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Proyecto de Investigación del Instituto Geológico y Minero de España en la Sierra de las Nieves

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Proyecto de Investigación del Instituto Geológico y Minero de España en la Sierra de las Nieves

 

Proyecto de Investigación del I.G.M.E en la Sierra de las Nieves en colaboración con el G.E.S. de la S.E.M. 

El Ministerio de Ciencia e Innovación ha aprobado la financiación del proyecto de investigación que lleva por título: Conceptualización, caracterización e interpretación de la variabilidad espacio-temporal de la hidrogeología del karst por modelado inverso. (KARSTINV).

El proyecto se enmarca dentro del programa de ayudas para la relización de proyectos de investigación para el año 2010 dentro del marco del Programa Nacional de I+D+i. La duración del proyecto es de 3 años comenzando el 1 de enero de 2011 y siendo el Centro Ejecutor el Instituto Geológico y Minero de España (IGME).

 

El equipo investigador está formado por personal del IGME: Eulogio Pardo Igúzquiza (Investigador Principal, geoestadística e hidrogeología matemática), Juan José Durán Valsero (hidrogeología kárstica), Juan Luis Plata Torres (geofísica), Carolina Guardiola Albert (modelos matemáticos en hidrogeología), Juan Antonio Luque Espinar (hidrogeología de campo), Sergio Martos Rosillo (hidrogeología kárstica), Pedro Agustín Robledo Ardila (hidrogeología kárstica) y Alfredo García de Domingo (hidrogeología de campo); personal de la Fundación de la Cueva de Nerja: Cristina Liñan Baena (hidrogeología kárstica e hidrogeología de la Sierra de las Nieves); y personal de la Universidad de Leeds: Kanti Mardia (estadística y geometría estocástica). Asimismo se cuenta con la colaboración de el Grupo de Exploraciones Subterráneas de la Sociedad Excursionista de Málaga. (G.E.S. de la S.E.M.)

La idea que se propone desarrollar en este proyecto, se basa en sustituir la realidad desconocida por simulaciones geoestadísticas de dicha realidad. Una simulación geoestadística es una versión posible de la realidad, a la escala de detalle que se desee y coherente con toda la información experimental disponible (geología, geomorfología, modelos conceptuales, geofísica, ensayos con trazadores, hidrogramas, termogramas, quimiogramas, datos de isótopos, información de sondeos, …). Por ello se propone el desarrollo de métodos de simulación del medio kárstico utilizando geoestadística, fractales y geometría estocástica.

Resumen y el organigrama del proyecto

    Los acuíferos kársticos tienen una gran importancia tanto como recurso hídrico subterráneo como paraje ambiental (tanto en superficie como subterráneo) siendo, sin embargo, especialmente vulnerables a la contaminación. Es bien conocido que los sistemas kársticos pueden llegar a ser muy heterogéneos espacialmente y, sin embargo, la mayor parte de los trabajos encaminados a caracterizar el comportamiento hidrodinámico espacio-temporal de dichos acuíferos se han limitado a obtener características globales del sistema kárstico a partir de los hidrogramas de manantiales. En cuanto a la caracterización espacial utilizando modelos matemáticos aplicados al karst, la mayor parte de los modelos utilizan el medio poroso equivalente y han tenido notables éxitos en el modelado del flujo regional incluso en acuíferos kársticos bien desarrollados pero no han sido capaces de simular con fiabilidad la dirección y la magnitud de los flujos de agua en el acuífero. De hecho, la opinión general de notables investigadores que se dedican al modelado hidrodinámico del karst es que posiblemente ningún modelo pueda llegar a proporcionar tal tipo de información, debido a que, por la complejidad del medio kárstico, el nivel de información experimental espacial que se requeriría no está disponible. Las observaciones directas que proporciona la espeleología son muy limitadas y los sondeos en un macizo kárstico son escasos.

          La idea que se propone desarrollar en este proyecto se basa en sustituir la realidad desconocida por simulaciones geoestadísticas de dicha realidad. Una simulación geoestadística es una versión posible de la realidad, a la escala de detalle que se desee y coherente con toda la información experimental disponible (geología, geomorfología, modelos conceptuales, geofísica, ensayos con trazadores, hidrogramas, termogramas, quimiogramas, datos de isótopos, información de sondeos, …). Por ello se propone el desarrollo de métodos de simulación del medio kárstico utilizando geoestadística, fractales y geometría estocástica.

         Asimismo para poder tener datos espaciales para el condicionamiento espacial de los modelos geoestadísticos se propone desarrollar una técnica sencilla pero novedosa para la determinación, mediante prospección gravimétrica, de la distribución espacial de la masa de agua gravífica renovable. En este mismo sentido de caracterización espacial se pretende desarrollar una metodología para la estimación espacio-temporal de la recarga. Otro aspecto ignorado en investigaciones anteriores es que los manantiales que descargan un acuífero kárstico están funcionando simultaneamente por lo que se propone desarrollar una metodología de modelado inverso que considera todos los hidrogramas, quimiogramas y termogramas de todos los manantiales simultaneamente (considerando entonces de modo implícito la correlación espacio-temporal entre ellos) lo que debiera permitir calibrar y modificar el modelo numérico de medio kárstico para que se reproduzcan, mediante modelos matemáticos de flujo y transporte en el karst, las variables de estado observadas (series temporales medidas en los manantiales).

          En resumen, los objetivos del proyecto son los siguientes:

1)   Desarrollo de una metodología de estimación espacio-temporal de la recarga en sistemas kársticos.

2)  Implementar una metodología para la determinación de la distribución espacial de la “masa de agua gravifica renovable” en el karst. 

3)   Elaboración de modelos numéricos geoestadísticos para el medio karstico. 

4)   Implementar modelos matemáticos para simular flujo y transporte (solutos y energía) en el medio kárstico.

5)   Desarrollar una metodologia de modelado hidrogeológico inverso en el karst que considere todas las variables de estado (manantiales) simultaneamente.

6)   Estudiar la utilidad de los modelos desarrollados para  estudios sobre la gestión y protección del medio kárstico. 

  Toda la anterior metodología se ilustrará utilizando el acuífero carbonatado de la Sierra de las Nieves (Málaga), catalogado como Reserva de la Biosfera por la UNESCO.

 Tareas a realizar

  1. Elaboración de una metodología de estimación espacio-temporal de la recarga en el karst.

2. Adquisición de datos complementarios y elaboración de modelos conceptuales de sistemas kársticos.

3. Desarrollo de una metodología de gravimetría de precisión para estimar la distribución espacial de agua gravífica.

4. Desarrollo de métodos geoestadísticos para la simulación de modelos numéricos de sistemas kársticos.

5. Desarrollo de modelos matemáticos de flujo y transporte en el karst.

6. Desarrollo de una metodología de modelación inversa para sistemas kársticos.

7. Aplicaciones del modelado de sistemas kársticos en análisis de la vulnerabilidad de los sistemas kársticos y en el estudio de los efectos del cambio climático en el karst.

  Beneficios del proyecto

   El beneficio general del proyecto es poner a disposición de la comunidad científica, en general, y de los gestores de recursos geoambientales en sistemas kársticos, en particular, una metodología para generar modelos numéricos del sistema kárstico que, siendo coherentes con los modelos conceptuales de sistemas kársticos, estando condicionados con toda la información experimental existente y estando calibrados con todas las variables de estado consideradas, reproduzcan la variabilidad espacial del medio kárstico en cuanto al comportamiento hidráulico del acuífero. Este hecho hará que dichos modelos permitan estimar direcciónes y magnitudes de flujo a lo largo del acuífero, den una evaluación de la incertidumbre de dichas estimaciones y por consiguiente sean útiles para aplicaciones referentes a problemas donde se requiere conocer el acuífero espacialmente con respecto a problemas de evaluación de recursos hídricos subterráneos, comportamiento frente a impactos climáticos y de cambios de uso del suelo, así como para problemas relacionados con la vulnerabilidad del medio kárstico frente a la contaminación.

            Además el proyecto tendría otros beneficios como son:

•           Disponer una metodología para la estimación de variabilidad espacio-temporal de la recarga en regiones kársticas.

•           Haber desarrollado una metodología de gravimetría de precisión para determinación de la masa de agua gravífica en el acuífero.

•           Disponer de una metodología que, para diferentes modelos conceptuales del medio kárstico, permita generar modelos numéricos de dicho medio con la ventaja de que se pueden conocer a la escala de resolución deseada e integran toda la información experimental existente en aras de ser realistas. 

•           Disponer de resultados y criterios para decidir la mejor manera de utilizar y adaptar modelos matemáticos de flujo y transporte para considerar flujo rápido y difuso en el karst.

•           Disponer de una metodología de modelado inverso para calibrado automático de los modelos numéricos de sistemas kársticos.

•           Mejora del nivel de información y conocimiento del acuífero kárstico de la Sierra de las Nieves, catalogado como Reserva de la Biosfera por la UNESCO. Proporcionar mapas de vulnerabilidad y de efectos de cambios climáticos y antrópicos sobre el medio kárstico mediante la simulación de escenarios.

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