Hidrogeología del sistema acuífero de los manantiales de Gormaz

Resumen

El río Duero incrementa su caudal base en varios m3/s al atravesar unos afloramientos carbonatados en un pequeño tramo de su cabecera, de especial importancia en época de estiaje donde la mayor parte del caudal base procede de los manantiales de descarga del sistema acuífero de Gormaz. Se trata de un acuífero en estado de régimen natural y apenas explotado. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivos la caracterización hidrogeológica de este sistema acuífero, la cuantificación de las descargas subterráneas de sus manantiales y el análisis de una mejora en el aprovechamiento de los recursos subterráneos mediante bombeos. El sistema acuífero de Gormaz está conformado por formaciones mesozoicas cretácicas y jurásicas; confinadas paralelamente hacia el norte por las capas superiores del Terciario margoso y del Cretácico margoarenoso, respectivamente. La facies arcillo-margosa del Keuper configura el límite inferior y representa sustrato impermeable. Propiciadas por una tectónica de bloques, en las proximidades del río Duero, el acuífero calcáreo cretácico emerge entre el Terciario, y a través de una falla que constituye el límite norte del área estudiada. Hacia el sur ambos tramos acuíferos emergen del Terciario formando un amplia penillanura alrededor de los 1200 msnm. El cretácico tiene una potencia media de 150 m y el jurásico de 200 m. Los parámetros hidráulicos en las proximidades de la Falla de Gormaz presentan valores de permeabilidad de 10 m/d para el cretácico y de 30 m/d para el jurásico. El flujo subterráneo sigue dirección regional sur-norte desde los afloramientos y continúa a través de las formaciones carbonatadas de manera aislada hasta llegar a la Falla de Gormaz. Dicha falla, hace de barrera impermeable en el límite norte, al enfrentar a los acuíferos ante formaciones impermeables; y a la vez, constituye una vía de escapatoria del agua de ambas formaciones que ascienden a través de II ella y salen por los manantiales de Gormaz y por el río, en el contacto fallado Terciario-Cretácico. El gradiente hidráulico del sistema está en torno a 0,03. La buena correlación entre los niveles piezométricos y las descargas subterráneas al río Duero, ha permitido la reconstrucción del hidrograma de los manantiales de Gormaz en el período 1992-2009. Se calcula así que la contribución subterránea es de 131,19 hm3/año, que supone el 18,3% de la aportación total del río. Su variabilidad promedio anual es del 47%; comportamiento que refleja la inercia del acuífero y su carácter regulador, características de interés ante las sequías. La recarga se produce principalmente por infiltración directa de agua de lluvia en los afloramientos, según se comprueba isotópicamente, entre los 1000 y 1200 msnm. La tasa de infiltración se estima del 34%. La química convencional muestra además, que las aguas del sistema acuífero son aguas de mineralización débil sin indicadores de contaminación. Mediante la comparación las variaciones en la composición química de las aguas del río Duero antes y después de su paso por Gormaz y su correlación con la química del acuífero, se comprueba la relevancia de los aportes subterráneos provenientes de la descarga de Gormaz. El sistema acuífero posee un potencial del aprovechamiento importante constatado al comparar las reservas del principal embalse en la cabecera del Duero, el de Cuerda del Pozo con 249 Hm3 de capacidad, y las reservas renovables del embalse subterráneo de Gormaz; durante el período comprendido entre 1995 a 2009; el acuífero ha llegado a volúmenes hidrodinámicos que superan la capacidad del embalse superficial hasta en un 60%. Estas grandes reservas renovables se mantienen tanto en años normales como en períodos secos. Esto unido a su situación excepcional junto al cauce de río Duero y el hecho de ser el último acuífero carbonatado de envergadura hasta su desembocadura, hacen del acuífero de Gormaz un elemento a considerar en la gestión. III La explotación del sistema acuífero mediante pozos cercanos al río y su vertido directamente al cauce, es una alternativa de gestión basada en el aprovechamiento de las reservas renovables. Con esta utilización conjunta podrían conseguirse modificaciones ventajosas en las aguas del Duero, tales como el garantizar la conservación del caudal ecológico y el posible incremento en el potencial energético debido al aumento del caudal. Se han de considerar también los efectos de la explotación en las condiciones naturales del acuífero; resulta por lo tanto fundamental conocer bien las relaciones aguas superficialessubterráneas, para valorar con mayor precisión las afecciones; así como los posibles intercambios en el sistema. The river Duero increases its base flow by several m3/s as it flows over carbonate outcrops in a short stretch of its headwaters. This increment in flow is especially important during low water periods, when the majority of the river’s base flow comes from springs in this reach that discharge groundwater from the Gormaz aquifer system. This aquifer continues under a natural regime. The main objectives of this Doctoral Thesis are the hydrogeological characterization of this aquifer system, quantification of groundwater discharges from its springs and analysis of how exploitation of groundwater resources could be improved using pumped abstractions from the aquifer. The Gormaz aquifer system consists of Cretaceous and Jurassic Mesozoic formations; both are confined to the north by parallel overlying layers of Tertiary marls and Cretaceous marly sands, respectively. The underlying limit is formed by the clayey Keuper marls that constitute the impermeable substrate. Due to the tectonic blocks in the vicinity of the river Duero, the Cretaceous calcareous aquifer emerges in the Tertiary, and along a fault that represents the northern limit of the study area. To the south, both aquifer segments emerge from the Tertiary, forming a wide peniplain some 1200 m above sea level. Mean thicknesses are of 150 m for the Cretaceous and 200 m for the Jurassic. Hydraulic conductivities in the vicinity of the Gomaz Fault are 10 m/d for the Cretaceous and 30 m/d for the Jurassic. Groundwater flows follow the regional south-north direction, in isolated fashion, from the outcrops in the south across the carbonaceous formations as far as the Gormaz Fault. This fault forms an impermeable northern barrier to the aquifer; at the same time, it constitutes an outflow route, forcing groundwater from both formations to upwell through the fault and emerge through the Gormaz springs and into the river, along the Tertiary-Cretaceous contact. The hydraulic gradient of the system is in the region of 0.03. V Close correlation between piezometric levels and groundwater discharges to the Duero allowed the hydrogram of the Gormaz springs for the period 1992-2009 to be reconstructed. Accordingly, the groundwater component of the river Duero was calculated to be 131.19 hm3/y, which represents 18.3% of the total inflow to the river. Annual mean variability is 47% and this figure demonstrates the inertia of the aquifer and its regulatory capacity, which is of great interest in terms of its potential buffering effect during drought periods. Recharge comes mainly from direct infiltration of rainwater, as confirmed by isotope studies, between 1000 and 1200 masl. The rate of recharge was estimated to be 34%. In addition, conventional water chemistry shows that the water in the aquifer system is only slighty mineralized and without contamination. By comparing the water chemistry of the Duero River up- and downstream of Gormaz, and correlating this with the chemistry of the aquifer water, the importance of groundwater inflow from the Gormaz discharges was confirmed. The aquifer system harbours considerable potential for exploitation, as revealed by a comparison of the reserves in the main surface water reservoir in the headwaters of the Duero – Cuerda del Pozo with a capacity of 249 Hm3, and the renewable resources of the underground Gormaz reserves. Over the period 1995 to 2009, the aquifer held hydrodynamic volumes that exceeded the capacity of the surface reservoir by up to 60%. These large reserves of renewable resources are maintained during both normal and dry years. Moreover, its exceptional location alongside the course of the Duero River and the fact that it is the last sizeable carbonate aquifer on the river before it reaches the sea. For these reasons, the Gormaz aquifer system is of great interest in terms of water resources management. Abstraction from the aquifer system via wells close to the river, and their direct discharge into the watercourse is one management option that would take advantage of the renewable reserves. Such joint use could bring benefits for water VI quality in the Duero. It would, for example, guarantee the conservation of the ecological-minimum flow; and from an energetic point of view, the increase in river flow might be advantageous to the hydroelectric power stations downstream of Gormaz. It is understood that this proposal for exploiting the aquifer implies modification away from the natural regime of the aquifer. Therefore, it would be imperative to gain a detailed understanding of the surface water-groundwater relationships in order to make an accurate assessment of impacts in the natural environment; as well as the potential exchanges in the management model.