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MODELO DE FLUJO
ACUÍFERO CUATERNARIO DEL CAMPO DE CARTAGENA:
“CUANTIFICACIÓN, CONTROL DE LA CALIDAD Y SEGUIMIENTO PIEZOMÉTRICO DE LA DESCARGA DE AGUA
SUBTERRÁNEA DEL ACUÍFERO CUATERNARIO DEL CAMPO DE CARTAGENA AL MAR MENOR”
(CLAVE: 07.831-0070/0411)
MARZO 2020
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –1–
MODELO DE FLUJO DEL ACUÍFERO CUATERNARIO DEL CAMPO DE CARTAGENA
MARZO 2020
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................5
1.1 AREA DE ESTUDIO ........................................................................................................................ 7
1.2 OBJETIVO ..................................................................................................................................... 8
1.3 METODOLOGÍA ............................................................................................................................ 8
1.4 MODELO NUMÉRICO DE FLUJO ................................................................................................... 9
1.4.1 Ecuación de flujo ........................................................................................................... 10
1.4.2 Parametrización ............................................................................................................. 11
1.4.3 Zonificación en TRANSIN ............................................................................................... 12
1.4.4 Teoría del Problema Inverso. Función objetivo............................................................. 13
1.4.5 Código numérico TRANSIN ............................................................................................ 15
1.4.6 Programa VISUALTRANSIN ............................................................................................ 16
2. MODELO CONCEPTUAL ........................................................................................................... 16
2.1 ANTECEDENTES DE MODELOS CONCEPTUALES PREVIOS .........................................................16
2.2 MODELO CONCEPTUAL PROPUESTO PARA EL ACUÍFERO CUATERNARIO DEL CAMPO DE CARTAGENA.......................................................................................................................................19
2.2.1 Red de control ............................................................................................................... 19
2.2.2 Geometría y Litologías ................................................................................................... 19
2.2.3 Funcionamiento hidrogeológico.................................................................................... 22
2.2.4 Caracterización hidroquímica ........................................................................................ 24
3. ESTRUCTURA DEL MODELO NUMÉRICO ................................................................................... 28
3.1 DOMINIO DE MODELACIÓN Y MALLA .......................................................................................28
3.2 ZONAS DE TRANSMISIVIDAD Y COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO ......................................31
3.3 ENTRADAS AL SISTEMA. CÁLCULO DE LA RECARGA AL ACUÍFERO ...........................................33
3.3.1 Recarga por infiltración de precipitaciones ................................................................... 33
3.3.2 Recarga por retornos de riego....................................................................................... 35
3.3.3 Zonificación de recarga ................................................................................................. 35
3.4 SALIDAS DEL SISTEMA POR EVAPOTRANSPIRACIÓN EN SALADARES Y BOMBEO EN POZOS Y SONDEOS ...........................................................................................................................................39
3.4.1 Zonas de evaporación. Saladares .................................................................................. 39
3.4.2 Bombeo ......................................................................................................................... 40
3.5 INTERACCIÓN RÍO-ACUÍFERO ....................................................................................................43
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MODELO DE FLUJO –2–
3.6 CONDICIONES DE CONTORNO EN LOS BORDES ........................................................................44
3.7 NIVELES OBSERVADOS ...............................................................................................................45
3.8 ESTRATEGIA DE CALIBRACIÓN DEL MODELO ............................................................................46
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................................................... 47
4.1 MODELACIÓN EN RÉGIMEN ESTACIONARIO .............................................................................47
4.2 MODELACIÓN EN RÉGIMEN TRANSITORIO ...............................................................................49
4.2.1 Análisis del ajuste de niveles ......................................................................................... 49
4.2.2 Resultados de la simulación en régimen transitorio. BALANCE DE MASAS .................. 55
4.3 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD ........................................................................................................57
4.4 ESTIMACIÓN DE LA DESCARGA DE NITRATOS AL MAR MENOR ................................................59
4.5 LIMITACIONES DEL MODELO .....................................................................................................62
5. CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 63
6. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 66
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MODELO DE FLUJO –3–
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ámbito de la zona de estudio. En color naranja, zona de estudio; en azul, superficie de la
masa de agua subterránea Campo de Cartagena y en color negro, perímetro de la cuenca vertiente
del Mar Menor ......................................................................................................................................... 7
Figura 2. Cortes geológicos ................................................................................................................... 21
Figura 3. Modelo conceptual propuesto para el Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena en la
zona de estudio...................................................................................................................................... 23
Figura 4. Arriba: Malla de elementos finitos utilizada en el modelo de flujo y detalle de zonas con
refinado en la malla. Abajo: vistas superior e inferior 3D del acuífero modelado ................................ 29
Figura 5. Espesor del acuífero cuaternario en la zona de estudio......................................................... 30
Figura 6. Mapa de transmisividad implementado en el modelo .......................................................... 33
Figura 7. Funciones de recarga implementadas en el modelo para cada estación meteorológica (TP22
o CA73), UDA 57 o UDA 58 y tipo de cultivo (cítrico o rotacional) ........................................................ 37
Figura 8. Zonas de recarga .................................................................................................................... 38
Figura 9. Ubicación de pozos de bombeo ............................................................................................. 41
Figura 10. Función bombeo para cítricos (línea azul) y cultivos rotacionales (línea roja) .................... 43
Figura 11. Condiciones en los bordes del modelo ................................................................................. 45
Figura 12. Mapa de piezómetros utilizados para la calibración del modelo. ....................................... 46
Figura 13. Mapa piezométrico del modelo en condiciones estacionarias. Se muestra el gráfico
comparativo entre los niveles observados y los calculados por el modelo ........................................... 48
Figura 14. A) Comparación de niveles calculados en el modelo respecto de los observados. B) Gráfico
de niveles observados respecto al residual. C) Histograma de residuos (valores calculados menos los
observados) donde µ es promedio de los residuos y σ la desviación estándar. .................................... 51
Figura 15. Piezometría observada y calculada por el modelo al inicio, mitad y final del periodo de
simulación.............................................................................................................................................. 53
Figura 16. Hidrogramas niveles calculados respecto de los observados en algunos piezómetros ....... 54
Figura 17. Descarga al Mar Menor desde el Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena…………….56
Figura 18. Balance de masas mensual con las entradas al sistema con colores cálidos (valores
positivos) y los egresos en colores fríos (valores negativos). ................................................................ 57
Figura 19. Volumen de descarga diaria (m³) y de nitratos (kg) al Mar Menor por cada frente ........... 61
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MODELO DE FLUJO –4–
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Síntesis de balances hídricos disponibles del Campo de Cartagena. Cifras en hm³/año.
(Tomado de Domingo-Pinillos et al. 2018) ............................................................................................ 18
Tabla 2. Parámetros analizados en laboratorio .................................................................................... 24
Tabla 3. Valores de conductividad, pH y temperatura in situ ............................................................... 25
Tabla 4. Concentración de nitratos en mg/l medidos en distintas campañas ...................................... 27
Tabla 5. Transmisividades del tramo superior Cuaternario, de carácter acuífero, deducidas de los
ensayos de bombeo, transmisividades equivalentes para la totalidad del espesor del Cuaternario
deducidas de los ensayos de bombeo y Lefranc y transmisividades equivalentes para la totalidad del
Cuaternario finalmente introducidas en el modelo ............................................................................... 32
Tabla 6. Estaciones meteorológicas empleadas para la modelización. (Fuente: SIAM-IMIDA) ............ 34
Tabla 7. Datos de precipitación para el periodo de simulación, año hidrológico y DANA (Fuente: SIAM-
IMIDA). Comparación con los estadísticos de la serie de precipitaciones 1940/41-2011/12 (Fuente:
PHDS, 2015/21. Anejo 2 Recursos Hídricos). ......................................................................................... 34
Tabla 8. Dotación de cultivos y coeficientes de retorno por UDA (Fuente: PHDS, 2015/21. Anejo 3 Usos
y Demandas). ......................................................................................................................................... 35
Tabla 9. Zonas de recarga en el modelo ............................................................................................... 39
Tabla 10. Demanda hídrica de los saladares ........................................................................................ 40
Tabla 11. Caudal bombeado medio diario modelado ........................................................................... 42
Tabla 12. Zonas de caudal y nivel prescrito en el modelo, incluyendo su longitud en metros y la zona
asignada en el programa Visual Transin (zona VT) ............................................................................... 44
Tabla 13. Balance de masas del modelo en régimen estacionario. Los valores con signo negativo
indican salidas del sistema .................................................................................................................... 49
Tabla 14. Balance de masas global resumido en ausencia del efecto de los drenes subterráneos que
aportan agua a la Desalobradora del Mojón ........................................................................................ 55
Tabla 15. Distintos escenarios del análisis de sensibilidad del modelo (considerando el periodo
completo de modelización y el año 2018/19). Los valores entre paréntesis indican la desviación del
parámetro respecto del modelo calibrado. ........................................................................................... 59
Tabla 16. Descarga de agua subterránea y de nitratos al Mar Menor por cada uno de los frentes.
Datos para el año hidrológico 2018/2019. ............................................................................................ 60
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MODELO DE FLUJO –5–
1. INTRODUCCIÓN
El Mar Menor ha experimentado desde los últimos años un deterioro de la calidad de sus
aguas debida a los impactos de las actividades que se desarrollan en su entorno desde hace
décadas: presión urbanística, agricultura intensiva, turismo, explotación minera, etc. Estas
actividades originan una serie de especies químicas contaminantes (nutrientes: nitratos y
fosfatos, sobre todo) que han llegado al Mar Menor influyendo de manera directa en la
degradación de su estado ecológico (Análisis de soluciones para el objetivo del vertido cero al
Mar Menor proveniente del Campo de Cartagena, MITECO 2018).
Las vías de entrada de estos elementos son, por un lado, las aguas superficiales a través de la
red de ramblas que drenan la cuenca vertiente (siendo el cauce principal la rambla del
Albujón), y, por otro, las aguas subterráneas del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena.
El acuífero Cuaternario es el acuífero más superficial de la masa de agua subterránea Campo
de Cartagena (ES070MSBT000000052). Aflora en una buena parte del Campo de Cartagena con
entidad como acuífero, por lo que la práctica totalidad de las actividades económicas se
asientan y desarrollan sobre su superficie. Este hecho, unido a la proximidad del nivel freático
a la superficie del terreno (sobre todo en el borde costero), hace que cualquier vertido,
retornos de riego, etc. se infiltre en el terreno alcanzando las aguas subterráneas y, a través de
ellas, lleguen al Mar Menor debido a la conexión hidráulica directa existente entre ambas
masas de agua, ya que las aguas del acuífero descargan de manera natural en el mismo.
Debido a esta conexión, las aguas subterráneas se han convertido en una de las vías de
entrada de esos compuestos órgano-químicos que han influido en la degradación del Mar
Menor.
En los últimos años se han realizado diversos estudios enfocados a determinar el volumen de
descarga del acuífero en el Mar Menor, pero los resultados obtenidos presentan una
incertidumbre elevada con diferencias de hasta un orden de magnitud. Esta incertidumbre
también es extensible a su calidad química (habida cuenta de la escasez de datos), aspecto de
suma importancia junto con el volumen descargado para poder plantear medidas y soluciones
eficaces de gestión orientadas al cumplimiento de los objetivos ambientales de ambas masas
de agua.
Por este motivo, el Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, a través
de la Dirección General del Agua, encargó al Grupo TRAGSA los servicios técnicos
“CUANTIFICACIÓN, CONTROL DE LA CALIDAD Y SEGUIMIENTO PIEZOMÉTRICO DE LA
DESCARGA DE AGUA SUBTERRÁNEA DEL ACUÍFERO CUATERNARIO DEL CAMPO DE
CARTAGENA AL MAR MENOR. TTMM VARIOS. MURCIA (Clave 07.831-0070/0411)”. El presente
proyecto pretende resolver las incertidumbres existentes; por un lado, precisar el volumen de
descarga subterránea que llega desde el acuífero Cuaternario al Mar Menor y por otro, la
calidad química de la misma y en especial de su carga contaminante.
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MODELO DE FLUJO –6–
El segundo objetivo del proyecto es la construcción de una red de monitorización
hidrogeológica permanente en el entorno del Mar Menor, para el control y seguimiento
cuantitativo y cualitativo de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario al mismo
y controlar los niveles del acuífero en el borde costero.
Para poder alcanzar los objetivos planteados, las actividades contempladas en el proyecto han
sido las siguientes:
- Recopilación de antecedentes - Prospección geofísica mediante sondeos eléctrico verticales (SEVs) y tomografías
eléctricas, para definir la geometría del acuífero Cuaternario. - Inventario de aprovechamientos y puntos de agua. - Seguimiento piezométrico y de calidad química del acuífero. - Ejecución de sondeos de investigación hidrogeológica. - Ensayos de bombeo y de permeabilidad in situ, para para la determinación de los
parámetros hidráulicos del acuífero. - Ensayos isotópicos de radio y radón en el borde costero y en el mar. - Modelización matemática de flujo subterráneo del acuífero Cuaternario.
El proyecto ha sido dirigido por la Oficina de Planificación Hidrológica de la Confederación
Hidrográfica del Segura.
La zona de estudio definida para el desarrollo de las actuaciones ha sido la constituida por una
franja de 3 km medida desde el borde costero del Mar Menor hacia el interior, comprendida
dentro de los términos municipales de San Pedro del Pinatar, San Javier, Los Alcázares y
Cartagena.
El presente informe recoge las actuaciones del último punto de actividades contempladas: la
modelización matemática de flujo subterráneo del acuífero Cuaternario.
La modelación numérica se presenta como una de las herramientas más eficientes y modernas
de gestión de recursos hídricos subterráneos, ya que intenta reproducir todos aquellos
fenómenos y procesos que condicionan el flujo de las aguas subterráneas.
En este documento se describe el modelo numérico desarrollado en condiciones estacionarias
y transitorias. El informe está estructurado en 5 capítulos. En el actual capítulo 1, de
introducción, se presenta el ámbito de la zona de estudio y el software empleado. El capítulo 2
resume el modelo conceptual de funcionamiento del acuífero. En el capítulo 3 se describe la
estructura del modelo numérico y los elementos y procesos que condicionan el movimiento
del flujo, mientras que en el capítulo 4 se presentan y discuten los resultados. Finalmente, el
capítulo 5 recoge las conclusiones y recomendaciones extraídas en el estudio.
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MODELO DE FLUJO –7–
1.1 AREA DE ESTUDIO
El ámbito de las actuaciones considerado para el desarrollo del proyecto ha sido el constituido
por una franja de 3 km medida desde el borde costero del Mar Menor hacia el interior. Supone
un área de 106 km² (aproximadamente el 10% de la superficie total de la masa de agua
subterránea Campo de Cartagena) e incluye los núcleos urbanos de San Pedro del Pinatar, San
Javier, Los Narejos, Los Alcázares, Los Urrutias, Los Nietos, Los Belones, Mar de Cristal e Islas
Menores, pertenecientes a los términos municipales de San Pedro del Pinatar, San Javier, Los
Alcázares y Cartagena (Figura 1).
Figura 1. Ámbito de la zona de estudio. En color naranja, zona de estudio; en azul, superficie de
la masa de agua subterránea Campo de Cartagena y en color negro, perímetro de la cuenca
vertiente del Mar Menor
La decisión de acotar la zona de estudio al área próxima al borde de descarga del acuífero
responde al motivo de reducir al máximo las incertidumbres derivadas de la cuantificación de
los elementos implicados en el balance del mismo (entradas y salidas del sistema) y
caracterización del acuífero.
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MODELO DE FLUJO –8–
En relación a los usos del suelo, la actividad agrícola es la que supone un mayor porcentaje de
ocupación representando el 60 % de la superficie (Fuente: UDAS, PHDS 2015/21), seguida de
los núcleos urbanos con un 28 %. El porcentaje restante lo constituyen los humedales (Playa de
la Hita-Marina de Punta Galera, Humedal de Los Alcázares, Marina del Carmolí, Saladar de Lo
Poyo, Saladar de Punta de las Lomas y Salinas de Marchamalo) y el suelo improductivo
(afloramientos rocosos).
Desde el punto de vista meteorológico la cuenca se caracteriza por una aridez y unas
temperaturas templadas. El Campo de Cartagena es una de las zonas menos lluviosas del país.
Las precipitaciones medias oscilan entre 270 a 350 mm. En promedio, el número de días de
lluvia al año es de 20 a 25, distribuidos principalmente en los meses de septiembre y octubre,
disminuyendo sensiblemente en la época de invierno y primavera. Es habitual que las
precipitaciones sean de tipo torrencial y localizadas especialmente en los meses de otoño, con
eventos de más de 200 mm en 24 h. Las temperaturas se caracterizan por ser suaves durante
todo el año, con una media de 18-19 °C, oscilando entre los 5 °C en invierno y los 30 °C de
verano. La amplitud térmica diaria no suele superar los 10 °C.
1.2 OBJETIVO
El objetivo general del proyecto es cuantificar el volumen de descarga subterránea desde el
acuífero Cuaternario hacia el Mar Menor. Para ello se ha elaborado un modelo matemático de
flujo subterráneo que permita validar el modelo conceptual hidrogeológico y reproducir el
funcionamiento del sistema.
El objetivo específico de este informe es presentar el desarrollo de la modelización realizada.
El modelo numérico del flujo podrá ser empleado por parte de la administración pública para
evaluar las descargas del acuífero hacia el Mar Menor, y en caso necesario predecir la
evolución futura de los niveles del acuífero, ante los distintos escenarios de explotación del
recurso hídrico subterráneo y condiciones meteorológicas.
En base a los datos obtenidos de las campañas de calidad química realizadas en el marco del
proyecto, se ha efectuado una caracterización de la calidad química de las aguas de descarga,
en especial en lo referente a los parámetros químicos involucrados en la degradación
ambiental del Mar Menor como son nitratos, fosfatos y metales pesados.
1.3 METODOLOGÍA
En este proyecto se han seguido las etapas clásicas de modelación de flujo de agua
subterránea con el objetivo de validar el modelo conceptual de funcionamiento del sistema.
Estas etapas son discretización espacial del área de estudio, calibración, validación del modelo
conceptual y simulación de hipótesis.
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MODELO DE FLUJO –9–
El modelo conceptual de funcionamiento del sistema hidrogeológico, que será expuesto en el
informe final del proyecto y de manera resumida en este informe, sintetiza una gran cantidad
de información antecedente y nuevos datos generados durante la realización de este proyecto.
La transformación del modelo conceptual a un modelo numérico supone la discretización
espacial del área de estudio (dominio) en una serie de celdas donde los vértices son puntos
interconectados sobre los que se calcularán los niveles piezométricos. En cada punto o nodo se
resolverán las ecuaciones que gobiernan el flujo, la extensión y capas simuladas, las
condiciones de borde (o contorno) o el régimen de explotación, entre otras.
La calibración del modelo se ha efectuado resolviendo lo que se denomina el Problema Inverso
(Carrera y Neuman, 1986), también conocido como de calibración automática, donde se
calculan los valores de los parámetros que permitan el mejor ajuste de los niveles
piezométricos calculados a los medidos. El cálculo de los parámetros se hará dentro del rango
de variabilidad permitido respecto a los valores puntuales de permeabilidad y coeficiente de
almacenamiento obtenidos en los ensayos de bombeo.
El modelo numérico calibrado es el que más coherencia tiene con el modelo conceptual
propuesto en función de los datos disponibles. Una correcta calibración supondría la validación
del modelo conceptual y de los parámetros calculados durante la misma. Estos parámetros son
los que se utilizarán en las posibles simulaciones que se lleven a cabo posteriormente.
Además, se presentará un análisis de los errores entre los valores medidos y calculados para
identificar aquellos aspectos del modelo en donde es necesario reducir la incertidumbre.
Una vez validado el modelo conceptual con el numérico, se está en condiciones de realizar la
simulación o predicción de la evolución futura para las distintas hipótesis o escenarios de uso
del recurso hídrico subterráneo.
Finalmente, cabe decir que un modelo numérico de flujo es una simplificación que intenta
aproximarse al complejo sistema hidrogeológico analizado en este estudio. Por lo tanto, hay
una fuente de incertidumbres y de limitaciones en sí mismo que, de ningún modo, pone en
duda su validez y su utilidad como herramienta de análisis y gestión del sistema. Lo que se
busca en un proceso de modelación, es una estructura de modelo sólida y coherente con los
datos y antecedentes disponibles, y que el modelo esté calibrado en forma adecuada, para que
los resultados tengan el menor grado de incertidumbre posible.
1.4 MODELO NUMÉRICO DE FLUJO
Modelar numéricamente un sistema hidrogeológico supone transformar a parámetros
susceptibles de ser entendidos por una computadora el modelo conceptual de funcionamiento
del acuífero. Evidentemente, no todas las variables serán tratadas de igual forma en esta
transformación. Por eso se hace indispensable explicar en el presente informe cuál ha sido el
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MODELO DE FLUJO –10–
criterio utilizado, cómo se simuló el flujo, qué condiciones de contorno, la estrategia de
calibración y los resultados obtenidos, además del código y programa utilizado: a) TRANSIN,
que permite simular el flujo de agua subterránea y b) Visualtransin como interfaz gráfica.
El Código TRANSIN (Medina y Carrera, 1996; Medina et al., 1996) fue desarrollado por el Grupo
de Hidrogeología e Hidrogeoquímica del Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartografía
y Geofísica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de
Barcelona, de la Universidad Politécnica de Cataluña (http://www.h2ogeo.upc.es/).
La calibración manual de todos los parámetros de flujo a partir de valores medidos de niveles
piezométricos suele ser larga, tediosa y, sobre todo, incompleta. Para limitar estas dificultades,
el código TRANSIN permite realizar la calibración de forma automática, minimizando una
función objetivo que tiene en cuenta no sólo el ajuste entre valores medidos y calculados de
niveles piezométricos, sino también la plausibilidad de los parámetros calculados. La
calibración automática, conocida como Problema Inverso, se obtiene por métodos estadísticos
basados en maximizar la verosimilitud de los errores de la estimación, cuyos detalles se
pueden ver en Carrera y Neuman (1986).
1.4.1 ECUACIÓN DE FLUJO
El flujo en los acuíferos está gobernado por la conocida ecuación:
∇ · (Τ · ∇ℎ) + 𝑞 + 𝑞𝐿 = 𝑆𝜕ℎ
𝜕𝑡 en Ω (1.1)
donde h es el nivel piezométrico (L), T es el tensor de transmisividad (L2/t), S es el coeficiente
de almacenamiento (adim.), es el dominio bidimensional, es el operador gradiente (1/L),
q es el término fuente y/o sumidero distribuido superficialmente (recarga o extracción)
(L3/L2t), y Lq representa las entradas/salidas de los acuitardos situados por encima y/o por
debajo del acuífero (L3/L2t).
La Ecuación (1.1) se resuelve con las condiciones iniciales:
ℎ(𝑥, 𝑦, 0) = ℎ0(𝑥, 𝑦) (1.2)
donde ℎ0 puede ser cualquier función arbitraria o la solución de la Ecuación (1.1) para una
simulación anterior, frecuentemente en régimen estacionario. Si se analizan ensayos de
bombeo, ℎ0 puede asumirse igual a cero en todo el acuífero, en cuyo caso h representa las
variaciones del nivel o descensos.
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MODELO DE FLUJO –11–
En forma general, las condiciones de contorno para la ecuación de flujo pueden escribirse de la
forma:
(Τ · ∇ℎ) · 𝑛 = 𝛼(𝐻 − ℎ) + 𝑄 en Γ (1.3)
donde es el contorno de ; 𝑛 es el vector unitario normal a y dirigido hacia el exterior; 𝐻
es el nivel prescrito; 𝑄 es un caudal prescrito (L3/Lt); y 𝛼 es un coeficiente que controla el tipo
de condición de contorno (𝛼 =0 para caudal fijo, 𝛼 = para nivel fijo, y 𝛼 0 para condición
mixta, en cuyo caso 𝛼 es un coeficiente de goteo) (L2/t).
El flujo en los acuitardos queda definido por la ecuación:
𝜕
𝜕𝑧(𝐾𝑧
𝜕ℎ′
𝜕𝑧) = 𝑆𝑠
𝜕ℎ′
𝜕𝑡 𝑒𝑛 (𝑧𝑖, 𝑧𝑗) (1.4)
donde 𝑧 es la coordenada perpendicular al plano de los acuíferos, ℎ′es el nivel piezométrico en
los mismos, 𝐾𝑧 es la conductividad en la dirección de 𝑧, 𝑆𝑠 es el almacenamiento específico y,
𝑧𝑖 y 𝑧𝑗son las coordenadas correspondientes a los acuíferos i-ésimo y j-ésimo,
respectivamente.
El acoplamiento entre las Ecuaciones (1.1), correspondiente a los acuíferos, y la (1.4),
correspondiente a los acuitardos, se realiza igualando los flujos y niveles en la interfaz. Esto es,
ℎ′(𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝑡) = ℎ𝑖(𝑥, 𝑦, 𝑡) (1.5)
𝑞𝐿𝑖 = 𝐾𝑧
𝜕ℎ′
𝜕𝑧|
𝑧=𝑧𝑖+
− 𝐾𝑧
𝜕ℎ′
𝜕𝑧|
𝑧=𝑧𝑖 −
(1.6)
donde, de nuevo, el subíndice i identifica el acuífero. En relación con la Ecuación (1.6), el
primer término del segundo miembro representa el flujo desde (o hacia) el acuitardo superior,
y el segundo desde (o hacia) el inferior.
1.4.2 PARAMETRIZACIÓN
Para resolver las ecuaciones de flujo es necesario disponer de valores de parámetros como
pueden ser la conductividad hidráulica, el coeficiente de almacenaje, la recarga, etc. De
manera general estos parámetros muestran variaciones temporales y espaciales. Se entiende
por parametrización al proceso de expresar los parámetros físicos en términos de parámetros
del modelo. Así el parámetro físico Pi se expresa como:
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(𝑥,𝑡) = 𝑃𝑧 · (𝑥) · (𝑡) (1.7)
Considerándose,
Pz, parámetro de zona
fe(x), coeficiente de elemento (o de nudo)
fz(t), función de tiempo
En el caso más general, considerando la no linealidad (el parámetro en sí depende de la
variable de estado h), se tiene
(𝑥,𝑡,ℎ) = 𝑃𝑧 · (𝑥) · (𝑡) · (ℎ(𝑥,𝑡)) (1.8)
donde fNL(h(x,t)) es la función no lineal definida por el parámetro en cuestión.
En cuanto a fe es el coeficiente de nudo o elemento según el parámetro esté asociado a uno u
otro ente geométrico. Este coeficiente sirve para introducir la variabilidad espacial,
supuestamente conocida, dentro de la zona. El ejemplo más directo serían las cotas de los ríos
(introducidas como coeficientes de nudo) o la variación del espesor saturado (introducidas
como coeficiente de elemento).
El parámetro de zona es el parámetro que el programa calibra, y está asociado en general a
formaciones geológicas, usos del suelo, etc. En cuanto a la función de tiempo, su uso más
común está relacionado con la recarga. Debido a la forma en la que la variabilidad espacial
afecta a la solución es indispensable una parametrización adecuada para obtener un resultado
óptimo.
1.4.3 ZONIFICACIÓN EN TRANSIN
Se entiende como zonación a aquella partición del sistema de tal forma que, en cada zona, la
función (𝑥) · (𝑡) tiene una variación predefinida o un valor constante (Carrera, 1984).
TRANSIN usa el procedimiento de zonación para la parametrización porque es el apropiado
para incluir el tipo de información geológica del que habitualmente se dispone. Por otro lado,
la zonificación incluye al procedimiento de discretización de parámetros físicos como uno de
sus casos particulares, lo que facilita su tratamiento estadístico.
Asumir este procedimiento de zonificación implica definir un conjunto de subregiones, que
comprenden numerosos elementos o nodos, en los que cada parámetro físico se asume que es
constante o varía de manera prescrita. En el modelo cada zona (en adelante Zona VT) es
numerada correlativamente.
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MODELO DE FLUJO –13–
1.4.4 TEORÍA DEL PROBLEMA INVERSO. FUNCIÓN OBJETIVO
El Problema Inverso consiste en calcular los parámetros del modelo (p.ej., conductividades
hidráulicas K, coeficientes de goteo , fuente y/o sumidero q , caudal prescrito Q, nivel
prescrito H, etc.) a partir de medidas de la respuesta del sistema y de la información previa del
valor de dichos parámetros apropiadamente ponderada.
Existen diversas formulaciones estadísticas del problema inverso pero la que emplea TRANSIN
es la teoría de Máxima Verosimilitud (MV), en la que los parámetros se tratan como fijos pero
desconocidos. Para definir la verosimilitud es necesario especificar el vector de datos z*
(niveles y/o concentraciones en los puntos de observación y estimación previa de los
parámetros), y la estructura de los errores. La teoría de MV considera a las variables de estado
(niveles y/o concentraciones) como aleatorias, por ende, las observaciones de las mismas
tendrán un error también de carácter aleatorio, de distribución normal, con media cero. Estas
hipótesis permiten encontrar una expresión para la función objetivo como la que se presenta
más abajo. Entonces, se adopta que z sigue una distribución normal multivariada con media
nula, por lo que queda completamente definida con la matriz de covarianza. Con frecuencia es
conveniente suponer que las covarianzas pueden expresarse mediante (Carrera y Neuman,
1986):
Cℎ = 𝜎ℎ2Vℎ; C𝑖 = 𝜎𝑖
2V𝑖; C𝑐 = 𝜎𝑐2V𝑐 (1.9)
donde Cℎ, C𝑖 y C𝑐 son las matrices de covarianza de los errores de niveles, los parámetros del
tipo pi (i= K, Ss, q, H, Q y ) y concentraciones, Vℎ, V𝑖 y V𝑐 son matrices conocidas y definidas
positivas, y 22
h , i y 2c son escalares desconocidos. Sea w el vector compuesto por los
parámetros del modelo pi y los estadísticos de la función de distribución de los parámetros.
Con estas hipótesis anteriores, la verosimilitud de w, dado z* (probabilidad de ocurrencia de
z*si los parámetros y el modelo fuesen ciertos), es:
𝐿(𝑤𝑧∗⁄ ) = (2𝜋)−
𝑁2 |𝐶|−
𝑁2 𝑒𝑥𝑝 (
1
2(𝑧 − 𝑧∗)𝑡𝐶−1(𝑧 − 𝑧∗)) (1.10)
donde hi ich n,nnnN y cn
es el número total de datos de niveles y
concentraciones, respectivamente, in es el número total de parámetros del tipo i con
información previa, C es la matriz de covarianza de z*, las hn primeras componentes de z
representan los niveles h(p), las siguientes cnconcentraciones (calculados con los parámetros
pi) en los puntos y tiempos de observación, mientras que las restantes componentes son los
propios parámetros pi de los que se dispone de información previa. Dado que la estimación
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –14–
previa de pi suele ser independiente de los datos incógnita (niveles y concentraciones), puede
suponerse, sin pérdida de generalidad, que C es de la forma:
𝐶 = (
𝐶ℎ 0 00 𝐶𝑐 00 0 𝐶𝑝
) (1.11)
donde pC incluye todos los tipos de parámetros y tiene forma de diagonal por bloques si los
estimadores previos de los distintos tipos de parámetros no están correlacionados. En la
práctica, no se maximiza la Ecuación (1.8) directamente, sino que se minimiza:
𝑆 = −2𝐿𝑛 (𝐿(𝑤𝑧∗⁄ )) (1.12)
Sustituyendo las ecuaciones (1.7) y (1.9) en (1.8) se obtiene:
𝑆 =𝐽ℎ
𝜎ℎ2 +
𝐽𝑐
𝜎𝑐2 + ∑
𝐽𝑖
𝜎𝑖2
𝑖
+ 𝐿𝑛|𝑉𝑐|
+ ∑ 𝐿𝑛|𝑉𝑖| + 𝑛𝑐𝐿𝑛𝜎𝑐2 + 𝑛ℎ𝐿𝑛𝜎ℎ
2 + ∑ 𝑛𝑖𝐿𝑛𝜎𝑖2 + 𝑁𝐿𝑛2𝜋 (1.11)
𝑖𝑖
siendo el determinante de la matriz respectiva, y donde:
𝐽ℎ = (ℎ − ℎ∗)𝑡 𝑉ℎ−1(ℎ − ℎ∗) (1.13)
𝐽𝑐 = (𝑐 − 𝑐∗)𝑡 𝑉𝑐−1(𝑐 − 𝑐∗) (1.14)
𝐽𝑖 = (𝑝𝑖 − 𝑝𝑖∗)𝑡 𝑉𝑖
−1(𝑝𝑖 − 𝑝𝑖∗) (1.15)
donde ℎ∗y 𝑐∗son los vectores de niveles y concentraciones medidos, respectivamente. Por
último, 𝑝𝑖∗es el vector de estimaciones previas de los parámetros del tipo i. Si, además, la
estructura de errores se supone conocida, minimizar (1.11) es equivalente a minimizar:
𝐽 = 𝐽ℎ + 𝜆𝑐 · 𝐽𝑐 + ∑ 𝜆𝑖 · 𝐽𝑖 (1.16)
𝑖
𝜆𝑖 =𝜎ℎ
2
𝜎𝑖2 𝜆𝑐 =
𝜎ℎ2
𝜎𝑐2
El programa TRANSIN minimiza la función objetivo 𝐽 definida por la Ecuación (1.15) con
respecto a los parámetros del modelo (K, Ss, q, , etc.). Como algoritmo de minimización
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MODELO DE FLUJO –15–
TRANSIN utiliza el Método de Marquardt, que es un algoritmo iterativo de resolución de
problemas no lineales de estimación de parámetros por mínimos cuadrados.
Las principales dificultades que el Problema Inverso puede presentar, se refieren a la no
unicidad de la solución (puede resolverse mejorando la información sobre los parámetros), a la
inestabilidad (pequeñas variaciones en los datos de partida provocan grandes cambios en los
resultados estimados), a las dificultades de convergencia (necesidad de mejorar los datos de
medidas y de información de parámetros), etc.
1.4.5 CÓDIGO NUMÉRICO TRANSIN
El Código Numérico TRANSIN posee las siguientes características:
Resuelve las ecuaciones de flujo de aguas subterráneas por medio del Método de los
Elementos Finitos.
Permite adaptar la discretización espacial a contornos geométricos complicados
(mallas no estructuradas) y trabaja en varias dimensiones. Admite, en un misma
discretización, diferentes tipos de elementos 1D, 2D y 3D (eso facilita la simulación de
flujos preferentes).
Tiene implementado un potente y robusto algoritmo para la aplicación del Problema
Inverso.
Es relativamente sencillo incorporar información en detalle por sectores, es decir,
pasar de un modelo de escala regional a local y viceversa.
La versatilidad y robustez de este código numérico permite que la ecuación de flujo pueda ser
resuelta en varias situaciones:
En régimen saturado y/o no saturado (o mezcla de ambos en espacio y tiempo).
Con hipótesis de sistema confinado o no confinado.
Dependencia no lineal de algunos parámetros respecto del nivel o la presión (succión)
del agua a través de algunas funciones genéricas que describen la mayoría de las
situaciones reales.
El régimen temporal puede ser estacionario y/o transitorio.
Las condiciones de contorno pueden variar en espacio y/o tiempo. Se contemplan las
siguientes: caudal prescrito, nivel prescrito y goteo.
Las condiciones iniciales pueden ser arbitrarias dadas o tomarse como la solución en
régimen permanente.
Los parámetros de flujo que se pueden estimar son: transmisividades o
conductividades hidráulicas, almacenamiento, recarga, niveles y caudales prescritos en
el contorno y coeficientes de goteo. También se pueden estimar parámetros de
transporte.
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MODELO DE FLUJO –16–
1.4.6 PROGRAMA VISUALTRANSIN
El código numérico TRANSIN dispone de la versión amigable VISUALTRANSIN (VT) (GHS, 2003).
En esta herramienta se pueden diferenciar dos partes. La primera, que actúa de interfaz con el
usuario, donde se integran todos los elementos necesarios para una buena interpretación,
facilitando la organización de la información como el contraste entre diversas hipótesis de
trabajo. El programa permite trabajar con material de SIG, pudiendo importar datos en
formato shapefile. La segunda parte, el bloque de cálculo, es el código numérico TRANSIN
propiamente dicho, donde se puede hacer un análisis completo de los resultados. Esta interfaz
gráfica resultante tiene una dificultad de empleo muy inferior a la complejidad inherente al
problema que se desea resolver.
2. MODELO CONCEPTUAL
Un modelo conceptual del sistema hidrogeológico representa una hipótesis de cómo funciona
de manera cualitativa dicho sistema. Su formulación es fruto de la integración de la diferente
información disponible en cuanto a su estructura geológica, tectónica y sus características
geofísicas, hidrogeológicas, hidroquímicas e isotópicas.
A continuación, se hará un breve recorrido histórico por los distintos modelos hidrogeológicos
conceptuales que han sido propuestos para el Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena.
Posteriormente se presentará de manera sucinta el modelo conceptual propuesto para
explicar el funcionamiento hidrogeológico del acuífero integrando la nueva información del
tipo geológica, hidrodinámica e hidroquímica obtenida en base a las actividades ejecutadas en
el marco del presente proyecto, así como información previa existente.
2.1 ANTECEDENTES DE MODELOS CONCEPTUALES PREVIOS
En este apartado se resumen los modelos desarrollados hasta la fecha cuyo objetivo ha sido el
de determinar el volumen de descarga del acuífero al Mar Menor.
“ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO DEL CAMPO DE CARTAGENA” IGME, 1991
La primera aproximación en la cuantificación del caudal de descarga desde el acuífero
Cuaternario al Mar Menor la realizó el IGME considerando datos de piezometría del año 1988-
89 y aplicando una transmisividad (producto de la permeabilidad por el espesor saturado) de
48 m²/día. En el informe se indica que las salidas al Mar Mediterráneo y Mar Menor
representan un mínimo de 5 hm³/año (IGME, 1991). Esta cifra ha sido sistemáticamente
mantenida y referida en numerosos estudios a lo largo de los años y continúa siendo la cifra
actual oficial que se maneja en el vigente Plan Hidrológico de Cuenca (PHDS 2015/21). En el
balance que figura en el Plan se añaden 1.19 hm3/año correspondientes a la descarga a zonas
húmedas costeras, resultando unas salidas totales al mar de 6.19 hm3/año.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –17–
MODELIZACIÓN DE JIMÉNEZ ET AL., 2016
Los últimos estudios realizados por estos autores (Jiménez-Martínez et al., 2016) arrojan
valores muy por encima del mencionado anteriormente. También en base a modelización
matemática indican que, para el periodo 2000-2011, la descarga subterránea
(fundamentalmente al Mar Menor, aunque en parte también al Mar Mediterráneo) podría
alcanzar un 60% de la recarga al acuífero. En este estudio la recarga al acuífero se estimó en
112 hm³/año (frente a los 94,4 hm³/año que considera el Plan de cuenca). Según los datos de
recarga introducidos, la descarga en ausencia de bombeos se estimó en 68 hm³/año (magnitud
equivalente al 13% del volumen de la laguna), por lo que la descarga influida por dichos
bombeos sería menor. En este estudio se actualizó la superficie de riego respecto al informe
del IGME de 1991. Los autores manifiestan que son datos indirectos con una elevada
incertidumbre en la cuantificación de todas las variables que componen el balance hídrico.
“CUANTIFICACIÓN DE LA DESCARGA SUBTERRÁNEA AL MAR MENOR MEDIANTE
MODELIZACIÓN HIDROGEOLÓGICA DEL ACUÍFERO SUPERFICIAL CUATERNARIO” FUTURE
WATER, 2017
Por encargo de la Comunidad de Regantes Arco Sur, Future Water elaboró un modelo
matemático del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena (Future Water, 2017). El trabajo
cuantifica y regionaliza el volumen de la descarga de agua subterránea del acuífero
Cuaternario, a lo largo de todo el contorno del Mar Menor y con especial énfasis en el ámbito
de actuación de la CCRR Arco Sur. Para su ejecución se llevó a cabo un extenso proceso de
recopilación de datos e información y de modelación hidrológica e hidrogeológica. Los
modelos fueron calibrados y validados para un periodo representativo de 16 años que incluye
diferentes condiciones climáticas. Los resultados principales del modelo fueron:
- la recarga anual del acuífero superficial Cuaternario se tasa en entre 12 hm³/año en
periodos muy secos, y 200 hm³/año en periodos muy húmedos. El valor promedio
anual es de 74 hm³/año.
- la descarga potencial al Mar Menor, sin contar las extracciones por bombeo en pozos y
drenes, ni tampoco las transferencias de agua hacia acuíferos inferiores, se ha
evaluado entre 63 y 83 hm³/año, siendo el valor medio 71 hm³ /año.
- la descarga real promedio al Mar Menor durante el periodo de simulación (16 años) se
ha estimado entre 38 hm³/año y 46 hm³/año. Estos valores oscilan ±10 hm³/año,
según se consideren años húmedos o secos.
- la mayor parte de la descarga se concentra en los sectores próximos a la rambla del
Albujón y al norte del Campo de Cartagena. La descarga en el ámbito de actuación de
CCRR-Arco Sur es reducida y se estima en aproximadamente un 5% del volumen total
descargado.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –18–
LONG TERM HYDRODYNAMIC EFFECTS IN A SEMI-ARID MEDITERRANEAN MULTILAYER
AQUIFER: CAMPO DE CARTAGENA IN SOUTH-EASTERN SPAIN. JUAN CARLOS DOMINGO-
PINILLOS ET AL, 2018
En este artículo se desarrolló un modelo numérico de flujo de la masa de agua subterránea
Campo de Cartagena empleando el software MODFLOW. El modelo está constituido por 8
capas en las que se incluyen todos los acuíferos presentes en la masa de agua: Cuaternario,
Plioceno, Andaluciense y Tortoniense. La geometría del modelo y los parámetros hidráulicos
de partida fueron obtenidos de estudios de desarrollados por el IGME y otros investigadores
(Senent-Alonso et al., 2009, Jiménez-Martínez et al., 2009, 2012 y 2016, García-Aróstegui et
al., 2012). Se consideró una recarga por infiltración de las precipitaciones de 35 mm/año, y de
160 mm/año en el caso de la recarga media en las zonas de cultivo en las que se produce
infiltración por retornos de riego.
El modelo fue calibrado con datos de piezometría desde el año 1925 hasta 2015 procedentes
de las redes de CHS y del IGME. Como resultado, el modelo cifró la descarga subterránea del
acuífero al Mar Menor en 35 hm³/año.
Tabla 1. Síntesis de balances hídricos disponibles del Campo de Cartagena. Cifras en hm³/año. (Tomado de Domingo-Pinillos et al. 2018)
Concepto IGME (1991)
CHS (2015)
Jiménez Martínez et al. (2016)
Domingo-Pinillos et al. (2018)
Cuaternario Otros Global Cuaternario Global Cuaternario Otros
ENTR
AD
AS
Infiltración neta
46 4 76 46 - 40 7
Retornos de riego
23 0 18 66 - 73 0
De otros acuíferos
- - - - - 3 57
TOTAL 69 4 94 112 112 116 64
SALI
DA
S
Bombeos 2 19 88 - 77 23 68
Descarga al mar (sobre todo al Mar
Menor)
5 0 6 68 68 40 0
A otros acuíferos
- 0 0 46 0 44 1
Pérdidas 0 0 0 2 2 1 1
TOTAL 54 19 94 116 147 108 70
BALANCE 15 -15 0 -4 -35 8 -6
En la Tabla 1, extraída del artículo, se exponen los datos de los balances realizados hasta la
fecha. Las discrepancias entre los diferentes balances indican las incertidumbres que existen
en el cálculo de los parámetros involucrados.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –19–
2.2 MODELO CONCEPTUAL PROPUESTO PARA EL ACUÍFERO CUATERNARIO DEL CAMPO DE
CARTAGENA
Los trabajos desarrollados en el proyecto con carácter previo al modelo numérico han tenido
como objetivo la caracterización geológica e hidrogeológica de la zona de estudio para
establecer el modelo conceptual. Estos trabajos previos al modelo numérico han consistido en
campañas de prospección geofísica, construcción de 19 sondeos de investigación
(denominados sondeos SM), ejecución de 17 ensayos de bombeo y 5 de permeabilidad in situ,
seguimiento piezométrico y de calidad química del acuífero a lo largo del periodo estudiado y
revisión de toda la información previa disponible.
Todo esto ha permitido obtener un conocimiento detallado del acuífero en su frente de
descarga en relación a su geometría, naturaleza litológica de las distintas capas, límites,
parámetros hidráulicos, funcionamiento hidrogeológico y caracterización hidroquímica.
2.2.1 RED DE CONTROL
Para efectuar el seguimiento de la calidad química y de piezometría del acuífero durante el
periodo de estudio se estableció una red de control diseñada específicamente para ello. Los
puntos que constituyen esta red son preexistentes, y la información sobre los mismos se
obtuvo en el inventario de puntos de agua realizado en la primera fase del proyecto.
La red de control ha estado constituida por unos 70 puntos con una distribución homogénea a
lo largo de la zona de estudio. De ellos, en unos 30 se ha tomado muestra para su análisis
químico en laboratorio. Todos los puntos de la red captan el acuífero Cuaternario y su
naturaleza es diversa: pozos y sondeos en explotación, antiguas norias, piezómetros de
investigación y de control pertenecientes a organismos oficiales (Confederación Hidrográfica
del Segura (CHS) e Instituto Geológico y Minero de España (IGME)).
2.2.2 GEOMETRÍA Y LITOLOGÍAS
En general, el Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena aquí estudiado está compuesto
por materiales de litologías variadas: arcillas, limos, arenas, gravas o conglomerados típicos de
sedimentos aluviales y coluviales junto con sedimentos de ambientes costeros o lagunares
como margas o calizas (Figura 2). El espesor medio en la zona de estudio es de 62 m si bien se
aprecian notables diferencias entre la zona situada al sur del Monte Carmolí, en la que el
espesor medio no llega a 20 m, y la situada al norte de dicho monte, en la que el espesor es
considerablemente mayor.
En detalle y de techo a muro pueden distinguirse los siguientes niveles atendiendo a sus
características geológicas:
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –20–
Nivel 1: El tramo superficial de terreno está formado fundamentalmente por limos y
limos arcillosos de color rojizo con abundantes nódulos calcáreos. Es habitual
encontrar tramos fuertemente cementados formando costras carbonatadas que
raramente alcanzan el metro de espesor. Entre estos limos han sido reconocidos
niveles de limos arenosos, arenas o gravas arenosas, más frecuentes en aquellas zonas
cercanas al lecho de antiguas ramblas como en el caso de los sondeos SM-10 y SM-11.
Su espesor observado varía entre 20 y 60 m en los pozos perforados, con un promedio
de 35.4 m. Al sur de la rambla del Albujón el espesor medio es inferior a 20 m y
descansaría directamente sobre margas arenosas del Plioceno.
Nivel 2: De arcillas margosas de color marrón claro y abundantes concreciones
carbonatadas, cantos calizos incrustados en la matriz y cristales de yeso. Su espesor
medio es de 12 m con un máximo de 24 m en el SM-11, acuñándose hasta desaparecer
en San Pedro del Pinatar y al oeste de La Roda.
Nivel 3: Este nivel está constituido por cuatro litologías con sedimentación
probablemente diacrónica y una naturaleza fruto de las características paleo-
geográficas de la cuenca sedimentaria. De ahí que estos niveles se interdigitan
reflejando los cambios laterales de facies. En detalle puede distinguirse un nivel 3a
formado por calizas lacustres blancas, de textura oquerosa, con fracturas rellenas de
arcillas de descalcificación y con niveles intercalados de arcillas margosas. Solo ha sido
detectado en el SM-20 con un espesor de 13 m. Los niveles 3b, 3c y 3d se
corresponden con margas y margocalizas con intercalaciones de areniscas y
conglomerados. Su espesor medio es de 40 m y no se detectan al sur del Carmolí.
Nivel 4: El tramo inferior del Acuífero Cuaternario del Mar Menor lo compone unas
arcillas limosas marrones con nódulos calcáreos e intercalaciones centimétricas de
arenas, cristales de yeso o calizas lacustres. Estos sedimentos reflejan un ambiente
sedimentario continental próximo a la línea de costa con presencia de sebkas que
informarían de un paleoclima cuaternario árido en el Campo de Cartagena.
Desde el punto de vista hidrogeológico, los niveles 1, 2 y 3a conforman el tramo acuífero del
sistema, con un espesor medio de 37 metros al norte del Carmolí y de 17 metros al sur. Los
niveles 3b, 3c, 3d y 4, cuyo espesor global medio es de 50 metros al norte del Carmolí y es casi
inexistente al sur, tienen carácter de acuitardo, con una limitada capacidad de transmisión de
agua. Se considera que más del 90 % del agua subterránea fluye hacia el Mar Menor a través
del tramo superficial (niveles 1, 2 y 3a).
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –21–
Figura 2. Cortes geológicos
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –22–
2.2.3 FUNCIONAMIENTO HIDROGEOLÓGICO
El sentido del flujo es prácticamente perpendicular al borde costero con isopiezas paralelas al
mismo con una cota máxima de 16 a 18 msnm (todas las cotas están referidas al nivel del mar
del puerto de Alicante) y unos gradientes de entre el 1 y 6 por mil. En la mitad sur la
morfología de las isopiezas difiere respecto a la zona norte, al estar condicionado el flujo
subterráneo por la proximidad de la sierra y otros afloramientos (pitón volcánico de El Carmolí
y afloramientos triásicos) que actúan como límites impermeables.
En la zona de estudio las entradas al sistema vendrían representadas por el flujo lateral de
agua subterránea en el borde oeste, como continuación del acuífero y cuya recarga se
produciría en el mismo acuífero hacia poniente. Los otros vectores de entrada de agua al
acuífero sería la recarga por infiltración de las precipitaciones y la correspondiente a los
retornos de riego. Esta última incluiría todas aquellas zonas con cultivos leñosos permanentes
y las de cultivos rotacionales, dejando al margen las áreas urbanas o con afloramientos
rocosos.
La principal salida del sistema sería la descarga al Mar Menor, y en menor medida al Mar
Mediterráneo, por el frente costero. Esta salida hacia ambos mares ha sido calculada en
ausencia del efecto de los drenes subterráneos que aportan agua a la Desalobradora del
Mojón. Este efecto consiste en la interceptación y derivación de una pequeña parte del flujo
subterráneo hacia el mar, cuando funcionan dicha desalobradora y las impulsiones hacia la
misma.
Se asume la insmiscibilidad de las aguas del acuífero y del mar en la zona de descarga, con un
contacto neto entre ellas. Puede asumirse esta simplificación habida cuenta de la notable
diferencia de densidad entre unas aguas marinas unas ocho veces más salinas que las del
acuífero.
También se ha contemplado la extracción de agua mediante bombeos en los pozos que
explotan el acuífero cuya acción es claramente observable al norte de la localidad de Los
Nietos y hacia el interior del saladar de Lo Poyo donde llegan a observarse cotas piezométricas
negativas. Otra importante salida de agua del acuífero se produciría por evapotranspiratación
en los humedales donde la cercanía del nivel freático a la superficie del terreno y la presencia
de vegetación freatofita produce un efecto “bombeo” que drena el acuífero. En estos sectores
se ha obtenido evidencias de que la evaporación/evapotranspiración son procesos
importantes y de hecho muchas de las muestras de agua subterráneas, en particular aquellas
localizadas en una posición cercana a la zona de playa, muestran evidencias de haber sido
afectadas por evapoconcentración.
La relación Rambla Albujón con el acuífero es compleja ya que se trata de un cauce
estacionario que apenas lleva caudal en época seca y, por tanto, no aportaría agua al acuífero.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –23–
Sin embargo, hay evidencias hidroquímicas de que recibe en su tramo final agua del acuífero
(Fuente: CHS) cuando este aumenta su nivel, aunque es desconocido el volumen del mismo.
Un resumen del modelo conceptual propuesto para el Acuífero Cuaternario del Campo de
Cartagena en la zona de estudio se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Modelo conceptual propuesto para el Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena en la zona de estudio
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –24–
En relación a los parámetros hidráulicos, las transmisividades obtenidas de los ensayos de
bombeo han oscilado entre 2 y 1015 m²/d. Los valores más elevados se han obtenido en los
sondeos ubicados sobre cauces de ramblas actuales o antiguas. En general, la mitad sur de la
zona de estudio es menos transmisiva al ser los materiales más arcillosos y el acuífero menos
potente.
Para el conjunto del acuífero en la zona de estudio se supone un coeficiente de
almacenamiento uniforme S = 0.02.
2.2.4 CARACTERIZACIÓN HIDROQUÍMICA
La caracterización hidroquímica del agua de descarga del Acuífero Cuaternario al Mar Menor
se ha realizado en base a los datos obtenidos de las cinco campañas de calidad química
realizadas lo largo del proyecto. Dichas campañas se efectuaron en octubre de 2018,
noviembre de 2018, febrero de 2019, abril-mayo de 2019 y octubre de 2019.
En los puntos de la red se han llevado a cabo dos tipos de determinaciones:
Determinaciones in situ: Se han realizado medidas in situ de pH, conductividad eléctrica (CE) y
temperatura de las aguas. Estas determinaciones se han efectuado en todos los puntos de la
red en los que ha sido posible la toma de muestra.
Determinaciones en laboratorio: Se han efectuado ensayos de composición química en unos
30 puntos. Los parámetros analizados se indican a continuación en la Tabla 2. El laboratorio
encargado de realizar las analíticas ha sido TYPSA Laboratorio. Los certificados de las analíticas
se adjuntan en el Informe Final del proyecto.
Tabla 2. Parámetros analizados en laboratorio
ANIONES CATIONES OTRAS DETERMINACIONES
Cloruros Calcio pH
Sulfatos Potasio Conductividad (CE)
Bicarbonatos Sodio Alcalinidad (TAC)
Carbonatos Magnesio Carbono Orgánico Total (COT)
Nitratos Hierro (Fe 2+
) DBO5
Nitritos Amonio DQO
Fosfatos Fósforo total
NTK
En la caracterización de las aguas subterráneas de descarga al Mar Menor se van a analizar
aquellos elementos involucrados en la degradación ambiental tanto de la masa de agua
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –25–
subterránea Campo de Cartagena como de la masa de agua superficial Mar Menor. Estos
parámetros son nitratos, fosfatos, conductividad y metales pesados.
Dentro de la red de control del proyecto se han identificado puntos de control que presentan
ciertas incidencias que hacen que sus aguas no sean representativas de la descarga
subterránea del acuífero Cuaternario al Mar Menor, por lo que los datos correspondientes a
dichos puntos no se han tenido en cuenta para la caracterización química de dicha descarga
que se hará en los siguientes apartados. En concreto, estos puntos han sido los siguientes:
- Puntos que penetran por debajo de la interfaz marina (agua dulce – agua salada), en especial los ubicados en saladares costeros.
- Puntos en zonas afectadas por la intrusión marina. - Puntos afectados por grandes acumulaciones temporales de abono orgánico en sus
proximidades.
2.2.4.1 CONDUCTIVIDAD (MEDIDA IN SITU)
El valor promedio de la conductividad de las aguas del acuífero registrada en las campañas es
de 4982 µS/cm. El promedio de los valores máximos es de 9486 µS/cm y el de los mínimos, 712
µS/cm.
En la tabla siguiente (Tabla 3) se muestra el promedio obtenido en cada campaña y los valores
máximos y mínimos. En las dos últimas campañas realizadas se produce una reducción de la
concentración debido probablemente al efecto de lavado y dilución por las lluvias caídas los
días previos, sobre todo con motivo de la DANA acontecida en octubre. En la campaña de abril
el número de puntos de muestreo fue menor, lo que también tiene influencia en el dato
promedio.
Tabla 3. Valores de conductividad, pH y temperatura in situ
PROMEDIO
FECHA oct-18 nov-18 feb-19 abr-19 oct-19
CE (S/cm) 5514 5325 5067 4456 4547
pH 7.5 7.4 7.4 7.4 7.9
Tª 21.2 20 19.7 20.8 21.6
MÁXIMO
FECHA oct-18 nov-18 feb-19 abr-19 oct-19
CE (S/cm) 9530 10360 9160 9380 9000
pH 8.9 9.09 9.4 8.9 9.1
Tª 23 22.1 22.2 23.3 24.5
MÍNIMO
FECHA oct-18 nov-18 feb-19 abr-19 oct-19
CE (S/cm) 710 830 830 600 590
pH 6.9 6.9 6.9 6.9 7.3
Tª 19.3 18 16.6 18.6 18.8
Nª Puntos Muestrados 46 48 55 23 47
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –26–
En general, en la mitad sur se registran conductividades ligeramente más reducidas que en la
mitad norte, posiblemente debido a la proximidad de la sierra que constituye la zona de
recarga del acuífero en esa zona.
El acuífero Cuaternario presenta una heterogeneidad litológica muy elevada al estar
constituido por capas de diferente naturaleza, algunas de la cuales tienen presencia de
materiales evaporíticos (yesos). Esto se traduce en una variabilidad en las conductividades de
las aguas del acuífero en función de la capa que esté captando cada punto de control. Por este
motivo, se aprecian variaciones notables en el valor de conductividad en puntos próximos
espacialmente, pero de diferente profundidad.
Las conductividades más elevadas están asociadas a zonas del acuífero donde se ha constatado
la presencia de materiales evaporíticos. La proximidad al borde costero también se relaciona
con el aumento en las conductividades de las aguas de los acuíferos someros (efectos del
aerosol marino), como es el caso de estudio.
2.2.4.2 NITRATOS
Las aguas subterráneas de la masa de agua Campo de Cartagena llevan registrando unas
concentraciones elevadas de nitratos desde hace décadas, lo que llevó a la Comunidad
Autónoma, en el año 2001, a designar como zona vulnerable a la contaminación de nitratos de
origen agrario a la parte de los acuíferos Cuaternario y Plioceno definida entre la zona regable
oriental del Trasvase Tajo-Segura y el sector litoral del Mar Menor (Orden de 20 de diciembre
de 2001 de la Consejería de Agricultura, Agua y Medio Ambiente de la Región de Murcia).
Este problema también ha quedado registrado en la planificación hidrológica de la cuenca.
Dada la imposibilidad de cumplir con los objetivos ambientales propuestos para esta masa de
agua, en base a los requerimientos de la Directiva Marco del Agua (2000/60/CE), para alcanzar
el buen estado en la masa de agua subterránea (concentración en nitratos inferior a 50 mg/l),
ha sido necesario establecer en el Plan de cuenca unos objetivos menos rigurosos consistentes
en conseguir una concentración máxima en nitratos, en cualquier punto de la masa, inferior a
200 mg/l en el año 2027 (PHDS, 2015/21).
En la Tabla 4 siguiente se muestra el promedio obtenido en cada campaña y los valores
máximos y mínimos. En las dos últimas campañas realizadas se produce una reducción de la
concentración debido probablemente al efecto comentado anteriormente de dilución
producido por las lluvias caídas los días previos, al igual que la reducción en el número de
muestras de la campaña de mayo.
En base a estos datos, la concentración promedio de nitratos de las aguas de descarga es de
unos 180 mg/l. El promedio de los valores máximos es de 361 mg/l y el de los mínimos, 1.4
mg/l.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –27–
En relación a su distribución espacial, en general se registra una mayor concentración del
contenido en nitratos en la mitad sur, con concentraciones medias de 228 mg/l frente a 164
mg/l en la mitad norte.
Tabla 4. Concentración de nitratos en mg/l medidos en distintas campañas
FECHA oct-18 nov-18 feb-19 may-19 oct-19
PROMEDIO 198 195 199 135 164
MÁXIMO 420 400 380 270 335
MÍNIMO 0.5 1.5 1.8 1.3 2.1
Nº Muestras 32 26 26 15 23
2.2.4.3 FOSFATOS
Los fosfatos no suelen ser un compuesto de especial relevancia en las aguas subterráneas
porque suelen quedarse retenidos en el suelo o formar precipitados y no pasan en disolución a
las aguas, pero se incluye un apartado relativo a ellos en el presente documento debido a que
diversos estudios los consideran como uno de los elementos “clave” en la degradación del Mar
Menor (García-Aróstegui et al, 2018).
Acorde con lo expuesto, el contenido en fosfatos de las aguas es reducido, llegando a
encontrarse en la mayoría de las muestras por debajo del límite de detección del
procedimiento. Asumiendo un valor correspondiente a la mitad del límite de determinación
(RD 1514/2009, de 2 de octubre, por el que se regula la protección de las aguas subterráneas
contra la contaminación y el deterioro) el contenido medio de la concentración de fosfatos en
las aguas del acuífero es 0.06 mg/l.
2.2.4.4 METALES PESADOS
Se ha analizado el contenido en metales pesados disueltos del agua en puntos ubicados en la
zona sur de la zona de estudio para analizar la influencia en las aguas subterráneas de la Sierra
Minera. Los metales analizados han sido Arsénico, Cadmio, Cromo, Mercurio, Níquel, Cobre,
Plomo y Zinc. El análisis de metales se ha llevado a cabo en tres de las campañas de calidad
química.
Como criterio de evaluación se han empleado los valores de intervención (Intervention Values)
establecidos en la Normativa Holandesa para aguas subterráneas (Soil Remediation Circular
2013, version of 1 July 2013).
En general, la mayoría de las muestras recogidas han presentado concentraciones por debajo
de los valores umbrales marcados por la Normativa. Únicamente se ha alcanzado el valor
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MODELO DE FLUJO –28–
umbral en el caso del mercurio en dos puntos ubicados en las proximidades de las ramblas de
Ponce y Carrasquilla, respectivamente. El valor umbral está fijado en 0.3 µg/l. En el punto
ubicado junto a la rambla de Carrasquilla se ha igualado este valor sólo en una de las
campañas, en cambio en el punto próximo la rambla de Ponce se ha igualado el valor en una
campaña y en la otra se ha superado, registrando 0.9 µg/l.
3. ESTRUCTURA DEL MODELO NUMÉRICO
Con la estructura del modelo se busca representar numéricamente tanto los procesos físicos
como las características del sistema hidrogeológico que fueron definidas en los modelos
conceptuales. Para ello en la estructura del modelo se aúna el conjunto de parámetros
espaciales y temporales, dentro de un dominio de modelación y con unas determinadas
condiciones de contorno.
En una primera etapa de la modelación se realizará un análisis en condiciones estacionarias, es
decir, sin tener en cuenta las variaciones temporales del nivel piezométrico, lo que simularía
las condiciones del sistema en un estado previo al periodo modelado.
En una segunda etapa se modelará en condiciones transitorias que permiten ver las
oscilaciones del nivel piezométrico a lo largo del tiempo. En este caso el periodo de
modelación se inicia el 1 de junio de 2018 y concluye el 31 de octubre de 2019 que permite
analizar un periodo de tiempo donde se dispone de información contrastada, correspondiente
al seguimiento piezométrico efectuado durante el proyecto.
En este capítulo se describe en detalle el dominio de modelación, la zonificación de
conductividad hidráulica (o transmisividad), la recarga, las condiciones de borde impuestas y la
relación entre el acuífero y los cauces. Finalmente serán expuestos los datos piezométricos
empleados para calibrar el modelo.
Una característica principal y fundamental que ha sido tenida en cuenta durante la
construcción de este modelo ha sido mantener la máxima simplicidad del sistema, siguiendo el
principio de parsimonia y evitando así el fenómeno de sobre-parametrización.
3.1 DOMINIO DE MODELACIÓN Y MALLA
El dominio de modelación está limitado por una franja de 3 km hacia el Oeste, desde la línea
de costa del Mar Menor.
El modelo consta de una sola capa discretizada en una malla de elementos finitos de 7236
elementos triangulares y 3846 nodos. Para un área total modelada de 106 km² correspondería
una superficie media por elemento de 280 m² y 167 m de distancia media entre nodos, siendo
estos unos valores aceptables para un modelo a escala regional como el que se presenta aquí.
No obstante, durante la generación de la malla se introdujo una malla soporte para obtener
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MODELO DE FLUJO –29–
más detalle en las áreas de interés donde más información existe, teniendo en cuenta la
geometría del acuífero (Figura 4).
Figura 4. Arriba: Malla de elementos finitos utilizada en el modelo de flujo y detalle de zonas con refinado en la malla. Abajo: vistas superior e inferior 3D del acuífero modelado
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MODELO DE FLUJO –30–
La forma de la malla está condicionada por la geometría de ciertas áreas y estructuras internas
al modelo como pueden ser el cauce de ríos, zonas urbanas o áreas de evapotranspiración.
Con este fin se aplicaron las herramientas de topología de ArcGis a los distintos elementos del
territorio para evitar los solapes e incoherencias geométricas de la malla.
El Modelo Digital de Elevación (MDE) empleado fue MDT05 2009 del Sistema Cartográfico
Nacional que presenta un paso de malla de 5 m y tiene una resolución de 25 a 50 cm por pixel.
Figura 5. Espesor del acuífero cuaternario en la zona de estudio
El espesor de la capa modelada fue calculado mediante krigeado ordinario a partir de los datos
de 109 puntos con información geológica de perforaciones y ensayos geofísicos (Figura 5). En
el modelo la geometría del acuífero en el borde de descarga al Mar Menor fue modificada para
reflejar la posición de la cuña de agua salada bajo el agua del acuífero. Se utilizó la formulación
de Ghijben-Herzberg que permite determinar la profundidad de la interfaz agua dulce-salada
asumiendo que el flujo de agua dulce es horizontal, no hay flujo de agua salada y en ausencia
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MODELO DE FLUJO –31–
de agua de mezcla. Adicionalmente se realizó la corrección de Hubbert para considerar la
presencia de flujos verticales en la zona de descarga por una sucesiva reducción de la sección
de salida del agua dulce al mar.
La geometría resultante fue introducida en la interfaz gráfica de VISUALTRANSIN como una
función espacial.
3.2 ZONAS DE TRANSMISIVIDAD Y COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO
El código TRANSIN implementa el parámetro transmisividad (T) como resultado del producto
entre la conductividad hidráulica (K) en un área, con el espesor del acuífero en dicho territorio.
Por tanto, se ha procedido a zonificar la conductividad hidráulica en función de los datos
obtenidos en los ensayos de bombeo, de la información geológica y de la piezometría.
Se diferenciaron 15 zonas de conductividad hidráulica en el acuífero, incluyendo aquellas que
representan los afloramientos rocosos del Carmolí y Los Nietos.
Los valores de conductividad hidráulica se calcularon a partir de los datos obtenidos en los
ensayos de bombeo y permeabilidad in situ realizados en los 19 sondeos nuevos del proyecto.
Estos sondeos fueron totalmente penetrativos en el tramo superior más permeable del
Cuaternario, pero no todos penetraron la totalidad del tramo inferior menos permeable. La
permeabilidad del tramo superior en cada uno de los 17 sondeos a rotopercusión se determinó
mediante el correspondiente ensayo de bombeo, en tanto que la permeabilidad del tramo
inferior en cada uno de los 17 sondeos a rotopercusión y en los 2 de testigo continuo se estimó
a partir de los 5 ensayos Lefranc realizados en dicho tramo inferior. En el emplazamiento de
cada sondeo se ha calculado la permeabilidad equivalente de la totalidad del espesor del
Cuaternario, como media ponderada de la permeabilidad de los dos tramos que lo integran, el
superior de carácter acuífero y el inferior de carácter acuitardo. La transmisividad equivalente
del Cuaternario en el emplazamiento de cada uno de los 17 sondeos a rotopercusión se ha
calculado como producto de la permeabilidad equivalente por el espesor de la totalidad del
Cuaternario.
Los valores iniciales de transmisividad utilizados fueron ligeramente ajustados durante las
primeras fases de calibración en régimen estacionario en función de las características
geológicas y del modelo conceptual (Tabla 5).
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –32–
Tabla 5. Transmisividades del tramo superior Cuaternario, de carácter acuífero, deducidas de los ensayos de bombeo, transmisividades equivalentes para la totalidad del espesor del
Cuaternario deducidas de los ensayos de bombeo y Lefranc y transmisividades equivalentes para la totalidad del Cuaternario finalmente introducidas en el modelo
POZO T (m²/d) bombeo T (m²/d) equivalente T (m²/d) equivalente modelo
SM-1 5 5 36
SM-2 608 608 700
SM-3 2 2 8
SM-5 832 837 615
SM-6 129 139 540
SM-7 17 1178 730
SM-8 62 64 232
SM-9 83 84 250
SM-10 1014 1021 870
SM-11 319 356 800
SM-13 94 110 150
SM-14 45 49 105
SM-15 134 140 97
SM-16 314 323 218
SM-17 176 198 216
SM-18 345 348 196
SM-19 311 335 207
Promedio 264 341 351
Como puede apreciarse la transmisividad calculada para la totalidad del espesor del acuífero
es un 3% superior a la obtenida en los ensayos de bombeo para el tramo superior. Sólo se
tiene un cambio notable en el pozo SM-7 cuyo ensayo de bombeo no se consideró
representativo toda vez que el fondo de la perforación colapsó durante su perforación y los
tramos ensayados no representan adecuadamente las características del acuífero en esa zona.
La distribución espacial de la transmisividad es la mostrada en la Figura 6.
El promedio de transmisividades utilizado en el modelo es un 3% superior a las calculadas
como representativas para todo el espesor del acuífero.
Se adoptó una sola zona de coeficiente de almacenamiento para todo el dominio con un valor
de S = 0.02 estimado a partir los datos extraídos en los ensayos de bombeo efectuados
durante la realización de este proyecto.
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MODELO DE FLUJO –33–
Figura 6. Mapa de transmisividad implementado en el modelo
3.3 ENTRADAS AL SISTEMA. CÁLCULO DE LA RECARGA AL ACUÍFERO
3.3.1 RECARGA POR INFILTRACIÓN DE PRECIPITACIONES
Para realizar la cuantificación de la recarga al acuífero por lluvia útil se han empleado los datos
las estaciones meteorológicas CA73 (Los Belones-Cartagena) y TP22 (Santiago de la Ribera-San
Javier) pertenecientes al Sistema de Información Agrario de Murcia (SIAM) (Tabla 6). Se han
obtenido los datos diarios, para todo el periodo de simulación, correspondientes a
Precipitación (mm) y Evapotranspiración de referencia (mm) calculada mediante el método
FAO-Penman-Monteith.
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MODELO DE FLUJO –34–
Tabla 6. Estaciones meteorológicas empleadas para la modelización. (Fuente: SIAM-IMIDA)
ESTACIÓN CA73 TP22
Paraje Los Belones Santiago de la Ribera
Municipio Cartagena San Javier
Coordenada X (ETRS89) 693847 691976
Coordenada Y (ETRS89) 4164941 4184939
Altitud (m) 92 7
Fecha de alta 29/11/2016 01/10/1997
Las precipitaciones registradas en ambas estaciones para el periodo de simulación han sido de
514 mm en la CA73 (Los Belones) y 618 mm en la TP22 (Santiago de la Ribera). Considerando
únicamente el año hidrológico 2018/2019, las precipitaciones fueron de 410 mm y 527 mm,
respectivamente. (Tabla 7).
Estas precipitaciones extraordinariamente intensas se produjeron como consecuencia de la
DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos) que tuvo lugar en septiembre de 2019, en donde
entre el 12 y 13 de septiembre, las precipitaciones caídas supusieron el 40% de las
precipitaciones registradas durante la totalidad del año.
El porcentaje de infiltración de las precipitaciones se ha estimado a partir de los resultados los
valores de infiltración a acuíferos obtenidos con el modelo SIMPA (PHDS, 2015/21. Anejo 2
Recursos Hídricos). En base a ellos, el coeficiente de infiltración calculado ha sido de entre un
1.7% y 6.9%.
Tabla 7. Datos de precipitación para el periodo de simulación, año hidrológico y DANA (Fuente: SIAM-IMIDA). Comparación con los estadísticos de la serie de precipitaciones 1940/41-2011/12
(Fuente: PHDS, 2015/21. Anejo 2 Recursos Hídricos).
ESTACIONES SIAM PHDS 2015/21
CA73 TP22 SERIE 1940/41 – 2011/12
PRECIPTACIÓN (mm/año) Los Belones Santiago de
la Ribera
ZONA MAR MENOR
PERIODO DE SIMULACIÓN 01/06/18 – 31/10/19
514 mm 618 mm
MEDIA 295 mm
AÑO HIDROLÓGICO 2018/19 01/10/18 – 30/09/19
410 mm 527 mm
MÁXIMO 491 mm
DANA 12/09/19 – 13/09/19
165 mm 225 mm
MÍNIMO 116 mm
Para el cálculo de la recarga correspondiente a la lluvia útil se ha considerado toda la superficie
de la zona de estudio exceptuando el terreno urbano.
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MODELO DE FLUJO –35–
Atendiendo a las consideraciones anteriores, la recarga por aporte de las precipitaciones (lluvia
útil) ha sido estimada en 27 mm/año.
3.3.2 RECARGA POR RETORNOS DE RIEGO
Para estimar la recarga debida a retornos de riego se han considerado las superficies
correspondientes a las Unidades de Demanda Agraria (UDA) presentes en la zona de estudio.
En base al mapa de usos del suelo del proyecto europeo CORINE Land Cover (CLC, E= 1:100000
de 2012) y a observaciones directas de campo, se han identificado los cultivos presentes, los
cuales son cultivos hortícolas rotacionales y cítricos. Las dotaciones aplicadas a cada tipo de
cultivo han sido las indicadas en el Plan de cuenca (PHDS, 2015/21. Anejo 3 Usos y Demandas).
Para estimar el porcentaje de agua que infiltra procedente de los retornos de riego se han
empleado los coeficientes de retorno asignados a cada UDA en el Plan de cuenca (Tabla 8).
En base a estos datos, la recarga por infiltración de retornos de riego ha sido estimada en 41
mm/año.
Tabla 8. Dotación de cultivos y coeficientes de retorno por UDA (Fuente: PHDS, 2015/21. Anejo 3 Usos y Demandas).
UDA DENOMINACIÓN
DOTACIÓN BRUTA (m
3/ha/año) COEF. DE
RETORNO HORTÍCOLAS CÍTRICOS
57 Resto Campo de Cartagena, regadío mixto de acuíferos, depuradas y desalinizadas
5001 5989 0.043
58 Regadíos redotados del TTS de la ZTR Campo de Cartagena
7325 6156 0.092
3.3.3 ZONIFICACIÓN DE RECARGA
La recarga en el modelo se ha implementado mediante el desarrollo de una función que
incluye la recarga procedente de la infiltración de las precipitaciones y de retornos de riego.
Para ello, se ha realizado una zonificación que combina la UDA, el tipo de cultivo y la estación
meteorológica más cercana.
Cada polígono, resultante de la zonificación, tiene asociado en el modelo su correspondiente
función temporal de recarga dependiendo de la estación meteorológica (TP22 San Javier o
CA73 Los Belones), el tipo de cultivo (hortícola rotacional o cítrico) o la UDA correspondiente
(UDA 57 o UDA 58) (Figura 7).
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –36–
Teniendo en cuenta la cartografía de usos del suelo en España correspondiente al proyecto
europeo CORINE Land Cover (CLC, E= 1:100000 de 2012) y las observaciones en campo se ha
diferenciado el terreno en cinco grupos principales (Figura 8):
Zonas de cultivos rotacionales: bajo esta denominación se han agrupado aquellas
áreas de cultivos herbáceos estacionales que, fundamentalmente, comprende el
brócoli, alcachofa, lechuga o patata. Ocupa un área de 56.3 km², es decir, un 51.1 % de
dominio.
Zonas de cultivos leñosos: son aquellos cultivos de cítricos (limoneros) que suponen un
8.8 % de área modelada.
Suelo urbano: agrupa los tejidos urbanos y de uso industrial que, en la zona estudiada
supone un 27.5 % del área modelada.
Saladares: se han incluido en el modelo los humedales de Playa de la Hita- Marina de
Punta Galera, Marina del Carmolí, Saladar de Lo Poyo y el saladar de Los Alcázares. Los
tres primeros están identificados en el PHDS 2015/21 y el último figura en el mapa de
usos del suelo del CORINE Land Cover. Presentan un área conjunta de 6.5 km². Los
humedales Salinas de Marchamalo y Punta de Las Lomas (identificados en el PHDS
2015/21) no se han considerado dado su reducido tamaño y la limitada influencia del
acuífero sobre ellos.
Zonas de no cultivo: incluye los principales afloramientos rocosos situados en la mitad
sur del área de estudio. Incluye, entre otros, los cerros del Carmolí, Mingote (Nietos
Viejos) o Punta de Las Lomas (Mar de Cristal) y las estribaciones orientales de la Sierra
de La Unión (Cabezo Negro, Cabezo de los Martínez y el Atalayón). El área ocupada es
de 7.4 km² que corresponde al 6.7 % de la modelada.
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MODELO DE FLUJO –37–
Figura 7. Funciones de recarga implementadas en el modelo para cada estación meteorológica (TP22 o CA73), UDA 57 o UDA 58 y tipo de cultivo (cítrico o rotacional)
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MODELO DE FLUJO –38–
Figura 8. Zonas de recarga
El flujo de recarga implementado en las 23 zonas de cultivo (incluye la infiltración de agua de
lluvia y los retornos de riego con su correspondiente distribución diaria) se multiplica por su
área para obtener el flujo de entrada al acuífero. (Tabla 9).
En el caso de los saladares (humedales) la única recarga que reciben es la correspondiente a la
infiltración de las precipitaciones.
Durante la calibración del modelo fue necesario ajustar los valores de recarga estimados tanto
por infiltración del agua de lluvia como por retornos de riego aumentándola en determinadas
áreas y reduciéndola en otras.
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MODELO DE FLUJO –39–
En el periodo modelado estos caudales diarios sumarían 9.2 hm³ mientras que en el año
hidrológico 2018/2019 la recarga ascendió a 6.47 hm³, produciéndose las mayores entradas en
las zonas de cultivo rotacional.
Tabla 9. Zonas de recarga en el modelo
Zona VT Tipo Denominación Superficie (m²) Caudal en
modelo (m³/d) Función de recarga
1 Cítricos CultA1 161375 26 TP22UDA58CITRUS
2 Cítricos CultA2 1153004 133 TP22UDA57CITRUS
3 Cítricos CultA3 407151 64 TP22UDA58CITRUS
4 Cítricos CultA5 290804 42 TP22UDA57CITRUS
5 Cítricos CultA6 3952520 625 CA73UDA58CITRUS
6 Cítricos CultA7 1028643 144 CA73UDA57CITRUS
7 Cítricos CultA8 281313 42 CA73UDA57CITRUS
8 Cítricos CultA9 756126 110 TP22UDA58CITRUS
9 Cítricos CultA10 636275 107 TP22UDA58CITRUS
10 Cítricos CultA11 564505 88 TP22UDA57CITRUS
11 Cítricos CultA12 420217 60 CA73UDA57CITRUS
12 Rotacional CultB1 667628 131 TP22UDA58ROTA
13 Rotacional CultB2 871165 190 TP22UDA57ROTA
14 Rotacional CultB3 6746118 1837 TP22UDA58ROTA
15 Rotacional CultB4 1494198 187 TP22UDA57ROTA
16 Rotacional CultB5 4731502 476 TP22UDA57ROTA
17 Rotacional CultB6 19173738 4510 CA73UDA57ROTA
18 Rotacional CultB7 261379 47 CA73UDA57ROTA
19 Rotacional CultB8 435924 79 CA73UDA57ROTA
20 Rotacional CultB9 361966 64 CA73UDA57ROTA
21 Rotacional CultB10 4611649 5813 TP22UDA58ROTA
22 Rotacional CultB11 8015004 1875 TP22UDA57ROTA
23 Rotacional CultB12 8897611 1193 CA73UDA57ROTA
3.4 SALIDAS DEL SISTEMA POR EVAPOTRANSPIRACIÓN EN SALADARES Y BOMBEO EN POZOS
Y SONDEOS
3.4.1 ZONAS DE EVAPORACIÓN. SALADARES
Las cuatro zonas de humedales incluidas en el modelo, como se ha comentado anteriormente,
son: Marina del Carmolí, Playa de la Hita-Marina de Punta Galera, Saladar de Lo Poyo y saladar
de Los Alcázares. Para cada una de ellas se ha establecido el caudal de salida equivalente a la
demanda subterránea estimada en el Plan de cuenca (PHDS 2015/21) para cada saladar en
función de su área (Tabla 10).
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MODELO DE FLUJO –40–
Tabla 10. Demanda hídrica de los saladares
Superficie (m²) Demanda Subterránea
PHDS (m³/d) Volumen en modelo
(m³/d)
Saladar 1 – La Hita 563346 772 736
Saladar 2 - Los Alcázares 531843 662 615
Saladar 3 - El Carmolí 3364234 43 46
Saladar 4 – Lo Poyo 2066323 1938 431
Total 6525748 3414 1828
Para el saladar de Los Alcázares se ha adoptado la misma demanda que el de la Playa de la Hita
por su similitud de comportamiento hidrogeológico mientras que en el Saladar de Lo Poyo
hubo que disminuir las salidas hasta 4.5 veces lo estimado en el PHDS por la gran distorsión
que producen esos caudales en el modelo durante su calibración. El caudal total extraído para
el periodo modelado sería 0.94 hm³ mientras que para el año hidrológico supondría 0.59 hm³.
3.4.2 BOMBEO
3.4.2.1 DATOS DE PARTIDA
Las salidas del sistema por bombeos corresponden a las que se producen en las captaciones de
riego que se encuentran diseminadas por toda la superficie de la zona de estudio.
Las captaciones introducidas en el modelo captan exclusivamente el acuífero Cuaternario y
proceden del inventario de puntos de agua efectuado en los inicios de los trabajos. En total, se
han inventariado 70 captaciones con equipos de bombeo en uso. La metodología en la
asignación de los volúmenes de explotación se explica a continuación.
Captaciones incluidas en el Registro de Aguas de la Confederación Hidrográfica del Segura
(CHS)
Aprovechamientos incluidos en el Servicio de Aforos y Control de Aprovechamientos (SICA)
A las captaciones de los aprovechamientos que están incluidos en el sistema SICA (Servicio de
Aforos y Control de Aprovechamientos) se les ha asignado el valor que figura en el sistema
correspondiente al periodo de modelización. Únicamente figuran datos de cuatro
aprovechamientos pero al tratarse de los de mayor volumen concesional son de gran
representatividad de la explotación actual de las aguas del acuífero. Durante el año 2018-2019,
estos aprovechamientos extrajeron entre el 4% y el 19% de su volumen concesional.
Resto de aprovechamientos
A las captaciones que no figuran en el SICA se les ha asignado el volumen concesional inscrito
en Registro de Aguas. Únicamente, en dos casos se ha ajustado el volumen de extracción en
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –41–
base a indicaciones directas por parte de los propietarios. Este ajuste ha consistido en una
reducción del 90% del volumen inscrito.
Captaciones no incluidas en el Registro de Aguas de la Confederación Hidrográfica del Segura
(CHS)
Durante los trabajos de inventario de puntos de agua se identificaron algunas captaciones no
incluidas en el Registro de Aguas y con equipos de bombeo en uso. La asignación del volumen
de explotación se ha realizado en base a la superficie regable asociada y aplicando las
dotaciones del Plan de cuenca en función del tipo de cultivo y de la UDA en la que se ubiquen.
El volumen de extracción de estas captaciones es poco significativo, representando
únicamente un 3% del volumen total introducido en el modelo.
En base a los criterios expuestos se ha obtenido un volumen de extracción en el acuífero
Cuaternario de 3 hm³/año.
3.4.2.2 DATOS INTRODUCIDOS EN EL MODELO. FUNCIÓN BOMBEO
Los bombeos son implementados en el modelo como un flujo prescrito, con signo negativo al
tratarse de una salida del sistema. En TRANSIN el caudal detraído se asigna al nodo más
cercano al pozo de bombeo. Por esta razón el caudal de varios pozos cercanos se agrupó como
un solo bombeo. Finalmente han sido 62 pozos de bombeo introducidos al modelo (Figura 9).
Figura 9. Ubicación de pozos de bombeo
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –42–
Durante las primeras calibraciones del modelo este dato no ajustaba adecuadamente con las
observaciones piezométricas, por lo que fue necesario reducirlo hasta 0.55 hm³/año, que
corresponde con el 18% del volumen inicial calculado. Esto va en consonancia con los datos
proporcionados por el SICA en los que se pone de manifiesto que las extracciones de los
aprovechamientos están siendo considerablemente menores a su volumen concesional. En la
Tabla 11 se indican los datos de bombeo introducidos y el nombre del elemento asignado en el
programa Visual Transin (VT).
Tabla 11. Caudal bombeado medio diario modelado
VT Nombre Caudal (m³/d) VT Nombre Caudal (m³/d)
12 BOMB2 -22.91 43 BOMB48 -1.21
13 BOMB3 -5.34 44 BOMB49 -47.48
14 BOMB5 -0.15 45 BOMB50 -14.95
15 BOMB6 -33.13 46 BOMB51 -52.71
16 BOMB7 -6.88 47 BOMB53 -1.74
17 BOMB8 -22.62 48 BOMB54 -0.33
18 BOMB9 -76.87 49 BOMB55 -1.02
19 BOMB10 -98.45 50 BOMB58 -5.28
20 BOMB11 -9.67 51 BOMB59 -6.36
21 BOMB14 -1.22 52 BOMB60 -0.08
22 BOMB16 -40.18 53 BOMB71 -0.22
23 BOMB17 -4.16 54 BOMB76 -1.89
24 BOMB19 -14.00 55 BOMB88 -3.77
25 BOMB20 -1.77 56 BOMB90 -0.59
26 BOMB21 -86.56 57 BOMB92 -14.44
27 BOMB22 -24.89 58 BOMB95 -4.76
28 BOMB23 -12.62 59 BOMB96 -60.88
29 BOMB24 -14.69 60 BOMB110 -5.25
30 BOMB26 -2.23 61 BOMB126 -272.89
31 BOMB27 -37.19 62 BOMB128 -5.05
32 BOMB28 -37.19 63 BOMB130 -27.46
33 BOMB29 -31.55 64 BOMB133 -27.46
34 BOMB30 -30.49 65 BOMB134 -2.04
35 BOMB31 -30.49 66 BOMB135 -12.24
36 BOMB32 -15.76 67 BOMB136 -43.17
37 BOMB33 -4.27 68 BOMB137 -9.28
38 BOMB35 -18.71 69 BOMB138 -9.01
39 BOMB37 -21.96 70 BOMB139 -46.87
40 BOMB45 -108.17 43 BOMB140 -1.21
41 BOMB46 -12.16 44 BOMB141 -47.48
42 BOMB47 -1.21 45 BOMB143 -14.95
La introducción de las extracciones en el modelo se ha llevado a cabo mediante el desarrollo
de una función de bombeo que asigna el caudal diario extraído en función de las necesidades
hídricas de los cultivos. Para ello se ha contado con los datos reales de la encuesta de tipo de
cultivo, periodo y dotación de riego y dosis de fertilización semanales para el año 2019
efectuada por Tragsatec (Campaña 2019 de control de nitratos en el Campo de Cartagena).
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –43–
En la Figura 10 se muestra la función bombeo introducida en el modelo para los dos tipos de
cultivo considerados.
Figura 10. Función bombeo para cítricos (línea azul) y cultivos rotacionales (línea roja)
3.5 INTERACCIÓN RÍO-ACUÍFERO
La Rambla del Albujón se ha simulado como condición de contorno de goteo 𝛼 impuesta en
cada nodo de la malla. El coeficiente de goteo relaciona el caudal que sale del sistema, en este
caso, y la diferencia entre un nivel externo de referencia (𝐻𝑒𝑥𝑡 y el nivel piezométrico ℎ que
calcula el modelo según la expresión:
𝑄 = 𝛼(ℎ − 𝐻𝑒𝑥𝑡) (3.1)
En esta condición se requiere conocer la cota del agua en cada nodo y el coeficiente de goteo
que caracteriza la conectividad hidráulica del río con el acuífero (aquí se incluyen los
parámetros morfológicos del río como el ancho de cauce, espesor de lecho y conductividad
hidráulica del lecho). La cota del nivel externo, que simula la cota del nivel del agua en el
cauce, se estimó a partir del modelo digital del terreno en los 10 primeros nodos del cauce y se
midió topográficamente en los 4 nodos más cercanos a su desembocadura. De esta forma, el
acuífero aporta agua al río cuando el nivel piezométrico calculado se encuentra por encima de
ese nivel de referencia.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00ju
nio
-18
julio
-18
ago
sto
-18
sep
tie
mb
re-1
8
oct
ub
re-1
8
no
viem
bre
-18
dic
iem
bre
-18
ener
o-1
9
feb
rero
-19
mar
zo-1
9
abri
l-1
9
may
o-1
9
jun
io-1
9
julio
-19
ago
sto
-19
sep
tie
mb
re-1
9
oct
ub
re-1
9
Fact
or
bo
mb
eo
(ad
ime
nsi
on
al)
Función bombeo cítricos
Función bombeo cultivo rotacional
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –44–
3.6 CONDICIONES DE CONTORNO EN LOS BORDES
Una de las grandes ventajas de la utilización del código TRANSIN es que el caudal de entrada
por cada uno de los nodos de un borde con condición de caudal prescrito (Qp) puede ser
calculado en función del resto de parámetros del sistema. Por tanto, para representar la
entrada de agua lateral del acuífero por el borde oeste del modelo se ha considerado con
condición de caudal prescrito. Este borde se ha dividido en 12 segmentos de longitud variable
cuyos extremos coinciden aproximadamente con los límites de las cuencas hidrográficas
asociadas a las ramblas que descargan al Mar Menor (Figura 11). De esta manera se tiene
sectorizado el borde de entrada al modelo para poder cuantificar la distribución lineal de las
entradas subterráneas al acuífero Cuaternario en la zona de estudio, procedentes del mismo
acuífero fuera de dicha zona.
Para simular la descarga del Acuífero Cuaternario al Mar Menor por su borde este se ha
empleado la condición de nivel fijo (Np) igual a 0 (cota 0 referida al nivel del mar en el puerto
de Alicante). Se ha dividido este borde en 11 sectores para identificar la distribución lineal de
dicha descarga. La primera de ellas (Np1) corresponde al borde norte de modelo que
representa al canal perimetral de las Salinas de San Pedro del Pinatar que recogería las aguas
del acuífero (y pluviales) conduciéndolas hasta el Mar Mediterráneo en El Mojón (Tabla 12).
En los extremos norte y sur del modelo se asignan dos tramos de flujo nulo (Figura 11).
Tabla 12. Zonas de caudal y nivel prescrito en el modelo, incluyendo su longitud en metros y la zona asignada en el programa Visual Transin (zona VT)
Zona VT Nombre Longitud (m) Zona VT Nombre Longitud (m)
1 Qp1 3698 1 Np1 3339
2 Qp2 3600 2 Np2 3326
3 Qp3 2359 3 Np3 4254
71 Qp3_2 2897 4 Np4 4495
4 Qp4 3213 5 Np5 2124
5 Qp5 2349 6 Np6 2071
6 Qp6 3719 7 Np7 2550
7 Qp7 2649 8 Np8 3365
8 Qp8 3363 9 Np9 3799
9 Qp9 2989 10 Np10 4109
10 Qp10 3380 11 Np11 3319
11 Qp11 7196
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –45–
Figura 11. Condiciones en los bordes del modelo
3.7 NIVELES OBSERVADOS
Los datos de niveles que fueron utilizados para la calibración en estado estacionario
pertenecen a 74 pozos adoptados como puntos de observación. Son medidas realizadas en la
primera quincena de junio de 2018 y que se asumen como representativas del primer día
modelado. Las medidas empleadas oscilan entre 17.47 y -4.30 msnm. Algunos de los valores
negativos corresponden a medidas dinámicas de nivel por lo que no fueron tenidas en cuenta
para la calibración del modelo.
Para la calibración en condiciones transitorias se tomaron 1803 medidas de nivel en 65 puntos
de observación abarcando todo el periodo modelado. Los puntos de medida seleccionados se
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –46–
distribuyen de manera homogénea por todo el área modelada y los niveles varían entre 21.95
y -4.30 msnm.
La ubicación de los puntos de observación utilizados son los mostrados en la Figura 12.
Figura 12. Mapa de piezómetros utilizados para la calibración del modelo.
3.8 ESTRATEGIA DE CALIBRACIÓN DEL MODELO
El modelo numérico fue calibrado ajustando los valores de los parámetros para reproducir los
niveles observados o medidos mediante una combinación de métodos manuales y
automáticos. Para esto último TRANSIN utiliza un algoritmo que trata de minimizar la función
objetivo que mide la diferencia entre los niveles calculados por el programa y los observados.
Para la calibración se requiere que tanto los valores de los parámetros como los caudales de
entrada y salida del modelo sean coherentes con los reales y con el modelo conceptual,
además de ajustar de la mejor manera los niveles medidos respecto de los calculados.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –47–
Los parámetros a contemplar en un modelo de flujo son la conductividad hidráulica o
transmisividad, la recarga, los niveles fijos, los caudales fijos y el coeficiente de goteo. Cada
uno de ellos representa una propiedad o proceso en el modelo de la forma que fue presentada
en los capítulos precedentes. Para los parámetros conductividad hidráulica, la recarga, el goteo
y la condición de contorno de nivel fijo se asumió una incertidumbre baja, mientras que se
utilizó para la calibración la condición de contorno de caudal prescrito. En el modelo, para la
entrada lateral por el oeste del acuífero, el parámetro es el caudal de entrada por unidad de
longitud y el coeficiente de nudo es la semisuma de la distancia de cada nudo con el
adyacente.
En una primera fase se calibró automáticamente el caudal prescrito que entra lateralmente al
acuífero por su borde oeste empleando las 74 medidas de niveles piezométricos.
La segunda fase consistió en calibrar el modelo en condiciones transitorias. La calibración del
modelo en régimen transitorio arranca el 1 de junio de 2018 y finaliza el 31 de octubre de
2019, con un paso de tiempo diario, lo que supone 519 días. En el inicio de la simulación se
asumieron las condiciones estacionarias. Es a partir del segundo paso de tiempo cuando
comienzan a trabajar las funciones de tiempo asociadas a la recarga, bombeo o evaporación.
La calibración del modelo transitorio permite validar los parámetros calculados en la
calibración del estacionario así como valorar el coeficiente de almacenamiento y la variabilidad
espacio-temporal de la recarga y del bombeo.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el presente capítulo serán descritos los resultados de calibración y ajuste del modelo
numérico considerando condiciones estacionarias y transitorias para el modelo conceptual
propuesto.
4.1 MODELACIÓN EN RÉGIMEN ESTACIONARIO
En la Figura 13 queda plasmado el mapa piezométrico y de errores resultantes para el modelo
estacionario. El error medio, entendido como la diferencia absoluta entre los niveles medidos y
calculados, es de 1.89 m, valor aceptable para un modelo a esta escala. Los errores más
elevados están asociados a puntos del modelo con cotas topográficas elevadas, zonas anexas a
bombeos y el área situada al norte del Aeropuerto de San Javier.
El valor obtenido de función objetivo (sumatorio de errores entre la desviación estándar de
cada error) durante el ajuste del modelo por calibración inversa ha sido Fobj= 183, del cual un
40 % son errores achacables a 5 pozos, lo que indica un muy buen ajuste.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –48–
Figura 13. Mapa piezométrico del modelo en condiciones estacionarias. Se muestra el gráfico comparativo entre los niveles observados y los calculados por el modelo
El balance de masas del sistema (Tabla 13) sugiere una entrada diaria por los bordes del
acuífero de 19679 m³, de los cuales el 64 % se produce al norte de la rambla del Albujón. De
igual forma, las descargas suponen un caudal diario de 20449 m³ con las mayores salidas por
los tramos comprendidos entre Santiago de la Ribera y Los Alcázares.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –49–
Tabla 13. Balance de masas del modelo en régimen estacionario. Los valores con signo negativo indican salidas del sistema
m³/d Total
Recarga Cultivos cítricos 1005
4310 Cultivos rotacionales 3305
Salida saladares -1874 -1874
Bombeos -1659 -1659
Rambla Albujón -8 -8
Entrada lateral al acuífero
Qp1 2124
19679
Qp2 2397
Qp3 1151
Qp3_2 5963
Qp4 6777
Qp5 99
Qp6 292
Qp7 52
Qp8 74
Qp9 554
Qp10 191
Qp11 0.7
Salida al mar
Np1 -1931
-20449
Np2 -1207
Np3 -2513
Np4 -7310
Np5 -2973
Np6 -2971
Np7 -1235
Np8 -23
Np9 -219
Np10 -5
Np11 -56
4.2 MODELACIÓN EN RÉGIMEN TRANSITORIO
En este apartado se pasa a describir los resultados de la calibración, los parámetros calculados
y el ajuste del modelo de los niveles. Al margen de los parámetros calculados, durante el
proceso iterativo de calibración también fueron incluidas algunas zonas de recarga aunque
limitando su incertidumbre al tratarse de un valor impuesto al modelo.
4.2.1 ANÁLISIS DEL AJUSTE DE NIVELES
El error medio absoluto () de los valores de nivel piezométrico fue estimado como la
sumatoria de las diferencias absolutas entre los niveles calculados (Hcal) y los observados (Hobs)
entre el número de observaciones totales (Nobs):
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –50–
𝜖̅ = ∑|𝐻𝑐𝑎𝑙
𝑖 − 𝐻𝑜𝑏𝑠𝑖 |
𝑁𝑜𝑏𝑠
𝑁𝑜𝑏𝑠
𝑖
(4.1)
Se ha obtenido un error medio absoluto de 0.76 m. El rango de medidas por encima o por
debajo de la línea de ajuste teórico varía entre un mínimo de -6.97 m y un máximo de 7.22 m.
La comparación entre los valores observados y calculados indica que existe una ligera
tendencia a subestimar los valores calculados a mayor cota (Figura 14a). De ahí que en el
histograma de residuos se aprecie una tendencia de la cola hacia la derecha (Figura 14c). Estas
desviaciones son de esperar ya que varios de los niveles observados corresponden a medidas
durante la explotación del acuífero en pozos cercanos. No obstante, el coeficiente de
correlación lineal obtenido ha sido de 0.931 y no se ha detectado tendencia significativa
durante la calibración como muestra el gráfico de niveles observados respecto de los residuos
(Figura 14b).
El ajuste ente valores medidos y calculados también se estimó analizando el error cuadrático
medio (RMS):
𝑅𝑀𝑆 = [1
𝑁𝑜𝑏𝑠∑ (𝐻𝑜𝑏𝑠𝑖
− 𝐻𝑐𝑎𝑙𝑖)
2
𝑁𝑜𝑏𝑠
𝑖=1
]
12⁄
(4.2)
Obteniendo un valor RMS = 1.17 m
Y el error cuadrático medio normalizado NRMS que tiene en cuenta la amplitud máxima entre
observaciones de la cota piezométrica:
𝑁𝑅𝑀𝑆 (%) =𝑅𝑀𝑆
𝑁𝑜𝑏𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑁𝑜𝑏𝑠
𝑚𝑖𝑛𝑥100 (4.3)
El NRMS resultante es 4.47 % inferior al 5 % máximo que indica una calibración óptima para un
modelo de agua subterránea (Barnett et al., 2012).
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –51–
Figura 14. A) Comparación de niveles calculados en el modelo respecto de los observados. B) Gráfico de niveles observados respecto al residual. C) Histograma de residuos (valores calculados menos los observados) donde µ es promedio de los residuos y σ la desviación estándar.
La piezometría calculada por el modelo refleja el patrón del modelo conceptual propuesto y
reproduce la piezometría de las campañas realizadas. Se produce un flujo subterráneo
perpendicular a la costa en la mitad norte de la zona de estudio, desde la rambla del Albujón
hasta San Pedro del Pinatar, deducido de unas isopiezas paralelas al borde costero. En esta
zona, las isopiezas oscilan entre la cota del nivel del mar en la línea de costa y hasta la de 16-
18 msnm en el interior.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –52–
En la mitad sur la morfología de las isopiezas difiere respecto a la zona norte, al estar
condicionado el flujo subterráneo por la proximidad de la sierra y otros afloramientos (pitón
volcánico de El Carmolí y afloramientos triásicos) que actúan como límites impermeables. En
esta zona aparecen cotas piezométricas cercanas a 0 (o negativas si hay bombeos) al norte de
la localidad de Los Nietos y hacia el interior del saladar de Lo Poyo.
La dirección del flujo subterráneo es, en general, desde el interior de la cuenca hacia el Mar
Menor y, en la zona sur, se observa una convergencia hacia las ramblas del Beal y Carrasquilla.
Si se compara la piezometría calculada por el modelo respecto de la observada en las
campañas de campo (Figura 15) puede apreciarse una buena concordancia de las curvas
piezométricas. No obstante, hay ciertas divergencias como en la zona oeste del Saladar del
Carmolí donde la piezometría observada registra cotas de 8 msnm mientras que en el modelo
quedan ligeramente por debajo de 6 msnm o en la zona cercana al Aeropuerto de San Javier
donde el modelo predice cotas piezométricas más altas que las observadas.
Los hidrogramas construidos a partir de los niveles medidos en campo y los calculados por el
modelo (Figura 16) muestran que, de manera general, se reproduce el comportamiento del
sistema. En aquellos puntos donde no se logra reproducir sería necesario redefinir o incluir
nuevas funciones de recarga o bombeo, debido a que en su área de influencia no ajustan
adecuadamente las establecidas (desarrolladas para mantener la máxima simplicidad
siguiendo el principio de parsimonia). En estos casos, hay que mencionar que se trata de
anomalías a escala muy local que no afectan en la dinámica global del modelo, por lo que su
implicación en el resultado del balance no es significativa.
En otros puntos de control con medidas puntuales ocurre que alguna de las medidas queda
muy lejos del nivel calculado. En este caso habría que incidir en la historia de las medidas para
averiguar su verosimilitud ya que es muy probable que estén afectadas por algún tipo de
incidencia como bombeos cercanos, tras una lluvia torrencial, etc., y adecuar individualmente
las funciones de ingreso o egreso de agua al sistema o incluso desestimar la medida. Al igual
que el caso anterior, este hecho no tiene repercusión significativa en el resultado final del
balance.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –53–
Figura 15. Piezometría observada y calculada por el modelo al inicio, mitad y final del periodo de simulación
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –54–
Figura 16. Hidrogramas niveles calculados respecto de los observados en algunos piezómetros
4
6
8
10
12
14
16
18
20
NE
(msn
m)
POZO 71
Calculado
Observado
0
2
4
6
8
10
12
14N
E (m
snm
)
POZO 8
Calculado
Observado
-5
-3
-1
1
3
5
NE
(msn
m)
POZO 72
0
1
2
3
4
5
NE
(msn
m)
POZO 75
Calculado
Observado
0
2
4
6
8
10
NE
(msn
m)
POZO 82
0
2
4
6
8
10
NE
(msn
m)
POZO 59
-5
-3
-1
1
3
5
NE
(msn
m)
POZO 146
0
2
4
6
8
10
NE
(msn
m)
POZO 89 Calculado
Observado
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –55–
4.2.2 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN EN RÉGIMEN TRANSITORIO. BALANCE DE MASAS
El balance de masas global se muestra en la Tabla 14 para cada componente del balance (entradas y
salidas del sistema), flujo prescrito y nivel prescrito, incluyendo la variación del almacenamiento.
Tabla 14. Balance de masas global resumido en ausencia del efecto de los drenes subterráneos que aportan agua a la Desalobradora del Mojón
hm³ (periodo
modelado) hm³ (año 2018/19)
Entradas
Recarga LLuvia útil + Retornos Riego 9.21 6.47
Entrada lateral 9.15 6.33
TOTAL entradas 18.36 12.80
Salidas
Descarga al Mar MAR MENOR 11.50 8.49
Mediterráneo 0.85 0.61
Evapotranspiración en saladares 0.94 0.60
Bombeos 0.78 0.56
Rambla del Albujón 0.07 0.05
TOTAL salidas 14.14 10.30
Almacenamiento 4.22 2.50
De estos datos se deduce que la descarga al Mar Menor para el periodo modelado sería 11.6 hm³
(junio de 2018 a octubre de 2019) y 8.5 hm³ para el año hidrológico 2018/2019. Para cada frente de
descarga se han integrado los valores de flujo de agua subterránea obtenidos en cada nodo incluido
en ellos, obtenido el valor de descarga diaria en cada segmento considerado. La descarga diaria
promedio sería de 22284 m³, produciéndose en un 77 % entre la Playa de Villananitos y la
desembocadura de la Rambla del Albujón (Figura 17).
El valor de descarga calculado se refiere exclusivamente a la descarga subterránea del acuífero
Cuaternario al Mar Menor. Existen otras descargas que se producen de manera superficial y sub-
superficial que tienen lugar a través de las ramblas (Albujón y Miranda, principalmente) y por
rebosamientos puntuales que se producen en zonas deprimidas del terreno o en las que el nivel del
acuífero está muy próximo a la superficie, que no han sido objeto de cuantificación en este estudio.
Las salidas del acuífero a la rambla del Albujón se han estimado en 0.05 hm3/año para el año
2018/19. Este volumen hace referencia únicamente a los aportes a la rambla por parte del acuífero.
La rambla recibe otro tipo de aportaciones superficiales y sub-superficiales procedentes de otras
fuentes que no han sido objeto de estudio en este proyecto. La suma de los diferentes aportes,
incluyendo el subterráneo del acuífero, supone el volumen total que la rambla descarga en el mar
Menor.
De igual modo la entrada lateral del acuífero desde el oeste se produce principalmente (72%) en la
franja comprendida entre Venta del Pino en San Javier hasta Las Lomas de Rame en Los Alcázares.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –56–
Figura 17. Descarga al Mar Menor desde el Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena (en hm³)
La recarga también ha sido ajustada ligeramente durante la calibración del modelo respecto de la
inicialmente prevista, aumentándose en algunos casos y disminuyendo en otras zonas de cultivo. En
términos generales se sobre-estimó a priori la recarga y ha sido necesaria reducirla entre el 29 y 52 %
en algunas zonas. Por otro lado, fue subestimada en tres sectores, especialmente en los cultivos
situados al oeste de Los Alcázares. Estos cambios en la recarga no indican que sean áreas donde se
riega más o menos o donde el terreno es más permeable o arcilloso. Simplemente denota que en
dichas áreas existe algún condicionante (usos de suelo, otras litologías, estructuras geológicas, etc.)
que implica una falta o exceso de agua y habrá que investigar más a fondo en el futuro.
La recarga en el modelo equivale a 89 mm para el año hidrológico 2018/19. La recarga corresponde
en un 60 % de retornos de riego y un 40 % de infiltración de lluvia.
Estos datos se correlacionan con los de estudios previos. En el estudio de Duque et al. (2018) estiman
una recarga de 101 mm/año en zonas de riego para el acuífero cercano de Torrevieja. En el modelo
de Future Water (2017) consideran una recarga promedio de 74 hm3/año para toda la masa de agua.
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MODELO DE FLUJO –57–
Teniendo en cuenta que el ámbito de la zona de estudio del presente modelo es el 10 % de la
superficie de la masa, podría asumirse un valor de recarga de 7.4 hm3/año, lo que sería coherente
con los 6.5 hm3/año calculados en este estudio.
Por otra parte, en el estudio de Juan Carlos Pinillo et al, 2018 se consideró una recarga por
infiltración de las precipitaciones de 35 mm/año lo que es acorde con los resultados del modelo que
estima una recarga por lluvia útil de 36 mm/año (40 % del total calculado). En cambio, existe una
diferencia mayor en el caso de la recarga debida a retornos de riego. En el presente modelo ha sido
calculada en 53 mm/año (60 % del total) mientras que en el modelo de Pinillo et al, 2018 fue de 160
mm/año (este valor debe incluir la recarga también por lluvia útil).
En la Figura 18 se muestra un balance de masas mensual para el periodo modelado en el que se
aprecia como las entradas al sistema coinciden con tres grandes periodos (coincidentes con épocas
de precipitación) donde también aumenta el almacenamiento en el acuífero. Sin embargo, la
descarga al mar es más constante y aumenta meses después de los picos de recarga, reflejando que
el efecto de la variación de la recarga en la variación de las salidas al Mar Menor se ve amortiguado
por la variación del almacenamiento en el acuífero.
Figura 18. Balance de masas mensual con las entradas al sistema con colores cálidos (valores positivos) y las salidas en colores fríos (valores negativos).
4.3 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
Se ha efectuado un análisis de sensibilidad como método para comprobar la dependencia de los
resultados del modelo respecto de los parámetros de entrada al mismo. De entre los múltiples
métodos existentes para realizar un análisis de sensibilidad se ha optado por la opción de “una
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prueba a la vez”. Consiste este método en cambiar un único parámetro de entrada del modelo y se
evalúa la variación resultante en los resultados del mismo. Desafortunadamente este análisis no
puede cuantificar la incertidumbre en las salidas del modelo porque el proceso lo modifica en su
configuración óptima y se ignora la correlación entre los parámetros del acuífero.
Para este modelo los parámetros de entrada con comportamiento lineal (recarga y bombeo) han sido
modificados en el doble y la mitad de su valor mientras que los de tendencia no lineal (transmisividad
y coeficiente de almacenamiento) se han modificado disminuyendo o incrementando en un factor de
2/3 y 3/2 respectivamente. Para cada parámetro y escenario han sido evaluados los errores medio
absoluto, cuadrático (RMS) y normalizado (NRMS), coeficiente de correlación lineal entre los niveles
observados y calculados (R2), la cota piezométrica media del último día modelado y la descarga total
del acuífero al Mar Menor (Tabla 15).
Incrementar o reducir los bombeos tienen el menor efecto en el modelo seguido de los cambios en el
coeficiente de almacenamiento. Por otro lado, las variaciones de transmisividad tienen el efecto más
destacado. La evapotranspiración en los saladares tiene bastante importancia en los estadísticos y
muy baja si analizamos la piezometría, evidentemente porque se sitúan a cotas bajas y en sus
inmediaciones se sitúan gran parte de las medidas de nivel.
El orden creciente de sensibilidad del modelo a los cambios en los parámetros es:
Bombeo Coef. Almacenamiento EVT saladares Recarga Transmisividad
Por último, se ha realizado un ejercicio forzando el modelo para obtener un valor de descarga al Mar
Menor del orden de los obtenidos en las modelaciones previas comentadas en el apartado 2.1. Para
ello, se ha cuadruplicado la tasa de recarga (hasta un total de 356 mm/año) siendo necesario
multiplicar los valores de transmisividad por cinco (obteniendo una transmisividad promedio de 1755
m2/d) para tener un ajuste de niveles adecuado. En estas condiciones la descarga al Mar Menor sería
de 27.8 hm³/año, más de 3 veces superior a lo estimado.
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Tabla 15. Distintos escenarios del análisis de sensibilidad del modelo (considerando el periodo completo de modelización y el año 2018/19). Los valores entre paréntesis indican la desviación del parámetro respecto del
modelo calibrado.
Escenario Error
Absoluto (m)
RMS (m) NRMS
(%) R²
Cota media modelada
(m) 31/10/19
Descarga al Mar
Periodo modelizado
(hm³)
Descarga al Mar Menor 2018/2019
(hm³)
Modelo Calibrado
0.76
(0.00)
1.17
(0.00)
4.47
(0.00)
0.93
(0.00)
6.22
(0.00)
12.35
(0.00)
8.49
(0.00)
Recarga (x0.5) 0.85
(0.09)
1.37
(0.20)
5.24
(0.77)
0.92
(-0.01)
5.02
(-1.20)
10.01
(-2.34)
6.96
(-1.54)
Recarga (x2) 1.48
(0.72)
1.87
(0.70)
7.13
(2.66)
0.91
(-0.02)
8.37
(2.15)
16.87
(4.52)
11.46
(2.97)
EVT saladares (x0.5)
0.88
(0.12)
1.25
(0.07)
4.76
(0.29)
0.91
(-0.02)
6.07
(-0.15)
11.40
(-0.95)
7.87
(-0.62)
EVT saladares (x2)
1.84
(1.08)
2.29
(1.12)
8.72
(4.25)
0.81
(-0.12)
5.90
(-0.32)
9.50
(-2.85)
6.63
(-1.87)
Bombeo (x0.5) 0.81
(0.05)
1.23
(0.06)
4.68
(0.21)
0.92
(-0.01)
6.28
(0.06)
12.47
(0.12)
8.58
(0.08)
Bombeo (x2) 0.78
(0.02)
1.19
(0.02)
4.53
(0.06)
0.93
(-0.24)
5.98
(-0.24)
12.13
(-0.22)
8.35
(-0.14)
Transmisividad (x0.66)
1.66
(0.90)
2.34
(1.1)
8.92
(4.45)
0.91
(-0.02)
8.33
(2.11)
11.85
(-0.50)
8.17
(-0.33)
Transmisividad (x1.5)
1.10
(0.34)
1.96
(0.79)
7.42
(2.95)
0.92
(-0.01)
4.63
(-1.59)
12.85
(0.50)
8.83
(0.33)
S Coeficiente Almacenam. (x0.66)
0.86
(0.10)
1.27
(0.10)
4.83
(0.36)
0.92
(-0.01)
6.66
(0.44)
12.96
(0.61)
8.90
(0.40)
S Coeficiente Almacenam. (x1.5)
0.75
(-0.01)
1.20
(0.03)
4.56
(0.09)
0.93
(0.00)
5.76
(-0.46)
11.77
(-0.58)
8.12
(-0.38)
T(x5) y Recarga (x4)
1.47
(0.71)
2.06
(0.89)
7.84
(3.37)
0.79
(-0.14)
7.49
(1.27)
41.70
(29.35)
27.76
(19.27)
4.4 ESTIMACIÓN DE LA DESCARGA DE NITRATOS AL MAR MENOR
Para el cálculo de la descarga diaria de nitratos en el Mar Menor se ha utilizado el modelo calibrado.
Para cada uno de los 11 tramos en los que fue dividido el borde costero el cálculo se realizó
multiplicando el valor de flujo diario de agua subterránea por la concentración media de nitratos,
obtenida de las campañas de calidad química realizadas a lo largo del proyecto, en la porción de
acuífero que descargaría por dicho frente.
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MODELO DE FLUJO –60–
Toda vez que el mayor flujo de agua subterránea hacia el mar ocurre por el sector norte del acuífero,
la mayor porción de descarga de nitratos también se produce desde Santiago de la Ribera hasta El
Carmolí. En las zonas Np2 a Np6 se produce el 76 % de la descarga de agua subterránea y el 70 % del
contenido en nitratos (Tabla 16). Descartando la salida al Mediterráneo por el sector Np1, la suma de
nitratos que salió al Mar Menor durante el año hidrológico 2018/19 fue de 1575.44 toneladas. Como
promedio diario descargan 4111 kg de nitratos al Mar Menor durante el periodo modelado (Figura
19).
Tabla 16. Descarga de agua subterránea y de nitratos al Mar Menor por cada uno de los frentes. Datos para el año hidrológico 2018/2019.
Sector V descarga
(hm³) Concentración
media NO3- (mg/l)
Toneladas NO3
-
% descarga acuífero
% nitratos
Np1 (*) 0.61 200 122.09 6.73 7.19
Np2 0.67 206 138.98 7.39 8.19
Np3 1.09 166 181.25 12.02 10.68
Np4 2.90 115 333.64 31.97 19.65
Np5 1.15 152 174.66 12.68 10.29
Np6 1.13 328 371.70 12.46 21.90
Np7 0.70 238 167.55 7.72 9.87
Np8 0.14 181 25.94 1.54 1.53
Np9 0.55 281 156.28 6.06 9.21
Np10 0.10 190 19.89 1.10 1.17
Np11 0.03 186 5.55 0.33 0.33
TOTAL 9,1 204 (promedio) 1698 100 100
(*) Np1 descarga en el Mar Mediterráneo
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MODELO DE FLUJO –61–
Figura 19. Volumen de descarga diaria (m³) y de nitratos (kg) al Mar Menor por cada frente
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MODELO DE FLUJO –62–
4.5 LIMITACIONES DEL MODELO
El modelo documentado en este informe puede ser usado para calcular las descargas del Acuífero
Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor en distintos escenarios: con la situación actual,
con cambios en los cultivos, analizando la variabilidad climática, etc. No obstante, para usarlo
adecuadamente, las incertidumbres asociadas con sus condiciones simuladas tienen que ser
entendidas. El modelo es una simplificación del sistema hidrológico del acuífero por lo que presenta
unas limitaciones inherentes. Su precisión está relacionada en gran medida con la calidad y
distribución espacial de los parámetros de entrada usados para constreñir el modelo durante su
calibración (transmisividad, recarga y bombeos).
A pesar de que el modelo ha sido diseñado para una respuesta adecuada en todas las zonas, el
modelo conceptual y numérico tiene unas simplificaciones que pueden restringir su uso en diferentes
escalas tanto espaciales (a nivel subregional) como temporales (con otras condiciones climáticas). Las
limitaciones e incertidumbres de los modelos matemáticos poseen diferente origen y aquí solo serán
enumeradas de manera sucinta las que se entiende que potencialmente pueden ser refinadas a
futuro para mejorar el grado de ajuste del modelo y su resolución espacial y temporal.
Discretización
La discretización espacial y temporal de modelo puede ser una fuente potencial de errores e
incertidumbres. El uso de un modelo discretizado para representar un sistema hidrogeológico
supone limitaciones ya que hay fenómenos o procesos que ocurren a escalas menores. Así, por
ejemplo, este modelo no será adecuado para reproducir efectos locales que sobre la piezometría
originen acciones con una anchura inferior a la distancia entre nodos de la malla de elementos
finitos, o la influencia en el flujo en zonas de flujo preferente que no cumplan con dicha condición.
Cambios a pequeña escala temporal no serán distinguibles en los resultados del modelo (p. ej. riegos
puntuales o tormentas muy locales).
Geología
Uno de los grandes avances en el conocimiento del Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena ha
sido en sus características geológicas y geometría. Para el presente modelo la simplificación de
litologías es adecuada, pero para procesos a escala local sería necesario discriminar las distintas
capas en función de su contenido en arenas o gravas.
Pozos de bombeo
Se ha asumido una misma distribución de bombeo para todas aquellas zonas con similar cultivo. Es
una simplificación coherente que a nivel del modelo funciona, pero que provoca desajustes locales
en algunas zonas del modelo.
Recarga
El cálculo de la recarga es siempre uno de los mayores retos al afrontar un modelo de flujo
subterráneo. Estudios experimentales en detalle ayudarán a mejorar notablemente este parámetro
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
MODELO DE FLUJO –63–
fundamental de entrada al modelo. El análisis de los cambios de cultivo podría mejorar el ajuste del
modelo en ciertas zonas sensibles. Pequeñas modificaciones en las funciones de recarga en algunas
áreas, o en periodos de tiempo acotados, disminuirían muchas de las incertidumbres del modelo.
Por la falta de datos confiables, en este modelo no se ha tenido en cuenta la posible recarga en zonas
urbanas por pérdidas en las redes de distribución o saneamiento, por lo que podría ser una fuente de
error.
Saladares (Humedales)
Un adecuado estudio específico sobre la influencia de agua subterránea sobre los saladares y su tipo
de vegetación se hace necesario para minimizar la incertidumbre en la salida que se produce por
evaporación en los saladares.
Flujo por Rambla del Albujón
No hay datos confiables de qué porción del caudal que lleva la rambla del Albujón es debido a los
aportes del acuífero por lo que es imposible simular su comportamiento de una manera realista. El
conocimiento de la dinámica de la interacción río-acuífero es uno de los grandes retos a mejorar en
el futuro.
En definitiva, aunque el objetivo básico del modelo de cuantificar las descargas al Mar Menor ha sido
alcanzado, la incertidumbre en cuanto a la representatividad de algunos parámetros de entrada
permanece y algunos potenciales componentes que pueden mejorar su ajuste y reducir la
incertidumbre de la simulación son:
1. Mejora de los cambios temporales de uso del terreno.
2. Mejora de la estimación y aplicación de tipo de cultivo y riego.
3. Mejora en el estudio de freatofitas en saladares y su influencia en el acuífero.
4. Mejora en el conocimiento de la interacción del acuífero y la rambla del Albujón.
5. Mejora en la información de volumen y periodos reales bombeados y ubicación de filtros en
los pozos existentes.
A pesar de todas esas potenciales limitaciones, el presente modelo representa el más actualizado,
realista, preciso y confiable desarrollado hasta el momento para comprender muchos aspectos del
funcionamiento del Acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena.
5. CONCLUSIONES
Se ha propuesto un nuevo modelo conceptual del funcionamiento del Acuífero Cuaternario del
Campo de Cartagena, validado por un modelo numérico en el que se integran datos de tipo
geológico, climático, hidrogeológico, hidrodinámico e hidroquímico obtenidos en base a las
actividades ejecutadas en el marco del presente proyecto, así como información previa existente.
El ámbito geográfico de la simulación ha correspondido con una franja de 3 km medida desde el
borde costero hacia el interior, comprendiendo de norte a sur las localidades de San Pedro del
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Pinatar hasta Cabo de Palos, resultando una superficie de 106 km2 (aproximadamente el 10 % de la
superficie total de la masa de agua subterránea Campo de Cartagena).
La decisión de acotar la zona de estudio al área próxima al borde descarga del acuífero ha respondido
al motivo de reducir al máximo las incertidumbres derivadas de la cuantificación de los elementos
implicados en el balance del mismo (entradas y salidas del sistema) y caracterización del acuífero, lo
que le infiere una gran robustez al modelo.
El periodo de simulación ha sido el comprendido entre el 1 de junio de 2018 y el 31 de octubre de
2019, el cual se corresponde con la fecha de seguimiento piezométrico efectuado durante el
proyecto.
En base a los datos obtenidos de las campañas de calidad química realizadas, se ha efectuado una
caracterización de la calidad química de las aguas de descarga, las cuales han presentado un
contenido medio de nitratos de 180 mg/l y una conductividad promedio de 4982 µS/cm. En relación
a metales pesados, únicamente se ha registrado, en un punto próximo a la rambla de Ponce, un valor
por encima de la normativa de referencia empelada.
Del modelo numérico destacan los siguientes aspectos:
Es un modelo de una sola capa que simula el comportamiento de todo el espesor acuífero,
reproduciendo su comportamiento de manera razonable y coherente.
El error medio absoluto ha sido de 0.76 m. El ajuste de niveles durante la calibración apoya la
hipótesis de zonas de flujo preferente de agua subterránea asociadas a canales o
paleocauces, especialmente en la zona sur del modelo.
El modelo logra simular los egresos por los saladares que, junto con la descarga al mar,
suponen las principales vías de salida del acuífero.
El impacto del bombeo es relativamente pequeño comparado con el flujo total a través del
sistema. Se estima un volumen detraído de 0.56 hm³ para año hidrológico 2018/2019.
El almacenamiento para el periodo modelado se ha incrementado en 2.5 hm³.
El modelo reproduce la rápida respuesta del acuífero a los procesos de recarga y cómo la
descarga es progresiva y aumenta varias semanas después de los mayores eventos de
precipitación.
La descarga calculada al Mar Menor para el periodo modelado es de 11.5 hm³ (junio de 2018
a octubre de 2019) y de 8.49 hm³ para el año hidrológico 2018/2019. El 70 % se produce en
la mitad norte del borde costero. La descarga al Mar Mediterráneo es de 0,85 hm3 para el
periodo modelado y de 0,61 hm3 para el año hidrológico 2018/2019.
La cantidad de nitratos vertida al Mar Menor durante el año hidrológico 2018/19 fue de 1575
toneladas, con un promedio diario de 4111 kg.
Estas salidas hacia ambos mares han sido calculadas en ausencia del efecto de los drenes
subterráneos que aportan agua a la Desalobradora del Mojon, efecto que consiste en la
interceptación y derivación de una pequeña parte del flujo subterráneo hacia el mar, cuando
funcionan dicha desalobradora y las impulsiones hacia la misma.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
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El modelo ha supuesto un avance significativo en el entendimiento del Acuífero Cuaternario del
Campo de Cartagena, proporcionándonos el más actualizado dato del balance de masas en la franja
de estudio y el valor más aproximado (con los datos disponibles) de la descarga al Mar Menor.
Cuantificación, control de la calidad y seguimiento piezométrico de la descarga de agua subterránea del acuífero Cuaternario del Campo de Cartagena al Mar Menor. TTMM Varios. Murcia.
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