Técnicas de modelación numérica para la gestión sostenible de los acuíferos situados en los páramos calcáreos de la cuenca del Duero

Resumo

La esencialidad del agua para el desarrollo de la vida en la Tierra es indiscutible, no solo entendida en términos biológicos, sino también sociales y económicos. En este sentido, el progreso de las diferentes civilizaciones a lo largo de la historia ha estado fuertemente ligado a la disponibilidad y capacidad de gestión del recurso hídrico, situación que se sigue dando hoy en día. A este respecto, la cantidad de agua naturalmente presente en un momento y lugar concreto está condicionada por los procesos que originan el ciclo del agua, como pueden ser la evaporación y la precipitación. Sin embargo, la antropización del ciclo hidrológico también condiciona su disponibilidad, obteniendo resultados positivos o negativos en función de la eficiencia en la gestión, considerando tanto la cantidad como la calidad. El actual paradigma en el gobierno del agua se centra en la gestión integrada de los recursos hídricos, que toma como eje vertebrador el ciclo hidrológico. Esta corriente ha sido sustentada y consolidada con la promulgación de la Directiva Marco del Agua, la cual busca compatibilizar el abastecimiento de las demandas sociales y económicas con la conservación del medio ambiente. Considerando esta perspectiva de gestión, los acuíferos juegan un papel esencial dentro del ciclo hidrológico, actuando como captadores y reservas naturales del agua procedente de precipitación, además de resguardar al recurso frente a los contaminantes superficiales. En el presente trabajo se realiza un estudio ambiental de carácter multidisciplinar sobre el acuífero del Páramo de Cuéllar. Se trata de uno de los acuíferos libres y colgados situados en los páramos calcáreos de la cuenca sedimentaria del Duero. Sus límites naturales vienen marcados por el propio río Duero al norte, el río Duratón al oeste y el río Cega al suroeste. La recarga se produce de forma natural a partir del agua infiltrada procedente de las precipitaciones, mientras que las salidas se dan a través de la red de drenajes ubicados de forma perimetral. Históricamente sus aguas han sido cruciales para el mantenimiento de la actividad económica local centrada en la agricultura. Con el paso del tiempo, el incremento de las demandas y el uso de fertilizantes han derivado en importantes problemas de sobreexplotación y contaminación. La necesidad de mantener el recurso hídrico en buen estado no solo afecta a la propia integridad del acuífero. También influye sobre el grado de conservación de los cuatro espacios naturales protegidos situados en su zona de influencia, los cuales, en último término, son receptores de las aguas que de él manan. La caracterización de la zona de estudio ha sido el primer paso en la investigación para el conocimiento del acuífero. Se ha realizado mediante el análisis de los diferentes elementos que conforman su realidad: el medio físico, el medio socioeconómico, las zonas naturales protegidas y el medio perceptual. Esta primera indagación ha permitido comprender el funcionamiento del acuífero, así como las relaciones que establece con el medio natural y socioeconómico en el que se enmarca. Una vez definido el marco de trabajo, se ha proseguido con el estudio geoestadístico. El objetivo de este apartado es dar continuidad territorial sobre toda la superficie del páramo a los datos cualitativos y cuantitativos del recurso, además de a los geológicos. Hasta ahora, esta información solo se conocía de forma puntual a través de la red de piezómetros de control gestionados por el organismo de cuenca, la Confederación Hidrográfica del Duero. En lo referente a la cantidad del agua, se han estimado dos superficies piezométricas que simulan escenarios extremos. El primero representa los niveles promedios más altos; mientras que el segundo, los más bajos. En lo que respecta a la calidad, se ha estimado la superficie de concentración de nitratos por ser el único contaminante del que se tiene constancia que sobrepasa los límites legalmente establecidos. Por último, se ha realizado la estimación de la superficie del muro de las calizas. Determinar el de nivel freático en toda la superficie del páramo y, como consecuencia, obtener las direcciones de flujo, ha sido esencial para conocer los parámetros hidrogeológicos que definen al acuífero. De esta forma, se ha calculado la conductividad hidráulica a partir del tiempo de inercia medido en cinco de las fuentes que drenan las aguas del páramo. Asimismo, se ha calculado la transmisividad, la curva de agotamiento y el volumen dinámico. Adicionalmente, se ha realizado el balance hídrico considerando los diferentes factores que influyen en la recarga o descarga. Una vez conocidos los parámetros que determinan el funcionamiento del acuífero, los procesos que interviene en la recarga y descarga, y la estructura geológica en la que se enmarca, se ha creado el modelo de flujo. Modflow 6, que resuelve la ecuación de flujo por aproximación de diferencias finitas, ha sido el programa utilizado para construir y ejecutar el modelo. En primer lugar, se ha realizado la calibración del modelo en estado estacionario, utilizado como superficie piezométrica inicial la estimada mediante técnicas geoestadísticas. Posteriormente, tomando como datos iniciales los niveles piezométricos obtenidos en el modelo de flujo estacionario, se ha ejecutado el modelo de flujo en estado transitorio para determinar la evolución del nivel piezométrico a lo largo de un año hidrológico. La caracterización efectuada hasta este punto persigue un propósito concreto: contribuir a la gestión sostenible del acuífero. Por ello, se ha calculado el nivel de sostenibilidad ambiental que presenta el Páramo de Cuéllar, tanto en términos de cantidad como de calidad. La huella hídrica que ejercen las actividades antrópicas desarrolladas sobre el páramo ha sido la herramienta utilizada para este fin. Otro aspecto a destacar en la gestión sostenible es la detección de las áreas que presentan un mayor grado de vulnerabilidad. Con este fin, se ha evaluado la vulnerabilidad desde tres perspectivas. En primer lugar, la vulnerabilidad a la impredecibilidad geoestadística, analizada mediante un índice sintético de creación propia, el IVI, que se sustenta en las incertidumbres asociadas a la estimación del nivel piezométrico (factor cuantitativo) y a la concentración de nitratos (factor cuantitativo). En segundo lugar, la vulnerabilidad intrínseca frente a la contaminación, evaluada con el índice DRASTIC. En tercer lugar, la vulnerabilidad específica frente a la contaminación, evaluada mediante el índice de susceptibilidad (IS). El último punto tratado en este apartado se ha centrado en determinar el aporte cuantitativo que el acuífero realiza sobre los tres ríos que le circundan, utilizando para ello el código GIS-Balan en ArcGIS. Los resultados obtenidos en las interpolaciones geoestadísticas muestran que la dirección de flujo preferente es N 45o O, con sentido hacia el noroeste, la cual coincide con la dirección de flujo de la red hidrográfica regional en la que se enmarca el páramo. En términos de calidad, se ha obtenido que más del 90% de la extensión del acuífero excede el límite legal de 50 mg/l de nitratos, localizándose las mayores acumulaciones en la zona norte y llegando a cuadruplicar, en algunas áreas, la concentración máxima permitida. Sin embargo, la ausencia de focos puntuales de contaminación en la zona de altas concentraciones puede indicar que el contaminante es trasladado por la acción del flujo preferente. En cuanto a la estimación del muro de las calizas, se ha determinado que los máximos espesores se localizan en el sector centro y este. Por otro lado, el modelo numérico ha corroborado el comportamiento teórico que presentan los acuíferos colgados, en los que la zona de recarga se encuentra en la parte central, donde se forma un domo piezométrico que se expande de forma radial hacia los extremos del páramo. Las áreas perimetrales presentan los niveles freáticos más bajos, propiciando el movimiento del agua por gradiente hidráulico desde la zona central de recarga, hasta las zonas perimetrales de drenaje. Entrando en el apartado de sostenibilidad, ha quedado patente la fuerte dependencia que el acuífero presenta frente a las precipitaciones, la única forma natural de recarga. En este sentido, el acuífero solo alcanza la sostenibilidad ambiental en términos cuantitativos si los volúmenes de extracciones son adaptados a los regímenes de precipitaciones. Sin embargo, en lo que concierne a la contaminación, los resultados obtenidos han sido más pesimistas, indicando que el acuífero no es capaz de asimilar las altas concentraciones de nitratos ni siquiera en escenarios con alto nivel de recarga. El análisis de vulnerabilidad, realizado desde una triple perspectiva, ha concluido que una de las zonas que precisan de forma urgente una mayor monitorización es el espacio protegido “El Carrascal”. Por otro lado, es destacable la alta susceptibilidad del acuífero a las actividades agrícolas. Además, el análisis conjunto de las tres vulnerabilidades señala las canteras de roca caliza como puntos en los que también se debe enfocar el control. En cuanto a las aportaciones que el acuífero realiza sobre las riberas de los ríos aledaños, en los tres casos se obtiene una tendencia negativa a lo largo de los 31 años analizados y una relación directa con el régimen de precipitaciones. Además, los mayores caudales vierten hacia el Duero, hecho que coincide con la ubicación de las fuentes más caudalosas y de menor variabilidad estacional, la topografía del terreno y la dirección de flujo preferente dentro del acuífero.