Líneas de investigación

El transporte reactivo es un campo de la hidrogeología que integra la descripción del movimiento de fluidos en medios porosos con la modelización de las reacciones químicas, geoquímicas y biogeoquímicas que afectan a los solutos disueltos. Este enfoque permite analizar de forma acoplada los procesos físicos de flujo y transporte (advección, dispersión y difusión) junto con las transformaciones químicas que modifican la composición del agua subterránea.

Entre las reacciones más relevantes se incluyen la disolución y precipitación de minerales, reacciones ácido–base, procesos redox, complejación, intercambio iónico y biodegradación mediada por microorganismos. Estas transformaciones condicionan la movilidad, persistencia y toxicidad de especies químicas en el subsuelo.

El transporte reactivo constituye una herramienta fundamental para el estudio de:

- La evolución natural de la calidad de las aguas subterráneas.
- La interacción agua–roca y los procesos de alteración mineral.
- La evaluación y remediación de acuíferos contaminados.
- La predicción del comportamiento de contaminantes bajo distintos escenarios hidrogeológicos.
- El almacenamiento geológico (por ejemplo, CO₂ o residuos) y su estabilidad a largo plazo.

Los acuíferos son componentes esenciales del ciclo integral del agua, pero son altamente sensibles a las presiones derivadas de la actividad humana. Las intervenciones antrópicas -tanto directas (captaciones, drenajes, infraestructuras...) como indirectas (cambios en el uso del suelo, urbanización, sobreexplotación o contaminación difusa) - pueden alterar el régimen hidrodinámico, el balance hídrico y la calidad del agua subterránea.
Esta línea se orienta al análisis, gestión sostenible y protección de los recursos hídricos y el medio subterráneo, abordando la optimización del aprovechamiento como la prevención y mitigación de impactos. Los temas principales que se investigan són:

- Gestión sostenible de los recursos hídricos
- Modelos de gestión integrada agua superficial - agua subterránea
- Interacción entre aguas subterráneas y obras civiles
- Hidrogeología urbana y modelización de flujo y transporte de solutos
- Balance hídrico y evaluación de recursos
- Impactos del cambio climático sobre los recursos hídricos
- Sistemas de Información Geográfica aplicados a la hidrogeología

La hidrología estocástica se fundamenta en la consideración de los parámetros hidrogeológicos como variables regionalizadas, es decir, funciones aleatorias con estructura de correlación espacial. Este enfoque reconoce explícitamente la heterogeneidad natural del medio geológico y su impacto en el comportamiento hidrodinámico y en el transporte de solutos.

En este marco, las variables de interés —niveles piezométricos, flujos, concentraciones, entre otras— se describen en términos estadísticos. El objetivo es desarrollar predictores robustos de dichas variables y cuantificar de manera explícita la incertidumbre asociada a la variabilidad espacial de los parámetros.

Esta línea de investigación aborda, entre otros, los siguientes temas:

- Interpretación de ensayos de bombeo en medios heterogéneos
- Interpretación de ensayos de trazadores en medios heterogéneos
- Upscaling, mediante el análisis estadístico de los parámetros a distintas escalas de medida.
- Transporte ergódico y no ergódico, incluyendo el análisis estadístico del tiempo de recorrido.
- Acoplamiento de la heterogeneidad en los parámetros de flujo y transporte.
- Ecuación de transporte equivalente, para la representación efectiva de medios heterogéneos a escala regional.

El estudio de las aguas subterráneas en medios de baja permeabilidad se centra en la comprensión del transporte de agua y solutos en materiales donde el flujo es extremadamente lento. Estos sistemas presentan una respuesta hidrodinámica específica que requiere enfoques conceptuales y metodoógicos diferenciados.
En este tipo de entornos, los procesos de flujo y transporte se caracterizan por escalas temporales largas, la presencia de gradientes hidráulicos elevados y una influencia significativa de la heterogeneidad estructural. Asimismo, los mecanismos difusivos adquieren un papel predominante en el control del movimiento de solutos.

Entre los principales temas abordados se incluyen:
- Aguas subterráneas urbanas en medios de baja permeabilidad
- Procesos de difusión molecular en el transporte de solutos
- Almacenamiento geológico profundo
- Hidromecánica y fracturación
- Interacciones agua-roca

El flujo multifase describe el movimiento simultáneo de distintas fases —principalmente líquida y gaseosa— en medios porosos, incluyendo además los procesos de transferencia de calor asociados.
Su aplicación más habitual se encuentra en el estudio del suelo y la zona no saturada, aunque esta línea de investigación también resulta clave en el análisis de infraestructuras subterráneas y en el almacenamiento geológico de CO₂.

Esta línea de trabajo aborda, entre otros, los siguientes aspectos:

- Desarrollo de códigos numéricos para la simulación acoplada de procesos multifase (por ejemplo CodeBright y RETRASO)
- Monitorización y adquisición de parámetros del suelo como temperatura, succión y grado de saturación, y determinación de las curbas de retención
- Estudio de la interacción entre flujos de agua líquida, vapor, calor y/o salinidad.
- Análisis del acoplamiento entre flujo multifase y transporte reactivo.

La recarga artificial de acuíferos consiste en la infiltración controlada de agua en el subsuelo mediante instalaciones diseñadas específicamente para tal fin. Esta técnica constituye una herramienta estratégica en la gestión sostenible de los recursos hídricos, al permitir incrementar las reservas subterráneas, regular el almacenamiento y mitigar los efectos de la sobreexplotación.

Más allá del aumento cuantitativo del recurso, la recarga artificial presenta un elevado interés por la capacidad de atenuación natural asociada al tránsito sub-superficial del agua. Durante su paso a través del sistema suelo–acuífero tienen lugar procesos físicos, químicos y biogeoquímicos —como filtración, adsorción, mezcla, reacciones redox y biodegradación— que pueden mejorar significativamente la calidad del agua y favorecer la eliminación de diversos contaminantes.

En esta línea de investigación se abordan los siguientes temas:
- Diseño y optimización de sistemas de recarga artificial.
- Tratamientos Suelo-Acuífero (SAT) y eliminación de contaminantes
- Desarrollo de barreras reactivas
- Gestión de la colmatación (clogging)
- Diseño y monitorización de experimentos de recarga (El GHS dispone actualmente de diferentes sites experimentales de recarga)
- Experimentación mediante columnas (laboratorio de Hidrogeología de la Escuela de Caminos de la UPC)

La modelización numérica constituye una herramienta fundamental para el análisis de sistemas hidrogeológicos complejos, especialmente cuando intervienen procesos acoplados y multiescala que no pueden abordarse mediante aproximaciones analíticas. En esta línea, la investigación se centra en el desarrollo y aplicación de métodos computacionales avanzados para simular procesos físicos, químicos y biológicos en el medio poroso. El objetivo es diseñar y utilizar herramientas numéricas capaces de representar explícitamente la heterogeneidad y la estructura del sistema, y evaluar su influencia en la dinámica del flujo, el transporte y las reacciones. La actividad combina el desarrollo de códigos y técnicas propias —incluyendo modelos Lagrangianos de transporte de solutos a múltiples escalas, simulaciones a escala de poro para el estudio del transporte de coloides y microplásticos y modelos continuos de crecimiento de biofilm— con el uso de herramientas consolidadas integradas en entornos de computación de alto rendimiento (HPC). Esta aproximación se complementa con métodos estadísticos y geoestadísticos y simulaciones de Monte Carlo, lo que permite analizar de forma sistemática la variabilidad espacial, la incertidumbre y la sensibilidad de los procesos modelizados desde la escala microscópica del poro hasta la escala macroscópica del acuífero.

Los principales ámbitos de trabajo incluyen:

- Desarrollo de códigos y técnicas numéricas para procesos físicos, químicos y biológicos acoplados
- Modelos Lagrangianos de transporte de solutos a múltiples escalas
- Simulaciones a escala de poro de transporte de coloides y microplásticos
- Modelización del crecimiento de biofilm en medios porosos
- Integración de computación de alto rendimiento (HPC) en problemas multiescala
- Métodos estadísticos, geoestadísticos y simulaciones de Monte Carlo para el análisis de incertidumbre y heterogeneidad

La contaminación de las aguas subterráneas constituye uno de los principales retos ambientales y de gestión de recursos hídricos a escala global. La creciente presión derivada de actividades agrícolas, industriales y urbanas ha provocado la presencia tanto de contaminantes tradicionales —como nitratos, salinidad, metales, etc— como de una amplia gama de contaminantes emergentes, cuya persistencia, movilidad y efectos a largo plazo aún se están evaluando. La complejidad de los procesos que controlan el transporte y la degradación de estas sustancias en el subsuelo exige un enfoque científico integrador.

Esta línea de investigación aborda la contaminación y la calidad del agua desde una perspectiva multidisciplinar que combina la química analítica, la microbiología y la modelización matemática. El trabajo integra campañas de muestreo de campo con estudios experimentales y herramientas de simulación, con el objetivo de comprender los procesos físicos, químicos y biogeoquímicos que controlan el transporte, transformación y destino final de los contaminantes en el medio subterráneo.

Entre los principales temas abordados se incluyen:

- Técnicas de descontaminación de acuíferos.
- Transporte y destino de contaminantes emergentes (CEC), incluyendo fármacos, disruptores endocrinos, filtros solares, microplásticos y PFAS, entre otros..
- Modelización de transporte reactivo aplicada a problemas de contaminación.
- Sistemas de tratamiento suelo–acuífero y diseño de barreras reactivas.
- Procesos de bioclogging y estrategias de biorremediación.
- Aplicación de isotopía ambiental para la identificación de fuentes y procesos de transformación.

Las zonas costeras constituyen sistemas hidrológicos altamente dinámicos en los que interactúan de forma continua las aguas subterráneas y las aguas marinas. En estos entornos, procesos como la intrusión salina y la descarga de agua subterránea al mar controlan la circulación, la mezcla y el intercambio de solutos, generando una marcada heterogeneidad espacial y temporal y condicionando el funcionamiento físico, químico y ecológico de los ecosistemas litorales. Esta línea de investigación se centra en la caracterización y cuantificación de los flujos subterráneos en la interfaz acuífero-mar a escalas locales y regionales. El objetivo es comprender los mecanismos que regulan estos intercambios y evaluar su papel en el transporte de nutrientes, metales y contaminantes emergentes hacia el medio marino, así como su influencia sobre la calidad del agua y la dinámica biogeoquímica costera. La investigación se desarrolla mediante una aproximación multidisciplinar y multiescalar que integra técnicas hidroquímicas, trazadores radiactivos naturales, isótopos estables, análisis de nutrientes, métodos geofísicos terrestres y marinos y herramientas de teledetección basadas en imágenes satelitales y drones con cámara térmica. Esta combinación metodológica permite analizar la dinámica del sistema bajo presiones de distinta escala temporal, desde la influencia mareal hasta la variabilidad estacional.

Los principales ámbitos de trabajo incluyen:

- Intrusión salina
- Descarga de agua subterránea al mar
- Recursos hídricos dulces mar adentro
- Cuantificación de flujos de nutrientes, metales y contaminantes emergentes
- Impacto de los flujos subterráneos en la calidad del agua y los ecosistemas costeros
- Integración de técnicas hidroquímicas, isotópicas y geofísicas