tema 6- karst hydrogeology presentation-esp final

Día 2Sesión 6

13 de Julio, 2007

Types of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Hidrogeología Del Karst Presentación

Presentado por: David Evans, M.A.Sc.

• ¿Que es Karst y como identificarlo en el campo?• Distribución de Karst en Perú y ubicaciones de minas

con respecto a terreno carbonatado• Procesos de desarrollo de cueva y Karst• Movimiento del agua subterranea en acuiferos cársticos• Metodos investigativos de campo en terreno cárstico• Temas relacionados al desarrollo de minas en terreno

cárstico• Potencial de filtracion en botaderos de mina• Vulnerabilidad de Karst y analisis de riesgo

Reseña del curso

Karst Facts¿Que es Karst?

¿Que es Karst?¿Cómo se forma?

• ¿Que es Karst?– Un tipo de terreno, usualmente

formado en una roca carbonatada(calizas y dolomitas) donde el aguasubterranea tiene aperturas paraformar un sistema de drenajesubsuperficial.

• ¿Cómo se forma?– Disolución a lo largo de los planos

de fractura debido principalmente a un acido carbónico acido producidode un dioxido de carbono en la atmósfera, particularmente la capadel suelo. Típicamente transcurrenmillones de años para formar Karst a larga escala.

Composición de Tetrahedron para rocas sedimentarias

• Calizas puras: formanmejores sistemas de conducto desarrollado

• Cálizas arenosas: altas de arena de cuarzo no pareceninhibir el desarrollo del conducto.

• Dolomitas Los conductos puedenocurrir en dolomitaspero por lo general son menos desarrolladas. Acuiferos de fracturason comunes en lasdolomitas..

• Shaley Limestones: rara vez formanconductos; generalmente se comportan comoacuitardos.

Dolomitacementada

limosa

CALCITA

DOLOMITA

CUARZO

ARCILLA

arenisca

Lutitas y limolita

Lutitascalcarias

Marga

Shaley limestones

calizas

Sandy limestone

Permeabilidad Triple/ Modelo de Porosidad

• La matriz, la fractura y los conductos hacen el regimen de flujo de un macizo rocoso.

• El contraste en la velocidad entre laspartes menospermeable con las maspermeables del mismoacuífero es de 6 a 10 ordenes de magnitud.

La mayoríade acuíferoscársticos en

Perú

Flujo de Conducto

Acuíferoscársticos en Florida

Flujo de matrizArenisca

fracturadaDolomitasfracturadas

FlujoFracturado

Granitosfracturados

Alluvial Aquifers

Ford

& W

illia

ms 1

989

~ 12 % de la superifice de la tierra ~ 25 % del abastecimiento de agua

Karst en el mundo

Karst Facts in Peru

• Cerca del 13% de los Andes Peruanos subyacen en terrenoscarbonatados susceptibles a la carstificación.

• Mas del 50% de las minas de metales preciosos y metales base se encuentran en estos terrenoscarbonatados que se presentancomo depositos de tipo porphyry, skarn, vein and replacement-type deposits.

• En Perú, un Karst bien desarrollose puede encontrar en lassiguientes formaciones geológicas: (1) Jumasha, (2) Yumagual, (3) Aramachay (Grupo Pucara), (4) Chambará (Grupo Pucara ), (5) Arcurquina, (6) Santa, (7) Chonta y (8) Socosani.

Karst en Peru

Jurasico Cretaceo

Karst Facts in Peru

Formacion de Karst Formaciones en los Andes

Peruanos

Mines in Carbonate Terrain

JumashaPolymetallicAncashSanta LuisaHuanzalá Pb-Ag-Zn

Aramachay & Chamba(Grupo Pucará)Mississippi ValleyJunínSIMSASan Vicente Zn-Pb

Jumasha/ CelendínSkarnAncashHuallancaContonga Zn-Pb-Ag

Jumasha/ CelendínSkarnAncashAntaminaAntamina Cu-Zn-Ag

JumashaSkarn / PolymetallicHuánucoRauraRaura Zn-Pb-Cu-Ag

SantaReplacementLimaIscaIscaycruz Zn-Pb-Cu-Ag

ChambaráReplacementPascoEl BrocalColquijirca Zn-Pb-Ag-Cu

ChambaráReplacement andEpithermalPascoVolcanCerro de Pasco Zn-Pb-Cu-A

Pucará GroupReplacementPascoAtacochaAtacocha Zn-Pb-Ag-Cu

Pucará GroupVeins and MantosJunínVolcanCarahuacra Ag-Pb-Cu-Zn

JumashaPolymetallic VeinsJunínPanamerican SilverMorococha Cu-Zn-Pb-Ag

Pucará GroupVeins and MantosJunínVolcanSan Cristóbal Zn-Pb-Ag

Jumasha/ CelendínSkarn / Polymetallic VeinsLimaSIMSAYauricocha Cu-Zn-Pb-Ag

SocosaniPorphyryArequipaPhelps DodgeCerro Verde Cu-Mo

Arcunquina/ FerrobambaPorphyry SkarnCuscoBHP BillitonTintaya Cu-Au-Mo

FormaciónTipo de depósitoRegionPropietarioMina /Mineralización

Minas en terrenoscarbonatado (algunos

ejemplos)

Projects in Carbonate Terrain

SkarnAyacuchoPhelps DodgeAguas Verdes (Cu)

Polymetalic VeinsCajamarcaBuenaventuraEl Dorado (Cu-Pb)

SkarnAncashBarrickParón (Cu-Zn-Au)

ChulecPolymetalic VeinsCajamarcaAsarcoHualgayoc (Ag-Pb)

YumagalPorphery CopperCajamarcaGold FieldsCerro Corona (Cu-Au)

YumagalSkarnCajamarcaYanacochaMinas Conga (Cu-Au)

Jumasha SkarnAncashInca PacificMagistral (Cu-Mo)

SantaMetasomaticAncashMitsuiPallca (Zn-Pb-Ag)

Grupo PucaráSkarnHuánucoMilpoRondoní (Cu-Fe-Au)

ChambaráRelacementPascoEl BrocalSan Gregorio (Zn-Pb-Ag)

Calera (Pucara)EpithermalPascoEl BrocalMarcapunta (Au-Cu)

Jumasha SkarnJunínPeru Copper Toromocho (Cu-Zn-Pb-Ag)

Grupo PucaráReplacementJunínSullidenMario (Zn-Pb-Ag)

FerrobambaSkarnApurímacXstrata Las Bambas (Cu-Mo-Au)

FerrobambaSkarnCuscoMitsui Quechua (Cu-Mo-Au)

FerrobambaSkarnCuscoBHP BillitonAntapaccay (Cu-Au)FormaciónTipo de depósitoRegionPropietarioProyecto / Mineralización

Mines in Carbonate TerrainProyectos en terrenoscarbonatados (algunos

ejemplos)

RasgosCársticos

Karren / Karren FieldMines in Carbonate TerrainRasgos Cársticos

Karren

Karren

Campo de Karren

Grikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldRasgos cársticos

Pavimento: Grikes and Klints

Grikes

Klint

Enlarged grikealong fault line

Karst Shafts (Simas)

Cannon dam left abutment Ozark Mountains MissouriChimenea cárstica en la formación Yumagual al norte del Perú

Grikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldRasgos Cársticos

Chimeneas cársticas (simas)

Karst Shaft FormationGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldFormación de Chimeneascársticas

Vallecito Valley – Antamina, Peru

SinkholesGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldRasgos Cársticos

Sumideros (dolinas)

Causes of Sinkhole CollapseGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldFormación de sumideros

La erosion hidráulicafluyendo en esteNuevo agujerosuaviza los bordesangulosos paraFormar la depresiontipica de conoinvertido

Luego el techo de suelo del sumideroen desarrolloFalla en el sueloformando unacavidad circular

Luego hay un colpaso de sueloposterior desde la parte de abajoCausa grietas en la superfice

Inicialmente, un sumidero se forma cuando el suelocolapsa en una grietay es transportada a traves de un conducto de agua

Causes of Sinkhole CollapseGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldSolucion comun de

Formación de sumideros

Sinkholes in Peru

• Commonly – Tipo de solucion colapsa, 3 – 50 m en

diametro– Llenado con sedimentos de baja

permeabilidad– El estancamiento ocurre luego de la

precipitación– Have swallow holes en los perimetros de

los alrededores– El drenaje depende en la capacidad del

sistema de conducto

Grikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldSolucion comun de

Formación de sumideros

Sumidero en el norte del Peru

Sinkhole in Tailings Perimeter

~10m

Grikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldSumideros en areas de relave

Caves

Valorbe cave, Switzerland (photo R. Wenger)

Grikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldRasgos cársticos

Cavernas

4 State Model of Cave Genesis• Las cavernas de vadosa,

de nivel freático profundo, todas son posibles en sistemas de circulacion no confinado.

• El “estado” depende de:– Densidad, penetración y

conexión de fracturas y planos de estratificación, y

– Orientación de gradienteshidraulicas.

Ford, D.C., 1998

Grikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldTeorías de genesis de

Caverna

Karst SpringsGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldRasgos cársticos

Manantiales


Tipo de Manantiales1. Drenaje libre

Types of Springs2. Dammed


Tipos de Manantiales2. Emergentes

Types of Springs3. Confined


Tipos de Manantiales3. Confinados

Travertine and Tufa Deposits

• Los depositos de trufa y Travertine están compuestos de precipitaciones de carbonato de calcio pero…..

– El travertino es generalementelitificado (usada como una piedradecorativa).

– Tufa tiene una porosidad mas alta y una textura leñosa.

• tufa se origina de la emision de CO2 pero en diferentes ambientesdeposicionales.

– Sistemas de agua caliente comolos manantiales hidrotermalescársticos y las fisuras en las crestasproducen travertine

– Sistemas de agua fresca comolineas de manantiales colgados ricosen calcita, cascadas, ambientesfluviales y lacustres producen tufas..

• Buenos indicadores de manantiales.


Rasgos cársticosDepositos de Tufa y Travertino

Travertino

Tufa

Karst Facts

Proceso de disolución y

profundidad de Karstificación

Conduit and Cave Development

• En el nivel freático donde ocurre el movimiento del agua subterranea en el Karst;

• A lo largo de los planos de estratificación de unidades proclives a la disolucion (particularlmenteestratificación gruesa, alto contenidode CaCO3 carbonatos con intercalaciones de carbonatosimpuros y rocas clásticas);

• Zonas de concentración de fractura;• Fallas en planos y fallas cortantes

(particularmetnte fallas brechadas con arcillas),

• Ejes sinclinales y anticlinalesaltamente fracturados;

• Contacto entre unidades de rocacarbonatada y no carbonatada; y puntos de descarga de aguasubterranea.

Epikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Desarrollo del conducto y de la cavernaConcentrado en las siguientes

configuraciones

Depth depends on Degree of Dissolution

• Clima – temperatura, precipitación, evaporación• Suelo – permeabilidad, humedad, nivel de CO2,, pH• Tipo de roca (litología) –las mejores cavernas se desarrollan en calizas

masivas con pocas o sin ninguna capa limosa intercaladas, lutitas u otroshorizontes litológicos dominados no carbonatados.

• Fracturas y fallamiento• Orientación de planos estratificados (la estratificación vertical tiende

a producir karst mas profundo)• Escorrentia / infiltración efectiva• Agua – rango de flujo, rango de disolución carga soluta• Actividad biologica liberando acidos organicos• Presencia de minerales oxidantes• El proceso se puede complicar debido a :

– Presencia de paleokarst– Actividad hidrotermal

These effects can greatly increase the depth of karst

Why is karst depth important?Limestone within Surrounding RidgesMine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs

1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldProfundidad del Karst

Factores que afectan la disolución

Se deben considerar muchos factores !!

Pure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Proceso de disoluciónEl agua pura no produce Karst

• Cuando la lluvia cae a traves de la atmosfera, recoge CO2 la cual se disuelveen gotitas.

• Una vez que la lluvia toca suelo, se filtra al suelo y recoge aun mas CO2 para formaruna solucion debil de acido carbonico:

H2O+CO2=H2CO3

• El agua infiltrada explota naturalmentecualquier grieta o rajadura en la roca.

• Con el tiempo, con un suministro continuo de CO2 – el agua enriquecida, la rocacarbonatada se empieza a disolver.

• Aperturas en la roca incrementan su tamañoy un sistema de drenaje subterraneaempieza a desarrollarse, permitiendo quemas agua pase, acelerando la formacion del karst.

Dissolution ProcessPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Proceso de disoluciónCO2 es clave para la disolución

Carbon Dioxide in Soil

• El desarrollo de karst en regiones tropicales es mayor y tiene una altaevapotranspiración.

• El Perú está dentro de unazona de clima temperado asique el desarrollo de karst se considera moderado.

• La atmosfera incluye 380 ppm de CO2 mientras que la actividad biologica en suelospuede causar niveles CO2que llegue a 50,000 ppm(5%).


Proceso de disolucionDioxido de carbono en el suelo

Corrosional Enlargement Diminishes with Depth

• La zona de epikarst tendrá la mayor solución química

• La corrosióndisminuirá con la profundidadcausando unadisminución en la permeabilidadEXCEPTO ABAJO DE FRACTURAS MAYORES Y EN FALLAS DONDE LA DISOLUCION PUEDE FALLAR


1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldProfundidad de KarstReduccion de Karst con profundidad

pH Rainfall

• La mayoría de cientificos estan de acuerdo en que la precipitación “normal” tiene un pH de 5.6. La precipitacion en la atmosfera reaccion con dioxido de carbono (CO2) para formar un acido carbónico debil, alterando el ph de la precipitacion a 5.6.

• La precipitación acida se define como cualquier forma de precipitación mojada que tiene un ph menor a 5.6 ( en una escala de 0 a 14, siendo 7 neutral). La “lluvia” se vuelve acida cuando las moleculas de agua (H2O) reaccionan con los gases en el aire.

• Estos gases son principalmente azufre (SO2) y variosoxidos de nitrogeno (NOx).


Proceso de disoluciónpH de precipitación

Oxidation of Sulphide MineralsPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDisolución acelerada

Oxidación de minerales de sulfuro• La exposición del material resistente de

sulfuro ocurre naturalmente y puedenintroducirse dentro de la caliza.

• ARD se produce por oxidacionatmosférica de los relatiamentecomunes piritas de hierro sulfuro(FeS2) y pirotita (FeS).

• El acido sulfurico generado puedeacelerar la disolucion de calizaalrededor de las areas Gossan.

Gossan

Sulphideoxidation around a gossan

Why is karst depth important?

• La profundidad del Karst influencia en el drenaje de agua subterránea. El agua subterráneo se moverá a los conductos cársticos mas profundos (nivel básico de karstificación)

• Particular importancia con respecto a la locacion y caracterización de los botaderos de mina

Limestone within Surrounding RidgesMine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs


¿Por qué la profundidad es importante?

Taludes de alta pendiente, Inclinación de estratificación y profundidaddel nivel freático

• El karst profundo generalmente se encuentra en terrenos alpinos de descarga vertical con vallesprofundos alrededor de las areas de recarga.

• No se debe asumir que los valleslocales son las únicas áreas de descarga para calizas!!

• La karstificación sigue ocurriendobajo el nivel freático perogeneralmente se reduce bajo el nivel freático.


1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldProfundidad de Karst

Factores que afectan la profundidad del Karst

Thickness of Unconfined Aquifer

Epikarst

Zonafreática Base circulación activa en un nivel freático bajo

Base de circulación activa en un nivel freático

alto

Base de zona de reservasdinaimcas

High water table

Manantial

Base de karstificación

1. Espesor del flujo base

2. Espesor de la zona de reservas dinámicas

3. Espesor del flujo alto

4. Espesor del acuífero promedio

After Ford, D.C. and Williams, P.W. (1989)

43 1

2 Nivel freático bajo

High water table

Zona de vadosa



Profundidad de la circulación del agua

Hydrothermal Karst

• La karstificacion tambien puedeocurrir de aguas termales quecontengan H2S y/o CO2.– H2S en aguas subterraneas sube de

zonas reductoras a profundidadesoxidadas para producir acidosulfurico.

– La solucion ocurre cientos de metros bajo el nivel freático y la deposiciónocurre a 250-500m del nivel freático

– La elevacion puede cambiar lascavernas en zonas deposicionales.

• Es un concepto importante a considerar para la caracterizacion de la profundidad del karst paradepósitos de desecho de mina!


Proceso de disoluciónKarst hidrotermal –

potentialmente bastante profundo!!

Ej:. Cavernas Carlsbad Nuevo Mexico, USA

Paleokarst• Las mayoría de inconformidades

representan significativas rupturas en el registro estratigráfico. La superficiede inconformidad es un paisajeenterrado resultante de un periodoextenso de una exposicion subaerial.

• Proceso de desarrollo de Paleokarst– Las rocas solubles expuestas en

estos paisajes antiguos desarrollaranrelieves de karst superficiales y subterraneos.

– Estos relieves seran llenados y enterradoss con la sedimentacion re-comience y el relieve antiguo escubierto por cuencuassedimentarias..

– En caso luego es su historialgeologico estas cuencassedimentarias son elevadas y erosionadas, es probable que los karsts enterrados en los margenes de las cuencas sean re.-expuestos y sujetos a una karstificación y unaposible exhumación/reactivación

Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Proceso de disoluciónConceptos de Paleokarst

regresión

Transgresión

karst

karst

karst

Paleokarst• Enterrar bajo una cuenca

sedimentaria o enterrar y llenarcon lava no le pone fin al Karst por siempre. – Exhumación se utiliza para

describir el proceso por el cual los sedimentos de llenado y los sedimentos paracubrir son removidos de un rasgo cárstico, particularmente una caverna o dolina, y

– Reactivación es utilizadopara indicar que los procesoskarsticos han recomenzadoen un rasgo que estuvoausente por un periodo de tiempo considerable.


Proceso de disolucionExhumacion y reactivacion de

Paleokarstregression

transgression

karst

karst

karst

Folding

Superficiemeteorizada

Potential for very deep paleokarstreactivation parallel to bedding planes

• El plegamiento regional puede exponercompletamente las rocas carbonatadas karsticassubyacentes y el paleokarst puede reactivarse.

• La reactivacion se pronunciará a lo largo de los ejes anticlinales.

• Por lo tanto, las profundidades del Karst puedenser cientos de metros ya que la karstificación ocurrirá paralelamente a los planos de estratificacion que son verticales.

• Puede tener implicaciones serveras en la profundidad del Karst y confinamiento de los desechos de mina.

PaleokarstHydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Dissolution ProcessTectonicos, Exposicion de Paleokarst

y potencial para karst profundo!!

Conduit Development Sequence in Alpine Terrain

Chimeneacárstica

Chimeneascársticas

Sistemajoven de

karst

Sistemaantiguo de

Karst

Sistema de Karst bien

desarrollado


Desarrollo de caverna y conductosElevación y desarrollo de Karst

Canada’s Deepest Caves

Vancouver IslandBC3122340Glory 'ole10

RockiesBC318890Ptarmigan Cave9

Vancouver IslandBC35310531Arch Cave8

Vancouver IslandBC36612315Weymer Cave System7

RockiesAB38420357Castleguard Cave6

RockiesAB/BC38913812Yorkshire Pot5

Vancouver IslandBC4168311Thanksgiving Cave4

RockiesBC472970Close To The Edge3

RockiesBC5001821Heavy Breather2

RockiesBC5363496Arctomys Cave1

RegionProvincia

Profundidad(m)

Longitud (m)CavernaNumero

Las cavernas mas profundas en Canada oscilan entre 300 m a 500m


1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDepth of Karst

e.g. Canada’s Deepest Caves



Ejemplo en Perú: Sima Pumacocha

Sima Pumacocha, DistritoYauyos,

Peru

• Sistema de cavernacarbonatada masprofundo de Sudamérica

• Ubicado cerca a la mina Yauricocha, Perú

• Sima (chimenea)tieneuna profundidad de 282m y está conectadacon sistemas de cavernano saturadosextendiendose a un total de 638m

• Columnas de agua acida(Laguna Pumacocha)

base (638m)

Entrada (0m)

Sima Pumacocha, Distrito Yauyos, Peru

Another example of a deep phreatic level

Karst profundo no saturado escomun en varias partesdel mundo, por ejemplo, en KaninSlovenia, los nivelesfreáticosexcedenprofundidadesde 1500m



Otro ejemplo de un Karst profundo

Karst FactsMovimiento del aguasubterranea en Karst

RechargeKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Movimiento del agua subterranea en KarstTipos de Recarga

1. Recarga alogenicaconcentrada de arroyo

2. Recarga alogenicadifusa a traves de rocasuperficial permeable

3. Recarga autogénicaconcentrada de depresiones cerradas

4. Recarga autogénicadifusa

5. Flujos de vadosaintegrados

6. Arroyo de percolacion

12

34

56

Roca de superfiice(low K)

Epikarst Concepts • El Epikarst I es la capa superior de

la roca carbonatada con unaconcetración alta de Karstificaciontambien conocido como Zonasubcutánea.

• Usualmente tiene una cobertura de suelo escasa o limitada por esoincrementa el potencial de infiltracion y la vulnerabilidad del acuifeor a contamiancion.

• Permite una infiltracion rapida y un almacenamiento de corto plazo de una gran cantidad de recarga.

• Tipicamente seco durantetemporadas secas extremadamenteimportante durante la zona de lluvias para transportar aguas de lluvia.

• Bajo la capa de epikarst, los ragosde solucion son menos frecuentes.

• La capa de Epikarst en Peru es de 1 a 10m de espesor.


Movimiento de agua subterranea en KarstEpikarst

Epikarst “Funnel”

Zona de Epikarst

Zona de transmision


Movimiento de agua subterranea en KarstEpikarst

Extremadamente bien drenado!

a) Acuifero de arena uniformeb) Roca fracturada

c) Rocas con grandes fracturasd) Calizas cársticas

Homogenea e isotrópica Ligeramente homogenea e isotrópica

Heterogenea e isotrópica Altamente homogenea e isotrópica

Movimiento de agua subterranea en KarstTipos de Acuiferos

Flow and Storage in Carbonate Aquifers

KARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Movimiento de agua subterranea en KarstFlujo de conducto o flujo

• El flujo varia entre los conductos y las difusaspartes finales, con un flujoocurriendo en lasfracturas ajustadas, planos de fracturas y de estratificacion, donde lasvelocidades on menores y el flujo obedece a la leyde Darcy.

• La ley de Darcy’s es unaformula derivada para el flujo de los fluidos basadoen que el flujo es laminar (no ocurre mezcla) y quela inercia puede olvidarse.

Flujo difuso – La ley de Darcy obedece

Flujo de conducto – turbulento

Extreme Complexity

¿ Que es lo que causa la complejidad?• El Karst es heterogeneo y anisotrópico• La ubicacion de las grietas del Karst y conductos estan

generalmente bajo superficie• Fuerte interaccion entre los sistemas de agua superfificial

y agua subterranea; produce oscilaciones altas y rapidasdel agua subterranea

• Un transporte de agua subterranea turbulento, muyrapido comparado a otros tipos de acuifero

• Las areas de captación del agua subterranea a manantiales cársticos pueden ser muy diferentes a lascaptaciones del agua superficial.


Movimiento de agua subterranea en KarstExtrema Complejidad

Ground Water Catchment ConceptKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Movimiento del agua subterranea en KarstConceptos de Captaciçon GW

MAIN SPRING

Movimientodel aguasubterranea

Movimientodel aguasuperficial

Boyle County Kentucky, USA

12

3

Cuenca agua subterránea

Flow in Karst

• Las velocidades del flujo en conductos son generalmente suficientes para llevar el sistema a un regimen turbulento. Velocidades de Kilómetros por diase han observado.

• El contraste de la velocidad entre las partes menospermables y mas permeables del mismo acuiferopueden ser 10 ordenes de diferente magnitud.

• Worthington (1999) ha calculado que mas del 90% del flujo en una seleccion de acuifero cársticos es lo que el llama el sistema “canal”.

• Es una falacia comun asumir que si una escala sobre un volumen suficiente del acuifero, entonces las fracturas y conductos se promediaran y el acuifero, puede volversea caracterizar por una conductividad hidraulica unica. Esto no funciona. El contrate en la velocidad y flujo esmuy extrema.


Movimiento del agua subterranea en KarstVelocidades del agua subterranea

Susceptibility to Contamination

• El Karst transmite el agua en vez de tratar el agua ¿por que?– La roca no es pororsa como el suelo; menos area superficial

para migroorganismos naturales.– Una rapida infiltracion reduce el tiempo de evaporacion.– Los suelos carsticos son muy delgados para una atenuacion

efectiva o una restriccion fisica.– Conductos abiertos permiten que las particulas entren en el

sistema cárstico (ej: relaves)– Solo una dispersion hidrodinámica y procesos de dilucion

reduciran las concetraciones de un contaminante en particular.– La bacteria y los viruses pueden sobrevivir hasta 100 dias en el

agua subterranea ej: salmonela y E.Coli. El tiempo de circulacion en la mayoria de acuiferos cársticos es de <100 days.

– La mayoria de metales disueltos, sulfato y nitrato no atenuaranantes de la descarga en los manantiales.

Mine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDesarrollo de mina en terrenoscársticos Susceptibilidad a la

Contaminación

Fate of Metals in Karst Aquifers• Transporte de metal:

– En Perú. La mayoría de Karst es encontrado en la superficie con un espesor limitado de suelo asi que el potencial de atenuacion debido al flujo difuso a traves del suelo es limitado.

– Cuando existe una infiltracion rapida en la subsuperficie, solo los procesos de dispersion hidrodinamica y de dilucion reduciran lasconcentraciones de un contaminante en particular.

– Metales (ej. cromo, níquel, cadmio, mercurio, y plomo) tienden a precipatarse como hidroxidos y carbonatos en el ph neutral, agua ricacarbonatada del acuifero cárstico, limitando la concentracion de los iones del metal en aguas cársticas a valores bajos. Sin embargo, en todos los casos, en los valores de pH y CO2 de agua cárstica, el equilibrio de la solubilidad del metal esta´ra por encima de los estandares de agua potable. the equilibrium metal solubility would be well above drinking water standards. ES IMPORTANTE tomar lasmuestras de los metales totales y disueltos de los manantiales!!!

– Flujos episodicos. Los contaminantes pueden fluir fuera del acuifero o con el tiempo los contamianntes pueden salir de los poroso o fracturasde los acuiferos.

Mine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Desarrollo de mina en terrenos cársticosDeposicion de metales en acuiferos

cársticos

Karst FactsDesarrollo de minas en terrenos cársticos

Mining Issues Related to Karst

1. Alto potencial de ingreso de aguasubterranea al tajo abierto o tuneles.

2. Subsidencia superficial causado por el colapso del desarrollo de sumideros y cavernas.

3. La contaminacion de acuiferos y manantiales cársticos de botaderos.

KARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDesarrollo de mina en terrenos

cársticosTemas principales

Mine Waste and Karst

• Las areas de relaves y de botaderos estandepositadas en los valles de la montañaque contienen calizas carsticas, prinicpalmente debido a las limitaciones de propiedad o limitaciones geologicas.

• Esto pone a los acuiferos locales (y potencialmente regionales) en riesgo de contaminacion.

• Las comunidades andinas que se encuentran alrededor de las areas minerasdependen de los manantiales y del flujo de los arroyos asociadco con estos acuiferopara obtener agua potable o agua de irrigación..

• Potenciales temas ambientales de lasareas de almacenamiento de botaderos en cualquier tipo de terreno incluye:

– Mobilizacion de metales pesados debido a una generaciaon acida de sulfatos,

– Incremento de nitrato, rigidez, y concentraciones de sulfato en el aguasubterranea y agua superficial.


Desarrollo de mina en terrenas cársticos yAreas de botaderos

Karstic Limestone Ridge

Karstic Limestone R

idge

Limestone within Surrounding Ridges

• Las areas carsticas representancondiciones poco favorables paracontencion de botaderos, ya que hay un alto riesgo de perdidas de filtracion.

• Varias formaciones de caliza cárstica en Peru tienden a resistir a la erosion formando crestas bien definidas en todala Cordillera.

• Formaciones adyacentes o subyacentesde baja permeabilidad no son seguras sidrenan haci el acuifero cárstico.

• Se encuentran tres panoramas tipicos1. Caliza poco profunda profundizandose en

rocas no cársticas2. Caliza mas inclinada profundizandosde en

roca no carstica3. Caliza inclinada profundizandose entre

rocas no carsticas

Mine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDesarrollo de mina en terrenos

cársticos y de botaderos

Deposito de relaves

No Cárstico

Karst

Calizas moderadamente inclinidas en la cresta sobrerocas de baja permeabilidad

Esquema A: superficie freática antes de la deposicion de relaves y patrones de flujo

Rocas no carbonatadas, de baja permeabilidad, moderadamente inclinadas

Desarrollo del conducto a lo largo del contacto

Superficiefreática

Chimena cársticaCaliza cárstica


1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDesarrollo de mina en terrenos

cársticos y botaderos


Esquema B: Patrones de flujo al final de la vida de la mina, con un deposito de relaves saturado. Perdidas significativas al acuífero cárstica

impactando adyacente al valle del rio.

Depósito de relaves





Esquema C: Patrones de flujo al final de la vida de mina con un depositode relaves modificado con un sistema de cobertura o drenaje

subterraneo. Mantenerse fuera del karst y utilizando cimentaciones de ingenieria reduce el potencial impacto.

Dam

Deposito de relavesmodificado

Lining or underdrain




Caliza de pronunciada pendiente entre dos rocas de bajapermeabilidad

Esquema A: superficie freática antes de la deposicion de relaves y patrones de flujo: Alta variabilidad de la superficie freatico debido al

drenaje en la base de las chimeneas profundas

Phreatic Surface

Steeply inclined, low-permeability, non-carbonate rocks

Deep Karst shafts Karstic Limestone


1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDesarrollo de minas en terrenos

cársticas y botaderos


Esquema B: Patrones de flujo al final de la vida de mina con un depositode relaves saturados y sin revestimiento. Perdidas significativas al

acuifero cárstico impactando potencialmente en manantiales carsticosregionales.




Deposito de relaves


Esquema C: Patrones de flujo al final de la vida de mina con un depositode relaves modificado con un sistema de cobertura o de drenaje

subterraneo. Mantenerse fuera del karst y utilizando cimentaciones de ingenieria reduce el potencial impacto.

Modified Tailings Impoundment

Dam

Lining or underdrain




Caliza

relaves

lagunaDique

Low K limos lacustresLacustrine Silts

Karstic Limestone Outcropping

Mod K Fluvial de arena y gravaSand/Gravel

Capa enterradade epikarst o paleokarst

Karst Connection with Valley AquiferLimestone within Surrounding RidgesMine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs

1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren FieldDesarrollo de minas en terrenos cársticas

Conexion con los sedimentos aluviales

Karst FactsInvestigaciones

de campo cárstico

Karst Aquifer ConceptKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Movimiento de agua subterranea en KarstObjectivo – Conceptos de construccion

Key to Understanding Karst Flow

• Identificacion de unidades carbonatadas queprobablemente contengan rasgos cársticos

• Identificacion de rasgos cársticos principales en la superficie.

• Determinación de la profundidad del epikarst• Profundidad de Karstificación• Ubicación de areas de descarga de manantiales• Distribución de la conductividad hidráulica y

piezométrica


Movimiento de agua subterranea en KarstTareas claves de Investigacion

Karst FactsInvestigaciones de campo por Karst

Metodos de mapeo de campo

Phase I: Reconnaissance Mapping

• Realizado en areas quetengan formacionescarbonatas con el propósito de:– Indicar que en el area

subyacente propuestapara botaderos tieneKarst;

– Tener la idea de la escala de el karst tantovertical como lateral.

Another example of a deep phreatic levelWhy is karst depth important?Limestone within Surrounding

RidgesMine Waste and KarstKARST CONDUIT NETWORKSKey to Understanding Karst FlowEpikarst Concepts Hydrothermal KarstPure Water Cannot Make KarstTravertine and Tufa DepositsTypes of Springs1. Free DrainingGrikes / Fault SolutioningKarren / Karren Field

Investigaciones de campoFase I: Reconocimiento

Phase II: Field Mapping• Objectivos

– Delinear los limites geologicos de la unidadde karst y su distribucion tridimensional;

– Determinar la extension regional de la captacion de karst;

– Localizar e identificar los principales rasgoscársticos superficiales;

– Localizar e identificar las principales areas de descarga del manantial;

– Determinar el grado del desarrollo del epicakarst y la rigidez superficial;

– Considerar el potencial de aperturassubsuperficiales debajo del horizonte del suelo;

– Definir los poligonos de karst y los tasan parael potencial de vulnerabilidad de karst;

– Considerar el estudio de trazadores y diseñogeneral;

– Identificar cualquier riesgo geomórfico quepodría impactar en la unidad cárstica.



Investigaciones de campoFase II: Mapeo de campo

Karst FactsInvestigaciones de campo por Karst Investigaciones detalladas en

campo

Phase III Karst Investigation

• Extension de la investigacion de la fase II considerandolos siguientes metodos de investigacion de campoi:– Mapeo detallado alrededor de rasgos cársticos principales– Geofísica para identificar las cavernas subsuperficiales;– Mapeo subsuperficial de rasgos cársticos principales– Perforacion y logueo de perforacion– Instalacion de piezometros enfocándose en las estructuras y en

los rasgos cársticos principales– Estudios con trazadores– Química de manantial y analísis hidrográfico

Phase II: Field MappingAnother example of a deep phreatic levelWhy is karst depth important?Limestone within Surrounding


Investigaciones en campoFase III: mapeo detallado

Karst InvestigationsKarst Investigations

Medidas de laboratorio en muestras de testigo

Registros de perforacion/geologicos

Geofísica de perforacion

Pruebas hidráulicas de pozo unico

geofisica de la perforacion

Datos hidráulicos de un grupo de pozos

Observaciones en Minas y Cavernas

Geofisica superficial

Prueba de trazadores

Mapeo geológico

Medidas satelitales /Airborne/

<1 m2<10 m2Up to 1ha< 500 ha> 500 ha

MuestrasCerca a campoLocalRegionalMétodo de

investigacion



Investigaciones cársticasEscala de investigacion

Lejos del campo

Geophysics: Investigating Voids/Sinkholes

Secundario - PrimarioElectrical D.C.

SecundarioRefraccion sismica

PrimarioGravedad

PrimarioRadar

PrimarioElectromagnetico (EM)

seleccionMétodo



GeofísicaInvestigacion de vacíos y

sumideros

Karst Investigations Karst Investigations –– Surface GeophysicsSurface Geophysics

Cavidadespotenciales en planos paralelosal perfile (β)

Courtesy of Geoline S.A.

Ground Probing Radar (GPR)Ground Probing Radar (GPR)

Cortesia de Geoline S.A.

Most of the surface geophysical methods can be successfully applied to detecting or mapping fractures and cavities. Typically need a combination of methods to properly assess karstic terrain.



GeofísicaRadar de exploracion de suelo (GPR)

Karst Investigations Karst Investigations –– Surface GeophysicsSurface GeophysicsEM and Gravity SurveysEM and Gravity Surveys

25400

Gra

vity

(m

Gal

)

PinnaclePinnacle

Depression

-95.90

-96.00

-96.10

-95.9026400 26200 26000 25800 25600

Microgravity Data

PinnaclePinnacle

Depression

Con

duct

ivity

(m

S/m

)

0

20

60

40

Dissolution Cavity Zone

Residual Clay Soil (0-20 m thick)Weathered

Limestone

UnweatheredLimestone

GeologyPerched water table

EM-31 Data

EM-31



GeofísicaEstudios EM y gravidad

Drilling in Karst Terrains

• La perforación es la unicamanera de determinar::– Profundidad de las

superficices freáticas y piezométricas,

– Profundidad de la zonaepikarst

– La presencia de cavernas• Existe dificultad para

determinar la profundidadultima del Karst perforandodebidoal pequeño radio de vacio con respecto a la roca y por su extrema complejidad(es como encontrar una agujaen un pajar)



Investigaciones de campoProgramas de perforación

Drilling: Spatial Sampling Estimate Problem

• Ejemplo: 10m de objetivo(ej: suministro) dentro de unahectarea

• 100% de probabilidadnecesita 100 pozos

• 50% de proabilidadneceista 50 pozos, etc.

• La geofísica de la tierrapuede ayudar a identificarlas areas de suelosprofundos seguido de soil stripping y analisisestructural

• Leccion: un mapeodetallado es esencialantes de perforar!!

100999897969594939291

90898887868584838281

80797877767574737271

70696867666564636261

60595857565554535251

50494847464544434241

40393837363534333231

30292827262524232221

20191817161514131211

10987654321

100m



Investigaciones de campoPrograma estimado de

muestreo espacial

TARGET

100m

Phreatic and Piezometric Surfaces in Karst Terrain

Superficie freática verdaderaSuperficie piezométrica



Investigaciones e campoMapeo superficial piezometrico

Piezómetros multi-level son esenciales para proveer gradientes verticales

Instalar tuberias de tipo vertical unicasda una superficie freática falsa

Ejemplo AntaminaPerforacion y monitoreo

de la instalación de pozos

Dam D

N

Quebrada Antamina

Laguna Llaquirccocha

0 1km

4280 masl

4300 masl4080 masl

+

++

+

+4000 masl

CaptaciónVallecito

4900 masl

Vallecito Thrust Fault

Calizacárstica

Caliza cárstica

Quebrada Antamina

Manantial Chipta

Ore Stockpiles

Fallas de planoestratificado

Vertical drill holeInclined drill hole

Valle Vallecito

Evans y Letient (2004)

Antamina – Niveles piezométricos• Los niveles

piezometricos son necesarios para definir la direccion del flujo del agua subterraea en los alrededores de los botaderos.

• Se debe tomarprecausión al momentode evaluar los datos

Evans y Letient (2004)

• Realizado solo por profesionales speleologisticos !!• E.g. Sima Pumacocha

Phreatic and Piezometric Surfaces in Karst TerrainPhase II: Field MappingAnother example of a deep phreatic levelWhy is karst depth important?Limestone within Surrounding


Investigación de campoMapeo de vacío

Dye Tracing

• Para trazar agua superficial y subterranea se requier etiquetar “el flujo del agua con una substancia de indentificacion conocida comotrazador para luego ser detectada en un punto distante.

• Utilizar uno o mas tinturafluorecentes que son introducidas en siito de recarga (ej: arroyo de filtracion) y luego seguido a traves de los puntos de muestreo y en distintospuntos de recarga (ej: manantiales).

• Metodologia aceptadainternacionalmente para evaluarsistemas hidrologicos cársticos en terrenos montañosos; sin embargo, las agencias regulatorias en Peru no la entienden muy bien.

Phreatic and Piezometric Surfaces in Karst TerrainPhase II: Field MappingAnother example of a deep phreatic levelWhy is karst depth important?Limestone within Surrounding


Investigaciones de campoTrazador de tinte

• Método de investigación mas rentable• Determina:

– Extension probable de la zona de captura;

– Las areas de descarga y recargaprincipales;

– La ubicación y conectividad de conductos subsuperficiales (o ruta del flujo de agua subterranea); y

– La respuesta del flujosubsuperficial/tiempo de tránsito.

• Tipo de trazadores utilizados:– Sodio fluorecente, eosina, rhodamina

WT, sulforhodamina B, amidorhodaminaG, pyranina, naptoniato de sodio y tinopal.

– Sales y otro tipo de trazadores tambiénse usan

• Esta prueba debe realizarse porpersonal capacitado y experimentado

Dye TracingPhreatic and Piezometric Surfaces in Karst TerrainPhase II: Field MappingAnother example of a deep phreatic levelWhy is karst depth important?Limestone within Surrounding


Investigaciones de campoTrazador colorante

San Vicente Mine (fluorescein trace)

• Generalmente, para sistemas de karst la sustancia trazadora es inyectada directamente en un sumidero o un arroyo que se cree estaconectado con el sistema de conductos cársticos.

• Los sumideros y arroyos de inyeccion estandirectamente conectados al sistema de “tuberias”subsuperficiales de un acuifero cárstico. Las perforaciones y pozos, en general, rara vez estánconectados con el sistema de flujo subsuperficial.

• Antes de inyectar el trazador se debe introduciruna cantidad substancial de agua dentro del sumidero o pozo de monitoreo (esto no esaplicable en caso de arroyo de inyección). Este flujo de agua ayuda limpiar cualquier residuo en las cavidades y a lubricar el sistema.

• La mezcla trazador/agua es echada en el puntode inyección.

• Una gran cantidad de agua adicional (ej:, 3000 gal.) es inyectada luego de inyectar el trazadorpara que el trazador fluya. El agua adicionalayuda a prevenir que el trazador se quedeestancado en `poros y otras obstrucciones.

Investigaciones de campotrazador colorante – Inyección

Inyeccion en la chimeneacárstica Antamina

¿Cómo se monitorea?– Fluorometros de campo con registrador automatico

de niveles de agua (muestreo contínuoproveyendo curvas y analisis cuantitativos

– El muestreo de agua y subsecuente analisis de laboratorio (muestreo discreto) proporciona un BTC menos detallado pero mas confiable y masapropiado para pruebas de trazadores multiples

– Carbon activo (muestreo integrado): –es unamuestra economica y practica para monitorearmultiples puntos de descarga

• Estos mustreadores absorben y retienen los trazadores con colorante utilizados en la investigacion, y por lo tanto servir comomuestreadores continuos.

• Es mas apropiado para ubicaciones remotas y poco accesibles donde el equipo no puede ser tan facilmente movido.

• Colectado generalmente en intervalossemanales o mensuales o diariamente en sistemas muy rápidos

• Cualitativo – proporciona una respuestapositiva o negativa si el trazador viaja a unaubicacion o no.

Dye TracingPhreatic and Piezometric Surfaces in Karst TerrainPhase II: Field MappingAnother example of a deep phreatic levelWhy is karst depth important?Limestone within Surrounding


Investigaciones de campoTrazador colorante - Monitoreo

Permite medir 3 trazadores en forma simultánea y turbidez

Colocando un muestreador de carbon en el arroyo

Fluorometrode GWI

Antamina Dye Traces

relaves

Valle Ayash

Tajo abiert

o

Laguna Llaquirccocha

Stockpiles

0 1 2

km

N

Calizacárstica

Calizacárstica

Valle Callapo

Mill

Camp

Antamina Valley

Tucush Dump

Botaderoeste

Botaderooeste

Vallecito Valley

ManantialChipta

Chimeneacárstica

Chimeneacárstica

Chimeneacárstica

pozosumidero

Sitio de introduccion de fluoresceínaSitio de introduccion de rhodaminaSitio de introduccion de eosinaUbicacion de monitoreo de carbon

Tinte detectado

Karst FactsEvaluación de vulnerabilidad

cárstica

• Potencial de Karst = término utilizado para proveer unaindicación de donde el karst puede ocurrir y que nivel de desarrollo de karst puede anticiparse.

• Vulnerabilidad de Karst = se define como “la susceptibilidad de un acuifero kárstico debido a lasinfluencias realizadas por el hombre (ej: desarrollo de mina). Es una función de sus caracteristicas inherentesy sensibilidad.– Vulnerabilidad Intrínsica toma en cuenta las caracteritiscas

hidrogeologicas de un area, pero es independiente de la naturaleza de los contaminantes.

– Vulnerabilidad especifica ademas toma en cuenta laspropiedades de un contaminante particular y la potencialatenuacion de los contaminantes especificos de importancia.

Conceptos de vulnerabilidad

Las tres respuestas que un usuario de agua debe teneren caso de unacontaminación accidental en la captación

1. ¿Cuanto tiempo toma que la contaminacion llegue al objetivo?

2. ¿a que nivel de concentracionel objetivo será contaminado?

3. ¿Cuánto tiempo durará la contaminación?

Conceptos de vulnerabilidadderivados del potencial de

contaminación

¿Que son los mapas de vulnerabilidad, riesgo y peligro?

• El mapa de vulnerabilidaddemuestra la sensibilidad delagua subterranea a la contaminacion (sistema natural).

• El mapa de peligros identifica las areas susceptibles para la liberacion de contaminantes ej: botaderos, relaves, estacionesde gasolina, rellenos etc.

• El mapa de riesgos demuestra el riesgo del agua subterraneasiendo contaminada por la liberacion de contaminantes de areas potencialmente peligrosas.

Mapas de vulnerabilidad, riesgo y peligros

O map

C map

Vulnerability map

HM

E

M

L

• El método que se aplica con más frecuencia es el método DRASTIC, desarrollado por la US EPA (ALLER et al.,1985). DRASTIC significa:

– D – Profundidad al nivel freático– R – Recarga neta– A – Medio del Acuífero– S – Medio del Suelo– T - Topografía– I - Impacto de la zona vadosa– C – conductividad hidráulica del acuífero

• El potencial general de contaminación o “índice DRASTIC” se establececon las siguiente fórmula:

Contaminación potencial = DR*DW + RR*RW + AR*AW + SR*SW + TR*T + IR*I + C*C donde : R – valoración y W - peso.

Este método tiene algunas limitaciones cuando trata con acuíferos cársticos(profundidad al nivel freático no es tan importante y no incorpora factoresde recarga alogénica)

Metodo DRASTICmetodo inicial para evaluar la

vulnerabilidad del acuifero

Método Europeo de CostoAcción 620

nuevo método enfocado en acuíferoscársticosEl origen es el sitio asumido donde

se liberó el contaminante, generalmente la superficie de la tierra.

Se asume que la ruta del contaminante es hacia el objetivo

El objetivo es el agua, el cual debeser protegido, ya sea todo el acuífero (recurso) o sólo la el pozo de abastecimiento de agua o manantial (fuente)

COP Method or

COPK Method ?

• Capas subyacentes (O) – espesor y propiedadeshidráulicas de todas las capas entre la superficiedel agua subterranea

• Concentración de flujo (C) – flujo superficial y subsuperficial en las cuencas de arroyos ciegos, los cuáles atraviesan las capas suprayacentes.

• Precipitación (P) – cantidad, intensidad y variabilidad temporal de precipitación/recarga

• Desarrollo de la red cárstica (K) – grado de carstificación del acuífero.

Factores relevantes para la vulnerabilidad intrínsica

(Método Europeo)

Data Processing Using GIS

• ¿Que es GIS?: – Un sistema de

información geográfico– La ciencia y la tecnologia

de juntar, analizar, interpretar, distribuir y utilizar datosgeoespaciales.

– Herramienta de comunicación

– Herramienta para predecirun modelamiento

– Filosfía de que la ubicación es importante

Procesando datosusando GIS

Mapa de vulnerabilidad

Rojo = extremo

Naranja = muy alto

Amarillo = alto

Verde = mediano

Cyan = bajo

GIS basado en la evaluación de vulnerabilidad

Extremo = acuiferosaluviales no confinados o karst

bajo= intrusivos/ arcillas de permeabilidad baja

Ejemplos

Peligros, son potenciales fuentes de contaminación, ej:eluso de tierras que amenazan la calidad del aguasubterránea

• Puntos peligrosos: tanques sépticos, estaciones de gasolina

• Peligros en línea: calles, tuberías• Peligros difusos: areas de relaves y botaderosCaracterizado por:• Tipo y toxicidad del contaminante (calidad)• Carga potencial del contaminante (cantidad)• Probabilidad de contaminación (temporal o permanente)

Mapeo peligroso

Riesgo = Probabilidad de un hecho x dañopotencial

El riesgo de contaminación del agua subterraneadepende de:

• El peligro: calidad y cantidad del contaminante.• La vulnerabilidad instrínsica o específica del

recurso de agua subterránea o fuente• Las consecuencias potenciales de un evento

contaminante, el cuál puede modificar el valor delagua subterranea

Mapeo de riesgo de aguasubterránea

Ngu

yet &

Gol

dsch

eide

r (in

pre

ss)

Mapa de vulnerabilidad, peligro, riesgo

Mapa de riesgo –producto finalHerramienta para los planificadores de mina para determinar lasmejores areas paradepositar los desechos de mina para proteger los recursos de aguasubterránea

Karst FactsGraciasPreguntas

tema 6- karst hydrogeology presentation-esp final

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