Modelación de la interacción Río-Acuífero. Cálculo del caudal intercambiado

1. Modelación de la interacción Río-Acuífero.Cálculo del caudal intercambiado Jesús Carrera Grupo de Hidrología Subterránea I JAlmera (IDAEA) CSIC Barcelona Felix qui potuit rerum cognoscere causas. (Virgilio)

2. Índice • Dinámica generalizada de la interacción Río-Acuífero • ¿Por y para qué todo esto? • Formas de interacción • Principios básicos • Medidas directas • Separación de hidrogramas • Infiltrómetros • Cálculos indirectos • Hidráulicos • Hidroquímicos • Discusión y conclusiones

3. ¿Porqué? • ¡Porque sí! Para gestionar los recursos hídricos es necesario entenderlos. • Para evaluar los recursos disponibles. • Para evaluar impacto antrópico Por ejemplo: ¿Es cierto que la mayoría de la escorrentía es superficial? (Cosa que implícita o explicitamente suponen la mayoría de los estudios hidrológicos de recursos disponibles) Probablemente sí en condiciones naturales. Pero, cada gota de escorrentía ha pasado un ratito subterráneo Luego, NO!, si se bombea intensamente el acuífero Dinámica de la interacción

4. Si se reduce el nivel piezométrico, los mecanismos de generación de escorrentía que dependen de flujo hipodérmico se reducirán Además, se reduce (anula) el flujo basal. Se seca el río! Mecanismos de generación de escorrentía Dinámica de la interacción

5. Vista en planta Isopiezas q variable hacuífero Río hrío hacuífero Formas de interacción Río-Acuífero • Río ganador • hacuífero> hrío • Condiciones naturales habituales Bosque de ribera floreciente Zona hiporreica Sensible a avenidas Importancia ecológica Dinámica de la interacción

6. Vista en planta Isopiezas q variable hacuífero Río hrío hacuífero Formas de interacción Río-Acuífero 2) Río perdedor, pero conectado hacuífero< hrío Condiciones influidas por bombeo Bosque de ribera estresado Zona hiporreica Se colmata más Más sensible a avenidas Dinámica de la interacción

7. Vista en planta Isopiezas q poco sensible a traza del río q controlado por lecho, se concentra en avenidas Contenido de agua hacuífero hrío Río Formas de interacción Río-Acuífero 3) Río perdedor, pero desconectado (colgado) hacuífero<< hrío típicamente hacuífero< hrío– 2 ancho Condiciones influidas por bombeo intenso Bosque de ribera extinguido Dinámica de la interacción

8. Qmax a, coef goteo Caudal en función del nivel Q (+, entrada al acf) 1) Forma convencional 2) Colmatación del lecho 3) Avenidas hrío hacuífero Q (-, salida del acf) Dinámica de la interacción

9. z Variabilidad a lo largo de la traza En ríos conectados, muy sensible a variaciones de pendiente Sección Longitudinal x En ríos ganadores hay tramos perdedores Planta El gradiente longitudinal en el acuífero tiende a igualarse a la pendiente longitudinal del río. Esto es relevante, tanto a escala local como regional. En condiciones naturales, el río puede perder al entrar al acuífero y recuperar al salir Dinámica de la interacción

10. Principios MUY generales • Casi toda el agua que escurre ha pasado por debajo de la superficie del terreno • Esto es particularmente cierto en cuencas muy explotadas, donde el flujo superficial e incluso el hipodérmico pueden quedar muy reducidos • El agua bombeada sale de (1) almacenamiento y (2) río. A larga, todo (2), pero puede tardar mucho. • En tramos de río desconectados, la recarga se concentra en avenidas. • En el río, buena mezcla. En el acuífero, NO. Dinámica de la interacción

11. Métodos directos: Balance de agua en río Caso más sencillo: Análisis de hidrograma. Separación de componentes. QRIO t Caudal base. Aportación subterránea Alto grado de discrecionalidad Cota inferior de descarga subterránea!! Mejor en rios ganadores y vírgenes. ¡CUIDADO en cuencas muy antropizadas! Se tiene que complementar con balance de sales

12. Bolsa Caja Purga Interfaz agua-sedimento Sedimento Métodos directos: Infiltrómetro (Vazquez-Suñé et al, 2003)

14. El infiltrómetro, como tantas cosas en hidrología, requiere mojarse

15. Alta variabilidad espacial y temporal Recarga Descarga Descarga

16. Dificultades del uso de infiltrómetros • Variabilidad espacial • Tamaño del infiltrómetro y perturbación del fondo • Asientos y ajustes del lecho • Generación de gases • Efectos de densidad • Movimiento del agua superficial • La medida es puntual en espacio y tiempo PERO, imprescindible para estudios de la zona hiporreica

17. Flujo en el acuífero Balance de masas en el acuífero h t Métodos indirectos hidráulicos: idea básica PROBLEMA: Conocer T y S

18. 3) Medida en río desconectado Conocido y S(o T), se estima D t Conocido , se estima D (T/S) Cálculo de T y S 1) Ensayos hidráulicos • 2) Medida de respuesta a variación de nivel en río OJO geometría

19. Arizona Versus California Secciones de control Cuestión: Estimar el caudal de retorno al Río Colorado procedente de los dos Estados Sondeos con sensores a tres alturas Medio complejo: modelo numérico CALIFORNIA Una vez calibrado el modelo se puede obtener el caudal de cada estado aplicando Darcy ARIZONA

20. Niveles medidos y calculados Buen ajuste, sugiere buen modelo Cerca del río, los sensores someros responden más y más rápido que los profundos Lejos del río, ocurre lo contrario Importante porosidad drenable (diferida) en nivel freático

21. Dificultades con interpretación clásica ¿Qué pasa si hay paleocauces muy permeables? Pueden llevar mas agua que todo el resto

22. Río Agrio Vigo Barrera reactiva intercepta todo el flujo del subálveo

23. ¿Paleocanal sortea la barrera? Ensayo de inundación y tres series de ensayos hidráulicos (Roetting et al, 2005) Geología tras construir la barrera

24. Niveles medidos y calculados

25. Ajuste ensayos de bombeo

26. 200 m log10T (m2/day) - 4.0 - 3.0 - 2.0 - 1.0 - 0.0 - -1.0 - -2.0 Transmisividades estimadas Paleo canal no sortea la barrera Coherente con piezometría y con hidroquímica

27. 40 1050 30 900 20 750 10 600 CAUDAL (M3/s) 0 NIVEL (msnm) 450 -10 300 -20 150 0 66 71 76 81 86 91 96 01 AÑO El Bajo Llobregat, nivel y caudal en río

28. Modelo numérico detallado

29. Balance global 50% de la recarga directa del río. 35% durante avenidas

30. Métodos hidroquímicos. Balance • Conocidos Q1, y C’s, se puede obtener Q2 como: • Dificultades: • Encontrar trazador natural tal que C1>>C2 (para que Cm>>C1 y C2>>Cm) • Conocer aguas extremo Ejemplo: Si C1=0, C2=100, Cm=20 y Q1=4000, entonces:

31. Cálculos hidroquímicos con prop. de mezcla Mejor aún, si se conoce la proporción de mezcla Entonces, Y, en general, si hay N aguas O, mejor: Ejemplo: Si C1=0, C2=100, Cm=20 y Q1=4000, entonces:

32. Cálculo de las proporciones de mezcla • La ventaja de trabajar con proporciones de mezcla es que no es tan crítico encontrar trazadores ideales ni aguas extremas. • Se pueden deducir de datos hidroquímicos habituales • Método de máxima verosimilitud para encontrar props de mezcla y aguas extremo a partir de BBDD hidroquímicas (Carrera et al, 2004)

33. Muestras de agua Aguas extremo corregidas Encontrar “buenas” proporciones de mezcla … sin hacer trampas! Estimación independiente de aguas extremo complicado por variabilidad temporal, espacial, etc C2 Aguas extremo supuestas Se puede hacer con tantas especies (comp. conservativas) como se quiera C1

34. Dificultades • Variabilidad (no promediar concentraciones, sino flujos másicos) • Errores de medida y muestreo • ¡OJO! La mezcla se produce en el pozo • En ríos perdedores, es preciso recurrir a modelos para cuantificar la mezcla.

35. Síntesis • En ríos ganadores y vírgenes, es fácil calcular la entrada por cualquier método. • En ríos perdedores y acuíferos sobreexplotados, los métodos hidráulicos parecen más fáciles, pero requieren una buena caracterización (Ensayos de variación de nivel en el río) • Los métodos hidroquímicos deben utilizarse siempre, al menos como complemento cualitativo. En rios perdedores, requieren muestreo exhaustivo tanto de evolución temporal en río, como de distribución espacial en acuífero. • Lo ideal es emplear ambos.