flujo subterraneo

8/4/2019 flujo subterraneo

1/16

Estudios geol., 46: 301-316 (1990)

SIMULACION MATEMATICA DEL FLUJO SUBTERRANEOEN EL ACUIFERO DEL RIO VERDE (ALMUECAR, GRANADA)

M. L. Calvache Quesada * y A. Pulido Bosch *RESUMEN

La simulacin matemtica en dos dimensiones del flujo subterrneo en rgimen perma-nente y transitorio mediante la aplicacin del modelo en diferencias finitas MODFLOW,pone de manif iesto que el sector del acufero del r o Verde correspondiente a la Vega deAlmucar (Granada), presenta una permeabilidad elevada con valores que oscilan entrelos 700 y 200 m/d y un coefici ente de a lmacenamiento medio del orden del 4%. A pesarde producirse un aumento en la recarga de agua dulce en el acufero desde el ao 1985-86(6,7 hm3) a 1986-87 (10,4 hm3), el volumen de int rus in marina sigue aumentando cadaao (en este caso de 2,8 a 3,2 hm3). Una posible medida a adoptar f rente a este problemapuede ser la real izacin de recarga art ificial . Se simula la inyeccin de 8 hm3 en un solopunto del aucfero durante un perodo de ocho meses. Los niveles piezomtricos reaccionan rpidamente ante la recar-$a, al igual que descienden en un cor to perodo de t iempocuando cesa sta. De los 8 hm', 7 escapan al mar. La intrusin marina disminuye mientrasse realiza la recarga, si bien al cesar, el volumen de agua intruida recupera su valor inicial.Palabras clave: Modelo de flujo, simulacin, recarga artificial.

ABSTRACTThe steady and unsteady two-dimensional ground water flow mathematical modellingwith the finite-difference model MODFLOW shows the high permeability values (200-700m/d) and the average storativity value of 4% in the Almucar fertil palin in the Ro VerdeAquifer (Granada). In spite of the fresh water recharge increase in the aquifer since 1985/86(6.7 hm3) to 1986/87 (10.4 h m 3 ~ , salt water intrusion volume go on increasing every year(in this case from 2.8 to 3.2 hm ). A posible solution to this matter is to carry out an arti

ficial recharge. So, a recharge of 8 hm3 of water in a point in the aquifer is modelled foreight months. The piezometric level react inmediatly to the recharge, just like it let downwhen the recharge stop. Of 8 hm3, 7 run away to t he sea. Salt water intrusion decreaseswhile the recharge is carried out, athough when the recharge is stopped the sal t water intruded volume recover the inicial value.Key words: Flow model, modelling, artificial recharge.

IntroduccinEl acufero del ro Verde se sita en la costa granadina, en las proximidades del ncleo de Almucar (fig. 1). Aunque se trate de un sistema relativamente reducido, su importancia es relevante si se tiene en cuenta que en la actualidad supone el principal suministro de agua en una comarca en plena expansin econmica. La agricultura de productos tropicales y el turismo, principales actividades que se desarrol lan en la regin, exigen un aumento brusco enel consumo de agua durante los meses estivales, ya

que, tanto el nmero de habitantes de la ciudad deAlmucar, como las necesidades de riego, presentan un mximo en esta poca del ao.Resulta preocupante la circunstancia que sucedeen la mayor parte de los acuferos costeros mediterrneos, donde coinciden en el tiempo las mximas exi

gencias de agua y las mnimas aportaciones a los sistemas acuferos de los que se abastecen poblacin ycultivos. Como consecuencia de este hecho aparecenefectos de graves consecuencias, como son fenmenos de intrusin marina y deterioro en la calidad delagua subterrnea, alcanzndose situaciones como la* Departamento Geodinmica e IAGM; Universidad de Granada - CSIC. Avda. Fuentenueva, s/n. lH071 Granada.


2/16

302 M. L. CALVACHE QUESADA, A. PULIDO BOSCH

Fig. l.-Localizacin geogrfica del rea de estudio.

Aproximacin general al funcionamientohidrogeolgico del acufero

mas y arcillas. La presencia mayoritaria del tamaode grano ms grueso condiciona su elevada permeabilidad, especialmente en ciertas zonas interpretadascomo un paleocanal (Fernndez Rubio, 1972) y quesern reas de circulacin preferencial del flujo subterrneo (Benavente, 1982). Esta caracterstica tienegran importancia sobre el funcionamiento del acufero.Las entradas al sistema se producen principalmente a partir de la alimentacin del ro Verde, la cualtiene lugar aguas arriba de Jete, ya que aguas abajode esta localidad, el cauce aparece normalmenteseco, con la excepcin de contadas ocasiones coincidentes con l1uvias torrenciales, que han permitido alro llevar agua a lo largo de todo su curso. La escorrenta sobre la superficie impermeable de la cuenca de drenaje que rodea el acufero, ser igualmenteuna fuente importante de los aportes al acufero, ascomo la infiltracin directa del agua cada sobre la su

perficie de los materiales aluviales e infiltracin procedente del retorno de agua utilizada para riego. Porltimo, se puede descartar la posibilidad de la existencia de aportes subterrneos al acufero detrtico,aunque, por el momento, no se disponga de informacin que permita asegurarlo.Las salidas se producen mediante extracciones enpozos, sondeos y por una derivacin en la galera deLas Angosturas para abastecimiento a las poblaciones prximas y para riego de cultivos. Hay que considerar adems una salida subterrnea de agua dulceal mar a travs del borde meridional del acufero.Las estimaciones ms recientes de volumen de en

t radas y salidas del sistema (Fernndez Rubio, elal.,1988) apuntan hacia valores de 8-15 hm3/ao y7-11 hm3/ao respectivamente, aunque no han sidoconsideradas en este clculo las salidas ocultas queocurren a travs del borde Iimitante con el mar.Fernndez Rubio el al., (1986) ya ponen de manifiesto que en el acufero del ro Verde se produce unproceso de lavado de la salinidad durante el perodohmedo casi con igual facilidad que tiene lugar la entrada de agua salada en la poca estival. No obstante, este lavado se hace cada vez ms insuficiente,siendo ms elevado el remanente de sal que quedaen el material poroso.La evolucin, en caso de mantenerse las condicio

nes actuales, hacia una situacin irreversible, en laque ya no sea posible la desalinizacin del acufero,parece clara. Los primeros datos, correspondientesal ao 1988-89, confirman esta tendencia pues, enuna parte importante del acufero de Almucar, nose ha llegado este ao a recuperar el contenido salino normal del agua dulce. Se hace necesario, por tanto, la toma de medidas urgentes para el control dela situacin.

A-N1'\SQ de Almijara

MAR MEDITERRANED

El acufero del ro Verde est constituido por unconjunto de materiales aluviales que consisten en laalternancia de niveles de gravas, arenas y algo de li-

de Almucar, donde el agua derivada para consumo humano l1ega a presentar un ndice de salinidadque sobrepasa los lmites de potabilidad.Algunas medidas han sido adoptadas para controlar el proceso de intrusin marina en el acufero delro Verde, como es el seguimiento de la evolucin deniveles piezomtricos y de la calidad del agua subterrnea (IGME, 1978; Benavente, 1983, Benavente

el al., 1981a y b, 1982, 1984; Benavente y FernndezRubio, 1983; Fernndez Rubio el al., 1986; Fernndez Rubio y Jaln, 1988; Malina el al., 1988), ascomo de las extracciones realizadas sobre el sistema(IGME, 1987). Pensamos, no obstante, que se hacenecesario un conocimiento ms riguroso de los procesos de intrusin marina en tanto en cuanto cadaao se produce un mayor descenso en los nivelespiezomtricos, lo cual conl1eva una inversin de gradientes hidrulicos cada vez ms fuerte y persistentedurante los meses estivales (fig. 2), implicando un volumen de intrusin de agua salada mayor, con el consiguiente deterioro de la calidad del agua subterrnea.

En este trabajo se aborda la simulacin matemtica del flujo subterrneo en el acufero del ro Verde(Calvache, 1989) como paso previo y herramienta necesaria de utilizar para la modelacin del contactoagua dulce-agua salada.


3/16

SIMULACION MATEMATICA DEL FLUJO SUBTERRANEO EN EL ACUIFERO DEL RIO VERDE ... 303

' ~ /'. ,1"\ /. ~ ,/"o ,.o ./

Medit.rranto-

H ar Hediterraneo-- I l - = - -=--

Julio 1.981

690sto 1.988

\.,

I

J",.../. \I

\ " / ", ,

\-J?',, --" '. ,. ,. -" ....

Mtd l t e r r aneo

M.diterranlo - -

~ g o s t o 1.975

- -- (J 1-N Punto de control del nivel p'lzomitrlcO_ - 2 ~ (urvas di Isa pi Izas

500"_........Fig. 2.-Evolucin de niveles piezomtricos en el perodo 1975-1988 (los datoscorrespondientes a 1975 y 1981 estn tomados de Benavente, 1982).

Descripcin del modeloEri base al contraste de propiedades y funcionamiento hidrulico, cabe establecer una distincin endos partes en el acufero del ro Verde: sector de ca-

becera y sector de vega (Benavente yCalvache, 1988;Calvache y Benavente, 1988). Por esta razn, no hemos considerado procedente el incluirlos juntos enuna misma simulacin. El estudio se ha concretadoen el rea ms prxima al mar, la vega del ro Ver-


4/16

304

.. 4.o o o : ~ : s ~ ~ :o o o o o o .Em o o o o o ~ l:J Agua salina

DAgu a dulce

Fig. 3.-Representacin esquemtica del funcionamiento del acufero del ro Verde. El ' entrada por flujo subterrneo; 1 , infiltracin directa por precipitaciones, RR excedente de regad... 01siendo:kxx ' k , k ,conductividad hidrulica en los ejes x,y, Z [IT-f ]h, carga hidrulica [L]W, flujo por unidad de volumen [T - 1]Ss' almacenamiento especfico [L-1]La discretizacin espacial y temporal se consigue apar ti r de la ecuacin de continuidad que expresa elbalance de flujo para cada celda.

donde:Q, f lujo que entra en la celda [L3 T- 1]SS, almacenamiento especfico [L-1]f1V, incremento de volumen en la celda [L3]f1h, cambio del nivel piezomtrico en un intervalo det iempo t [L]

Si se considera que el flujo entra por una cara dela celda (i, j, k) desde la celda (i, j - l , k) se expresasegn la ley de Darcy como:q , J.I12. k = KR, .1I2. k6.c6.vk (h. .l. k - h, j. k) / M.1I2

siendo:q, .12, k descarga a travs de la cara entre los bloques(i, j, k) e (i, j-l, k) [L3 T- 1]KR.. 1/2. k' conductividad hidrulica a lo largo de unafila dntre los nodos (i, j, k) e (i, j-l, k) [LT- 1]f1c 1f1vk' rea de la cara de la celda [L2]Mj'1I2' distancia entre los nodos (i, j, k) e (i, j-l, k) [L]Yque puede existir un aporte o salida externa al sistema QSi k' la ecuacin de flujo en diferencias finitas para el intervalo de tiempo tn1 a tn, quedaracomo:KR. _ 112. k 6.c 6.vk (h, _ 1, k - h. j. k) / M - 112+ KR. J + 112. k6.c 6.vk (h. + 1. k - h, . k) / M + 112+ Kc _ 112, , k 6.vkM (h _ 1, . k - h. . k) / 6.c - 1/2+ Kc + 112. , k 6.vk M j (h + 1, J. k - h, . k) /6.c + 112+ Kv, J. k - 1/2 6.c M (h. J. k _ 1 - h. j , k ) / 6.vk - 1/2+ Kv, j, k + 112 6.c M j (h.]. k + J - h. J, k) 6.vk + 112+ Qs. . k = SS, , k M 6.c 6.vk (h, . k, n - hi,j, k. n - J) / (In - In - 1)Esta expresin ya es vlida para su resolucin mediante diferencias finitas.El sistema de ecuaciones ser planteado tantas veces como pasos se realicen en la s imulacin, es decir, en cada paso se trabaja con un nuevo sis tema deecuaciones simultneo que habr que resolver.


5/16


2 3 41 . . . '*' )1( tJ. 1'> 6 5 7 14 15 1,.:: . . . . : . ~ - + - - - + - + " . : . . . . : : : . , ) I ( * 6 .,..!....!..,. 8 .. leE .. ,.: .. ...13.: I - - -+ - - - - - j

4 O I - - - - t - - t - -+- t - -+-+--+-- - -J : .9. .'0. . 1 1 . O 45 o . 12 . 05

..lit Umi l e Impermeable

6 O ) l ( ) I ( )1( 1.w.-.'-+--+--+-+--+-+--+-+--+-+--+-+---+-----1.,'-;.,...-."-;.,...-.t----+-+--+-+--+-+--+-+---t--t-----l"'1--+-+--+-+---+-+---+-+--+-+-----1. 9

.1 0 -+-+--+-+--+--- - -1 . "I . ; ; ; . ~ -+--+---+-+--+-+--+......+-----I. 12I . ; ; ; . ~ -+--.."..-.-+--..,.,.....".. "-;.,....,,-'. 7""'i"" 13

o l ImI te de NIve l Constanteti Lmite sin Flu jo

Fig. 4 . -Tipos de lmites en la primera discretizacin del rea simulada.

Profundidad delsubstrlto imper,ulblR Im.l

~ > 7 0~ 6 0 - 7 0l2ZJ SO-60

~ 4 0 - 5 0~ 3 0 - 4 00 20 -30 ~ " ' - 2 0rz:a 0-10

. . . . . . . . . . . . . . . . . . ......=500 m 15

Fig. S.-Profundidad discretizada del substrato impermeable.

Datos de entradaLa discretizacin en un principio seleccionada, haconsistido en un mallaje regular con bloques de

100 x 200 m2 , excepto en el lmite septentrional,donde aparecen bloques de mayores dimensiones,100 x 500 m2 (fig. 4).Respecto a las condiciones en los lmites (fig. 4),se ha tomado como impermeable y sin flujo todo elcontorno del rea simulada, exceptuando el bordemeridional, que limita con el mar, y el septentrional,que conecta con la par te superior del acufero aluvial. El primero se ha considerado como lmite de nivel constante a la cota correpondiente a la lnea decosta, Om; y el segundo se considera como lmite impuesto en cada intervalo de tiempo en funcin del nivel medido en piezmetros situados en el sector. Esteltimo lmite se establece de esta forma por no disponer de datos fiables de las aportaciones existentesal rea simulada procedentes del resto de la cuenca.La profundidad del substrato impermeable (fig. 5),se ha obtenido a parti r de los datos que aporta la redde piezomtros que tiene establecida la Comisara de

Aguas del Sur de Espaa (CASE) en todo el acufero.Los primeros valores de permeabilidad elegidos,corresponden a los expuestos por Benavente y Calvache (1988), y su distribucin se puede ver en la fi-gura 6. Oscilan entre los 50 m/d y los 450 m/d en lazona central del acufero, coincidiendo con la posicin de un paleocauce.El coeficiente de almacenamiento seleccionadocorresponde al 4%, cifra obtenida a partir de la realizacin de dos ensayos de bombeo en el rea delacufero modelada. Este valor del 4% , que podra parecer bajo, si se tiene en cuenta el tipo de acuferoque estamos tratando, ha sido confirmado medianteel clculo de la difusividad hidrulica (T/S) a partirdel efecto de la fluctuacin de las mareas sobre el ni-vel piezomtrico en el acufero (Razack el al., 1980).Las pruebas se han llevado a cabo a caudal constante (82 lis), tomndose medidas de descensos y recuperaciones en los piezmetros 15 y 16 situados a 65y 195 m., del punto de extraccin respectivamente(fig. 7). En ellimngrafo nmero 11 apenas se registraron los efectos de la extraccin.


6/16

306

~ > . , O~ J O Q . 4 " "~ l O O . J O O

~ ' 0 0 . 1 0 0~ J O " O OO


7/16


Fig. 8.-Representacin grfica de la conservacin de masa en unaunidad de volumen. Es' volumen de entrada subterrnea lateral;ID' volumen corresporidiente a la infil tracin directa a partir delas precipitaciones sobre el rea simulada y del excedente de regados; E M' volumen de ent rada de agua del mar ; S B' volumende salida por extracciones; S M' volumen de salida de agua dulceal mar; A, superficie considerada; (h, - h2), variacin del nievlpiezomtrico.Desglosando los distintos trminos la expresinquedara como (fig. 8).(h] - h2) AS = Es + ID + RR + EM- SB - SMdonde:

(h - h,), diferencia del nivel piezomtro en el intervalo de tiempo considerado [L].A, superficie del bloque considerada [L 2]S, coeficiente de almacenamiento.Si se considera que para un dominio pequeo delacufero los parmetros hidrulicos de ste no varande manera considerable, se podra establecer, sin queesto conlleve un error importante (1 % en el total delbalance), que el flujo que entra por una cara lateralde un bloque es equivalente al que sale por la opuesta, segn lo cual la ecuacin de la conservacin demasa quedara simplificada a:

(h - h,) AS = Id + RR - SB (1)De esta expresin es conocido el incremento de volumen, que se obtiene a partir de los datos facilitados por la CASE, que realiza un control mensual delas evoluciones piezomtricas en el acufero del roVerde. El retorno procedente de regados se estimaen un 20% del volumen de agua utilizada para el riego (Benavente, 1982) y las extracciones, como msarriba se ha mencionado, se conocen a partir de losdatos de que dispone el ITGE. Quedara nicamente como incgnita el trmino que recoge la entradade agua que se produce por la cara superior del bloque considerado. Para el clculo ms rpido de la expresin (1) a cada bloque discretizado en el modelode flujo, hemos aplicado el programa BALANCE,escrito en FORTRAN IV (Calvache, 1989). Los momentos inicial y final considerados para el incremen-

to del volumen de agua almacenada dependern delperodo que interese simular.A manera de ejemplo indicamos la suma aproximada de los resultados obtenidos en cada uno de losbloques correspondientes a un perodo de tiempo si-mulado en rgimen transitorio. Para febrero-marzode 1987, la variacin media del nivel piezomtrico enel rea del acufero simulada (2,4 km2 aproximadamente) es de 0,7 m; por lo tanto el incremento de volumen de aua subterrnea, en este caso positivo, esde 0,07 hm . El excedente de agua utilizada para riego es de aproximadamente 0,04 hm3 y las extracciones por bombeos alcanzan los 0,34 hm3 . Mediante laaplicacin de la expresin (1) se obtiene un valor dela infiltracin en toda la superficie del acufero simulada de 0,37 hm3 .Respecto a la entrada subterrnea que se producea travs del borde septentrional y el flujo existenteen el lmite costero, ser el propio modelo el encargado de su clculo.

Simulacin en rgimen permanenteLa simulacin bidimensional del flujo subterrneoen el acufero del ro Verde en rgimen permanenteha sido un paso previo al tratamiento en rgimentransitorio. Los objetivos que se han perseguido coneste proceso son la obtencin de la discretizacin msadecuada, el ajuste de los valores de permeabilidad,as como la estimacin del flujo de agua que se produce a travs del borde de recarga al rea simulada.Hemos credo conveniente escoger el perodo parala modelacin en la estacin hmeda, desde noviem

bre de 1985 hasta marzo de 1986, puesto que lascondiciones en esta poca son ms apropiadas y unintervalo de cinco meses en un acufero cuya permeabilidad ms baja es de 200 m/d es probablemente suficiente para que se alcancen las condiciones de estabil idad. Durante el estiaje, debido a la inversinde gradientes hidrulicos que se produce y a que algunos bloques quedan secos (interseccin del nivelpiezomtrico con el substrato impermeable), se plantean circunstancias ms extremas que inducen a laaparicin de problemas en la resolucin numrica,no siendo, por tanto, propicio un calibrado de los parmetros a utilizar.El proceso de ajuste ha consistido en la realizacinde mltiples pasadas, estableciendo variacin en losparmetros de entrada en funcin de los resultadosobtenidos en la pasada anterior y para determinar asla influencia del parmetro elegido en cada caso sobre el comportamiento del flujo subterrneo.En lo referente a la discretizacin espacial, se haobservado que se consiguen resultados ms satisfactorios con un mallaje irregular de dimensiones ms


8/16


Conductividad hidrauliea 1m/dI~ 7 0 0llZ,) sooIZ:ZI 400

~ 3 0 0~ 2 \ 00200

12212

19.: .

23 24 2S

Fig. 9.-Valores de permeabilidad definitivos.

pequeas en las reas prximas a los bordes de descarga y recarga (fig. 9). De este modo, se obtienenbloques que varan entre los 50 x 50 y 100 x 500 m2 Para el clculo de la conductividad hidrulica hasido necesario realizar numerosas pasadas hasta encontrar la distribucin de valores con la que se obtienen los resultados ms aproximados a la realidad.Los datos definitivos de la conductividad hidrulicase muestran en la figura 9. En la distribucin definitiva, resultado de un proceso de tanteo, se observauna zona central de permeabilidad mxima (700m/d), coincidente con el valor obtenido en los dos ensayos de bombeo mencionados anteriormente, condisminucin hacia los bordes impermeables del acufero, as como hacia las zonas de recarga y descarga(200 m/d). La disminucin de este parmetro en lasproximidades del borde costero se explica en base aun aumento en la presencia de material fino en el sis-tema acufero (Fernndez Rubio, 1983).En las proximidades del lmite costero es probableque la presencia de agua salada en profundidad afecte a la carga hidrulica provocando un aumento local del gradiente hidrulico, si bien la citada disminucin en la permeabilidad en este sector puede provocar el mismo efecto.Respecto a las entradas que se producen a travsdel lmite septentrional as como a las salidas por elborde costero, los resultados del modelo en lo referente al balance indican que el flujo es ms elevadodurante la poca de mxima recarga. En el perodoseco apenas existirn aportaciones al acufero, y elflujo en el borde costero disminuye y se invierte,siendo el agua salada la que ocupa parte del acufero.

Simulacin en rgimen transitorioLa simulacin en rgimen transitorio del flujo subterrneo se ha realizado para un perodo de 29 meses que incluye parte del ao hidrolgico 1985-86 (diciembre a septiembre), el ao 1986-87 completo y

parte tambin de 1987-88 (octubre a abril). Hemosseleccionado un perodo de tiempo lo ms cercanoposible a la actualidad, teniendo en cuenta los datosde los que hemos podido disponer.El modelo se ha llevado a cabo en doce perodosde tiempo, cuya separacin se ha realizado en basea criterios de homogeneidad en las condiciones querigen el funcionamiento del sistema dentro del intervalo de tiempo establecido.La asignacin del tipo de lmite al borde septentrional donde se produce mayor volumen de entradas al acufero, ha sido una cuestin compleja. Laconsideracin de nivel constante, que se asumi en

la simulacin en rgimen permanente, no es vlidaen este caso, puesto que, mientras que en aguas altas se puede encontrar un valor del nivel piezomtrica en torno a los 20 m, en perodo de estiaje probablemente se aproxime al substrato impermeable. Laexistencia de una oscilacin tan acusada de nivelespiezomtricos hace impracticable la suposicin de unnivel constante en este borde. Hemos consideradocomo solucin ms idnea el interpretar el lmitecomo impermeable y situar en cada celda de este borde un punto de inyeccin que introducira en el acufero tanta agua como entrara en la realidad en condiciones normales. El clculo de este volumen deagua se consigue mediante la simulacin en rgimenpermanente de cada perodo de tiempo con un nivelinvariable segn la altura que le corresponde a lapoca del ao de que se trate y teniendo en cuentatodos los condicionantes existentes en los distintos intervalos de tiempo considerados.Una vez obtenidos todos los datos de entrada almodelo, se ha procedido a establecer la influenciadel coeficiente de almacenamiento en los resultados.Para esto, se ha llevado a cabo una pasada segn lacual se hace variar este parmetro espacialmente, entre valores de 0,8% y 10%. El criterio de distribucin seguido se ha basado en la consideracin de valores ms altos en las zonas centrales del acufero,donde el espesor de los materiales es mayor y en don-


9/16


'.'19116 1987 1988m::

"@"

1986 1987 1988

) Af \. , 1986 1987 1988

mr ~ \ f \ r ~ ' ~ ~ 2 o'., V V " '/o 1 o

1986 1987 ' 9 88 : : _:

- '+,.,-'9-86....,.....,'9-87:-T'..8..

986 1987 1968~ 3 0 .~ 2 5 00 200

~ 7 0 0~ 5 0 0

400

Conductiwidad

!u.LP.i,zofltricR- H.dldoo Si.. utildo

m m:Vv\ f f\ f\ :"(j j), - ' , . , , ~ : .V V\ r::1\ t imm " 1986 1987 '988 . , J .. ., '986 '987 '988

1ge6 1987 1968

Fig. lO.-Representacin del ajuste de los resultados de la simulacin del flujo subterrneo en rgimen transitorio a la evolucin piezomtrica medida en los puntos de control.

de se encuentra una menor proporcin de materialesfinos. Los valores disminuyen progresivamente haciala periferia y zona superior del acufero.Los datos que se obtienen muestran que la variacin del nivel piezomtrico resultante no presenta diferencias significativas (inferiores a 0,02 m) en funcin de considerar el coeficiente de almacenamientoconstante o de distribucin diferencial. Por esta razn se ha considerado homogneo el valor de este parmetro en toda la superficie del acufero (4%), que,si bien, probablemente no corresponde a la realidad,a efectos prcticos en la simulacin no conduce a laaparicin de errores significativos.En la figura 10 se representa la evolucin piezomtrica en distintos puntos del acufero y los resultados obtenidos tras la simulacin del flujo para cadaperodo de tiempo. El ajuste es bastante satisfactorio en todos los puntos con excepcin de los nmeros 3 y 25. En el caso del punto 3, la disarmona en-

tre valores simulados y medidos est, con gran probabilidad, condicionada por la proximidad del aguasalada. Se detecta una tendencia hacia la suavizacinde la diferencia entre todos los picos en el caso terico, lo cual est en perfecta consonancia con la situacin tan prxima del lmite con el mar. La presenciade la masa de agua salada, que no se ha tenido encuenta en la simulacin del flujo, forzosamente deberepercutir en el funcionamiento del acufero, particularmente en este rea.El ajuste, visiblemente impreciso, que presenta el

punto 25 tambin deriva de su ubicacin, en este casoprxima al borde de recarga. El establecimiento depozos de inyeccin en este borde implica la aparicinde un rgimen en el funcionamiento del acuferoanormal e inexistente en la realidad y tendr una clara repercusin en los resultados. Otro aspecto a considerar es que la variacin del nivel piezomtrico esmucho ms notable en este sector del acufero que


10/16

ONDEFMAMJJA5Ao 198687

Fig. I.-Comparacin grfica de los valoresde la entrada por flu-jo subterrneo ( E ~ ~ , la infiltracin directa p o precipitaciones y excedente de regamos (ID) y la pluvlometna (P ) para el ao1986-87. p

M. L. CALVACHE QUESADA, A. PULIDO BOSCH

entre los mximos de pluviometras cadas en la cuenca (Pp) y de la ID' pero, en cambio, este pico se encuentra desplazado en el caso del flujo subterrneo.La aparicin de este desfase podra estar relacionadacon el funcionamiento general del ro Verde; en efecto en cabecera existen importantes acuferos carbonticos fisurados que descargan al propio ro y queprovocan un desfase entre el momento de la ocurrencia de la precipitacin y el mximo en la descarga delas sugencias; a ello hay que aadir el ret raso producido por el tiempo necesario para que el agua alcance el extremo septentrional del rea simulada.En las figuras 12 y 13 se muestran los balances obtenidos tras el proceso de simulacin. Se representan para los aos hidrolgicos 1985-86 y 1986-87, conla nica intencin de que los resultados sean ms representat ivos, puesto que, adems, corresponden asituaciones de ao seco y hmedo respectivamente.No hay que olvidar que el balance refer ido en este

estudio corresponde exclusivamente a la zona simulada (vega de Almucar) y no a la totalidad del acufero. Por tanto, es conveniente dejar claro que el volumen de entradas, considerando al sistema en suconjunto, prcticamente duplicar las cifras que aquaparecen, si se tienen en cuenta las extracciones relacionadas con las explotaciones situadas aguas arriba de la zona simulada, as como la derivacin de lagalera de Las Angosturas.Las entradas totales en el ao 1985-86 ( f i ~ . 12) secalculan en 9,5 hm3 , de los cuales 6,7 hm' son deagua dulce y el resto , 2,8 hm3 , corresponden a la intrusin marina que ocurre durante la estacin seca.Las extracciones suman casi 7 hm3 ; el res to, 2,3 hm3 ,escapan por el borde costero durante el per odo demxima recarga.En el ao 1986-87 (fig. 13) las entradas aumentanconsiderablemente (13,6 hm3) . Llama la atencin elhecho de que, a pesar de producirse este aumento enla recarga, la entrada de agua salada asciende, a suvez, a 3,2 hm3 . Esta aparente contradiccin se explica si se t iene en cuenta que el aumento repercu

te principalmente en la entrada de f lu jo subterrneo en el borde septentrional durante el perodohmedo que asciende a 7,8 hm3 pero, al mismotiempo, las salidas al mar tambin ascienden en estapoca del ao hasta 6,8 hm 3 . Cuando ms interesara una entrada de agua, coincidiendo con la estacin seca, este valor permanece prcticamente igualal ao anterior; en cambio, las extracciones aumentan en 1 hm3 , lo cual, explica el mayor volumen deintrusin marina.

Es importante sealar el hecho de que cada ao sedeja escapar al mar un volumen de agua dulce aproximadamente equivalente a la mitad de las ent radas aesta porcin del acufero.

a.a..15

O

en el resto del s is tema, condicionando la aparicinde un porcen taje de error ms alto en el resultado.Este hecho se pone claramente de manifiesto si se observa que para los momentos en los que el nivel piezomtr ico es ms extremo (30 y 2 m) el resul tado delmodelo presenta un mayor desajuste.A partir de las representaciones grficas se puedededucir tambin que en perodos de simulacin prolongados (l timo perodo) el ajuste se hace ms impreciso. Por consiguiente, no es aconsejable la tomade perodos de simulacin demasiado extensos, puesto que se va acumulando el error de truncadura der ~ v a d o de los s ~ c e . s i v o s pasos. Adems, se hace preCISO el establecImIento de mayores generalizacionesque conl levan la aparicin de errores . La casi coincidencia con la realidad en la mayor par te de los perodos simulados permite aceptar, en general, comovlidos los resultados de la simulacin.La representacin de las entradas subterrneas porel borde septentrional al rea modelada y de la infiltracin directa (obtenida con el programa BALANCE) sobre la superficie del acufero (fig. 11), muest ran un efecto interesante. Existe una coincidencia

(" )EI

310

5

4 ID 0. 8AI ,I ,(" ) 3 I , 0. 6E I ,

I I (" )I El/ l 2 I 0. 4 IW I/ OI H0. 2

O 0. 0

30


11/16


~ .1. t iI '


12/16

M. L. CALVACHE QUESADA, A. PULIDO BOSCH J A A[1 I< W '"' [1 llE llEI AlE ffllE I )1(," -.lE ' 1

r::..., llE rO. 1 llE

llEllE tr . 1 ,

llE .. llEllE ~ llEllE t llEllE

llEllE

llEllEll! ll !

ll! o o o


13/16

SIMULACION MATEMATICA DEL FLUJO SUBTERRANEO EN EL ACUIFERO DEL RIO VERDE... 313

Efecto de una recarga artificialEs claro que el sector de la poblacin que mantiene su economa en base a la explotacin de los recursos del acufero del ro Verde, necesitan urgentemente de la toma de medidas encaminadas a solucio

nar el problema, cada ao ms grave, de la intrusinmarina. Una posibilidad correctora que ha sido mencionada en varias ocasiones es la recarga artificial(Fernndez Rubio, 1988).A primera vista y tras los resul tados de la aplicacin del modelo matemtico, se ha podido observarque el sistema detrtico tiene un poder regulador muybajo debido, probablemente, a la alta permeabilidadde sus materiales. Con la intencin de conocer conun criterio un poco ms riguroso la respuesta delacufero ante una posible recarga, hemos simuladomatemticamente este proceso.Se ha llevado a cabo la simulacin en rgimen transitorio de la inyeccin de 8 hm3 aproximadamentedurante ocho meses, desde diciembre hasta julio de1986, en un punto situado cerca de la confluencia delarroyo de Itrabo y el ro Verde. Los posibles efectosde la recarga se han seguido comprobando durantetres meses ms, hasta octubre de 1986. Los parmetros hidrulicos, volumen de entradas y salidas, ycondiciones en los lmites son los mismos que los utilizados en el modelo de flujo en rgimen transitorio,comentado ms arriba.En la figura 14 se representan los niveles piezomtricos resultantes en los seis perodos simulados conuna recarga de 33.333 m3/d durante los cuatro primeros, comparando con los niveles obtenidos en lasimulacin con ausencia de inyeccin. Como se puede apreciar el efecto de la recarga es inmediato yaque los niveles reaccionan desde el primer perodo yreflejan prcticamente el mismo ascenso durante elresto de los perodos con recarga. Tal y como cabraesperar, la elevacin del nivel pizomtrico que seproduce es mxima en el punto de inyeccin y sectores ms adyacentes, disminuyendo progresivamente a medida que la distancia a este lugar es mayor.As en el punto 22 (ms cercano a la recarga) existeun ascenso de 10 m y, en cambio, en el punto 3 (elms alejado) slo se diferencia en 0,5 m del nivelexistente antes del inicio de la recarga.Si, como se ha visto, la respuesta del nivel piezomtrico ante una recarga artificial es rpida, tambinlo es ante el cese de sta, recuperndose los nivelesexistentes en condiciones de no recarga casi de forma inmediata. En el perodo agosto-septiembre, elprimero sin recarga, el nivel piezomtrico est 0,8 mpor encima de lo normal en el punto ms prximo,pero esta diferencia es mnima a distancias inferioresa 500 m de la recarga. En el tercer mes tras el cesede la inyeccin no se observa prcticamente influen-

cia alguna, incluso ni en el punto donde se efectusta.Un hecho constatable que se puede observar en estos grficos es que, si centramos la atencin en el perodo junio-julio, la prctica totalidad de la superficie piezomtrica del acufero se encuentra por deba

jo de la cota O(implicando la consecuente inversinde gradientes y, por tanto, entrada de agua salada alsistema). Ahora bien, con la recarga, el nivel quedaen todos los puntos por encima de la cota O, con locual, se evi ta durante este perodo el proceso de intrusin marina.A este respecto se ha intentado determinar la influencia que tiene la recarga artificial sobre la intrusin marina en el acufero del ro Verde (fig. 15). Enefecto, se evitara la entrada de agua salada duranteel perodo junio-julio, si bien, al cesar la recarga, laintrusin vuelve a aparecer, en un principio en menor proporcin, para igualar tres meses despus a laque se producira sin la existencia de la recarga artificial.A su vez, se puede observar en la misma figuraque de los cuatro perodos en los que se efecta lainyeccin, en el segundo y tercero existe una coincidencia bastante apreciable entre el volumen de aguainyectado y el de descarga a travs del borde costero.

En resumen, de 8,1 hm3 inyectados en el acuferodel ro Verde, 7,1 hm3 salen al mar, al t iempo quelos 3,1 hm3 de agua intruida en el acufero sin recarga artificial se reducen a 2,1 hm\ al simular su existencia.

ConclusionesLa simulacin del f lujo en el sector de la vega delacufero del ro Verde , pone de manifiesto la existencia de unos valores de transmisividad muy elevados que oscilan entre los 2.000 y 50.000 m2/d, coincidiendo los mximos con el sector central del acufero (donde se dan los valores de gradientes hidrulicos menores) y disminuyendo hacia la per ifer ia yreas ms septentrionales del acufero. El coeficiente de a lmacenamiento se ha tomado como del 4%.La elevada permeabilidad y escaso coeficiente dealmacenamiento del acufero condicionarn el com

portamiento de ste, que presenta un escaso poderregulador. Esta caracterstica se pone de manifiestosi se tiene en cuenta que el volumen de recarga subterrnea a travs del borde septentrional del rea si-mulada, es casi igualado por la descarga que al mismo tiempo se produce por el borde costero.

En el ao 1985-86 las entradas al sistema son de9,5 hm3' de los cuales 2,8 hm3 corresponden a aguasalada que se introduce en el acufero durante el estiaje. Para 1986-87, aos ms hmedo, las entradas


14/16


1.986

!-J:1

1986A 11I J J A S

1,986

1.986

rZZZZZZZZ21

D r: ,... ..... ". .. .

pZZZZZZZ2ZI

.4 +-r-....,.--r--.,....--..!:;==-...,

"

4

.4 +-T'"""-'----'-"""'-":;;;'-";;

"

o Punto di contro d i nivII pilzom.trieo

lZZZ2l P.riodo d. rtcarga

- 0 - 0 - Niv.1 pitlomttrico con recor9"-a-a- Niv.1 pitzommlco .in rtcorgo

1.986DE FM AM J J AS

-(")- - - -- -V --- ----------

D lE f" N A " J J

1.986

rzzozzZZZl

OEI"MAMJJ

1.986.4 +-.....-T'"""-.----.-.....,.-...,

12

t /777277721

.4

o lE , . . . A " J J

Fig. 14.-Evoluciones piezomtricas con y sin recarga artificial.


15/16

SIMULACION MATEMATICA DEL FLUJO SUBTERRANEO EN EL ACUIFERO DEL RIO VERDE ...

2

(H m 3 )Cl:: 1, 5

Otl """">

""-. :::1, 0

"" ""'"l:: ::::,l


16/16

316

acufero, prcticamente toda el agua q u se puede int roducir en e l acu f er o se perder a travs del bordecostero, sin qu e h ay a sido p osib le su aprovecha-miento.

AGRADECIMIENTOSAgradecemos al profesor Galavov (Escuela de Minas de Sofa,Bulgaria) las interesantes sugerencias sobre la metodologa de trabajo para resolver algunos problemas concretos. Asimismo a laCASE y allTGE por los datos suministrados utilizados en esta in-vestigacin.Este trabajo se ha realizado en el seno del proyecto de investigacin PB87-0245 financiado por la DGICYT.

ReferenciasB e n , a ~ e n t e , 1982. C.0ntribucin al conocimiento hidrogeologlco de los acuferos costeros de la provincia de Granada. Tesis Doctoral . Universidad de Granada. 435pgs.Benavente 1983. Un modelo de aplicacin geoestadsticaal estudio morfolgico de variaciones piezomtricas. Hi-drogo Rec. Hidrul. 4: 251-261.Benavente J. y Calvache, M. L. (1988). Estimacin de lapermeabilidad en el acufero costero de Almucar. EnLa Intrusin en Espaa. TIAC'88: 385-394.Be'!avente, J. ; Calvache, A.; Fernndez Rubio, R. y PulIdo Bosch, A. (1981a). Calidad de las aguas subterrneas en los acuferos detrticos costeros de la provinciade Granada. Jom. Anal. Evol. Contam. Aguas Subt. Espaa. 553-564.Benavente, J. y Fernndez Rubio R. (1983). Hidrogeologa del acufero de la vega de Almucar (Granada) .Bol. Geol. Min. 98: 208-219.Benavente, J.; Fernndez Rubio, R. y Jaln M. (1984). Intrusin marina en el acufero costero del ro Verde (Granada). I Congreso Espaol de Geologa. 4: 75-86.Benavente, J. ; Fernndez Rubio, R. y Pulido Bosch, A.(1982). Estudio hidrogeolgico de los ros Verde y Secoe el trmino municipal de Almucar. (Indito). 197pags.Benavente, J.; Pulido Bosch, A. ; Fernndez Rubio, R.;Fernndez, R. y Calvache, A. (1981b). Itinerario hidrogeolgico por el Sur de la provincia de Granada. Simposio Agua en Andaluca. 35 pgs.

M. L. CALVACHE QUESADA. A. PULIDO BOSCH

Calvache, M. L. (1989). Simulacin del contacto agua dulce-agua salada en el acufero del ro Verde (AlmU/lcar,Granada). Tesis de Licenciatura. Universidad de Granada. 120 pgs.Calvache, M. L. YBenavente, J. (1988). uevos datos sobre la geometra del acufero costero de Almucar(Granada). Aportacin al conocimiento de la porosidadeficaz y de las reservas. TlAC88. 375-384.Fernndez Rubio, R (1972). Estudio hidrogeolgico de lacaptacin existente en el cortijo de Fuente Piedra (Almucar, Granada). (Indito). 27 pgs.Fernndez Rubio, R. (1983). Trasvases de excedentes deaguas del ro Guadalfeo a Almucar (Granada). (Indito). 19 pgs.Fernndez Rubio, R. (1988). Almucar. Intrusin salina.Soluciones a un problema. En La Intrusin en Espaa.TlAC88. 427-438.Fernndez Rubio, R.; Benavente, J. y Chalons, C. (19R8).Hldrogeologa de los acuferos del sector occidental dela costa de Granada. En Los Acuferos Costeros de An-daluca Oriental. TlAC88, 239-267.Fernndez Rubio, R.; Jaln, M.; Benavente, J. y Fernndez, S. (1986). Proceso de salinizacin-desalinizacin enel a ~ u f e r o costero del ro Verde (Almucar. Granada).II Slmp. sobre el Agua en Andaluca, 2. 303-314.Fernndez Rubio, R. y Jaln, M. (1988). Nuevos datos sobre el proceso: salinizacin-desalinizacin en el acuferoaluvial del ro Verde (Almucar). TlAC88. 413-426.IGME, 1978. Evolucin de niveles piezomtricos en los sistemas acuferos. Cuenca Sur. Anuario 1975. Servo Pub.Min. Ind., 433 pgs.

IGME, 1987. Clculo de las explotaciones en el acuferode Almucar (1985-86). Nota tcnica, 293.McDonald, M. G. YHarbaugh, A. W. (1988). A modularthree-dimensional finite-difference ground-water flowmodel. Techniques of Water-Resources Investigations ofthe U.S. Geol. Surv., 6, Al.Malina, J. M.; Daz, J. A. YRosillo, J. A. (1988). Datosreferentes a la explotacin del acufero detrtico del roVerde. Almucar (Granada). TlAC88: 395-412.Razack, M.; Drogue, c.; Romariz, C. y Almeida, C.(1980). E tude de I'effect de mare ocanique sur unaquifere carbonate cotier (Miocene de I'AlgarvecPortugal). Hydrogeology, 45: 57-69.Recibido el 9 de enero de 1990Aceptado el 30 de julio de /990

Documents

flujo subterraneo