HIDROQUIMICA y FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO DE LAS CALIZAS DE SUBIJANA (ALAVA)l EVE* AGUAYO FERNANDEZ, Joseba** ANTIGÜEDAD AUZMENDI, Iftaki*** ERASO ALBERDI, Angel* GARCIA DE CORTAZAR RUIZ DE AGUIRRE, Alfonso**
*.Ente Vasco de la Energía, Ap. 5020. BILBAO. **GIGSA, Juan de Ajunaguerra, 19. 48009-BILBAO. ***Departamento de Geodinámica UPV/EHU, Campus Leioa.
RESUMEN: HIDROQUIMICA Y FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO DE LAS CALIZAS DE SUBIJANA (ALAVA) Se describen las características hidrogeológicas básicas de uno de los principales acuíferos de Euskadi. Los análisis químicos realizados permiten definir la hidroquímíca de sus aguas, díferenciar grupos y estudiar su variación temporal. Mediante el tratamiento de los datos de diversas estaciones de aforo se establece el funcionamiento hidráulico. Palabras Clave: Karst, Hidroquímica, Hidrodinámica, Subijana, Alava. Key Words: Karst, Hydrochemist, Hydrodynamics, Subijana, Alava. LABURPENA: SUBIJANAKO KARARRIEN HIDROKIMIKA ETA ANTOLABIDE HIDROGEOLOGIKOA (ARABA) Euskadin den akuiferorik nagusienetariko baten oinarrizko ezaugarri hidrogeologikoak azaltzen dira. Buruturiko analisi kimikoek bertoko uren izakera kimikoa zehaztu. taldetan bereiztu eta denborazko bilakabidea aztertzea ahalbidetu dute. Emari-neurtoki desberdinetako datuak landuz jokabide hidraulikoa zehaztu da. ABSTRACT: HYDROCHEMICAL AND HYDRODINAMIC BEHAVIOUR OF THE SUBIJANA LIMESmNE (ALAVA) It's shown the basic hydrogeological features of one of the most important aquifers in the Basque Country (Euskadi), Chemical analises have been taken and their data settle the hydrochemical characteristics of its water, it is also possible to recognize different groups and study their temporal variations. Using data treatment from different gauger points, the hydraulic behaviour of this aquifer is settled. 1.HIDROGEOLOGÍA GENERAL * Características geológicas. Las calizas de Subijana (Cretácico Superior) constituyen un importante afloramiento calcáreo (= 109 Km2) situado al oeste de la provincia de Alava y que se continúa en la provincia de Burgos. Presentan una potencia variable de 200 a 400 m. e incluyen en el detalle diversas litologías en cambio lateral de facies: calizas recristalizadas, calizas arcillosas, margocalizas e incluso margas. Localmente además aparecen dolomías de tipo carniolar. Esta formación transita tanto a muro como a techo a sucesiones margosas con esporádicas intercalaciones más carbonáticas (margocalizas, calizas). Estructuralmente destaca la suavidad de los pliegues, aspecto éste que determina la gran extensión superficial que ocupan los afloramientos de calizas. Más importantes son los fenómenos de fracturación, tanto a nivel de afloramiento como a escala del macizo, si bien se trata de fallas por lo general de pequeño salto y fracturas abiertas que responden a una etapa de relajación o distensiva. * Puntos de agua. El inventario de puntos de agua, realizado en diversas épocas hidrológicas, ha permitido conocer las principales salidas de agua de la zona y, especialmente, aquellas ligadas a las calizas de Subijana. Entre las surgencias perennes únicamente seis sobrepasan el caudal de 1 l/s. en estiaje: Nanclares, Osma, Zuazo, Aprikano, Fresneda y Abecia, y de éstas sólo las dos primeras sobrepasan, en dichas epocas, los 10 l/s. Las surgenclas tempora/es más importantes ascienden a diez, y pueden llegar a drenar caudales de varios cientos de litros por segundo en sus intervalos de actividad (aguas altas). * Características hidrogeológicas generales. La permeabilidad de las calizas de Subijana es, de forma global, alta. La karstificación que presentan, favorecida por la intensa fracturación, determina una infiltración de las aguas de precipitación y/o superficiales comparativamente elevada. Un dato puntual significativo en este sentido es el sumidero del paso de Subijana, por e! que llegan a infiltrarse del río Bayas caudales superiores a los 1000 l/s. La disposición. estructural de las calizas, además, tiende a favorecer la infiltración frente a la escorrentía superficial. Las calizas de Subijana constituyen, así, un acuífero con un extenso sector libre que se sote.rra suavemente hacia el sur bajo una sucesión margosa que presenta carácter de acurtardo. 2. HIDROQUÍMICA El estudio del quimismo de las aguas que drenan un acuífero presentan un alto mteres (AMINOT, 1974;. BAKALOWICZ, 1979; ANTIGUEDAD, 1986; etc...) no sólo porque permite definir el tipo, de agua del mismo, sino porque puede ofrecer indicaciones valiosas sobre la hidrodinámica de los flujos subterráneos y la variación temporal de los mismos. En este sentido, ya partir de 135 análisis químicos, se ha logrado poner de manifiesto la variación espacial y temporal del quimismo del agua e interpretar en términos geológicos e hidráulicos dichas variaciones. 2.1.Variación espacial. Para la determinación de los diferentes grupos hidroquímicos y su correlación con la geología del área se han considerado 30 análisis químicos de otros tantos puntos de agua. Para el tratamiento de estos datos se ha escogido el método de Análisis en Componentes Principales (ACP), que se ha mostrado eficaz en el procesamiento de volúmenes importantes de datos (MUDRY et al, 1979; MATHYS, 1982; AGUAYO et al, 1986; ANTIGUEDAD et al, 1986; etc...). Las variables consideradas son: Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-, SO4=, HCO3-, SiO2 y conductividad. Las correlaciones más significativas afectan al sistema CaHCO3-conductividad, evidenciándose así el lógico predominio de la disolución de los carbonatos como fenómeno químico principal. A la vista de la distribución de las muestras en los planos factoriales I-II y I-III, se pueden realizar diversas consideraciones: * Atendiendo a la alineación que presentan las muestras en los citados planos {menos evidente en el segundo de ellos)iy teniendo en cuenta la localización geológica de las mismas, se puede estab ecer una clasificación en tres grupos:
* En función de la variabilidad espacial en los contenidos en bicarbonatos y calcio, se puede deducir un probable diferente grado de agresividad de las aguas en la dISolución de los carbonatos. Los contenidos más altos (grupo A) implican mayores tasas de disolución, indicadoras presumiblemente de la existencIa de flujos que afectan a rocas carbonáticas más puras y de una mayor importancia en estas rocas de los factores que intervienen en la disolución de los carbonatos (existencia de vegetación productora del CO2 necesario, flujos suficientemente lentos, tiempo de estancia prolongado) y que caracterizan además el grado de karstificación. A la vista de los datos, es en el sector de Osma donde se localiza una mayor karstificación funcional. * La caracterización hidroquímica realizada permite definir la proveniencia de los flujos. Tal es el caso de las aguas que surgen en Zuazo, cuya pertenencia al grupo A de los definidos anteriormente permite indicar que dicha surgencia debe drenar también calizas. * La variación espacial que se detecta en los contenidos en cloro y sodio (origen meteórico) habría que relacionarla globalmente con la variación en los procesos de reconcentración en la zona superficial debido al efecto de la evapotranspiración. Así, los contenidos más altos en estos dos parámetros (grupo A) corresponderían a un mayor tiempo de estancia de las aguas en la zona superficial. * Los contenidos en sulfatos indican un origen a partir de la oxidación de sulfuros que, .probablemente, deben encontrarse englobados en el medio carbonatado. La relativamente lenta cinética de esta puesta en solución favorece el que los contenidos más elevados se asocien a tramos donde el flujo es más lento y el tiempo de contacto agua-roca suficientemente largo. * Los contenidos en magnesio son globalmente bajos y sólo las aguas del grupo A parecen algo más ricas en este elemento. Este fenómeno podría interpretarse como consecuencia de la dolomitización zonal que afecta a las calizas, si bien tampoco debe descartarse un origen a partir de determinados silicatos arcillosos. * Los contenidos en sílice, finalmente, no parecen reflejar una clara dependencia espacial. Representación planos factoriales I II y I III Distribución espacial del A.C.P. En resumen, se deduce un diferente grado de karstificación funcional en el acuífero de Subijana, mayor en su sector oeste (Osma) y menor en el este (Nanclares). El quimismo de las aguas que surgen en las margas inferiores está frecuentemente influenciado por el aporte proveniente de los materiales calizos suprayacentes. 2.2.Variación temporal. A partir de los análisis periódicos de las agrias de las cinco surgencias más importantes del área, se ha estudiado la evolución temporal del quimismo y su relación con los diversos períodos hidrológicos definidos por el hidrograma de una de las surgencias. Finalmente, se hace un tratamiento conjunto de las cinco surgencias con el método Análisis en Componentes Principales (ACP). Los valores medios para cada elemento así como sus coeficientes de variación son, para cada surgencia:
* Manantial Abecia. La variación temporal de los elementos en comparación con la secuencia aguas altas-medias-bajas, refleja un comportamiento bastante regular del sector de acuífero drenado por esta surgencia. Así, los coeficientes de variación de esta surgencia resultan ser los más bajos para los bicarbonatos y la conductividad, lo que parece indicar una cierta regularidad en el proceso de disolución de las calizas y, por tanto, en los factores que en él intervienen. De forma 8eneral se puede admitir una buena relación inversa entre el caudal y la mineralización, de tal forma que a medida que el caudal desciende el contenido salino de las aguas aumenta, evidenciándose así un fenómeno generalizado de dilución en época de aguas altas. La escasa variabilidad tanto en quimismo como en los caudales de este manantial, hace pensar en una influencia de materiales margosos en los flujos que surgen en el, hipótesis ésta apoyada también por el contenido relativamente bajo en magnesio que presenta. Gráficos:Variación hidroquímica temporal (1) y (2) * Manantial Aprikano. La variación temporal es bastante grande, sobre todo en lo que respecta a bicarbonatos, lo cual es indicativo de la heterogeneidad temporal en el proceso de disolución de los carbonatos. La dilución es patente, caracterizándose los períodos de estiaje por mayores mineralizaciones, con mayores contenidos principalmente en bicarbonatos y calcio. El bajo contenido en magnesio hace desechar en principio la posibilidad de conexión entre esta surgencia y las calizas de Subijana, tratándose probablemente del drenaje de materiales margosos. * Manantial Zuazo. La variación temporal es diversa, con parámetros como sulfatos y nitratos con una alta variabilidad y otros, como calcio y bicarbonatos con pequeñas variaciones. Durante los estiajes se produce un evidente incremento en los contenidos en sulfatos, cloro, magnesio y sodio, dándose una situación anómala respecto de las otras surgencias: mayores contenidos en calcio y bicarbonatos en aguas altas, descenso en estiajes y comportamiento contrario en el resto de los parámetros. La explicación de esta evolución hidroquímica se encuentra, probablemente, en admitir la existencia de dos flujos diferenciados de alimentación a la surgencia. Por una parte, teniendo en cuenta el importante contenido en sulfatos y su correlación con el cloro, magnesio y sodio, cabe pensar en la existencia de un flujo permanente en contacto con materiales salinos (triásicos) asociados a fracturas importantes. Un flujo de este tipo daría contenidos en estos elementos notablemente mayores que los determinados, por lo que hay que aceptar la existencia de otro flujo, más superficial y variable, procedente de las calizas de Subijana y que producirla, por mezcla, un fenómeno de dilución. Esta explicación se ve apoyada por la existencia, en las cercanías del manantial Zuazo, de una surgencia de menor entidad presumiblemente asociada al Trias. * Manantial Osma. Se trata de la surgencia con mayor variabilidad química de las controladas, expresando, junto con los fenómenos de dilución que se observan, una rápida respuesta hidroquímica ante cualquier impulso pluviométrico, lo que hace pensar en un gran desarrollo de su drenaje asociado. * Manantial Nanclares. Los menores coeficientes de variación se dan en el calcio y en los bicarbonatos. Se evidencian de forma general fenómenos de dilución, si bien ante episodios de precipitaciones relativamente importantes se observa un efecto pistón, consistente en la salida en esos momentos de aguas más mineralizadas que las que surgen en estiaje. Este hecho es de un alto interés hidráulico pues muestra la existencia de reservas de interés (que alimentan en esos momentos la surgencia) habida cuenta de los volúmenes drenados en esos momentos. * Tratamiento conjunto mediante ACP. A partir de la distribución de las variables consideradas y de las muestras elegidas se pueden recoger, a modo de conclusión, algunas observaciones ya realizadas anteriormente:
3. FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO La definición del funcionamiento hidráulico de un acuífero es uno de los aspectos quizás más importantes a la hora de planificar su aprovechamiento. En este caso se ha contado para ello con los datos suministrados por cinco estaciones de aforo continuo en sección natural dotadas de limnígrafo -y regleta que controlan las dos principales surgencIas (Nanclares y Osma) y el río Bayas a su paso por las calizas. 3.1.Estaciones de aforo. * Nanclares. Se ha considerado el período Junio 1985-Mayo 1986. En este intervalo la precipitación en la estación pluviométrica de Nanclares es de 595,1 mm. El volumen drenado por el manantial en el mismo período es de unos 12 Hm3 la que proporciona un caudal medio de unos 380 l/s. El análisis del agotamiento permite definir un coeficiente de agotamiento «X.) de 1,09.10-2 días-1. El volumen dinámico máximo calculado es de unos 2, 7 Hm3 al comienzo del estiaje de Mayo de 1986. Al cabo de unos 65 días sin alimentación se drena el 50% de dicho volumen. La función de autocorrelación (ANTIGÜEDAD, 1986) muestra una decrecida inicial rápida seguida de un abombamiento hasta K=35 días, para posteriormente mostrar una meseta hasta K~85 días para un valor de r~0,15. Se deduce en consecuencia un interesante poder inercial en este acuífero siendo el efecto memoria elevado, próximo a los 32 días, la que indica una capacidad autorreguladora notable. El abombamiento observado indica una complejidad hidráulica importante del sistema drenado por este manantial.
* Aprikano y Pobes. Estas estaciones controlan los caudales intercambiados entre el acuífero de Subijana y el río Ba~as a su paso por él y especialmente el funcionamiento del sumidero del Paso de Subljana al estar una estación (Aprikano) antes y la otra (Pobes) después. Se tiene en cuenta el período Junio 1985-Mayo 1986, en el que los volúmenes registrados son: Aprikano: :112,6 Hm3 Pobes: :128,6 Hm3 Diferencia: :16 Hm3 Infiltración sumidero (contada mes a mes): :3 Hm3 Del estudio de los diferentes hidrogramas, se puede concluir que el sumidero del paso de Subijana presenta un doble funcionamiento (al menos la zona donde está situado). Así, mientras en períodos de aguas bajas se infiltran en él caudales importantes (hasta 2000 l/s), en períodos de aguas altas actúa como aliviadero del acuífero. Los puntos de inversión del funcionamiento del sumidero no presentan una relación muy directa con el caudal del río Bayas, si bien se observa que el aliviadero deja de funcionar a caudales del río inferiores a 4-8 m3/s. * Osma-l y Osma-2. El período de datos de estas estaciones, que controlan por diferencia una importante surgencia, es corto como para extraer conclusiones con seguridad (Marzo 1986-Septiembre 1986). En este período el volumen drenado por dicha surgencia es del :6,28 Hm3, lo que equivale a un caudal medio de 340 l/s. La alta variabilidad de los caudales apunta hacia una pequeña regulación en comparación con Nanclares, aspecto éste también inducido a partir del estudio hidroquímico. El coeficiente de agotamiento calculado para este manantial es de 1,53.10-2 días-1. El volumen dinámico máximo calculado para este manantial es de aproximadamente 0,4 Hm3 al comienzo del estiaje de Julio. Al cabo de 45 días sin alimentación se drena el 50% del volumen dinámico inicial. 3.2.Funcionamiento hidrogeológico. Las calizas de Subijana presentan una extensión en el área investigada de aproximadamente 109 Km2. Los límites se dan tanto a muro como a techo con materiales margosos que presentan un carácter de acuitardo. Dichos contactos no corresponden en ocasiones con límites hidrogeológicos netos, existiendo una cierta circulación de agua en las margas, en parte por presentar un mayor componente carbonatado en las cercanías de las calizas de Subijana. En función de la estructura del área, de la topografía, del inventario de puntos de agua y de los datos de las estaciones de aforo, podemos definir tres subunidades dentro de este gran acuífero. * Subunidad Abecia. Presenta un área de recarga de 15 Km2 al norte del área. La dirección del flujo subterráneo es hacia la vertiente oriental. La morfología en forma de "mesa" hace pensar en un escaso poder regulador; puesta de manifiesto por la ausencia de manantiales importantes en épocas de estiaje. Los principales puntos de descarga de esta subunidad se localizan en las proximidades de Abecia y Andagoya. Se trata de surgencias temporales que ven limitado su funcionamiento a períodos de aguas altas y que presentan, cuando funcionan, caudales de varios cientos de litros por segundo. Su funcionamiento termina rápidamente en ausencia de alimentación pluviométrica. * Subunidad Osma. Localizada en el sector occidental, presenta un área de recarga dentro de la Comunidad Autónoma de 24 Km2. La dirección del flujo subterráneo se produce hacia el oeste (Osma), adoptando directrices NW y SW según se trate de sectores localizados más al Sur o al Norte respectivamente. Este flujo general se ve trastocado en algunos sectores originando flujos locales de menor entidad. El principal/ punto de descarga se localiza en Osma. Existen otros puntos de menor importancia, así como surgencias temporales cuyo funcionamiento se asocia a ascensos importantes del nivel piezométrico a causa de lluvias intensas. Esta subunidad, al igual probablemente que todo el acuífero, parece constituir un acuífero de doble porosidad (BAYO, 1982; BAYO et al, 1986). Así, mientras en los sectores más alejados de la zona de descarga el drenaje se produce a través de conductos individualizados, en sectores próximos a las surgencias la circulación predominante se realiza mediante un flujo más o menos difuso * Subunidad Subijana. Constituye la subunidad principal con un área de recarga de 70 Km2. En general puede hablarse de un flujo subterráneo en dirección al manantial de Nanclares, si bien este flujo se ve alterado de forma importante, en algunos sectores, en períodos de pluviometría alta. El caso más importante de alteración se produce en las inmediaciones de Subijana-Morillas, hasta el punto que esta zona drena anualmente más volumen que Nanclares. Los puntos de descarga principales son, en orden al volumen anual drenado:
Esta sub unidad parece poseer un espesor saturado importante, capaz de amortiguar sensiblemente la onda pluviométrica de entrada. El nivel piezométrico parece relativamente homogéneo, si bien existen bloques de menor permeabilidad y diferente poder capacitivo. 4.CONCLUSIÓN La aplicación del método ACP se muestra como una herramienta muy útil en la caracterización hidroquímica de las aguas del área de las calizas de Subijana. Han podido diferenciarse, así, tres tipos según los materiales a los que aparecen asociadas, a la vez que el análisis de los contenidos en diferentes elementos ha ayudado a comprender la hidrodinámica del sistema. El estudio de la variación hidroquímica temporal ha permitido evidenciar fenómenos de dilución y efectos pistón, mostrando, además, la complejidad del funcionamiento hidráulico. El tratamiento adecuado de los datos de las estaciones de aforo continuo del área, junto con otra serie de trabajos, ha conducido a diferenciar tres subunidades dentro del sistema ya establecer las directrices fundamentales del flujo subterráneo en el área, sus variaciones temporales y su funcionamiento básico. REFERENCIAS AGUAYO J., ANTIGUEDAD I., GARCIA DE CORfAZAR A., MARTÍNEZ J., ORTEGA A. (1986): "Hidrodinámica e Hidroquímica del Macizo de Oiz". Lurralde n.O 9, p. 85-104. AMINOT A. (1974): "Géochimie des eaux d' aquiferes Karstiques. Les analyses chimiques en hydrogéologie karstique". Ann. Spéléol. 29, 4, p. 461-483. ANTIGUEDAD I. (1986): "Estudio Hidrogeológico de la Cuenca del Nervión-Ibaizábal. Contribución a la investigación de los sistemas acuíferos kársticos". Tesis DoctoraI. UPV/EHU, Leioa. Inédita. p. 338. ANTIGUEDAD I., GARCIA DE CORTAZAR A., AGUAYO, J. (1986): "Consideraciones sobre la distribución de las facies hidroquímicas de la alineación Aramotz-Aitzgorri (Bizkaia-Gipuzkoa) mediante tratamiento por Análisis en Componentes Principales". Comunicaciones Jornadas sobre el Karst en Euskadi. San Sebastián. p. 237-251. BAKALOWICZ M. (1979): "Contribution de la géochimie des eaux a la connaissance de I' aquifere karstique et de la karstification". Tliese Doct. Sci. Nat. Paris VI. p.269. BAYO A. (1982): "La exploración hidrogeológica de acuíferos en rocas carbonatadas desde la óptica de la explotación de recursos y utilización del almacenamiento". Reunión Karst-Larra. p. 177-215. BAYO A., CASTIELLA J., CUSTODIO E., NIÑEROLA S., VIRGOS L. (1986): "Ensayo sobre las diversas tipologías de acuíferos en rocas carbonatadas de EspaÑa. Identificación, técnicas de estudio y formas de captación y explotación". Jornadas sobre el Karst en Euskadi. San Sebastián. MATHYS A. (1982): "Interprétation des données physico-chimiques des sources de la région Oelémont-Develier (Canton du Jura), a I' aide de I' analyse statistique multivariée". Bull. Centre Hydrogéol. Neuchatel 4. p. 185-212. MUDRY J., KIRALY L., MULLER I. (1979): "Analyse multivariée du chimisme de quelques sources karstiques du Jura suisse et franc-comtois". Bull. Centre Hydrogéol. Neuchatel 3. p.183-221.
NOTAS (1)Este trabajo constituye una síntesis del proyecto' 'Estudio Hidrogeológico de las Calizas de Subijana (2.& Fase)", realizado por el Ente Vasco de la Energía, actuando GIGSA como empresa consultora.
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