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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 autonomodgar08@ingemmet.gob.pe
fab.renou@wanadoo.fr
MAR 2015
1
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
2
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)
3
• 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
5
Presentación de las dos resurgencias estudiadas
6
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
8
LOS SISTEMAS KÁRSTICOS
Resurgencia de Palestina:
• Cuenca: 15 km² Pendiente: 25.4%
Calizas de las Fms. Chambará y Aramachay
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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
10
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
11
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
13
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.
14
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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HIDROGEOQUÍMICA DE LAS DOS RESURGENCIAS
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
19
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
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HIDROGEOQUÍMICA DE LAS DOS RESURGENCIAS
Resurgencia de Soloco
: periodo corto (3 ½ meses) 21
HIDROGEOQUÍMICA DE LAS DOS RESURGENCIAS
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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HIDROGEOQUÍMICA DE LAS DOS RESURGENCIAS
“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
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Balance de los elementos disueltos exportados y cálculo de la tasa de erosión kárstica
24
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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BALANCE DE ELEMENTOS DISUELTOS EXPORTADOS
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 DE ELEMENTOS DISUELTOS EXPORTADOS
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.
31
¡Gracias por su atención!
32
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