Contribución de la modelación numérica e hidroquímica al conocimiento del acuífero de La Aldea (Gran Canaria, islas Canarias)

Abstract

En la presente tesis, se ha estudiado el funcionamiento hidrogeológico de un acuífero en terreno volcánico a partir de la modelación numérica del flujo y del transporte de solutos y de la modelación hidrogeoquímica. Para ello, primero se ha definido un modelo conceptual del sistema hidrogeológico en la zona de estudio, que ha ido evolucionando acorde a los resultados obtenidos durante el proceso de modelación. Posteriormente, se ha desarrollado un modelo numérico de flujo que ha representado y explicado el comportamiento del acuífero de forma coherente, se ha realizado una interpretación del comportamiento de los iones mayoritarios y una modelación hidrogeoquímica donde se ha hecho intervenir todos los procesos que contribuyen a la salinización del acuífero y se finalizó con el desarrollo de un modelo numérico de transporte de soluto que ha englobado todo el conocimiento obtenido en los procesos anteriores. El barranco de La Aldea (Gran Canaria) se dedica de forma intensiva a la agricultura con una superficie media de cultivo de unas 645 ha y un consumo agrícola de unos 6.5 hm3/año. El aporte de aguas superficiales para riego en el período 1997-2000 se ha visto comprometido debido a la sequía que ha azotado la zona y las aguas subterráneas han suplido las necesidades de agua para riego, circunstancia que ha sido contemplada y reproducida por el modelo de forma satisfactoria. La geología de la zona presenta una unidad sedimentaria, heterogénea, constituida por los materiales aluviales y derrubios de ladera y una unidad volcánica, homogénea, formada por Basaltos Miocenos que ocupa toda la superficie. La modelación se ha realizado mediante tres capas que representan aproximadamente la geología de la zona: la capa superior incluye los materiales sedimentarios (aluvial y derrubios) y parte de los basaltos más alterados; las capas inferiores están conformadas por basaltos cuya permeabilidad disminuye en profundidad. La caracterización geológica de esta capa superior hizo necesaria, en los primeros pasos de la modelación, una campaña de campo para cartografiar los derrubios de ladera, pues estos no habían sido considerados relevantes hasta el momento y su importancia hidrogeológica se puso de manifiesto durante el desarrollo del modelo de flujo. Igualmente, el modelo ha evidenciado la existencia de una entrada de agua desde las zonas altas de la isla que se suponía impermeables por la existencia de una caldera volcánica. La modelación hidrogeoquímica se ha llevado a cabo mediante la simulación de las reacciones que tienen lugar en el acuífero. Ello ha permitido cuantificar la composición química del agua subterránea, que está controlada por la composición química del agua de lluvia local; la influencia de la deposición seca de aerosol marino y el polvo sahariano; la incorporación del CO2 del suelo; la evapotranspiración; la meteorización y disolución de los minerales silicatados; los aportes de los retornos de riego (origen antrópico) y los aportes de las aguas salinas existentes en la parte central de la zona estudiada (que tiene influencia antrópica). Mediante la integración del modelo de flujo, la interpretación del comportamiento de los iones mayoritarios y la modelación hidrogeoquímica, se ha elaborado un modelo de transporte de cloruro que reproduce satisfactoriamente la distribución espacial de las concentraciones de cloruro en la zona de estudio, validando cuantitativamente la interpretación resultante de la modelación hidrogeoquímica.

The hydrogeological features of an aquifer in a volcanic terrains region have been studied and contrasted with the output of a flow and solute transport model. To accomplish this, a conceptual model of the groundwater flow behaviour in the study area was developed, evolving in accord with the results obtained during the modelling process. Afterwards, a numerical model of flow was elaborated, representing and explaining the function of the aquifer in a coherent way. In addition, the behaviour of the major and minor ions and the processes that contribute to the salinization of the aquifer have been explained through the modelling process. Finally, a solute transport model was constructed that confirmed all the conclusions previously obtained. The La Aldea ravine (Gran Canaria) is dedicated to the intensive agriculture, with an average surface dedicated to agriculture about 645 ha and consuming for agricultural activity some 6.5 x 106 m3/year. Surface waters used normally for irrigation declined during 1997-2000 due to a drought and groundwater was used to meet the irrigation requirements. This event has been simulated and reproduced satisfactorily by the model. The geology of the zone presents a heterogeneous sedimentary unit, constituted by alluvial materials and flank scree deposits and a volcanic unit, also heterogeneous, formed by Miocene Basalts that are located both beneath and above the sediments throughout the region. The modelling has been performed by means of three layers that represent approximately the geology of the area. The upper layer includes the sedimentary materials (alluvial and screes) and some metres of the more altered basalts. The other two layers are basalts that decrease in permeability with depth. The model demonstrated the hydrogeologic importance of the upper layer necessitating a field campaign to map the screes in this region, which had never been considered relevant, and its hydrogeological significance became evident during the flow modelling. The model also demonstrated the groundwater flow from the highland of the island, a concept that had been previously rejected due to the existence of a volcanic caldera. The hydrogeochemical modelling was developed to simulate the different chemical reactions that take place in the aquifer. This allowed the chemical composition of groundwater to be quantified. The model considered control by local rain; the influence of marine aerosol deposition and Saharian dust; incorporation of soil CO2; high evapotranspiration; weathering and dissolution of silicate minerals; contribution from irrigation returns (anthropic origin); as well as salinization. The salinization here is found in the central part of the area and has both a natural and an anthropic component). By integration of the flow model, interpretation of major ion behaviour and hydrogeochemical modelling, a chloride transport model was developed. This reproduced satisfactorily the spatial distribution of the chloride concentration in the study area and confirmed the quantitative predictions from the hydrogeochemical model.