Modelación matemática del flujo de agua subterránea del acuifero de la Plana de Valencia Norte y Sur

Abstract

En la zona costera de la demarcación hidrográfica de la cuenca del río Júcar existen diferentes acuíferos con un gran volumen de recursos hídricos subterráneos, por lo que se consideran sistemas de gran importancia e interés económico y ambiental. Estos acuíferos costeros adquieren características hidrogeológicas similares y es habitual la presencia de humedales en la superficie. Dichos elementos geomorfológicos se conocen comúnmente como planas y se distribuyen de forma contigua y paralela a la línea de la costa, siendo el mar Mediterráneo su límite oriental. Este tipo de ubicación lleva a que sobre estas masas de agua subterránea se asiente una importante parte de la población de la zona, con todo lo que ello conlleva. La explotación de estos recursos subterráneos ha contribuido al desarrollo urbano, agrícola e industrial de estas zonas, pero a su vez, estas actividades han generado una antropización acusada de estas masas de agua y ecosistemas que las rodean.

El objetivo de este trabajo es realizar un modelo numérico de flujo de las masas de agua subterránea de la Plana de Valencia Norte y Sur. Este acuífero tiene una importancia excepcional ya que sobre él se encuentran las desembocaduras de los ríos Turia y Júcar, la ciudad de Valencia y la Albufera de Valencia, entre otros elementos. Este último es un humedal RAMSAR con gran valor ambiental que presenta relación con las aguas subterráneas de las masas de agua Plana de Valencia Norte y Sur. Con este trabajo se permite analizar la existencia de la componente subterránea de los aportes hídricos de la zona.

Este acuífero esta dividido en las masas de agua subterránea Plana de Valencia Norte y Plana de Valencia Sur. Debido a sus características hidrogeológicas similares y su continuidad hidráulica se van a considerar de manera conjunta. Por otra parte, la ubicación de la Albufera entre estas dos masas crea la necesidad de trabajar con la Plana de Valencia en toda su extensión, para intentar comprender mejor su funcionamiento hidrodinámico.

El entorno de estudio de este trabajo se extiende por una superficie aproximada de 953 km2 y profundidades variables divididas en cuatro capas geológicas. El funcionamiento de las aguas subterráneas en este sistema se caracteriza por la existencia de un flujo de agua subterránea en dirección perpendicular a la línea de la costa, esto significa que el flujo avanza del oeste hacia el este y que las isopiezas se distribuyen generalmente de manera paralela a la línea de la costa. Este funcionamiento hidrodinámico genera una transferencia de recursos hídricos a la Plana de Valencia proveniente de los sistemas de agua subterránea adyacentes.

Para esta modelación matemática se ha utilizado el periodo temporal entre los años 1940 y 2016. Se han realizado dos tipos de simulación. La primera pretende representar un régimen relativamente natural y poco influenciado por el ser humano y la segunda simulación intenta reproducir el comportamiento del flujo subterráneo para un entorno influenciado por la actividad humana y acorde con la realidad actual. Por otra parte se plantean una serie de escenarios futuros con la intención de predecir la respuesta del medio a distintos condicionantes.

Los elementos y procesos modelados han sido principalmente la recarga por precipitación, las transferencias laterales con masas de agua contiguas, la conexión con cauces superficiales, diferentes humedales como la Albufera o sus manantiales y presiones generadas por el ser humano como pueden ser las extracciones de agua subterránea mediante pozos y acequias y la recarga por el retorno de riego agrícola.

Este tipo de modelos pueden ser muy útiles en zonas áridas o semiáridas dónde hay poca precipitación de lluvia pero si se dispone de acuíferos productivos con gran almacenamiento de agua subterránea. Por una parte pueden servir de apoyo en la toma de decisiones del reparto del agua y

In the coastal area of the hydrographic demarcation of the Júcar river basin, there are different aquifers with a large volume of groundwater resources, and this is why they are considered systems of great economic and environmental importance. These coastal aquifers have similar hydrogeological characteristics and the presence of wetlands on the surface is common. These geomorphological elements are commonly known as flats and are distributed contiguously and parallel to the coastline, with the Mediterranean Sea being its eastern limit. This type of location leads to an important part of the population of the area being settled above these groundwater bodies, with all that this entails. The exploitation of these underground resources has contributed to the urban, agricultural and industrial development of these areas, but in turn, these activities have generated a marked anthropization of these water bodies and ecosystems that surround them.

The objective of this work is to make a groundwater flow numerical model in the the Plana de Valencia North and South groundwater bodies. This aquifer is of exceptional importance since on it are the mouths of the Turia and Júcar rivers, the city of Valencia and the Albufera wetland, among other elements. The latter is a RAMSAR wetland with great environmental value that is related to the groundwater of the Plana de Valencia North and South aquifers. With this work, it is possible to analyze the existence of the underground component of the water contributions to the area.

This aquifer is divided into the groundwater bodies of Plana de Valencia North and Plana de Valencia South. Due to their similar hydrogeological characteristics and their hydraulic continuity they will be considered together. On the other hand, the location of the Albufera between these two groundwater bodies creates the need to work with the Plana de Valencia in all its extension, to try to have a better knowledge of its hydrodynamic functioning.

The study area of this work covers an approximate surface of 953 km2 and variable depths divided into four geological layers. The behavior of groundwater in this system is characterized by the existence of a groundwater flow in a direction perpendicular to the coastline, which means the flow progresses from the west to the east and that the isolines are generally distributed in a parallel way to the coastline. This hydrodynamic behavior generates a transfer of water resources to the Plana de Valencia groundwater body from the adjacent groundwater systems.

For this mathematical modelling, the time period between 1940 and 2016 has been used. Two types of simulation have been carried out. The first one tries to represent a relatively natural regime and little influenced by the human being, and the second simulation tries to reproduce the behavior of the underground flow for a situation influenced by human activity, according to the current reality. On the other hand, a series of future scenarios are proposed with the intention of predicting the response of the system to different conditions.

The modelled elements and processes are mainly the recharge by precipitation, lateral transfers with contiguous groundwater bodies, the connection with superficial rivers, different wetlands like the Albufera or its springs and effects generated by the human being such as groundwater extractions through wells and ditches or the recharge by the return of agricultural irrigation.

This type of models can be very useful in arid or semi-arid areas where there is little rainfall but productive aquifers with large underground water storage capacity. On the one hand they can serve as support in the decision making of water distribution and on the other, they can be used to estimate the maximum limit of extractable water without damaging the ecosystems that are under the radius of affection of the study area. This model, in particular, is carried out with the intention of creating