Controles de la profundidad de cuevas y flujos de agua subterrnea basados en la estratigrafa de rocas:

Observaciones en cuevas secas e inundadas en Quintana Roo

Simon Richardswww.cave-exploration.comOctubre 2006

FORO ESTATAL DE INVESTIGACIN CIENTFICA Y DESARROLLO TECNOLGICOEL SISTEMA HIDROLGICO DE QUINTANA ROO

IntroduccinIntroduccinObjetivoswww.cave-exploration.comResmen

ObjetivosTcnicosProcesoImportancia de las observaciones krsticas y la exploracin de cuevas como parte de un macro-programa de estudios ambientales integradosObservaciones estratigrficasPosibles impactos en la hidrologaFuturas investigaciones

cave-exploration.comDonnaRichardsSimonRichardsCuevas sub-aereasCuevas sumergidasMorfologaFotografaVideoMapas y esquemasInformesPerfiles acuticosDocumentacinExploracinInvestigadoresGrupos de ConservacinIntercambio de informacin

ResmenObservacionesImplicacionesCapas endurecidas en zona de 90 km x 3 kmFrecuentemente conforman los techos de las cuevasMs duras / menos permeables que unidades adyacentesPosible factor controlador en la profundidad a la cual se encuentran las cuevas, por lo menos cerca a la costaPosible factor controlador en la infiltracin de agua superficialPuede ser parte de una barrera costera subterrneaImportanciaImpacto de los sistemas de alcantarillado y tratamiento de aguas residualesImpacto proveniente del desarrollo de puertos costeros Modelo numrico hidrolgico

Contexto HidrolgicoModelo hidrolgico tradicionalResultados de Beddows 2004

Modelo Hidrolgico Tradicional [Modificado de Cooper 1964 en Beddows 2004]El modelo tradicional asume que la roca es un medio uniforme, y no toma en cuenta la existencia de cuevas ni variaciones en la permeabilidad de las capas de roca

Resultados Beddows 2004 [Interpretacin y representacin compuesta basada en Beddows 2004]Anomalas cerca a la costaLineal, como resultado del flujo por conductos, en vez de cuadrtico, como flujo difuso?

GeologaInformacin bsicaZona de exploracinEstratigrafa

Geologa

Zona de Exploracin

Geologa[Compilado de Weidie 1985 & Ward 1985 en Beddows 2004, NASA/JPL]

Perfiles Transversales[Ward 1985 enBeddows 2004][Rodriguez 1982en Beddows 2004]

Observaciones GeolgicasObservacionesCapas endurecidas -> calicheObservaciones de la estratigrafa subterrneaObservaciones de los depsitos elicosAnexo

Observaciones de la Capa SuperficialCapa superficial: 10 cm 1m de espesor en la mayora o totalidad de la zonaDensa, de baja porosidad y permeabilidadIntensamente fracturada a escala ~1 m; pero algunas zonas an intactasCerca a la costa actual grandes cabezas de coral, indicando proveniencia arrecifalCosta adentro de grano fino con menor cantidad de corales y mejor cementada; origen probable de lodos calcareos (no arrecifales)

Capa Superficial Cerca a la Costa

Capa Superficial Costa Adentro (interior de la peninsula)

Observaciones con respecto a la Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

... Capa Superficial

Capa Superficial - Sian Kaan[Foto base: INEGI]

Observaciones SubterrneasTechos blancos y planosAparentemente semejantes a estratos adyacentes, pero estructuralmente ms condensadosAparentemente menos fciles de disolver, contrario a unidades supra- y sub-yacentes Estratos blancos: 0.5-1.5 m de espesorPrincipalmente a ~10-11m de profundidad; igualmente a ~4-6 mDe grano fino, con conchas pequeas enteras y fragmentadas; muy bien cementada

Observaciones Subterrneas

Observaciones Subterrneas

Observaciones Subterrneas

Observaciones Subterrneas

Observaciones Subterrneas

Observaciones Subterrneas

Observaciones Subterrneas~1 METRE

Observaciones Subterrneas

Observaciones Hidrolgicase InterpretacinPerfiles en Aktun Ha (Carwash)Anomalas en la profundidad de la zona de mezcla cerca a la costaMorfologa y configuracin de los manantiales

Aktun Ha - Conductividad [-> Salinidad][Beddows 2006 com. pers.]INFILTRACIN DE AGUA CON BAJO CONTENIDO DE SALINIDAD

Aktun Ha - Oxigeno Disuelto[Beddows 2006 com. pers.]INFILTRACIN DE AGUA CON BAJO CONTENIDO DE OXIGENO DISUELTO

InterpretacinLAS CAPAS ENDURECIDAS PUEDENRETARDAR LA INFILTRACINDEL AGUA SUPERFICIALEL AGUA SALADA PROFUNDATIENE UNA TRAYECTORIA DIFFERENTE

Profundidad de la Zona de Mezcla[Base: Beddows 2004]COASTALINTERCEPT= 9.36 mGRADIENT 1.45 m/km c.f.UP TO ~5 m/km TRANSVERSEGRADIENT BETWEEN SOMENEAR COAST OBSERVATIONS

InterpretacinQUIEBRE EN LA CAPA ENDURECIDADETERMINA LA PROFUNDIDAD DELCONDUCTO Y EL ESPESOR DEL FWL(OJO DE AGUA DULCE)

Flujos de agua fra son comunes en la zona de rompientesLas trayectorias de los flujos incluyen flujo sub-areo desde los cenotes, fuentes de agua en capa superficial fracturada y apertura de conductos previamente bloqueados por arenaDespus del huracn Wilma, manantiales y fuentes de agua aparecieron en varios sitiosCon base en la temperatura y salinidad, la fuente del agua parece ser krstica y no proveniente de precipitacin recienteManantiales Costeros

Manantiales Costeros

Manantiales Costeros[Foto base: INEGI][Foto cortesa Daniel Diamante]

Manantiales Costeros

Manantiales Costeros

Gary Walten / Locogringo.comGary Walten / Locogringo.comManantiales Costeros

Gary Walten / Locogringo.comGary Walten / Locogringo.comManantiales Costeros

InterpretacinBLOQUEO DE LAS TRAYECTORIAS DE LOS CONDUCTOS SUPERFICIALESCREA UN FLUJO DE RESISTENCIA E INCREMENTA EL FWLEL ESPESOR DEL FWL SE DETERMINAPOR LA PROFUNDIDAD DE LA APERTURAA MAYOR PROFUNDIDAD Y/O LA RESISTENCIAPRODUCIDA EN LA TRAYECTORIA MS CERCANA A SUPERFICIE

Consecuencias por Remocin de Barrera CosteraEL RESULTADO CONSISTE EN UN FLUJO MS SUPERFICIALY UN FWL (OJO DE AGUA DULCE) MS DELGADO

Significado HidrolgicoVariacin espacial y temporal en la infiltracin y recarga de acuferoFlujo de aguas residualesDisminucin del volmen de agua dulce por consumo y/o destruccin de la barrera costeraModelo numrico hidrolgicoContaminacin de las playas

Variacin Espacial y Temporal en la Infiltracin y Recargas del AcuferoSin saber el tiempo de residencia del agua en la zona subterrnea, no se podran determinar las consecuencias causadas por contaminacin en esta zona del acufero

Disposicin de Aguas ResidualesEs necesario determinar la profundidad de los flujos de agua salada para establecer una estrategia de disposicin de aguas residuales

Contaminacin de las PlayasExiste evidencia de flujos de agua de poca profundidad saliendo directamente en playas tursticas. Estos son normalmente flujos difusos localizados en la orilla de playa. Cualquier contaminacin del agua tendra un impacto inmenso en el turismo y arrecifes

Consumo y la Barrera CosteraEl nivel del agua dulce se determina por las capas endurecidas y/o el balance entre la cabeza hidrulica y la presin requerida para afluir. Si este balance es modificado, por consumo de agua y/o destruccin de la barrera costera (construccin de puertos y marinas), el resultado sera una disminucin en el volumen de agua dulce.

Modelo Numrico HidrolgicoEl nivel de la zona de mezcla constituye las condiciones limtrofes en el modelo hidrolgico. Existen diferencias significativas entre las predicciones D-G-H / E.P.M. y las nuestras como tambin las de Beddows.Anomalascercaa la costaLineal, como resultado del flujopor conductos, en vez de cuadrtico,como flujo difuso

Modelo Numrico HidrolgicoVariaciones en el nivel de la zona de mezcla a lo largo de la costa corresponden con las variaciones de la cabeza hidrulica.

Este es un esfuerzo para flujos paralelos a la costa. Sabemos que existen muchas cuevas paralelas a la costa asociadas con cordones de playa. Por esta razn, los modelos hidrolgicos deben tomar en cuenta la morfologa de los conductos, y no asumir un medio uniforme en el acufero.

Investigaciones AdicionalesInvestigacionesPerforaciones y recuperacin de ncleosMonitoreo a largo plazo enfocado a la hidrodinmica existente entre la matriz y los ros subterrneosMapeo de la profundidad de la zona de mezcla en la zona costera

PerforacionesDistribucin espacialProfundidadesA lo largo de la costaEspecificamente, sitios cercanos acuevas conocidasAl interior de la pennsula, cruzando la zona de fracturas HolboxRecuperacin de ncleos hasta profundidades de 30 metros o ms para la correlacin estratigrficaProfundidad total de ms de 150 m para las observaciones de los flujos profundos de agua saladaPerfilesPerfiles de estratificacin hidrolgicaMonitoreo a largo plazo de manantiales y cuevas

Mapeo de la Zona de Mezcla CosteraDistribucin espacialObjetivosTrayectos a lo largo de la costaSitios prximos a cuevas y caletasCondiciones limtrofes para el modelo numrico hidrolgicoIdentificar las anomalas para las perforacionesCronologaAntes de perforar identificar sitios de intersInvestigaciones geofsicas necesitan calibracin con observaciones directas

Perforaciones y Mapeo de la Zona de Mezcla

AnexoCordnes de playa antiguosDepsitos elicos

Dunas Costeras Antiguas[Foto base: INEGI]

Depsitos ElicosSubyacen la capa superficial en algunas cuevas sub-areasDe grano grueso, poco cementados; no-consolidadosLaminas delgadas, estratificacin cruzada es comnAsociados con morfologas de cuevas flank marginPor lo menos de varios metros de espesorPorosidad y permeabilidad altas; altamente anisotrpicos

Depsitos Elicos

Depsitos Elicos

Depsitos Elicos

Depsitos Elicos