Interacción datos-modelo matemático en el acuífero Almonte-Marismas: un nuevo reto

• Autores: Nuria Naranjo Fernández
• Directores de la Tesis: Carolina Guardiola Albert (dir. tes.), Esperanza Montero González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2020
• Idioma: español
• Número de páginas: 166
• Tribunal Calificador de la Tesis: Pedro Martínez (presid.), Miguel Angel Sanz Santos (secret.), Concepción Pla Bru (voc.), Eduardo F. Cassiraga (voc.), María Pool Ramírez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Geología e Ingeniería Geológica por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Matemáticas
    • Estadística
      • Series temporales
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Hidrología
      • Aguas subterráneas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    El acuífero Almonte-Marismas alberga el Espacio Natural de Doñana, en el cual se sitúa uno de los humedales más importantes de Europa. Una de las herramientas para estudiar el estado cuantitativo del acuífero y su gestión son los modelos matemáticos. En el caso concreto del acuífero Almonte-Marismas, el modelo matemático de flujo utilizado tradicionalmente ha quedado obsoleto ya que no se han incorporado mejoras del conocimiento disponibles, y se desconoce el porcentaje del volumen hídrico extraído de manera irregular.

    La estadística es hoy en día una herramienta de extendido uso en Hidrogeología para solventar el reto de alcanzar una buena calidad de datos de entrada. En esta tesis han sido aplicadas las técnicas de la simulación secuencial indicadora, krigeado espacio-temporal, y técnicas de agrupamiento estadístico para el tratamiento de grandes bases de datos.

    El objetivo principal de esta tesis doctoral es el estudio de la interacción entre los datos de entrada y el modelo matemático de flujo en el acuífero Almonte-Marismas. Para ello se han alcanzado tres objetivos parciales: introducir un modelo geológico 3D en el modelo hidrogeológico de flujo; estudiar la variabilidad espacio-temporal de la precipitación y cómo afecta sobre el cálculo de la recarga; y, por último, desarrollar una metodología para agrupar comportamientos piezométricos que faciliten el estudio de la respuesta del acuífero a la explotación antrópica.

    En primer lugar, en esta tesis doctoral se ha profundizado y mejorado el conocimiento geológico del acuífero. Para la consecución de este objetivo, se transformaron y clasificaron las testificaciones originales a unidades hidrogeológicas, obteniendo seis hidrofacies. Seguidamente, se calcularon y modelaron los variogramas indicadores experimentales. A partir de esos variogramas, se generó una simulación secuencial indicadora. Para cuantificar la mejora que supone la introducción de dicha simulación en el modelo hidrogeológico se comparó con el modelo anterior que está construido con zonas homogéneas de permeabilidad. Variaciones de hasta un 30% entre ambos modelos corroboraron la importancia del tratamiento de los datos geológicos de entrada.

    Como segundo reto, se ha realizado un estudio de la variabilidad espacio-temporal de la precipitación y los efectos que, a su vez, suponen en el cálculo de la recarga del acuífero. Para ello, se creó una base de datos con información recogida en 112 estaciones pluviométricas entre 1975 y 2016. Se aplicó un algoritmo de krigeado espacio-temporal y se obtuvieron resultados a diferentes resoluciones espaciales y temporales. Se determinó que utilizando el cálculo de la recarga mensualmente se puede sobreestimar la lluvia máxima entre un 21 y un 91%, lo cual genera una propagación del error sobre el cálculo de la recarga. Se concluyó que cuando se trabaja en la gestión de los recursos hídricos, la escala espacio-temporal utilizada para la precipitación y la recarga puede ser crítica, por lo que el uso de datos diarios es imprescindible.

    Por último, se han analizado las series temporales disponibles de 160 piezómetros. Se seleccionaron los 24 piezómetros más completos, con los que se realizó el trabajo de agrupamiento estadístico. La información estudiada de los niveles piezométricos corresponde a 41 años hidrológicos (1975 ¿ 2016), durante los cuales se han producido efectos antrópicos importantes debido al incremento de la explotación del acuífero para regadío. Se realizó una primera agrupación visual como base para la familiarización con los datos. Posteriormente, se aplicaron dos métodos de agrupamiento, k-medias y un agrupamiento de series temporales (TSC). TSC permitió distinguir áreas con elevadas alteraciones en la hidrodinámica local y subrayar cuantitativamente los descensos de los niveles piezométricos. Se obtuvo que, la piezometría y la precipitación, tienen menor relación en las zonas en las que la explotación agrícola de los recursos hídricos es elevada.

  • English

    The Almonte-Marismas aquifer host the Doñana Natural Park and its surroundings, and is one of the most important wetlands in Europe. Both the marshland and the temporary ponds in the Doñana environment have a high ecological value that closely depends on the good condition of the aquifer. Currently and due to the socioeconomic development of the area since the 1960s, there is a high anthropic pressure derived from agriculture, seasonal and industrial tourism; worsening the effects of global change...