Geological and human influences on groundwater flow systems in range-and-basin areas: the case of the Selva Basin (Catalonia, NE Spain)

El comportament hidrodinamic de les aigues subterranies en conques intramuntanyoses ve condicionat principalment per la geologia, i especialment pel context estructural i els materials sedimentaris que reomplen la conca. L'estudi d'aquestes arees requereix un enfocament a gran escala per poder determinar les zones de recarrega i descarrega dels diferents sistemes de flux que conformen els recursos hidrics de la zona. Aquestes zones solen estar afectades per un fort desenvolupament huma que pot donar lloc a una modificacio de la quantitat i la qualitat de l'aigua subterrania de diferents formes. En aquest sentit, en conques intramuntanyoses es un aspecte clau entendre la importancia de la geologia i de les pressions humanes en el flux d'aigua subterrania per arribar a assolir una gestio correcta dels recursos hidrics, aixi com per assegurar llur disponibilitat a llarg termini. En aquesta tesi s'ha estudiat la depressio de la Selva com a un cas paradigmatic on te lloc una important pressio sobre els recursos hidrics subterranis. Per tal d'estudiar el paper hidrogeologic que juguen les falles regionals en conques intramuntanyoses, en primer lloc, s'ha realitzat un model hidrogeologic conceptual a partir de la modelitzacio del flux subterrani. Per fer‐ho, s'ha dut a terme una simulacio d'una zona de falla subjacent a una formacio al∙luvial, on la falla pot recarregar o drenar l'aquifer al∙luvial. S'han considerat diferents valors de permeabilitat per la zona muntanyosa, la zona de falla i els materials sedimentaris, aixi com diferents gruixos de falla i condicions de contorn. Els resultats mostren que es poden produir fluxos verticals ascendents i descendents a la part superior de la zona de falla degut a l'accio de la formacio al∙luvial, i fins i tot a traves del socol, influenciant per tant la recarrega dels materials sedimentaris de la depressio. En segon lloc, s'ha caracteritzat el sistema hidrogeologic de la depressio de la Selva mitjancant mesures del nivell piezometric i dades hidroquimiques e isotopiques (δ18O, δD) al llarg de diverses campanyes de camp amb un doble objectiu: (i) caracteritzar un sistema hidrodinamic on els elements tectonics juguen un paper important en la hidrodinamica subterrania, i (ii) descriure la influencia de l'explotacio d'aigues subterranies en la hidrodinamica del sistema. Els resultats piezometrics han posat de manifest la relacio existent entre les formacions situades a les zones de muntanya que envolten la depressio i els materials sedimentaris que rebleixen aquesta. Les zones de falla tenen un efecte directe en la recarrega, permetent l'existencia de fluxos verticals ascendents des del socol cap a diferents aquifers sedimentaris. Les dades hidroquimiques i isotopiques han validat aquestes observacions. En aquest sentit l'io fluor (< 15 mg/l) i nitrat (< 217 mg/l) han estat usats com a tracadors dels fluxos profunds i superficials respectivament i han permes posar de manifest l'efecte dels bombejos en la distribucio de les linies de flux. La composicio isotopica de la molecula de l'aigua (18OH2O, D) ha evidenciat canvis estacionals en les aigues captades pels pous posant de manifest l'existencia de dos sistemes de flux: un sistema de flux regional amb llargs temps de transit i originat a les zones circumdants mes elevades, i un sistema de flux local recarregat a la zona de la depressio. Els dos sistemes contribueixen de manera diferent als recursos hidrics que s'estan explotant, i la seva aportacio especifica defineix el potencial de la depressio per una explotacio sostenible a llarg termini. S'han caracteritzat les aigues des d'un punt de vista hidroquimic a partir de la composicio en elements majoritaris, minoritats i traca (fluor, brom, liti, TOC) i de dades isotopiques (18OH2O, D, triti, 34SSO4, 18OSO4). Aquesta caracteritzacio ha permes una descripcio acurada dels processos geoquimics que defineixen les facies hidroquimiques de l'aigua subterrania al llarg de la depressio de la Selva. Aixi, s'han definit dos sistemes de flux regional i diferents qualitats de l'aigua associada a la recarrega local, i alhora s'ha corroborat el model hidrogeologic conceptual de la depressio de la Selva. Des d'un punt de vista regional, a la depressio de la Selva el control estructural defineix sistemes de flux locals, intermitjos i regionals, els quals son responsables de la hidrodinamica a gran escala, fins al punt que aquests son responsables de la recuperacio dels descensos del nivell piezometric despres del periode de maxima extraccio (estiu). A la zona d'estudi, l'origen de la recarrega, a escala regional, es atribuida a la serralada Transversal, a la zona mes septentrional de la conca, i a les Guilleries, especialment a la zona oest. Aquests sistemes hidrogeologics impliquen un flux vertical ascendent des del socol que recarrega els nivells aquifers neogens de la depressio. Els sistemes de flux locals i intermitjos s'originen a la propia depressio o a les zones circumdants mes properes, els quals estan menys afectats per les zones de falla. La pressio antropica crea una barreja entre els diferents sistemes de flux modificant la qualitat de l'aigua al llarg de l'any. Els resultats d'aquest estudi mostren que en conques intramuntanyoses per obtenir una caracteritzacio integrada del sistema hidrogeologic i el coneixement necessari per formular estrategies especifiques cap a una gestio sostenible dels recursos hidrics, i en concret a la depressio de la Selva, es necessari: i) la utilitzacio de diferents metodologies per abordar l'estudi d'aquests tipus de sistemes hidrogeologics. Aixi, en el present treball primerament s'aborda des de la caracteritzacio de camp fins a la modelitzacio numerica passant per l'estudi de nivell piezometrics i dades hidroquimiques e isotopiques; ii) caracteritzar l'evolucio piezometrica de les diferents formacions geologiques juntament amb les caracteristiques hidroquimiques/isotopiques i els processos geoquimics relacionats que defineixen les mostres d'aigua, i per tant, cada un dels extrems de barreja de la recarrega (local, intermitja i regional) que participen en el conjunt del sistema de flux; iii) finalment, identificar les pressions humanes, fins i tot en els sistemes a mes gran escala, com una verdadera alteracio al comportament natural. Aquesta tesi defineix els sistema hidrogeologic de la depressio de la Selva com a exemple de funcionament hidrodinamic sota pressions antropiques aplicable a altres conques intramuntanyoses. Aquest coneixement es necessari per formular estrategies de gestio dels recursos hidrics des d'un punt de vista quantitatiu i qualitatiu, com a eina indispensable per satisfer la demanda lligada a una millora socioeconomica sense produir un empitjorament de la qualitat ambiental a llarg termini.