Evaluación multiparamétrica de un esquema MAR (Managed Aquifer Recharge) en un acuífero costero salinizado (Plana de Castellón, España)

Resumen

La mitad meridional del acuífero de la Plana de Castellón (area de La Rambleta-Moncófar-Nules) sufre intrusión marina desde los años 70, dentro de un marco hidrogeoquímico complejo debido a la superposición de dicho proceso intrusivo, la descarga de flujos regionales predominantemente sulfatados y la presencia de contaminación agrícola e industrial. Se diferencian claramente dos facies hidroquímicas (sulfatadas y cloruradas) relacionadas con un origen diferente de la salinidad. Por un lado, las aguas sulfatadas se deben a la descarga en el acuífero de flujos regionales procedentes de los acuíferos triásicos de borde así como a la contaminación agrícola, mientras que las aguas cloruradas corresponden a la mezcla de agua dulce y agua de mar, como consecuencia del proceso de intrusión marina. La contaminación agrícola conlleva además una concentración de nitratos muy elevada. El estudio de elementos minoritarios y trazas establece una clara correlación entre los sulfatos, el estroncio y el litio, y confirma la existencia de flujos regionales. Por su parte, la distribución de la concentración del cromo parece indicar la relación de este elemento con vertederos incontrolados y con el cauce del río Belcaire en el que se han producido durante muchos años vertidos industriales. El proceso de intrusión marina responde a un modelo en el que el avance del frente salino no tiene lugar exclusivamente mediante desplazamiento lateral sino que la explotación intensiva localizada ha dado lugar a un proceso de ascenso vertical de un domo salino (upconing). En la zona de La Rambleta-Moncófar-Nules se ha estudiado la geometría de la intrusión marina utilizando la concentración de cloruros así como la distribución de la conductividad eléctrica (CE) en profundidad obtenida de perfiles verticales de dicho parámetro. Con estos datos se ha definido la forma 3D del proceso intrusivo, con la zona de máxima concentración de cloruros a 5 km de la costa. En superficie, el domo salino presenta un área de 8 km2 y se caracteriza por concentraciones superiores a 500 mg/L de cloruros y CE superiores a 3000 μS/cm (3000-3500 μS/cm). El estudio de la evolución de la salinidad en la zona de estudio ha demostrado el paulatino aumento de la salinización en el área de La Rambleta desde los años setenta hasta principios de los noventa. Esta situación se ha mantenido hasta la actualidad a pesar de que se ha producido una significativa reducción de los bombeos, con el upconing persistiendo en una amplia zona (8 km2), si bien los valores máximos han descendido y se observa un ligero desplazamiento de la masa salina con mayores concentraciones hacia la costa. La persistencia de los bombeos y las condiciones climáticas imperantes en la zona, con frecuentes periodos de sequía, hacen pensar que la presencia del domo salino se perpetúe en el tiempo si no se toman en consideración ciertas medidas. A las medidas que se han adoptado, como la modernización de los sistemas de riego y el uso de agua regenerada para el riego, se ha sumado la implantación de un proyecto de recarga en la zona occidental de la Rambleta, en concreto en el límite occidental del upconing. La actuación de recarga consiste en pozos de inyección directa en el acuífero. La caracterización de los efectos y de los procesos que tienen lugar en el acuífero como consecuencia de la recarga artificial se ha llevado a cabo a partir de la utilización conjunta de técnicas hidrogeoquímicas y geofísicas. En concreto, se han estudiado los comportamientos hidrodinámico e hidrogeoquímico provocados por la inyección de un agua de baja mineralización, oxigenada y subsaturada en minerales carbonatados y sulfatados en un acuífero afectado por intrusión marina, con bajos niveles de oxígeno y en equilibrio con los minerales citados. A partir de las concentraciones de los iones mayoritarios y sus deltas iónicos se han determinado los cambios en las características físico-químicas del agua en el acuífero y los procesos hidrogeoquímicos asociados a la mezcla entre el agua subterránea nativa (NGW) y el agua de recarga (ARW) y a la interacción agua-sedimentos. A lo largo de la experiencia de recarga se identifican y cuantifican los principales procesos que tienen lugar: dilución, mezcla, intercambio catiónico, disolución de minerales carbonatados y sulfatados, y oxidación de materia orgánica y sulfuros. Se considera que el principal proceso es la dilución debida al desplazamiento del NGW y la mezcla entre ARW y NGW mientras que, el intercambio catiónico es el proceso geoquímico dominante desde un punto de vista cuantitativo. La recarga artificial ha supuesto una reducción muy importante en la salinidad del agua subterránea en el entorno, con los valores de la CE y la concentración de los iones mayoritarios descendiendo rápida y de forma continua desde el inicio de la inyección. Se verifica un factor de descenso de 5-10 veces en los valores de la CE a 80 m de los pozos de recarga y una reducción de 1,5 veces a una distancia de 450 m. Las velocidades de flujo durante la inyección se han calculado a partir de las variaciones de la CE, de los iones cloruro y nitratos, y de los isótopos estables del agua (oxígeno-18 y deuterio). La heterogeneidad de los sedimentos se traslada a valores de la velocidad de flujo que varían entre 2,5 y 6,0 m/s dependiendo de la dirección de flujo. Por tanto, el radio de influencia de la recarga artificial presenta una forma irregular. Para completar la caracterización de la actuación de recarga, sobretodo en relación con la distribución del agua de recarga en el acuífero, se ha utilizado en la zona de estudio la técnica geofísica denominada tomografía de resistividad eléctrica (ERT del inglés electrical resistivity tomography). La ERT proporciona imágenes en dos dimensiones de alta resolución a partir de medidas de resistividad eléctrica (ER del inglés electrical resistivity), definiendo la geometría de las zonas saturadas con agua dulce y las zonas saturadas con aguas salinizadas debido al contraste entre la conductividad de ambos cuerpos de agua. Al mismo tiempo que las campañas geofísicas, se han llevado a cabo medidas hidrogeoquímicas y de perfiles de CE en puntos situados a lo largo de las líneas de ERT. Así, se han podido relacionar medidas de ER con las características físico-químicas del agua subterránea. Del mismo modo, a partir de los datos de las columnas litológicas de dichos puntos se ha podido establecer una triple relación entre valores de ER, litología de los sedimentos y valores de CE del agua subterránea. El tratamiento conjunto de las imágenes 2D obtenidas de los perfiles geofísicos, la información geológica y la conductividad eléctrica del agua subterránea ha permitido definir la forma y extensión de la pluma de recarga. En concreto, se establece que la pluma de recarga caracterizada como agua dulce (400-600 μS/cm) se extiende 400 m en dirección O-E y 250 m en dirección N-S. Además, las imágenes de ERT definen que una zona de mezcla entre ambas aguas, con CE por debajo de 2500 μS/cm, alcanzó una distancia de 600 m en dirección este.