Estudio de la relación entre acuífero y humedales en el área Mimbrales La Vera del Manto Eólico Litoral de Doñana, Huelva

Abstract

[SPA] El presente estudio ha sido realizado en una zona del sistema acuífero de Doñana, en el SO de España, conocido como Manto Eólico Litoral de Doñana (MELD). Se trata de un área de unos 400 km2 de superficie formados por arenas eólicas de mediana permeabilidad en su parte más somera. El estudio ha sido llevado a cabo a dos escalas espaciales: 1) escala regional, que ha consistido en estudiar todo el MELD como base para el estudio de detalle, y en el cual los objetivos han sido el estudio del origen y la distribución de SO42- y NO3-, 2) una escala más de detalle, llevada a cabo en un área denominada La Rocina-Mimbrales-La Vera, situada en el noreste del MELD y donde existen varias áreas de cultivo al NO del límite del Parque Nacional de Doñana, un área ecológica protegida de importancia internacional. En el estudio de detalle los objetivos fueron, por un lado, evaluar el impacto que la actividad agrícola provoca en las aguas superficiales y subterráneas, y por otro, mejorar el conocimiento de las relaciones hidrodinámicas e hidroquímicas entre los tres principales arroyos de la zona, Soto Chico, Soto Grande y Caño Mimbrales, y el acuífero. Estos arroyos han sufrido una modificación en su funcionamiento hidrológico debido a los cambios en la gestión del uso de suelos y del agua desde mediados de los años 70 de tal manera que actualmente no recibe descarga de agua subterránea excepto en sus desembocaduras, y en cambio reciben excedentes de riego desde las dos balsas creadas en el año 2001 para conducir los drenajes de agrícolas de la zona de Mimbrales-La Vera hacia la marisma, las cual es zona RAMSAR. Para alcanzar dichos objetivos se ha adoptado la siguiente metodología: para la escala regional se ha llevado a cabo una revisión de la base de datos compartida entre la Universidad Politécnica de Cartagena y la Universidad Politécnica de Cataluña. Esta incluye cientos de datos de análisis hidrodinámicos, hidoquímicos, isótopicos y geológicos que han sido reinterpretados. Para la escala local se han tomado muestras de aguas de lluvia, superficiales y aguas subterráneas a diferentes profundidades para análisis de iones mayoritarios y algunos minoritarios, metales pesados e isotopos (18O, 2H, 34S, 18OSO4, 15N, 18ONO3, 13C y 87Sr). Se ha intensificado el muestreo en la zona Mimbrales-La Vera mediante el diseño y la construcción de una red de sondeos freáticos manuales. Además, se ha realizado un estudio geológico de detalle de los primeros metros mediante las descripciones litológicas de los sondeos freáticos construidos y la utilización de georradar. Como complemento a los trabajos realizados se ha llevado a cabo la estimación de la recarga en la zona La Rocina-Mimbrales-La Vera utilizando tres métodos diferentes: balance de masa de Cl- atmosférico, oscilación del nivel freático y modelación del balance hídrico en zona no saturada utilizando VISUAL BALAN. Respecto a la recarga, se han obtenido valores muy diferentes según el método utilizado. Mediante el balance de masa de Cl- atmosférico se han obtenido porcentajes de recarga entre el 10 % y el 25 % mayoritariamente, coherentes con los obtenidos por otros autores en trabajos anteriores utilizando el mismo método, mientras que con los otros dos métodos usados los porcentajes de recarga son mucho más elevados, entre un 40 % y un 80 % de la lluvia con el método de oscilación del nivel freático y alrededor de un 50 % de la lluvia con el método de modelación del balance hídrico. En la presente tesis se lleva a cabo un análisis de la representatividad de los resultados y de las incertidumbres que intervienen en la aplicación de cada uno de los métodos. El agua de lluvia local del MELD, de tipo Cl-Na, es la principal fuente de recarga y de solutos. Isotópicamente, las aguas subterráneas y la mayoría de las aguas freáticas presentan la marca isotópica del agua de lluvia local. Esa composición puede modificarse como consecuencia de dos procesos principales: 1) mezcla con agua de mar atrapada en las arcillas de estuario en algunas aguas subterráneas profundas al borde SE del MELD y 2) mezcla del agua de recarga con agua previamente evaporada en lagunas o arroyos e infiltrada en el acuífero, proceso restringido a los primeros metros del acuífero. Los solutos mayoritarios de las aguas superficiales y subterráneas son principalmente de origen atmosférico, pero en ciertas zonas hay notables contenidos de sulfato y nitrato de origen agrícola. De acuerdo con los valores isotópicos, el SO42- disuelto en las aguas subterráneas someras del MELD procede principalmente de la fuente atmosférica (aerosol marino más fondo atmosférico que integra distintas fuentes). Los procesos que ocurren en los humedales y que modifican la concentración de SO42- son, por un lado, incremento de las concentraciones en el agua subterránea debido a la reoxidación de sulfuros atrapados en los sedimentos y turbas del lecho del arroyo y/o a la disolución de sales sulfatadas previamente precipitadas en la cubeta, y por otro, disminución del sulfato del agua subterránea debido a procesos de reducción. El nitrato de origen atmosférico, independientemente de la fuente, genera concentraciones de nitrato en el agua subterránea somera inferiores a 5 mg/L En las áreas cercanas a zonas agrícolas las concentraciones alcanzan valores superiores a los 90 mg/L. Sin embargo, a partir de una profundidad aproximada entre los 25-30 m se observa la práctica desaparición del NO3-, de algunos elementos traza derivados de la actividad agrícola y también una notable disminución de los contenidos de SO42-. Tanto el estudio isotópico aquí realizado como el modelo de flujo desarrollado por Juárez (2010) sugieren que dicha distribución vertical se debe a la dominancia del flujo lateral frente al vertical descendente por encima de una capa de arcillas estuarinas en los primeros ¿ 25 m del MELD. Las composición química de las aguas superficiales en la zona La Rocina-Mimbrales-La Vera varía entre clorurada sódica y clorurada-bicarbonatada sódica-cálcica. Los excedentes de riego tienen composición bicarbonatada cálcica, lo que se explica por el hecho de que proceden de zonas del acuífero donde hay carbonatos. Además, los excedentes de riego tienen NO3-, SO42-, K+ y metales pesados procedentes de los fertilizantes. La composición química en el arroyo permanente de La Rocina es clorurada sódica, y las elevadas concentraciones de NO3- que recibe a través de sus afluentes y de la descarga de agua subterránea somera se ven atenuadas por tres procesos cuya importancia relativa dependerá de la época del año: 1) dilución por el agua de lluvia; 2) dilución por mezcla con aportes superficiales y subterráneos no contaminados; 3) procesos de reducción y asimilación por parte de la vegetación. En la zona Mimbrales-La Vera la composición química de las aguas subterráneas de la zona freática presenta notable variabilidad espacial y temporal. La composición química del agua de recarga, que es de tipo clorurada-sódica, ha sido modificada por diversos procesos que dependen de factores geográficos y estacionales. Estos son: concentración por evapotranspiración, disolución de CO2 edáfico, disolución de carbonatos, disolución de silicatos (cuarzo, feldespatos sódicos y potásicos y moscovita), intercambio catiónico (proceso restringido a las zonas en las que la fracción arcillosa es abundante), disolución y precipitación de óxidos y/o hidróxidos de Fe y Mn. Además se produce la entrada de contaminantes derivados de la actividad agrícola y la modificación de las concentraciones de los mismos en zonas de humedal. La infiltración de excedentes agrícolas a través de los arroyos tiene lugar durante la época de riego, modificándose la composición del agua subterránea de la zona freática en aquellos sondeos cerca de los cauces de los arroyos, produciendo un incremento de las concentraciones de Ca2+, HCO3-, NO3-, y SO42-. El SO42- con marca isotópica de fertilizantes se ha encontrado en varias muestras correspondientes a arroyos y aguas subterráneas someras. En muchas de ellas la contaminación procede de la entrada directa de excedentes de riego y su infiltración a través de los cauces. Sin embargo, en otras zonas como las desembocaduras del Soto Grande y el Soto Chico el sulfato no puede llegar por este mecanismo. En este caso, la hipótesis que se propone es que la contaminación procede de los sedimentos que forman los deltas de esos arroyos, que han sido transportados por la escorrentía de lluvias intensas desde los campos de cultivo situados en las cuencas altas de los arroyos. Los valores isotópicos del NO3- disuelto permiten establecer que la composición de las aguas subterráneas son una mezcla de dos fuentes principales: la deposición atmosférica y los fertilizantes. La contribución relativa de cada una de ellas dependerá de la distancia respecto a los campos de cultivo. Al igual que en el caso del SO42-, existen dos vías de entrada de nitrato agrícola: a través de los cauces, y en las desembocaduras de Soto Chico y Soto Grande, desde los sedimentos que forman los deltas de estas desembocaduras. Respeto al funcionamiento hidrológico de los arroyos de Soto Chico y del Soto Grande y Caño Mimbrales, a excepción de los tramos finales de los dos primeros en el resto de sus cursos los cauces se comportan como arroyos estacionales. Además, durante el tiempo en el que llevan agua de excedentes de riego o de precipitación los cauces actúan como áreas de infiltración. Por el contrario, las desembocaduras del Soto Grande y el Soto Chico se comportan como humedales permanentes. Estos humedales reciben durante todo el año principalmente descarga de agua subterránea. Las formaciones edáficas y sedimentarias tales como horizontes pisolíticos, fragipanes y capas de arcillas disminuyen la permeabilidad vertical del terreno y favorecen la retención del agua de infiltración, pudiendo inducir flujos subsuperficiales laterales (y flujos superficiales, con ocasión de lluvias intensas) y favoreciendo la descarga a las pequeñas depresiones del terreno en su entorno.

[ENG] Regarding to their present day hydrological behaviour, the Soto Chico, Soto Grande and Caño Mimbrales arroyos are seasonal watercourses, with the exception of the Soto Grande and Soto Chico lowermost tracts, close to the marshes. Large reaches of their valleys act as recharge areas during the irrigation periods, when they carry excess irrigation water. On the other hand, the lower tracts of both the Soto Chico and the Soto Grande receive groundwater discharge all around the year, originating the wellknown permanent wetlands developing between the Raya Real way and the marshes. This is due to the presence of clay layers under and around the Sotos’s mouths, as they help to maintain a positive hydraulic gradient between the shallow water table and the streams.