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Relaciones de dependencia entre parámetros geofísicos medios regionalizados e hidrodinámicos en acuíferos cársicos, estudio de caso

Resumen: En este artículo mediante un desarrollo teórico sencillo, el autor establece la existencia de relaciones de proporcionalidad entre determinadas propiedades geoeléctrica de los acuíferos, como la resistencia transversal (RT) y la conductancia longitudinal...

Publicación enviada por Lic. Etna Maria Aladro Pérez




 


“Relaciones de dependencia entre
parámetros geofísicos medios
regionalizados e hidrodinámicos
en acuíferos cársicos.
Estudio de caso”.

RESUMEN
En este artículo mediante un desarrollo teórico sencillo, el autor establece la existencia de relaciones de proporcionalidad entre determinadas propiedades geoeléctrica de los acuíferos, como la resistencia transversal (RT) y la conductancia longitudinal (S) y algunas de sus propiedades colectoras. El establecimiento de estas relaciones asegura un paso de avance más, en el establecimiento de los métodos geofísicos eléctricos de superficies, como buenos estimadores de las propiedades colectoras de los acuíferos, asegurando de este modo un alto nivel de información, confiabilidad y reducción de los costos de investigación; como se muestra en este trabajo, donde el procedimiento fue aplicado a un caso real de estudio en las rocas carbonatadas del Neógeno, al noroeste de la ciudad de Holguín, con vista a garantizar nuevas fuentes de abasto a la fabrica de cerveza Bucanero S.A.

Palabras claves: Resistencia transversal, conductancia longitudinal, factor de formación, Proporcionalidad, permeabilidad intrínseca, conductividad hidráulica, transmisividad.

Title: Dependence relationship betwin mean regionalizate geophysic parameters and hydrodinamics in karts aquifers. case of study

ABSTRACT
In this article, the author trough a theorist development,

“Relaciones de dependencia entre
parámetros geofísicos medios
regionalizados e hidrodinámicos
en acuíferos cársicos.
Estudio de caso”.


INTRODUCCIÓN
Numerosos investigadores, desde hace muchos años han estado trabajando con la finalidad de utilizar los métodos geofísicos para predecir el comportamiento de las propiedades hidrodinámicas de los acuíferos, entre estos se pueden citar los trabajos de Jones y Bufford (1951), Key y McCary (1971) y Brown (1988), entre otros.

La búsqueda de relaciones de proporcionalidad entre parámetros geofísicos y las propiedades colectora de los acuíferos resulta de gran importancia para el estudio de estos; de ahí que a lo largo de estos años, diferentes autores hayan introducido numerosas metodologías que relacionan de diferente maneras a estas propiedades a partir de ecuaciones empíricas, como la desarrollada por Gómez Rivero (1979) y aplicada con buenos resultados por García (1996), en la determinación de de la permeabilidad de rocas vulcanógenas-sedimentarias.

Sobre la base de trabajos de otros investigadores; Mazac y Landa (1985), definieron las relaciones existentes entre algunos parámetros geoeléctricos y las propiedades hidráulicas de las rocas, reconociendo que en dependencia del tipo de acuífero así serian las relaciones de proporcionalidad, inversa o directa entre estos parámetros, destacando a su vez que tales correlaciones, dependían en gran medida de la escala de los trabajos y de otros factores.

Katsume y Hume (1987), comprobaron que relacionando los factores de formación obtenidos de los registros de corriente directa y de los registros de densidad se podía estimar la conductividad hidráulica. Además lograron establecer una ecuación de regresión que relaciona la transmisividad obtenidas de pruebas de bombeo, con la razón de dos factores de formación en un acuífero asociado a un intrusito de granito en Canadá.

“Relaciones de dependencia entre
parámetros geofísicos medios
regionalizados e hidrodinámicos
en acuíferos cársicos.
Estudio de caso”.


Así mismo, Valcarce (1995) estableció una correlación empírica entre la velocidad de flujo y los parámetros geofísicos de pozos en la cuenca sur de la Habana, que sirvió de base para definir un modelo hidrogeofísico para dicha cuenca (Valcarce et. Al 1999), en la que se aprecia determinada relaciones de correlación entre los parámetros geoeléctrico del acuífero y sus propiedades hidrodinámicas que permiten confirmar que a pesar de de la marcada heterogeneidad y anisotropía de este acuífero, existe una componente estructural que permite explicar la variabilidad de los parámetros geofísicos de los pozos y de los hidrodinámicos.

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, la existencia de correlación positiva entre la conductancia y la transmisividad del acuífero, así como que ambos presentaban una distribución estadística de probabilidad log-normal, se decidió aplicar el método de Uvarov para el pronóstico de la transmisividad comparándose con el resultado de las pruebas hidrogeológicas en los pozo, obteniéndose resultados dentro de márgenes de error aceptables, lo cual permitió considerar que la conductancia es el parámetro mas eficiente para explicar el comportamiento de la propiedades hidrodinámicas de los acuífero.

Como se puede apreciar todas las relaciones propuestas hasta el presente se fundamentan en la existencia de correlaciones estadísticas entre las variables en estudio, que no establecen ninguna relación de dependencia física entre ellas. De manera, que el presente trabajo tiene como objetivo demostrar la existencia de relaciones físicas entre ciertas variables geoeléctricas y las propiedades físicas e hidrodinámicas del acuífero.

I. Características generales del área de estudio.
El área de estudio se localiza a unos 8 km aproximadamente al noroeste de la ciudad de Holguín y alcanza una superficie de aproximadamente 36 km2.

Desde el punto de vista geológico, el área se ubica dentro de la denominada cuenca “Los Arroyos”, perteneciente a la zona estructuro facial “Aura”y a la cuenca superpuesta “Guacanayabo – Nipe”. La tectónica regional esta caracterizada por la presencia de fallas de sobrecorrimientos tectónicos; distinguiéndose además dos sistemas principales de alineamientos tectónicos que prácticamente surcan en toda su extensión a las secuencias rocosas del territorio en las direcciones NE – SW, NW – SE, y E – W.

El acuífero estudiado se desarrolla dentro del complejo rocoso de los sedimentos del Neógeno (N), representados fundamentalmente por las calizas cársicas, porosas, margas y areniscas. Las aguas son hidrocarbonatadas – magnesianas de variada mineralización y resistividad promedio de 6.1 ohm.m.


Figura 1: Ubicación geográfica del área de los trabajos.

De acuerdo con las investigaciones realizadas por Llorens (1984) en un tramo de 27 km2, mediante pruebas de bombeo, el acuífero esta caracterizado por una transmisividad media de 2800 m2/d. La razón de explotación estimada por este autor, fue de 70 l/s, con descensos promedio en la zona de influencia de las tomas de apenas 2.5 m y gastos específicos de 2.8 l/s. El espesor medio del acuífero quedo establecido en los 42 m, mientras que el gradiente hidráulico natural del acuífero fue de 0.0003.

II. Métodos de estudios empleados.
Para este trabajo el área del tramo escogido es de aproximadamente 36 km2 y comprende el área estudiada por Llorens en 1984. En esta se emplearon 65 ptos de SEV distribuidos lo mas regularmente posible y a lo largo de perfiles de orientación N – S.

Para el análisis topoprobabilístico de la variable resistividad obtenida de los sondeos, se utilizó el análisis variográfico. Los resultados alcanzados al estudiar su comportamiento en las dos direcciones principales en que se desarrolla la tectonica del territorio se muestran en la tabla 1. En ella se puede apreciar que la resistividades medias regionalizadas del acuífero y del agua que la satura (24.2 y 6.1 ohm.m respectivamente), presentan un comportamiento anisotrópico según estas direcciones (NE – SW y NW – SE), alcanzando un mayor radio en la dirección NW (1350), una menor varianza y menos anomalías locales (Nugget), lo cual permite suponer la existencias de zonas de mayores acuosidades en esa dirección que en la dirección NE.

Tabla 1. Resultado del análisis variográfico de la resistividad del acuífero y del agua en las dos direcciones principales de la red de agrietamiento.


Para el cálculo de la conductividad hidráulica media regionalizada de acuíferos cársicos a partir de la resistividad del acuífero, Vidal (2001), ha propuesto un método en el que el factor de formación de las rocas saturadas y el espacio poroso efectivo a través del cual se filtra el flujo en el acuífero juegan un papel preponderante en la determinación de la permeabilidad intrínseca.

De acuerdo con esto el factor de formación de las rocas se determina según la expresión:





Tabla 2. Resultado de la evaluación de los parámetros hidrogeofisicos del acuífero. (Vidal 2006)



Los resultados confirman, tal y como se había supuesto por el análisis variográfico, la existencia de una zona de mayor conductividad hidráulica hacia la dirección NW – SE, lo cual es indicativo de una mayor preponderancia del flujo de alimentación que llega al acuífero en esa dirección. Además; se puede constatar, que el valor medio regional que caracteriza la transmisividad del acuífero teniendo en cuenta la anisotropía que loa caracteriza, es de 3682. 35 m2/d, un tanto superior a los encontrados por Llorens (1984), debido al efecto del factor de escala (EFE) que se introduce en las pruebas de bombeo y que aquí prácticamente no afectan la determinación del valor medio de las propiedades físicas del acuífero.

III. Existencia de relaciones de proporcionalidad entre otros parámetros geoeléctricos del medio y las propiedades hidrodinámicas de los acuíferos.
Según se sabe; Orellana (1972), definió dos parámetros geoeléctricos del medio acuífero que han adquirido gran importancia en el estudio de los parámetros hidrogeológicos.

Estos parámetros son:

Con las cuales se demuestra que el factor de formación de un acuífero establece una relación de proporcionalidad directa con su resistencia transversal e inversa con su conductancia longitudinal.

Ahora bien por la ecuación (2.2) ha quedado bien establecido que el factor de formación se relaciona de manera inversamente proporcional a la permeabilidad intrínseca del acuífero; de manera si sustituimos las ecuaciones (3.3) y (3.4) en (2.2) respectivamente se podrá apreciar que;
(

IV. Aplicación práctica de estas nuevas relaciones de dependencia en el tramo evaluado.
Las dependencias (3.3) a la (3.11), fueron aplicadas a modo de comprobación en el tramo de cuenca investigado por Vidal (2006), utilizando las relaciones de dependencia existente entre la permeabilidad intrínseca y el factor de formación del acuífero y cuyo resultados se mostraron en la tabla 2.

Tabla 3. Resultado de la evaluación de los parámetros hidrodinámicos del acuífero según las nuevas dependencias encontradas.


Al comparar los resultados aquí obtenidos con los de la tabla 2, se puede apreciar que con la aplicación de estas nuevas relaciones encontradas, se producen resultados idénticos a los alcanzados por Vidal (2006) utilizando la relación de proporcionalidad entre el factor de formación y la permeabilidad intrínseca.

V. Conclusiones.
El desarrollo teórico aquí seguido y la aplicación práctica de las relaciones de dependencia encontradas, permitió:
1. Demostrar la existencia de relaciones físicas entre la resistencia transversal del acuífero y su conductancia longitudinal, con los parámetros hidrodinámicos de los acuíferos.
2. Dotar a los métodos geoeléctricos de superficies de nuevas herramientas para estimar con un elevado grado de precisión los principales parámetros hidrodinámicos que caracterizan a los acuíferos que abarcan grandes áreas.

BIBLIOGRAFÍA.
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bucanero S.A”.Archivo de la EIPH de Holguín
2. CUADOR J. Q. Y A. QUINTERO (1999). “Análisis estructural. Punto de partida de todo estudio geoestadístico’. Revista Geología y Minería. Vol. XVI, No 3. ISMM. Moa Cuba. Pp. 160 -22.
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4. LEGRÁ L, R. SILVA Y M. A. PUENTES (1998). “Interpretación lineal en Rn a partir de su relación con el Kriging”. Geología y Minería 98. Memorias. Vol. II. Edit. CNIG. Instituto cubano de paleontología. La Habana. Pp. 127 – 129.
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9. VIDAL M. E. (2001). “Evaluación de nuevas Zonas perspectivas de agua subterránea para el abasto a la fabrica de cerveza Bucanero S.A. Utilizando un nueva óptica. Archivos de la UEBPI de Guantánamo.

AUTOR
MSc. Ing. Eugenio Vidal Méndez.

Master en ciencias. Mención geotecnia. Especialista en hidrogeología e ingeniería geológica de la Unidad Empresarial de Base de Proyectos e Investigaciones Hidráulicas de Guantánamo. Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos.

En la actualidad prepara su tesis en opción al grado científico de doctor en ciencia, investigando un nuevo método para determinar la conductividad hidráulica y la transmisividad media de acuíferos desarrollados en rocas de litología compleja, que permita evaluar las zonas mas perspectivas para la explotación de aguas subterráneas dentro de un entorno mas cercano a la realidad física de estos y con menos costos.

Dirección particular: Calle 2 Edificio E apto. 425 entre 3 y 5 Reparto Obrero Guantánamo.
Dirección centro de Trabajo: Agramante # 905 Esquina Emilio Giró. Guantánamo Teléfono y Fax 32 2451.



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