LOS MODELOS NUMÉRICOS COMO HERRAMIENTAS PARA LA MEJORA DEL CONOCIMIENTO HIDROGEOLÓGICO: EL CASO DEL ACUÍFERO DE LA ALDEA (GRAN CANARIA)

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1 El conocimiento de los recursos hídricos en Canarias cuatro décadas después del proyecto SPA-15 Homenaje póstumo al Dr. Ingeniero D. José Sáenz de Oiza ISBN: , 2010 LOS MODELOS NUMÉRICOS COMO HERRAMIENTAS PARA LA MEJORA DEL CONOCIMIENTO HIDROGEOLÓGICO: EL CASO DEL ACUÍFERO DE LA ALDEA (GRAN CANARIA) Tatiana CRUZ*, María del Carmen CABRERA* y Javier HEREDIA** (*) Dpto. de Física. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Campus de Tafira Las Palmas de Gran Canaria. ESPAÑA. tcruz@becarios.ulpgc.es, mcabrera@dfis.ulpgc.es (**) Instituto Geológico y Minero de España. Ríos Rosas Madrid. ESPAÑA. j.heredia@igme.es RESUMEN El modelo numérico de flujo en régimen estacionario y transitorio del acuífero de La Aldea (Oeste de Gran Canaria, Islas Canarias) ha sido elaborado a partir de los datos de estudios previos realizados en la zona. El modelo ha permitido mejorar sustancialmente el modelo conceptual existente, muestra el papel que juegan los derrubios de ladera en el funcionamiento hidrogeológico y cuestiona el carácter impermeable del borde de la Caldera de Tejeda. Palabras clave: Modelo conceptual, modelo de flujo, acuífero de La Aldea, Gran Canaria. INTRODUCCIÓN El Estudio Científico de los Recursos de Agua en las Islas Canarias SPA-15 ( ) sentó las bases del conocimiento hidrológico superficial y subterráneo de Canarias. En este estudio no se realizó ninguna investigación específica en la zona de La Aldea, aunque sí se aportaron algunos resultados generales aplicables a esta área. Todos los datos obtenidos durante el desarrollo este proyecto fueron retomados y completados posteriormente dentro del proyecto MAC-21 (1980) para elaborar un modelo matemático de flujo subterráneo en Gran Canaria (INTECSA, 1981) que constaba de tres capas de 1020 nudos cada una. Sin embargo, la ausencia de datos en la zona Oeste impidió la simulación completa de la isla. Este modelo de flujo confirmó el modelo conceptual establecido en el SPA-15 para la isla: un cuerpo de agua único aunque heterogéneo y con importantes componentes verticales de flujo en el que la recarga tiene lugar en la cumbre y la circulación se produce hacia la costa, y la existencia de un núcleo de baja permeabilidad que condiciona la existencia de elevados gradientes en la cumbre y medianías y el bajo gradiente en las zonas costeras. El patrón de flujo presentaría inicialmente una importante componente vertical en la zona central de la isla, siendo en la costa, donde se localiza la zona de estudio, prácticamente horizontal (SPA 15, 1975; CUSTODIO, 2004; CUSTODIO y CABRERA, 2008). 61

2 Cruz, T. et al. - Los modelos numéricos como herramientas para la mejora del conocimiento hidrogeológico: el caso del acuífero de La Aldea Bajo estas premisas, y con la gran cantidad de datos hidrogeológicos en la zona desde 1992, se planteó la elaboración de un modelo numérico de flujo en el Valle de La Aldea. En este trabajo se exponen las aportaciones al modelo conceptual del acuífero que se extrajeron de la modelización. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO La zona de estudio se asienta en la desembocadura del barranco que drena la mayor cuenca de la isla de Gran Canaria (Figura 1). Presenta un fondo plano rodeado de fuertes escarpes, con una extensión de unos 44 km 2 en los que se pasa del nivel del mar a 1415 m s.n.m.. El clima de la zona es de tipo oceánico subtropical seco, con temperaturas suaves en todas las estaciones. La precipitación media anual es de 200 mm/año. La pluviometría está generalmente ligada a la existencia de temporales del S-SO, durante los cuales es usual que el barranco recoja la escorrentía superficial de la cuenca y la descargue al mar. El valle de La Aldea está dedicado a la agricultura intensiva, con una superficie media de cultivo en regadío de 645 ha ( ), y un consumo agrícola medio de agua de 6.5 hm 3 /año. El cultivo predominante es el tomate, que supedita el riego y los bombeos a la época de zafra (desde agosto hasta mayo). El suministro de agua en la zona está cubierto principalmente por aguas superficiales, mediante tres presas situadas aguas arriba de la zona de estudio. Sin embargo, la vulnerabilidad del sistema en épocas de sequía es grande y en esos momentos es cuando las aguas subterráneas adquieren mayor protagonismo, produciéndose un notable aumento en los caudales de explotación del acuífero (CABRERA, 2001; MUÑOZ, 2005; CRUZ, 2008). Figura 1. Mapa de localización del área de estudio. Límites de la zona de estudio y distribución espacial de los dominios hidrogeológicos definidos en la zona. Distribución de la piezometría calculada en la capa superior para el modelo de flujo en régimen estacionario. El basamento de la zona está constituido por Basaltos Miocenos sobre los que se sitúan 62

3 El conocimiento de los recursos hídricos en Canarias cuatro décadas después del proyecto SPA-15 Homenaje póstumo al Dr. Ingeniero D. José Sáenz de Oiza ISBN: , 2010 materiales de derrubios de ladera y aluviales. Además, al este de la zona de estudio se sitúa un relieve residual denominado Las Tabladas, en el que afloran materiales volcánicos y sedimentarios de edades más recientes y que presenta una geología compleja (Figura 1). Hacia el Este, la zona limita con el borde occidental de la Caldera de Tejeda, rellena por materiales de la Formación Intra-caldera del Grupo Sálico. Existen en la zona más de 370 pozos de gran diámetro (entre 2.5 y 3 m), con una profundidad media de 30 metros, situados principalmente en la parte central del acuífero. Tienen un régimen de extracción variable. MODELO DE FLUJO Se ha llevado a cabo una modelación numérica de flujo tridimensional en régimen estacionario y transitorio (CRUZ, 2008; CRUZ et al., 2008). La modelación del régimen estacionario representa el año hidrológico medio 1991/92. Su calibración ha tenido como objetivos obtener valores de conductividad hidráulica previos a abordar la calibración del transitorio, así como disponer de una piezometría inicial para este régimen. La modelación del régimen transitorio abarca una serie temporal de 8 años hidrológicos (1991/ /99), en los que se ha calibrado la conductividad hidráulica y el coeficiente de almacenamiento. El modelo ha sido realizado utilizando el código de simulación Modflow (MACDONALD y HARBAUGH, 1988) desarrollado por U.S. Geological Survey, compilado en la adaptación comercial de Waterloo Hydrogeologic Inc., Visual Modflow (WATERLOO HYDROGEOLOGIC, 2005). Como hipótesis de partida para el modelo, el acuífero ha sido caracterizado como un acuífero único, conformado por dos unidades geológicas principales: una unidad volcánica y una unidad sedimentaria, que han sido consideradas como unidades hidrogeológicas (Figura 1). La unidad sedimentaria está constituida por los materiales aluviales y los depósitos de deslizamientos gravitacionales o derrubios de ladera. Debajo de la unidad sedimentaria se localiza la unidad volcánica formada por Basaltos Miocenos que ocupa toda la superficie de la zona de estudio, con una permeabilidad mucho menor que la de los materiales aluviales. Los límites de la zona de estudio coinciden con los límites considerados en la modelación (Figura 2a). Lo conforman las divisorias de agua, coincidentes con las cumbres de las montañas al norte y al sur, y el mar al oeste. El límite inferior (contacto entre los basaltos alterados y los basaltos sin alterar) se localiza a una profundidad de 163 m en un sondeo ubicado en el centro en la zona de estudio, con una pendiente para los basaltos Miocenos de 3º y 5 º hacia la costa. El límite este está definido por la existencia de la Formación Intra-caldera (Figura 1). Basándose en la geología, el área de estudio ha sido discretizada horizontalmente en celdas de 50 x 50 m, dando celdas divididas en 190 filas y 201 columnas, y verticalmente en tres capas (Figura 2b). La capa superficial (capa 1) representa el material sedimentario (aluviales y derrubios de ladera) y varios metros de los basaltos Miocenos más alterados, mientras que las otras dos capas representan los basaltos alterados, que están separados por un almagre en el sondeo anteriormente citado. 63

4 Cruz, T. et al. - Los modelos numéricos como herramientas para la mejora del conocimiento hidrogeológico: el caso del acuífero de La Aldea Figura 2. a) Condiciones de contorno y b) discretización tridimensional del modelo de flujo (secciones aproximadamente O - E). Los ajustes obtenidos en los modelos en régimen estacionario (Figura 3a) y transitorio (Figura 3b) han sido buenos, en particular, en la zona del aluvial principal. Según los resultados del modelo de flujo, los materiales aluviales presentan una conductividad hidráulica entre 17 y 100 m/d, pudiendo tener valores inferiores en los aluviales secundarios. La conductividad hidráulica de los basaltos varía entre 0.03 y m/d dependiendo de su grado de alteración y la de los derrubios de ladera varía entre 0.25 y 1.2 m/d. Estos datos son congruentes con los procedentes de ensayos de bombeo realizados en la zona (MUÑOZ, 2005). La piezometría resultante del modelo de flujo en régimen estacionario (Figura 1) muestra que el agua se mueve fundamentalmente a través de los materiales aluviales existiendo un flujo preferente a lo largo del barranco principal de La Aldea desde el este al oeste. En el barranco de Tocodomán el flujo tiene lugar de sur a norte y en las laderas del barranco de La Aldea el flujo es desde los Basaltos Miocenos a los materiales aluviales del lecho del barranco. El contacto con el límite este de la zona, exceptuando el lecho del barranco, ha sido considerado impermeable en la bibliografía, debido a la existencia del borde de la Caldera de Tejeda (MUÑOZ, 2005). Sin embargo el ajuste del modelo cuestiona esta hipótesis y muestra el papel que tiene este borde en el funcionamiento del acuífero. 64

5 El conocimiento de los recursos hídricos en Canarias cuatro décadas después del proyecto SPA-15 Homenaje póstumo al Dr. Ingeniero D. José Sáenz de Oiza ISBN: , 2010 Figura 3. Niveles piezométricos observados frente a niveles piezométricos calculados por: a) modelo en régimen estacionario y b) modelo en régimen transitorio. El balance hídrico realizado previamente a la modelación para el periodo (CRUZ, 2008), ha sido validado por el modelo numérico de flujo. La principal entrada de agua al acuífero se produce por retornos de riego (2.13 hm 3 /año), buena parte de ellos a partir de agua superficial de las presas, lo que representa aproximadamente un 60% de las recarga total (3.61 hm 3 /año), seguida de la recarga por precipitación (1.01 hm 3 /año) que representa un 30%. La entrada por la cabecera del barranco (0.38 hm 3 /año), las pérdidas en el abastecimiento (0.07 hm 3 /año) y la recarga por escorrentía (0.02 hm 3 /año) representan el 10% de la recarga restante. La explotación (3.08 hm 3 /año) seguida por la descarga el mar (1.81 hm 3 /año) representan el 100% de las salidas de agua del acuífero. Esta descarga al mar es muy importante para evitar la acumulación de sales en el aluvial y su salinización extrema. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES La modelación del flujo en el acuífero de La Aldea ha supuesto una reflexión profunda sobre los cocimientos hidrogeológicos que se tenían de la zona de estudio y ha permitido una sensible mejora de su modelo conceptual. El proceso de calibración puso en evidencia el condicionamiento que la topografía y la geología imponen a la piezometría, mostrando que era necesaria una mejor caracterización de la geología en la capa superior. Por ello, se llevó a cabo una campaña de campo en la que se cartografiaron lo más detalladamente posible los derrubios de ladera incrementando la permeabilidad considerada en las celdas donde estaban presentes. Estos materiales no habían sido considerados relevantes hasta el momento y han sido clave para la calibración adecuada del modelo. El modelo matemático de flujo confirma que el agua es transferida de los diferentes dominios hidrogeológicos al aluvial principal y circula por el mismo de este a oeste. Asimismo, el balance previo se vio confirmado, de forma que las entradas principales de agua son los retornos de riego y la infiltración por lluvia y las salidas son el bombeo y la descarga al mar. Los máximos valores de la permeabilidad de la zona de estudio se localizan en el 65

6 Cruz, T. et al. - Los modelos numéricos como herramientas para la mejora del conocimiento hidrogeológico: el caso del acuífero de La Aldea aluvial del barranco de La Aldea, seguido por los aluviales secundarios y los derrubios de ladera. Los valores menores se localizan en los Basaltos Miocenos. La entrada de agua desde la zona intra-caldera también ha debido ser considerada para el ajuste del modelo, a pesar de no ser cuantitativamente relevante. Por ello se debe cambiar el concepto establecido en el modelo conceptual del acuífero insular de que dicho borde constituye un límite impermeable. El desarrollo del modelo de flujo muestra la potencia de esta herramienta para obtener un mejor conocimiento del funcionamiento hidrogeológico si existen suficientes datos y con una calidad adecuada. Asimismo sienta la base necesaria para llevar a cabo un modelo de transporte que permita mejorar el conocimiento hidrogeoquímico. AGRADECIMIENTOS Este trabajo se ha llevado a cabo dentro de un Convenio de Colaboración entre el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria y la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria y los proyectos CICYT 1FD , CONSOLIDER-TRAGUA (CSD ) y REDESAC (CGL C03-02). Constituye parte de la Tesis doctoral de la primera de los autores bajo la codirección de los otros firmantes, financiada mediante una Beca de Investigación del Excmo. Cabildo Insular de Gran Canaria. REFERENCIAS CABRERA, M.C. (2001). Informe sobre las características del acuífero costero de La Aldea (Viabilidad de la construcción de nuevos pozos filtrantes de agua de mar en la zona). Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Informe interno, sin publicar. CRUZ, T. (2008). Contribución de la modelación numérica e hidroquímica al conocimiento del acuífero de La Aldea (Gran Canaria). Tesis Doctoral Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. CRUZ, T.; HEREDIA, J. Y CABRERA, M.C. (2008). Modelo de flujo en un acuífero volcánico: el acuífero de La Aldea (Gran Canaria). Boletín Geológico y Minero, 119(1): CUSTODIO, E. (2004): Hydrogeology of volcanic rocks. Groundwater Studies: An International Guide for Hydrogeological Investigations. Ed. V.S. Kovalevsky; G.P. Kruseman; K.R. Rushton. UNESCO. Series on Groundwater, 3: CUSTODIO, E. y CABRERA, M.C. (2008). Synthesis of the Canary Islands Hydrogeology. SIHD- Hydrogeology of volcanic rocks. DJIBOUTI INTECSA (1981): Informe sobre el modelo matemático de flujo subterráneo de Gran Canaria. Excmo. Cabildo Insular de Gran Canaria. Informe interno, 2 vol., sin publicar. MCDONALD, M.G. y HARBAUGH, A.W. (1988). A modular three dimensional finite-difference groundwater flow model. U.S. Geological Survey Techniques of Water Resources Investigations, book 6, 586 pp. MUÑOZ, J. (2005): Funcionamiento hidrogeológico del acuífero de La Aldea (Gran Canaria). Tesis Doctoral. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. SPA-15, (1975). Estudio científico de los recursos de agua en las Islas Canarias (SPA/69/515). Ministerio de Obras Públicas. Dirección General de Obras Hidráulicas. UNESCO. Las Palmas de Gran Canaria, Madrid. 3 vol.+ mapas. WATERLOO HYDROGEOLOGIC, (2005). Visual MODFLOW User s Manual. Waterloo Hydrogeologic, Inc..Canada. 611 pp. 66