En la vertiente septentrional de las Sierras de Urbión y Neila se presenta un desarrollado aparato kárstico constituido por calizas y dolomías del Jurásico, dispuestas monoclinalmente, y limitadas por arriba y por abajo por las series impermeables del Keuper y del Weald, respectivamente. La recarga se efectúa a través de la infiltración de las precipitaciones de lluvia y nieve, así como por las pérdidas de los arroyos en los numerosos sumideros existentes. La descarga se verifica hacia los manantiales de los nacimientos de los ríos Najerilla (198 l/s) y Arlanza (500 l/s). Un aspecto significativo es la existencia de un trasvase subterráneo en Urbión de 14 hm3/a de la Cuenca del Ebro a la del Duero. Según las pruebas con trazadores realizadas se obtienen unas velocidades medias en los acuíferos y en aguas bajas o estiaje de 27-38 m/h, y de 160 m/h en las proximidades de los exutorios. La simulación de los hidrogramas de los manantiales con un modelo de precipitación-escorrentía durante 1990-1991 ha permitido establecer un detallado balance hidrológico, donde se constata la importancia del régimen turbulento en aguas altas; el rango de recarga media de la precipitación se establece en el 42-43% aunque es muy variable según las estaciones del año
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