fusión de nieve en el caudal base y su gran relación con la extracción antrópica. Los resultados se han completado con simulación de un escenario hipotético con aumento de temperatura del 10% y disminución de precipitación del 30% (escenario previsible para 2050, según el informe Impacts of Europe's Changing Climate-2008, elaborado por la EEA). En este escenario, las pérdidas de recursos hídricos en esta cuenca asociadas a la disminución de caudal base consecuencia de menor precipitación y fusión de la nieve, y mayor evaporación desde el suelo se han estimado entre 53 hm3 y 72 hm3. El potencial del uso de modelos con base física, aun contemplando de manera global el sistema subterráneo, han quedado por tanto patentes.