Estudio Geohidrológico del complejo Turístico Isla La Pasión, Cozumel.

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1 Estudio Geohidrológico del complejo Turístico Isla La Pasión, Cozumel. Juan Luis Carrillo de la Cruz 1, *, Saúl Milán Valdés 1 1 Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Ticomán, Instituto Politécnico Nacional * ing.juanxo90@hotmail.com Resumen En el estado de Quintana Roo se encuentra la isla de Cozumel, lugar que alberga el complejo turístico La Pasión. En el presente estudio, se realizó un estudio geohidrológico e hidrogeoquímico dentro de la Isla La Pasión. La isla está compuesta principalmente por materiales del tipo de las arenas no consolidadas y dentro de ella no se encuentran afloramientos de macizos rocosos. Con base a las estaciones climatológicas fue posible obtener y calcular las infiltraciones que se tienen en la isla, mientras que la hidrogeoquímica determinó los valores de elementos químicos del agua, indicando las zonas con mayores concentraciones salinas. Debido a las condiciones únicas de la zona de estudio, la determinación del agua en el subsuelo se realizó mediante Sondeos eléctricos Verticales, determinando la profundidad a la cual se encuentran los diferentes contactos de agua, así como el cambio de litología. Con los datos de los Sondeos Eléctricos Verticales se hizo uno idealizado del comportamiento del flujo dentro de las arenas no consolidadas en la isla La Pasión y de esta manera proponer un sustento hídrico para el complejo turístico. 1. Introducción Las arenas no consolidadas de la isla La Pasión permiten la filtración de grandes volúmenes de agua pluvial. En la zona se encuentra agua con grandes cantidades de sal, siendo de vital importancia el agua que contenga en menor proporción (ppm) solidos totales disueltos. Élagua dulce se encuentra, por diferencia de densidades, encima del agua salada; así que se considera indispensable conocer la zona de interfaz entre elagua salada y dulce. Por medio de una sonda que mide los sólidos totales disueltos en el agua a profundidad se determina el espesor de agua dulce, la línea de interfaz y el espesor de agua salada. El agua infiltrada presenta propiedades que la pueden hacer adecuadas para el consumo humano; debido a que el nivel freático se encuentra a poca profundidad, se hicieron pozos a cielo abierto, donde se analizaron muestras de agua superficiales, al igual que se hizo un pozo exploratorio donde se hicieron los análisis en profundidad, con lo cual se pudo determinar la calidad del agua que se tiene en la isla. 1

2 2. Exploración Geofísica Los sondeos eléctricos verticales se realizaron en la isla, para así poder determinar cual es el punto ideal para perforar el pozo exploratorio y de esta forma obtener las litologías de la zona, así como la zona de interfaz. La localización del SEV se encuentra en la figura 2.1. Figura 2.1. Ubicaciones de Secciones Geoeléctricas, modificado de Google Earth De acuerdo a la interpretación de los datos, se dividieron las diferentes propiedades resistivas en unidades geoeléctricas, las cuales se mencionan en la tabla 2.1. UNIDAD GEOELÉCTRICA RESISTIVIDAD Ω-m ESPESOR PROMEDIO (m) LITOLOGÍA ASOCIADA CARACTERÍSTICAS GEOHIDROLÓGICAS A1 54 A cubierta superficial de arena de playa A2 1 A depósitos de arena de playa y fragmentos de caliche alta permeabilidad alta permeabilidad y presencia de sales B1 16 A depósitos de arena saturados de agua dulce B2 1 A depósitos de arena saturados de agua salada, con 10,000 ppm C1 2 A caliza y/o saskab saturada de agua salada, con 10,000 ppm, permeabilidad media C2 MENORES A 1 BASE caliza y/o saskab saturada de agua salada, con mas de 35,000 ppm y permeabilidad media Tabla 2.1. Unidades Geoeléctricas. 2

3 Aquí se encuentra la descripción en profundidad de las posibles litologías determinadas con las propiedades eléctricas del subsuelo, la figura 2.2 muestra los resultados obtenidos. De igual forma la figura 2.3, que es la sección de isorresistividad aparente ayudo a la interpretación de la sección geoeléctrica. Figura 2.2. Sección geoeléctrica A-A. 3. Geohidrología Figura 2.3. Sección de Isorresistividad aparente A-A. Los fenómenos climáticos en el área de estudio se encuentran registrados principalmente por la estación climatológica Cozumel, Cozumel. De la estación se tomaron los datos de: precipitación media mensual y temperatura media mensual; con los que se calculó el dato de la Evapotranspiración. 3

4 Temperatura en C hp en mm Las lluvias significativas empiezan en Junio, teniendo un descenso durante los meses de Julio y Agosto. Las precipitaciones más fuertes son en Septiembre y Octubre, disminuyendo durante Noviembre y Diciembre, haciendo énfasis que a inicio y a final de año la precipitación es relativamente baja. Dichas variaciones se muestran en la gráfica ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Mes Gráfica 3.1. Hietograma (hp) en milímetros (mm). En la gráfica 3.2 se observan las temperaturas que afectan la zona durante todo el año son similares, y no existe una gran variación entre cada uno de los meses ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic Mes Gráfica 3.2. Histograma de temperaturas Con los datos de temperatura y precipitación se obtuvieron los balances hídricos de la zona, donde para calcular la evotranspiración media anual se uso el método de Thorntwaite. Se va a tener un escurrimiento despreciable debido a la morfología de la isla, ya que esta se encuentra a nivel del mar, además de que los materiales arenosos no consolidados absorben la mayor cantidad del agua de mar. En los meses donde el volumen precipitado supera el volumen evapotranspirado, los valores de infiltración serán nulos. El comportamiento respecto a este fenómeno se encuentra en la gráfica

5 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Lámina de agua en m hp en m3 Uj en m3 Inf en m3 Meses Gráfica 3.3. Balance hídrico en la isla La Pasión ; donde hp es Altura de precipitación, Uj es Evapotranspiración e Inf es Infiltración En el plano idealizado se puede observar el flujo de agua en el subsuelo así como la localización de la zona de interfaz; se muestran las líneas equipotenciales y la superficie donde se tiene la descarga del agua, de igual manera se muestra como el agua dulce por diferencia de densidades se encuentra sobre el agua salada; esto se muestra en la figura Hidrogeoquímica Figura 3.4. Diagrama idealizado de las líneas de flujo y la línea de interfaz A las muestras se les practicó un análisis fisicoquímico en un laboratorio, estas se tomaron de pozos a cielo abierto (PCA) en puntos donde se realizaron los sondeos eléctricos verticales. Los resultados de dichos análisis se presentan en la tabla

6 Coordenadas UTM Muestra Latitud Longitud (x) (y) PCA-1 514, ,020 Cationes (ppm) Na + Ca ++ Mg ++ HCO 3 - Aniones (ppm) SO 4 -- Cl - Dureza STD PCA-2 514, , PCA-3 514, , Tabla 4.1. Resultados de los análisis de laboratorio Para clasificar su origen, y saber que tipos de rocas se está lixiviando con el agua, se uso la clasificación de Alekin, así como los Solidos Totales Disueltos (STD) obteniendo los siguientes resultados: Para las muestras de agua del PCA-1 y PCA-3 de acuerdo a la clasificación de Alekin, es un agua bicarbonatada cálcica tipo I ( ), Siendo así aguas de reciente infiltración provenientes de origen meteórico, almacenadas en el estrato arenoso no consolidados, en estos casos corresponde a un agua dulce con ppm y ppm de Sólidos Totales Disueltos (STD) respectivamente. La muestra de agua del pozo del PCA-2 de acuerdo a la clasificación de Alekin, es también un agua clorurada sódica del tipo II ( ), y su valor en STD es de ppm, por lo tanto son aguas de intrusión marina proveniente del mar, cabe aclarar que el PCA-2 se encuentra cerca de la costa, a diferencia del PCA-1 y PCA-3 que se ubican en medio de la isla. Se realizo el plano hidrogeoquímico de isolíneas donde se ve claramente la distribución del agua en superficie. De las isolíneas más altas a las más bajas se deduce la dirección y éstas van en forma radial, del centro de la Isla La Pasión a la costa como se ve en la figura 4.1 6

7 Figura 4.1. Mapa de isolíneas de los Solidos Totales Disueltos (STD). Modificado de Google Earth. Para un Sondeos Eléctricos Verticales se hizo pozo exploratorio (SEV 4), para así conocer los valores que se tienen en profundidad; de esta forma se determinó el tipo de agua que se tiene según la clasificación de Alekin, que se dieron en relación a la profundidad, además de que se muestra claramente la zona de interfaz (Figura 4.2). Figura 4.2. Interpretación del SEV 4 (sin litologías) En el análisis se observa que el agua es de la familia clorurada Sódica Tipo III ( en las muestras a profundidades a 5, 10 y 15 metros. El agua es prácticamente de mar o de influencia de mar, esto se aprecia notablemente por la gran cantidad de cloro y sodio que hay en ella, también la relación del magnesio con 7

8 el cloro que es casi de 4 a 1 y la relación del sulfato con el cloro indica que es un agua de origen marino. A un metro de profundidad la familia de agua según Alekin es Bicarbonatada Cálcica tipo I ( ). Esta agua es dulce, de reciente infiltración, de origen meteórico, circula por rocas ricas en minerales de sodio y potasio y es un agua potable, sin embargo el espesor de 1 a 2 metros. Por último para analizar la salinidad contra la profundidad, se realizo una gráfica con la cual podemos observar como aumenta la salinidad con respecto a la profundidad; y según la clasificación de los Sólidos Totales Disueltos la muestra que entra dentro del rango potable es la de un metro de profundidad, con tan sólo ppm de STD, ya que a 5 metros el agua es salobre elevando el valor a casi los 8000 ppm. A los 10 metros la salinidad se eleva a 24 mil ppm, quedando a los 15 metros con 31 mil ppm de STD. En la Figura 4.3 se representa con el eje X a la profundidad y el eje Y a los valores de STD *1 *5 *10 *15 STD. Figura 4.3. Gráfico de STD 5. Conclusiones y Recomendaciones No se encuentran afloramientos rocosos dentro de la isla, además de que con la perforación en el SEV 4 se obtuvieron las siguientes litologías: de 0 a 5 metros son depósitos de arena sin consolidar, de 6 a 17 metros son arenas consolidadas, de 18 a 19 metros es sascab con fragmentos de moluscos y de 20 a 30 metros es caliza de grano fino con calcita color blanco. En los mapas hidrogeoquímicos se tiene que el acuífero es muy pequeño, de pocos metros de espesor, pero que es favorecido por las altas precipitaciones que se tienen anualmente, recargando el acuífero, se debe de tratar de manera sustentable ya que el acuífero presenta peligro por intrusión marina. La extracciones recomendables son las siguientes: en el mes de junio de 1.5 l/s, septiembre de 4.6 l/s, octubre 7 l/s, noviembre 2.66 l/s y diciembre de 1 l/s. Son gastos pequeños para evitar una posible intrusión marina y varían de acuerdo a la infiltración promedio que se calculó. 8

9 Para los demás meses, se recomienda extraer agua salobre de la zona de interfaz y tratarla con una planta desaladora para cubrir los meses de estiaje. Agradecimientos A la ESIA unidad Ticomán por la oportunidad de poder presentar este trabajo, así como al Ing. Saúl Milán Valdés que colaboró en la realización del mismo y por último a Exploración, Perforación y Estudios del Subsuelo S.A. de C.V. Referencias 1. Custodio, E.R., Llamas, Hidrología Subterránea. Ed. Omega, Tomos I y II., España. 2. Orellana E., 1982., Prospección Geoeléctrica por Corriente Continua., Paraninfo. Madrid., España. 3. Astier Jean Louis., 1984., Geofísica Aplicada a la Hidrogeología. Paraninfo; Madrid, España. 4. Niedzielki, P., Henryk M. 1985, Geohidrología I Edit. Universidad Autónoma Metropolitana, Méx. D. F. 5. Llamas José., 1989., Hidrología General, Principios y Aplicaciones., Edit. Universidad Autónoma del Estado de México., Toluca, Estado de México. 6. Mijailov L , Hidrogeología. Edit. Mir. Moscú. 7. Mijares F., 1989., Fundamentos de Hidrología de Superficie., Edit. Limusa., México., D. F. 8. Instituto Nacional de Geografía e Informática, S. P. P., Carta Topográfica, Escala: 1:50,000., Hoja: San José, Quintana Roo, Clave: F16-D61. 9