MODELACIÓN DE ACUÍFEROS EN LA CUENCA HIDROGRÁFICA DEL ALTO GUADIANA MEDIANTE EL MÉTODO DE AUTOVALORES. APLICACIÓN PARA EL MODELO SIMGES Agosto 2010 INDICE INDICE ................................................................................................... 2 INDICE DE FIGURAS ................................................................................ 3 INDICE DE TABLAS .................................................................................. 4 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................... 5 2. INFORMACIÓN DE PARTIDA .................................................................. 5 3. MODELO SIMGES DEL ALTO GUADIANA .................................................. 6 4. MÉTODO DE LOS AUTOVALORES............................................................ 9 4.1. Diseño del modelo de simulación de aguas subterráneas ..................... 9 4.2. Calibración del modelo .................................................................. 10 4.2.1. Discretización del acuífero, condiciones de contorno y condiciones iniciales .......................................................................................... 10 4.2.2. Acciones elementales y parámetros de control ........................... 13 4.2.3. Resultados de la simulación histórica ........................................ 16 4.3. Datos de entrada para el modelo de autovalores en Simges .............. 26 5. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO AUTOVALORES EN SIMGES ................... 27 2 INDICE DE FIGURAS Figura 1: Modelo Simges del Alto Guadiana ................................................. 6 Figura 2: Acuífero de Rus-Valdelobos ......................................................... 7 Figura 3: Resultados de la simulación actual con SIMGES ............................. 8 Figura 4: Masas de agua subterráneas ..................................................... 10 Figura 5: Discretización para el modelo de los autovalores en régimen permanente .......................................................................................... 11 Figura 6: Discretización para el modelo de los autovalores en régimen transitorio ............................................................................................. 13 Figura 7: Curva de distribución mensual para la recarga neta ...................... 14 Figura 8: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental (incluye RusValdelobos) ........................................................................................... 18 Figura 9: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental I ......................... 19 Figura 10: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental II ...................... 20 Figura 11: Almacenamiento relativo en Rus-Valdelobos .............................. 21 Figura 12: Flujo hacia el río Júcar ............................................................ 22 Figura 13: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental (sin drenaje) ...... 23 Figura 14: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental I (sin drenaje) .... 24 Figura 15: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental II (sin drenaje) ... 24 Figura 16: Almacenamiento relativo en Rus-Valdelobos (sin drenaje) ........... 25 Figura 17: Flujo hacia el río Júcar (sin drenaje) ......................................... 26 Figura 18: Insertar acuífero con autovalores en Simges .............................. 27 Figura 19: Lectura del archivo AltoGuad.acu ............................................. 28 Figura 20: Conexión del acuífero de autovalores con el modelo Simges ........ 29 Figura 21: Resultados de Simges. Recarga neta del acuífero ....................... 30 Figura 22: Resultados de Simges. Filtraciones del río ................................. 30 Figura 23: Resultados de Simges. Suministro superficial y subterráneo a demanda .............................................................................................. 31 Figura 24: Resultados de Simges. Volumen en Mancha Occidental I ............. 31 3 INDICE DE TABLAS Tabla 1: Ancho de filas y columnas de las celdas del modelo ....................... 11 Tabla 2: Transmisividad y coeficiente de almacenamiento de las masas de agua .................................................................................................... 12 4 1. INTRODUCCIÓN Esta tarea se incluye dentro de los trabajos encomendados por la Confederación Hidrográfica del Guadiana (en adelante, CHG) a la Asistencia técnica para el apoyo a las Confederaciones Hidrográficas en las cuestiones relativas a la modelación de sistemas de recursos hídricos para la elaboración de los Planes Hidrológicos de Cuenca (Asistencia Aquatool de TRAGSATEC) para la modelación de las masas de agua subterránea pertenecientes a la cuenca del Alto Guadiana mediante el método de los autovalores y su posterior inclusión en los modelos de simulación de cuenca mediante el SSD Aquatool. Para analizar un sistema de recursos hídricos interesa conocer tanto el estado de las aguas superficiales como el estado de las masas de agua subterráneas asociadas. Por todos es conocido el papel fundamental que implica el aprovechamiento de los recursos subterráneos en las tareas de planificación hidrológica. Los acuíferos suponen una importante fuente de recursos en el sistema y por tanto, deben ser analizados junto con las interacciones que se producen con el resto del sistema (conexiones con los ríos, manantiales y humedales, efecto de los bombeos y recargas, etc.). Es necesario establecer el uso de modelos de acuíferos que permitan evaluar tanto los niveles piezométricos como los intercambios de flujo con el sistema superficial con el grado de detalle deseado y con un coste computacional bajo para poder ser integrados en un modelo global de gestión de cuencas. El objetivo por tanto de este trabajo consiste en la obtención de un modelo subterráneo de los acuíferos del Alto Guadiana basado en el método de autovalores a partir de la información recabada y los resultados proporcionados por el modelo de flujo de agua subterránea utilizado en la Oficina de Planificación Hidrológica de la CHG. Una vez construido y calibrado dicho modelo se conectará con el modelo de simulación superficial para crear un modelo de uso conjunto. 2. INFORMACIÓN DE PARTIDA Los antecedentes de estudios en esta zona son extremadamente numerosos. Los estudios de referencia que han servido de ayuda para la elaboración de este trabajo han sido: Mejora del conocimiento hidrológico e hidrogeológico del Alto Guadiana, realizado por la CHG. Encomienda de gestión para la realización de trabajos científico-técnicos de apoyo a la sostenibilidad y protección de las aguas subterráneas, en particular, la Actividad 4: Identificación y caracterización de la interrelación que se presenta entre aguas subterráneas, cursos fluviales, descargas por manantiales, zonas húmedas y otros ecosistemas 5 naturales de especial interés hídrico para la Demarcación Hidrográfica del Guadiana, realizado por el Instituto Geológico y Minero de España. En los trabajos de Mejora del conocimiento hidrológico e hidrogeológico del Alto Guadiana se describe el modelo de flujo de agua subterránea que está siendo utilizado en la Oficina de Planificación Hidrológica de la CHG y que ha sido construido mediante la herramienta MODFLOW. En el presente trabajo se elude con frecuencia al modelo Visual Modflow ya que se ha tomado como referencia en este estudio. 3. MODELO SIMGES DEL ALTO GUADIANA En el modelo Simges del Alto Guadiana actualmente están modeladas diez masas de agua subterráneas que son: Lillo-Quintanar, Consuegra-Villacañas, Sierra de Altomira, La Obispalía, Rus-Valdelobos, Campo de Montiel, Campo de Calatrava, Mancha Occidental I, Mancha Occidental II y Aroche-Jarabugo. En la siguiente figura se muestra un esquema del actual modelo de simulación. Figura 1: Modelo Simges del Alto Guadiana Estas masas de agua se han modelado como acuífero de tipo depósito. Habitualmente esta forma de modelar se utiliza en acuíferos que no están conectados hidráulicamente con el sistema superficial y en los que únicamente interesa conocer un parámetro de indicación de su estado de llenado y vaciado (volumen almacenado). Los datos a aportar son el volumen inicial y la recarga 6 natural del acuífero que se incluye mediante 12 datos de recarga media mensual. Como ejemplo se ha tomado el acuífero de Rus-Valdelobos. Figura 2: Acuífero de Rus-Valdelobos En el modelo de este acuífero se han considerado tres demandas cuyo suministro es mayoritariamente superficial, que son D. 5-A5, D. I-2ª y D. R3A. En aquellos meses en los que el recurso superficial es inferior al volumen demandado se permiten los bombeos en el acuífero, definiéndose además un caudal máximo de bombeo (hm3/mes) diferente según cada demanda. Para considerar las filtraciones que se producen en el río y que llegan al acuífero se ha modelado como un tramo de río tipo 2 (denominado C2-1 en el modelo) en el que se define una ley de filtraciones del tipo QFiltración = a + b · Qc. Esta metodología de trabajo implica por una parte, repetir los doce valores mensuales de recarga de lluvia durante todo el periodo de simulación, de esta forma no se refleja la variabilidad anual de la recarga en el acuífero. Por otro lado, se ha definido también un parámetro de control del bombeo en el acuífero de 4.477 hm3, de forma que el bombeo queda suspendido en el 7 momento en que el volumen almacenado en el acuífero es inferior a este valor y únicamente se puede bombear el mismo valor que se recarga. En la Figura 3 se presenta los resultados obtenidos con el actual modelo de simulación Simges. Figura 3: Resultados de la simulación actual con SIMGES Con el fin de mejorar la calidad de los resultados del modelo de simulación de forma que se consiga reflejar el uso conjunto que se está haciendo en la zona de las aguas superficiales y subterráneas se propone simular los acuíferos del Alto Guadiana mediante el método de los autovalores. Los aspectos más importantes, así como las principales ventajas que presenta este tipo de simulación se describen en el apartado siguiente. 8 4. MÉTODO DE LOS AUTOVALORES En este punto se pretende reflejar lo descrito en el apartado anterior pero particularizando para los acuíferos del Alto Guadiana. Como herramienta de cálculo se plantea un modelo simplificado de autovalores. Para la aplicación del método se ha utilizado el programa Aquival incluido en el módulo SSD Aquatool. 4.1. Diseño del modelo de simulación de aguas subterráneas El método de los autovalores se utiliza en aquellos acuíferos conectados con el río para los que se considera necesario el uso de un modelo de parámetros distribuidos. Consecuentemente se requiere una localización detallada de las acciones que se ejercen sobre dichos acuíferos, así como de las respuestas del acuífero. Se ha demostrado que el método de los autovalores (Andreu y Sahuquillo, 19871) es el más eficiente para sistemas que puedan ser supuestos lineales, en los que interesa conocer unas pocas respuestas (parámetros de control) y sobre los que se ejerzan unas pocas acciones que puedan ser descritas como combinaciones lineales de unas acciones unitarias predeterminadas (acciones elementales). La aplicación del método de los autovalores permite integrar en un único modelo las transferencias entre las distintas celdas en las que se ha discretizado el acuífero, reflejar el efecto de las extracciones producidas por los bombeos, así como plantear escenarios futuros (por ejemplo, el trasvase de del Sistema Tajo). Los pasos a seguir son: a) Definición de las características hidrodinámicas del acuífero (transmisividades, coeficiente de almacenamiento), así como de su geometría y de las condiciones de contorno e iniciales. b) Confección de una malla de diferencias finitas o elementos finitos adaptada a la forma del acuífero. c) Definición de acciones elementales. d) Definición de los parámetros de control. e) Definición de la simulación. Andreu, J. y A. Sahuquillo, “Efficient Aquifer Simulation in Complex Systems”, Journal Water Plann. And Manag. Vol. 113, No.1, 1987 1 9 4.2. Calibración del modelo 4.2.1. Discretización del acuífero, condiciones de contorno y condiciones iniciales Para el desarrollo de este punto ha sido necesario recurrir a los trabajos de Mejora del conocimiento hidrológico e hidrogeológico del Alto Guadiana, de forma que todos aquellos datos de entrada requeridos para la construcción del modelo de autovalores son los considerados en el modelo de flujo de agua subterránea que está siendo utilizado en la Oficina de Planificación Hidrológica de la CHG y que ha sido construido mediante la herramienta MODFLOW. En la Figura 4 se muestra la localización de las masas de agua subterráneas que forman el Sistema Alto Guadiana. En el modelo Visual Modflow que se ha tomado como información de partida no se han considerado las masas de agua Campo de Calatrava y Bullaque, por considerarse impermeables, ni el Aluvial de Jabalón y el Aluvial de Azuer por su escasa extensión; del mismo modo en el modelo de autovalores tampoco se consideran. Figura 4: Masas de agua subterráneas 10 Se ha optado por trabajar con dos modelos de autovalores en paralelo. De esta forma se tendrá un modelo de partida, simulado en régimen permanente, cuyos resultados permitirán realizar una segunda simulación en régimen transitorio (modelo de calentamiento). Ambos modelos tienen características comunes. En ambos casos, se ha trabajado con una discretización similar a la utilizada en el método de diferencias finitas asemejando cada masa de agua a un número determinado de celdas rectangulares siendo cada uno de ellos de diferente tamaño. Con la intención de reflejar la influencia que los bombeos en la Mancha Oriental (perteneciente a la Confederación Hidrográfica del Júcar, en adelante CHJ) ejercen sobre el flujo subterráneo del Alto Guadiana se ha incluido en el modelo la masa de agua subterránea Mancha Oriental y el río Júcar. Las principales diferencias entre ambos modelos se describen a continuación: Modelo de autovalores definido para el régimen permanente Este modelo se ha utilizado para obtener un vector de estado que sirva como condición inicial para la simulación del régimen transitorio. La siguiente figura representa el mallado del modelo de autovalores para el régimen permanente. El modelo ha sido definido mediante 6 filas y 8 columnas. Para la definición de la geometría es necesario establecer la longitud x e y de cada una de las celdas (ver Tabla 1). LA OBISPALÍA LILLO-QUINTANAR SIERRA DE ALTOMIRA CONSUEGRA-VILLACAÑAS RUSVALDELOBOS MANCHA ORIENTAL MANCHA II MANCHA I CAMPO DE MONTIEL Figura 5: Discretización para el modelo de los autovalores en régimen permanente Longitud Y (m) 14400 34560 28800 18720 21600 28800 Longitud X (m) 21600 17280 28800 33120 23040 50000 50000 5000 Tabla 1: Ancho de filas y columnas de las celdas del modelo 11 Las celdas de color gris representan las celdas inactivas, las celdas azul oscuro son celdas de nivel constante y las restantes son las celdas activas. Tal y como se ha comentado en párrafos anteriores se ha incluido la masa de agua subterránea Mancha Oriental y el río Júcar, éste último a la derecha de la Mancha Oriental y como una celda de nivel constante. Por otro lado y para considerar también las salidas de los acuíferos del Alto Guadiana hacia el río Guadiana se ha añadido también una celda de nivel constante a la derecha del modelo. Se deben introducir además los datos de transmisividad entre filas, entre columnas, el coeficiente de almacenamiento, las alturas iniciales y los niveles externos en caso de conocerlos. A continuación se presenta una tabla con los valores de cada una de las variables anteriores: Masa de agua Transmisividad (m2/día) Obispalía Altomira Lillo-Quintanar Consuegra-Villacañas Río Guadiana Mancha Occidental I Mancha Occidental II Campo de Montiel Rus-Valdelobos Mancha Oriental Río Júcar 15000 800 2000 5 12600 12600 91200 1160 2000 6000 10000 Coeficiente de almacenamiento (adim) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.08 0.08 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 Tabla 2: Transmisividad y coeficiente de almacenamiento de las masas de agua El hecho de no disponer información acerca de las alturas iniciales ni de los niveles externos, obliga a utilizar la simulación en régimen permanente para la obtención de las alturas piezométricas de las masas de agua una vez alcanzado el equilibrio. Este dato se utilizará en simulaciones posteriores. Modelo de autovalores definido para el régimen transitorio Este modelo toma como datos de partida los resultados obtenidos del anterior modelo definido en régimen permanente. La siguiente figura representa el mallado del modelo de autovalores para el régimen transitorio. A diferencia del modelo en régimen permanente, este modelo se va a utilizar para plantear una serie de escenarios futuros. Uno de estos escenarios puede ser el siguiente: debido a la intensa explotación del acuífero se ha producido un cambio en las direcciones del flujo y se considera por ende, que ya no se producen las salidas de los acuíferos del Alto Guadiana hacia el río Guadiana y por tanto, para esta simulación, se eliminaría la celda de nivel constante situada a la derecha del modelo. En cuanto al resto de parámetros, éstos coincidirían con los utilizados en la Tabla 2. 12 LA OBISPALÍA LILLO-QUINTANAR SIERRA DE ALTOMIRA CONSUEGRA-VILLACAÑAS RUSVALDELOBOS MANCHA ORIENTAL MANCHA II MANCHA I CAMPO DE MONTIEL Figura 6: Discretización para el modelo de los autovalores en régimen transitorio En cada una de las masas se han incluido sus respectivos bombeos. Mención especial merece la masa de agua Mancha Oriental, ya que ésta se ha considerado dividida en dos zonas para distinguir los bombeos se efectúan en zonas alejadas del río. Además, y como resultado de la simulación en régimen permanente, se han incluido las alturas piezométricas en cada una de las celdas de la simulación. De esta forma se dispone de una condición inicial y se obtiene un vector de estado inicial necesario para la resolución del método de los autovalores. 4.2.2. Acciones elementales y parámetros de control Mediante las acciones elementales se definen los tipos de acciones a las que se somete al acuífero, como puede ser recarga de lluvia, bombeos, retornos de riego, etc. Para una mayor simplicidad del modelo se introduce un único valor de la recarga neta para cada una de las masas de agua consideradas en el mismo. El valor de la recarga neta implica varios términos como son la recarga por infiltración de lluvia y la procedente de las filtraciones de los ríos a los que hay que restarle otros términos como son la evapotranspiración, el drenaje hacia los ríos y las extracciones por bombeos que afectan a cada una de las masas de agua. Los valores de todos estos parámetros coinciden con los empleados en el modelo Visual Modflow que se ha utilizado como referencia en este estudio. Dado que el método de los autovalores se ha aplicado a escala mensual y la fuente de datos de cada uno de los términos es anual es necesario aplicar una curva de distribución mensual (ver Figura 7). 13 Curvas de distribución mensual 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% oct nov dic ene feb mar abr may Recarga de lluvia Extracciones Drenaje hacia los ríos Recarga desde los ríos jun jul ago sep ETR Figura 7: Curva de distribución mensual para la recarga neta La curva de distribución de la recarga de lluvia muestra como ésta se produce exclusivamente durante los meses de octubre a abril, siendo nula la recarga de lluvia durante los meses de verano. Estos valores coinciden con la curva teórica de recarga utilizada en el modelo Visual Modflow para la estación de Alcázar de San Juan. En el caso de las extracciones se ha estimado una curva de distribución de los bombeos de acuerdo con la hipótesis utilizada en el modelo Visual Modflow y es que el 75% de las extracciones se produce en los meses de julio, agosto y septiembre, el periodo de mayor déficit hídrico del año y cuando es menos probable que se produzca infiltración neta del agua regada, al ser aprovechada en su práctica totalidad por los cultivos. Para el cálculo de la evapotranspiración se ha tomado como ejemplo la estación de Ciudad Real, y de acuerdo con los datos históricos de la AEMET se obtiene una evapotranspiración real de 343 mm anuales. La estimación de la distribución mensual del drenaje hacia los ríos así como de la recarga procedente de las filtraciones de los ríos adquiere cierta complejidad dada la existencia y la estacionalidad de los tramos ganadores y/o perdedores en un mismo río. Por esta razón se ha recurrido a los resultados del modelo Visual Modflow para expresar esta distribución. 14 Todas estas acciones que se han agrupado bajo el término de recarga neta van a ser diferentes en función de si trabajamos en régimen permanente o transitorio. Modelo de autovalores definido para el régimen permanente Las acciones elementales consideradas en el régimen permanente son la agrupación de la recarga por infiltración de lluvia, la evapotranspiración, el drenaje hacia los ríos y la recarga procedente de las filtraciones de los ríos. Se ha definido una recarga neta para cada una de las masas de agua. Éstas han sido: - Recarga neta de La Obispalía - Recarga neta de Sierra de Altomira - Recarga neta de Lillo-Quintanar - Recarga neta de Consuegra-Villacañas - Recarga neta de Rus-Valdelobos - Recarga neta de Mancha Occidental I - Recarga neta de Mancha Occidental II - Recarga neta de Campo de Montiel - Recarga neta de Mancha Oriental Cada una de estas acciones afecta a una serie de celdas dentro del mallado empleado en el modelo de autovalores (ver Figura 5). Modelo de autovalores definido para el régimen transitorio Las acciones elementales consideradas en el régimen transitorio son la agrupación de la recarga por infiltración de lluvia, la evapotranspiración, el drenaje hacia los ríos, la recarga procedente de las filtraciones de los ríos y los bombeos que afectan a cada una de las masas de agua. Las acciones elementales consideradas en el régimen transitorio coinciden espacialmente con las empleadas en el régimen permanente a excepción del tratamiento que se le ha dado a la recarga de la Mancha Oriental ya que ésta se encuentra dividida en dos zonas para destacar que los bombeos se efectúan en las celdas alejadas del río, mientras que el resto de la recarga se efectúa en toda la extensión de la masa de agua. Éstas han sido: - Recarga neta de La Obispalía - Recarga neta de Sierra de Altomira - Recarga neta de Lillo-Quintanar - Recarga neta de Consuegra-Villacañas - Recarga neta de Rus-Valdelobos - Recarga neta de Mancha Occidental I - Recarga neta de Mancha Occidental II - Recarga neta de Campo de Montiel - Recarga de Mancha Oriental - Bombeo de Mancha Oriental 15 Cada una de estas acciones afecta a una serie de celdas dentro del mallado empleado en el modelo de autovalores (ver Figura 6). Con los parámetros de control se definen las variables cuyo seguimiento puede ser interesante, ya sea a efectos de información o a efectos de influir en la gestión que se realice del acuífero. Como ya se ha comentado con anterioridad, algunos de los parámetros de control obtenidos del régimen permanente se han incluido a posteriori como datos de entrada para el modelo en régimen transitorio. Modelo de autovalores definido para el régimen permanente Los parámetros de control empleados han sido: - Flujo de salida a nivel constante. Para estimar el flujo hacia el río Júcar - Volumen en La Obispalía - Volumen en Sierra de Altomira - Volumen en Lillo-Quintanar - Volumen en Consuegra-Villacañas - Volumen en Rus-Valdelobos - Volumen en Mancha Occidental I - Volumen en Mancha Occidental II - Volumen en Campo de Montiel - Volumen en Mancha Oriental - Altura piezométrica en todas las celdas activas del modelo. El resultado obtenido de este parámetro de control se emplea como dato de entrada en el modelo en régimen transitorio Modelo de autovalores definido para el régimen transitorio En el régimen transitorio los parámetros de control requeridos coinciden con los empleados en el régimen permanente a excepción de las alturas piezométricas, que en el régimen alterado no se han considerado. 4.2.3. Resultados de la simulación histórica Una vez finalizada la fase de recopilación de información acerca de las características hidrodinámicas del acuífero, se ha preparado una discretización del mismo y se han definidos las acciones elementales y los parámetros de control ya es posible ejecutar el modelo y definir una serie de escenarios. Los resultados obtenidos en cada una de las simulaciones planteadas se muestran a continuación: Modelo de autovalores definido para el régimen permanente El objetivo de este modelo es alcanzar el régimen estacionario por este motivo se ha trabajado con un periodo de simulación de 300 años. Los resultados de piezometría obtenidos para cada una de las masas de agua subterráneas 16 simuladas en el modelo se van a utilizar para el establecimiento de la condición inicial en las simulaciones en régimen transitorio. Modelo de autovalores definido para el régimen transitorio El tiempo de simulación es de 32 años, que incluye desde octubre de 1974 hasta septiembre de 2006. Tal y como se ha mencionado anteriormente en este periodo de tiempo se han tenido en cuenta los bombeos y la afección que éstos han provocado sobre la masa de agua. En este sentido se ha tenido en cuenta la situación piezométrica antes y después de la sobreexplotación del sistema mediante dos simulaciones; en la primera de ellas se permite el drenaje hacia el río Guadiana en la masa de agua Mancha Occidental I, mientras que en la segunda simulación este drenaje está impedido. Simulación del régimen transitorio con drenaje hacia el río Guadiana Esta simulación pretende reflejar cuál sería el estado del sistema Alto Guadiana si no se hubiese producido la desconexión del acuífero como consecuencia de la intensa explotación que se ha hecho del mismo. De este modo, esta simulación va a permitir el drenaje hacia el río Guadiana, en condiciones similares al régimen natural, considerando que el acuífero se mantiene inalterado por la afección de los bombeos y sigue alimentando el río. En cuanto a la presentación de los resultados, éstos se centrarán en aquellos relativos a Mancha Occidental por su alto grado de explotación y por los numerosos antecedentes de estudios de la zona en comparación con el resto de masas de agua subterráneas con mayor incertidumbre. 17 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en la Mancha Occidental (incluye Rus-Valdelobos) 0 hm3/año 1000 2000 3000 4000 Aquival Modflow Figura 8: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental (incluye Rus-Valdelobos) Los resultados obtenidos del modelo Visual Modflow muestran que en los últimos años el almacenamiento relativo en la Mancha Occidental ha descendido alrededor de 3000 hm3. Este mismo resultado también viene reflejado por el modelo de autovalores siendo un indicador del ajuste del mismo. Las masas de agua subterráneas agrupadas bajo el nombre de Mancha Occidental son Mancha Occidental I, Mancha Occidental II y Rus-Valdelobos. En las siguientes figuras se presentan los resultados obtenidos para cada una de estas masas por separado. En la masa de agua subterránea Mancha Occidental I la descarga se ha producido tradicionalmente a través de los Ojos del Guadiana y Las Tablas de Daimiel. La recarga de esta zona se produce principalmente por infiltración de lluvia y de los ríos, así como del flujo de entradas procedentes de las masas contiguas Mancha Occidental II y Consuegra-Villacañas. En el gráfico de la Figura 9 se observa que según los resultados obtenidos con modelo Aquival el almacenamiento relativo en esta masa de agua subterránea tiende a estabilizarse. Por el contrario, los resultados obtenidos del modelo Visual Modflow indican que esta masa de agua subterránea no alcanza el equilibrio y sigue tendiendo a vaciarse. 18 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en Mancha Occidental I 0 100 hm3/año 200 300 400 500 600 700 Aquival Modflow Figura 9: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental I La masa de agua Mancha Occidental II abarca una zona de elevada explotación. Su descarga se produce hacia Mancha Occidental I, hacia el río Guadiana y también hacia las zonas húmedas que se localizan en la misma. La recarga se origina por infiltración de lluvia, de los ríos y también de las masas vecinas Sierra de Altomira y Campo de Montiel. En el gráfico presentado en la Figura 10 se observa una situación similar a la descrita anteriormente para la Mancha Occidental I y es que el estado inicial que reproduce Aquival tiende a estabilizarse con un almacenamiento relativo de 2000 hm3/año, mientras que, los resultados obtenidos del modelo Visual Modflow indican que la masa tiende a vaciarse aunque con un ritmo ligeramente inferior. 19 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en Mancha Occidental II 0 hm3/año 500 1000 1500 2000 2500 Aquival Modflow Figura 10: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental II La masa de agua subterránea Rus-Valdelobos descarga principalmente hacia la Mancha Oriental. La recarga se produce por infiltración de lluvia, de los ríos y también de las masas vecinas Sierra de Altomira y Campo de Montiel. En el gráfico de la Figura 11 se observa la existencia de unos flujos laterales hacia la Mancha Oriental considerablemente altos, indicando que la masa tiende a vaciarse. Los valores del almacenamiento relativos obtenidos tanto con el modelo realizado en Visual Modflow como con el realizado en Aquival no llegan a estabilizarse si bien los resultados del modelo de autovalores son ligeramente inferiores. 20 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en Rus-Valdelobos 0 200 hm3/año 400 600 800 1000 1200 1400 Aquival Modflow Figura 11: Almacenamiento relativo en Rus-Valdelobos La siguiente figura representa el flujo que alimenta el río Júcar procedente de la masa de agua subterránea Mancha Oriental. Se observa que el volumen de agua cedido del acuífero al río ha sufrido un fuerte descenso en los últimos años como consecuencia de la explotación en Mancha Oriental. Durante los primeros años el río tiene un claro comportamiento ganador mientras que, a partir del año 2000 se confirma la inversión del flujo subterráneo, ya que en estos últimos años el río cede agua hacia el acuífero. 21 Flujo hacia río Júcar 300 250 hm3/año 200 150 100 50 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 -50 1974 0 Aquival Figura 12: Flujo hacia el río Júcar Simulación del régimen transitorio impidiendo el drenaje hacia el río Guadiana Esta simulación se asemeja a la situación actual del acuífero de modo que no se va a permitir el drenaje hacia el río Guadiana, ya que se considera que el acuífero está en tal grado de afección por los bombeos que ya no alimenta el río. En cuanto a la presentación de los resultados, éstos se centrarán en aquellos relativos a Mancha Occidental y Rus-Valdelobos por su alto grado de explotación y por los numerosos antecedentes de estudios de la zona en comparación con el resto de masas de agua subterráneas. 22 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en la Mancha Occidental (incluye Rus-Valdelobos) 0 hm3/año 1000 2000 3000 4000 Aquival Modflow Figura 13: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental (sin drenaje) Los resultados obtenidos de la simulación de Aquival con el drenaje hacia el río Guadiana impedido muestran un comportamiento casi coincidente con el observado en el modelo Visual Modflow. La principal diferencia entre ambos resultados está en que a partir del año 1992 el almacenamiento relativo obtenido según el modelo de autovalores presenta síntomas de estabilización, no así en el caso de los resultados de Visual Modflow que indican que el acuífero sigue su tendencia al vaciado. En las siguientes figuras se presentan los resultados obtenidos para cada una de estas masas por separado. En el gráfico de la Figura 14 se comprueba como el hecho de impedir el drenaje hacia los Ojos del Guadiana y Las Tablas de Daimiel, como consecuencia de la desconexión del acuífero, implica un menor vaciado del mismo. 23 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 -100 1976 1974 Almacenamiento relativo en Mancha Occidental I 0 hm3/año 100 200 300 400 500 600 700 Aquival Modflow Figura 14: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental I (sin drenaje) 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en Mancha Occidental II 0 200 hm3/año 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Aquival Modflow Figura 15: Almacenamiento relativo en Mancha Occidental II (sin drenaje) Por lo que respecta a la masa de agua Mancha Occidental II, el hecho de impedir el drenaje hacia el río Guadiana de la masa Mancha Occidental I implica un mayor vaciado en esta masa (ver Figura 15) y por tanto los 24 resultados del modelo Aquival indican que su descarga hacia Mancha Occidental I se ve incrementada. La recarga se produce por infiltración de lluvia, de los ríos y también de las masas vecinas Sierra de Altomira y Campo de Montiel. La masa de agua Rus-Valdelobos sigue descargando principalmente hacia la zona Júcar. En el gráfico de la Figura 16 se observa dicho vaciado debido a las transferencias laterales considerablemente altos, aunque 50 hm3 inferiores a los obtenidos en la anterior simulación. Los valores del almacenamiento relativos obtenidos tanto con Visual Modflow como con Aquival siguen sin llegar a estabilizarse si bien los resultados del modelo de autovalores son ligeramente inferiores. 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 Almacenamiento relativo en Rus-Valdelobos 0 200 hm3/año 400 600 800 1000 1200 1400 Aquival Modflow Figura 16: Almacenamiento relativo en Rus-Valdelobos (sin drenaje) La siguiente figura representa el flujo que alimenta el río Júcar procedente de la masa de agua subterránea Mancha Oriental. La no existencia de drenaje hacia el río Guadiana no supone un cambio sustancial en el comportamiento del acuífero de la Mancha Oriental. Se observa que el volumen de agua cedido del acuífero al río sufre un fuerte descenso en los últimos años como consecuencia de su explotación. Durante los primeros años el río tiene un claro comportamiento ganador mientras que, a partir del año 2002 (este dato era válido para el año 2000 en la anterior simulación) se confirma la inversión del flujo subterráneo. 25 Flujo hacia río Júcar 300 250 Hm3/año 200 150 100 50 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 -50 1974 0 Aquival Figura 17: Flujo hacia el río Júcar (sin drenaje) 4.3. Datos de entrada para el modelo de autovalores en Simges El principal dato de entrada para la inclusión en Simges del acuífero modelado mediante el método de los autovalores es el archivo generado por Aquival que tiene como extensión .acu. Este archivo se obtiene una vez se ha simulado el modelo Aquival ya que depende tanto de la geometría del acuífero como de las condiciones de contorno, de las condiciones iniciales y de las acciones elementales. Así si en Aquival se están considerando varios escenarios de simulación también se dispondrá de un vector de estado diferente para cada uno de los escenarios y, por tanto, un archivo .acu para cada uno de ellos. De este modo se trabajará con tantos escenarios de simulación en Simges, como se hayan considerado en el modelo de autovalores. En el caso particular que nos acontece, se han considerado dos simulaciones; en la primera de ellas se permite el drenaje hacia el río Guadiana y en la segunda este drenaje está impedido. De este modo también se trabaja con dos escenarios en Simges, uno con el acuífero conectado y otro con el acuífero colgado. 26 5. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO AUTOVALORES EN SIMGES Una vez construido y calibrado el modelo subterráneo del acuífero del Alto Guadiana mediante el método de autovalores, dicho modelo se conecta con el modelo de simulación superficial para crear un modelo de uso conjunto mediante el módulo SIMGES. Para ello es necesario hacer una serie de cambios en el modelo de simulación Simges actual. En primer lugar se deben eliminar los acuíferos tipo depósito actualmente definidos y añadir un nuevo modelo de acuífero por autovalores que va a sustituir a todos los anteriores (ver Figura 18). Figura 18: Insertar acuífero con autovalores en Simges La herramienta Aquival genera una serie de archivos que pueden ser leídos por el módulo Simges. Este es el caso del fichero AltoGuad.acu (puede llamarse de otro modo pero la extensión debe ser la misma .acu), que debe copiarse y pegarse dentro de la carpeta del escenario de Simges con el que se está trabajando. Para agregar los datos del modelo de autovalores se selecciona 27 dicho archivo mediante la opción Leer Aquival que se encuentra en la ventana de datos del acuífero (ver Figura 19). Figura 19: Lectura del archivo AltoGuad.acu Además todos los elementos que se encontraban conectados a los diferentes acuíferos tipo depósito del modelo ahora deberán revisarse con los datos de la conexión correspondientes al nuevo modelo. 28 Figura 20: Conexión del acuífero de autovalores con el modelo Simges Una vez ya se ha exportado el modelo de autovalores de Aquival al módulo Simges, es posible comprobar la interacción de los acuíferos con las masas de agua superficial a la que están conectados (ríos, manantiales…) así como el efecto de los bombeos y las recargas sobre los mismos. En las siguientes figuras se muestran algunos de los resultados que es posible obtener con la implementación del modelo de autovalores en Simges, como son la recarga neta del acuífero, las filtraciones de los ríos, el suministro superficial y subterráneo a las demandas o el volumen de las masas de agua. 29 Figura 21: Resultados de Simges. Recarga neta del acuífero Figura 22: Resultados de Simges. Filtraciones del río 30 Figura 23: Resultados de Simges. Suministro superficial y subterráneo a demanda Figura 24: Resultados de Simges. Volumen en Mancha Occidental I 31