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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



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



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



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



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.



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.



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.



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.



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



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.

http://www.h2ogeo.upc.es/



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:



(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.



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



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



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.



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.



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.



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.



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:



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).



Figura 2. Cortes geológicos



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.



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



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



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


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


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



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.



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



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



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



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



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).



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.



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.



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.



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).



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.



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)



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.



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




5 Cítricos CultA6 3952520 625 CA73UDA58CITRUS







12 Rotacional CultB1 667628 131 TP22UDA58ROTA





17 Rotacional CultB6 19173738 4510 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).



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



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



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).



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



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



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



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.



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.



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.



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):



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).



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.



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.



Figura 15. Piezometría observada y calculada por el modelo al inicio, mitad y final del periodo de simulación



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



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.



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.



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



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.



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.



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



Figura 19. Volumen de descarga diaria (m³) y de nitratos (kg) al Mar Menor por cada frente



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



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



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.



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.



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