Tesis:
Avances del modelo matemático de flujo del acuífero Almonte-Marismas : modelo de transporte, intrusión y zoom en zonas de interés ecológico
- Autor: SERRANO HIDALGO, Carmen
- Título: Avances del modelo matemático de flujo del acuífero Almonte-Marismas : modelo de transporte, intrusión y zoom en zonas de interés ecológico
- Fecha: 2023
- Materia:
- Escuela: E.T.S.I. DE MINAS Y ENERGÍA
- Departamentos: INGENIERIA GEOLOGICA Y MINERA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/76746/
- Director/a 1º: GUARDIOLA ALBERT, Carolina
- Director/a 2º: ELORZA TENREIRO, Francisco Javier
- Resumen: La tesis se centra en el acuífero costero de Almonte-Marismas (suroeste de España), fuente de agua clave para la supervivencia de los humedales pertenecientes al Parque Nacional de Doñana. En la actualidad, el acuífero está expuesto a graves amenazas provocadas directamente por la gran cantidad de extracción de aguas subterráneas para riego y abastecimiento público, como es el caso del complejo turístico costero de Matalascañas. La laguna de Santa Olalla es la laguna de agua dulce más importante del Parque Natural de Doñana debido a que presenta un hidroperiodo permanente y se encuentra a escasos kilómetros del mencionado complejo turístico. Los descensos críticos observados en algunos de los piezómetros profundos instalados en Matalascañas generaron preocupación por la potencial existencia de intrusión de agua salina, lo cual podría ser probable que ocurriese en el acuífero bajo una explotación constante. A pesar de que algunos estudios abordaron esta preocupación desde la década de 1990, hasta el día de hoy no hay evidencia experimental sobre ningún fenómeno de intrusión de agua salada en el acuífero Almonte-Marismas.
Actualmente el acuífero Almonte-Marismas es gestionado por la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir con el apoyo de un modelo matemático de aguas subterráneas basado en el código numérico MODFLOW y la interfaz Modelmuse. En los modelos regionales de este tipo, a gran escala, no es común encontrar que se incluyan las relaciones entre el acuífero regional y los pequeños humedales dependientes del mismo. Esto normalmente ocurre debido a la pequeña cantidad de agua intercambiada entre ambos sistemas. Sin embargo, si los recursos de agua subterránea que mantienen los ecosistemas asociados a los humedales se gestionan de manera inadecuada, el impacto ecológico puede ser muy importante.
El objetivo general de la presente tesis es investigar las posibles mejoras futuras del modelo numérico de aguas subterráneas como herramienta de gestión del acuífero Almonte-Marismas en el entorno de la laguna de Santa Olalla. Más específicamente se han planteados dos objetivos concretos.
El primer objetivo principal de esta tesis es investigar la relación de la laguna de Santa Olalla con el acuífero Almonte-Marismas dentro del modelo matemático. Para ello se han estudiado las ventajas y desventajas que ofrecen las subrutinas de DRAIN, RIVER y LAKE del código MODFLOW al considerar una discretización local a pequeña escala en el entorno de la laguna de Santa Olalla utilizando MODFLOW LGR-V2 y, sin considerar dicha discretización local. Los resultados muestran que la condición de contorno de la subrutina DRAIN con una discretización grosera implementada a través de ModelMuse, permite obtener una representación más adecuada y ajustada de los niveles piezométricos en la zona de laguna. Sin embargo, con la subrutina de LAKE, el uso de la discretización local es muy útil ya que se inactiva la celda en la que se encuentra. A raíz de las conclusiones obtenidas, la tesis también enumera pautas para modelizar lagunas dentro de un acuífero regional empleando estas subrutinas con la interfaz ModelMuse.
El segundo objetivo principal de la tesis es explicar la existencia o ausencia de intrusión de agua de mar mediante una simulación 2D de densidad variable en el área de Matalascañas. Adicionalmente, se ha simulado un escenario que estudia el comportamiento del avance del agua del mar 126 años después a partir del periodo simulado considerando que no existen cambios climáticos ni modificación de las extracciones. Los resultados muestran que no hay intrusión de agua de mar debido a la contribución del flujo subterráneo de agua dulce procedente del acuífero aguas arriba.
ABSTRACT
The PhD focuses on the coastal aquifer of Almonte-Marismas (southwestern Spain). It’s a key water source for the survival of the wetlands belonging to the Doñana National Park. Currently, the aquifer is exposed to serious threats caused directly by the large amount of groundwater extraction for irrigation and public supply, as is the case of the Matalascañas coastal tourist complex. The Santa Olalla lagoon is the most important freshwater lagoon in the Doñana Natural Park because it has a permanent hydroperiod and is located a few kilometers from Matalascañas. The critical drops observed in some of the deep piezometers installed in Matascañas generated concern by the intrusion of salt water that is very likely to occur in the aquifer, under constant exploitation. Even though some studies have addressed this concern since the 1990s, to this day there is still no evidence of any saltwater intrusion phenomenon in the Almonte-Marismas aquifer.
The Almonte-Marismas aquifer is currently managed by the Guadalquivir Hydrographic Confederation with the support of a groundwater mathematical model based on the MODFLOW numerical code and the Modelmuse interface. In regional models of this type, on a large scale, it is not common to find that the relationships between the regional aquifer and the small wetlands dependent on it are included. This fact usually happens due to the small amount of water exchanged between both systems. However, if the groundwater resources that support wetland-associated ecosystems are inadequately managed, the ecological impact can be very significant.
The general objective of this thesis is to investigate possible future improvements of the numerical groundwater model as a management tool for the Almonte-Marismas aquifer in the area around the Santa Olalla lagoon. More specifically, two specific objectives have been proposed.
The first main objective of this thesis is to investigate the relationship of the Santa Olalla lagoon with the Almonte-Marismas aquifer system within the mathematical model. For this purpose, it has been studied the advantages and disadvantages offered by DRAIN, RIVER and LAKE MODFLOW packages with and without making a local discretization on a small scale of Santa Olalla lagoon by using the MODFLOW LGR-V2. The results show that the boundary condition of the DRAIN package with a coarse discretization, makes a more adjusted representation of the groundwater piezometric levels in the lagoon environment. However, as the LAKE package inactivates the cell where it is in, the use of the local discretization is very useful. Following the conclusions obtained, also it has been possible to make a guideline about modeling lagoons in regional aquifers by using ModelMuse.
The second main objective of the thesis is to explain the absence of seawater intrusion through a variable density 2D simulation of the Matalascañas area. Additionally, a scenario has been simulated that studies the behavior of the advance of seawater 126 years after the simulated period considering that there are no climatic or pumpings changes. Results show that there is no seawater intrusion due to the contribution of freshwater flow from the upstream aquifer.