1 PONENCIA ANÁLISIS DE LA COMPONENTE SUBTERRÁNEA DE UN SISTEMA DE USO CONJUNTO DE RECURSOS HÍDRICOS EN UNA CUENCA COMPLEJA, ANTE EL EFECTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO REGIONALIZADO
2 1. Introducción 2. Problemática de la zona de estudio 3. Caracterización y análisis de datos 4. Regionalización del impacto del cambio climático 5. Resultados de infiltración provenientes de modelos lluvia-escorrentía 6. Modelo simplificado de acuífero por Autovalores 7. Análisis del impacto del CCR sobre infiltración en MAS del acuífero del Duero 8. Conclusiones
3 Sistema de uso conjunto: ◦ Se trata de analizar una cuenca hidrológica conjuntamente, mediante la evaluación de la interacción natural del recurso hídrico entre sus componentes superficial y subterránea. Modelación subterránea: ◦ Simulación de la componente subterránea de un sistema conjunto, atendiendo a la interacción superficial del recurso, mediante un modelo de acuífero general por Autovalores. Cambio Climático Regionalizado: ◦ Estimación de anomalías climáticas de Precipitación (Pp) y Temperatura (Tp) medias para escenarios de clima futuros, provenientes de modelos climáticos regionales, con objeto de afectar las series históricas de Pp y Tp y obtener series de recarga alteradas por efecto de cambio en condiciones climáticas.
4 MODELACIÓN GENERAL DE LA GESTIÓN DEL LA CUENCA, INCLUYENDO EL USO CONJUNTO DE AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERRÁNEAS. Modelo de ACUÍFERO Modelo de CUENCA Modelo de APORTACIONES Revisión de Demandas Aportaciones superficiales Recarga Subterránea Parámetros del modelo Demandas históricas Demanda (Escenarios) Vector de estado inicial para escenarios Parámetros del modelo
5 Comunidades autonómicas y población asociadas a la Cuenca Hidrográfica del Duero Comunidad autónoma Superficie (km 2 ) % Población (hab) % Castilla y León 77,48298.252’173,27998.56 Galicia1,1341.4430,4981.38 Cantabria980.121,3460.06 Castilla-La Mancha 620.0800 Extremadura430.0500 La Rioja210.0300 Madrid160.0200 Asturias30.0000 TOTAL78,859 2’205,123 Cuenca Hidrográfica del Duero (superficie de 78,859km 2 ). Representa el 16% de la superficie de la península española (CHD, 2014). Depresión llana y elevada, bordeada por sistemas montañosos. Los páramos superiores erosionados por los ríos del Duero, Pisuerga, Esla, Cega, Adaja, Eresma, etc. (Caballero, 2005). Clima predominantemente mediterráneo continental (CHD, 2014). Condiciones de sequía estival que afectan al 90% de la superficie. Precipitación media de 612mm (CHD, 2014), máximos de 1800mm en zonas de montaña y mínimos de 400mm en el bajo Duero. Volumen de precipitación media anual 50MHm 3, solo 30% aprovechable, fluyendo por cauces superficiales e incorporado como infiltración a las aguas subterráneas (Caballero, 2005).
6 Superficie de los sistemas de explotación en la cuenca hidrográfica del Duero No.Sistema Superficie (Km 2 ) No.Sistema Superficie (Km 2 ) 1Águeda6,2058Órbigo4,987 2Alto Duero8,9539Pisuerga7,055 3Arlanza5,33010Riaza-Duratón3,972 4Bajo Duero7,73811Támega-Manzanas1,912 5Carrión4,97712Tera2,425 6Cega-Eresma-Adaja7,88513Tormes7,386 7Esla10,037TOTAL:78,862 Red de drenaje de 83,200km y 13,491 masas de agua superficial (CHD, 2014). Mayoría de corrientes llegan al eje principal del Duero y su división hidrográfica se corresponde con los sistemas de explotación. Litología: 39% areniscas, 20% gravas, 10% otros conglomerados, 9% cuarcitas y pizarras. Unidades geológicas: (i) depresión del Duero (cubeta de sedimentos terciarios y cuaternarios, lacustres y continentales); (ii) bordes de la cubeta (cordilleras cantábrica, ibérica y central, montes galáico-leoneses). Sistemas acuíferos: 60.4% cuenca terciaria del Duero, 16.7% granitoides hercínicos, 8.4% hercínico sedimentario, 7.4% cordillera ibérica y 7.4% zona cantábrica. Unidad hidrogeológica principal: con infiltración profunda y flujo regional (acuífero terciario del Duero), rodeada por unidades permeables de escaso potencial y flujo local (CHD, 2014).
7 Modelos locales de masas de agua subterránea. o Masas de interés Modelo hidrogeológico general del Duero en Visual ModFlow (ETIPSA, 2006). o Modelo de flujo interpretativo o Aproximaciones sucesivas donde se integran factores cada vez más complejos del flujo Modelo general simplificado en Autovalores del Duero o Modelo simplificado o Evaluación general del flujo local y regional o Necesidad de mejorar MODELOS HIDROGEOLÓGICOS PRECEDENTES DEMANDAS Y EXTRACCIONES NIVELES PIEZOMÉTRICOS ESCENARIOS DE INFILTRACIÓN
8 MODELOS HIDROGEOLÓGICOS PRECEDENTES DEMANDAS Y EXTRACCIONES NIVELES PIEZOMÉTRICOS ESCENARIOS DE INFILTRACIÓN DemandaHm 3 Porcentaje Agropecuaria450092% Doméstica3307% Industrial y recreativa46 + 81% TOTAL:4884100% Origen de demanda: o Superficial: 78% o Subterráneo: 22% Suministro subterráneo por tipo de demanda (1054Hm 3 ): o Doméstica: 69 Hm 3 o Industrial: 20Hm 3 o Agropecuario: 965Hm 3
9 Extracciones (Hm 3 /año) en las Unidades de Demanda Agraria de la CHD UDANombre Extracción (Hm 3 ) 1503Bombeo MAS 7+9 (Cea-Valderaduey)56.7 1505Bombeo MAS 31 (Villafáfila)14.7 2501Bombeo MAS 6+10+14 (Detrítico Carrión-Pisuerga)12.7 2502Bombeo MAS 16+17 (Arlanza-Arlanzón)10.1 2506Bombeo MAS 20+38+39+4132.9 2507Bombeo MAS 67 (Profundo Páramos-Tordesillas)100.5 2508Bombeo Acuífero Profundo Arlanza2.2 3501Bombeo MAS 30 (Aranda del Duero)3.2 3502Bombeo MAS 42+49 (Riaza-Allyón)2.1 3507Bombeo MAS 37+51 (Almazán-Escalote)2.1 3508Bombeo Acuífero Profundo Aranda del Duero4.1 3509Bombeo Acuífero Profundo Corcos-Riaza2.3 4502Bombeo MAS 45 (Los Arenales)38.6 4503Bombeo MAS 45+47 (Arenales-Medina del Campo)53.5 4504Bombeo MAS 48 (Tierra del Vino-Medina del Campo)81.7 4505Bombeo MAS 46+55+56 (Duratón-Sepúlveda)3.1 4508Bombeo Acuífero Profundo Arenales Eresma-Cega30.2 4509Bombeo Acuífero Profundo Arenales Adaja-Zapardiel181.4 4510 Bombeo Acuífero Profundo Arenales Trabancos- Guareña 45.0 4511Bombeo Acuífero Profundo Arenales3.4 5501Bombeo MAS 52 (Acuífero Profundo)56.7 5502Bombeo MAS 52 (Alba de Tormes-Peñaranda)9.4 5503Bombeo MAS 52 (La Armuña)25.7 Extracción dentro de la zona de estudio:743.8 Extracción fuera de la zona de estudio:221.5 Extracción TOTAL:965.3 Evolución de las extracciones en la CH-Duero Período Rango de Extracción (Hm 3 ) Fuente documental 2009 - actualidad834 Extracciones de OPH 2009 1998 – 20081120 – 834 Análisis de fotointerpretación 1940 – 19990.0 – 1145Estudio DGOHCA 2002 1971 - 1980226 - 1089Crecimiento extracción profunda MODELOS HIDROGEOLÓGICOS PRECEDENTES DEMANDAS Y EXTRACCIONES NIVELES PIEZOMÉTRICOS ESCENARIOS DE INFILTRACIÓN
10 Zonas de interés en la comparación de niveles piezométricos medidos y simulados en el acuífero del Duero CódigoNombre de la masa No de celdas 101Medina del Campo Capa 14 102Cauce del río2 103Tordesillas3 104Los Arenales4 105Terciario Detrítico bajo los Páramos Capa 14 206Medina del campo Capa 23 207Tierra de Campos4 208Carrión4 209Terciario Detrítico bajo los Páramos Capa 24 55,413 registros de piezómetros. Datos disponibles correspondientes a una base de datos de piezometría de la Oficina de Planificación Hidrológica (OPH) de la CHD de 2009. Recopilación de datos de diversas fuentes: CHD, IGME, Ministerio de Medioambiente Rural y Marino (MARM) y el Instituto Nacional de Reforma y Desarrollo Agrario (IRYDA). Series temporales de nivel, transformadas a nivel piezométrico. MODELOS HIDROGEOLÓGICOS PRECEDENTES DEMANDAS Y EXTRACCIONES NIVELES PIEZOMÉTRICOS ESCENARIOS DE INFILTRACIÓN
11 Recarga Acuífero superficial Acuífero profundo Interacción entre capas Aportación al Río Escenario de Infiltración Original [1] Recarga Retorno a cauces Acuífero superficial Acuífero profundo Interacción entre capas Aportación al Río Escenario de Infiltración Alternativo [2] La primera asunción (escenario [1]), considera que la serie de recarga de lluvia, derivado del procesamiento de datos en modelo SIMPA, se distribuía uniformemente por las zonas externas o más alejadas de la cubeta del acuífero. La segunda asunción (escenario [2]), supone un intercambio de caudal en determinadas masas de agua subterránea (MAS) y las corrientes superficiales, de acuerdo a unos supuestos de recarga por MAS. MODELOS HIDROGEOLÓGICOS PRECEDENTES DEMANDAS Y EXTRACCIONES NIVELES PIEZOMÉTRICOS ESCENARIOS DE INFILTRACIÓN
12 Una fuente de incertidumbre en el balance de la cuenca es un valor de recarga apropiado y congruente con los volúmenes anuales de la cuenca. Reajuste de recarga, primera reducción desde SIMPA a 711Hm 3 /año. Reajuste de recarga, hipótesis de recarga uniforme a 539Hm 3 /año. MODELOS HIDROGEOLÓGICOS PRECEDENTES DEMANDAS Y EXTRACCIONES NIVELES PIEZOMÉTRICOS ESCENARIOS DE INFILTRACIÓN
13 ESCENARIOS CLIMÁTICOS DEL IPCC5 (2014) ◦ RCP 2.0 RCP 4.5 RCP 6.0 RCP 8.0 ESCENARIOS MÁS FACTIBLES ◦ Para Forzamientos Radiativos de 4.5 y 6.0 Wm-2 TÉCNICA DE BAJADA DE ESCALA De tipo Estadística (por analogía y regresión) De tipo dinámica (por anidamiento) PASOS A SEGUIR PARA LA REGIONALIZACIÓN DE ANOMALÍAS CLIMÁTICAS Y SU EVALUACIÓN EN ESCENARIOS HIDROLÓGICOS Y DE GESTIÓN DFVDV
14 TEMPERATURA MÁXIMA Regionalización Estadística Análoga (AR5) Regionalización Estadística por Regresión (AR5) Regionalización Dinámica de ENSEMBLES (AR4) Cambio de Temperatura máxima (°C) Regionalización Estadística análoga AR4AR5 PeriodoB1A1BA2RCP 4.5RCP 6.0RCP 8.5 2046-2065+1.82+2.33+2.45+1.79+1.88+2.91 2081-2100+2.15+3.89+4.52+2.17+3.06+5.12 Regionalización Estadística por regresión 2046-2065+2.11+3.24+3.05+2.27+2.08+3.84 2081-2100+3.38+4.39+5.26+2.69+4.03+6.28 Regionalización Dinámica ENSEMBLES Periodomínmedmáx 2046-2065+1.12+2.23+3.31 2081-2100+2.89+4.05+5.27
15 TEMPERATURA MÍNIMA Regionalización Estadística Análoga (AR5) Regionalización Estadística por Regresión (AR5) Regionalización Dinámica de ENSEMBLES (AR4) Cambio de Temperatura mínima (°C) Regionalización Estadística análoga AR4AR5 PeriodoB1A1BA2RCP 4.5RCP 6.0RCP 8.5 2046-2065+1.94+2.15+2.28+1.18+1.27+2.14 2081-2100+2.09+3.21+4.32+1.44+1.83+3.01 Regionalización Estadística por regresión 2046-2065+1.88+2.07+2.01+1.96+1.84+2.34 2081-2100+2.08+3.02+3.34+2.04+2.38+4.21 Regionalización Dinámica ENSEMBLES Periodomínmedmáx 2046-2065+0.77+2.02+2.37 2081-2100+2.21+3.15+4.41
16 PRECIPITACIÓN MEDIA Regionalización Estadística Análoga (AR5) Regionalización Estadística por Regresión (AR5) Regionalización Dinámica de ENSEMBLES (AR4) Cambio en la Precipitación media anual (en %) Regionalización Estadística análoga AR4AR5 PeriodoB1A1BA2RCP 4.5RCP 6.0RCP 8.5 2046-2065-3.8-6.2-8.3-2.6-4.3-3.7 2081-2100-4.2-6.5-12.3-4.1-3.9-8.4 Regionalización Estadística por regresión 2046-2065-9.4-12.6-8.1-3.4+1.2-2.9 2081-2100-12.2-13.7-19.4-5.1-2.7-1.8 Regionalización Dinámica ENSEMBLES Periodomínmedmáx 2046-2065-12.8-6.3-0.2 2081-2100-23.7-11.2-5.4
17 VARIACIÓN MEDIA MENSUAL DE PRECIPITACIÓN (%) Escenario climático RCP 4.5 Tipo de Regionalización Estadística Ventana Temporal 2046-20652081-2100 Análoga-5.20-10.64 Por Regresión-3.38-7.17 Escenario climático RCP 6.0 Tipo de Regionalización Estadística Ventana Temporal 2046-20652081-2100 Análoga-8.53-13.52 Por Regresión-5.54-11.77 Escenario climático RCP 8.5 Tipo de Regionalización Estadística Ventana Temporal 2046-20652081-2100 Análoga-8.80-13.75 Por Regresión-5.75-12.14 VARIACIÓN DE TEMPERATURA MÁXIMA Y MÍNIMA (°C) Escenario climático RCP 4.5 Tipo de Regionalización Estadística Ventana Temporal 2046-20652081-2100 Análoga +1.06 y +2.24+2.06 y +4.37 Por Regresión+1.85 y +2.61+2.79 y 4.48 Escenario climático RCP 6.0 Tipo de Regionalización Estadística Ventana Temporal 2046-20652081-2100 Análoga+1.26 y +2.69 +2.29 y +4.86 Por Regresión +1.88 y +3.39+3.05 y +5.21 Escenario climático RCP 8.5 Tipo de Regionalización Estadística Ventana Temporal 2046-20652081-2100 Análoga +2.08 y +4.41+3.20 y +6.80 Por Regresión +2.88 y +5.01+4.06 y +7.21
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20 DISCRETIZACIÓN TEMPORAL Modelo de flujo subterráneo de tipo interpretativo. El ajuste se realiza únicamente en régimen permanente, en un lapso temporal anual. DISCRETIZACIÓN ESPACIAL En la capa superficial 1 las dimensiones máximas son 196.2km por 135.5km, con una potencia o espesor medio de 200m. En la capa profunda 2, las dimensiones máximas son 324.1km por 227.2km, con un espesor medio de 1000m. CONDICIONES DE BORDE Los procesos y mecanismos de funcionamiento del mismo están contenidos en los límites de la zona modelada. Se considera de forma explícita la conexión entre materiales de las distintas celdas y capas del modelo. Se asume la existencia de tres celdas con nivel constante, correspondientes a las zonas de drenaje desde el acuífero hacia el río Duero. PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS Simplificación de los parámetros medios iniciales: valores uniformes para cada masa del modelo Mejora de obtención de parámetros de forma distribuida en apartado de aproximación de parámetros hidrogeológicos asociados a la incertidumbre generalizada
21 ACCIONES SOBRE EL MODELO DE ACUÍFERO Descargas naturales: salidas de caudal por ríos, drenajes, manantiales o zonas húmedas (evaluación de las relaciones río-acuífero) Recarga de masas subterráneas: aporte distribuido en masas subterráneas, validado por modelos de flujo superficial (modelos lluvia-escorrentía) CONJUNTO DE ZONAS DE INTERÉS EN LA COMPARACIÓN DE NIVELES PIEZOMÉTRICOS SIMULADOS Y OBSERVADOS
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23 CALIBRACIÓN DE SUB-ZONAS DE UN SISTEMA DE EXPLOTACIÓN CASTROVIEJOEMBALSE DE CERVERA
24 RECARGA (HM 3 ) EN MAS DEL DUERO PARA EL PERIODO HISTÓRICO Y LOS ESCENARIOS RCP 4.5, 6.0 Y 8.5 IDMasa de Agua Subterránea (MAS)HistóricaVentana 2046-2065Ventana 2081-2100 1980-06RCP 4.5RCP 6.0RCP 8.5RCP 4.5RCP 6.0RCP 8.5 1VALDAVIA 8878.97366.973.66862.1 2TIERRA DE CAMPOS 60.354.15045.850.446.642.5 3CUENCA DE ALMAZÁN 59.553.449.345.249.74642 4BURGOS 56.750.8474347.443.840 5ARANDA DE DUERO 49.144.140.837.341.13834.7 6SALAMANCA 40.936.733.931.134.231.628.9 7TIERRA DEL VINO 31.528.326.22426.424.422.2 8MEDINA DEL CAMPO 29.926.824.822.72523.121.1 9CARRIÓN 29.726.624.622.624.82321 10AYLLÓN 27.92523.121.223.321.519.7 11RIAZA 23.621.219.617.919.718.216.6 12LOS ARENALES 19.817.816.515.116.615.314 13SEPÚLVEDA 19.717.716.41516.515.213.9 14VILLAFÁFILA 18.816.915.614.315.714.513.3 15TORDESILLAS 15.313.712.711.612.811.810.8 16VILLADIEGO 14.312.811.910.91211.110.1 17PÁRAMO DE ASTUDILLO 54.54.23.84.23.93.5 Media de Recarga Total (Hm3):590529.3489.5448.2493.4456416.3 % de Variación en la Recarga Total:--10.3-17-24-16.4-22.7-29.4
25 Anomalías de Temperatura y Precipitación medias, estimadas mediante regionalización del cambio climático del orden de: Existirá una reducción significativa en la Recarga media anual del Acuífero del Duero (producto del impacto del cambio climático). La variación será entre -10.3% y -29.4% del recurso histórico de recarga. Se pasará de los actuales 590Hm 3 /año hasta 416.3 Hm 3 /año, considerando la ventana 2081-2100 el escenario de concentración de CO 2 en la atmósfera (RCP 8.5). Necesario evaluar el impacto del cambio climático regionalizado sobre niveles piezométricos, volúmenes de descarga y variación de almacenamiento en las masas subterráneas. RCP 4.5RCP 6.0RCP 8.0 VentanaTp (°C)Pp (%)Tp (°C)Pp (%)Tp (°C)Pp (%) 2046-2065+1-84-4.29+2.33-7.04+3.55-7.28 2081-2100+2.26-8.91+3.75-12.65+5.21-12.95
26 o AEMET. 2014. Agencia Estatal de Meteorología de España. Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medioambiente. Fuente: Página oficial de la agencia en internet, con la liga siguiente: http://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/cambio_climat/datos_mensuales. http://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/cambio_climat/datos_mensuales o AQUIVAL 2.0. 2011. Módulo para resolver no linealidades en modelos de acuífero con interacción de uso conjunto usando la metodología de Autovalores. Grupo de Ingeniería de Recursos Hídricos. Universidad Politécnica de Valencia. Valencia, España. http://www.upv.es/aquatool/docs/ManualUsuario_Aquival2.pdf. http://www.upv.es/aquatool/docs/ManualUsuario_Aquival2.pdf o Caballero, H. 2005. La cuenca del Duero: Usos del agua, problemas y retos. DMA Informe 2005. Memoria Confederación Hidrográfica del Duero 2004-2005. España. o CHD. Confederación hidrográfica del Duero. 2010. Memoria del Proyecto del Plan Hidrológico de Cuenca. Ministerio de Medioambiente y Medio Rural y Marino. España. o CHD. Confederación hidrográfica del Duero. 2014. Extracto informativo de página oficial de la CH- Duero. Ministerio de Medioambiente y Medio Rural y Marino. España. http://www.chduero.es/.http://www.chduero.es/ o EPTISA, 2006. Servicios de Ingeniería S.A. Trabajo de consultoría y asistencia para la confederación Hidrográfica del Duero. Estudio de modelización hidrogeológica esquemática de la cuenca del Duero. Memoria de Estudio. España. o EVALHID. Paredes, J.; Solera, A.; Andreu, J.; Lerma, N. 2012. Manual técnico de EVALHID para la evaluación de recursos hídricos. Grupo de Ingeniería de Recursos Hídricos. Universidad Politécnica de Valencia. Valencia, España. http://www.upv.es/aquatool/docs/ManualTecnico_EVALHID.pdf.http://www.upv.es/aquatool/docs/ManualTecnico_EVALHID.pdf o RCP-IPCC5, 2014. Intergovernmental Panel on Climate Change. Scenario Process for AR5. Representative Concentration Pathways (RCPs). Data United Nations for Environmental Protection. Distribution Centre. http://sedac.ipcc-data.org/ddc/ar5_scenario_process/RCPs.html.
27 MARIO A. HERNÁNDEZ HDEZ. ([email protected]) SONIA T. SÁNCHEZ QUISPE ([email protected]) ABEL SOLERA SOLERA ([email protected]) UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO