Integración del caudal base en un modelo distribuido de Cuenca. Estudio de las aportaciones subterráneas en ríos de montaña

Este trabajo aborda el estudio del caudal base para su integracion en un modelo hidrologico distribuido a escala de cuenca. La consideracion de estas aportaciones subterraneas tiene una gran importancia en la valoracion completa de los recursos hidricos disponibles a lo largo del ano, pues constituyen, con frecuencia, la unica contribucion que se mantiene durante periodos largos ausentes de precipitacion, tomando especial relevancia en el periodo estival. En este sentido, se han valorado diferentes aproximaciones a lo largo de este trabajo de investigacion encaminadas al modelado de las aportaciones subterraneas a escala de cuenca en el rio Guadalfeo, cuya cuenca comprende la vertiente sur de Sierra Nevada, con un comportamiento hidrologico influenciado fundamentalmente por la dinamica de la nieve. En primer lugar, se ha evaluado la viabilidad de la aplicacion de codigos numericos de flujo subterraneo en medio poroso, con el fin de mantener el caracter distribuido del modelo hidrologico 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 modulos independientes del programa principal que recogen procesos muy especificos del sistema simulado, como el efecto de la evapotranspiracion, el estudio de la relacion rio-acuifero, las extracciones o recargas por pozos, la recarga por la lluvia, etc. Asi, se realizaron simulaciones en diferentes acuiferos de la cuenca del Guadalfeo como el acuifero de Lujar, Escalate y Motril-Salobrena. La falta de informacion necesaria para la configuracion 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 mediterraneas, con informacion hidrogeologica muy limitada. Tan solo en el acuifero de Motril-Salobrena se ha podido caracterizar la aportacion y recarga, si bien los resultados no pueden extrapolarse al resto de unidades, ni las pautas de su comportamiento, por su localizacion costera en la cuenca y las caracteristicas de sus materiales. En segundo lugar, se ha efectuado un estudio indirecto de la relacion rio-acuifero en la cuenca a partir del analisis de recesion de caudales en puntos de aforo concreto. Se ha desarrollado una metodologia de seleccion y correccion de recesiones a partir de los caudales medidos, que se apoya en el uso de un modelo hidrologico para cuantificar procesos que pueden alterar la relacion almacenamiento-descarga en el acuifero, principalmente fusion de nieve, evapotranspiracion y precipitacion, y que ha permitido identificar y separar fragmentos de recesion a lo largo de todo el ano y no solo para los periodos estivales. La obtencion de Curvas de Recesion Maestras ha permitido cuantificar los coeficientes de almacenamiento en las subcuencas de la vertiente sur de Sierra Nevada, asi como diferenciar en la respuesta subterranea flujos rapidos, originados por la circulacion subsuperficial a traves de la red de fracturas superficiales de los materiales de esta zona, y flujos lentos debidos a la descarga desde zonas mas profundas del acuifero. Los resultados identifican adecuadamente patrones comunes de comportamiento lineal asociados a la morfologia superficial de las fracturas en los materiales que conforman la zona, y han caracterizado el tiempo de respuesta de este flujo con ordenes de 10 dias frente a los recesos de origen mas profundo, con escalas mas lentas de respuesta, entre 17 y 22 dias. Los resultados anteriores se han integrado como aportaciones subterraneas en un modelo hidrologico completo a escala de cuenca, con un enfoque semidistribuido que permite capturar la heterogeneidad espacial de la recarga del acuifero y su variabilidad temporal, y que considera el sistema subterraneo como un conjunto de dos depositos acoplados con diferentes umbrales de descarga y tiempos de respuesta que reproducen los flujos subterraneos rapido y lento caracterizados previamente y que diferencia, ademas, materiales fracturados de materiales porosos. El modelo es facilmente aplicable a otras cuencas a partir de informacion basica correspondiente a medidas de caudal y delimitacion de las diferentes unidades hidrogeologicas existentes. La calibracion del modelo ha permitido estimar en primera aproximacion 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 validacion del modelo en una zona mas amplia de la cuenca, la subcuenca de Orgiva, donde las principales aportaciones en forma de caudal base se corresponden con los materiales nevado-filabrides de las subcuencas seleccionadas en el periodo de calibracion, 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 extraccion por acequias supuestas para las subcuencas de Cadiar, Trevelez y Poqueira, con un caudal maximo de extraccion estimado en 8.2 m3/s. El modelo aporta informacion muy interesante con respecto al regimen natural de caudales y los volumenes extraidos acotando la extraccion entre el 40-50 % de los caudales superficiales con magnitudes que pueden variar entre 33 hm3 en un ano seco y 160 hm3 en uno humedo. El trabajo ha permitido cuantificar la gran influencia de la fusion de nieve en el caudal base y su gran relacion con la extraccion antropica. Los resultados se han completado con simulacion de un escenario hipotetico con aumento de temperatura del 10% y disminucion de precipitacion del 30% (escenario previsible para 2050, segun el informe Impacts of Europe's Changing Climate-2008, elaborado por la EEA). En este escenario, las perdidas de recursos hidricos en esta cuenca asociadas a la disminucion de caudal base consecuencia de menor precipitacion y fusion de la nieve, y mayor evaporacion desde el suelo se han estimado entre 53 hm3 y 72 hm3. El potencial del uso de modelos con base fisica, aun contemplando de manera global el sistema subterraneo, han quedado por tanto patentes.