(SHGA)
Advanced Hydrogeological and Geothermal Systems
Water and Global Change Department
Summary
The overall objective of the Advanced Hydrogeological and Geothermal Systems (SHGA) research group is to characterize, model, and manage the hydro-thermo-geochemical response of urban, volcanic, and regional aquifers at the river basin scale in the face of geothermal exploitation, water overexploitation, and climate change scenarios. Its purpose is to provide quantitative tools to support hydrological and energy planning.
The SHGA group was officially established in 2025 and consists of seven members: four men and three women; one Senior Scientist, three Specialized Senior Technicians, and three Research Assistants. It currently has a project manager and three predoctoral students. As a key infrastructure, they lead the Zaragoza Urban Shallow Geothermal Observatory, which has been recording and analyzing data on thermal impacts in the urban environment for over 15 years, resulting in the publication of more than 30 high-impact articles.
Working areas
- Hydrogeology
- Geochemistry
- Shallow geothermal energy
- Deep geothermal energy
- Integrated numerical models
Research and technical lines
- Hydraulic and thermal modeling of urban aquifers exploited through shallow geothermal energy, assessing thermal interferences and their impact on the sustainability of geothermal facilities and aquifers.
- Definition of physical, geochemical, and microbiological factors that affect the sustainable exploitation of urban aquifers, validating methodologies that minimize thermal, chemical, and biological interferences.
- Optimization of multiscale hydrogeological and geothermal models, integrating advanced tools (remote sensing, numerical simulations, AI).
- Investigation of recharge on volcanic islands under climate change scenarios, considering preferential flows and horizontal rainfall.
Development of Nature-Based Solutions (NBS) to increase aquifer recharge and create water adaptation strategies in the face of climate change and overexploitation. - Advising public administrations and river basin organizations on sustainable groundwater management and thermal discharge regulation, with a special focus on urban and island aquifers and systems under water stress.
- Promoting technology transfer and dissemination, promoting geothermal energy (shallow and deep) in Spain and strengthening public-private collaboration.
Competences and abilities
- Generación y optimización de modelos numéricos hidrogeológicos avanzados de última generación mediante el manejo acoplado de bases de datos masivas georreferenciadas, modelos geológicos 3D multiescala, modelos de recarga espacialmente distribuidos, modelos de flujo-transporte conservativo y reactivo, saturación y densidad variable, flujo multifásico, hidrogeoquímicos y termohalinos. Estos modelos son capaces de integrar todo el conocimiento geológico/hidrogeológico y técnico a diferentes escalas, y así crear modelos cuantitativos-predictivos para establecer políticas de gestión y de planificación hidrológica.
- Laboratorio natural de investigación en geotermia somera: geo-observatorio urbano de geotermia en Zaragoza. Cuenta con una infraestructura única, una red de observación, vigilancia y control geotérmica somera incluyendo 17 piezómetros de control hidrogeológico y geotérmico perforados por el IGME en la ciudad de Zaragoza, con monitorización en continuo de nivel piezométrico y temperatura del agua subterránea en 20 puntos de control. La red se completa con la monitorización, en colaboración con la CHE, de más de 50 instalaciones activas de geotermia somera, configurando así un geobservatorio urbano de referencia internacional para el estudio de los impactos del uso intensivo de la geotermia somera.
- Cartografía y estimación del potencial geotérmico somero. El grupo SHGA ha revolucionado la forma de evaluar el potencial geotérmico somero al integrar, por primera vez, el flujo advectivo de calor del agua subterránea como elemento esencial en la renovación del recurso. Esta aproximación, que se aleja de los modelos “en caja” previos, permite analizar de manera dinámica cómo la circulación real del agua en el subsuelo contribuye al transporte de calor, ofreciendo estimaciones más precisas del potencial geotérmico a nivel local y regional. Al tener en cuenta la variabilidad temporal y la interacción directa entre el acuífero y el calor subterráneo, se obtiene una visión más completa y sólida del rendimiento térmico que puede aprovecharse. Este enfoque disruptivo, desarrollado inicialmente por el SHGA, ha sido adoptado por diversos grupos de investigación que buscan mejorar la fiabilidad en el dimensionamiento y la implementación de sistemas de geotermia somera.
- Caracterización geotérmica del terreno. Actualmente, en paralelo a la cartografía geotérmica somera, el grupo cuenta con un equipo de Test de Respuesta Térmica (TRT) propio, concebido y desarrollado internamente, que permite caracterizar in situ la conductividad térmica y la capacidad calorífica del subsuelo. La experiencia acumulada en la realización e interpretación de estos ensayos posiciona al SHGA como un socio técnico de referencia para empresas y administraciones interesadas en la implantación de la geotermia somera. Actualmente, el grupo trabaja en la realización de ensayos TRT en La Palma y Gran Canaria.
- Evaluación de la recarga en acuíferos volcánicos mediante modelización y técnicas de campo. El grupo aplica modelos hidrológicos distribuidos para simular los procesos de precipitación, infiltración y evapotranspiración, calibrando el balance hidrológico del suelo mediante estimaciones satelitales de evapotranspiración. Además, SHGA desarrolla ensayos de infiltración con permeámetro de carga constante mediante tubería hincada, permitiendo caracterizar la conductividad hidráulica en diferentes materiales volcánicos. La combinación de estas herramientas proporciona una comprensión más precisa de los procesos de recarga, y permite evaluar el impacto del cambio climático en la disponibilidad de los recursos hídricos subterráneos en sistemas insulares. Actualmente, el grupo está aplicando estas metodologías en El Hierro, La Palma, la Gomera, Gran Canaria, Faial y Madeira.
- Caracterización hidroquímica en islas volcánicas. El grupo SHGA está especializado en el estudio de la hidroquímica de acuíferos en islas volcánicas basálticas, analizando la evolución de facies hidroquímicas y su interacción con procesos de desgasificación volcánica, fluidos hidrotermales profundos y eventos eruptivos, como el volcán Tajogaite en La Palma. Se emplean modelos geoquímicos termodinámicos y cinéticos acoplados a modelos de transporte reactivo, junto con el muestreo de gases volcánicos, aplicación de geotermómetros, análisis de isótopos estables y datación de aguas subterráneas con isótopos radiactivos. Además, se estudian manantiales termales en zonas de actividad volcánica, la mezcla de fluidos hidrotermales con agua de mar y se aplican técnicas de restitución de mezcla multipolares para cuantificar la contribución de distintas fuentes de agua. También se evalúan los impactos de vertidos de salmueras de desalación, contaminación difusa por nitratos y contaminantes emergentes.
- Diseño y optimización de nuevas Soluciones basadas en la Naturaleza (NbS). El grupo SHGA está especializado en el diseño y optimización de NbS para mejorar la disponibilidad de recursos hídricos en islas volcánicas oceánicas, como Canarias, frente a los desafíos extraordinarios del cambio climático. El equipo aporta un nuevo enfoque dentro del MAR (Managed Aquifer Recharge), proponiendo nuevos conceptos de NbS geológicos inicialmente planteados desde un punto de vista teórico, y actualmente llevado a la realidad en Canarias. Además, el grupo monitoriza e interpreta la eficiencia de la recarga de aguas regeneradas en acuíferos volcánicos mediante modelización numérica de procesos de infiltración en la zona no saturada, y la simulación de la depuración natural en la zona vadosa, evaluando la eliminación de contaminantes emergentes y microbiológicos (microorganismos patógenos). Para optimizar estos sistemas, el equipo desarrolla columnas de laboratorio para el diseño y validación de barreras reactivas destinadas a su implementación en balsas de infiltración y galerías secas en terrenos basálticos, evaluando su eficacia en la mejora de la calidad del agua mediante la reducción de la conductividad eléctrica y la eliminación de contaminantes.
Outreach activities
Los miembros del grupo SHGA cuentan con dos antecedentes notables:
- En el ámbito científico, se coordinó un paquete de trabajo del proyecto MUSE con 13 Servicios Geológicos Europeos, liderando la publicación de un modelo de gobernanza adaptativo en la prestigiosa revista Energy Policy, que refuerza su presencia en el GeoEnergy Expert Group de EuroGeoSurveys.
- En materia de transferencia, se ejecutaron dos convenios específicos de colaboración entre la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) y el CN-IGME, de más de un millón de euros, los cuales han sentado las bases para la publicación del Real Decreto 35/2023, de 24 de enero, que revisa los planes hidrológicos de varias demarcaciones hidrográficas e incorpora el artículo 35 sobre limitaciones de vertidos térmicos en instalaciones geotérmicas, y contribuido a la elaboración de 33 informes técnicos en los últimos siete años, apoyando la toma de decisiones del organismo de cuenca en la gestión de vertidos geotérmicos al dominio público hidráulico.
En los últimos cinco años, los miembros del grupo SHGA han liderado, como primeros autores, la publicación de 18 artículos en Q1/D1, y un total de 47 artículos en revistas JCR, incluyendo coautorías, consolidando su liderazgo en geotermia e hidrogeología.
La intensa actividad investigadora de los miembros del grupo se evidencia en proyectos como: FREEWAT, GEOTERZ, BIOERA, PIRAGUA, 3DGEO-EU e IRHIS. En la actualidad, coordina 3 proyectos internacionales competitivos y 1 del Plan Nacional, con un presupuesto superior a 1,7 millones de euros. Alineado con la Iniciativa 9 del Plan Estratégico del IGME-CSIC (2022-2025), el grupo lidera el consorcio GENESIS (HORIZON-MISS-2023-CLIMA-01), 2024-2028 (https://genesisnbs.eu/), y participa activamente en los proyectos ARSINOE, 2021-2025 y NATALIE, 2023-2027, todos ellos dentro de la Misión de Adaptación al Cambio Climático de la Unión Europea, consolidando su papel en la investigación aplicada a la sostenibilidad y la resiliencia climática.
En el ámbito autonómico, participa en el proyecto GeoAp (Aragón) y en la valoración del potencial geotérmico del Alto Guadiana (CSIC COCREA). Asimismo, ofrece asesoría a empresas (DH ECO ENERGIAS SL, REPSOL, etc.) y a la administración para la evaluación de vertidos geotérmicos. De forma transversal, presta su experiencia en hidroquímica y modelización hidrogeológica a proyectos del IGME como Plan MAX, SMILE y AgroSOS III.
Actualmente, el SHGA finaliza el proyecto SAGE4CAN (Shallow Geothermal Energy for the Canary Islands) 2021-2025, financiado por la AEI, donde se han desarrollado modelos geológicos, hidrogeológicos y geotérmicos 3D para Canarias, además de los primeros ensayos TRT de intercambiadores en circuito cerrado realizados en el archipiélago. Recientemente, ha presentado el proyecto EDGEOTER a la convocatoria 2024 de la AEI, con el que se pretende dar continuidad a las investigaciones en el entorno urbano de Zaragoza. Además, el grupo prepara una propuesta para la convocatoria HORIZON-CL5-2025-05-D3-22 sobre almacenamiento térmico subterráneo en áreas urbanas densas (incluyendo Zaragoza como caso de estudio) y una propuesta ERC.
Actividades de divulgación:
Los miembros del SHGA han participado en la organización de jornadas del Hidrogeodía (AIH-GE), talleres de la Comisión de Transición Energética del CSIC y congresos, destacando la primera Conferencia Geo-RIN (Geothermal Research and Innovation Network for Portugal and Spain) celebrada en Benasque (junio 2025).
SHGA también participa activamente en la Comisión de Transición Energética de la Conexión Geociencias para un planeta sostenible del CSIC, organizando talleres y congresos.
Training activities
Gestión y asesoría institucional:
- Vocal (titular / suplente) en la Junta de Gobierno de la Confederación Hidrográfica del Ebro (2012-2024).
- Vocal (titular / suplente) del Consejo del Agua de la Confederación Hidrográfica del Ebro (2012-2024).
- Miembro de la Comisión de Seguimiento por parte del IGME en el Convenio Específico de Colaboración IGME-CHE. 2015-2017.
- Representación española en el GeoEnergy Expert Group de EuroGeoSurveys y en el Technical Committee 308 – Energy Geotechnics (ISSMGE).
- Miembros del Management Committee de dos acciones COST europeas (CA18219, TU1405).
Comités normativos y plataformas tecnológicas:
- Participación en el Comité Técnico de AENOR sobre geotermia (GT13) para la elaboración de la norma UNE 100715-1(2014): “Diseño, ejecución y seguimiento de una instalación geotérmica somera. Parte 1: Sistemas de circuito cerrado vertical”.
- Participación en el grupo rector de GEOPLAT para la hoja de ruta nacional de I+D en geotermia y representante de GEOPLAT en la organización europea GEOTRAINET.
- Participación en el grupo rector de ITP 02-2022» (PTE-ee), documento de referencia para el despliegue de redes de calefacción urbana de 5.ª generación con geotermia somera en España.
- Participación como experto en selección de Lugares de Interés Geológico de la Cordillera Ibérica. 2009.
Edición y revisión científica:
- Editorial Board: Science of the Total Environment (Elsevier).
- Associate Editor: Total Environment Engineering (Elsevier).
- Associate Editor: Groundwater (National Ground Water Association, USA).
- Associate Editor: Boletín Geológico y Minero (CSIC).
- Revisores habituales en Renewable Energy, Journal of Hydrology, Geothermics, Water Resources Management, Applied Energy, etc.
Evaluación de I+D:
- Expertos externos para ANR (Francia), NWO (Países Bajos) y programas Horizon Europe.
- Evaluadores en el Plan Estatal (proyectos, Ramón-y-Cajal, Juan-de-la-Cierva).
Transferencia y convenios estratégicos:
- Convenio IGME–CHE (2016-2023, > 1 M €) que originaron 33 informes técnicos y sustentaron el Real Decreto 35/2023 —art. 41.3 sobre límites de vertido térmico geotérmico— hoy vigente en todos los planes hidrológicos.
- Convenio IGME–CHE (2009-2015) sobre impacto térmico de geotermia en Zaragoza.
- Contratos SQM y DH Ecoenergías para potencial geotérmico y vertidos térmicos.
Normativa y guías técnicas:
- Establecimiento de los criterios de límites de vertido térmico del RD 35/2023.
- Establecimiento de guías para permisos de vertido geotérmico, planes de sequía y evaluación de vulnerabilidad GVI-GW.
Docencia y formación:
- Dirección de 8 TFM/tesis.
- Participación en másteres de Hidrogeología (UB, UPC, UZ), Máster en Mecánica del Suelo e Ingeniería Geológica (UNED-CEDEX) y cursos de verano (UCM del Escorial, Universidad de Oviedo – Cátedra Hunosa).
Involved projects
De momento no tiene proyectos asociados.
Available services
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