Modelación hidrológica distribuida con TETIS para la estimación de la recarga actual y bajo escenarios del Cambio Climático de las masas de agua subterránea Requena-Utiel y Cabrillas-Malacara

Abstract

[ES] El presente estudio tratará acerca de la estimación de la recarga en las masas de agua subterránea Requena-Utiel y Cabrillas-Malacara para lo cual se empleó el modelo hidrológico TETIS que es de tipo distribuido y se usó a una resolución de 200 m. Asimismo, se utilizó información meteorológica de ERA5, la cual se actualiza diariamente, por lo que es de interés para el presente estudio, dado que los resultados que se obtengan podrán aplicarse al proyecto eGroundwater que tiene como propósito implementar un modelo subrogado que permita mejorar la gestión del recurso hídrico subterráneo. La calibración del modelo se llevó a cabo en la cuenca del río Magro, específicamente, en el embalse de Forata, para lo cual se llevó a cabo la naturalización de caudales en dicho embalse. El periodo de calibración fue del 01/10/2015 al 30/09/2019 y se obtuvo como resultado un índice de Nash de 0.6399, un error en volumen de 1.354% y un índice RSR de 0.6001, considerándose estos resultados como satisfactorios. Por otra parte, se hizo una validación espacial en la estación 8060 en Requena, ubicada aguas arriba del embalse mencionado, y se obtuvieron también resultados satisfactorios como un índice de Nash de 0.6086, un error de volumen de 14.822% y un índice RSR de 0.6256. Adicionalmente, se realizó también validaciones temporales y espacio-temporales en el periodo del 01/10/2010 al 30/09/2015, sin embargo, los resultados fueron insatisfactorios, dado que los índices de Nash arrojaron valores negativos o los índices de RSR tuvieron un valor muy elevado, lo cual se debe a que la serie de caudales observados presenta una oscilación continua y abrupta, así como caudales picos en días de baja precipitación, por lo que no pueden ser simulados adecuadamente. Con los factores correctores y parámetros calibrados y validados de TETIS, se llevó a cabo la simulación hidrológica en el área de las masas de agua subterránea en cuestión, obteniendo como parte de los resultados los mapas de recarga a nivel diario desde el 01/01/1973 hasta el 31/12/2022, es decir, una serie de recarga de 50 años, a partir de la cual se estimó una recarga promedio anual de 16.92 hm3 y 1.41 hm3 para Requena-Utiel y Cabrillas-Malacara, respectivamente. Adicionalmente, se evaluaron 3 escenarios de Cambio Climático del modelo GFDL-ESM4. En Requena-Utiel, para el escenario SSP1-2.6, la recarga promedio anual se reduciría en un 26.9%, 20.5% y 50.1% en los periodos 2015-2040, 2041-2070 y 2071-2100, respectivamente. En el escenario SSP3-7.0, disminuiría en un 27.5%, 37.3% y 37.0% en 2015-2040, 2041-2070 y 2071-2100, correspondientemente. Por último, en el escenario SSP5-8.5, la reducción es de 33.9%, 45.0% y 66.8% para los 3 periodos en el orden mencionado. En Cabrillas-Malacara, en el escenario SSP1-2.6, para el 2015-2040, la recarga promedio anual se reduce en un 29.2%, mientras que en 2041-2070 su reducción es del 0.4%, pero del 2071 al 2100 disminuye drásticamente en un 54.5%. Por otra parte, en el escenario SSP3-7.0, para el 2015-2040 la recarga promedio anual disminuiría en un 7.1%, disminuyendo más del 2041 al 2070, llegando a ser del 45.3%, aunque en los posteriores años hasta el 2100, solo decrecería en un 11.4%. Finalmente, en el escenario SSP5-8.5, del 2015 al 2040, la recarga promedio anual disminuiría en un 25.3% y su descenso sería mayor en el 2041-2070 de un 45.4%, sin embargo, en el último periodo disminuye en un 35.3%.

[EN] The present study is about the estimation of groundwater recharge in Requena-Utiel and Cabrillas-Malacara groundwater bodies. In order to do so, TETIS hydrological model was used, which is a distributed model and had a resolution of 200 m. Likewise, meteorological information from ERA5 has been applied because it is updated daily, so it is of interest for the present study, since the results obtained can be applied to the eGroundwater project whose purpose is to implement a surrogate model that will allow the improvement of the groundwater resources management. The calibration of the model was carried out in the Magro river basin, specifically, in the Forata reservoir, for which the naturalization of flows was carried out. The calibration period was from 01/10/2015 to 30/09/2019 and the results obtained were a Nash index of 0.6399, a volume error of 1.354% and an RSR index of 0.6001, these results were considered as satisfactory. On the other hand, a spatial validation was performed at station 8060 in Requena, located upstream of the aforementioned reservoir, and satisfactory results were also obtained, such as a Nash index of 0.6086, a volume error of 14.822% and an RSR index of 0.6256. Additionally, temporal and spatio-temporal validations were also performed in the period from 01/10/2010 to 30/09/2015, however, the results were unsatisfactory, since the Nash indexes yielded negative values or the RSR indexes had a very high value, which is due to the fact that the observed flow series presents a continuous and abrupt oscillation, as well as peak flows on days of low precipitation, so they cannot be hydrologically simulated. With the corrective factors and parameters that were calibrated and validated TETIS, the hydrological simulation was carried out in the area of the groundwater bodies, obtaining as part of the results the daily recharge maps from 01/01/1973 to 31/12/2022, which means a 50-year recharge series, from which an average annual recharge of 16.92 hm3 and 1.41 hm3 was estimated for Requena-Utiel and Cabrillas-Malacara, respectively. Additionally, 3 Climate Change scenarios of the GFDL-ESM4 model were evaluated. In Requena-Utiel, for SSP1-2.6 scenario, the average annual recharge would decrease by 26.9%, 20.5% and 50.1% in the periods 2015-2040, 2041-2070 and 2071-2100, respectively. In SSP3-7.0 scenario, it would decrease by 27.5%, 37.3% and 37.0% in 2015-2040, 2041-2070 and 2071-2100, correspondingly. Finally, in SSP5-8.5 scenario, the reduction is 33.9%, 45.0% and 66.8% for the 3 periods in the order mentioned. In Cabrillas-Malacara, in SSP1-2.6 scenario, for 2015-2040, the average annual recharge is reduced by 29.2%, while in 2041-2070 its reduction is 0.4%, but from 2071 to 2100 it decreases drastically by 54.5%. On the other hand, in SSP3-7.0 scenario, by 2015-2040 the average annual recharge would decrease by 7.1%, decreasing further from 2041 to 2070, reaching 45.3%, although in the subsequent years until 2100, it would only decrease by 11.4%. Finally, in SSP5-8.5 scenario, from 2015 to 2040, the average annual recharge would decrease by 25.3% and its decrease would be greater in 2041-2070 of 45.4%, however, in the last period it decreases by 35.3%.