Anàlisi dels sistemes de flux a l'àrea Gavarres-Selva-Baix Empordà. Proposta de model Hidrodinàmic regional

Abstract

En la present tesi s'exposa una síntesi de la hidrogeologia del massís de les Gavarres i zones adjacents amb l'objectiu final d'identificar i descriure'n la dinàmica, ampliant el coneixement hidrogeològic d'aquesta zona sotmesa a una creixent demanda i avaluant la disponibilitat de recursos hídrics. Concretament, l'estudi hidrogeològic defineix i descriu les formacions hidrogeològiques locals, les seves àrees de recàrrega i els sistemes de flux que es produeixen acompanyant-ho de diverses cartografies piezomètriques. Addicionalment, es caracteritza la dinàmica del sistema mitjançant l'estudi de les fàcies hidroquímiques i de les dotacions en isòtops estables i radiogènics (d18O, dD, 3H, d13C, 87Sr/86Sr) que permeten integrar-les en un sistema hidrogeològic regional. Els resultats es corroboren amb una anàlisi multivariable, consistent en l'anàlisi de components principals, i amb un estudi de mescla de membres extrems. També, s'estudien les fonts riques en CO2 o "picants" mitjançant un seguiment de cabal i hidroquímic, amb la finalitat d'afinar el model conceptual hidrològic derivat de les dades anteriors integrant-hi aquests elements singulars del sistema.<br/>El desenvolupament de la tesi ha permès identificar dos sistemes principals de flux com a origen de la recàrrega del sistema. Es descriu un sistema de caràcter local representat per la recàrrega procedent del massís de les Gavarres, que s'estableix en sentit divergent de d'aquest, el qual es fa present a la zona del Baix Ter i a la Vall d'Aro, així com a algunes captacions del marge oriental de la depressió de la Selva. Es de tipus pistó governat per fractures locals i adopta un sentit vertical ascendent a la zona nord a través de les formacions paleògenes. S'estimen els temps de residència en base al contingut en triti segons un model de desintegració i s'obtenen temps de trànsit d'entre 20-30 anys. En base als isòtops estables es determina l'estacionalitat de la recàrrega i s'avalua el percentatge de la precipitació infiltrant (10-15%) mitjançant mètodes hidroquímics. El segon sistema de flux que es constata és d'àmbit regional. Aquest es manifesta en les captacions més profundes de la depressió de la Selva, s'indueix antròpicament a les formacions sedimentàries soprajacents i ve governat per fractures regionals que delimiten les unitats morfoestructurals. Presenta característiques hidroquímiques diferenciades com a conseqüència de la interacció amb la roca sota elevats temps de residència, majors a 50 anys, segons indica el contingut en triti. La dotació en isótops estables suggereix una àrea de recàrrega que se situa a la serralada Transversal i/o en el massís de les Guilleries.<br/>En les fonts riques en CO2 es constata la presència d'ambdós sistemes de flux els quals s'hi mesclen en diferents proporcions. Es considera que el sistema de flux local s'incorpora al cabal de les fonts amb posterioritat a l'addició del gas diluint les elevades mineralitzacions de l'aigua que s'atribueixen a la presència del gas. Al sistema regional es constata amb una major constància quantitativa i qualitativa.<br/>L'anàlisi de components principals i l'estudi de la mescla de membres extrems corroboren la dinàmica hidrogeològica descrita mitjançant l'estudi multisotòpic. En concret, senyalen el domini de les reaccions silicatades i les influencies menors d'altres processos relacionats amb heterogeneïtats locals del medi, inducció antròpica de fluxos i mescla amb sistemes superficials. Concretament, a la zona del Baix Ter es caracteritza el sistema de flux dominant procedent de les gavarres que s'estableix en sentit vertical ascendent a la depressió i localment s'estimen les aportacions d'un flux influenciat per elevats cabals d'extracció procedent del riu Ter i intrusió salina. Els resultats manifesten l'aplicabilitat d'ambdós mètodes així com les seves limitacions.<br/>Finalment l'estudi manifesta el paper de les fractures en el control dels sistemes de flux i de la recàrrega que afavoreixen l'aportació d'aigües amb temps de residència molt elevats i l'establiment de fluxos de sentit vertical ascendent. També, planteja la dinàmica del sistema a una escala regional considerant que les aportacions subterrànies procedents de les formacions hidrogeològiques profundes contribueixen notablement a les aportacions i als recursos disponibles.

This dissertation is focused on the hydrogeology of the Gavarres range and the surrounding basins of Selva and Baix Empordà. Its main objective consists on describing the hydrodynamics of the system based on geological field work, potentiometric data, hydrochemistry as well as isotopic data ((d18O, dD, 3H, d13C, 87Sr/86Sr). The purpose is to determine a conceptual model that describes the main flow systems of the area as a useful tool to define future exploitation criteria for those related aquifers. The occurrence of rich-CO2 cold springs in the area provides an opportunity to investigate a specific hydrological behavior and are studied as a singular points of the hydrogeological system.<br/>This research has pointed out the existence of two main flow systems: a local system flow with recharge area in the Gavarres range and a regional system flow with longer flow paths from the Transversal and/or Guilleries range. The data results are summarized as follows.<br/>The study identifies and characterizes different hydrogeological formations and potentiometric data show a divergent flux from the Gavarres range towards the sourronding basins. Hydraulic head data also indicates the influence of fractures in the local flow system and a vertical ascending recharge is suggested in the north basin. Furthermore, hydrochemical data supports potentiometric observations and also suggests different residence times depending on flow path. The local meteoric line obtained from rainfall stable isotopes indicates seasonal recharge and its positions respect groundwater samples suggests different dynamics and recharge area in Empordà and Selva basins. Gavarres is the main recharge area but in deepest points of south basin a different and higher recharge areas are considered. CO2-rich springs also agree with these observations despite a modification of its d18O contents because of CO2 exsolution. According to the geological setting, those recharge areas would be located at the Transversal and Guilleries range, which bound the Selva basin in its northern and western boundaries. Tritium content points out different residence times of water samples. Two different groups of tritium data are distinguished, which correlates with the observed differences using stable isotopes, one infiltrated before 1952 occurs at the deepest wells of the Selva basin and at the CO2-rich springs, and is related to a regional flow system. The high exploitation rate in this basin induces flow from this deep regional system to arkosic basin materials. A second, modern set of data which would enter the system 20 years ago is described in Empordà and Aro basin as well as in shallow aquifers in Selva basin. Strontium content and 87Sr/86Sr ratios are used to tracer the flow path and the isotopic content. In particular, Empordà aquifers show a radiogenic signature acquired in the local metamorphic recharge area supporting the existence of vertical upwelling flow.<br/>Principal component analysis (PCA) allows statistical grouping that reflects bedrock lithology and supports some of the identified chemical reactions. Subsequently, end-member mixing analysis has been applied to the Baix Empordà samples to verify mixing rates between the Gavarres recharge through the paleogene aquifers, the Ter river capture and salt water intrusion. Despite that the method needs to be carefully checked for consistency, its application to water samples from the alluvial aquifer demonstrates the major recharge from the underlying paleogene formations, a Ter river participation of about 20%, and a maximum percentage of 10% of salt water in specific wells.<br/>In conclusion, the study of the hydrogeology of the Gavarres-Selva-Baix Empordà system has pictured two distinct flow systems with different chemical and isotopic content and characterized by different dynamics. Furthermore, it shows that the Gavarres range only acts as a local recharge area, and that groundwater from the Selva basin also gets its inflow from distant areas, namely the Transversal and Guilleries ranges.