Facultad de Ciencias Geológicas Universidad Complutense de Madrid MÁSTER UNIVERSITARIO EN GEOLOGÍA AMBIENTAL Curso 2020-2021 ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA LA RECARGA ARTIFICIAL DEL ACUÍFERO ASOCIADO A LA RESTAURACIÓN AMBIENTAL DE LAS LAGUNAS DE BELVIS DEL JARAMA HYDROGEOLOGICAL STUDY FOR THE ARTIFICIAL RECHARGE OF THE AQUIFER ASSOCIATED WITH THE ENVIRONMENTAL RESTORATION OF THE BELVIS DEL JARAMA LAGOONS. JORGE MARTINEZ LEÓN (autor/a) TUTOR/ES DEL TRABAJO: JULIO GARROTE REVILLA PEDRO MARTÍNEZ SANTOS Fdo.: Fdo.: MARTINEZ SANTOS PEDRO - DNI 50739588R Firmado digitalmente por MARTINEZ SANTOS PEDRO - DNI 50739588R Nombre de reconocimiento (DN): c=ES, o=UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID, ou=CERTIFICADO ELECTRONICO DE EMPLEADO PUBLICO, serialNumber=IDCES-50739588R, sn=MARTINEZ SANTOS, givenName=PEDRO, cn=MARTINEZ SANTOS PEDRO - DNI 50739588R Fecha: 2021.08.26 16:42:57 +02'00' GARROTE REVILLA JULIO - 52867607Z Firmado digitalmente por GARROTE REVILLA JULIO - 52867607Z Nombre de reconocimiento (DN): c=ES, serialNumber=IDCES-52867607Z, givenName=JULIO, sn=GARROTE REVILLA, cn=GARROTE REVILLA JULIO - 52867607Z Fecha: 2021.08.27 11:19:58 +02'00' I ÍNDICE 1 RESUMEN ...................................................................................................................... 1 2 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 2 2.1 Modelización hidrogeológica ............................................................................. 2 2.2 Recarga artificial ................................................................................................... 2 2.1 Actuaciones realizadas........................................................................................ 4 3 METODOLOGÍA............................................................................................................. 5 3.1 Descripción de la zona de estudio .................................................................... 5 3.1.1 Localización ................................................................................................... 5 3.1.2 Climatología ................................................................................................... 7 3.1.3 Hidrología superficial ................................................................................... 7 3.1.4 Geología e hidrogeología ............................................................................ 8 3.2 Modelo conceptual ............................................................................................. 11 3.2.1 Datos de campo ........................................................................................... 11 3.2.2 Piezometría ................................................................................................... 13 3.2.3 Parámetros hidrodinámicos ...................................................................... 17 3.2.4 Conclusiones previas y otros parámetros a considerar ..................... 24 3.3 Implementación del modelo con Processing Modflow ............................... 25 3.3.1 Discretización espacial .............................................................................. 25 3.3.2 Condiciones de contorno .......................................................................... 27 3.3.3 Parámetros hidrogeológicos .................................................................... 29 4 RESULTADOS ............................................................................................................. 31 4.1 Calibración del modelo y discusión de resultados ...................................... 31 4.1.1 Calibración en régimen estacionario ...................................................... 31 4.1.2 Calibración en régimen transitorio .......................................................... 33 4.2 Escenarios de simulación ................................................................................. 36 4.2.1 Escenario con mota de agua .................................................................... 37 4.2.2 Escenario sin mota de agua ...................................................................... 39 5 DISCUSIÓN .................................................................................................................. 41 5.1 Viabilidad del proyecto ...................................................................................... 41 6 CONCLUSIONES ......................................................................................................... 46 7 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 47 1 1 RESUMEN El presente trabajo se ha realizado en colaboración con Heineken España S.A. Tiene como objetivo principal cuantificar la cantidad de agua susceptible de infiltrarse como producto de la restauración ambiental del paraje conocido como la Vega de Belvis, dentro del término municipal de Belvis del Jarama, perteneciente a Paracuellos del Jarama. En este estudio se trabaja con la hipótesis de la demolición de un tramo de mota de protección en el río Jarama situado al norte de la zona de la vega, el cual protege a la zona de posibles inundaciones durante periodos de avenida. La recarga artificial del acuífero subyacente se realizaría a partir de los excedentes de caudal que encharcarían la zona remansada. Este estudio está organizado y estructurado en una serie de capítulos y apartados que siguen un orden lógico de la contextualización de la intervención. En primer lugar, se pretende contextualizar la zona de trabajo. Acto seguido se describen las actuaciones realizadas. Posteriormente se presenta un estudio hidrogeológico, cuyo objeto es justificar la recarga desde un punto de vista hidrodinámico contextualizado en el funcionamiento del acuífero a nivel regional. Posteriormente con ayuda de ensayos de campo y bibliografía se estiman los parámetros hidrogeológicos en los que se encuadra la zona de actuación. A continuación, se realiza un modelo de flujo matemático con una calibración realizada para cada régimen y una contextualización en distintos escenarios. Por último, se realiza un cribado de hipótesis y se obtienen una serie de conclusiones y recomendaciones sobre el desarrollo del proyecto desde un punto de vista hidrogeológico. Dicho trabajo va destinado al fomento de la sostenibilidad, contribución a la conservación de la mejora de las comunidades vegetales y animales del entorno, así como a su promoción y disfrute del conjunto poblacional de la comunidad de Madrid. 2 2 INTRODUCCIÓN 2.1 Modelización hidrogeológica La modelización hidrogeológica es una técnica de sobra conocida en este tipo de trabajos de recarga artificial de acuíferos. Debido a la gran complejidad y variabilidad del movimiento del agua subterránea se han ido implementando y mejorando las propuestas de análisis para una representación más fiel del movimiento del agua en los acuíferos. Hay dos métodos posibles de interpretación del flujo. Por una parte, los datos analíticos que son los que obtienen una solución concreta de las ecuaciones de flujo subterráneo. No obstante, para esta solución se deben de sumir datos teóricos ideales, como condiciones específicas de permeabilidades para el acuífero, medios homogéneos…, es decir se elimina la heterogeneidad del medio. En segundo lugar, están los métodos numéricos como medios de análisis de los acuíferos, estos al contrario de los métodos analíticos asumen una solución inexacta de la resolución de la ecuación general del flujo, pero se encuentra una solución próxima a la de la realidad, transformando la ecuación en una serie de ecuaciones algebraicas con la posibilidad de poder ser resuelta. Este hecho permite el análisis de cualquier marco y condición del acuífero posible. Esta versatilidad es el motivo por el que se ha escogido este tipo de análisis para realizar este proyecto. Generalmente la modelización numérica se realiza a escala de acuífero, por lo que se dota de una extensión enorme, del orden de varios km2. Esta simulación permite la evaluación de distintos escenarios con un objetivo predictivo de que puede ocurrir en el acuífero y así permita una distinta evaluación de escenarios posibles frente a las distintas variables impuestas en el modelo. (Muñoz del Prado, F. J., 2018). 2.2 Recarga artificial Se entiende por recarga artificial a una serie técnicas cuyo objetivo principal es el de aumentar la cantidad de recursos hídricos susceptibles de explotación y el de aumentar la capacidad de almacenaje del agua existente en los acuíferos a partir de la intervención directa o indirecta en el ciclo natural del agua. (Freeze and Cherry, 1979). La técnica consiste en infiltrar agua mediante balsas, surcos, zanjas o cualquier otro tipo de infraestructura, que permita la infiltración del agua hasta llegar al acuífero como se puede ver en la Figura 1 (Bouwer, 2002). Sus principales beneficios son: - Reducir el descenso del nivel freático a causa de conos de bombeo. - Utilización del acuífero como embalse regulador o como depósito. 3 - Compensar las pérdidas de la recarga natural que producen distintas actividades (entre otras: encauzamientos, desvíos de agua y obras civiles). - Mejorar la situación en acuíferos coteros creando una barrera hidráulica contra la intrusión marina. - Evitar que aguas contaminadas o de peor calidad que puedan existir en otras zonas del acuífero se desplacen hacía captaciones donde se bombean aguas de buena calidad. - Evacuación y tratamiento de aguas residuales utilizando la capacidad de depuración del terreno. Figura 1 Esquema de funcionamiento de un sistema de recarga artificial mediante un sistema de recarga mediante una balsa. Donde primero se produce una recarga y posteriormente suben los niveles piezométricos como se muestra en la imagen. (De la Orden et. al 2003). Dentro de la recarga artificial los métodos más usados son (De la Orden et al 2003): - Sistemas de recarga en superficie: que consisten en extender la lámina de agua con el objetivo de ocupar una gran extensión o terreno. Se utiliza en lugares de alta permeabilidad, como en el caso de este proyecto. En el cual el área de infiltración se encuentra en un sistema detrítico cuaternario. - Sistemas de recarga en profundidad: En este caso la inyección del agua artificial se realiza en pozos empleados con este fin. Se usa en sistemas de capas en alternancia entre permeables e impermeables. Las principales fuentes de recarga son cursos de agua espontáneos surgidos a partir de algún evento de tormenta, aguas urbanas con tratamientos de depuración secundarios y agua procedente de cursos fluviales con carácter permanente. En el caso de este proyecto la masa de agua que se quiere infiltrar procede del desbordamiento del río Jarama durante episodios eventuales de tormenta. Los materiales donde se suelen hacer la recarga artificial son de alta permeabilidad que permitan tanto almacenar como transmitir el agua. (Ojeda, 2016). 1 2 4 2.1 Actuaciones realizadas Las actuaciones realizadas en el presente trabajo se encuadran en actuaciones de campo, realizadas entre el 23 de noviembre del 2020 y el 10 de diciembre del 2020, además de las distintas tareas de gabinete, como consecuencia de la justificación de las actuaciones en la zona de estudio. Estas fueron: - Desarrollo de una treintena de ensayos por el método del cálculo de infiltración de Porchet, con el objetivo de establecer la capacidad de infiltración del terreno inundable. - Recogida de muestras de sedimentos aluviales en cada punto para establecer una textura media de dichos materiales. - Realización de un inventario de puntos de agua para estimar la dinámica del funcionamiento del acuífero aluvial. - Realizar un inventario de puntos de agua a partir de los registros oficiales y contextualizarlos con los puntos anteriormente medidos. - Interpretación piezométrica que permita establecer el modelo contextual en el que se basará el modelo digital de flujo. - Recopilación bibliográfica sobre los aspectos hidrodinámicos de las masas de agua subterránea presentes en la zona de estudio. - Recopilación de los datos de los caudales en la estación foronómica 3015. Río Jarama en Algete, para informar las simulaciones del modelo. - Realización de un modelo matemático de flujo a partir del programa PMWIN (Processing Modflow), en su versión 8.0.0.0044. Con el objetivo de prever el agua susceptible de infiltración. - Establecer distintos escenarios de a partir de los modelos de inundación desarrollados en un Trabajo Fin de Máster desarrollado en paralelo y ya defendido con éxito en la convocatoria de julio de 2021 (Barriuso 2021), con el propósito de demostrar la viabilidad del proyecto y el impacto en la recarga del acuífero. 5 3 METODOLOGÍA 3.1 Descripción de la zona de estudio 3.1.1 Localización La zona de estudio se localiza en el Este de la Comunidad de Madrid, concretamente en los términos municipales de San Sebastián de los Reyes, Barajas, Fuente el Saz del Jarama, Fuente del Fresno, Paracuellos del Jarama y de Belvis del Jarana, pedanía perteneciente a Paracuellos del Jarama. Dentro del área de estudio se ubica el Aeropuerto Adolfo-Suarez Madrid Barajas. Las principales vías de comunicación son las autopistas R-2, A-1, la autovía M-50 y las carreteras M-111, M-100, M-103, M-113 y M- 106. Siendo la M-111 la carretera de conexión con la zona más importante dado que conecta la M-103 con la R-2, con la M-106, M-100 y M-50, además de que atraviesa el área de Norte a Sur y es la que concede acceso al área de la recarga artificial. La zona donde se va a producir la recarga artificial del acuífero se encuadra en Belvis del Jarama como muestra la Figura 2. Dentro del entorno de inundación se encuentran las lagunas de Belvis del Jarama, que son un conjunto de veintiséis humedales dentro de la localidad ya mencionada de Belvis del Jarama. Actualmente poseen una superficie de algo menos de 11 ha por lo que se estima que la zona de inundación de la recarga artificial pueda llegar a ser considerablemente mayor. Estas lagunas aparecieron como consecuencia de la actividad extractiva de áridos en los márgenes del río Jarama, por lo que se las puede considerar como artificiales (Consejería de Medio Ambiente 2020). Poseen una altura de lámina de agua que oscila entre 2 metros y unos pocos centímetros. Muchas de ellas durante los periodos de grandes crecidas están conectadas y otras casi siempre Figura 2 Ubicación de la zona de estudio y de la zona de recarga. Mapa extraído de Google Earth pro. 10 km 1 km Zona de estudio Zona de la recarga artificial 6 permanecen aisladas. Más allá de la condición de albergar agua, estas lagunas debido al aislamiento de los núcleos urbanos tan usuales en las inmediaciones de la capital suponen un ecosistema único con vegetación palustre, de ribera madura y altamente naturalizada. En cuanto a su valor faunístico destaca por ser un descansadero de aves de gran valor autonómico y nacional. En consecuencia, debido al gran valor paisajístico, floral y faunístico a las masas de agua se le han delimitado con una zona de protección de alrededor de las lagunas (Figura 3). Como contraparte de su aislamiento humano se encuentra una defensa de barrera que aísla la conexión del río con las lagunas en las lagunas más cercanas. Las lagunas poseen una interconexión tanto con el rio Jarama como con el flujo freático regional, debido a los diversos estudios mineralógicos. se destaca por un gradiente de mineralización que va desde las aguas más próximas al río, poco mineralizadas, hasta las situadas a mayor distancia de este, que presentan un grado de mineralización medio. Asimismo, la proximidad de las lagunas al curso fluvial del Jarama determina tanto su régimen hídrico como la calidad y composición química de sus aguas (Consejería de Medio Ambiente 2020). Figura 3 Cartografía de las lagunas de Belvis del Jarama que incluye su ubicación, zona de protección y zona perimétrica realizada por el plan de actuación sobre humedales catalogados de la comunidad de Madrid. Extraída de Consejería de medio ambiente 2020. 7 3.1.2 Climatología El clima en el área de estudio se caracteriza por veranos calurosos, inviernos fríos y otoños y primaveras suaves. La temperatura media mensual se encuentra en torno a los 14 °C, y oscila en los meses más fríos entre los 5,5 °C y en los meses más calurosos entre los 25,2 °C. Con todo esto según la clasificación de Köppen el clima se define como semiárido de tipo frío (BSk). Para la caracterización del clima en la zona de estudio se han pedido datos a la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) de la estación meteorológica 3129 Madrid-Barajas, localizada en la zona del aeropuerto, a unos pocos kilómetros de la zona de estudio. Se han obtenido las series de precipitación para el periodo de 1951-2020. A partir de esta serie de datos se ha obtenido una precipitación media anual de 408 mm, con una desviación típica de 127 mm, un máximo de 798 mm en 1951 y un mínimo de 213 mm en 2012. La mayor tasa mensual de precipitación se sitúa entre los meses de octubre y diciembre, no obstante, hay ciertos periodos de tiempo en los que se sitúa entre los meses de abril y mayo. 3.1.3 Hidrología superficial El río Jarama destaca por pertenecer a la red hídrica de la comunidad de Madrid, red de abastecimiento principal a una de las áreas más pobladas de España. Por lo tanto, destaca por tener bastante agua embalsada en la zona de cabecera, tanto en sus afluentes (el río Guadalix y el río Lozoya), como en el propio río. Por consiguiente, el rio Jarama presenta un régimen fuertemente regulado. A la altura de la zona de estudio, cerca de la localidad del Belvis del Jarama, el río recibe agua de los distintos arroyos y barrancos. Tanto por su margen derecho con los arroyos Viñuelas y Quiñones, y por su margen izquierdo, el arroyo del Valle (López Vera 1977). Para la caracterización hidrológica superficial de la zona de estudio se ha tomado como referencia la estación de aforos 3051: Río Jarama, situada a la altura de Algete, cuyos caudales abarcan desde enero del 1914 hasta septiembre de 2017 (Figura 4). 8 Figura 4 Caracterización de la serie histórica de caudales para la estación foronómica 3051 Río Jarama en Algete (CEDEX 2018). 3.1.4 Geología e hidrogeología Los materiales presentes en la zona de estudio son detríticos miocenos de gran entidad y depósitos cuaternarios de menor potencia, es decir, los materiales presentes en el área de interés tienen edades comprendidas entre el Orlaeaniense, edad perteneciente al Neógeno, hasta el Holoceno (IGME 1983). La Sierra de Madrid situada a unos 20 Km hacía el norte actúa como área fuente de los materiales. Al norte del área modelizada, se encuentran estos materiales Miocenos en contacto con los materiales graníticos de edad Hercinita (Figura 5). 9 Estos materiales se encuentran dentro de la cuenca del Tajo, que a su vez se divide en dos cuencas, la cuenca de Madrid y la cuenca de Loranca. Esta división se produjo con el levantamiento de la sierra de Altomira durante la orogenia Alpina, que se encuentra al SOE de la cuenca de Madrid delimitándola. Por tanto, se puede afirmar que la Cuenca de Madrid es una cuenca intracratónica, en la que la estructura de sus márgenes está constituida por la Coordillera Ibérica al este, mientras que su borde occidental lo constituye la Sierra de Altomira y su borde norte se delimita con el Sistema Central (Geología de España. IGME, 2004) (Figura 6). El modelo de disposición habitual de las facies de relleno terciario en la cuenca del Tajo se define como un modelo de varios sistemas de abanicos aluviales asociados al borde de la cuenca, superpuestos entre si con un carácter endorreico. El tamaño de grano de los abanicos define la distancia del área fuente. Se pueden encontrar desde conglomerados gruesos hasta facies evaporíticas y químicas presentes en las áreas centrales de la cuenca, hasta áreas de transición entre ellas. (IGME, 1983). La geología de la zona de estudio condiciona las distintas formaciones hidrogeológicas que constituyen las masas de aguas subterráneas. Figura 5 Mapa y corte geológico de la zona de estudio. Editado de IGME (1983). Figura 6 Mapa geológico de la cuenca de Madrid (Geología de españa. IGME, 2004). I´ 10 Dichas formaciones son: por un lado, por la formación del Terciario detrítico, que está compuesta por facies detríticas intermedias y de borde de la cuenca con granulometrías que oscilan desde conglomerados hasta arenas gruesas. En general a esta formación se la considera como una formación detrítica Miocena que actúa como acuífero libre de gran potencia. No obstante, intrínsecamente los materiales Terciarios están constituidos por lentejones de gravas y arenas rodeados de una matriz areno-arcillosa que actúan como un acuitardo o acuífero de baja permeabilidad. (IGME 2009). Otra formación de gran relevancia en el comportamiento hidrodinámico del sistema son los depósitos cuaternarios que actúan como acuíferos de muy alta permeabilidad. A efectos hidrogeológicos se les considera como una sola unidad junto a los depósitos terciarios, aunque ocupen mucha mayor extensión que los depósitos cuaternarios. A ambas formaciones se les considera un acuífero libre, aunque se sitúen los materiales cuaternarios por encima en los aluviales de los ríos. (Figura 7). El muro de esta asociación que se la considerará como un único acuífero se encuentra en oscilaciones de potencia que puede llegar a unos 3000 m de profundidad, según IGME 1983. Figura 7 Mapa de permeabilidades de la Masa de agua subterránea 031.007 (Aluviales Jarama-Tajuña). (IGME-DGA (2010). 11 El modelo conceptual de flujo que se acepta en su mayoría por el acuífero detrítitico de la fosa del Tajo supone que la zona de recarga del acuífero se sitúa en las zonas de mayor topografía, ya que la recarga del acuífero se produce por precipitación. Estas zonas de mayor topografía están formadas en su mayoría por los materiales terciarios. Por lo tanto, el agua se infiltra y va a descargar a los cauces fluviales. Figura 8. En definitiva, en condiciones naturales el cauce del río Jarama actúa como un punto de descarga del acuífero regional. A su ver el contraste de permeabilidades entre el acuífero regional constituido en su mayoría por materiales terciarios y los aluviales se pueden comportar con cierta autonomía uno de otro. La zona de inundación se encuentra directamente sobre la masa de agua subterránea conocida como aluvial del Jarama: Guadalajara-Madrid. Este sistema se extiende por los márgenes del río Jarama desde las localidades de Valdepeñas de la Sierra y Puebla del Vallés hasta la localidad de San Fernando de Henares. Además, durante su recorrido se encuentran las localidades de Fuente el Saz del Jarama, Uceda y Paracuellos del Jarama. La extensión del Aluvial es de unos 2300 Km2. 3.2 Modelo conceptual 3.2.1 Datos de campo 3.2.1.1 Inventario de puntos de agua y series históricas disponibles Se hizo un inventario de los puntos de agua presentes cercanos a la zona de estudio, con el fin de determinar el nivel freático para determinar la viabilidad del proyecto en la zona de estudio para realizar la recarga artificial. Antes de esto se han investigado las masas de agua en las que se encuadraban los pozos siendo éstas: el Aluvial del Jarama: Guadalajara Madrid (030.024). Guadalajara (030.006), y Madrid: Manzanares-Jarama (030.010). Los datos de los niveles piezométricos de los pozos de obtuvieron a partir de dos vías, por una parte, a partir de los datos correspondientes a la red oficial de la confederación hidrográfica del Tajo (CHT). Como cota de referencia del nivel del suelo se han usado los datos proporcionados por Google Earth pro en cada una de las ubicaciones de los pozos. Además, estos mismos datos de referencia de nivel topográfico se han usado para la obtención de los niveles de cota de los ríos. Figura 8 Modelo de flujo establecido para el Sistema Acuífero 14 (tomado de ITGE, 1989). 12 Los piezómetros obtenidos de la red de la CHT tienen una periodicidad mensual de al menos diez años de duración, si bien las series están algo desactualizadas. Las medidas más recientes en algunos piezómetros corresponden al año 2018. (Tabla 2). Otra de las fuentes de información de las que se han obtenido datos directos de la piezometría del área de inundación, han sido las distintas tomas de niveles de los pozos situados en la zona de estudio como se observa en las Figura 9A, 9B, 9C y 9D, así como los pozos que pudiesen aportar información relevante de la piezometría de la zona de recarga. Estos pozos se muestran en la Tabla 1 y en la Figura 10. Tabla 2 Inventarios de puntos de agua de la red piezométrica de la CHT. Nº POZO LATITUD LONGITUD DIÁMETRO (m) TIPO REVESTIMIENTO ALTURA REVESTIMIENTO (m) REJILLA PRODUNDIDAD (m) OBSERVACIONES 1 40° 33' 6,16" N 3° 33' 14.04" W 1,9 Ladrillo 0,7 2 bloques de cemento 4,5 2 40° 33' 5,15" N 3° 33' 25.78" W 2 Ladrillo 0,58 Nada 4,3 3 40° 33' 24,42" N 3° 33' 33,83" W 1,8 Ladrillo 0,63 Tapado con cemento - 4 40° 33' 34,03" N 3° 33' 28.91" W 1,2 Cemento 0,95 Nada 5 Seco, solo barro 5 40° 33' 20,42" N 3° 32' 59,51" W 1,90 x 1,75 Ladrillo 0,77 Cemento - 6 40° 33' 15,87" N 3° 33' 4.44" W 3,02 x 1,96 Ladrillo 0,91 Rejilla metálica 6,7 Casi no entra la sonda 7 40° 34' 40.3802" N 3° 34' 30.238" W 2,7 Ladrillo 0,86 6,23 8 40° 33' 27.2858" N 3° 34' 4.517" W 2,7 caseta de ladrillo -1 4 9 40° 33' 15.1103" N 3° 34' 4.5919" W 1,12 ladrillo 0,85 5,68 10 40° 34' 20.4697" N 3° 34' 25.9784" W 3 ladrillo 0,72 6,38 11 40° 33' 28.278" N 3° 33' 13.3016" W 2,4 ladrillo 0,27 4,05 A B C D Figura 9A. Pozo número 3. Figura 9B. Pozo número 5. Figura 9C. Pozo número 7. Figura 9D. Pozo número 9. Tabla 1 Inventario de los puntos de agua medidos in situ de la zona de estudio. 13 3.2.2 Piezometría Dentro del funcionamiento hidrogeológico del sistema en el que se encuentra el acuífero se distinguen 3 formaciones que poseen un régimen hidrogeológico distinto, pero que interactúan entre sí. Para llegar a esta conclusión se han observado las distintas series temporales comprendidas entre 1985 y 2018 (Tabla 2) de los piezómetros de las masas de agua subterránea que la CHT denomina: “Guadalajara”, “Madrid: Manzanares- Jarama”, “Aluvial del Jarama: Guadalajara-Madrid”. Se observa que en la piezometría en la masa de agua subterránea de “Guadalajara”, tiende al ascenso durante todo el periodo de registro. No se observan registros de pozos de bombeos que alteren esta tendencia. (Figura 11). Figura 10 Mapa de situación de los puntos de agua medidos en campo. 14 Figura 11 Serie histórica de piezometría. Piezómetro 03.04.001. Cobeña (Guadalajara). En cambio, en las otras dos masas de agua subterránea se observa un comportamiento cíclico de estabilidad en la que se marcan muy bien los periodos estivales. Posiblemente esto sea consecuencia de los pozos de bombeo presentes en el Oeste de la zona de estudio. Figuras 12,13 y 14. Figura 12 Serie histórica de piezometría. Piezómetro 03.05.024. La Moraleja Alcobendas (Madrid: Manzanares-Jarama). 15 Figura 13 Serie histórica de piezometría. Piezómetro 03.05.005. San Sebastián de los Reyes (Madrid: Manzanares-Jarama). Figura 14 Serie histórica de piezometría. Piezómetro 03.09.013. Belvis de Jarama (Aluvial del Jarama: Guadalajara-Madrid). Para corroborar y establecer una relación entre los datos temporales de las series de la CHT y las medidas in situ en campo, se ha realizado un mapa piezométrico regional (Figura 15) a partir de los datos obtenidos en campo con las medidas de los pozos presentes en la zona de estudio y de la información obtenida de las redes de seguimiento de la confederación hidrográfica del Tajo. Se utilizaron los datos más actuales de la confederación en los meses más secos. 16 Se observa una tendencia general de flujo de Este a Oeste induciendo a que el río sea ganador por su margen Este y perdedor por su margen Oeste. Esta tendencia es agudizada por el cono de bombeo situado en el entorno Oeste de la zona que se ubica entre la moraleja y San Sebastián de los Reyes. Cabe destacar que en los estudios de CHT (2002) la piezometría está completamente alterada entre 1985 y 2002, (Figura 16A. y Figura 16B.) se ve un cambio en la tendencia piezométrica con la aparición de dos importantes conos de bombeo relacionados con el desarrollo urbanístico e industrial a partir del 1985. El cono de bombeo situado más al norte está relacionado con el propio desarrollo industrial de la zona. En cambio, el cono de bombeo situado más al sur se le relaciona con las extracciones de agua del canal de Isabel II. El cono actual de bombeo coincide con el cono de bombeo del 2002 situado en el sur. Por lo que se puede suponer que sigue relacionado con las actividades extractivas del Canal de Isabel II. Figura 15 Mapa Piezométrico regional de la zona de estudio realizado a partir de los distintos pozos medidos en campo y a partir de la información de los piezómetros de la CHT. 17 3.2.3 Parámetros hidrodinámicos 3.2.3.1 Escala regional En la zona de estudio se comprenden dos sistemas con parámetros hidrogeológicos distintos. Por una parte, se encuentran las facies intermedias de la fosa del Tajo. Estas facies poseen valores de transmisividad más propios de un acuitardo que de un acuífero como tal. Los valores comúnmente aceptados son los de una transmisividad entre 5 y 200 m2/d; coeficientes de almacenamiento de entre 10-2 y 10-3, porosidad eficaz entre 10-1 y 10-2; conductividad hidráulica horizontal de 0.25 m/d y conductividad hidráulica vertical entre dos y tres órdenes de magnitud inferior (DGOH, 1988). En cambio, en contraparte la masa de aguas subterráneas Aluvial del Jarama tiene un espesor medio de entre 5 y 25 metros, y está formada por materiales cuaternarios que le confieren una mayor transmisividad, porosidad eficaz, conductividad hidráulica horizontal y conductividad hidráulica vertical. Muchos niveles están descolgados del sistema hidrogeológico general, propiciando niveles colgados que originan manantiales de pequeño caudal. (IGME, 2006). Los valores de conductividad hidráulica de los fondos de valle y llanuras de inundación oscilan entre 0,1 a 100 m/d y de un coeficiente de almacenamiento que oscila entre los 10-3 y 10-5 (IGME-DGA, 2010). 3.2.3.2 Escala local Para medir la capacidad de infiltración de los sedimentos aluviales en el margen inmediato de la zona de inundación ubicada en el entorno de las lagunas de Belvis del Jarama se realizaron treinta y tres ensayos de infiltración por el método clásico de Figura 16A. Mapa piezométrico de septiembre 1985. Fuente: CHT,2002. Figura 17B. Mapa piezométrico de la MASb 031.010 (abril-octubre 2000). Fuente: CHT, 2002. A B 18 Porchet (Kessler y Oosterbaan 1994). El método de Porchet permite el cálculo de la permeabilidad y de la tasa de infiltración del suelo. Este método es adecuado en este entorno para estimar la permeabilidad del área a inundar para efectuar la recarga, debido a que se encuentra el nivel freático en este punto a menos de un metro de la superficie. Además de la recogida de muestras del sedimento en el que se determinaron las granulometrías de cada uno de los puntos de ensayo. Figura 18. 3.2.3.2.1 Pruebas de infiltración in situ Del 26 de noviembre al 3 de diciembre se llevaron a cabo 33 ensayos de infiltración en la zona inundable, donde se pretende realizar la recarga por infiltración descrita por Heineken España, 2020 como se muestra en la figura 16. El método utilizado para medir la infiltración es el método de Porchet que consiste en realizar un agujero cilíndrico con un radio 𝑟, que en este caso es de 35 mm y una profundidad h0 que es de unos 40 cm. Figura 18 Ubicación de las pruebas de infiltración in situ y de los puntos de recogida de las muestras de campo. 19 En este caso el agujero se ha realizado con una barrena de suelos. Después de hacer el agujero se rellena de agua y se mide el descenso del nivel discretizándolo en distintos intervalos de tiempo. En este caso en cada intervalo de tiempo se rellenaba el agua hasta que alcanzase el nivel la cota de la medida a la que se encuentra la boca del agujero, que en este caso se encuentra al nivel del terreno. Los resultados esperados en este tipo de pruebas de campo es que la capacidad de infiltración sea mayor al principio y que vaya disminuyendo a medida que avanza el tiempo hasta que se estabiliza Figura 19B. Éste hecho es producto de la saturación del medio circundante debido a que el bulbo de humectación al echar el agua en el agujero crece en tamaño. Es en ese momento en el que el valor de infiltración se asemejaría a la tasa de infiltración del terreno encharcado. Figura 19A. La infiltración se calcula a partir de la Ley de Darcy. Estableciendo que S, coincide con la superficie de la base y la altura de la perforación, cumpliendo así que la perforación se realiza en forma de cilindro: 𝑆 = 𝜋 ∙ 𝑟(2𝐻 + 𝑟) A partir de aquí se establece un intervalo de tiempo Δt que permita ver la variabilidad en la infiltración de la lámina de agua Δh. 𝜋 · 𝑟(2ℎ + 𝑟) · 𝑖 = 𝜋 · 𝑟2 · Δℎ ⁄ Δ𝑡 Figura 19A Esquema de funcionamiento del método de Porchet. H0, H1=alturas de lámina de agua para tiempos t0= 0 y t1; r = radio agujero de perforación; R= radio estimado de bulbo de saturación tomada de Macías, et al. , 2018). Figura 19B Esquema de la estabilización de la capacidad de infiltración en el método de Porchet. Bulbo de humectación A B 20 Que despejando la 𝑖 se obtiene: 𝑖 = 𝑟 2(𝑡2 − 𝑡1) · 𝑙𝑛 [ 2 · ℎ1 + 𝑟 2 · ℎ2 + 𝑟 ] Para establecer la capacidad de infiltracion por lo tanto en relación a la ley de Darcy solo hace falta obtener los valores de (ℎ1 , 𝑡1) y (ℎ2 , 𝑡2) y sustituirlos en la ecuación para obtener 𝑖. Los resultados de las pruebas de infiltración se muestran en las Figuras 19 a 21. Figura 20 Resultados de las pruebas de infiltración 2 a 9. 21 Figura 21 Resultados de las pruebas de infiltración 10 a 19. 22 Figura 22 Resultados de las pruebas de infiltración 20 a 29. 23 Se ha desechado la información del ensayo número 1 debido a que los resultados no eran interpretables, mientras que en el resto de ensayos sí se obtienen medidas coherentes. Se comprueba que el comportamiento en algunos de ellos es un tanto anómalo en sus momentos iniciales, lo cual es síntoma de la duración establecida demasiado breve para la capacidad de infiltración que tenían los materiales en los que se ha realizado el ensayo. El tramo de estabilización de la curva, sin embargo, sí es común en todos los ensayos alcanzándose entre los 10 y 15 minutos. La capacidad de infiltracion obtenida es de entorno a los 40 mm/h, con una amplitud de rango que oscila entre los 15 y los 60 mm/h. La desviación típica de la infiltración es de 16 mm/h. La capacidad de infiltración es bastante alta y se considera idónea para realizar la recarga artificial, pudiendo infiltrar más de 1 metro de agua al día. No obstante como se observará en el modelo realizado por Barriuso, (2021) no es factible alcanzar una tasa de encharcamiento significativa. Los resultados de los ensayos, por tanto, se deben de tomar como el límite superior de la capacidad de infiltración. 3.2.3.2.2 Caracterización granulométrica en laboratorio Con ayuda de una barrena se recogieron una treintena de muestras de sedimento fluvial para determinar su composición granulométrica. Estas muestras fueron llevadas al laboratorio de Geodinámica de la Facultad de Ciencias Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 24. Un 60% de las muestras presentaban una textura franco-arenosa, un 20 % de las muestras eran Figura 23 Resultados de las pruebas de infiltración 30 a 33. 24 de tipo franco, y el resto eran de tipo arenoso-franco, franco-limoso o arenoso. En relación con los datos de infiltración antes mencionados y a los datos obtenidos en el estudio de Johnson (1963) mostrados en la Tabla 3 en el que relaciona la granulometría en función de la porosidad y capacidad de infiltración de facies muy parecidas a las estudiadas en la zona se puede establecer que desde un punto de vista hidrodinámico la infiltración es factible. Tabla 3 Porosidad y capacidad de infiltración de los suelos en función de su granulometría (Johnson 1963). 3.2.4 Conclusiones previas y otros parámetros a considerar Se pueden establecer estas principales premisas antes de abordar la elaboración del modelo: Por una parte, se puede establecer que el modelo tiene sentido desde un punto de vista hidrogeológico, ya que una recarga presumiblemente debido a la dirección de flujo del subsuelo produciría un aumento teórico de los niveles en el Margen Oeste del río Jarama, ya que es perdedor por el lado Oeste y ganador por el Este. Las características hidrodinámicas locales de la zona de inundación también son alentadoras, ya que la composición de los materiales y las características Figura 24 Clasificación granulométrica de las muestras de sedimento aluvial recogidas en la zona de estudio. 25 hidrodinámicas son idóneas para realizar una infiltración a partir de una inundación por lámina de agua en superficie. No obstante, queda comprobar cuál es la eficacia de la recarga en el régimen volumétrico del acuífero por el desbordamiento del río en el área de recarga, si es suficiente la recurrencia de desbordamiento del río y la cantidad de agua que desborda. Por último, faltaría simular los escenarios escogidos para dicha recarga con la eliminación de la mota del río en su Margen norte de la zona de estudio. Un problema podría ser la decantación de limos o de materia orgánica en la superficie inundada y como consecuencia una posible colmatación de sedimentos aluviales. Para ello se ha realizado un estudio a partir de los datos del sistema automático de calidad de las aguas (Red SAICA) se incluyen parámetros relacionados con la calidad del agua del río y además proporciona un control continúo en el nivel del agua mediante la medición a tiempo real y de la toma de muestras automática. La información procede de la estación de Valdepeñas de la Sierra, que está situada aguas arriba, esta estación nos arroja que el río posee una baja turbidez (menos de 2 UNT) y un mínimo en sólidos en suspensión de (<5 mg/l). Lo que a priori indica que el río en cabecera no posee grandes concentraciones de limos que puedan interferir en la futurible recarga debido a la decantación. No supone un riesgo de consideración ni a medio, ni a corto plazo. 3.3 Implementación del modelo con Processing Modflow Para la elaboración del modelo se usó el programa MODFLOW. Se trata de un código matemático que se emplea para simular a partir de las condiciones naturales del medio las interacciones del agua subterránea con la zona no saturada (McDonald, 2003). En concreto para la formulación matemática del modelo se usó la interfaz denominada PMWIN (Processing Modelo), en su versión 8.0.0.0044. Se optó por el uso de esta interfaz y versión debido a que se trata de una interfaz sencilla, amigable e intuitiva que se utiliza en las prácticas asignatura de Modelos Digitales en Hidrogeología del Máster en Geología Ambiental. El objetivo principal del modelo es el de comprobar el efecto del encharcamiento en la zona de estudio a partir del estudio de inundación realizado por Barriuso (2021), así como de valorar la necesidad del derribo de la mota para la mejora del nivel de recarga en el acuífero aluvial y, por consiguiente, en el detrítico terciario. 3.3.1 Discretización espacial En el caso de la delimitación espacial del modelo se ha optado por usar una zona mucho más extensa a la de la zona inundable, debido a que es interesante observar el funcionamiento del flujo regional para establecer conclusiones más fehacientes y con el 26 fin de representar el efecto de la recarga en el flujo regional. Esto permite también evitar efectos de borde que desvirtúen los resultados del modelo. 3.3.1.1 Límites del modelo y tamaño de celdas La discretización espacial del modelo se realizó mediante el uso de una malla compuesta por filas y columnas en la que cada fila y cada columna cruza en un punto estableciendo una morfología cuadrada, en la que cada cuadrado coincide con la extensión del formato de píxel del MDT con paso de malla establecido en 25 m, extraído de IGN (2020). Por lo tanto, la extensión del modelo es de 5500 metros de Este a Oeste y de 17050 metros de Norte a sur, por lo tanto, haciendo coincidir el mallado a una distancia equivalente de 25 metros se establece en un número de columnas de 220 y en un número de filas de 682 como muestra la Figura 25. Si te falta espacio, la figura posiblemente es innecesaria. 3.3.1.2 Dimensión vertical El modelo cuenta en su definición con dos capas. El techo de la capa superior tiene un nivel coincidente con los niveles de la superficie topográfica con un espesor medio de unos 25 metros, es decir el techo de la capa inferior y la base de la capa superior, se han establecido en 565 metros de altura de nivel coincidentes en ambas. La parte central de la capa superior representan el acuífero cuaternario del aluvial del Jarama y los laterales corresponden al acuífero detrítico terciario. La capa inferior representa la capa inferior del acuífero detrítico terciario estableciendo en su base en un nivel de 0 metros sobre el nivel del mar. Este nivel es representativo, ya que el nivel real se sitúa en torno a los 2500 metros de potencia. El objeto de esta capa es el de representar el flujo regional y los efectos sobre el mismo de la recarga. Figura 25 número de filas, número de columnas, número de capas y extensión del modelo. 27 3.3.2 Condiciones de contorno Así mismo se han discretizado distintas condiciones de contorno para las dos capas existentes en el modelo, contemplando las condiciones naturales observadas a partir del estudio previo de la piezometría, con la elaboración de un mapa piezométrico real de las condiciones del acuífero. De acuerdo con esto se establece para la capa superior: - Límite del acuífero aluvial en la parte Norte: a partir de las celdas de nivel impuestos por el rio de unos 614 m.s.n.m. Figura - Límite del acuífero aluvial en la zona de recarga, en esta ocasión se ha establecido en 581 m.s.n.m. - Límite del acuífero aluvial en la zona Sur del modelo: se ha establecido a partir de las celdas de nivel del río en 580 m.s.n.m. ivel interpuesto m.s.n.m. ío Jarama ivel interpuesto m.s.n.m ecarga: mm a ivel interpuesto m.s.n.m. ivel interpuesto m.s.n.m. Figura 26 Esquema tridimensional de la malla del modelo, incluyendo sus condiciones de contorno. 28 - Recarga: para la recarga del modelo, solo se ha utilizado la recarga a partir de precipitación, es decir, en el modelo solo se estima la recarga por agua de lluvia estableciéndose en una precipitación media anual en 0.000137 m/d, o lo que es lo mismo 50 mm/año, coincidente con los estudios previos de modelización de Martínez-Santos et al 2010. - Para el río Jarama se le han establecido celdas de Flujo coincidentes con la superficie abarcada por el río Jarama. Las características del cauce son las estudiadas por Heineken España 2020, asumiéndose una conductividad hidráulica de 1 m/d y un espesor medio de 2 metros para el lecho del río y una anchura media de 10 metros para el canal del río, además de 2 metros para la lámina de agua. Figura 27. Para la capa inferior se han discretizado distintas condiciones de contorno en función de donde se encuentre el acuífero, en la capa situada en el Este o en el Oeste. debido a la aparición del cono de bombeo descrito y observado en el mapa piezométrico realizado con anterioridad Figura 15. - Por el Este: se ha representado un potencial equivalente de 620 m.s.n.m., a partir de la isopieza correspondiente utilizando la piezometría como mapa base. Este potencial constante refleja el flujo regional en la masa de agua subterránea de Guadalajara desde el Este hacía el Oeste. Figura 28. Figura 27 parámetros del río insertados en el modelo en su parte Norte. 29 - Por el Oeste, se ha representado un potencial equivalente a 570 m.s.n.m., a partir de la isopieza correspondiente del cono de bombeo producto de las actividades extractivas de las que se ha hablado anteriormente en el apartado 3.2.2 Piezometría. Este potencial ha sido levemente modificado en su morfología durante el calibrado del modelo, en el apartado 4.1 se desglosan los detalles. Figura 28. 3.3.3 Parámetros hidrogeológicos En cuanto a los parámetros hidrogeológicos se distinguen dos capas diferenciadas. Por una parte, se ha hecho distinción del acuífero aluvial y del acuífero detrítico terciario que aflora en las capas superiores y epresentación del río por nodos otencial constante 570 MAPA BASE DE LA REPRESENTACIÓN DE LAS CONDICIONES DE CONTORNO EN EL MODELO . m d . m d m d Figura 28 Mapa de representación de las condiciones de contorno insertadas en el modelo en régimen estacionario. Figura 29 Esquema de los parámetros hidrogeológicos insertados en el modelo. 30 dentro del acuífero detrítico terciario se han distinguido otras dos capas, una capa superior y otra inferior. El acuífero aluvial cuaternario recibe un valor de 5 m/d de conductividad horizontal. El acuífero detrítico terciario superior recibe un valor de 0.016 m/d y el acuífero detrítico terciario inferior recibe un valor de 10-4. En cuanto a la conductividad vertical todas las capas reciben el valor de 10-5. Todos estos valores están sacados de las estimaciones de distintos autores explicadas en el apartado 3.1.4. El funcionamiento esquemático del modelo se representa en la Figura 29. 31 4 RESULTADOS 4.1 Calibración del modelo y discusión de resultados Para la calibración del modelo primero se ha llevado a cabo un ajuste de los parámetros hidrogeológicos y de la posición del potencial constante del cono de bombeo situado en la zona SOE de la zona de estudio como se muestra en la Figura 15. Este ajuste primero se ha realizado sobre el modelo en condiciones naturales. Posteriormente se ha realizado una calibración del modelo en régimen transitorio en el que se ha comprobado la fiabilidad del modelo frente a la previsión de acontecimientos en ocasiones futuras, a partir de registros continuos fehacientes en el pasado. 4.1.1 Calibración en régimen estacionario La calibración en régimen estacionario proporciona una información lo más aproximada a los parámetros ajustados a la realidad, la cual se usa de punto de inicio para la simulación de los distintos escenarios y sucesivas simulaciones. Para la calibración del modelo en régimen estacionario se han tomado como puntos de observación los puntos de agua más cercanos a la zona de la recarga y los que aporten un valor significativo y coherente en la zona de estudio, se han desechado aquellos pozos que estuvieran secos o aquellos pozos cuyo nivel no fuese coherente, pudiendo haber sido afectado por la actividad humana agrícola o ganadera de pequeña escala existente en la zona se pueden observar en la Figura 30. Estos pozos son: 1,2,6,8 del inventario de puntos de agua medidos in situ de la zona de estudio y el pozo de la CHT, correspondiente a Belvis del Jarama campo de fútbol, cuyas características se pueden observar en el apartado 3.2.1.1 a pesar de no haberse efectuado una medida in situ en este punto este piezómetro posee unos niveles muy estables en el tiempo, en los que ni las estaciones, ni los años apenas afectan a los valores de altura del agua en el acuífero. 32 El resultado de la calibración de pueden observar en la Figura 31. Se obtiene un ajuste bastante aceptable en función con los datos disponibles con un coeficiente de R2 de 0,6592 en el cual solo hay un dato que adquiere una mayor dispersión frente a la recta de regresión. Esto puede ser debido a un error sistemático o puede ser producto de la aparición de un pequeño pozo de bombeo que aparece a partir del desarrollo de las pequeñas actividades agrícolas y ganaderas de la zona. En todo caso es un error A ozos del nventario de los puntos de agua medidos in situ de la zona de estudio. ozo de los nventarios de puntos de agua de la red piezométrica de la CHT. ozo correspondiente al n mero . ozo correspondiente al n mero . ozo correspondiente al n mero . ozo correspondiente al n mero . ozo correspondiente al de elvis del Jarama campo de f tbol municipal. ozos elegidos para la calibración en régimen estacionario Figura 30 Ubicación de los pozos elegidos como referencia en el régimen estacionario. Figura 31 Resultado de la calibración del modelo en régimen estacionario. 33 aceptable puesto que no afecta a la interpretación de la dirección del flujo en la zona de estudio. El resultado del mapa piezométrico para el régimen estacionario se muestra en la Figura 32. 4.1.2 Calibración en régimen transitorio El objetivo de la calibración del modelo del régimen transitorio se centra en reproducir la piezometría a lo largo del tiempo en el entorno de la zona de inundación. Para ello se han tomado como valores de referencia los calculados en el régimen estacionario y epresentación del río por nodos A otencial constante ituación de la mota en el río Jarama otencial constante de m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento sopiezas m , m MODELO EN RÉGIMEN ESTACIONARIO Figura 32 Mapa piezométrico en régimen estacionario. 34 éstos se han comparado con los valores observados de la piezometría correspondiente a la serie temporal (2017-2018) del piezómetro de Belvis del Jarama Campo de fútbol de la CHT. Este piezómetro está descrito en el apartado 3.2.1.1. Se ha usado este punto de agua debido a que se encuentra en la zona de inundación, construido con una profundidad de 15 m, por lo tanto, se le puede considerar representativo de los materiales cuaternarios aluviales del río Jarama y además cuenta con un registro temporal susceptible de poder ser analizado. El paso temporal utilizado en el régimen transitorio es de 360 días, divididos en intervalos de 30 días. Para establecer la variabilidad de los niveles en función del tiempo se ha establecido una precipitación equivalente de cada mes a partir de los datos de precipitación proporcionados por AEMET. Para cada mes se ha sacado una tasa de precipitación mensual equivalente al periodo de tiempo observado, es decir se ha dividido la tasa total de lluvia para el periodo de 2017-2018 entre la tasa mensual de lluvia, sacando así el porcentaje de lluvia por mes del año entero obteniendo un porcentaje sobre el total de 1. Posteriormente se ha multiplicado el valor del porcentaje de cada mes por la tasa anual de 50 mm/año, dando lugar a un valor de precipitación mensual equivalente al mes en el que se encuadra la medida observada en el intervalo de tiempo elegido en el Figura 33 Discretización temporal en el apartado de recarga por precipitación en el modelo. Precipitación AEMET (mm/mes) Porcentaje equivalente mensual Equivalencia a partir de 0,000137 m/d (50 mm/año) 175 0,065031587 8,90933E-06 427 0,158677072 2,17388E-05 192 0,071348941 9,7748E-06 164 0,060943887 8,34931E-06 221 0,082125604 1,12512E-05 76 0,028242289 3,86919E-06 719 0,267186919 3,66046E-05 268 0,09959123 1,3644E-05 0 0 0 199 0,073950204 1,01312E-05 59 0,021924935 3,00372E-06 191 0,070977332 9,72389E-06 Total Total Total 2691 1 0,000137 Tabla 4 Precipitación mensual equivalente a partir de los datos de AEMET. 35 piezómetro de Belvis del Jarama campo de fútbol. (Tabla 4) Con todo esto se han añadido para cada mes unos valores de precipitación en el modelo para cada discretización temporal de 30 días en 12 periodos de tiempo como se puede observar en la Figura 33 Discretización temporal en el apartado de recarga por precipitación en el modelo.. Los valores obtenidos una vez corrido el modelo, habiendo aplicado unos valores de coeficiente de almacenamiento de 0.1 a la capa superior y de 0.25 a la capa inferior, coincidentes con los valores de porosidad eficaz y aplicando unos valores de coeficiente de almacenamiento específico de 0.0001 para ambas capas. Como se puede observar en la Figura 34. El modelo reproduce aceptablemente la piezometría en el punto de agua elegido con una discrepancia media de unos 0,25 m. Siendo el primer mes exactamente igual, siendo en invierno los niveles ligeramente inferiores a los niveles observados y en verano ligeramente superiores. Los resultados obtenidos en esta calibración serán utilizados como base para las siguientes simulaciones. Figura 34 Calibración del modelo en régimen transitorio para el período 2017-2018 en el piezómetro 03.09.013 (Belvis de Jarama campo de fútbol). 36 4.2 Escenarios de simulación Los escenarios de simulación se han establecido en base al estudio de inundación de la zona de estudio de Barriuso (2021) en el que se distinguen varios modelos de simulación. En este caso el modelo seleccionado ha sido el modelo realizado a partir del calado final a caudal constante que consiste correspondiente a la máxima crecida ordinaria. En este modelo se contemplan dos escenarios. Por un lado, el modelo de inundación con la mota del río que el cliente pretende derribar (Figura 35A) y por el otro lado el modelo sin la mota del río que se puede ver en la Figura 35B. En este modelo se representa una situación de un hidrograma de larga duración, de más de una semana, en las que se simula el paso de pico del hidrograma en la zona de inundación el cuál se sitúa en 198 m3/s. Se ha escogido este modelo ya que representa el mayor calado hipotético para la zona de inundación y por ello representaría la mayor cantidad de infiltración en la zona de estudio posible en un régimen continúo ya que en el trabajo de Barriuso 2021 ya se pone de manifiesto que la mota no afecta a la superficie inundada, de unos 244 m2, que a efectos de recarga por este método son insignificantes. Sin embargo, se ha calculado el volumen de agua que inunda la zona de estudio, siendo este de 904220,71 m3 con la , m , m A B Figura 35A. Modelo de máxima crecida ordinaria en caudal constante con Mota. Figura 34B. Modelo de máxima crecida ordinaria en caudal constante sin Mota. Modelos realizados por Barriuso 2021. 37 mota en la superficie y de 913659,05 m3 de volumen de agua sin mota. La diferencia radica en 9438,35 m3. Como se indica, desde el punto de vista de peligrosidad en la zona de inundación no existe riesgo alguno, ni la mota evita que se produzca una gran inundación, sin embargo, en este trabajo se pretende demostrar la eficacia del derribo de la mota frente a una mayor tasa de inundación y por lo tanto una mayor cantidad de agua que se infiltraría hacía el acuífero. 4.2.1 Escenario con mota de agua Para la simulación del escenario con mota de agua se ha utilizado como base el modelo de régimen transitorio, explicado en el apartado 4.1.2. En este caso se le ha añadido la superficie inundada a partir del mapa de Barriuso (2021) (Figura 35A). Para simular la superficie inundada se le han otorgado un valor de potencial constante de 587 m.s.n.m. a las celdas que ocupan el área de inundación. Este valor ha sido otorgado a partir del valor que Barriuso (2021) otorga a la altura de lámina de agua en el modelo de máxima crecida ordinaria. El valor de Start Head y End Head es el mismo puesto que se asume que la lámina de agua es la misma en todas las celdas, pues la cota de la superficie del agua encharcada es horizontal. El modelo del encharcamiento se ha corrido en el primer paso de tiempo correspondiente desde el día 0 al 30, para comprobar el efecto de la recarga en los meses sucesivos. El resultado de la simulación se muestra en Figura 36 Como se puede comprobar se produce un abultamiento de las isopiezas en la zona encharcada, con respecto al modelo de régimen transitorio en el mismo periodo temporal sin el efecto de la recarga. Este abultamiento es el efecto espacial de la recarga artificial. Durante los siguientes pasos de tiempo se puede apreciar que este abultamiento sigue vigente, atenuándose poco a poco, se puede observar en el paso de tiempo número 12 entre los días 330 y 360 días después de la inundación. Figura 36. 38 ESCENARIO CON MOTA DE AGUA PERIODO 12 (330-360 DÍAS DESDE LA INUNDACIÓN) ESCENARIO CON MOTA DE AGUA PERIODO 1 (0-30 DÍAS DESDE LA INUNDACIÓN) epresentación del río por nodos A otencial constante ituación de la mota en el río Jarama otencial constante de m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento sopiezas , m m , m Figura 36 Mapas piezométricos resultantes del modelo realizado con Modflow para los escenarios de escenario con mota de agua periodo 1 (0-30 días desde la inundación) y escenario con mota de agua periodo 12 (330-360 días desde la inundación). 39 Los resultados de la cantidad de agua infiltrada en el escenario de con mota son de 390.8 m3/día. Por lo que a nivel de acuífero no es una cantidad demasiado significativa. 4.2.2 Escenario sin mota de agua El otro escenario que se ha simulado es en el que se ha eliminado la mota de agua. Como muestra Barriuso 2021 en su estudio de inundación, la lámina de agua alcanza la misma cota que en el escenario con la mota del río (587 m.s.n.m.) Por lo tanto, en esta ocasión se han establecido las mismas premisas que en el caso con la mota de agua en la linde del río Jarama. No obstante, en este caso las celdas ocupadas por la mota de agua, se le han asignado los mismos valores de potencial constante que al resto de celdas de la zona de inundación del escenario con mota de agua. El resultado se puede ver en las Figura 37 y 38 Se puede volver a comprobar un abultamiento y comportamiento de las isopiezas exactamente igual que en el caso con mota de agua, es decir no se produce a priori ningún cambio en la hidrodinámica regional del subsuelo. ESCENARIO SIN MOTA DE AGUA PERIODO 1 (0-30 DÍAS DESDE LA INUNDACIÓN) , m m epresentación del río por nodos A otencial constante otencial constante de m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento sopiezas Figura 37 Mapa piezométrico resultante del modelo con Modflow resultante del escenario sin mota de agua periodo 1 (0-30 días desde la inundación). 40 Los resultados de la cantidad de agua infiltrada en el escenario de sin mota son de 449,61 m3/día. Por lo que a nivel de acuífero no es una cantidad demasiado significativa. ESCENARIO SIN MOTA DE AGUA PERIODO 12 (330-360 DÍAS DESDE LA INUNDACIÓN) , m epresentación del río por nodos A otencial constante otencial constante de m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento sopiezas Figura 38 Mapa piezométrico resultante del modelo con Modflow resultante del escenario sin mota de agua periodo 12 (330-360 días desde la inundación). 41 5 DISCUSIÓN 5.1 Viabilidad del proyecto Demoler la mota del río no supone ningún inconveniente en cuanto al riesgo de inundabilidad de la zona, puesto que Barriuso 2021 en su trabajo ha demostrado que es indiferente en cuanto al riesgo de inundación en la zona de estudio. Desde un punto de vista hidrogeológico la superficie que se encuentra bajo la lámina de agua es la misma, exceptuando la superficie que ocupa la mota del rio, sin embargo, el volumen de agua que entra en la zona de inundación es mayor. Como se ha podido comprobar en el apartado anterior, el comportamiento de las isopiezas en ambos modelos es prácticamente el mismo, es decir los niveles se mantienen constantes habiendo mota o no. Por lo tanto, el volumen de agua que es susceptible de infiltrarse es despreciable a efectos de infiltración eficaz en el acuífero. Solo se producen ligeros aumentos de nivel reflejados en el tiempo en las zonas colindantes a las lagunas. Por lo tanto, se podría establecer que un efecto del desbordamiento del río en este punto afecta positivamente al aumento del nivel de la lámina de agua de las lagunas. Figura 39 Modelo de transporte advectivo con la mota de las partículas de agua infiltradas realizado con PMPath. TRAYECTORIA DEL AGUA INFILTRADA CON LA MOTA Representación del río por nodos LEYENDA Potencial constante Situación de la mota en el río Jarama Potencial constante de 590 m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento Isopiezas Líneas de flujo 0,50 1 km 42 Más allá del efecto de la mota en el comportamiento hidrodinámico en el subsuelo, se ha querido demostrar la eficacia de la recarga natural en el acuífero. Como se ha explicado en el apartado 3.2.2, en referencia a este apartado a partir de la piezometría elaborada se observa que el río es ganador en su margen izquierdo, por lo tanto, se podría establecer que a priori la recarga seria efectiva. Sin embargo, a partir del módulo de pmwin modflow denominado PMPath que simula el transporte advectivo de las partículas en el subsuelo, en este caso de agua del río. El resultado de la simulación con la mota se puede ver en la Figura 39 y sin mota se puede observar en la Figura 40. Como era de esperar no hay diferencias entre ambos modelos, es decir la dirección de las partículas de agua es la misma. A partir de estos modelos se puede establecer que la recarga es poco efectiva, ya que las partículas de agua regresan al río en la zona sur y no traspasan al margen Oeste del río. Por esto a pesar de que el río ser ganador por el Este y perdedor por el Oeste, esta recarga no es efectiva en el acuífero, porque el agua vuelve al rio al poco tiempo de infiltrarse. Figura 40 Modelo de transporte advectivo sin la mota de las partículas de agua infiltradas realizado con PMPath. TRAYECTORIA DEL AGUA INFILTRADA SIN LA MOTA 0,50 1 km Representación del río LEYENDA Potencial constante Potencial constante de 590 m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento Isopiezas Líneas de flujo 43 A partir de esta lógica del funcionamiento del río se ha querido establecer otra simulación más para comprender si existe alguna alternativa por real a la recarga artificial del acuífero, bien sea aprovechando su dinámica natural o aprovechando el agua en momentos de crecida. Para esto se ha seleccionado la zona que se puede ver en las Figura 41 y 42. Esta zona ha sido seleccionada por encontrarse en el margen Oeste del río Jarama y por elevación es similar a la que alcanza en la zona de inundación anteriormente explicada. El nivel de altura en este punto es del orden de 1 m mayor en este punto. Por lo que se podría plantear este escenario situando una pequeña zona de inundación artificial Para la elaboración de esta simulación se ha realizado siguiendo el mismo procedimiento que en las simulaciones anteriores, añadiendo a las celdas que ocupan la superficie inundable un potencial constante en este caso de 590 m.s.n.m. Ligeramente superior a los casos anteriores, debido a que la superficie topográfica es mayor. Asumiéndose también que la lámina de agua es horizontal como en los casos anteriores, pero cambiando la ubicación del potencial constante a la nueva zona inundable. Figura 41 Ubicación de la zona alternativa de inundación con respecto a la zona propuesta por Heineken. Fuente: Google Earth pro. Figura 42 Zona alternativa de inundación Fuente: Google Earth pro. 44 Figura 43 Mapas piezométricos resultantes del modelo realizado con Modflow para los escenarios de escenario alternativo periodo 1 (0-30 días desde la inundación) y del escenario en régimen transitorio periodo 1 (0-30 días desde la inundación). m , m epresentación del río por nodos A otencial constante ituación de la mota en el río Jarama otencial constante de m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento sopiezas ESCENARIO ALTERNATIVO PERIODO 1 (0-30 DÍAS DESDE LA INUNDACIÓN) ESCENARIO EN RÉGIMEN TRANSITORIO PERIODO 1 (0-30 DÍAS DESDE LA INUNDACIÓN) m , m 45 En este caso se demuestra que la nueva ubicación de la zona inundable no afecta significativamente a las isopiezas, ni al funcionamiento hidrodinámico del acuífero, comparándolo con el escenario en régimen natural para el mismo paso de tiempo (Figura 43), por lo que la recarga tampoco sería efectiva en este punto. La recarga en esta zona sería de 738,08 m3/día. No obstante, la superficie de recarga es más pequeña que en los casos anteriores, por eso no se produce un cambio significativo en la piezometría general de la zona. A pesar de esto en este punto también se ha hecho uso del módulo PMPath, (Figura 44) en el que se ha podido observar una dinámica en el transporte advectivo de las partículas de agua distinto. En este punto se puede observar cómo se desplaza la recarga hacía el cono de bombeo. No obstante, no es una superficie significativa, ni mucho menos para aportar grandes cantidades a un cono de bombeo tan grande como el que se muestra en esta zona. Figura 44 Modelo de transporte advectivo de las partículas de agua infiltradas realizado con PMPath, con la ubicación de la zona alternativa de inundación. TRAYECTORIA DEL AGUA INFILTRADA EN EL SEGUNDO ESCENARIO DE INUNDACIÓN Representación del río por nodos LEYENDA Potencial constante Situación de la mota en el río Jarama Potencial constante de 590 m.s.n.m. que simula la recarga por desbordamiento Isopiezas Líneas de flujo , m 46 6 CONCLUSIONES En condiciones naturales, el río Jarama debería de actuar como un punto de preferencia de descarga del acuífero. Sin embargo, debido a la aparición del cono de bombeo producto de la explotación de aguas subterráneas en el entorno de las localidades de La Moraleja, San Sebastián de los Reyes y Alcobendas, el río adquiere una dualidad de comportamiento. Por el Este actúa como río ganador, mientras que por el Oeste actúa como río perdedor. Esto hace que el enclave de estudio sea viable para la realización de una experiencia de recarga artificial de acuíferos. La capacidad de infiltración de los materiales en los que se propone la recarga, formados por sedimentos aluviales, oscila entre los 15 y 60 mm/h, con una desviación típica de unos 16 mm/h. Estos resultados son coherentes en función de la granulometría que presentan, en su mayoría de fracción franco-arenosa, que indican que son idóneos para una recarga por encharcamiento en la zona. No obstante, no hay periodos suficientes de inundaciones prolongadas para una recarga natural por encharcamiento, por lo que los valores calculados deben de tomarse como un límite superior de la capacidad de infiltración. Por otra parte, tomando como referencia el modelo de inundación de máxima crecida ordinaria en un periodo continúo, es decir el mayor encharcamiento posible por avenida en periodo continuo. Se toman las siguientes premisas desde el análisis del modelo realizado. En cuanto a la cantidad de agua infiltrada con respecto al derribo de la mota, la diferencia de agua infiltrada contraponiendo los dos modelos es de 58,81 m3/día a favor del modelo establecido sin mota. Además, en diversos escenarios se establece que el bulbo de humectación de la recarga no abarcaría más de unos cientos de metros y que se iría disipando por el sur hasta volver a llegar al río por lo que la recarga no sería suficiente, esto es producto al contraste de permeabilidades entre las unidades del terciario detrítico y las del aluvial que provoca un flujo preferente a lo largo del aluvial del propio rio y que la horizontalidad del bulbo sea máxima. Por otro lado, una futurible hipótesis de cambiar el lado en la infiltración que supondría a priori un desbordamiento antinatural del rio y tampoco sería efectiva en la zona descrita como alternativa, ya que no se altera el nivel freático lo suficiente como para derivar en una recarga efectiva en la zona. Sin embargo y en base a estas premisas, ante eventos de inundación tan grandes las grandes beneficiadas son las lagunas ribereñas de Belvis, puesto que supondrían un aumento significativo de su nivel y duraría mucho más alto en el tiempo. Como alternativa a una inundación, se pueden contemplar otro tipo de medidas de aprovechamiento del agua, como un mayor control de extracción en la zona del cono de bombeo, produciendo una disminución significativa del mismo, que provocaría un aumento de los niveles sobre todo en el terciario detrítico. 47 7 BIBLIOGRAFÍA Aplicación cartográfica del Sistema de Información de Redes de seguimiento del estado e información hidrológica del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico: https://sig.mapama.gob.es/redes-seguimiento/ (último acceso Enero 2021). Barriuso Rodríguez E. (2021) Análisis de las posibles variaciones en las zonas inundables del río Jarama en el entorno de Belvis del Jarama por alteración-supresión de motas en su cauce. 50p. Bouwer, H. (2002). Artificial recharge of groundwater: hydrogeology and engineering. Hidrogeology Journal, volume 10, nº 2, abril 2002. 142p. CEDEX (2018). Anuario de aforos. Ficha de la Estación Foronómica 3051: Río Jarama en Algete. Disponible online: https://ceh.cedex.es/anuarioaforos/afo/estaf- datos.asp?indroea=3051 (último acceso: enero 2021). CHT (2002): Normas para el otorgamiento de autorizaciones de investigación o concesiones de agua subterránea para cada Unidad Hidrogeológica de la cuenca del Tajo. 32p. Consejería de Medio Ambiente (2020). Plan de actuación sobre humedales catalogados de la Comunidad de Madrid. Dirección General de Biodiversidad y Recursos Naturales. Consejería de Medio Ambiente, Ordenación del Territorio y Sostenibilidad. Comunidad de Madrid. 389p. De La Orden, J. A., López-Geta, J. A., & Murillo, J. M. (2003). Experiencias de recarga artificial de acuíferos realizadas por el IGME en acuíferos detríticos. Boletín Geológico y Minero, 114(2), 212p. Freeze, R.A., Cherry, J.A. (1979). Groundwater. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 604 pp. Heineken España (2020). Proyecto de ejecución de recarga de acuíferos en la llanura de inundación de Belvis del Jarama. T.M. Paracuellos del Jarama (Madrid). Informe inédito. Memoria y anexos. Heineken España S.A. Madrid. 24p. GM ( ). “Mapa Geológico de spaña . : . ”. Hoja geológica y memoria explicativa Nº 534 (Colmenar Viejo). Instituto Geológico y Minero de España. Madrid. IGME (2006). Mapa litoestratigráfico y de permeabilidad de España a escala 1/200.000. Instituto Geológico y Minero de España. Madrid. IGME-DGA (2010). Masa de Agua Subterránea 030.024 Aluvial del Jarama: Madrid- Guadalajara. Demarcación Hidrográfica del Tajo. Apoyo a la caracterización adicional de las masas de agua subterránea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015. Instituto Geológico y Minero de España y Dirección General del Agua. Madrid, 59p. IGN (2020). Modelo digital de elevación. Hojas 30-0534-2, 30-0534-4, 30-0535-1 y 30- 0535-3. Serie MDT02. Johnson A (1963). A field method for measurement of infiltration. USGS Water Supply paper 1544-F. 27p. Kessler J, Oosterbaan RJ (1994). Determining Hydraulic Conductivity of Soils. Drainages Principles and Applications, v. 3. Publ. 16, International Institute for Land Reclamation and Improvement P. O. Box 45, Wageningen, The Netherlands, pp. 253- 296. https://sig.mapama.gob.es/redes-seguimiento/ 48 Macías, J., Vargas, A., & Arellano, F. (2018). Conductividad hidráulica en dos sitios del valle central de costa rica: análisis comparativo de tres metodologías de ensayo en la zona no saturada. Revista Geológica de América Central, (59), pp 71-96. Martínez-Santos P, Pedretti D, Martínez-Alfaro PE, Conde M, Casado M (2010) Modelling the effects of groundwater-based urban supply in low-permeability aquifers: Application to the Madrid Aquifer, Spain. Water Resources Management. DOI 10.1007/s11269-010-9682-0 McDonald, M. G., Harbaugh, A. W., & original authors of MODFLOW. (2003). The history of MODFLOW. Groundwater, 41(2), pp 280-283. Muñoz del Prado, F. J. (2018). Aplicación de la modelación matemática del flujo de agua subterránea a la Ingeniería Civil. Estudio del rebajamiento de niveles piezométricos en el Delta del Llobregat. 85p. Ojeda, C. G. (2016). Recarga artificial de acuíferos. 95p. Vera, Fernando López. Hidrogeología regional de la cuenca del río Jarama en los alrededores de Madrid. Vol. 91. IGME, 1977. Vera, Juan Antonio, ed. Geología de España. IGME, 2004.