El agua subterránea, el agua contenida en rocas porosas y fracturadas bajo tierra, es la fuente de agua dulce más grande de la Tierra, aparte de los casquetes polares y los glaciares. Se alimenta de ríos, lagos y otros cuerpos de agua superficiales y es esencial para los ecosistemas. Además, los sistemas de agua subterránea son una parte integral del riego agrícola, especialmente en regiones con escasos recursos de agua superficial.

Los modelos a gran escala existentes tienden a simplificar en exceso el flujo de agua subterránea, a menudo no integran adecuadamente la gestión humana del agua y funcionan con resoluciones más gruesas que las necesarias para modelar procesos hidrológicos a pequeña escala. En un nuevo estudio en Desarrollo de modelos geocientíficos , un equipo de investigadores del IIASA combinó el modelo de agua comunitaria (CWatM) (Burek et al., 2020) con el modelo de flujo de agua subterránea MODFLOW, lo que permitió la reproducción de niveles freáticos en resoluciones espaciales muy finas.

El modelo integrado simula los procesos hidrológicos que ocurren en el suelo y los cuerpos de agua superficiales a escala de ladera, con celdas de malla menores a 1 km. Se puede utilizar para modelar los ciclos del agua en varios niveles geográficos, desde pequeñas cuencas hasta países enteros.

Al comparar la región austriaca de Seewinkel y la cuenca india de Bhima, que se extienden sobre 573 y 46 000 km² respectivamente, los investigadores probaron la capacidad del modelo para reproducir adecuadamente las capas freáticas en diferentes condiciones climáticas, geológicas y socioeconómicas. Los resultados simulados se validaron con las profundidades y fluctuaciones del nivel freático observadas durante un período de 35 años en Seewinkel y 16 años en Bhima.

"Estos modelos biofísicos son importantes porque los ciclos del agua deben cuantificarse para una gestión adecuada del agua. Podemos estudiar cómo interactúan los procesos hídricos locales y regionales al vincular modelos a diferentes escalas. En particular, un modelo como CWatM-MODFLOW es una herramienta útil para proyectar el impacto de los futuros planes de gestión del agua, los cambios en la cobertura del suelo o el cambio climático", dice Luca Guillaumot, autor principal del estudio e investigador del Grupo de Investigación de Seguridad Hídrica del IIASA.

Además, los autores utilizaron el modelo para evaluar el impacto del riego basado en aguas subterráneas en el ciclo del agua en las dos regiones bajo investigación. Descubrieron que el riego aumenta la cantidad de agua que se mueve hacia la atmósfera a través de la evaporación del suelo y la transpiración a través de los tejidos de las plantas, pero reduce el apoyo de agua subterránea a los ríos y áreas húmedas, especialmente durante las estaciones secas. Los resultados también indican que el nivel freático es más profundo en áreas con bombeo de riego intenso.

A pesar de los desafíos persistentes en la reproducción de patrones de profundidad del nivel freático y la calibración del modelo a las resoluciones más finas posibles (~100 m), el estudio representa una mejora significativa en el modelado hidrológico a gran escala.

"Los humanos están transformando los sistemas de agua de la Tierra. Los modelos de agua de IIASA pueden responder preguntas importantes sobre cómo afectamos los sistemas de agua regionales y globales en diferentes escalas espaciales y temporales. Las partes interesadas regionales, incluidos los formuladores de políticas, pueden usar esta información para construir escenarios realistas de gestión del agua". concluye el coautor del estudio y director del Programa de Biodiversidad y Recursos Naturales de IIASA, Yoshihide Wada. + Explora más

Cómo estamos remodelando el almacenamiento mundial de agua