Caracterizacion Hidrogeologica de Karst

  • 1,082 views
Uploaded on

En esta presentacion se toca el tema de karst que viene a ser conceptualizado como un sistema hidrologico abierto que cuenta con una variedad de flujos de entrada, salida y a traves de la capa …

En esta presentacion se toca el tema de karst que viene a ser conceptualizado como un sistema hidrologico abierto que cuenta con una variedad de flujos de entrada, salida y a traves de la capa superficial y subsuperficial. Tambien se ve el tema de modelamiento de un karst y sus trazadores que son utiles para investigar el flujo en karst.

More in: Education
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
1,082
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
6

Actions

Shares
Downloads
77
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. CaracterizaciónHidrogeológica de Karst
  • 2. KarstUn acuífero cárstico puede ser conceptualizado como un sistemahidrológico abierto que cuenta con una variedad de flujos deentrada, salida y a través de la capa superficial y subsuperficial.Las fronteras del sistema están definidas por los límites decaptación y la geometría de los conductos. (Ford, Williams,1989).
  • 3. KarstLa distribución espacial de los sistemas de flujo subterráneo delas rocas carstificadas varía de un lugar a otro y vienecontrolada por la variación constante de la evolución geológica ymorfológica.El flujo subterráneo se da en forma de grandes ríos ymanantiales subterráneos.Estos proporcionan, por un lado, excelentes condiciones para laexplotación de agua subterránea y por otro lado generancavidades con una permeabilidad elevada que constituyen unazona con alto riesgo de contaminación desde la superficie.
  • 4. KarstEn ingeniería hidráulica, los sistemas kársticos ocasionan amenudo problemas de fugas.El flujo subterráneo responde rápidamente a la precipitación.La velocidad de flujo del componente a corto plazo es elevada(dentro el rango de los cientos de metros por día), de maneraque el tiempo de residencia del agua subterránea del sistemakárstico es normalmente pequeño.No obstante, el flujo base puede presentar tiempos de residenciadel orden de años o incluso décadas.
  • 5. KarstEn los sistemas de agua subterránea poco profundos, lasfluctuaciones de la recarga por la precipitación se propagan através del sistema; mientras que en los sistemas más grandes yprofundos éstas se igualan.La evolución geológica y morfológica del ambiente rocoso en elpasado determina el estadio y la profundidad de karstificación delsistema de flujo presente. La karstificación de las rocascarbonatadas comienza generalmente en la superficie y sepropaga hacia el interior. Una red de drenaje profunda puedehaberse desarrollado de forma similar a una red fluvial superficial.En las estructuras del tipo cuenca que se dan debajo de flujosvolcánicos importantes o a lo largo de fallas de gran profundidadse pueden confinar rocas carbonatadas karstificadas.
  • 6. KarstKarst es la única unidad hidrogeológica que presenta regímenesde agua superficial y subterránea altamente interconectadas yusualmente constituyen un sistema único y dinámico.Las carácteristicas hidrológicas asociadas a la presencia de Karstincluye:• Drenaje interno de corrientes de aguas superficiales por dolinas.• Desviación de flujos subterráneos.• Almacenamiento temporal de agua subterránea en la zona epikarstica colgada, poco profunda.• Flujo rápido, turbulento a través de aberturas subsuperficiales, que son una especie de tuberías o canales , llamados conductos.• Descarga de agua subsuperficial de los conductos hacia uno o más fuentes perennes.
  • 7. Karst
  • 8. Caracterización de un KarstEn terrenos kársticos se hace énfasis en la identificaciónde los límites hidrológicos y los patrones de flujosubsuperficial, la contribución de varias fuentes derecarga y las propiedades estructurales e hidráulicas delos conductos.La adquisición de esta información requiere un estudiomultidisciplinario que incluye ensayos de trazadores yanálisis en la variación en la descarga de fuentes deagua y la química del agua.
  • 9. Caracterización de un Karst Tipo de Acuífero Características Granular Roca Fracturada Karst Mayormente terciaria (porosidad Mayormente primaria, a secundaria modificada por Mayormente secundaria, aPorosidad Efectiva través de poros disolución) a través de poros, través de juntas, fracturas. intergranulares planos de estratificación, fracturas, conductos y cuevas.Isotropía Más isotrópico Probablemente anisotrópico Altamente anisotrópicoHomogeneidad Más homogéneo Menos homogéneo Heterogéneo Posiblemente rápido yFlujo Lento, laminar Probablemente rápido y turbulento turbulento Puede o no aplicar la ley dePredicción del Flujo Aplica la ley de Darcy Raramente aplica la ley de Darcy Darcy En la zona saturada y en la zonaAlmacenamiento En la zona saturada En la zona saturada epikarst Algunos tienen recarga casi Principalmente dispersa con completamente dispersa y otrosRecarga Dispersa algunos puntos de recarga tienen principalmente un punto de recarga.Variación Temporal de la Variación mínima Variación moderada Variación moderada a extremaCarga HidráulicaVariación Temporal de la Variación mínima a Variación mínima Variación moderada a extremaQuímica del agua moderada Fuente: ASTM (2002)
  • 10. Red de ConductosLa característica más distintiva del Karst es su estructuradendrítica o ramificada de los conductos, haciendo que el flujodescriba un curso serpenteante que incrementa en tamaño yorden en dirección del flujo hacia abajo.Esta red de conductos crece por un camino complejo dealimentadores hidráulicos y químicos, la cual consta de lossiguientes pasos básicos:1. Crecimiento y alargamiento del conducto2. Incremento de la capacidad hidráulica3. Incremento de la descarga4. Aumento en la disolución y corrosión física5. Ampliación adicional del conducto6. Exceso en el agua disponible en los conductos pequeños producto de los conductos grandes. www.gidahatari.com
  • 11. Red de ConductosDiagrama que muestra el crecimiento competitivo de losconductos y la distorsión en el flujo hidráulico Cambio en la carga Conductos primarios hidráulica producto de descargan en los Inicio de la recarga crecimiento rápido de bordes, inhibiendo el conductos primarios y crecimiento de crecimiento lento de los conductos secundarios. secundarios.
  • 12. Red de ConductosSecuencia de desarrollode la red de drenajeintegrado debido alcrecimiento rápido de losconductos primarios.
  • 13. Red de ConductosEn este proceso de ocurrencia de Karst, los conductosgrandes dominan el drenaje subterráneo, alterando elflujo hidráulico y la captura de agua subterránea de losacuíferos circundantes, fracturas colindantes y losconductos pequeños cercanos.Dependiendo del tamaño (capacidad hidráulica),organización (interconexión), las redes de conductos soncapaces de descargar grandes volúmenes de agua através del acuífero carstificado. Las velocidades de flujo,en conductos bien desarrollados e integrados, puedenllegar a cientos de metros por día.
  • 14. ManantialesLos manantiales son lassalidas de descarga de estared de conductos. Estos sedesarrollan típicamente enlos bordes locales oregionales de descarga deaguas subterráneas.El sistema tributario deconductos de drenajeconverge en un conductotroncal que descarga a unsólo manantial. Sin embargo,existen acuíferos cársticosque presentan un patrón deflujo distribuido a través demúltiples manantiales
  • 15. ManantialesTradicionalmente, los manantialesson clasificados en base a ladescarga utilizando la escala deMeinzer, la cuál consiste en unaescala del 1 al 8, basada en ladescarga del manantial. El valor de 1corresponde descargas de 3 m3/s, elvalor de 2 corresponde entre 0.3-3.0m3/s y así sucesivamente.También se pueden clasificar losmanantiales de acuerdo a suapariencia física y si la descargaocurre bajo un flujo de gravedad ocondiciones artesianas.Desde la perspectiva del sistema deflujo de aguas subterráneas, es másútil clasificar los manantiales karstde acuerdo a la función hidrológicacomo salidas de redes de conductos.
  • 16. ManantialesEn la mayoría de acuíferoskársticos uno o pocos manantialesperennes, llamados manantialesde flujo subterráneo aportan flujode descarga de los conductos dekarst.La elevación de los manantialesde flujo subterráneo ejercencontrol en la elevación de la napafreática en el borde del acuíferokárstico, mientras que laconductividad hidráulica y lacapacidad hidráulica de losconductos determinan elgradiente hidráulico del flujoascendente y su fluctuación bajodiferentes condiciones hidráulicas.
  • 17. ManantialesOtros manantialesintermitentes, llamadosmanantiales de flujosuperficial funcionan comoafloramientos de excedentesdurante periodos de grandescarga. Estos sonesencialmente una formatemporal de descargadistribuida.
  • 18. Modelamiento de KarstEl modelamiento numérico seha vuelto una importanteherramienta aplicativa parainvestigar y cuantificar muchasrelaciones hidrogeológicascomplejas. Sin embargomuchas dificultades técnicas yconceptuales se han presentadopara:• Discretizar la geometría de los conductos o los bordes de la cuenca de karst,• Discretizar los componentes de flujo rápido y lento del karst.• Simular los cambios temporales y espaciales en Gráfica de modelo de condiciones de flujo y descarga del manantial saturación. Maramec, Missouri
  • 19. Modelamiento de KarstSin embargo, se han logrado buenosresultados simulando los efectos del flujopor conductos usando la aproximación dedoble porosidad modificada (Teutsch andSauter, 1991) y con los modelos dediferencias finitas de zonas de altatransmisividad. (Worthington 2003;Kuniansky et al, 2001).Otra aplicación satisfactoria demodelamiento numérico en Karst ha sidola simulación de descarga de manantiales(Scanlon, 2003) que evaluaba lasaproximaciones de dos medios condiferente porosidad .El Modelo de Hammerstein funciona paradesarrollar un parámetro global para unacuenca Karst. El modelo usa una Conductancia específicaaproximación de mínimos cuadrados para de la descargaresolver por coeficientes en unaregresión y se puede simular la descargade manantiales.
  • 20. Trazadores con Tintes FluorescentesLos tintes fluorescentes sonuna herramienta útil parainvestigar el flujo en Karstporque estos test suelenobtener información directa dedirección, velocidad y otrascaracterísticas hidráulicas delos conductos, en puntosespecíficos entre la recarga ydescarga.Los tintes fluorescentes sonquímicos orgánicos queabsorben la luz del espectroultravioleta, que estánmolecularmente energizados yemiten luz en onda larga. • Inyección de sodio fluorescente en dolina formada en una laguna
  • 21. Trazadores con Tintes FluorescentesLos tintes fluorescentes ideales tienenlas siguientes características:1. Fácil de introducir en el acuífero o sistema de flujo.2. Presenta la misma o próxima velocidad del agua que discurrre.3. Relativamente conservativa, es decir, no se pierde fácilmente por absorción.4. Es estable con respecto a la química del agua.5. Fácil de detectar a bajas concentraciones.6. Tiene baja o ninguna toxicidad a • Inyección de Rodamina WT los humanos u organismos acuáticos y no es una amenaza en un arroyo sumidero para el ambiente.
  • 22. Trazadores con Tintes FluorescentesTipos de tintes fluorescentes comúnmente usados:Los tintes de xanteno son una familia grande que exhiben fluorescenciaen la longitud de onda visible del verde al naranja. Este grupo incluyelos muy conocidos trazadores de sodio fluorescente (llamados uranina)que fluoresce en la longitud de onda verde (500-570 nm) y los tintesde Rodamina WT que fluorescen en el rango del amarillo-naranja (570-590 nm).
  • 23. Trazadores con Tintes Fluorescentes Espectros de emisión y límites de detección1 Valores aproximados2 Valores típicos de detección para agua limpia3 Para pH mayor o igual que 104 Para pH menor o igual que 4.5
  • 24. Trazadores con Tintes FluorescentesLos test con tintesfluorescentes requierenestudios de las propiedadesfísicas y químicas de losmismos, y sus condiciones ylimitaciones de uso. Porejemplo, la fluorescencia essensible al pH ytemperatura, sin embargo,cada tinte tiene diferentesrangos de sensibilidad aestas propiedades: el tintede sodio fluorescente esfotosensible, mientras que laRodamina WT, no. • Inyección de Rodamina WT en pozo de observación
  • 25. Trazadores con Tintes FluorescentesAdicionalmente, los tintes fluorescentes tienen algunos rangos dereactividad con materiales geológicos como las arcillas y silicatos.Estas y otras características físico-químicas tienen que sersiempre consideradas previamente.Trazadores Cuantitativos:En la práctica estos trazadores requieren mediciones precisas dela cantidad (masa) de trazador inyectado, la descarga delmanantial o acuífero durante el test, y la concentración deltrazador que surge del acuífero. Los trazadores cuantitativosproveen información del tiempo de viaje y las características depaso. Son útiles para investigar la estructura de conductos enkarst y las propiedades de flujo.Como la descarga es medida simultáneamente con laconcentración del trazador en todos los puntos de surgimiento, lamasa de trazador presente en cada uno permite estimarpropiedades hidráulicas de los conductos incluyendo tiempopromedio de residencia, velocidad promedio de flujo, dispersiónlongitudinal y almacenamiento. www.gidahatari.com
  • 26. Trazadores con Tintes FluorescentesTrazadores Cualitativos:Estos test solo requieren determinar si existesurgimiento del trazador inyectado en los puntos demonitoreo.Los trazadores cualitativos son usados paraidentificar conexiones de flujo por ejemplo, entreuna dolina y un manantial o para delinear lastrayectorias del flujo subsuperficial.El monitoreo de este tipo de trazadores se hacemediante detectores pasivos hechos de material deadsorción como carbón activado granular queatrapa el tinte trazador.
  • 27. Gracias por su interés en este tema
  • 28. Para mayor información sobre nuestra empresa puede revisar los siguientes vínculos: MEDIO MINERÍA CONSULTORÍA CAPACITACIÓN CARRERAS AMBIENTE Filtración de Centrales Hidrogeología enCaudal ecológico Desafío relaves hidroeléctricas minería Cambio Diseño de Modelamiento SIG en la Oportunidades climático coberturas numérico gestión de R.H. Balances Sistemas de Modelamiento Drenaje de mina Nuestro equipo hídricos monitoreo MODFLOW Monitoreo de Bioremediación Asentamiento Modelamiento Misión y visión calidad hídrica de relaves por bombeo hidrológico Monitero de Redes de Contacto cuencas monitoreo Gidahatari