comportamiento hidrológico e hidrogeoquímico de las resurgencias kársticas de palestina (rioja) y...

COMPORTAMIENTO HIDROLÓGICO E HIDROGEOQUÍMICO DE LAS

RESURGENCIAS KÁRSTICAS DE PALESTINA (RIOJA) Y SOLOCO

(CHACHAPOYAS)

Msc. Fabien RENOU Dirección de Geología Ambiental y Riesgo Geológico

Programa Nacional de Hidrogeología [email protected]

[email protected]

MAR 2015

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CONTENIDO

• Introducción

• Presentación de las dos resurgencias

• Estudio del régimen hidrológico de las dos resurgencias

• Caracterización de la hidrogeoquímica de las dos resurgencias

• Balance de los elementos disueltos exportados y cálculo de la tasa de erosión kárstica

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INTRODUCCIÓN

• Pocos estudios de los acuíferos kársticos en zonas tropicales:

- Erosión kárstica: Jamaica, Belize (Miller, 1983) y Asia (Crowther, 1989, Han et al., 2010, Li et al., 2010, Liu et al., 2013)

- Hidrología y hidrogeoquímica de los karsts: Brasil, Bolivia y Mexico (Auler , 1994, Eraso et al., 2001, Gondwe et al., 2010, Steinich & Marín, 1997)

- Norte del Perú 1er estudio de los acuíferos kársticos en la cuenca del Alto Marañon

desde 2003: misiones de los grupos de espeleología (GSBM, ECA, GPBE)

desde 2005: programa HYBAM y LMI PALEOTRACES (IRD)

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• Cuenca del Alto Marañón :

→ Largos afloramientos calcáreos:

5% de la superficie de la cuenca (Moquet, 2011) + Larga

zona de recarga + lluvia abundante =

Reservas +++ de aguas subterráneas

Soporte del estiaje de los ríos

Fuente de elementos disueltos para los ríos

INTRODUCCIÓN

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OBJETIVOS DEL ESTUDIO

Presentar y comparar el comportamiento hidrológico e hidrogeoquímico de las dos resurgencias,

Calcular los flujos de elementos disueltos exportados por los macizos kársticos andinos a los afluentes norte peruanos del Amazonas (Alto Marañon y Huallaga),

Calcular la tasa de erosión kárstica de las dos cuencas

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Presentación de las dos resurgencias estudiadas

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CONTEXTO GEOGRÁFICO

Palestina (PAL):

- Provincia de Rioja

- Macizo del Alto Mayo:

Piamonte Amazónico (870 m)

Soloco (SOL):

- Provincia de Chachapoyas

- Macizo de Soloco: Cordillera

Oriental (2630 m)

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CONTEXTO CLIMÁTICO

Cuenca del Alto Marañon Regimen climático

entre Tropical y Ecuatorial (Espinoza et al., 2009)

Estación lluviosa +++ Enero hasta Abril

Rioja: Pm=1404 mm/año; =- 21 mm/100m/año

Chachapoyas: Pm=824 mm/año; =+185 mm/100m/año

(Guyot and Lavado, 2004)

Palestina: Pm 1400 mm/año

Soloco: Pm 1372 mm/año

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LOS SISTEMAS KÁRSTICOS

Resurgencia de Palestina:

• Cuenca: 15 km² Pendiente: 25.4%

Calizas de las Fms. Chambará y Aramachay

9

LOS SISTEMAS KÁRSTICOS

Resurgencia de Soloco:

• Cuenca:

26 km²

Pendiente: 17.9%

- Calizas de la Fm. Chambará - 1/3 de la cuenca areniscas y conglomerados neogénicos

Staff gage

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ADQUISICIÓN DE LOS DATOS HIDROLOGICOS

Resurgencia Equipamiento Medida (unidades) Intervalo de medida Precisión Datos dispo-

nibles

Soloco

Escala limnimé-trica

Nivel de agua (cm)

2 lecturas/día (8:00 a.m. y 6:00 p.m.) (08/2005- 12/2008)

1 lectura/día (8:00 a.m.) (09/2010-2014)

± 1 cm

01/08/2005-30/12/2008

y 01/09/2010- 30/09/2012

CTD-Diver

Nivel de agua (cm H2O)

15 min

± 0.2 %

27/05/2012- 25/09/2012

CE 25C (µS.cm-1) ± 1 %

Temperatura del agua (˚C)

± 0.2 ˚C

Baro-Diver

Presión atmosférica (cm H2O)

15 min

± 2 cm H₂O 27/05/2012- 06/02/2013 Temperatura del aire

adentro de la cueva (˚C) ± 0.2 ˚C

Palestina

Escala limnimé-trica

Nivel de agua (cm) 2 lecturas/día (8:00 a.m. y

6:00 p.m.) (15/09/2011-2014) ± 1 cm

15/09/2011- 21/01/2012

- 01/04/2012- 06/04/2012

- 25/05/2012- 07/02/2013

CTD-Diver

Nivel de agua (cm H2O)

15 min

± 0.2 %

19/05/2011- 07/02/2013

CE 25C (µS.cm-1) ± 1 %

Temperatura del agua (˚C)

± 0.2 ˚C

Baro-Diver

Presión atmosférica (cm H2O)

15 min

± 2 cm H₂O 19/05/2011- 28/09/2012 Temperatura del aire

adentro de la cueva (˚C) ± 0,2 ˚C

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TRATAMIENTO DE LOS DATOS HIDROLÓGICOS

Curva de calibración (Q=f(H))

Niveles de agua

Caudales

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Estudio del régimen hidrológico de las dos resurgencias

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Palestina

Soloco

Estación lluviosa (Ene-Abr) : numerosos picos de crecida estrechos duración: 1-2 días

Estación lluviosa : picos de crecida menos frecuentes y más largos duración: > 5 días

Estiaje (May-Sept): no picos de crecida. Lenta del caudal

Estiaje: unos picos de crecida más débiles.

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Caudal más débil máx.: 3.5 m3/s

ESTUDIO DEL REGIMEN HIDROLÓGICO DE LAS DOS RESURGENCIAS

ESTUDIO DEL REGIMEN HIDROLÓGICO DE LAS DOS RESURGENCIAS a)

Palestina

Soloco

b)

Palestina

Soloco

Soloco: correlograma cruzado P-Q “redondeado” señal de lluvia más filtrado Comportamiento más amortiguado Influencia de la

cobertura Neogénica

•Palestina: rápida Eventos independientes

red kárstica desarrollada

bajas reservas en agua subterránea

•Soloco: más lenta

Antiguo karst obstruido

correlograma cruzado P-Q

correlograma simple Q-Q

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Caracterización de la hidrogeoquímica de las dos

resurgencias

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HIDROGEOQUÍMICA DE LAS DOS RESURGENCIAS

Resurgencia CE

µS.cm-1

Temperatura

˚C pH

Mineralización

total

mg.L-1

Soloco 200 12.2 7.1 157

Palestina 240 19.4 7.0 221

Aguas bicarbonatadas cálcicas

• Muestreo regular: 1 y 16 de cada mes:

Volumen muestra=600 mL • Elementos analizados: pH y C.E. Cationes (Ca2+, Mg2+, Na+, K+) Aniones (Cl-, SO4

2-, NO3-)

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Resurgencia de Palestina

Periodo de lluvias:

• Variaciones de CE y T +++

Estiaje:

• Inicio: CE y T estables

• Fin: de CE y T

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HIDROGEOQUIMÍCA DE LAS DOS RESURGENCIAS

Inicio del periodo de crecida: de CE y T mientras Q

Max de CE y T alcanzados antes del fin del pico de crecida

Fin del periodo de crecida: marcada de CE y T mientras Q

Recesión y estiaje: Lenta de CE y T mientras Q

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HIDROGEOQUIMÍCA DE LAS DOS RESURGENCIAS

“FLUJO PISTÓN”

a- 1ra fase flujo de aguas más calientes y mas mineralizadas.

b- 2nda fase flujo de una mescla aguas más calientes y más mineralizadas + aguas más frías y menos mineralizadas de la Zona Saturada (ZS)

c- 3ra fase alimentación de la

resurgencia por las aguas más frías

y menos mineralizadas de la ZS

20


Resurgencia de Soloco

: periodo corto (3 ½ meses) 21


Inicio del periodo

de crecida: T cste

Min de T

alcanzado después del pico de crecida

Fin del periodo de

crecida y inicio de la

recesión: marcada

de T mientras Q

Fin de la recesión

y estiaje: de T

mientras Q

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“EFECTO DE DILUCIÓN”

a- 1ra fase flujo de aguas

frías mezcla de aguas de

infiltración (T -) + aguas de la

ZS (T +)

b- 2nda fase flujo de aguas

calientes de la ZS

23

Balance de los elementos disueltos exportados y cálculo de la tasa de erosión kárstica

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BALANCE DE ELEMENTOS DISUELTOS EXPORTADOS

• 2 métodos:

- Método HYBAM : interpolación de los valores de concentración al paso de tiempo del caudal.

- Método M1C (Moatar et al., 2009): cálculo del promedio interanual de los flujos mensuales.

Fm = hipótesis: flujo constante por un mes dado

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Cuenca Est. Per. n Acuenc. Q Método de

calculo

Cl- SO42- Na+ Ca2+ Mg2+ K+ SiO2 HCO3

- TDStot

km2 m3.s-1 103 t.yr-1

Soloco SOL 2006-

2012 48 26 1.07

HYBAM 0.07 0.21 0.05 3.35 0.14 0.03 0.13 4.12 7.60

M1C 0.07 0.20 0.05 3.26 0.13 0.03 0.12 4.07 7.59

Palestina PAL 2011-

2012 12 15 0.5

HYBAM 0.02 0.11 0.006 1.91 0.08 0.01 0.04 2.56 4.74

M1C 0.02 0.11 0.006 1.91 0.08 0.01 0.04 2.57 4.74

High

Marañon* BOR

2003-

2010 - 114.103

5032

1138 M1C

818

555

1805

770

836

279

3921

1564

412

139

178

56

2018

831

12906

4694

23.103

8.103

Huallaga* CHA 2005-

2010 - 69.103

3014

628 M1C

2642

1479

1366

363

1955

1025

2966

728

250

50

119

30

1022

253

9450

1875

19.103

5.103

Peruvian

Amazon* TAM

2003-

2008 -

722.

103 28787 M1C

131.103

26.103

Total

Amazon* OBI

2003-

2008 -

4669.

103 174901 M1C

204.103

38.103

Métodos HYBAM y M1C resultados similares

Flujos específicos del grupo Pucará 292 to 316 t.km-2.año-1

*Fuente: Moquet, 2011

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Balance

Contribución

relativa al Alto

Marañon (%)

Contribución

relativa al

Huallaga (%)

Contribución relativa

a todo el Amazonas

(%)

Contribución

relativa al Amazonas

Peruano (%)

TDStot

(103

t.año-1)

Alim

(km2)

Q

(m3.s-1) TDStot Q TDStot Q TDStot Q TDStot Q

Soloco 7.6 18 1.07 0.033 0.021 0.004 0.001 0.006 0.004

Palestina 4.7 15 0.5 0.024 0.017 0.002 0.005 0.004 0.004

Macizos

kársticos 7500 24546 32.8 37.9 3.7 5.7

Área macizos kársticos= 24546 km²

Flujos Específicos: 292 to 316 t.km-2.año-1

TDS tot. = 7.5.106 t.año-1

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CÁLCULO DE LA TASA DE EROSIÓN KÁRSTICA

• Método:

1) Determinación de los flujos de Calcio exportados por la resurgencia (en t.año-1). Hipótesis: todo el Ca viene del CaCO3 1 mol.año-1 de Ca2+ = 1 mol.año-1 de CaCO3 (o 100,086 g.año-1 de CaCO3);

2) Área A cubierta por las calizas (en km2) flujo unitario de Ca exportado (en t.km-2.año-1);

3) Densidad D de 2.7 t.m-3 y porosidad de 6% para las calizas espesor teórico de calizas erosionada/milenario (en mm)

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CALCULO DE LA TASA DE EROSIÓN KÁRSTICA

Ca2+ 103 t.año-1

VCaCO3 m3.año-1

Alim. km2

Tasa de erosión kárstica mm.mil-1

Soloco 3.14 1164 18 70

Palestina 1.91 709 15 53

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CONCLUSIONES

Hidrología: - Palestina: karst bien desarrollado con bueno drenaje, bajas reservas de

aguas subterráneas - Soloco: señal de lluvia filtrado ++, antiguo karst obstruido

Química: - Composición de las aguas: disolución de las calizas

- Palestina: Comportamiento de tipo “Flujo Pistón”

- Soloco: “Efecto de dilución”

- Macizos kártsticos: TDS 7.5.106 t.año-1

71% del flujo exportado por los afluentes andinos del Amazonas (Alto Marañon+Huallaga); Amazonas Peruano 6%; Amazonas entero 4%

- Tasa de erosión kárstica: Soloco 70 mm.milˉ¹ Palestina 53 mm.milˉ¹

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CONCLUSIONES

Aguas de buena composición química que permite su uso para consumo humano.

En el mundo, varios países utilizan los acuíferos kársticos como fuente de abastecimiento en agua potable.

En Perú existen muchos acuíferos kársticos que todavía no son estudiados y que podrían ser utilizados como fuente de agua potable.

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¡Gracias por su atención!

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