Análisis de los procesos de flujo subterráneo y superficial en problemas medioambientalesAdaptación de un código numérico gestionado con SIG a la cuenca del río Barcés, A Coruña

Resumen

El objetivo de esta tesis es, por una parte, adaptar un código numérico para analizar los procesos del flujo subterráneo y superficial en problemas medioambientales, y por otra, predecir la evolución más probable de la rehabilitación por inundación de la mina de lignito a cielo abierto de Meirama considerando todo el dominio de la cuenca hidrográfica del río Barcés (~90 Km2). La Coruña, España. El proceso se inicia con la adaptación del código numérico MELEF a la cuenca del Barcés cuya hidrogeología incluye diversas características como riachuelos de poca entidad, una mina en proceso de inundación con calados de hasta 200 metros, el embalse de Cecebre en su punto de cierre y una geología compleja de tipo pull-appart en el valle terciario sedimentario de Meirama; la adaptación del código es crucial para su correcta aplicación en el análisis de la interacción de los flujos conjuntos subterráneo y superficial. El código MELEF evalúa de forma conjunta los flujos de agua subterránea y superficial por el método de los elementos finitos en dos dimensiones horizontales. Durante la aplicación del código se constató un comportamiento no adecuado frente a grandes calados de agua (~200 metros); además, la aplicabilidad del código se veía comprometida y limitada por una gestión en cierto modo manual. Al respecto, en el Proyecto CICYT (CGL2006- 01452/HID) se establecieron una serie de tareas encaminadas a diseñar y desarrollar un sistema de gestión del código numérico mediante los Sistemas de Información Geográfica (SIG), y así mejorar la aplicación y la explotación de los resultados durante la rehabilitación por inundación de la mina de Meirama. Los SIG facilitan, además, la posibilidad de almacenar, representar, gestionar y tomar decisiones con todas las condiciones de simulación del código numérico MELEF. Una vez implementado el sistema de gestión fue posible generar condiciones de simulación más exigentes, lo que en consecuencia, permitió detectar nuevas deficiencias numéricas del código en los mecanismos de interacción subterráneo-superficial y en el modelo conceptual de evapotranspiración. Por lo tanto, durante el desarrollo de esta investigación, las modificaciones del código numérico resultaron ser los principales retos, puesto que: El modelo superficial necesitaba una mejora que permitiese respetar la conservación de la masa durante la inundación de la mina, de lo cual resultó una ecuación basada en el modelo lineal de Muskingum que respeta la conservación de masa, incluso, frente a grandes calados superficiales. Por otra parte, el comportamiento del modelo de evapotranspiración necesitaba una mejora frente a intensidades diarias de la precipitación, ya que el modelo estaba pensado para intensidades mensuales. El problema se resolvió incluyendo en las curvas de evapotranspiración un nuevo parámetro “espesor de suelo” asociado a la profundidad de las raíces, así como una nueva curva denominada de transpiración bajo estrés hídrico. ? Por último, el código numérico se dotó de un modelo de escurrimiento evaluado de forma distribuida; los métodos implementados para evaluar el escurrimiento tienen las siguientes características: el primer método considera la variabilidad espacial de la capacidad media de infiltración en función de la pendiente del terreno y de la profundidad máxima de las raíces de la vegetación; el segundo método evalúa el escurrimiento como una función de distribución exponencial, la cual predice la infiltración aparente de un suelo en función de la precipitación y de su capacidad media máxima de infiltración. Una vez solventado el problema de las pérdidas de masa y realizadas las principales mejoras, fue posible modelizar la rehabilitación por inundación de la mina de Meirama considerando todo el dominio hidrológico de la cuenca del río Barcés; para ello, el código se calibró durante un periodo de tres años y medio (2006-2009). Posteriormente, se planteó modelizar la evolución más probable de los flujos subterráneos y superficiales durante un periodo futuro suficiente para alcanzar la cota de vertido al río Barcés (~177 msnm). Finalmente, el análisis de los resultados, durante el periodo de calibración, refleja cómo las decisiones que se tomaron en la gestión del flujo superficial de la cuenca de Meirama definen el régimen de caudales del río Barcés. Posteriormente, los resultados obtenidos durante el periodo de simulación 2009–2016, predicen que el proceso de inundación terminará muy probablemente en septiembre de 2014. Sin embargo, la evolución del llenado estará condicionada por diversos factores como el comportamiento aleatorioestocástico de la precipitación, así como posibles cambios en las estrategias de inundación de la mina de Meirama.