CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; IMPLICACIONES HIDROLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ JAIRO HERRERA ARANGO I.G. Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de Magíster en Aprovechamiento de los Recursos Hidráulicos Director Jaime Ignacio Vélez Upegui I.C., M.Sc., Ph.D. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE MINAS POSGRADO EN APROVECHAMIENTO DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS MEDELLÍN 2003 CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO Pág. LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABLAS AGRADECIMIENTOS RESUMEN ABSTRACT 1. INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo General 1.2.2 Objetivos Específicos 1.2.2.1 Hidrología cársica 1.2.2.2 Hidrología general 1.2.2.3 Geomorfología 1.2.2.4 Petrografía y geología estructural 1.3 LOCALIZACIÓN 1.4 METODOLOGÍA 1.4.1 Cartografía utilizada y escala de trabajo 1.4.2 Fotointerpretación 1.4.3 Análisis geológico y estructural 1.4.4 Análisis hidrológico 1.4.5 Hidrogeología 1.5 UNIDADES DE COBERTURA VEGETAL 1.5.1 Bosques naturales en estadio sucesional secundario (Bns – RM) 1.5.2 Bosques naturales en estadio sucesional secundario. (Bns – M) 1.5.3 Rastrojos Altos de especies mixtas, con presencia de Robles: (RA) 1.5.4 Rastrojos bajos (RB) 1.5.5 Plantaciones forestales (PF) 2. LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS 2.1 LITOLOGÍA 2.1.2 Dunita de Medellín 2.1.2 Cenizas volcánicas 2.1.3 Otras unidades litológicas 2.1.3.1 Anfibolita de Medellín 2.1.3.2 Cuerpos satélites del Batolito Antioqueño 1 2 3 3 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 10 11 11 11 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 2.1.3.3 Depósitos de vertiente 2.2 ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS 2.2.1 Importancia de la fracturación en el desarrollo del carso 2.2.2 Direcciones estructurales 2.2.2.1 Revisión Bibliográfica 2.2.2.2 Método Eraso. 3. GEOMORFOLOGÍA 3.1 Unidades Geomorfológicas 3.1.1 Unidad Geomorfológica El Plan. 3.1.2 Unidad Geomorfológica Escarpe 3.1.3 Unidad Geomorfológica Oriental 3.1.4 Unidad Geomorfológica Las Palmas 3.2 Red de Drenaje 3.2.1 Quebrada Santa Elena. 3.2.2 Quebrada La Presidenta 3.2.3 Quebrada La Volcana. 3.2.4 Quebrada La Aguacatala. 3.2.5 Quebrada Las Palmas. 4. CARSOLOGÍA 4.1 RASGOS EXOCÁRSICOS 4.1.1 Karren 4.1.2 Dolinas 4.1.3 Uvalas 4.1.4 Poljes 4.1.5 Ventanas Cársicas 4.1.6 Cavernas 4.1.7 Simas 4.1.8 Surgencias 4.1.9 Exurgencias 4.1.10 Valles Cársicos 4.1.10.1 Valle Cársico de La Espadera. 4.1.10.2 Valle Cársico de El Bizarro 4.1.10.3 Valle Cársico de La Marcela. 4.1.10.4 Valle Cársico Sin Nombre 3 4.1.10.5 Valle Cársico de Las Margaritas. 4.1.10.6 Valle Cársico de Miraplán. 4.1.10.7 Valle Cársico de Viento Loco 4.1.10.8 Valle Cársico de Patio Bonito 4.1.10.9 Valle Cársico Sin Nombre 1. 4.1.10.10 Valle Cársico Sin Nombre 2 4.1.10.11 Valle Cársico de La Presidenta. 4.1.10.12 Valle Cársico de Tablazona. 4.1.11 Campos de Dolinas 4.1.11.1 Campo de Dolinas de Las Palmas 4.1.11.2 Campo de Dolinas de El Bosquecito 4.1.11.3 Campo de Dolinas de Chupadero. 4.1.11.4 Campo de Dolinas de Bonanza. 4.1.11.5 Campo de Dolinas de La Aguada. 4.1.11.6 Campo de Dolinas de La Mariana 4.1.11.7 Campo de Dolinas Sin Nombre 1 11 13 13 14 14 14 17 17 17 17 17 21 21 24 24 25 25 25 26 26 26 27 28 28 28 28 28 28 28 31 31 31 32 31 32 32 32 32 32 32 32 32 33 33 33 33 33 33 33 33 CONTENIDO 4.1.11.8 Campo de Dolinas Sin Nombre 2 4.1.11.9 Campo de Dolinas Sin Nombre 3 4.1.11.10 Campo de Dolinas Sin Nombre 4. 4.2 HIDROLOGÍA CÁRSICA 4.2.1 Acuíferos Cársicos 4.2.2 Uso de Trazadores 4.2.3 Contaminación de Acuíferos Cársicos 4.3 PSEUDOCARSO 4.4 INCIDENCIA DEL CARSO EN LOS PROCESOS DE REMOCIÓN EN MASA DEL ESCARPE 4.4.1 Reptación y Erosión Concentrada 4.4.2 Remoción en Masa 4.4.3 Erupciones de Lodo 5. HIDROLOGÍA 5.1 PRECIPITACIÓN 5.2 TEMPERATURA 5.3 EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL 5.4 ESCORRENTÍA SUPERFICIAL 5.4.1 Modelo espacialmente distribuido 5.4.2 Modelo de tanques agregado 5.5 BALANCE HIDROLÓGICO 5.5.1 Déficit de Agua Mensual. 5.5.2 Excedente de Agua Mensual. 5.6 CAUDALES MÁXIMOS 5.6.1 Duración de la lluvia (tiempos de concentración) 5.6.2 Distribución temporal de la lluvia 5.6.3 Pérdidas hidrológicas 5.6.4 Hidrógrafas sintéticas 5.7 FRONTERAS REALES DE LAS CUENCAS 6. DISCUSIÓN 6.1 Origen del sistema 6.2 EVOLUCIÓN DEL SISTEMA 6.3 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA 6.4 HIDROLOGÍA CÁRSICA 6.5 AMENAZAS ASOCIADAS AL SISTEMA 6.5.1 Contaminación 6.5.2 Movimientos en Masa y Erosión 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1 CONCLUSIONES 7.1.1 Conclusiones generales 7.1.2 Del método y las herramientas 7.1.3 De los resultados 7.2 RECOMENDACIONES 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO I. INVENTARIO DE RASGOS CÁRSICOS ANEXO II. GLOSARIO ANEXO III. BIBLIOGRAFÍA ANEXO IV. ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO 33 33 33 35 37 38 39 39 40 40 40 40 42 42 44 44 46 46 50 51 53 54 54 57 58 58 58 59 62 62 63 64 65 65 65 66 67 67 67 68 68 69 70 74 78 80 82 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá LISTA DE FIGURAS FIGURA Pág. 1.1 Esquema de localización 4 1.2 Mapa de cobertura vegetal 7 2.1 Quebrada La Espadera, cota 2090. Obsérvese en primer plano el peldaño debido al bandeamiento de la dunita, 9 2.2 Acumulaciones de brucita en las cavernas 10 2.3 Mapa de unidades litológicas 12 2.4 Histograma de frecuencia relativa de la distribución de los principales controles estructurales 16 3.1 Relieve 18 3.2 Mapa de pendientes reclasificadas 19 3.3 Mapa de unidades geomorfológicas 20 3.4 Unidades geomorfológicas 21 3.5 Mapa de la red de drenaje 23 3.6 Quebrada La Espadera; (a) Pendiente entre las cotas 1920 y 2090 msnm y (b) moyas localizadas en la cota 2120 msnm. 24 3.7 Canal de la quebrada Media Agua en la cota 1920 msnm 25 4.1 Karren localizado en la cuenca de La Espadera (Cota 2420 msnm) 26 4.2 Tipos de dolinas según su capacidad de infiltración 27 4.3 Vertimiento por excedencia de la capacidad de ponor (Mayo de 2002). 28 4.4 Cavernas (a) Los Monsalve con 22 m de profundidad y (b) La Espadera (cota 2430 m) con 8 m de profundidad 29 4.5 Ejemplos de surgencias activas y fósiles. (a) La Espadera, cota 2300 m, (b) surgencia fósil en la quebrada Media Agua cota 3370 m, (c) surgencia activa, nacimiento de afluente de la quebrada La Espadera cota 2250. 29 4.6 Mapa geomorfológico 30 CONTENIDO 4.7 Valle cársico El Bizarro, el bosque central corresponde a la uvala del Hoyón. 31 4.8 Ponor principal de la quebrada Las Espaderas. (a) octubre de 2001 y (b) mayo de 2002 32 4.9 Esquema de localización de dolinas y surgencias 34 4.10 Tipos de recarga, tomado de Ford y Williams, 1989. 35 4.11 Mapa de valles cársicos y campos de dolinas 36 4.12 Tipos de recarga. 37 4.13 Componentes de acuíferos cársicos maduros (según Mull et al., 1988) 38 4.14 Ensayo con rodamina y fluorómetro. 36 5.1 Mapa de precipitación mensual (mm/mes) 43 5.2 Precipitación media multianual en las estaciones 44 5.3 Mapa de temperatura media mensual 45 5.4 Evapotranspiración potencial media multianual según los tres métodos. 46 5.5 Mapa de evapotranspiración potencial (Turc modificado) 47 5.6 Mapa de escorrentía superficial mensual 49 5.7 Esquematización del modelo de tanques agregado 50 5.8 Caudales medios diarios estimados mediante el modelo de tanques agregado y su comparación con los observados en la quebrada Chorrillos. 52 5.9 Flujograma metodológico del cálculo del balance hídrico 53 5.10 Mapa de déficit de agua 55 5.11 Mapa de excedente de agua 56 5.12 5.13 Curva Intensidad – Frecuencia – Duración pluviométrica Las Palmas Mapa de zonas de recara cársica 6.1 Recipiente de veneno encontrado en el lecho de la quebrada El Bizarro (IDF) para la estación 58 61 65 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá LISTA DE TABLAS TABLA Pág. 2.1 Controles estructurales de las quebradas de la zona 16 3.1 4.1 Parámetros morfométricos de las quebradas permanentes Ensayo con trazadores 22 39 5.1 5.2 5.3 Estaciones hidrometeorológicas del IDEAM Promedios multianuales de las estaciones utilizadas Ciclo anual de evaporación en milímetros según los diferentes métodos 42 42 46 5.4 Valores de reclasificación de textura en velocidad de infiltración según la conductividad hidráulica saturada 48 5.5 Reclasificación de cobertura vegetal para la obtención del mapa de velocidad de infiltración 48 5.6 Estimación de escorrentía superficial 48 5.7 5.8 Caudales medios estimados (l/s) Datos de entrada para el modelo de tanques agregado 50 51 5.9 5.10 Caudales medios mensuales estimados con modelo de tanque agregado Capacidad de retención de agua en el suelo (mm/m-mes) 51 52 5.11 5.12 5.13 Rangos de clasificación de los mapas de déficit y excedentes de agua Parámetros morfométricos Tiempo de concentración (duración de la lluvia) Intensidad y precipitación para diferentes períodos de retorno para una duración de lluvia de 60 minutos 54 54 57 5.14 57 5.15 Distribución temporal de la lluvia en la estación Las Palmas, para una probabilidad de excedencia de 50% 58 5.16 5.17 5.18 Parámetros para determinar las pérdidas hidrológicas Caudal máximo para diferentes períodos de retorno Zona de recarga cársica por cuenca superfial 58 59 59 5.19 Influencia del carso en las cuencas del escarpe 60 CONTENIDO AGRADECIMIENTOS Este trabajo contó con la participación y el apoyo de una gran cantidad de personas a quienes más que agradecer debo dedicar el esfuerzo y empeño puestos en él, entre ellos; Jaime Ignacio Vélez Upegui, Ph.D, por la enseñanzas, el acompañamiento y la dirección. Fabián Hoyos Patiño, M.Sc., por proponer esta investigación, acompañarla, creer en ella y atenderla en cada etapa de su desarrollo. Lilian Posada García, Ph.D., por la pasión por la geomorfología fluvial y por indicarme la ruta profesional. Geólogo Alberto “Lucas” Vásquez Rodríguez por compartir, sin límites, su conocimiento previo del carso de Santa Elena y por su apoyo durante el trabajo de campo. Geólogo Edgar Franco, ingeniero geólogo Remberto Rhenals, ingeniero civil Juan David Montoya Velilla e ingeniero industrial Juan David Fernández por su compañía en el escarpe y sus invaluables aportes. Señores Víctor Hoyos Patiño, “dolinólogo” experto, y Orlando Cardona, habitante de Santa Elena, por su compañía en campo e interés. Señor Luis Fernando Ospina del laboratorio de hidráulica de la Universidad Nacional, Marion Weber Ph.D, Verónica Botero M.Sc, ingeniero civil Hernán Moreno, geóloga Marcela Jaramillo y Cristina Franco estudiante de ingeniería forestal por su colaboración en los ensayos con trazador. Ingeniero Javier Eduardo Posada por su enorme colaboración en las dudas hidrológicas. Arquitecta María del Pilar Mejía Vallejo por sus consejos en la edición el informe final. Y por supuesto a Cata, Dani y Andrea por llegar empujando y por alegrar mi vida. Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá RESUMEN Se reporta la existencia de un sistema cársico localizado al oriente de Medellín, el cual, a diferencia de aquellos de común referencia en la literatura, se ha desarrollado en rocas ultrabásicas y en la parte alta de una meseta. Esta última condición es la responsable de una importante influencia de este sistema en el régimen de las quebradas del escarpe centro oriental del Valle de Aburrá, verificada a partir de ensayos con trazador (rodamina WT) y análisis de caudales, y de la inestabilidad de algunos depósitos de vertiente. Se identificaron los diferentes rasgos cársicos en la zona, cuya densidad es mayor que la reportada para el carso de los mármoles de Río Claro, y se determinaron sus propiedades hidrogeológicas y geomorfológicas. Los controles estructurales del flujo superficial y subterráneo en el cuerpo sur de la Dunita de Medellín fueron analizados con base en trabajo de campo, fotointerpretación y modelos digitales de elevación. Los rasgos pseudocársicos fueron identificados incluyendo tubificación y tunelización; ambos procesos incrementan la erosión de las laderas a lo largo de la zona y contribuyen a alimentar los canales cársicos. Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá ABSTRACT The existence of a karst system located to the east of Medellín is reported, which, unlike those of common reference in literature, has been developed on ultrabasic rocks and in the high part of a plateau. The last condition is the responsible of an important influence of this system over the gorges of the escarpment of the Aburrá valley, verified from tests with tracer (rhodamine WT) and analysis of discharges, and the instability of deposits of slope. The different karstic characteristics were identified in the zone, whose density is greater than reported for carso of marbles of Río Claro and were determined their hydrogeological and geomophological properties. The structural controls of the superficial and subsuperficial flow in the South body of the Dunita de Medellín were analyzed with base in work of field, photointerpretation and digital elevation models. The pseudokarstic characteristics were identified including piping and tunneling; both processes increase erosion of slopes and contribute to feed the karstic channels. Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 1. INTRODUCCIÓN Desde la invasión romana a la península de Istria (Balcánica), suroeste esloveno y croata (Alpes Dináricos) y extremo nororiental italiano, ocurrida en 178 AC, el término indoeuropeo Krs con que se conocía su parte septentrional fue remplazado por la voz latina Carso cuya primera nota escrita se remonta al año 1292. En 1880, Cvijic y Martel realizaron el primer estudio del paisaje septentrional de Istria caracterizado por depresiones superficiales, drenajes subterráneos y cavernas asociadas a la disolución (Beck, 1982). El origen austriaco de estos autores hizo que prefirieran, para denotar este tipo de paisajes, la palabra karst con que los alemanes conocen la zona. Desde entonces, y debido a que los mayores desarrollos del tema cársico se han registrado en Europa Oriental, los paisajes semejantes a los del norte de Istria originados por procesos de disolución se han conocido como karst; sin embargo, la palabra latina carso es preferida por muchos autores iberoamericanos. Aunque los más conocidos están en calizas, en las rocas cristalinas también se desarrollan terrenos cársicos elaborados como los reportados en granitos, granodioritas y cu arcitas (Doerr, 1999). La carsificación de rocas ultrabásicas se ha observado en peridotitas de Nueva Caledonia y dunitas de Papúa - Nueva Guinea (Löffler, 1978). Algunos autores prefieren la palabra pseudocarso en estos casos; sin embargo, por ser productos de disolución es más apropiado el término carso. La solubilidad de las rocas es una propiedad controlada por la composición química cuya intensidad puede variar con las características texturales y estructurales del macizo rocoso. Las reacciones de solución están controladas por el entorno climático; en los trópicos húmedos la temperatura elevada y la precipitación mayor que la evapotranspiración, combinadas con CO2 y ácidos orgánicos aceleran la disolución, por lo que todas las especies litológicas pueden generar geoformas de disolución conocidas como carso. Además de los rasgos cársicos, durante este estudio, se encontró una gran cantidad de evidencia pseudocársica no reportada hasta la fecha y cuya presencia en las cenizas volcánicas y en el saprolito de la dunita parece ser un aspecto fundamental en la evolución del sistema cársico en la dunita. Debido a la especificidad del carso, los métodos hidrogeológicos tradicionales como localización de pozos, ensayos de bombeo y redes de vigilancia, no suelen dar buenos resultados. En el informe final de la Cooperación Europea para la Ciencia y la Tecnología, 1 INTRODUCCIÓN (COST Action 65, 1995) se recogen los métodos apropiados para esta investigación, basados en la geología, la geomorfología y la geofísica sobre el medio cársico y la hidrodinámica, el balance hídrico, la hidroquímica, los trazadores y simulación matemática sobre los fenómenos de flujo y de transporte de solutos. En Colombia, donde no hay dependencia de acuíferos cársicos para el abastecimiento de poblaciones y los paisajes cársicos han sido explotados sólo por el turismo informal, excepto San Andrés, su estudio no ha tenido gran desarrollo a pesar de conocerse terrenos cársicos en las cuencas de los ríos Alicante, Nus (Feiniger y Gómez, 1968), Claro (Toussaint, 1972; Liebens, 1987; Hernández y Vélez, 1988) y Nare. Dado que estos trabajos fueron realizados desde de la geomorfología descriptiva los mecanismos de carsificación y contaminación de acuíferos son poco entendidos en nuestro medio. En este informe se han planteado cinco capítulos siguiendo un orden que permita el desarrollo del tema desde los puntos de vista geológico, geomorfológico, carsológico e hidrológico. El presente capítulo trata sobre los antecedentes, los objetivos y la metodología. El segundo describe los aspectos litológicos y estructurales, mientras que el tercer capítulo presenta la descripción geomorfológica. En el capítulo cuatro se describen y explican los diferentes rasgos de la geomorfología y la hidrología cársicas, hallados en la zona. En el quinto capítulo se presentan los resultados obtenidos en la predicción de caudales realizada por dos métodos diferentes y aplicables a zonas sin información; el primero es un modelo mensual basado en las características del territorio, mientras que el segundo es un modelo de tanques agregados que permite reconstruir la serie de caudales diarios partiendo de los registros de precipitación. Después de este capítulo, se dan las conclusiones y recomendaciones de la investigación. 1.1 ANTECEDENTES En las veredas El Plan, Media Luna y Perico de Medellín y Envigado, se han identificado geoformas cársicas en el cuerpo ultramáfico Dunitas de Medellín donde la disolución de la roca a través de planos de debilidad como fracturas y fallas ha creado una red de drenaje subterránea. Esta anomalía geomorfológica fue reportada por Rodríguez (1989) durante un estudio de deslizamientos asociados con aguas subterráneas. En 1993, Vásquez describió geoformas cársicas y planteó una evolución del paisaje según la cual el actual corresponde con un nivel cársico colapsado y Hoyos (2000) definió el campo de dolinas de Santa Elena. Otros informes técnicos realizados en el área de estudio son: Álvarez y Muñoz (1981) y Álvarez (1982) quienes presentan una amplia descripción petrográfica de la Dunita de Medellín. Además, en los registros periodísticos se encontró información importante referente a movimientos en masa asociados con los procesos cársicos. La comprensión de las trayectorias de flujo en los sistemas cársicos permite tomar decisiones con respecto al uso potencial del suelo con el fin de mitigar la amenaza por colapso del terreno o la contaminación por disposición de desechos y su impacto en el abastecimiento con aguas provenientes de estos sistemas. 2 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 1.2 OBJETIVOS Y ALCANCES 1.2.1 OBJETIVO G ENERAL Conceptuar el movimiento del agua a través del sistema cársico del campo de dolinas de Santa Elena, su influencia en los movimientos en masa y en el régimen de caudal de las corrientes que drenan la zona. 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1.2.2.1 Hidrología Cársica • • • • Hacer una revisión bibliográfica de los sistemas cársicos en general y de los desarrollados en rocas no carbonatadas en particular. Definir una metodología apropiada para el estudio de sistemas cársicos. Determinar trayectorias de flujo y tiempos de residencia en el carso. Observar mecanismos de formación del carso en una roca ultramáfica. 1.2.2.2 Hidrología General • Hacer una aproximación al balance hidrológico del campo de dolinas de Santa Elena. • Estudiar las influencias hidrológicas del campo de dolinas sobre la cuenca de las quebradas Santa Elena y La Presidenta. • Generar los mapas de la red de drenaje. 1.2.2.3 Geomorfología • Preparar el mapa geomorfológico del campo de dolinas de Santa Elena y del escarpe oriental del Valle de Aburrá entre las quebradas Santa Elena y La Presidenta. • Clasificar y caracterizar los diferentes tipos de dolinas presentes en la zona según grado de actividad, tamaño y edad relativa. • Examinar la incidencia del flujo subterráneo desde el campo de dolinas en los procesos de remoción en masa en el Valle de Aburrá. 1.2.2.4 Petrografía y geología estructural • • Obtener una primera aproximación al proceso de formación del campo de dolinas con base en información petrológica y estructural. Elaborar el mapa de estructuras geológicas del área en estudio. 1.3 LOCALIZACIÓN En la cuenca de la quebrada Santa Elena, en el extremo occidental del alto del mismo nombre, sobre la margen izquierda y por encima de la cota 2500 se encuentra la zona estudiada. La meseta que conforma el área está limitada al norte y al occidente por el escarpe centro oriental del valle de Medellín, al Este por la quebrada Santa Elena y al Sur por la quebrada Las Palmas. El área de estudio, presentada en la Figura 1.1, corresponde 2 a 30.2 km limitados entre las coordenadas planas: X mínimo: 837000 m.E. Y mínimo: 1175500 m.N. X máximo: 842500 m.E. Y máximo: 1181000 m.N 3 INTRODUCCIÓN Barbosa Girardota Bello 1181000 Copacabana MEDELLÍN Q.S A NT A EL EN A A EL AN T S Q. EN A Itagüí A NT SA Q. Q . La a Q. L hu pa Q. C a nan z or a der o Caldas LaA gu ada La Ma ria na El C ast ill o VER ED A EL PLAN 1179000 VE R ED A SAN T AE LE NA Q. Bo st a gu a Q .L aE spa de ra Pa Me di Ag ua d i ta a a d Ag u La Q. Q. NA LE E Envigado La Estrella Sabaneta Brisas de Or ien te .S Q Vill a Marcela Pati oB onito u cí aL ant a Re La La Lorena Los Mon sal ve LaMa gdalen a Sa nt E Q. iz lB era s ro ar Mira do r Alt aV is ta Leb lón Q. Sa n Miguel La P re s id en t a Las Acacia s El Bo sq ue cito .L Q as El C hispe ro E s pad Q.L aP re sident a Ca saV e rde Pa ysa nd ú El Tr ián gu lo SEC TOR LaF ac ulta d LAS MAR GAR ITA S Miraplán El Pa lm ar SEC TOR LA MOR ENA Ca tay Chin am pa Lago Ar tificial 1177000 Q. La Sa Q. E ELP LA N l Bi z a La Luisa nín El Dia mant e ro Vien to Lo co El Alt o Q. L aE s co p et e ría Q. L a M o ná VE RE DA E LL LA NO An tena Bu en aV is ta Q. La G LaE sc ondida Q. La V o cl a na all ina za Qui ntanar La H erm ita El Rin cón VE RE DA L OS PI NOS .L Q sP a as al m El Carmelo LaMa rta VER E DA LAS P AL MA S 838000 840000 700 1400 m IMPLICA CI ONE S HIDROL ÓGICAS E HI DROGE OLÓGICAS EN EL VA LLE DE A BURRÁ E S 700 CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELEN A; N W 0 842000 CONT IENE : ESQUEMA DE LOC ALIZACIÓN ELABOR ADO P OR: Jai ro Herrera A. ANT IOQUIA FIGU RA: 1.1 ESCALA: 1:50.000 4 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 1.4 METODOLOGÍA La metodología utilizada se basó en una extensa revisión bibliográfica y un minucioso trabajo de campo; entre las actividades desarrolladas están: determinación de fronteras reales de las cuencas, análisis geomorfológico e hidrogeológico. El procedimiento empleado, descrito con detalle en los capítulos posteriores, fue el siguiente: 1.4.1 CARTOGRAFÍA UTILIZADA Y E SCALA DE TRABAJO Las variables utilizadas, extraídas de las planchas topográficas a escala 1:5000 (147-I-D-3Z, 147-III-B-1-W, 147-III-B-1-X, 147-III-B-1-Y y 147-III-B-1-Z) del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), de la fotointerpretación y de la cartografía digital del Plan Maestro del Parque Regional Arví (PMPA), fueron las siguientes: a. b. c. d. e. f. Altimetría, obtenida de las planchas topográficas del IGAC. Red de drenaje, de planchas topográficas, fotointerpretación y campo. Litología, derivada del mapa litológico digital del PMPA. Coberturas vegetales. A partir del mapa presentando en el PMPA. Rasgos estructurales. A partir fotointerpretación y trabajo de campo. De la altimetría se derivaron los mapas de pendientes y microcuencas. 1.4.2 FOTOINTERPRETACIÓN Sólo cuatro vuelos resultaron relevantes para identificar estructuras geológicas regionales, drenajes controlados estructuralmente y rasgos cársicos: Vuelo FAL 276 FAL 401 FAL 402 FAL 403 FAL 403 FAJA 6N 01 02 11 12 Año 1992 1998 1998 1998 1998 Escala 1:9.500 1:10.000 1:10.000 1:20.000 1:20.000 1.4.3 ANÁLISIS G EOLÓGICO Y ESTRUCTURAL El procedimiento de preparación del mapa geológico se basó en la revisión bibliográfica, el trabajo de campo y la fotointerpretación. El estudio de las trayectorias de flujo asociadas al fracturamiento del macizo se realizó mediante el empleo del Método Eraso (Eraso, 2000) a partir de los tramos estructuralmente controlados de las quebradas de la zona. Este método de predicción de las direcciones principales de drenaje subterráneo en terrenos cársicos permite conocer la red subterránea, el estudio y la explotación de acuíferos asociados a estos terrenos y la progresión en su contaminación y estimar cuantitativamente el potencial de carsificación. 1.4.4 ANÁLISIS HIDROLÓGICO Para el análisis de la precipitación se utilizaron los registros de cuatro estaciones pluviográficas localizadas en los alrededores de la zona de estudio. La temperatura se estimó a partir de la fórmula propuesta por CENICAFÉ y utilizada en Vélez, Poveda y Mesa (2000). Los valores de la evapotranspiracion fueron extraídos de Vélez y otros, 2000 con base en las fórmulas de Turc modificado, Thorntwaite y Morton. Con el objetivo de conceptuar sobre la influencia del sistema cársico de Santa Elena sobre la quebrada del mismo nombre y teniendo en cuenta la condición de información escasa de la zona estudiada, se obtuvo una aproximación al balance hídrico mensual con base en un 5 INTRODUCCIÓN sistema de información geográfica y se estimaron los caudales medios y mínimos diarios de la quebrada La Espadera aplicando un modelo agregado de tanques calibrado para la quebrada Chorrillos que muestra condiciones hidroclimáticas y de cobertura vegetal similares a las del terreno cársico estudiado. Se estimaron los caudales máximos teniendo en cuenta la influencia del carso sobre la cuenca de la quebrada Santa Elena. 1.4.5 HIDROGEOLOGÍA Se puntualizó la importancia del análisis geomorfológico para la solución de problemas hidrogeológicos. Se realizó una extensa campaña geomorfológica que permitiera determinar las zonas de recarga, difusa y concentrada, y las zonas de salida de agua del carso. La etapa de mapificación geológica fue al mismo tiempo la fase de recolección de información hidrogeológica y geomorfológica; el procedimiento fue el siguiente: a. b. c. d. e. Inventario de rasgos cársicos de entrada de agua al sistema. Inventario de rasgos cársicos de salida de agua del sistema. Inventario de geoformas cársicas como karren y valles ciegos. Digitalización de la información obtenida en campo. Campaña con tinte trazador y fluorómetro. El trabajo de delimitación de fronteras reales de las cuencas incluyó recorridos por las divisorias, fotointerpretación y análisis de planchas topográficas. 1.5 UNIDADES DE COBERTURA VEGETAL A continuación se describen las coberturas vegetales presentes en el área de estudio según Corantioquia (2001) como muestra la Figura 1.2. 1.5.1 BOSQUE NATURAL EN EST ADIO SUCESIONAL SECUNDARIO, ROBLEDAL M IXTO (B NS–RM) En esta cobertura la estructura esta dominada por Robles y especies como Arrayanes, Laureles, Niguitos, Carboneros, Pategallinas, Guamos y Cardenillos. 1.5.2 BOSQUES NATURALES EN ESTADIO SUCESIONAL SECUNDARIO. (B NS – M) Son relictos de bosques secundarios en estadio sucesional avanzado, ubicados en en sitios de difícil acceso como el nacimiento de la quebrada La Sanín y La Aguada. 1.5.3 RASTROJOS ALTOS DE ESPECIES MIXTAS, CON PRESENCIA DE R OBLES: (RA) Son rastrojos altos están asociados con sitios que han sido explotados y que luego fueron abandonados a la sucesión secundaria. 1.5.4 RASTROJOS BAJOS (RB) Conforma sitios de difícil acceso dominados por helechos herbáceos, asociados a Chilcos y Uvitos, constituyéndose en una excelente protección para los suelos. 1.5.5 PLANTACIONES FORESTAL ES (PF) Dominadas por las especie pino (Pinus patula), ciprés (Cupressus lusitánica) y varias especies de eucalipto (Eucaliptus sp.). 1.5.6 OTRAS COBERTURAS El último grupo de coberturas vegetales lo constituye una combinación de áreas en pastos naturales, cultivos agrícolas y huertas caseras. 6 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeo lógicas en el Valle de Aburrá Q.SA NT AE L EN A Q. L EN TA E SAN A N SA Q. A EN EL 1180000 TA Q . La A gu ad i ta Q.L VE R ED A SA N TA ELEN A a a d gua A El Yarum anz a La Aguada on Q d er pa Q . La Espa der a C hu Q. a .B ra s to Pa . La Q Q .M e di agu o La Ma ria na El C astill o Re staur ant e La Mo nt añi ta Bri sa s de Oriente VE R ED AE L PLAN Vill a Ma rcela . Q Pati oB onito ta S an í Lu c a El R ecre o LaL or ena Los Monsalve LaMa gd alen a Q Sa nt aA na ad a .La Pobl E Q. ro ar iz l B Mira do r Las Ac aci as 1178000 Lebl ón El Bo sq uecito San Mi gu el Q. L a P re si d e nt a El Chispe ro Es pad er a s Q. La P resi de nta Ca sa Ve rde Paysandú as .L Q SE CT OR El Triángulo La F ac ulta d LAS MAR GA R ITA S Mir apl án Alt aV is ta El Palm ar SE C TOR LAM ORENA Ca tay Chin am pa Lago Arti fici al Q. La S an í Q .E l ELP L AN Bi z ar o LaL ui sa n El D iaman te Vien to Lo co El Al to VE RE D AE LL LA N O Q. La E sc op et e rí a Q. L aM oná Ante na Bu ena V is ta Q. La Escondi da Q. La V o lca n a La G a l in a za 1176000 Quintan ar La H erm ita El R incón VER E DA LOS PIN OS as al m P as .L Q El C ar me lo La Mart a VE RE D AL AS P AL MA S Q.L aA guacatala 838000 Drenajes Permanente Estaci ona l Vías 840000 CONVENCIONES Tipos de cobertura vegetal Bns-M Bosque natural secundario de robledal mix to Bns-RM Bosque natural secundario con poco robledal PF Plantaci ones fores tal es 842000 RA Rastrojo al to de especi es mixtas RB Rastrojo bajo OC Otras c oberturas Barbosa Girardota N W CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; IMPLICACI ONES HIDROL ÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E CONTIENE : ELABORADO POR: Jai ro Herrera A. S COBERTURA VEGETAL MOD IF IC AD O D E: CORANTIOQU IA, 2001 7 Bello Copacabana MEDELLÍN FIGU RA: 1.2 ESCALA: 1:40.000 Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEÓLOGICAS 2. LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS 2.1 LITOLOGÍA 2.1.1 DUNITA DE M EDELLÍN Esta unidad, definida por Restrepo y Toussaint (1984), está compuesta por una faja de rocas ultramáficas con dirección NNW, 35 km de extensión aproximada, 6 km de amplitud máxima en el sector de Las Palmas, 200 m de amplitud mínima en su parte septentrional, 2 municipio de San Pedro, y 60 km de área (Álvarez, 1982). La faja se divide en tres cuerpos, dos de ellos, al parecer conectados bajo el aluvión del río Medellín, han sido estudiados ampliamente (Botero, 1963; Restrepo y Toussaint, 1973, 1974 y 1984; Jaramillo et al., 1973; Álvarez y Muñoz, 1981; Álvarez, 1982 y Monsalve, 1996). Mientras que el cuerpo sur, separado del central por la quebrada Santa Elena y donde se localiza el área estudiada, sólo ha sido mencionado brevemente en los trabajos citados excepto en Álvarez (1982) donde se describen algunas de sus características mineralógicas y petrográficas. Restrepo y Toussaint (1973), establecen que los contactos de la dunita sobre la unidad de anfibolitas son subhorizontales con buzamientos entre 15º y 22º al oeste, indicando que la dunita tiene forma tabular con un espesor máximo de 500 m; sin embargo, las relaciones de campo indican que este espesor puede superar los 800 m. Al colisionar una placa de corteza oceánica con otra de corteza continental será la primera, más densa y delgada, la que se introduzca por debajo de la segunda en lo que se conoce como subducción; sin embargo, puede ocurrir que pequeñas porciones de la corteza oceánica sean arrancadas y montadas sobre el borde continental en un proceso denominado obducción que involucra esfuerzos compresivos muy elevados. Para Restrepo y Toussaint (1973), basados en los contactos subhorizontales y en la presencia de metamorfismo dinámico, este último fue el modo de emplazamiento de la Dunita de Medellín sobre la Anfibolita de Medellín durante el Cretáceo. Teniendo en cuenta que las anfibolitas sobre las que reposa la Dunita de Medellín tienen una edad de 105 – 90 m.a., la edad del emplazamiento tectónico no pudo ser anterior a ésta (Monsalve, 1996); mientras que una posible edad mínima es la del Batolito Antioqueño (84 – 63 m.a.) con el que tiene contactos intrusivos y fallados. La dunita presenta un bandeamiento evidenciado por lentes delgados paralelos cuya presencia genera peldaños en el escarpe de tamaños variables, como se muestra en la Figura 2.1. Algunas de las direcciones de este bandeo son: N40ºW/40N, N60ºW/10E, N70ºE/15ºW, N43ºW/15E, N85ºE/18S y N78ºW/20E. 8 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeo lógicas en el Valle de Aburrá FIGURA 2.1. Quebrada La Obsérvese en primer plano bandeamiento de la dunita, Espadera, cota 2090. el peldaño debido al Localmente las dunitas están afectadas por esquistocidad de fractura con dirección aproximada norte-sur y buzamiento de 30º a 40º al oeste. También se encuentran numerosas diaclasas y fallas que afectan la secuencia. En muestras de mano estas rocas son masivas, de grano fino, color muy oscuro (casi negro) cuando está fresca, aclarándose y tomando tonalidades verdosas según su grado de meteorización. Los minerales de alteración más comunes son los pertenecientes al grupo de la serpentinita y dentro de estos el más común es la antigorita (Monsalve, 1996) La dunita es uniforme en composición, altamente magnésica y con grados variables de serpentinización. Con base en el método de difracción de rayos X, Álvarez (1982) obtuvo un promedio de 92% de forsterita ([SiO4]Mg 2) y 8% de fayalita ([SiO4]Fe2), reportando un nivel de confiabilidad del método del 95%. La brucita es un hidróxido de magnesio (Mg[OH] 2) de común ocurrencia en rocas ultrabásicas serpentinizadas como resultado de la hidratación de silicatos de magnesio, como la fosterita, y en calizas cristalinas. La presencia de este mineral es importante en el interior de las cavernas de El Plan donde se puede reconocer como costras botroidales que recubren las paredes de la dunita. 9 LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEÓLOGICAS FIGURA 2.2. Acumulaciones de brucita en las cavernas El paso de dunita a serpentinita puede darse por adición de agua formando brucita ([OH] 2Mg) o por adición de agua y sílice. Según Álvarez (1982) en la Dunita de Medellín, con diversos grados de serpentinización, la relación MgO/SiO2 varía de 1.00 a 1.28. Para Coleman (1977), en Álvarez (1982), dicha razón es de 1.00 a 1.23 para serpentinita con brucita. Por lo tanto, es posible que durante la serpentinización se haya presentado adición agua y remoción de magnesio. Así mismo, la fayalita asociada forma magnetita (Fe 3O 4) durante la alteración. Para Sato et al., 2000, en las serpentinitas que no contienen brucita la mayoría del olivino y los piroxenos tienen baja resistencia a la meteorización induciendo el desarrollo de suelos; mientras que en aquellas con brucita hay disolución de los minerales de magnesio a condiciones atmosféricas con la precipitación posterior de soluciones que contienen -2 magnesio disuelto y CO3 . En consecuencia, una dunita como aquella de la zona carsificada del oriente de Medellín, con brucita y muy pobre en suelos a pesar de mostrar diversos grados de meteorización y serpentinización, representa la especie litológica susceptible a la disolución. 2.1.2 CENIZAS V OLCÁNICAS El espesor de estas cenizas es variable, a lo largo de la zona de estudio, según la pendiente: en la parte nororiental se observan espesores de hasta 2 m sobre la anfibolita, en el sector norte el espesor es de aproximadamente 1.5 m y hacia el noroccidente y en el escarpe están ausentes. Como característica importante se tiene la ausencia de capas orgánicas enterradas por cenizas volcánicas en los perfiles de la zona estudiada, la explicación puede estar en un fenómeno de asimilación motivado por innumerables eventos de depositación de ceniza volcánica en pequeñas cantidades que no alcanzaron a aislar eficazmente el suelo 10 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeo lógicas en el Valle de Aburrá existente permitiendo que las absorbiera, pues se requiere un aporte de tefras bastante voluminoso para que el suelo sea cubierto y se desarrolle otro en la nueva superficie. A partir de este proceso de asimilación de la materia orgánica por las capas de ceniza volcánica y debido a la gran permeabilidad de estas últimas, dicha material orgánica fue descomponiéndose lentamente generando ácidos orgánicos que contribuirían al proceso de carsificación mediante flujos acidificados verticales. Las cenizas volcánicas que no han sido retransportadas mediante flujos, como es el caso de las tefras del Oriente Antioqueño, presentan excelentes condiciones para la infiltración óptima y, en ocasiones, se encuentran acompañadas por procesos pseudocársicos favorecidos por el contraste hidráulico entre la alta permeabilidad de las tefras y una bajísima conductividad hidráulica de la roca que la subyace. Por otro lado, al meteorizarse en climas húmedos las cenizas volcánicas producen tipos de arcillas que entre otras propiedades tienen la de combinarse con materia orgánica formando complejos extremadamente estables, lo que explica su relativa resistencia, en pendientes moderadas, a los fenómenos erosivos superficiales. Si a esta cualidad se agrega una alta retención de agua puede considerarse que las cenizas en climas fríos y húmedos como los del Altiplano de Santa Elena presentan excelentes condiciones hidrológicas e hidroquímicas para favorecer procesos cársicos y pseudocársicos. 2.1.3 OTRAS U NIDADES LITOLÓGICAS En el área estudiada existen otras unidades que no forman parte del sistema pero que deben ser mencionadas. 2.1.3.1 Anfibolita de Medellín. Aflora en el flanco oriental del Valle del Aburrá y al oeste del Valle de Rionegro; comprende las siguientes unidades. a) Anfibolita de Cerro Verde. En contacto con la Dunita de Medellín mediante las fallas de La Aguadita, La Pastora, Aguacatala, La Castro y Perico. b) Paranfibolita de Santa Elena. Aflora sobre la margen izquierda de la quebrada Santa Elena. c) Anfibolita de La Espadera. Aflora sobre la margen izquierda de la quebrada Santa Elena en la quebrada La Espadera. 2.1.3.2 Cuerpos satélites del Batolito Antioqueño. En el mapa presentado en la Figura 2.3 se observan, en los sectores nororiental y norte, dos cuerpos de este tipo, el Stock de San Diego y el Stock de Las Estancias respectivamente los cuales muestran contactos fallados e intrusivos. 2.1.3.3 Depósitos de vertiente . Constituidos por depósitos de bloques angulares, en especial de dunita, con tamaños que alcanzan hasta 6 m de diámetro. Son de común ocurrencia en el escarpe. 11 LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEÓLOGICAS Ksta-E Qdv Pam Qdv Qdv Pam 1180000 Ksta-S Pam Qla Qla Pam Jum Qdv Qla 1178000 Jum Pam Qdv Jum Qla Qdv Pam Jum Jum 838000 840000 842000 CONVENCION ES Drenajes Unidades Litológic as Permanente Estacional Vías Pam Anfibolita Jum Dunita Ksta-E Ksta-S Stock de Las Estancias Stock de San Dieg o Qla Laterita Qdv Depósitos de vertiente Barbosa Girardota CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMPLICACIONES HIDROLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E CONTIENE: ELABORADO POR : Jairo Herrera A. S UNIDADES LITOLÓGICAS MODIFICADO D E: CORANTIOQUIA, 2001 12 FIGURA: 2.3 ESCALA: 1:40.000 Bello Copacabana MED ELLÍN Itagüí Envigado La Estrella Sabaneta Caldas Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeo lógicas en el Valle de Aburrá 2.2 ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS En el carso, la disolución motivada por la circulación del agua amplía las fisuras interconectadas disminuyendo su pérdida de carga hidráulica y, en consecuencia, incrementando el gradiente hidráulico entre la superficie y el nivel cársico, con éste la circulación y, por tanto, la disolución (Eraso y Domínguez, 2000). En definitiva, un efecto de retroalimentación amplía, por disolución, las fisuras convirtiéndolas en la red tridimensional responsable de las transmisividades altas y del carácter direccional del acuífero cársico. 2.2.1 IMPORTANCIA DE LA FRACTURACIÓN EN EL DESARROLLO DEL CARSO La carsificación presenta tres controles: climáticos, litológicos y estructurales. Las formas resultantes raramente obedecen de manera exclusiva a uno de estos tres factores, aunque en ciertos casos alguno de ellos tiene una influencia más marcada como es el caso del sistema cársico de Santa Elena que es típicamente estructural. En el caso concreto de los materiales cársicos las relaciones entre el fracturamiento y la permeabilidad son cualitativas debido al efecto autorregulador que inducen la disolución y la precipitación sobre los sistemas de flujo, de manera que también intervienen otros factores, como la historia geomorfológica, en especial la evolución de las redes de drenaje superficiales y subterráneas, y climática de la región. Por lo demás, la fracturación condiciona el carácter anisótropo y heterogéneo de la permeabilidad en los macizos cársicos, con un efecto de escala muy marcado como ya se indicó. Así se registran variaciones de más de cinco órdenes de magnitud entre los valores de permeabilidad obtenidos en laboratorio (efecto de microfisuras) y los del macizo, donde aparece la influencia de la red espeleológica superpuesta al efecto de las macrofisuras (Benavente y Sanz, 1998). En las rocas cristalinas existe un tipo de disolución a nivel de microfracturas en donde por las elevadas presiones y temperaturas del interior del macizo rocoso el agua, aunque en pequeñas cantidades, tiene una gran capacidad para disolver los cristales. Ello da lugar a un mecanismo denominado disolución por presión que, junto con la cristalización posterior a partir de los mismos fluidos, es uno de los más importantes en la deformación de las rocas en la naturaleza (Martínez, 2002). Dado que la solubilidad está directamente relacionada con el potencial químico, en un macizo rocoso en estado de esfuerzo poliaxial y fluidos intersticiales, el potencial químico será máximo en las caras de los granos orientadas perpendicularmente al esfuerzo principal mayor, por lo que esas caras tienden a disolverse. En cambio, en las caras perpendiculares al esfuerzo menor, el potencial químico será mínimo y los iones disueltos podrán precipitarse. Este proceso es conocido como el principio de Riecke quien en 1912 mostró que en un cristal sometido a una compresión local, el material disuelto se precipitará en la zonas libres de presión del mismo cristal (Morel, 2000). Así, los agrietamientos asociados con los esfuerzos compresivos generados durante la obducción se ampliarán para formar conductos que permitan el tránsito del agua. Con base en lo expuesto por los diferentes autores que han estudiado la Dunita de Medellín, luego de su emplazamiento, fue afectada por diferentes eventos tectónicos; sin embargo, el fracturamiento del cuerpo sur se debe también a los esfuerzos distensivos. Dado que el producto de las tensiones normales y tangenciales es constante en cualquier punto del macizo, a menor profundidad menor es, en ese lugar, el valor de las tensiones 13 LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEÓLOGICAS normales que al tratar de anularse en superficie obligan a que las tensiones tangenciales aumenten tendiendo a hacerse infinitas en superficie. Por esta razón se advierten fracturas que dan la impresión de que el macizo rocoso se está descascarando. En la cresta del escarpe, en particular en el sector de La Magdalena, se ve este tipo de fracturas verticales con direcciones paralelas al escarpe y distancias entre sus paredes de hasta 2 m, convirtiéndose en zonas de captura de drenaje. El proceso de fracturamiento debido a los esfuerzos tangenciales presentes en el escarpe permite, por un lado, la liberación de la presión de confinamiento de los cristales y, por otro, el incremento en la presión de flujo generada por el agua al interior de nuevas trayectorias. Este mecanismo podría ser entonces otro elemento facilitador de la disolución. El alto grado de fracturación del cuerpo sur de la Dunita de Medellín relacionado con su emplazamiento, con fallamientos posteriores y con procesos de distensión, representa una predisposición tectónica al carso, esto es, la disposición de la red de conductos condicionada por la historia geológica de un macizo con porosidad intersticial casi nula. 2.2.2 DIRECCIONES ESTRUCTURALES Con base en la revisión bibliográfica (Ministerio de Obras Publicas y Transporte, 1985; James, 1988; Corantioquia, 2001), el trabajo de campo, la fotointerpretación y el análisis de los tramos estructuralmente controlados de los drenajes en la zona se obtuvo la información necesaria para realizar el análisis estructural. 2.2.2.1 Revisión Bibliográfica. El informe final del Plan Maestro del Parque Regional Arví (Corantioquia, 2001) presenta la recopilación de las estructuras geológicas reportadas en informes técnicos realizados en la zona estudiada: a) La Pastora ( N40°-60ºE/45), falla regional que pone en contacto el Gabro de Loreto, la Anfibolita y la Dunita. b) La Aguadita (N40°E/45°), falla regional cuya línea de falla está representada por un salto topográfico entre la Dunita y la Anfibolita. c) Falla Santa Elena (N40-45°E), se presenta como un alineamiento a lo largo de la quebrada San Juan. d) La Castro (N20°E), controla la quebrada La Castro, su lineamiento es muy claro en fotografías aéreas y pone en contacto la Anfibolita y la Serpentina. e) La Seca ( N70-90°W), controla la quebrada y debido a la alta fracturación y trituración de la roca se han desarrollado canteras. f) Santa Lucia (N20°E), bien definida en las fotografías aéreas. g) El Poblado ( N45°W), inferida por fotografías aéreas. h) La Aguacatala ( N70°W), controla la quebrada Aguacatala. i) Santa Elena (N20°W), alineamiento a lo largo de la quebrada San Juan. j) Perico ( N10ºW), pone en contacto la dunita con la Anfibolita. 2.2.2.2 Método Eraso. La metodología más adecuada para la predicción de las trayectorias de flujo debidas al fracturamiento del macizo rocoso es el Método Eraso (Eraso, 1985; Eraso y Domínguez, 2000), basado en la medición de la dirección y el buzamiento de las estructuras geológicas para obtener los planos de debilidad o planos de drenaje; debido a las condiciones mineralógicas de la Dunita de Medellín, que se explicarán más adelante y que afectan las lecturas de las direcciones de las estructuras, se aplicó este método modificado por su autor para estudiar ambientes cársicos en glaciares 14 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeo lógicas en el Valle de Aburrá (criocársicos) y presentado en Eraso y Pulina (2001). De esta forma, las direcciones de flujo subterráneo se analizaron con base en los controles estructurales de las quebradas y mediciones directas donde fue posible. Este método permite definir la preparación tectónica del carso mediante la distribución estadística y el inventario de los planos de debilidad donde se establece el acuífero cársico y la cuantificación direccional, en porcentaje de probabilidad, de la anisotropía del macizo. Sin embargo, el fuerte magnetismo de la magnetita (Fe3O4), presente en los bandeamientos de la dunita por alteración de la fayalita ([SiO4]Fe 2), afecta las lecturas de la brújula, razón por la cual las mediciones de rumbo de las estructuras geológicas tomadas en campo, requeridas por el método Eraso no son confiables. Esto obligó a modificar dicho método determinando los tramos controlados de las quebradas y posteriormente leyendo la dirección de las estructuras en el plano topográfico de forma similar al método utilizado por Eraso y Pulina (2001) en criocarsos (carsos de glaciar). De forma preliminar se determinaron cuatro juegos de direcciones. El primero, N70º-90E, tiene su principal manifestación en el alineamiento a lo largo del cañón de la quebrada Santa Elena y el control de la quebrada La Presidenta. El segundo corresponde a las fracturas con dirección N30º-60ºW que controlan las quebradas El Bizarro, La Aguada, La Media Agua, en el escarpe Norte y las fallas que controlan las quebradas La Sanín, La Moná y La Pastora. El tercer juego, N10º-40ºE, cuyas mejores expresiones morfológicas se observan en algunos tramos de las quebradas Santa Elena y La Espadera, donde existen evidencias de que fue anterior al segundo grupo. El cuarto juego de fracturas, N60º-80ºW, está muy bien representado en la zona del escarpe donde controla algunos tramos de las quebradas La Aguacatala, La Volcana, La Escopetería y la parte alta de La Presidenta. Posteriormente y con el fin de refinar la información preliminar, se aproximó la red de drenaje, presentada en el próximo capítulo, a líneas rectas para establecer las direcciones de los 757 tramos seleccionados. Estas direcciones corresponden a ocho grupos; N60º65ºW, N50º-55ºW, N30º-35ºE, N40º-45ºE, N10º-15ºE, N55º-60ºE, N70º-75ºE y N80º-85ºE (Figura 2.4, Tabla 2.1). Con base en las observaciones de campo y el análisis estructural se pudo detectar que las principales direcciones de flujo al interior del macizo están relacionadas con los fracturamientos asociados al tercer grupo, es decir, aquellos con dirección N30º-35ºW seguidos por aquellos del primer grupo (N60º-65ºW). Mientras que en la cresta del escarpe las direcciones son modificadas, por las grietas de distensión, hacia N80º-85ºE. Los juegos descritos están bien representados en el cuerpo sur de la Dunita de Medellín en forma de fallas y diaclasas. El tamaño es muy variable: existen líneas de fallas con desplazamientos importantes, que pueden llegar a individualizar macizos; otras son importantes a nivel del afloramiento; disminuyendo progresivamente se llega a las simples diaclasas de manera que fragmentan la dunita en bloques poligonales de la decena de metros de lado e incluso menores. Sin embargo, es importante mencionar que estas direcciones pueden cambiar localmente o seguir una dirección intermedia entre los diferentes grupos considerados. Además, existe la ceniza volcánica depositada sobre la Dunita que enmascara, en la mayoría de los casos, 15 LITOLOGÍA Y ESTRUCTURAS GEÓLOGICAS las manifestaciones geomorfológicas de estas estructuras. Aun así es posible, con suficiente validez y en pro de la simplificación, el agrupamiento considerado. A continuación se presentan los principales controles estructurales de las quebradas. TABLA 2.1 Controles estructurales de las quebradas de la zona La Aguada Bonanza La Espadera La Seca La Salada La Media Agua Chupadero 8 0 4 1 1 8 1 2 1 4 2 1 12 8 3 2 5 5 4 6 14 0 3 5 1 2 8 8 0 1 4 1 3 3 2 0 1 5 1 0 0 0 0 0 1 1 0 2 1 0 0 0 0 1 0 0 Total por quebrada 13 8 28 12 12 39 34 La Poblada 8 6 6 12 13 16 12 17 90 9 14 16 5 7 15 7 12 9 4 3 2 8 4 4 5 4 4 6 5 10 8 6 9 52 55 69 Oriental Meridional Occidental Septentrional Microcuenca N60º-65ºW N50º-55ºW N30º-35ºW N10º-15ºE N40º-45ºE N55º-60ºE N70º-75ºE N80º-85ºE La Presidenta La Volcana La Escopetería La Aguacatala 3 5 7 0 9 7 3 1 35 Las Palmas 12 7 21 7 7 0 0 4 58 La Gallinaza 3 7 13 12 9 8 1 0 53 Santa Lucía San Pedro Santa Elena 1 1 4 0 2 5 1 2 6 2 2 2 3 6 6 3 2 0 4 6 4 1 5 7 15 26 34 13 5 12 6 6 6 9 10 7 5 6 15 3 12 4 5 60 64 112 107 135 92 95 77 71 68 757 El Bizarro Las Espaderas Total por direcciones EL PLAN Debido al elevado número de estructuras analizadas se prefirió presentar el histograma de frecuencias relativas (Figura 2.4) a su representación cartográfica. N ºW N 15 16 % % N ºE 45 14 % N 45 ºW N3 0º E 18 % 0º W N3 .8 17 N 15 ºE 12.2 % 10 % 14 .1 % 12 .5 E 0º N6 N6 0º W 12 % % % N 75 ºW ºE N 75 .2 10 14.8 % 8% 9.4 % 9% W E N60º-65ºW N50º-55ºW N30º-35ºW N10º-15ºE N40º-45ºE N55º-60ºE N70º-75ºW N80º-85ºW FIGURA 2.4. Diagrama de rosas de la distribución de los principales controles estructurales. 16 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 3. GEOMORFOLOGÍA Las veredas El Plan, Palmas y Perico de los municipios de Medellín y Envigado están ubicadas al oriente de Medellín, entre las cotas 2600 y 2800 msnm, en una meseta con relieve ondulado en las partes central y septentrional (Figuras 3.1 y 3.2). 3.1 Unidades Geomorfológicas Una unidad geomorfológica es un área sin extensión definida, con características similares de relieve, red de drenaje, pendientes y procesos morfodinámicos, lo cual permite una zonificación preliminar de los procesos naturales. La zona fue dividida en cuatro unidades geomorfológicas (Figura 3.2) así: 3.1.1 UNIDAD G EOMORFOLÓGICA EL PLAN. Limitada al norte y al occidente por la cresta del escarpe centro oriental de Medellín, al oriente por la cresta del escarpe que sirve de límite con la Unidad Geomorfológica Oriental y al sur por la base de la sierra donde se ubican las antenas de Telecom. En sus 4.3 km2, que están cubiertos por pastos manejados y algunas zonas boscosas, predominan las pendientes menores a 7º en una meseta ligeramente inclinada hacia el norte. Es una zona ondulada donde se encuentran las tres principales corrientes superficiales que alimentan el sistema cársico de Santa Elena y el mayor número de manifestaciones cársicas. 3.1.2 UNIDAD G EOMORFOLÓGICA ESCARPE. Esta unidad está limitada al norte y al oriente por la quebrada Santa Elena, al sur por la cresta del escarpe centro oriental de Medellín y al occidente se consideró límite la cota 2000 msnm. En ésta predominan de pendientes superiores a 45º por lo que los principales procesos erosivos son los desprendimientos y los desgarres. En las partes bajas existen grandes depósitos de vertiente donde disminuye la pendiente hasta 15º. 3.1.3 UNIDAD G EOMORFOLÓGICA O RIENTAL. 2 Corresponde a los 3.8 km más orientales del área limitados al oeste por una zona con pendientes mayores a los 45º en el contacto entre la dunita y la anfibolita, al norte por la quebrada La Aguada, al oriente por la quebrada Santa Elena y al sur por la quebrada San Pedro. Dominan las pendientes menores a los 15º cubiertas por pastos manejados, plantaciones forestales y rastrojo alto. 17 GEOMORFOLOGÍA GENERAL Q. SA NT A E LENA T SA N ENA A EL S Q. 1180000 Q. T AN A E N LE Ag u A Q. L a a . La Q Q. E a d or a as t Me d ia La Aguad a Bo n an za P a Agu La Q. VE RE D A SA N TA ELEN A di ta gua Q. Q .La E spa de ra o d er pa C hu Q. LaMar iana El C astill o Re st LaMo Brisa s deOri ent e VER ED A EL PLAN Vi l aMa rce la .S Q a nt a í Luc a Pa tio Bo nito E La Lorena Los Monsalve Santa A LaMagdal en a Q ada .La Po bl Q. El ro ar B iz 1178000 Las Ac acias El Bosque ci to Q. Ca sa Ve rde SE CT OR es id Pa ysand ú as .L Q Leblón San Migu el La Pr El Chispe ro era s Mirador E sp ad Q.La P resi de nta en ta El Triángulo La Facultad LA S MA RGAR ITA S Alt aV is ta Mira plán El Palm ar SE CT OR LAM ORENA Cat ay Ch inam pa Lago Arti fici al Q. Q .E lB ELP L AN i za r o La Luisa La Sa n ín Vien to Loco El D ia man te El Alt o Q .L a E sc o p et VE R ED AE LL LA N O er í a Q. L a M on á An tena Bu ena V is ta Q. La G a l in a za LaE sc ondida Q. L a V olc a na 1176000 Quint anar El Rin cón VE RE D AL OS PI NOS Q . La as a lm sP LaH erm it a La Ma rta El Carmelo VER ED AL AS P AL MA S 838000 840000 842000 Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICACI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E ELABORADO POR: CONTIENE: Jai ro Herr era A. S FIGURA: 3.1 ESCALA: RELIEVE 1:40.000 18 Bello Copacabana MEDELLÍN Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá Q.S A NTA E LEN A EN A S Q. 1180000 L TA E SA N Q. A NT A A EN EL Q . La Ag u a d VE RE DA Q.L SA NT AE LE NA i ta a A ra st o Pa L a Q. El da gua a LaA gu ad a on anz e ro d hup a Q .L aE spa de ra Q. C Me d ia g ua Q. B Q. La Maria na El C ast ill o Resta La Mo Br isa s deOriente VE R ED AE LP LA N t S an . Q Vill aMar cela aL ucí a Pati oB onito El LaL or ena Los Monsalve Sant aA n La Ma gd alena ada . La Po bl Q E Q. lB rr o iza 1178000 Las Ac aci as El Bo sq ue cito Q. .L Q Leb lón San Mi guel La Pr El C hi spe ro eras Mir ado r E sp ad Q. La Pre sidenta CasaV er de Pa ysa nd ú as SEC TOR es id en ta El Trián gu lo La Fac ul tad LAS MAR GA R ITA S Alta V is ta Mira plán El Palm ar SE CT OR LA M OR EN A Catay Ch inam pa Lag o Ar tifi cial Q. Q .E l ELP LA N Bi z ar o LaL ui sa La S a ní n Vi ent oLoco El D iaman te El Alto VE RE DA E LL LA NO Q .L a Es co pe t e ría Q . La M oná Ante na Buena Vis ta Q. La La Escondi da Q. La V o cl a n a G all i na za 1176000 Qui ntanar El R incón VE RE DA LOS PIN OS . Q s a al m s P La La H erm ita El Car me lo LaMa rta VE RE D AL AS PALMAS 838000 840000 842000 Rango de pendientes < 1% (1-5)% (5-20)% (20-50)% > 50% Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICACI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E CONTIENE: ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. S FIGURA: 3.2 1:40.000 19 Copacabana MEDELLÍN ESCALA: PENDIENTES RECLASIFICADAS Bello Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas GEOMORFOLOGÍA GENERAL Q. Q .S A SA NT NETL EANEA LEN A A Es ENAA A EL ELEN A NATNTA S .S Q. Q 1180000 A E NNA E ELLE A NT TA Q.NS A A .S Q UN I DA D GE OMO RF OLÓ GI CA ES CAR PE Q. L a Q. aLAg Au gu UNI DAD GEO MO RFOL ÓGI CA ESC AR P E Q .B o Q .B n an onaz na za Es Q . L aE sp ader a Q .L aE spa de ra Q . Med i aA g ua upad ero SA NT AE LE NA EEl l a da a gu a VEA SRE DAELEN A VER ED A N TA a add it ai ta a guda Agu La A Q. Es e ro p ad C hu Q. QCh . . La Q ora as rt a P sto L aP a Q. Q.La Q. Me di LaAgAuada a L gu ada U NI DA D G OE R OMOR I EN TALF OLÓ LaMaMar a L r iana Ell Cas E C tialosti VER V ERED ED AE LA PL EANL lo iana Restau LaRMon e stau C anch ade fút b ol Vili al M V a ar M cel a arce la Paati otiBooniBo P to a Mont L ía L uc c aí t a ta Lu an an . S S. Q BrisaBrissade sde Oriente Or ie nte PLA N San ta Lu cía Q nito Ell R E bl ada Q . La P o LaLor a L Lorena en a LsosMonMo o L salnv e Q .La a Esm L sal ve LaMaMagdale a L gdal ena n EP Po . La bl a Pda bl ada o San ta An Santa Aana a Or EP Q .E Q E lQ.B r ro arro aiz lizB Orl ando Cont rer a s Sidm a s Altlta Vai stVa A LLaass Acac Ac iaasci as EEl l BBosqu osq uec i to e cito Q. L San S a Mi ngMig u el u a LLeeblón bl ón el E sp ent a si d P re Q . La Es r ad E sp ad er a Mi Mi r ad raordo 1178000 El Chis El C hi s pero pero eras Q.L aQ.PLarePsid ee ntnta resid a Cas C asaV aerVd eerde Las El A lt o El Á ti co V E RE DA S AN TA\P ELEN A C EN T RAL\ PPA R TE ALT A SE C TOR Pr e si d en ta Ell T riTán E ri gul ángul o o Plan deS ant aEl e na LaFacu a L Facult lt ad a d LAS MA R GA RIT AS SECT OR LA S MA R GA RI TA S is ta Mi Mi r ap ralánplán Ell P alPm E alamr SEC TOR S ECTO R\ P LAM OR ENA LAM ORENA ar CCaa tata yy C hina Chi nmpa am Lag o Artifi cial pa QQ.. El lB E izBai rz r oa ro ELLP LA E PLN AN L ago Art if ic ial Q. V ERE DA \P E L PLAN LaLuiLuis a L sa a La Q. LaSa Sa ní ní n S ECTO R\ PLOS PAT I ÑO n Ell DiaDi E ma ant m eant Vie V ientn oLoc to oLoco e Ell A ltAolt E SEC TO R ME SE T A\P PART E AL TA Ante na d e\ P Car a col\ P yTo del a r Q. La E Q.L aE s co p s co et p ete r ía o VEER V RE DED AE LA L LA EL NO LLAN O EP M inade \P C r o m it a Ant e na s de\ P LaE CA Q L a M M on á oná Or Pa Pa erí a Q. La. Paiays P sa ndú andú UN I DAD GE OMO RFOLÓ GI CA EL PLA N s . La Q . Q UN I DAD GE OMO RFOLÓ GI CA ORI ENTA L Antne na A tena Bu en aV is ta UNI DAD EG SE CO A RMO PE RFOLÓGI CA Q. La UNI D AD GEO MOR FOLÓ GI CA A SP ALMA S L Q. L Q. La GGa l i al in l Bu n ena a V i sta aza za LLaa E Es cond scond ida i da Es lc an a Quin Q uin t ana tana r r 117600 0 Q. L aa Vo Vo l cana VEERERE V D ALO D ASPL INOS OS PI Ell RinRcón E incón NOS Pa P V ERED ALA S P ALM AS LLaa He Her mirm ta ita Ell C ar E Ca me r lome LaMar a L Mart ta lo VER ED A\P P ERI C O a Or Q . OS MAN GO S s La Las P alma s . Q as al m VER ED AL AS P ALMAS Q.L aA gua ca tal a 838000 840000 842 000 CONVENCIONES Drenajes Pe rmanente Es taci onal Unidade s geomorfol ógicas EP Es Or Pa El Plan Es ca rpe Ori ental Pa lmas Barbosa Gir ardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICACI ONES HIDROL ÓGICAS E HI DROGE OLÓGICAS EN EL VA LLE DE ABURRÁ E S CONTIENE: MAPA DE UNIDADES GEOMORFOLÓGICAS ELA BOR ADO POR: Ja iro Herr era A. Copacabana MED ELLÍN FIGURA : 3.3 ESCALA: 1:40.000 20 Bello Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 3.1.4 UNIDAD G EOMORFOLÓGICA LAS PALMAS . Su límite norte corresponde a la cresta de la sierra donde se hallan las antenas de Telecom, el oriental es la quebrada Gallinaza, el sur es la cota 1980 msnm y el occidental 2 es la cota 2000 msnm. Son los 3.5 km meridionales donde las pendientes dominantes son menores a 7º, seguidas por aquellas entre 7 y 15º (bajas). Se observan procesos de terraceo en un área cubierta por pastos manejados y rastrojo alto. (a) Unidad Geomorfológica Escarpe (b) Unidad Geomorfológica El Plan (c) Unidad Geomorfológica Oriental. (d) Unidad Geomorfológica Las Palmas FIGURA 3.4 Unidades geomorfológicas 3.2 Red de Drenaje Sobre la meseta existen tres corrientes; la primera, y de mayor extensión es El Bizarro, cuya microcuenca abarca el sector oriental de la vereda El Plan; la segunda es la quebrada La Espadera, que drena el sector centro occidental de la misma vereda y la tercera es la quebrada La Lorena que drena la parte oriental de la unidad geomorfológica El Plan. Los parámetros morfométricos de las cuencas se presentan en la Tabla 3.1. Debido a la posibilidad de confusión entre la quebrada La Espadera ubicada en la meseta de la vereda El Plan y la quebrada La Espadera localizada en el escarpe de la vereda Media Luna, se propone utilizar el nombre Las Espaderas para la primera dejando a la segunda su nombre original. A continuación se presenta una descripción breve de las quebradas que drenan el escarpe centro oriental del valle de Aburrá y que se muestran en la Figura 3.4. 21 GEOMORFOLOGÍA GENERAL TABLA 3.1. Parámetros morfométricos de las quebradas permanentes La Aguada 1640 0.9 5.0 1560 2 1.49 900 600 2600 1920 2260 51.81 2500 1920 42.85 3 2.78 Bajo Ovalada 670 0.5 4.0 1570 2 1.60 510 400 2605 1900 2253 53.20 2495 1900 91.54 1.3 2.60 Bajo Alargada 1730 1.2 5.2 1890 3 1.34 1050 735 2575 1770 2173 50.75 2250 1770 34.12 4.3 3.58 Bajo Ovalada La Seca 860 0.2 3.1 1410 2 1.95 310 197 2295 1710 2003 49.57 2005 1710 41.65 0.9 4.50 Bajo Alargada La Salada 930 0.1 2.1 980 2 1.87 180 130 2140 1700 1920 53.19 2005 1700 39.95 1.1 11.00 Alto Alargada La Media Agua 2090 0.6 4.3 1990 3 1.57 450 328 2620 1690 2155 55.11 2100 1690 24.42 3.5 5.83 Medio Alargada Chupadero 1870 0.7 5.3 2270 2 1.79 560 348 2620 1685 2153 108.01 2485 1685 50.96 3.3 4.71 Bajo Alargada Carbonero 1300 0.5 3.9 1505 1.56 639 377 2225 1670 1948 123.04 2100 1670 40.27 0.00 Bajo Alargada La Pastora 1520 0.7 4.4 1970 1.48 585 350 2400 1660 2030 111.36 2080 1660 33.98 0.00 Bajo Ovalada Los Caunces 1325 0.7 4.5 1760 1.52 567 357 2210 1670 1940 113.23 2005 1670 31.22 0.00 Bajo Alargada El Vergel 1200 0.4 3.7 1490 1.65 377 255 2005 1690 1848 117.44 1970 1690 28.89 0.00 Bajo Alargada La Índia 1250 0.2 3.2 1420 2.02 190 157 1980 1700 1840 119.58 1955 1700 25.37 0.00 Bajo Alargada La Poblada 1694 1.9 6.5 2200 4 1.33 1400 937 2595 1780 2188 109.36 2200 1780 30.63 7.9 4.16 Bajo Ovalada La Presidenta 3000 1.8 7.5 2570 3 1.58 1020 664 2770 1800 2285 103.72 2710 1800 37.12 7.3 4.06 Bajo Alargada La Sanín 3250 2.6 8.4 3100 3 1.47 1450 860 2800 1810 2305 92.60 2740 1810 35.13 9.2 3.54 Bajo Ovalada La Escopetería 1790 1.5 5.7 1760 2 1.31 1550 1007 2570 1900 2235 122.31 2480 1900 39.50 8.8 5.87 Medio Ovalada La Volcana 1110 0.4 4.6 1915 3 2.05 487 411 2700 1955 2328 120.24 2330 1955 41.07 3.3 8.25 Medio Alargada La Aguacatala 1172 1.0 5.6 2400 2 1.58 635 520 2755 1980 2368 107.67 2625 1890 70.61 MERIDIONAL Las Palmas La Gallinaza 743 1574 2.9 0.9 11.4 4.5 1790 3.00 1470 3.00 1.90 1.34 2460 1240 2215 624 2755 2735 2550 2525 2653 2630 125.37 135.83 2635 2715 2550 14.36 2525 15.14 6.9 2.41 Bajo Alargada 6.1 6.78 Medio Ovalada ORIENTAL San Pedro Santa Lucía 1000 622 0.7 0.2 3.7 2.2 1400 3.00 891 1.00 1.25 1.39 946 400 651 300 2670 2625 2525 2525 2598 2575 13.01 14.09 2575 2555 2525 2525 2.9 4.14 Bajo 0.6 3.00 Bajo El Bizarro Las Espaderas 1930 910 2.0 0.8 6.8 3.9 2400 1340 1.36 1.23 1690 837 990 657 2735 2800 2585 2610 2660 2705 7.87 17.75 2685 2710 2585 6.53 2610 13.80 Bonanza OCCIDENTAL SEPTENTRIONAL La Espadera EL PLAN 1 2 2 22 6.30 6.07 0.00 Bajo Alargada Circular Ovalada 5.8 2.90 Bajo Ovalada 5.0 6.25 Medio Circular Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá Q .S A NTA EL EN A L EN TA E SA N Q. A TA 118 0000 N SA Q. E N LE A Q. L a A gu a di ta VER ED A SA NT AE LE NA Q.L a A ra st o Pa .L a Q El za LaA gu ada Bo nan o der Q . La Espadera hupa Q. C a gu a Q. Me di da gua Q. La Ma ria na El Castill o Rest au LaMo Br isa s deO riente VE RE DA E LP LAN Vi l aMa rce la ta an .S Q Pa tioB o nito u cí L a El LaL or ena Los Monsalve LaMagdal en a Pobl Q.La SantaA n ad a E Q. ar iz lB ro 1178000 El Chi spe ro eras Mir ador Las Ac acia s Casa V erde Paysand ú as .L Q El Bo sq ue cito Leb lón E s pad Q.L a Pre sident a Q. San Miguel L a P r es i de nt a El Trián gu lo SE CT OR La Fac ulta d LA S MA RG AR ITA S Miraplán Al ta Vis ta El Pa lm ar Cat ay SE CT OR LA M OR EN A Ch inam pa Lago Arti fici al Q. La Q. E ELP LA N lB iz a ro LaL ui sa S an í n Vi ent oLoco El D iaman te El Alto Q. La Es co pe t VER ED AE LL LA NO er í a Q. L a M on á Ante na Bu ena V is ta Q. La Escondi da olc a na Q uintan ar 1176000 Q. L a V La G a l in a za La He rm ita El R incón VER E DA LO SP IN OS Q . s La as al m P La Ma rta El C armelo VE RE DA LAS PAL MA S Q. La Aguacatala 838000 84000 0 842000 CONV ENCION ES Drenajes Permanente Estacional Vías Bar bosa G irardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICA CI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓ GICAS EN EL VALLE DE A BURRÁ E CO NTIENE: ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. S RED DE DRENAJE MOD IF ICADO DE: CORANTIO QU IA, 2001 23 Bello Copacabana MEDELLÍN FIGURA: 3.5 ES CA LA: 1:40.000 It agüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas GEOM ORFOLOGÍA 3.2.1 QUEBRADA S ANTA ELENA. Se constituye en el límite septentrional y oriental del área estudiada. El canal principal presenta múltiples controles estructurales, desde el sector oriental de El Plan tiene un control con dirección hacia el norte hasta El Yarumo, allí gira 45º al oeste al llegar al escarpe y en la cota 2040, 300 m aguas abajo del puente sobre la vía Medellín – Santa Elena, gira 30º al oeste para seguir con dirección general N75ºW hasta el horcajo con La Castro donde se observa claramente la influencia del lineamiento que controla dicha quebrada en toda su longitud. Aquí, la Santa Elena, gira dos veces en 100 m, primero 60º al sur y luego 90º al norte para quedar con dirección N45ºW hasta su canalización. La quebrada La Espadera es el tributario principal sobre la margen izquierda de la Santa Elena. Los primeros afloramientos de agua ocurren en la cota 2195. Entre las cotas 2195 y 1970 msnm presenta controles estructurales N-S. Entre las cotas 2195 y 2120 discurre sobre un depósito de bloques de dunita de hasta 2 m de diámetro; en este tramo, al final del cual desemboca su afluente principal, hay moyas o potholes de 10 cm de diámetro y 50 cm de profundidad (Figura 3.5 b). El control estructural más marcado se observa en la cota 1920 (Figura 3.5 a) donde gira en ángulo recto al norte. Rodríguez (1989) propone que, además de La Espadera, la Media Agua es alimentada por el carso; sin embargo, esta última es estacional y el acueducto localizado a la altura de la vía Medellín - Santa Elena es abastecido, mediante una acequia, con aguas de La Espadera. Sobre la cota 2035 msnm se encontró un afloramiento de agua con 0.1 l/s cuya infiltración total hacia el depósito de vertiente tiene lugar 5 m más abajo. (a) (b) FIGURA 3.6. Quebrada La Espadera; (a) Pendiente entre las cotas 1920 y 2090 msnm y (b) moyas localizadas en la cota 2120 msnm. 3.2.2 QUEBRADA LA PRESIDENTA. Nace al norte del Alto de La Pelada en el sector occidental del área estudiada y desemboca al río Medellín luego de recibir las aguas de las quebradas Poblada, Sanín y Moná. En su curso se observan escarpes asociados con erosión lateral y en su lecho se presentan bloques de arrastre de hasta 1 m de diámetro. Tanto su canal principal como los de sus afluentes muestran control estructural en las partes altas del escarpe y control por la fuerte pendiente en las parte bajas. Sus tributarios son cortos, rectilíneos y moderadamente 24 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá profundos. Los principales controles estructurales son: N60ºW, N43ºE, N82ºE, N30ºW y N70ºE. FIGURA 3.7. Canal de la quebrada Media Agua en la cota 1920 msnm 3.2.3 QUEBRADA LA VOLCANA. Nace en la cota 2330 msnm y su desembocadura tiene lugar en el río Medellín sobre la cota 1500. 3.2.4 QUEBRADA LA AGUACATALA. Su nacimiento tiene lugar al sur de la anterior sobre la cota 2625 msnm. Su cauce presenta escarpes asociados con erosión lineal y su lecho muestra bloques de arrastre de hasta 2 m de diámetro. 3.2.5 QUEBRADA LAS PALMAS . Nace en la zona de los altos de Patio Bonito y La Moná. Pertenece a la cuenca del Río Negro. 25 CARSOLOGÍA 4. CARSOLOGÍA La generación del carso comienza con la disolución de las paredes de las grietas y los planos de debilidad localizados en la zona de circulación del agua. La ampliación de los canales incrementa el flujo de agua químicamente agresiva favoreciendo la disolución. Este proceso de retroalimentación garantiza el desarrollo progresivo de una red altamente anisotrópica, donde la conductividad hidráulica se compone de conductos a lo largo de las fracturas principales y canales menores, o tributarios, en los bloques que las separan. Los rasgos morfológicos más destacados del paisaje cársico son sus manifestaciones en superficie o exocársicas (González, M., 2001). 4.1 RASGOS EXOCÁRSICOS 4.1.1 KARREN Denominado por algunos autores de habla hispana como "lapiaz" o "lenar", es la forma mas sencilla del carso y se presenta como acanaladuras separadas por crestas o bien como orificios tubulares o "nido de abejas" modelados por disolución. FIGURA 4.1 Karren localizado en la cuenca de La Espadera (Cota 2420 msnm) 26 Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el valle de Aburrá 4.1.2 DOLINAS Son depresiones circulares o elípticas, con diámetro menor a su profundidad, desarrolladas a partir de la intersección de diaclasas ofreciendo a la escorrentía superficial una ruta directa hacia el ambiente subsuperficial y favoreciendo procesos de disolución. Pueden formarse por disolución, colapso o subsidencia. Las zonas planas tienden a tener un mayor número de dolinas pequeñas, los terrenos colinados un número menor de depresiones más amplias y aquellas presentes en escarpes son el resultado del colapso de cavernas (Milanovic, 1981). A continuación se presenta una propuesta de clasificación basada en el potencial para transmitir agua al ambiente subsuperficial, así: • • • • Macizo no expuesto y ponor (conducto que permite el flujo concentrado). Macizo expuesto y ponor bien desarrollado (flujo concentrado). Macizo no expuesto y sin ponor (flujo difuso). Macizo expuesto y sin ponor (flujo difuso). (a) Dolina tipo 1 (b) Dolina tipo 2 (c) Dolina tipo 3. (d) Dolina tipo 4 FIGURA 4.2 Tipos de dolinas según su capacidad de infiltración La tasa y la cantidad de agua drenada por la dolina están controladas por la naturaleza del ponor, los sedimentos y escombros transportados a través de éste y las características hidráulicas del acuífero. La inundación de las dolinas tipo 1 y 2 puede ocurrir por obstrucción parcial del ponor o por excedencia de la capacidad del mismo (ver Figura 4.3). 27 CARSOLOGÍA FIGURA 4.3 Vertimiento por excedencia de la capacidad de ponor (Mayo 23 de 2002). 4.1.3 UVALAS Las uvalas se originan por coalescencia de dolinas como consecuencia de la evolución de éstas, por lo que aumentan la capacidad de absorción. 4.1.4 POLJES Son depresiones endorréicas de fondo plano donde aflora la roca, constituyéndose en las formas exocársicas de mayor tamaño, pues su límite con la uvala son los 2 km de diámetro. 4.1.5 VENTANAS C ÁRSICAS Son depresiones con una corriente fluyendo en el fondo, pueden ser una parte destechada de una caverna. 4.1.6 CAVERNAS Constituyen los conductos de circulación subterránea, actual o pasada, con conductos secundarios ramificados que pueden tener varios niveles. 4.1.7 SIMAS Son cavernas verticales, condicionadas por fracturas de este tipo, que se consideran profundas cuando superan los 10 m. 4.1.8 SURGENCIAS Son manantiales intermitentes y de poco caudal producto de la evolución de un sistema de fracturas que actúa como colector del agua (Figura 4.5). 4.1.9 EXURGENCIAS Son manantiales permanentes y con caudal mayor que las surgencias, aunque con fuertes fluctuaciones estacionales. En la Figura 4.6 se muestran los diferentes rasgos cársicos y pseudocársicos (ver página 40) hallados en la zona estudiada 28 Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá FIGURA 4.4 Cavernas (a) Los Monsalve con 22 m de profundidad y (b) La Espadera (cota 2430 m) con 8 m de profundidad (a) (b) (c) FIGURA 4.5 Ejemplos de surgencias activas y fósiles. (a) La Espadera, cota 2300 m, (b) surgencia fósil en la quebrada Media Agua cota 3370 m, (c) surgencia activa, nacimiento de la quebrada La Espadera cota 2195. 29 CARSOLOGÍA N TA .S A NA ELE N 67° N W .S Q 45 ° E N 4 5° E Q TA AN E L L Q. A gu ad it a VE REDA SANTA ELE NA a Q a a ad gu A .L E l Yaru mal on a 70 ° 80 ³ # 18 ° La Mar ia na 0° 3 ° ° ÿ Restaurant e La M ontañit a Ú ? Ú ?Ú? Ú? ?Ú Ú Ú Ú Ú Úð Ú# S ÚÚ Ú ÚÚ S # Pat io Bonito Ú Ú Ú Úð TÚ Ú $ Ú Ú ð Ú ÚÚ ð ð Ú Ú Ú ÚÚ â La Lor ena Ú Ú Ú Ú Ú Ú ð Ú ÚÚ ÚÚ S # ð Ú salve Ú Los ð Mon ÚÚ S Ú Ú Ú Ú # Ú Ú ð Ú ÿ ð L a M agdal e na Ú Ú Úð Ú ÿ ÚÚ Ú Ú Ú Ú â Ú Ú Ú Ú Ú Ú ð Ú Ú# Ú Ú ð SÚð Ú Ú ð Ú ÚÚ ðÿÿ Ú ÿ ÿ ÿÿ ÿ Ú Ú Úð Ú Ú Ú ÚÚ Ú Ú Ú Ú Ú ð Ú ÚÚ ð â Ú Ú Ú ð El Chis ð pe ro ð Ú Ú Ú Ú ð ÿð Ú Ú Ú Ú Ú Las A cac ias â Ú ÚÚ S # ð Ú Ú Ú ta an .S Q Ú ° 10 0º 7 Ú ð Ú Ú ð Ú #Ú S Úð Ú Ú ? ???? a cí Lu 40 ° 65° â 0 3 ° El Castil lo VE REDA E L PLA N ? ÿ?? ÿ Ú S # Ú Ú 20 Ú ð S ÿ ÚÚ â TÚ# ] ' Ú ÿÚÚ$ S # T $ ÚÚ ÿÚÿ? ÚÚ Ú ÿ Ú Ú Br is as de O riente Ú Ú ÚÚ S # Ú ÿ Ú T$ T$ T ÚÚ ðÚ $ Ú T $ Ú S # Ú Ú ð T$ T$ T Ú' ]Ú$ Ú Ú Villa Ú Marcela 20 ð# â ?³? ?? ? ?â ?#³? ? ° o der pa Q. La E s padera u Ch ³ # ³ # 75° Q. ia g ua Q. B ra s to La Agu ada nz a ° 15 Pa Q .M ed 20° 1180000 a A EN Q. L ³ # E l Recr eo Ú Ú# SÚ ada S anta A na Q. Ú 1178000 El Bosquecito Leblón San Migue l Ú a Pr e s id en ta E sp ader as Ú Mirador Ú .L o Ú Q. La Pre sident a Q r ar iz B El Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú ÚÚ S # Ú Alta Vista .L Q Ú as Ú Ú Úð ÚÚ Ú Ú Ú Ú ÚÚ S # TÚ $ T $ ÚÚ Ú S # Lago Ar tificial Q. La S an ín â ÿ Ú ð Ú ð Ú ' ] ] ' Q. L a ÚÚ co pe t e Q. La Mo n á ÿÿ Ú Ú Ú ÚÚ Ú ??? ? T Ú $ S T Ú$ $ TÚ# $$ T TÚ Ú T $ Ú TÚ Ú $ SÚ # Ú ÿ Ú ÿ Ú ÿ$ Tÿ ÿ$ T Ú SÚ # ría ÿÿ Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú 1176000 Ú VE REDA L OS PI NOS â ° Ú ÿÿ T $ ÿ T $ Ú T $ â Ú Úÿ ÿÚÚ Ú Ú ÿ Ú Ú Ú Ú ð Ú Ú Ú ?? ? Ú ?Ú Ú Ú $$ T T T $ T $ T T $ Tÿ $ $ T $ Ú ð Ú Ú ? ? VEREDA EL LLA NO Ú Ú# SÚ Ú ð Buen a Vista 3 2° 80 ° Q. La G La Es condid a 8° 1 Ú ð Ú ?? Ú QÚuintanar Ú Ú ? ?? Ú Ú ð ?Úðð ðð ']'] ? Ú La Her mita' ] ? ? El Rincón 80 ° ³ # $ T ] ' ] T ' $ alli naza ÿ â .L Q 838000 ÚÚ S # Ú â 80 ° TÚ $ '# ] ³Ú ÚÚ Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú ð Ú ð ââ Ú Ú Ú Ú Ú iz ar ro Ú Ú Ú 54° 0 6 lB Ú SÚ # Ú 0° 6 Ú Ú ð El A lto Ú Ú ÚÚ S # T $ Ú $ T T$ $ T $ T T $ $ T Ú T T $ $ Ú V olc ana Ú Ú Ú Ú Ú Q. La Ú Ú Ú Antena Ú ð Ú Vient o Loco Ú Ú Ú Ú Ú ÚÚ Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú Ú ÚÚ La Luisa Ú Ú Ú Ú Es ? â ? ? Ú Ú ð Ú ÿ Ú TÚ $ Ú Ú# ÿ ÚS Ú T S #ð$ Ú ÚÚ ð# ³ Q. E EL PLA N Ú Ú ð Ú ÿ Ú ÚÚ Ú S Ú# T $ Catay Ú ÚÚ ÚÚ S # Ú ÚÚÚÚ SÚ T# $ Ú Ú ð Ú ÚÚ Ú Chinampa Ú Úð Ú ð Ú 40° Ú Ú Miraplán â ] ' El Diama nte Ú Paysandú Ú La Facultad Ú Ú Ú Ú Ú Ú ÚÚ Ú ð 0° 4 ÿÿ ÿ SECTOR LAS MARGA RIT AS Casa V erde Ú Ú Ú ] ' ] ' Ú Ú Ú ð ÚEl Triángulo Ú ð ð ÚÚ SÚ # ðð Ú ð ð ] ' ] ' Úð ðð El Pð ] ' almar Ú Ú Ú S Ú # Ú Ú Úð ÿÚð Úð Ú ðð Úÿ ð SE CT OR LA MORENA ] ' ]ð ' Úð Ú Ú Ú Ú Ú ÚÚ Ú as P m al as La Mar ta El Carme lo 840000 842000 CONVENCIONES RASGOS CÁ RSICOS Drenajes â Cerro aislad o Caverna Dolina Uvala Karren ñ S # Perma nente Est aciona l Divisoria de aguas ÿ ? Escarpe ð Ponor # Surgencia ³ T Colina residual (hum) $ ] Ventana Carsic a ' Pse udocársicos (tu bificación y tu nelización ) Barbo sa Girardota N W IMPLICACIONES HIDROLÓGICAS E HIDROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E CONTIENE : ELABORADO POR: Jairo Herr era A. S Bel lo CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; MAPA GEOMORFOLÓGICO Itagü í FIGURA: 4.6 ESCALA: 1:40.00 0 30 Copacabana MEDELLÍN La Estrel la Envigad o Sabaneta Cal das Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá 4.1.10 VALLES CÁRSICOS Son valles cerrados con o sin corrientes superficiales perennes o intermitentes que se pierden en un sumidero. En la zona se identificaron 12 valles cársicos. 4.1.10.1 Valle Cársico de La Espadera. Las geoformas cársicas son de difícil observación 2 debido a que sus 0.23 km están cubiertos por rastrojo alto. Las dolinas, con hasta 7 m de profundidad, tienden a alinearse con dirección N42ºE. En la parte más baja del valle hay uvalas que han sido confundidas con el nacimiento de la quebrada La Espadera (plancha 147-III-B del IGAC). 4.1.10.2 Valle Cársico de El Bizarro. Reportado por Vásquez (1993), es el más amplio 2 con 1.5 km y el de mayor número de rasgos cársicos. Sus dolinas se zonifican así: las suroccidentales con diámetros inferiores a 10 m y profundidades menores a 2 m de los tipos 2 y 4; las centrales con diámetros de 30 m y someras del tipo 3 y las nororientales con diámetros menores a 5 m, profundidades mayores a 2 m del tipo 1. Tiene el mayor número de uvalas, algunas someras como la ubicada frente a la escuela de El Plan. En la del Hoyón, con 150 m de longitud y 15 m de profundidad, hay cuatro ponores por donde se pierden las aguas de la quebrada El Bizarro; cuando la capacidad hidráulica no es suficiente los excedentes son evacuados por una caverna y los ponores de la uvala de Los Monsalve. En la quebrada El Bizarro, con abundante karren, hay varios sumideros; el principal está 15 m aguas abajo del puente del Chispero. Además se ubicaron tres cavernas con profundidades entre 3 m y 5 m y longitudes transitables menores a 7 m. FIGURA 4.7. Valle cársico El Bizarro, el bos que central corresponde a la uvala del Hoyón. 2 4.1.10.3 Valle Cársico de La Marcela. Este valle de 0.14 km , sin karren y con alta densidad de dolinas someras y diámetros inferiores a 5 m, excepto al norte donde hay una uvala con dolinas de gran tamaño; además de la anterior, existe otra uvala en la divisoria con El Bizarro donde está el único ponor importante. Hay dos cavernas la primera con 22 m de profundidad, la mayor del sistema, y la segunda con dos niveles horizontales unidos por una sima de 8 m de profundidad y 0.6 m de diámetro. 31 CARSOLOGÍA 4.1.10.4 Valle Cársico Sin Nombre 3. Este es un pequeño valle (2.5 ha) localizado en la divisoria entre los dos anteriores. Presenta una alineación N30ºW marcada por una secuencia de dolinas tipo 3, estrechas y someras, que termina en una uvala profunda con dos ponores. No se encuentran evidencias de karren. 4.1.10.5 Valle Cársico de Las Margaritas. En sus 0.63 km2 hay tres corrientes efímeras además de la quebrada Las Espaderas, cuya infiltración ocurre en una dolina tipo 1 de 25 m de diámetro y 4 m de profundidad. Llama la atención la abundancia de dolinas tipo 3, con diámetros menores a 2 m, y la restricción del karren a pendientes mayores a 20º y su ausencia en zonas con relieve ondulado a plano. En el flanco oeste hay varias uvalas con ponores pequeños y en el flanco oriental cuatro ventanas cársicas y una caverna sellada con desechos domésticos. (a) (b) FIGURA 4.8 Ponor principal de la quebrada Las Espaderas. (a) octubre de 2001 y (b) mayo de 2002. 2 4.1.10.6 Valle Cársico de Miraplán. Este valle de 0.14 km está conformado por un canal aluvial con puentes naturales y sumideros de diferentes tamaños, dolinas escasas, una uvala y una caverna con una losa de cemento que impide su estudio. 4.1.10.7 Valle Cársico de Viento Loco. Al oriente del anterior se encuentra este valle de 2 0.37 km donde el karren está ausente y las dolinas son del tipo 1. hacia la vía que del Chispero conduce a las Antenas se observan varios ponores. 2 4.1.10.8 Valle Cársico de Patio Bonito. Es un valle de 0.32 km compuesto por dolinas tipo 1 y 3, de hasta 6 m de profundidad y 15 m de diámetro. Una dolina de colapso de 2.5 m de profundidad permite la infiltración concentrada. Hay colinas residuales y una ventana cársica que permite observar el nivel freático. 2 4.1.10.9 Valle Cársico Sin Nombre 1. Sus 0.013 km , ubicados sobre el flanco oeste del valle cársico de La Espadera, con karren ausente y un número reducido de dolinas de 3 m de profundidad y 15 m de diámetro. La infiltración concentrada tiene lugar a través de un ponor ubicado en su parte oriental. 2 4.1.10.10 Valle Cársico Sin Nombre 2. Sus 0.08 km , ubicados al occidente del valle cársico de Miraplán, muestran un número bajo de dolinas tipo 3, con profundidades inferiores a 1 m y diámetros menores a los 5 m y abundante karren. 32 Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá 2 4.1.10.11 Valle Cársico de La Presidenta. Este valle cársico, de 0.09 km , presenta dolinas de 5 m de diámetro y 1 m de profundidad. En la parte alta se observan uvalas y colinas residuales y al norte hay dos ponores importantes. 4.1.10.12 Valle Cársico de Tablazona. Sus 0.13 km2 están al occidente de la quebrada Palmas y presentan dolinas de 15 m de diáme tro y 3 m de profundidad, varias cavernas con 3 m de profundidad, abundante karren y colinas residuales. 4.1.11 C AMPOS DE D OLINAS En este trabajo se define con este nombre un área con dolinas en la que no se observa un valle ciego o un eje articulador. Durante el trabajo se identificaron diez campos (ver Figura 4.8) en cercanías a las cabeceras de diferentes quebradas. 4.1.11.1 Campo de Dolinas de Las Palmas. La cabecera de la quebrada Palmas muestra dolinas tipo 3 de hasta 40 m de diámetro y algunas tipo 1, uvalas extensas y colinas 2 residuales en 0.5 km . Se identificó karren tipo nido de abeja y acanaladura. La única caverna está cubierta con troncos impidiéndose el estudio. 4.1.11.2 Campo de Dolinas de El Bosquecito. En la parte alta de las quebradas La 2 Presidenta y Chupadero se encuentra un área de 0.32 km con abundantes dolinas pequeñas y aisladas, en su mayoría ocultas bajo una cobertura de rastrojo alto. Sólo se encontró una caverna cuyas dimensiones no permiten su inspección. 4.1.11.3 Campo de Dolinas de Chupadero. Al oriente del anterior hay un área de 0.03 km2 con dolinas pequeñas y someras. No se observa karren ni cavernas. 4.1.11.4 Campo de Dolinas de Bonanza. Es un área de 0.4 km2 vecina del valle cársico de Patio Bonito con el que comparte características, como tipos de dolinas y colinas residuales de hasta 10 m de altura. En su parte central hay una uvala cilíndrica con paredes verticales de hasta 1 m de altura. Limitando con el escarpe hay afloramientos rocosos con karren. 4.1.11.5 Campo de Dolinas de La Aguada. Es un área de 0.23 km2 con dolinas tipo 3, con diámetros inferiores a 10 m y profundidades menores a 1 m. Las uvalas son frecuentes aunque por el rastrojo alto y el carácter somero de las dolinas no es fácil diferenciarlas. En el sector occidental hay dolinas tipo 4, únicas en todo el sistema, con abundante karren. Hacia el centro hay una caverna de dos niveles horizontales unidos por una sima de 0.5 m de diámetro y 3 m de profundidad. 4.1.11.6 Campo de Dolinas de La Mariana. Al oeste del anterior se encuentra un campo de 0.01 km2 con abundantes colinas residuales y una uvala con dirección N26ºE. Sólo se presenta un ponor en su extremo suroeste. 2 4.1.11.7 Campo de Dolinas Sin Nombre 1. Con 0.01 km este campo de dolinas se localiza entre los valles cársicos de La Espadera y de La Marcela, las dolinas presentan profundidades de hasta 3 m y diámetros de 10 m. Se diferencias dos uvalas y el karren está ausente. 33 CARSOLOGÍA 4.1.11.8 Campo de Dolinas Sin Nombre 2. Al suroeste del Hoyón, se encuentra un área de 0.01 km2 cuya principal característica es un gran dolina tipo 1 con más de 20 m de profundidad y 45 de diámetro. 2 4.1.11.9 Campo de Dolinas Sin Nombre 3. Este campo, con 0.04 km , ubicado sobre el flanco occidental del valle cársico del Bizarro está compuesto por algunas dolinas tipo 3 y una tipo 1 ubicada al norte. El karren está ausente. 4.1.11.10 Campo de Dolinas Sin Nombre 4. Limitando con el escarpe se presenta un campo de dolinas de 0.12 km2 sin karren, con abundantes dolinas tipo 3 y uvalas extensas, hacia su extremo occidental se presenta una dolina tipo 1. CONVENCIONES Drenajes # Permanente Estacional # Dolinas Surgencias Vías FIGURA 4.9. Esquema de localización de las dolinas y las surgencias. 34 Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá 4.2 HIDROLOGÍA CÁRSICA Los carsos son sistemas hidrogeológicos de alta complejidad con flujo en los sedimentos no consolidados y en el macizo rocoso. Los elementos necesarios para el desarrollo de cuencas cársicas son: área de recarga, sistema de conductos interconectados con circulación vertical y horizontal, precipitación y roca soluble sobre el nivel base. En ausencia de alguno de ellos la roca será hidrogeológicamente inerte. En estos sistemas hay dos tipos de recarga (figuras 4.10 y 4.11): la difusa donde el agua cruza los depósitos superficiales hasta interceptar los conductos y la concentrada donde las corrientes superficiales se pierden en sumideros. Aunque en la mayoría de carsos, incluyendo el de Santa Elena, actúan ambos mecanismos, es la recarga difusa la que provee la mayor cantidad de agua al sistema. Recarga concentrada Recarga difusa eáti co Niv el fr Recarga mixta co Nive l freáti Manantial Roca soluble Subsistema de corrientes Cobertura no soluble Subsistema de percolación FIGURA 4.10. Tipos de recarga, tomado d e Ford y Williams, 1989. Cuando el flujo subterráneo es convergente a surgencias mayores vía conductos bien definidos (ver Figura 4.12) el acuífero se considera maduro (Mull et al., 1988). De esta forma la descarga de la cuenca subterránea puede darse a través de grandes áreas (difusa) o de surgencias (concentrada), en cualquier caso ocurre cerca del nivel base o donde barreras estructurales o litológicas impidan el desarrollo de los conductos. En los carsos maduros las surgencias muestran características químicas similares, caudales y temperaturas variables, respuesta rápida a la precipitación, dureza normalmente baja pero altamente variable y flujo turbulento. En acuíferos menos maduros, el agua se moverá por conductos tributarios con velocidades de flujo bajas. El flujo totalmente difuso está restringido a las cabeceras de las cuencas cársicas y a las vecindades de los conductos puesto que los ensanchamientos microscópicos de los planos estratigráficos y las diaclasas funcionan como conductos tributarios. Aunque en casi todos los acuíferos cársicos están presentes ambos tipos de flujo, difuso y concentrado, uno predomina sobre el otro según el grado de disolución. 35 a ed i ag ua o Q. La E spadera r ad e up Q. Ch Q. Bo na n z CARSOLOGÍA La Mar iana El Cast illo Restaurante La Mont añita Bris as de Ori ente 1180000 VERED A EL P LAN Vi la Marc el a Q .S an ta ía Luc Pat io Boni to El Rec reo La Lor ena Los Mons al ve La Magdal ena Santa Ana Q. El B rro iz a ra s El Chi sper o Q. Leblón San Mi guel La Pr e Es pa de Mir ador Las A caci as El Bos quecito Q .L Casa Verde SEC TOR si d e Pay sandú as El Tri ángulo La F acult ad LA S MAR GARI TAS n ta Mi raplán Alta Vis ta El Pal mar SEC TOR LA MOREN A Catay 1178000 Chinampa Lago Q. El Biz a EL PLAN Art ifi cia l r ro La Luis a Q. La San ín El Diamante Vi ento Loco El Alto VER ED A EL LLA NO Q. La Mon á Antena Buena Vist a Q. L a La E scondida Ga llin az a 1176000 Quint anar La H ermita El Rinc ón A LOSP INOS .L Q as as al m P El Car melo La Mar ta VER EDA LAS PALMA S 838000 Drenajes Permanente Estaci onal Vías 840000 842000 Val les Cársi cos El Bizarro Pati o Boni to La Espadera Sin nombr e 1 La Marcel a Sin nombr e 2 La Presi denta Sin nombr e 3 Las Margari tas Tablazona Mirapl án Viento Loco Campos de Doli nas Bonanza Bosqueci to Chupadero La Aguada La Mar iana Las Palmas Si n nombr e 1 Si n nombr e 2 Si n nombr e 3 Si n nombr e 4 Barbosa Gir ardota CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICA CIONE S HIDROL ÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VA LLE DE A BURRÁ E S CONTIENE: VALLES CÁRSICOS Y CAMPOS DE DOLINAS ELABOR ADO POR : Jai ro Herr era A. MODIF ICADO DE: CORANTIOQU IA, 2001 36 Bello Copacabana MED ELLÍN FIGURA: 4.11 ESCALA: 1:30.000 It agüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá 4.2.1 ACUÍFEROS C ÁRSICOS La porosidad, la conductividad hidráulica y el almacenamiento del acuífero están determinados por las relaciones entre los controles litológicos, estructurales y climáticos. La geomorfología también determina las condiciones de frontera del acuífero a través de sus controles sobre la recarga y la descarga. (a) Recarga difusa a través de una dolina tipo 1 (b) recarga concentrada a través de un ponor FIGURA 4.12 Tipos de recarga El movimiento del agua subterránea en los terrenos cársicos, como en los no cársicos, se produce como respuesta a gradientes hidráulicos. La dirección del movimiento del agua subterránea no puede estimarse a partir de las líneas de flujo puesto que una red de flujo con las equipotenciales perpendiculares a las líneas de corriente aplica sólo en medios anisotrópicos y heterogéneos (Kastning, 1998). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Flujo difuso a través del suelo y de depósitos no consolidados Flujo a través de conductos verticales ensanchados Flujo difuso en aberturas primarias en el macizo rocoso Sumidero de corrientes superficiales Flujo horizontal y vertical hacia un conducto maestro Conducto maestro con flujo constante Conductos en la zona vadosa Líneas de flujo de flujos freáticos difusos 4 Dolinas 1 3 2 5 7 5 6 8 FIGURA 4.13. Componentes de acuíferos cársicos maduros (adaptado de Mull et al., 1988) La Agencia de Protección Ambiental (EPA) y el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) han modificado las clasificaciones de Fetter (1980) y Milanovic (1981) para obtener criterios del flujo subterráneo según las características geológicas; 1) acuíferos cársicos con flujo difuso, desarrollados en rocas con disolución litológicamente retardada por lo que 37 CARSOLOGÍA las geoformas cársicas son escasas y las cavernas, si se presentan, son estrechas y aisladas. El flujo, no concentrado y laminar, origina una descarga a través de múltiples surgencias. 2) acuíferos cársicos de flujo libre donde el flujo, con frecuencia turbulento, se concentra en conductos maestros mediante sistemas de conductos afluentes permitiendo que las velocidades semejen a las de corrientes superficiales. La descarga se presenta en pocas surgencias y su respuesta a la precipitación es rápida y 3) acuíferos cársicos de flujo confinado presentes en estratos con baja conductividad hidráulica debido a condiciones estratigráficas o estructurales que controlan la tasa y la dirección del flujo subterráneo. En éstos, el flujo es a través de las diaclasas, sin concentrarse en conductos maestros. Aunque en el área estudiada se distinguen características de acuífero cársico con flujo difuso, como disolución retardada por control litológico y cavernas poco frecuentes y no interconectadas, el carso de Santa Elena, presenta características que lo clasifican como de flujo libre, con conductos bien definidos, surgencias con flujo turbulento, geoformas cársicas bien desarrolladas y ampliamente distribuidas y, finalmente, se advierte una rápida respuesta cársica a eventos de precipitación. 4.2.2 USO DE T RAZADORES Como el análisis químico representa la composición del agua en el momento y en el lugar del muestreo y su interés se limita a períodos de tránsito aguas bajas-aguas altas cuando se renuevan las reservas, son los tintes trazadores la herramienta más práctica en la búsqueda de información de los acuíferos cársicos. Los trazadores más utilizados son los fluorescentes y de estos el más recomendado por la Agencia para la Protección Ambiental de los Estados Unidos es la rodamina WT (Kastning, 1998). Rodríguez (1989) realizó una prueba con trazadores en la zona de estudio, con 120 kg de yodo y cloro. Infortunadamente, no indica el sitio de inyección, el sitio de recuperación ni las condiciones hidrológicas y climáticas durante el ensayo. Los resultados presentados por Rodríguez son los siguientes: distancia subterránea (1300 m), tiempo de residencia (21.5 hr) y velocidad (0.0252 m/s). En enero de 2003, durante un período de estío, se vertieron 10 ml de rodamina WT en el sumidero ubicado 70 m aguas arriba del puente del Chispero cuyo caudal para la fecha era de 0.5 l/s. La recuperación tuvo lugar 350 m antes de la desembocadura de la quebrada La Espadera, con un caudal de 5 l/s, después de 2450 m recorridos en 19.5 horas, es decir, una velocidad media de 0.035 m/s. Una segunda prueba con rodamina y su lectura mediante el fluorómetro permitió conocer la velocidad media en los 1170 m de La Espadera obteniéndose un valor de 0.04 m/s. Así se determinó que la velocidad al interior de los 1280 m de conductos cársicos es 0.031 m/s. 4.2.3 CONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS C ÁRSICOS Por la estructura de drenaje del medio cársico el comportamiento del contaminante depende del lugar y modo de entrada al acuífero. Si el vertimiento ocurre en el eje del drenaje se transmitirá directa y masivamente hacia la surgencia sufriendo dilución y la surgencia recuperará rápidamente su calidad inicial al cesar la contaminación. En aguas altas los conductos maestros tienen mayor carga hidráulica que los afluentes permitiendo la contaminación de los bloques capacitivos por inversión de gradiente y postergando su evacuación para aguas bajas. 38 Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá FIGURA 4.14. Ensayo con rodamina y fluorómetro. Si el contaminante es introducido en las zonas de almacenamiento, se trasmitirá lentamente por lo que puede darse una reducción en la contaminación en la surgencia por dilución con aguas limpias. En estos casos, si los bloques capacitivos son independientes entre sí sólo alguno de ellos se verá afectado. Se hallaron 4 cavernas y 25 dolinas convertidas en basureros. Durante el invierno de octubre de 1999 la basura depositada en algunas cavernas cercanas al escarpe fue expulsada por el aire comprimido al interior de los conductos saturados. Además, se detectaron vertimientos de aguas servidas y contaminación con fertilizantes y herbicidas. La contaminación del sistema cársico representa la contaminación de los acueductos ubicados en la quebrada La Espadera y que surten los barrios Juan Pablo II (1980 msnm) y Ocho de Marzo (1860 msnm). Por esta razón se analizó una muestra de agua (400 ml) tomada en la surgencia principal, primer afloramiento de agua de la quebrada La Espadera, en Enero de 2003 durante un período de aguas bajas. En general, los resultados del análisis (ver Anexo IV) muestran valores comprendidos en los rangos establecidos por el Decreto 475 de 1998 sobre calidad del agua potable; sin embargo, los nitratos, cuyo valor obtenido fue de 13.26 mg/l, está por encima de lo permitido por el decreto (10 mg/l) lo que indica contaminación con orina que sólo puede provenir de la zona cársica. La contaminación del agua por nitratos puede causar una enfermedad llamada “síndrome del bebé azul” o metahemoglobinemia, que puede afectar a personas de todas las edades, pero que es especialmente peligrosa para los bebés de menos de seis meses de edad. La conductividad reportada para la muestra (141.7 µS/cm), el doble del valor reportado para el acueducto de Medellín, indica presencia de sales. No obstante, el contenido de materia orgánica en la muestra, representada por la relación entre sólidos disueltos (102.04 mg/l) y conductividad, es bajo se considera bajo lo cual también es indicado por el valor de la demanda química de oxígeno (DQO.). De esta forma se comprueba que los vertimientos de aguas servidas en el carso de Santa Elena está contaminando las aguas de la quebrada La Espadera que surte dos acueductos barriales del oriente de Medellín. 39 CARSOLOGÍA 4.3 PSEUDOCARSO El pseudocarso representa geoformas, similares a las cársicas, asociadas con agentes mecánicos que transportan el material en estado sólido, con efectos resultantes del cambio de fase (túneles en lava y cuevas glaciales) o con la remoción de material líquido (Grimes, 1997). La disolución puede contribuir en procesos pseudocársicos y viceversa por lo que la distinción entre carso y pseudocarso se basa en el proceso dominante. La tubificación, el más común de los procesos pseudocársicos, es generada por las fuerzas de filtración, asociadas al gradiente hidráulico, que producen suficiente fuerza de arrastre para desprender y transportar partículas originando conductos en contra pendiente (Terzaghi y Peck, 1967). La tunelización se diferencia del anterior en el origen animal (madrigueras), vegetal (radicular) o antrópico. El “sapping”, o carcavamiento interno, está referido al crecimiento, por acción corrasiva de las corrientes, de los conductos generados por los dos anteriores (Bryan y Jones, 1997). En la mayoría de los casos el “sapping” actúa como productor de sedimento y la tubificación como agente transportador. La importancia de estos procesos reside en su aptitud como formadores de canales superficiales y subsuperficiales, como transportadores de agua, sedimento y solutos hacia las partes bajas de la cuenca y, en el caso específico de Santa Elena, como conductores directos de la escorrentía superficial al sistema cársico. Los rasgos pseudocársicos son comunes en las cenizas volcánicas y el saprolito de la dunita, siendo más frecuente la tubificación en la parte alta de las cuencas superficiales, ubicadas entre las cotas 2650 y 2800 msnm, y la tunelización en el escarpe donde la descomposición de raíces dentro del saprolito y el gradiente hidráulico lo facilitan. Los canales de mayor longitud se encontraron en La Luisa, donde una corriente estacional pasa al sistema subsuperficial a través de un canal de 60 cm de diámetro y dirección aproximada N70ºE para desembocar en un tramo, de igual dirección, de la quebrada El Bizarro. Al occidente de esta finca y sobre la cota 2720 msnm, se hallan puentes naturales y sumideros generados por tubificación. El transporte de sedimentos mediante procesos pseudocársicos resulta bastante efectivo, en especial en invierno, por esta razón su influencia en el sistema cársico tiene doble implicación: (1) infiltración concentrada de la escorrentía superficial y (2) aporte de sedimentos a los canales cársicos. La combinación de las anteriores origina taponamientos que incrementan las presiones del fluido dentro del sistema favoreciendo así la disolución en las paredes de las diaclasas y fracturas mayores. 4.4 INCIDENCIA DEL CARSO EN LOS PROCESOS DE REMOCIÓN EN MASA DEL ESCARPE. En la vertiente centro oriental del Valle de Aburrá han ocurrido eventos de remoción en masa que parecen asociados con las aguas infiltradas en El Plan de Santa Elena. 4.4.1 R EPTACIÓN Y E ROSIÓN C ONCENTRADA En el escarpe centro oriental del valle de Medellín las evidencias de reptación son comunes; sin embargo, su relación con procesos cársicos y pseudocársicos no puede ser establecida pues, en general, ocurren en áreas donde la escorrentía superficial y el contraste hidráulico entre el saprolito y la roca podrían ser la causa. 40 Carso de Alta Montaña en Santa Elena; Implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en e l valle de Aburrá Los aportes puntuales de caudales importantes en las surgencias sumados a la disposición estructural y el alto grado de meteorización de las unidades litológicas presentes en algunos sitios del escarpe, permite el desarrollo de procesos de carcavamiento y socavación de bancas. Estos procesos son particularmente fuertes sobre el cauce de las quebradas La Presidenta, La Sanín y La Escopetería. 4.4.2 R EMOCIÓN EN MASA En el escarpe hay múltiples evidencias de desgarres y desprendimientos asociados con las surgencias y los procesos pseudocársicos que, durante épocas de invierno, concentran gran cantidad de agua en el interior del saprolito de la Dunita, cuyo espesor observado en la quebrada La Espadera (cota 2450) supera los 8 m. La liberación súbita del agua almacenada, por acción de las fuertes presiones hidrostáticas, genera inestabilidad en el escarpe. Los desgarres y los deslizamientos son más comunes en las quebradas La Aguada, Bonanza, La Espadera y Media Agua. 4.4.3 ERUPCIONES DE L ODO Estos fenómenos tienen el mismo origen de los anteriores. Una excesiva presión de agua, motivada por la activación de nuevos conductos de salida o la reactivación de conductos antiguos taponados por deslizamientos superficiales, puede producir erupciones de lodo de gran magnitud. El 12 de julio de 1954, en la parte baja del escarpe oriental entre las quebradas La Espadera y La Salada, tuvo lugar un evento conocido como el “deslizamiento” de Media Luna; sin embargo, al revisar los relatos periodísticos publicados en El Colombiano una semana después de la tragedia se advierte que no fue un deslizamiento sino cuatro pulsos de erupciones de lodo lo que causó la muerte a cerca de 200 personas. En el mismo reporte se hace mención de la posible influencia de los sumideros de la quebrada El Bizarro en lo ocurrido. “...según testigos idóneos, no se trataba propiamente de deslizamientos sino de erupciones de la tierra que se abría para dejar salir inmensas cantidades de lodo. (...) La quebrada El Bizarro, que es relativamente caudalosa, corría normalmente hasta cuando se produjo en su lecho un hundimiento y el agua se precipitó por él. Desde entonces, el cauce quedó seco de allí para abajo, y el agua se ha seguido perdiendo por el hueco abierto en el lecho sin que se sepa a donde se dirige.” El Colombiano, 20-07-1954. P. 13 41 HIDROLOGÍA 5. HIDROLOGÍA El objetivo específico de este capítulo es lograr una aproximación al balance hídrico para establecer la cantidad de agua que el carso puede aportar a la quebrada Santa Elena, vía la quebrada La Espadera, a través de los conductos subterráneos. Dicha aproximación se obtuvo a partir de la precipitación, la temperatura, la evapotranspiración, almacenamiento y la infiltración. Para generar los mapas finales del estudio hidrológico se utilizaron los mapas de cobertura vegetal, geológico y pendientes derivado de la base topográfica 5.1 PRECIPITACIÓN Para el análisis de precipitación se utilizaron los registros de las cinco estaciones pluviométricas más cercanas a la zona de interés cuya información se presenta en la Tabla 5.1 y sus promedios multianuales en la Tabla 5.2. TABLA 5.1. Estaciones hidrometeorológicas del IDEAM ESTACIÓN CÓDIGO CUENCA Santa Elena La Severa Las Palmas Vasconia Miguel de Aguinaga 2701081 2308022 2308023 2308024 2701047 Medellín Negro Negro Negro Medellín COORDENADAS GEOGRÁFICAS 06º 13' 00'' ; 75º 30' 00'' 06º 16' 00'' ; 75º 26' 00'' 06º 09' 00'' ; 75º 31' 00'' 06º 11' 00'' ; 75º 28' 00'' 06º 15' 00'' ; 75º 33' 00'' COORDENADAS PLANAS MSNM 842929.120 ; 1179087.766 848478.778 ; 1184603.915 841064.083 ; 1171718.000 846609.689 ; 1175390.806 835558.925 ; 1182795.371 2550 2170 2495 2510 1549 TABLA 5.2. Promedios multianuales de las estaciones utilizadas Estación La Severa Santa Elena Las Palmas Vasconia Miguel de Aguinaga Ene 43.68 59.02 53.82 57.89 32.63 Feb 63.89 66.58 72.23 89.26 59.53 Mar 70.17 77.24 114.24 108.46 55.72 Abr 161.14 137.20 179.24 204.74 128.90 May 175.55 162.21 180.72 233.50 151.72 Jun 125.19 103.84 145.62 150.26 99.52 Jul 101.36 98.90 110.74 117.02 90.65 Ago 134.87 95.65 129.17 155.97 107.33 Sep 138.95 133.17 160.64 177.08 121.93 Oct 212.73 178.78 199.89 264.50 152.83 Nov 142.46 116.36 162.64 196.66 114.42 Dic 85.78 76.80 84.66 126.00 58.21 Para inferir la cantidad aproximada de lluvia sobre el sistema cársico de Santa Elena se establecieron relaciones entre los datos de precipitación de las estaciones mencionadas y su correlación con la altitud y el relieve. De esta forma, para la obtención de los mapas de precipitación mensual, se ubicaron las estaciones y sus datos de precipitación mensual se interpolaron conforme a la altitud con el fin de dar al escarpe centro oriental de Medellín la importancia necesaria (Figura 5.1). 42 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá ENERO FEBRERO MARZO (0 - 10) m m/ mes (10 - 20) m m/mes (20 - 30) m m/mes (30 - 40) m m/mes (40 - 50) m m/mes (50 - 60) m m/mes (60 - 70) m m/mes (70 - 80) m m/mes (80 - 90) m m/mes ABRIL MAYO JUNIO (0 - 10) m m/ mes (10 - 20) m m/mes (20 - 30) m m/mes (30 - 40) m m/mes (40 - 50) m m/mes (50 - 60) m m/mes (60 - 70) m m/mes (70 - 80) m m/mes (80 - 90) m m/mes JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE (0 - 10) m m/ mes (10 - 20) m m/mes (20 - 30) m m/mes (30 - 40) m m/mes (40 - 50) m m/mes (50 - 60) m m/mes (60 - 70) m m/mes (70 - 80) m m/mes (80 - 90) m m/mes OCTU BRE NOVIEMBRE DICIEMBRE (0 - 10) m m/ mes (10 - 20) m m/mes (20 - 30) m m/mes (30 - 40) m m/mes (40 - 50) m m/mes (50 - 60) m m/mes (60 - 70) m m/mes (70 - 80) m m/mes (80 - 90) m m/mes Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICA CI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE A BURRÁ E S CONTIENE: MAPAS DE PRECIPITACIÓN MENSUAL (mm/mes) ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. Copacabana MEDELLÍN FIGURA: 5.1 ES CA LA: 1:150.000 43 Bello It agüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas HIDROLOGÍA 300 250 mm/mes 200 150 100 50 0 Ene Feb Santa Elena Mar Abr May Las Palmas Jun Vasconia Jul Ago La Severa Sep Oct Nov Dic Miguel de Aguinaga FIGURA 5.2. Precipitación media multianual en las estaciones. En la Figura 5.2 se observa el comportamiento bimodal de la precipitación en la zona en estudio; el año hidrológico se inicia en enero con un mínimo absoluto para las cinco estaciones y a partir de este mes se presenta un incremento en la precipitación hasta alcanzar un máximo en mayo, luego se tiene un descenso hasta julio y agosto, un segundo período de incremento en las lluvias se observa hasta octubre cuando ocurre la máxima precipitación para las cinco estaciones. En definitiva se tiene un período de verano bastante fuerte en el primer trimestre del año, luego un pequeño invierno en el trimestre siguiente al cual le sigue un verano menos fuerte que el primero, comienza entonces el invierno de mayor intensidad hasta noviembre cuando se ha iniciado el verano de nuevo completándose así el año hidrológico. 5.2 Temperatura Los datos de temperatura se obtienen de las estaciones localizadas dentro de la cuenca de estudio; sin embargo, cuando estos datos no están disponibles o no existen es necesario aplicar un método indirecto para obtener las temperaturas y transformarlas posteriormente en isotermas para su aplicación en un SIG. Para estimar la temperatura se utilizó la fórmula propuesta por Chávez y Jaramillo (1998), citado por Vélez y otros (2000), que permite conocer la temperatura media anual a partir de la altura sobre el nivel del mar. Con base en los porcentajes del valor anual representados por los registros mensuales de las estaciones Vivero y Las Palmas se desagregó la temperatura en valores mensuales (Figura 5.3). 5.3 Evapotranspiración Potencial La evapotranspiración potencial es el volumen de agua que teóricamente podría evaporarse si no hubiera límites en la disponibilidad de agua precipitada y retenida en el suelo. Para su análisis se interpolaron los valores mensuales presentados en Vélez y otros (2000) según los métodos de Turc modificado, Thorntwaite y Morton en las coordenadas correspondientes a las estaciones hidrológicas (Tabla 5.3 y Figura 5.4). El sistema de interpolación, al igual que para la precipitación, involucró la topografía. Así se obtuvieron los mapas mensuales (ver Figura 5.5). 44 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá ENERO FEBRERO MARZO (1. 8 - 12. 8) °C (12. 8 - 13. 8)°C (13. 8 - 14. 8)°C (14. 8 - 15. 8)°C (15. 8 - 16. 8)°C (16. 8 - 17. 8)°C (17. 8 - 18. 8)°C (18. 8 - 19. 8)°C (19. 8 - 20. 8)°C ABRIL MAYO JUNIO (1. 8 - 12. 8) °C (12. 8 - 13. 8)°C (13. 8 - 14. 8)°C (14. 8 - 15. 8)°C (15. 8 - 16. 8)°C (16. 8 - 17. 8)°C (17. 8 - 18. 8)°C (18. 8 - 19. 8)°C (19. 8 - 20. 8)°C JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE (1. 8 - 12. 8) °C (12. 8 - 13. 8)°C (13. 8 - 14. 8)°C (14. 8 - 15. 8)°C (15. 8 - 16. 8)°C (16. 8 - 17. 8)°C (17. 8 - 18. 8)°C (18. 8 - 19. 8)°C (19. 8 - 20. 8)°C OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE (1. 8 - 12. 8) °C (12. 8 - 13. 8)°C (13. 8 - 14. 8)°C (14. 8 - 15. 8)°C (15. 8 - 16. 8)°C (16. 8 - 17. 8)°C (17. 8 - 18. 8)°C (18. 8 - 19. 8)°C (19. 8 - 20. 8)°C Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICACI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E CONTIENE: ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. S FIGURA: 5.3 1:150.000 45 Copacabana MEDELLÍN ESCALA: TEMPERATURA MEDIA Bello Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas HIDROLOGÍA TABLA 5.3. Ciclo anual de evaporación en milímetros según los diferentes métodos. THORNTWAIT TURC MODIFICADO MORTON ESTACIÓN Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic La Severa Santa Elena Miguel de Aguinaga Las Palmas Vasconia 89 119 123 134 112 ESTACIÓN La Severa Santa Elena Miguel de Aguinaga Las Palmas Vasconia Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 78 74 75 73 71 90 102 97 85 66 66 66 84 78 79 80 76 95 107 99 86 71 70 71 90 86 87 88 83 100 114 104 92 76 78 79 86 72 84 83 78 92 107 103 91 76 71 75 81 76 77 77 73 90 103 99 86 70 67 69 ESTACIÓN Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic La Severa Santa Elena Miguel de Aguinaga Las Palmas Vasconia 87 114 122 128 107 97 127 136 142 119 59 72 73 64 59 60 63 76 64 59 61 64 77 65 60 Feb Mar Abr 93 124 130 138 117 61 63 75 65 61 90 119 123 133 113 60 63 73 65 60 111 141 144 147 131 63 67 78 67 63 129 159 163 168 150 63 62 78 67 62 120 148 152 164 143 107 130 132 145 126 60 63 76 65 60 81 68 108 85 107 98 124 108 104 89 61 63 74 64 60 59 60 68 61 58 56 58 67 59 56 68 98 101 114 93 56 58 68 61 56 150 140 130 (mm/mes) 120 110 100 90 80 70 60 50 Ene May Turc Modificado Jun Jul Morton Ago Sep Oct Nov Dic Thorntwait FIGURA 5.4. Evapotranspiración potencial media multianual según los tres métodos. 5.4 ESCORRENTÍA SUPERFICIAL El mayor porcentaje de las aguas precipitadas sobre la vereda El Plan son evacuadas por el carso hacia la microcuenca de La Espadera a través de surgencias localizadas en los alrededores de la cota 2195. Debido a la ausencia de información, los caudales de esta corriente fueron estimados mediante dos métodos diferentes; el primero consiste en un modelo espacialmente distribuido y el segundo es un modelo de tanques agregado. 5.4.1 MODELO ESPACIALMENTE DISTRIBUIDO El cálculo de la escorrentía superficial mensual se determinó mediante la relación existente entre la precipitación, la cobertura, la textura, la pendiente y la velocidad de infiltración. En primer lugar se obtuvo un mapa de velocidad de infiltración por textura, considerando a la conductividad hidráulica saturada de cada textura, obtenida del Cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos (1994) y presentada en la Tabla 5.4, como el valor de infiltración. 46 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá ENERO FEBRERO MARZ O (60 - 66) mm/mes (66 - 72) mm/mes (72- 78) mm/mes (78 - 84) mm/mes (84 - 90) mm/mes (90 - 96) mm/mes (96 - 102) mm/mes (102 - 108) mm/mes (108 - 112) mm/mes ABRIL MAYO JUNIO (60 - 66) mm/mes (66 - 72) mm/mes (72- 78) mm/mes (78 - 84) mm/mes (84 - 90) mm/mes (90 - 96) mm/mes (96 - 102) mm/mes (102 - 108) mm/mes (108 - 112) mm/mes JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE (60 - 66) mm/mes (66 - 72) mm/mes (72- 78) mm/mes (78 - 84) mm/mes (84 - 90) mm/mes (90 - 96) mm/mes (96 - 102) mm/mes (102 - 108) mm/mes (108 - 112) mm/mes OCTU BRE NOVIEMBRE DICIEMBRE (60 - 66) mm/mes (66 - 72) mm/mes (72- 78) mm/mes (78 - 84) mm/mes (84 - 90) mm/mes (90 - 96) mm/mes (96 - 102) mm/mes (102 - 108) mm/mes (108 - 112) mm/mes Barbosa Gir ardota CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICA CIONE S HIDROL ÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VA LLE DE A BURRÁ E S CONTIENE: EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL ELABOR ADO POR : Jai ro Herr era A. Copacabana MED ELLÍN FIGURA: 5.5 ESCALA: 1:150.000 47 Bello It agüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas HIDROLOGÍA TABLA 5.4. Valores de reclasificación de texturas en velocidad de infiltración (m/s) según la conductividad hidráulica saturada Textura Condición hidráulica saturada (Ks) Velocidad de infiltración 0.06 0.12 0.09 21 0.23 1.32 0.15 0.68 6.11 0.68 Bajo Bajo Bajo Alto Bajo Moderado Bajo Bajo Moderado Bajo Arcilla Arcillo arenosa Arcillo limosa Arenosa Franco arcillosa Franca Franco arcillo limosa Franco limosa Franco arenosa Franco limosa El mapa de vegetación se reclasificó de acuerdo con las equivalencias de la Tabla 5.5. TABLA 5.5. Reclasificación de cobertura vegetal para la obtención del mapa de velocidad de infiltración. Vegetación interpretada 1. Herbácea y arbustiva 2. Bosques cerrados (mixtos y robledales) 3. Zonas urbanas Vegetación reclasificada Pastos Bosques Sin vegetación El producto entre el mapa de cobertura reclasificada y el de velocidad de infiltración se cruzó con el mapa de pendientes obteniendo una matriz de dos dimensiones con la cual se determinó el porcentaje de escorrentía. Esta matriz permitió obtener un mapa de factor de escorrentía (Tabla 5.6) que al multiplicarlo por el mapa de precipitación mensual generó los mapas de escorrentía superficial mensual (Figura 5.6). TABLA 5.6. Estimación de escorrentía superficial Pendiente en porcentaje Vegetación * Velocidad de infiltración <1 1-5 5 - 20 20 - 50 > 50 Sin vegetación * Alto 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 Sin vegetación * Bajo 0.6 0.60 0.7 0.8 0.8 Sin vegetación * Moderado 0.5 0.6 0.6 0.6 0.7 Bosque * Alto 0 0.1 0.2 0.2 0.2 Bosque * Bajo 0.4 0.4 0.4 0.5 0.6 Bosque * Moderado 0.2 0.3 0.4 0.4 0.4 Pasto * Alto 0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 Pasto * Bajo 0.4 0.5 0.6 0.6 0.6 Pasto * Moderado 0.4 0.4 0.4 0.5 0.6 Posteriormente se determinó el número de celdas (píxeles) acumuladas en la cuenca de La Espadera hasta su desembocadura (1.2 km2) y hasta la surgencia principal (0.48 km2). Para obtener el caudal medio se multiplicaron las celdas acumuladas por el área de cada celda (735.5 m2) y por el caudal medio mensual calculado en los mapas de la Figura 5.6. 48 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá ENERO FEBRERO MARZO (2.6 - 7. 1) m m/mes (7.1 - 11. 6) m m/mes (11.6 - 16.1) mm /mes (16.1 - 20.6) mm /mes (20.6 - 25.1) mm /mes (25.1 - 29.6) mm /mes (29.6 - 34.1) mm /mes (34.1 - 38.6) mm /mes (38.6 - 43.1) mm /mes ABRIL MAYO JUNIO (2. 6 - 7.1) mm/ mes (7. 1 - 11. 6) mm/m es (11. 6 - 16. 1) mm/m es (16. 1 - 20. 6) mm/m es (20. 6 - 25. 1) mm/m es (25. 1 - 29. 6) mm/m es (29. 6 - 34. 1) mm/m es (34. 1 - 38. 6) mm/m es (38. 6 - 43. 1) mm/m es JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE (2.6 - 7. 1) m m/mes (7.1 - 11. 6) m m/mes (11.6 - 16.1) mm /mes (16.1 - 20.6) mm /mes (20.6 - 25.1) mm /mes (25.1 - 29.6) mm /mes (29.6 - 34.1) mm /mes (34.1 - 38.6) mm /mes (38.6 - 43.1) mm /mes OCTU BRE NOVIEMBRE DICIEMBRE (2. 6 - 7.1) mm/ mes (7. 1 - 11. 6) mm/m es (11. 6 - 16. 1) mm/m es (16. 1 - 20. 6) mm/m es (20. 6 - 25. 1) mm/m es (25. 1 - 29. 6) mm/m es (29. 6 - 34. 1) mm/m es (34. 1 - 38. 6) mm/m es (38. 6 - 43. 1) mm/m es Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICA CI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE A BURRÁ E S CONTIENE: ESCORRENTÍA SUPERFICIAL MENSUAL ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. Copacabana MEDELLÍN FIGURA: 5.6 ES CA LA: 1:150.000 49 Bello It agüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas HIDROLOGÍA Las áreas de recarga cársica fueron establecidas a partir de las observaciones de campo, las direcciones de flujo establecidas con base en el análisis de las trayectorias de flujo asociadas al fracturamiento del macizo y el análisis del modelo de elevación digital de la zona. En la Tabla 5.7 se observa la diferencia entre los valores calculados considerando el carso de Santa Elena y sin hacerlo, lo cual ya había sido intuido en campo puesto que La Espadera es la única quebrada del escarpe con flujo permanente durante todo el año. TABLA 5.7. Caudales medios mensuales estimados (l/s) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Cuenca total 17.68 18.09 29.88 58.58 46.12 49.09 21.22 Espadera sola 7.17 7.33 12.11 23.75 18.70 19.90 8.60 Surgencia* 10.44 10.68 17.64 34.58 27.23 28.98 12.53 * Caudal medio de la cuenca total hasta la surgencia principal Ago 31.20 12.65 18.42 Sep 37.76 15.31 22.30 Oct 50.53 20.49 29.83 Nov 66.95 27.14 39.53 Dic 32.91 13.34 19.43 Los valores máximos de caudales mensuales estimados mediante este método para La Espadera son muy inferiores a los caudales medios observados en campo a lo largo del estudio; sin embargo, los valores medios calculados para la surgencia incluyendo el aporte desde el carso se asemejan a los caudales observados durante las tres visitas a las surgencias, entre 10 y 30 l/s. Estos valores observados son muy similares a los verificados en la desembocadura a pesar de que la surgencia está en la parte alta de la cuenca. 5.4.2 MODELO DE TANQUES AGREGADO Vélez y otros (2000) plantean la utilización del modelo de tanques, basado en la hipótesis de que las entradas al sistema son lluvia y evaporación potencial y las salidas son caudal y almacenamiento, para estimar los caudales medios diarios a partir de la precipitación, las características del suelo y la cobertura vegetal. Este modelo de tanques agregados fue implementado mediante una hoja de cálculo y para su calibración se utilizaron los caudales observados en la quebrada Chorrillos, ubicada al norte del carso de Santa Elena y sobre el mismo altiplano, cuya cuenca presenta condiciones litológicas, geomorfológicas y de cobertura vegetal similares a la vereda El Plan. Los caudales medios diarios, obtenidos para las mismas áreas consideradas en el método anterior, se muestran en la Tabla 5.9 y en la Figura 5.8. TABLA 5.8. Datos de entrada para el modelo de tanques agregado Parámetros Parametros de interpolación Almacenamiento capilar 600 Santa Elena 0.3 Conductividad capa sup (mm/dia) 85 Las Palmas 0.4 Conductividad capa inf (mm/dia) 5 Vasconia 0.2 Perdidas subterráneas (mm) 0 La Severa 0.1 Tiempo medio de residencia flujo superficial (dias) 1 Otros parámetros del modelo Tiempo medio de residencia flujo subsuperficial (dias) 4 exponente infiltración 2 Tiempo medio de residencia flujo base (dias) 150 exponente evaporación 0.5 Condiciones iniciales (mm) Radiación global incidente promedia (cal/cm2)/dia 400 Almacenamiento Capilar 50 Almacenamiento Agua superficial 15 Almacenamiento Gravitacional Z Sup 5 Almacenamiento Gravitacional Z Inf (acuifero) 0 50 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá TABLA 5.9. Caudales medios mensuales estimados con el modelo de tanques (l/s) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Cuenca total 18.69 39.22 24.04 16.26 15.05 14.91 19.50 20.29 18.13 18.79 Espadera sola 4.77 10.01 6.14 4.15 3.84 3.81 4.98 5.18 4.63 4.80 Surgencia* 15.51 32.54 19.95 13.49 12.49 12.37 16.18 16.83 15.04 15.60 * Caudal medio de la cuenca total hasta la surgencia principal Nov Dic 16.15 15.23 4.12 3.89 13.40 12.64 Los caudales medios mensuales presentados en la Tabla 5.9 son, en general, menores que los estimados por el método anterior con excepción del primer trimestre y de julio. En la Figura 5.8 se compara la curva de duración de caudales de la quebrada Chorrillos con los simulados para la quebrada La Espadera. La curva de duración de la quebrada La Espadera hasta la surgencia y considerando el terreno cársico (Figura 5.8 c) se asemeja más a la curva de la quebrada Chorrillos. Por el contrario, al simular para la cuenca superficial se obtienen caudales excesivamente bajos. 5.5 BALANCE HIDROLÓGICO 1.0 2.0 0.8 Caudal (l/s) 2.5 1.5 1.0 0.5 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 0.0 10.0 20.0 30.0 t 40.0 50.0 60.0 70.0 t Qobservado Qsimulado Qobservado (a) Cuenca La Espadera más área de influencia del carso Qsimulado (b) Cuenca La Espadera hasta la desembocadura 2.5 2.0 Caudal (l/s) Caudal (l/s) En la zona donde se localiza el sistema cársico de Santa Elena se presentan largos períodos de estío donde no se registra precipitación, como ocurrió del 1 de enero al 5 de marzo de 1981 (64 días) o del 11 de noviembre de 1974 al 3 de febrero de 1975 (58 días). Por tal razón se consideró importante establecer los déficit y excedentes medios anuales. 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 t Qobservado Qsimulado (c) Cuenca de La Espadera hasta la surgencia principal. FIGURA 5.8 Caudales medios diarios estimados mediante el modelo de tanques agregado y su comparación con los observados para la quebrada Chorrillos 51 80.0 HIDROLOGÍA Para la aproximación del balance hidrológico se utilizó la precipitación diaria en las estaciones utilizadas y las perdidas de agua representadas por la evapotranspiración potencial estimada, según las fórmulas de Morton, Thortwait y Turc Modificado (CCTA – Universidad Nacional, 2002), la infiltración calculada a partir de la conductividad hidráulica y la escorrentía superficial mensual. A partir de los mapas que contienen la información mencionada se calculó el balance hidrológico para cada celda (pixel), considerando la evapotranspiración potencial, la distribución de la lluvia, la escorrentía superficial y el almacenamiento del agua. La metodología se resume en la Figura 5.9. Los mapas de precipitación efectiva (Pef ) se obtuvieron restando la escorrentía superficial mensual de la precipitación mensual de acuerdo con la fórmula que los relaciona: Pr ecipitación efectiva = Pr ecipitación mensual − Escorrentía sup erficial mensual Para la obtención de la retención de humedad del suelo, se elaboró el mapa de texturas con base en el mapa geológico (Corantioquia, 2001) y registros de campo de texturas (Hoyos, 2001). El mapa de textura se reclasificó con base en la propuesta de Beek (1996) presentada en la Tabla 5.10. TABLA 5.10. Capacidad de retención de agua en el suelo (mm/m -mes) Pedregosidad y gravas TEXTURAS 0 0-5 5 - 15 Arcilla 140 130 120 15 - 40 40 - 80 90 50 > 80 10 Arcillo arenosa 160 140 130 110 55 10 Arenosa 90 80 70 60 30 10 Franca 170 160 140 110 40 20 Franco arcillo limosa 150 130 120 100 55 10 Franco arcillosa 150 130 120 100 55 10 Franco arenosa Franco limosa 150 190 130 170 120 150 100 130 55 70 10 20 Es necesario reflejar las variaciones mensuales del almacenamiento real, debidas a la precipitación efectiva y de la evapotranspiración, teniendo en cuenta que puede haber un aporte al almacenamiento del mes anterior al presente y que la evapotranspiración tiene el efecto contrario. Este parámetro se calculó con la siguiente fórmula: S (a ) = P(ef ) + S ( a) mes−1 − Etp Donde S(a) es el almacenamiento real (mm), S(a)mes-1 el almacenamiento real del mes anterior (mm), P(ef) la precipitación efectiva (mm), y Etp la evaporación potencial. Los cálculos se inician a partir del mes con mayor retención de humedad, es decir, noviembre pues en octubre ocurren las mayores precipitaciones. Para noviembre se utilizó el mapa de retención como valor del almacenamiento de octubre. En los siguientes meses el almacenamiento fue calculado con el valor del mes anterior. Finalmente se realizó un ajuste para evitar valores negativos, calculándose así el almacenamiento real. 52 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá DATOS DE CAMPO Y MAPAS BASE DIGITALES Datos Climáticos Modelo Digital de Elevación Análisis Estadístico Mapas de Temperatura Aplicación de Índices y factores Mapa de Evapotranspiración Potencial Mapa de Pendientes Cobertura Vegetal Factor de Escorrentía Mapas de Precipitación Mapa Geomorfológico Mapa de Suelos Registros de Campo Mapa Litológico Velocidad de infiltración Escorrentía Superficial Mapa de Texturas Mapas de Precipitación Efectiva Grado de Pedregosidad Capacidad Potencial de Retención Mapas de Almacenamiento Real Mapas de Evapotranspiración Real CÁLCULO DEL DÉFICIT Y EXCEDENTE DE AGUA Evapotranspiración Potencial Precipitación Efectiva Déficit de agua Almacenamiento Real Excedente de agua Evapotranspiración Real FIGURA 5.9. Flujograma metodológico del cálculo del balance hídrico 5.5.1 D ÉFICIT DE AGUA M ENSUAL . El déficit hídrico ocurre cuando la evapotranspiración es mayor a la precipitación efectiva, manifestándose un almacenamiento igual a cero, Este déficit fue calculado mediante la siguiente fórmula para todos los meses. Déficit Etp − (P( ef ) + S (a) mes−1 ) = Donde Etp es la evapotranspiración potencial mensual, P(ef) la precipitación efectiva y S(a)mes-1 el almacenamiento real del mes anterior Los cálculos iniciaron en el mes de noviembre obteniéndose un mapa por cada mes. Debido a que los valores obtenidos no pueden tener valores negativos, se realizó un ajuste de dichos valores para reclasificarlos con valor de 0. 5.5.2 EXCEDENTE DE AGUA M ENSUAL. Se obtuvieron igualmente doce mapas de excedente de agua y se realizó el mismo procedimiento de reclasificación de valores negativos a valores de 0. El excedente de agua se calculó con la siguiente fórmula. Excedente = (P ( ef ) + S ( a) mes−1 ) − (Eta + S ( a) ) 53 HIDROLOGÍA Los mapas de déficit y excedente de agua mensuales fueron sumados para generar los mapas anuales de déficit y excedente. Estos mapas fueron reclasificados en valores de clase tomando como criterio una clasificación en rangos como se muestra en la Tabla 5.11. TABLA 5.11 Rangos de clasificación de los mapas de déficit y excedente de agua. Rangos de clasificación en mm/año Mapa Anual Bajo Moderado Alto Muy alto Excedente de Agua 300 - 1550 1550 - 2000 2000 - 2500 2500 - 2800 Déficit de Agua 0 - 256 256 - 384 384 - 450 450 - 520 5.6 CAUDALES MÁXIMOS Al ser verificada la influencia hidrológica del carso en la quebrada La Espadera se quiso conocer su impacto en los caudales de crecida. Para tal fin, y debido a la inexistencia de registros históricos, se hizo la estimación de caudales máximos con modelos lluvia – escorrentía a partir de los parámetros morfométricos (Tabla 5.12). La precipitación de diseño, necesaria en estos modelos, se estimó a partir de la duración de la lluvia que, en general, se acepta como igual al tiempo de concentración de la cuenca puesto que es para esta duración que la totalidad de la cuenca está aportando a la escorrentía produciéndose los caudales máximos. Tabla 5.12. Parámetros morfométricos. PARÁMETRO Area de drenaje Longitud Cauce principal Longitud río hasta la divisoria Pendiente cauce principal Pendiente cuenca Cota mayor cuenca Cota menor cuenca Cota mayor río Cota menor río Longitud cauce al centroide Longitud al punto más alejado Coeficiente de forma (Ct) La Espadera 2 1.2 km 1.73 km 1.98 km 25.20% 43.20% 2575 msnm 1770 msnm 2195 msnm 1170 msnm 1.3 km 1.88 km 1.3 54 La Espadera más área cársica 2 4.8 km 1.73 km 1570 km 25.20% 23.70% 2800 msnm 1770 msnm 2195 msnm 1170 msnm 2.8 km 1.88 km 1.3 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá Q .S ANTA EL EN A T SA N ENA A EL Q. 1180000 Q. NT SA A EN EL Ag u A Q. L a a . La Q Q. E La Agu ad a anz a ag u a VE R ED A SA NT A ELE N A Q. Q .L aE spa de ra e ro p ad C hu Q. Bo n ora as t Me di a a d Agu P La Q. di ta LaMa riana El Castill o Rest La Mo Brisas deOri ent e VE RE D AE LP LA N Vi l a Ma rce la . Q ta Sa n í Luc a Pa tio Bo nito E La L ore na Los Mon salve Sa nt aA LaMagdalen a ad a .La Pobl Q B El Q. rr o iza El Chispero eras 1178000 Mir ador E sp ad Q.L aP resi de nta Las Acacia s El Bo sq uecito Leb lón Sa n Miguel Q. L aP re s id e nt a . Q Ca saV e rde Pa ysa nd ú s La SE CT OR El Tri ángulo La F aculta d LA S MA RGA RIT AS Al taV is ta Mira pl án El Pa lm ar SE CT OR LA M OR EN A Ca tay Chin am pa Lag o Arti ficial Q. La Q. El Bi z ar o EL PL AN La Luisa S an í n Vien to Lo co El Dia mante El Alt o VE RE D AE LL LA NO Q. La Es co p et e r ía Q. L a M oná Ante na Buena Vis ta Q. LaE sc ondida olc ana a l ina za Quint anar 1176000 Q. L a V La G El Rin cón VE RE D AL OS PI NOS a .L Q a sP a lm s LaH erm ita La Ma rta El Carmelo VE RE DA L AS PALMAS 838000 840000 Drenajes CONVENCION ES Rangos de déficit (0 - 256) mm/año Permanente Estaci onal 842000 Baj o (256 384) mm/año Moderado (384 - 450) mm/año Al to (450 - 520) mm/año Muy Al to Barbosa Gir ardota CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICA CIONE S HIDROL ÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VA LLE DE A BURRÁ E S CONTIENE: MAPA DE DÉFICIT ANUAL DE AGUA ELABOR ADO POR : Jai ro Herr era A. Copacabana MED ELLÍN FIGURA: 5.9 ESCALA: 1:40.000 55 Bello It agüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas HIDROLOGÍA Q. SA NT A E LENA ENA Q. 1180000 L TA E SA N Q. N SA TA A EN EL Q . La Ag ua .L a Q E La Aguad a nan za ora ast ed i SA N TA ELEN A a a d Agu P L a Q. Q. M VER ED A d i ta a gu a Q. Q .L aE spa de ra o de r pa C hu Bo Q. LaMar iana El C astill o Re st LaMo Brisa s deOri ent e VE RE DA EL P LAN Vi l aMa rce la . Q t S an u cí a L a Pa tio Bo nito E La L ore na Los Monsalve Santa A LaMagdal en a Q ada .La Po bl B El Q. ro ar iz 1178000 Las Ac acias El Bosque ci to Q. Ca sa Ve rde SE CT OR es id Pa ysand ú as .L Q Leblón San Migu el La Pr El Chispe ro era s Mira do r E sp ad Q.La P resi de nta en ta El Triángulo La Facultad LA S MA RGAR ITA S Al ta Vis ta Mira plán El Palm ar SEC TOR LAM ORENA Cat ay Chin am pa Lago Art ificial Q. Q .E l ELP L AN Bi z ar o La Luisa La Sa ní n Vien to Loco El D ia man te El Alt o VE R ED AE LL LA N O Q .L a Es co p et e r ía Q. L aM on á An tena Bu ena V is ta Q. La LaE sc ondida Q. La V olca n a Ga l i n aza 1176000 Quint anar El Rin cón VE RE D AL OS PI NOS Q a .L a a lm sP s LaH erm it a La Mart a El Carmelo VER E DA LAS P AL MA S 838000 Drenajes Permanente Estaci onal 840000 842000 CONVENCION ES Rangos de excedente (300 - 1550) mm/año Baj o (1550 - 2000) mm/año Moder ado (2000 - 2500) mm/año Al to (2500 - 2800) mm/año Muy Al to Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICACI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E S CONTIENE: MAPA DE EXCEDENTE ANUAL DE AGUA ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. Copacabana MEDELLÍN FIGURA: 5.10 ESCALA: 1:40.000 56 Bello Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 5.6.1 DURACIÓN DE LA LLUVIA (TIEMPO DE CONCENTRACIÓN) En la Tabla 5.13 se observa que los valores obtenidos con las expresiones de Linsley, Johnstone y Snyder son bastante altos para las características de la cuenca por lo que se descartaron al calcular el promedio que permite establecer el tiempo de concentración. Tabla 5.13. Tiempos de concentración (Duración de la lluvia). MÉTODO Kirpich California Témez Giandiotti Scs-Ramser Linsley Johnstone Snyder Tc Promedio Tc Seleccionado La Espadera Tc (hr) 0.14 0.14 0.21 0.27 0.31 0.67 0.77 1.30 Tc (min) 8.63 8.25 12.63 16.34 18.61 39.97 46.02 77.86 0.21 0.20 12.89 13.00 La Espadera + Carso Tc (hr) Tc (min) 0.26 15.58 0.12 7.41 0.21 12.63 0.44 26.61 0.39 23.69 0.99 59.54 1.13 67.51 1.90 114.24 0.29 0.30 17.18 17.00 La curva IDF (intensidad – frecuencia – duración) de la estación Las Palmas, presentada en la Figura 5.11, está expresada por la siguiente ecuación según Smith y Vélez (1997): i= m kTR (c + d) n donde k, m, c, n son constantes de la estación calculadas mediante el método de intensidades anuales (1480, 0.15, 0.9 y14 respectivamente), i es la intensidad (mm/h), TR es el período de retorno (años) y d la duración de la lluvia (min). La magnitud de la precipitación se puede determinar a partir de la intensidad de lluvia para diferentes períodos de retorno mediante la siguiente expresión: P = i* d 60 donde i es la intensidad en mm/h y d la duración en minutos. Tabla 5.14. Intensidad y Precipitación para diferentes períodos de retorno, para una duración de lluvia de 60 minutos. Tr (años) 2.33 5 10 25 50 100 Intensidad (mm/hr) 21.23 25.78 29.32 35.32 39.91 44.12 Precipitación (mm) 97.97 119.01 135.33 163.04 184.18 203.65 57 HIDROLOGÍA 275 250 Tr = 2.33 años 225 Tr = 5 años 200 Intensidad (mm/h) Tr = 10 años 175 Tr = 25 años 150 Tr = 50 años Tr = 100 años 125 100 75 50 25 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Tiempo (min) FIGURA 5.12. Curva Intensidad – Frecuencia – Duración (IDF) para la estación pluviográfica Las Palmas 5.6.2 DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LA LLUVIA Para la distribución temporal de la lluvia se utilizó el gráfico elaborado por Smith y Vélez, 1997, para lluvia con una probabilidad de excedencia del 50%. Así, para incrementos en el tiempo del 10%, se tiene el siguiente comportamiento en las lluvias mostrado en la Tabla 4. TABLA 5.15. Distribución temporal de las lluvias en la estación Las Palmas, para una probabilidad de excedencia de 50%. Tiempo (%) Precipitación (%) 10 18 20 51 30 60 40 79.5 50 85 60 89 70 92 80 95 90 98 100 100 5.6.3 P ÉRDIDAS HIDROLÓGICAS En la Tabla 5.16. se muestra la clasificación en grupo hidrológico, cobertura vegetal y su correspondiente CN según la metodología propuesta por el Soil Conservation Services (1986). TABLA 5.16. Parámetros para determinar las pérdidas hidrológicas. Cuenca La Espadera La Espadera + Carso cobertura área CN Bosque Pasto Bosque Pasto 85% 15% 40 60 95 62 95 68 CN Tipo ponderado hidrológico 58 90 Tipo A 79 Tipo A Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 5.6.4 Hidrogramas Sintéticos La Tabla 5.17 muestra los caudales máximos, para diferentes períodos de retorno, estimados mediante diferentes modelos (Smith y Vélez, 1997; Arbeláez y otros, 1997). Tabla 5.17. Caudales máximos para los diferentes periodos de retorno. MODELO 2.33 Williams y Hann Racional Snyder SCS 10.9 8.5 11.1 3.5 LA ESPADERA Tr (años) 5 10 25 50 Q (m3/s) 16.5 21.5 30.8 38.4 10.3 11.7 14.1 15.9 13.6 15.5 18.7 21.1 5.3 6.8 9.6 11.8 100 2.33 45.6 17.6 23.4 13.9 38.6 43.9 32.9 32.7 LA ESPADERA + CARSO Tr (años) 5 10 25 50 Q (m3/s) 55.8 69.9 95.2 116.9 52.8 59.7 71.4 80.5 47.9 60.2 82.4 100.6 47.0 58.8 80.1 97.6 100 137.2 88.7 117.4 113.6 En general, los resultados obtenidos con los cuatro métodos son comparables, excepto para el caso del SCS que entrega valores muy bajos para la cuenca de La Espadera. Los mayores valores son arrojados por el hidrograma unitario de Williams y Hann para el caso de La Espadera y por el método racional al considerar la influencia del carso. Los resultados conseguidos mediante los hidrogramas unitarios de Williams y Hann y Snyder y el método racional, cuyos valores son comparables en todos los casos, muestran que los aportes hidrológicos del carso sobre La Espadera triplican los caudales máximos de esta última confirmando las observaciones de campo en las que el caudal en la surgencia es muy similar al caudal en la desembocadura. 5.7 FRONTERAS REALES DE LAS CUENCAS Son cinco las cuencas del escarpe que reciben aportes cársicos, el caso de La Espadera ya se analizó ampliamente. La Tabla 5.18 y la Figura 5.12 muestran las áreas cársicas de recarga por quebrada. La Tabla 5.18 presenta las diferencias entre las cuencas superficiales y las cuencas reales al tomar en cuenta sus fronteras reales. Las mayores variaciones se registran en La Espadera puesto que recibe los aportes de las dos mayores corrientes superficiales del terreno cársico y el incremento en su área es del 400%. La segunda cuenca más afectada es Las Palmas cuyo incremento en el área, hasta el punto de cierre considerado, es del 125%. Durante el verano el caudal observado en esta quebrada a la altura de Bracamonte es similar al verificado en las surgencias (2 - 5 l/s). TABLA 5.18 Zonas de recarga cársica por cuenca superficial La Espadera Cuenca Zona de recarga cársica V.C. El Bizarro V.C. Las Margaritas V.C. Viento Loco V.C. Miraplán V.C. La Espadera V.C. Patio Bonito V.C. La Marcela V.C. Sin nombre 1 V.C. Sin nombre 2 V.C. Sin nombre 3 C.D. Sin nombre 1 C.D. Sin nombre 2 C.D. Sin nombre 3 C.D. Sin nombre 4 Cuenca Las Palmas Zona de recarga cársica V.C. Tablazona C.D. Las Palmas La Presidenta V.C. Bosquecito C.D. Chupadero La Aguada C.D. La Aguada C.D. La Mariana Bonanza C.D. Bonanza V.C. = Valle cársico C.D. = Campo de dolinas 59 HIDROLOGÍA Las áreas de las cuencas de La Presidenta y La Aguada son incrementadas en un 125% y no tienen surgencias por lo que las descargas son difusas, es decir, que el tiempo medio de residencia del flujo base es mayor que en aquellas con descarga concentrada. Finalmente se tiene la cuenca Bonanza cuyo incremento es sólo del 106%. Aunque no tiene surgencias si presenta salidas de conductos de tubificación procedentes del campo de dolinas que lleva el mismo nombre y que presentan flujo sólo después de fuertes lluvias. Altura Promedio de la Cuenca (msnm) Pendiente promedio de la cuenca (%) 1800 1800 1800 1800 2285.0 2300.0 45.5 42.6 2600 2650 1920 1920 2260.0 2285.0 51.8 31.7 2605 2605 1900 1900 2252.5 2252.5 53.2 50.1 La Espadera Superficial Frontera Real 1.20 4.80 5.28 11.80 1890 4382 1290 2750 1050 2170 735 1450 2575 2800 Las Palmas Superficial Frontera Real 2.85 3.53 11.39 8.61 1790 1790 970 1035 2460 2460 2215 2515 2755 2800 La Presidenta Superficial Frontera Real 1.77 2.22 7.46 8.55 2570 2845 1680 1910 1020 1620 664 1140 2770 2800 La Aguada Superficial Frontera Real 0.93 1.16 5.00 6.20 1560 2845 1140 1250 900 900 600 600 Bonanza Superficial Frontera Real 0.47 0.50 4.05 4.04 1570 1680 1035 1070 510 510 400 400 MICROCUENCA 60 Cota corte de Cuenca (msnm) 14.4 17.5 Cota Máxima Cuenca (msnm) 2652.5 2675.0 Ancho promedio (m) 2550 2550 Amplitud Máxima de la cuenca (m) 2550 2550 Dist. al centroide (m) 50.8 29.1 Long. Cuenca (m) 2172.5 2285.0 Perímetro (km) 1770 1770 Área (km²) Cota Mínima Cuenca (msnm) TABLA 5.19Influencia del carso en las cuencas del escarpe. 1176000 1178000 1180000 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 838000 840000 842000 CONVENCION ES Drenajes Permanente Estaci onal Cuencas afec ta da s Bonanza La Aguada La Esp ad era La Presid en ta Las Pa lmas Zona de rec arga por c uenca Bonanza La Ag ua da La Espadera La Presidenta Las Palmas Bar bosa Girardot a CARSO DE ALTA MONTAÑA EN SANTA ELENA; N W IMP LICACI ONE S HIDROLÓGICAS E HI DROGEOLÓGICAS EN EL VALLE DE ABURRÁ E S CONTIENE: MAPA DE ZONAS DE RECARGA CÁRSICA ELABORADO POR: Jai ro Herr era A. FIGURA: 5.12 ESCALA: 1:40.000 61 Bello Copacabana MEDELLÍN Itagüí Envigado La Estrel la Sabaneta Caldas HIDROLOGÍA 6. DISCUSIÓN 6.1 ORIGEN DEL SISTEMA La evidencia hallada permite establecer que el carso de Santa Elena es el resultado de la combinación de múltiples particularidades cuya confluencia dio lugar al desarrollo de este ambiente poco común en rocas cristalinas. En primer lugar se tiene el modo de emplazamiento del cuerpo dunítico sobre la anfibolita. Como ya se mencionó, durante el Cretáceo la unidad litológica Dunita de Medellín, originaria de corteza oceánica, se emplazó sobre la Anfibolita de Medellín, correspondiente a corteza continental, en un proceso conocido como obducción. Durante la obducción la dunita fue sometida a elevados esfuerzos compresivos responsables, en gran medida, de su estado actual de fracturamiento. Es muy posible que la disolución de la dunita se iniciara desde el momento mismo de la obducción, favorecido por la mineralogía del cuerpo y obedeciendo el principio de Riecke. En segundo lugar el macizo rocoso que comprende el cuerpo sur de la Dunita de Medellín está compuesto en un 92% de forsterita, un silicato de magnesio con alta tendencia a la disolución en presencia de agua para generar sílice libre y un hidróxido de magnesio conocido como brucita. El otro 8% está compuesto por fayalita, un silicato de hierro cuya alteración da origen a la magnetita entre otros minerales. La presencia de brucita en varias cavernas y en el lecho del Bizarro, sumado a la conclusión de Álvarez (1982) con respecto al tipo de serpentinización permite afirmar que el proceso de disolución fue favorecido por la serpentinización. Otra condición de susceptibilidad a la disolución es la posición topográfica en la que se encuentra el cuerpo sur de la Dunita de Medellín; al norte, al oeste y al este está limitado por escarpes (pendientes mayores de 45º) donde el elevado gradiente hidráulico permite el desarrollo de corrientes con importantes presiones de flujo a través de las fracturas. Además, una dunita como aquella de Santa Elena que restringe mineralógicamente la formación de saprolito y de esta forma la infiltración difusa, incrementa la infiltración a través de fisuras preexistentes generando altas presiones de flujo concentrado y con ellas un proceso de disolución. De esta forma entra a participar un tercer proceso de disolución conocido como disolución por presión de flujo. 62 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá Relacionado con la condición de borde libre en que se encuentran los sectores norte y oeste del cuerpo sur de la Dunita de Medellín se produce un fallamiento distensivo por desconfinamiento con características contrarias al generado por la obducción y cuyas evidencias se observan en superficie. La ocurrencia de estas fallas verticales y paralelas al escarpe no sólo se constituyen en nuevas rutas para los flujo internos sino que dan origen a un cuarto tipo de disolución asociado con la liberación de las presiones de confinamiento de los minerales al interior del macizo. De esta forma en la zona de Santa Elena se identificaron cuatro procesos que, al parecer, son los responsables de la disolución de la Dunita de Medellín en su sector meridional; el primero asociado al principio de Riecke aplicado a las fracturas compresivas debidas al emplazamiento del macizo rocoso, el segundo relacionado con el fracturamiento debido al desconfinamiento de la roca, el tercero debido al proceso de hidratación durante la serpentinización de una dunita magnésica y el cuarto vinculado con la presión de inyección de agua a través de las fisuras que prefiguran el desarrollo del carso. A lo anterior se suma la acidificación del agua debida a su infiltración a través de una cobertura de cenizas volcánicas, de espesor variable, con altísimo contenido orgánico. 6.2 EVOLUCIÓN DEL SISTEMA Como se describió en los capítulos anteriores el sistema cársico es un sistema integrado de transferencia de masa en macizos rocosos cuya estructura permeable está dominada por la disolución al interior de los conductos y organizada para facilitar el fluido en la dirección establecida por el gradiente hidráulico. El elemento crítico en esta definición es el reconocimiento de la importancia de la evolución hidrogeológica. Los diferentes tipos de carso están marcados por las asociaciones características de los prerrequisitos estructurales para el flujo del agua subterránea, tales como, régimen del flujo, modo de recarga y configuraciones recarga – descarga, hidroquímica y grado de herencia de condiciones anteriores. Con base en lo anterior, se han propuesto dos tipos de sistemas cársicos (British Geological Survey, 2001), con rasgos geomorfológicos similares, que difieren en su historia de carsificación. El carso abierto, al que pertenece el sistema de Santa Elena, se desarrolla sólo en la roca expuesta en superficie independientemente de la predisposición estructural. El carso intraestrato se forma en rocas cubiertas por capas de material no soluble y su carsificación es posterior a la depositación del material suprayacente. Las características halladas en campo tales como: karren en las partes más elevadas del área estudiada, dolinas y bloques de dunita en las divisorias de agua, presencia de conductos cársicos abandonados a mayor altura que los activos, colinas residuales y cavernas con varios niveles horizontales, permiten establecer, como lo propuso Vásquez (1993), que el paisaje actual corresponde a un antiguo nivel cársico colapsado. El nivel actual presenta conductos maestros con direcciones preferenciales N30º-35ºW y surgencias mayores entre las cotas 2195 msnm y 2320 msnm. Es importante anotar que los canales maestros correspondientes a niveles antiguos colapsados, representados por karren tipo acanaladura y paleosurgencias, presentan direcciones distintas, e incluso perpendiculares, a los conductos activos. 63 HIDROLOGÍA 6.3 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA Se identificaron 308 ponores (10.2 ponor/km2) y 40 zonas afectadas por pseudocarso en los 30.2 km2, lo que implica una gran recarga concentrada del sistema en épocas invernales. En términos de lo expuesto por Mull et al (1988), el acuífero de Santa Elena es indudablemente un acuífero cársico maduro, es decir, desarrollado bajo terrenos compuestos por dolinas que capturan y drenan la escorrentía superficial directamente al ambiente subsuperficial y con corrientes que desaparecen, total o parcialmente, en los sumideros para reaparecer en exurgencias con caudales que alcanzan los 10 l/s. La presencia de numerosos rasgos exocársicos de captura de la escorrentía superficial indica que todo el volumen de agua proveniente de las precipitaciones en la zona son evacuados mediante el sistema cársico. De esta manera dichas geoformas amortiguan las crecidas de las quebradas del escarpe que se alimentan con sus aguas que de otro modo recibirían la descarga de forma instantánea. Esta condición puede observarse en la uvala 3 de Hoyón, cuya capacidad fue estimada en 70700 m y que una vez llena tarda 18 horas en drenarse totalmente. La captura de la escorrentía superficial no se limita a los ponores y las dolinas, la presencia de un sistema pseudocársico asociado a las cenizas volcánicas y al saprolito de la dunita facilita la infiltración concentrada de la escorrentía superficial y el aporte de sedimentos que taponan los conductos internos incrementando las presiones del fluido dentro de los conductos cársicos lo que favorece la disolución en las paredes. El de Santa Elena es un sistema sumamente vulnerable como se observó en 1989 cuando el sumidero principal de la quebrada El Bizarro, localizado 30 m aguas arriba del puente de El Chispero, fue sellado con concreto. Durante el invierno de ese año la capacidad hidráulica de los sumideros ubicados aguas abajo fue superada y la consecuente inundación alcanzó tal magnitud que gran parte del agua de esta microcuenca cársica vertió hacia el valle de “Patio Bonito” e inundó su uvala principal con una capacidad 3 aproximada de 50000m . Hacia el final de dicho invierno se abrió, de forma natural, un nuevo sumidero 50 m aguas abajo del taponado. Los análisis estructurales mostraron que son cinco las direcciones preferenciales de flujo, cuatro de ellas parecen ser los principales canales tributarios; N60º-65ºW, N50º-55ºW, N10º-15ºE y N40º-45ºE. Mientras que los conductos maestros que dirigen el agua desde los principales sumideros hasta las surgencias mayores siguen direcciones N30º-35ºW. El ensayo con trazador permitió corroborar la dirección de los flujos cársicos mencionada en el párrafo anterior y además, fue posible establecer que el tiempo de viaje es de 19.5 horas, el caudal medido en la mayor exurgencia encontrada fue de 2.5 l/s; sin embargo, existe una convergencia de surgencias localizada en un tramo de 50 m a partir de dicha exurgencia de forma tal que al final de ese tramo el caudal medio de La Espadera es de 30 l/s en época de invierno y de 5 l/s en verano siendo muy similar al caudal que se registra sobre la vía a Santa Elena, es decir, que el mayor porcentaje de agua de esta quebrada proviene del sistema cársico de El Plan y sólo una mínima parte corresponde a la escorrentía del escarpe centro oriental de Medellín. 64 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 6.4 HIDROLOGÍA CÁRSICA La información geomorfológica y estructural obtenida durante el desarrollo del estudio permitió establecer conceptualmente las direcciones preferenciales de los flujos subterráneos del sistema, de esta forma fue posible determinar que las aguas infiltradas en los ponores y sumideros de la quebrada El Bizarro afloran en la quebrada La Espadera sobre la cota 2195 msnm, mientras aquellas infiltradas en el ponor de la quebrada Las Espaderas son conducidas por conductos tributarios hacia el conducto maestro que evacúa las aguas del Bizarro. 6.5 AMENAZAS ASOCIADAS AL SISTEMA 6.5.1 CONTAMINACIÓN 2 En los 30.2 km que conforman el sistema cársico de Santa Elena se encontraron varias cavernas y dolinas convertidas en áreas de disposición final de las basuras de origen doméstico. Aunque la relación de algunos de estos basureros con las corrientes que drenan el escarpe es difícil de establecer, existen otros en los que la contaminación que ejercen sobre dichas corrientes es bastante clara puesto que se encuentran en el lecho mismo de las quebradas El Bizarro y Las Espaderas cuyas aguas, según se comprobó con trazadores, son consumidas por habitantes de los barrios periféricos al resurgir en el escarpe centro oriental de Medellín. A la contaminación con residuos sólidos domiciliarios se suma el vertimiento de aguas servidas en las quebradas de El Plan y el paso de agroquímicos al ambiente subsuperficial, algunos de estos últimos clasificados como venenos por los laboratorios que los producen (ver Foto 6.1) En la quebrada La Espadera, entre las cotas 2200 msnm y 1800 msnm existen cuatro bocatomas a filo de agua que abastecen algunos barrios del sector. Debido a la disposición topográfica de la cuenca, los usuarios de estas captaciones, y al parecer las autoridades competentes, no sospechan que el agua que están consumiendo pueda estar contaminada con residuos sólidos y líquidos. FIGURA 6.1. Recipiente de veneno encontrado en el lecho de la quebrada El Bizarro 65 HIDROLOGÍA 6.5.2 MOVIMIENTOS EN M ASA Y E ROSIÓN El escarpe, en toda su extensión, presenta múltiples acumulaciones de bloques de roca dunítica y anfibolítica; sin embargo, la presencia de las surgencias coincide con las áreas de mayor presencia de estos talus por lo que es posible que en épocas invernales se afecte su estabilidad por la fuerza de arrastre asociada a la salida del agua de los conductos cársicos. Con base en lo expuesto por los testigos del evento de Media Luna ocurrido en junio de 1954, es factible que el agua infiltrada a través de un sumidero nuevo de la quebrada El Bizarro hallara un conducto antiguo cuya surgencia estuviera sellada por el saprolito de la dunita, que en la zona puede alcanzar los 18 m de espesor. Las presiones de flujo generadas al interior del conducto cerrado habrían sido las causantes de lo que los bomberos que atendieron la emergencia llamaron “erupciones de lodo”. La cobertura de ceniza volcánica y el saprolito de la dunita presentan una alta susceptibilidad a la erosión por lo que en épocas de invierno algunas zonas de El Plan muestran variaciones geomorfológicas importantes como es el caso de la uvala del Hoyón, en la cual fue posible observar un crecimiento remontante fundamentado en la aparición de nuevos sumideros de gran capacidad. 66 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1 CONCLUSIONES 7.1.1 CONCLUSIONES GENERALES El terreno cársico de Santa Elena está muy bien desarrollado, se presentan las diferentes geoformas exocársicas reportadas en la literatura; sin embargo, las geoformas endocársicas (estalactitas y estalagmitas) están ausentes. La existencia de cavernas con niveles horizontales unidos por conductos verticales, la presencia de colinas residuales y la ubicuidad del karren son evidencias geomorfológicas claras que indican que el paisaje actual corresponde a un antiguo nivel cársico colapsado como lo había intuido Vásquez (1993). El almacenamiento de la escorrentía superficial en las dolinas y demás rasgos cársicos, que varía entre días y semanas, constituye un factor de amortiguación de crecidas. Durante este trabajo se establecieron cuatro mecanismos generadores del sistema cársico de Santa Elena: 1) disolución de la forsterita, mineral que representa el 92% de la Dunita de Medellín, para generar sílice en gel y brucita, 2) disolución por los enormes esfuerzos compresivos generados durante el emplazamiento del macizo, 3) disolución por liberación de presión de confinamiento y 4) disolución por las altas presiones de fluido ejercidas sobre las paredes de las fracturas en una zona con un gradiente hidráulico muy alto. El desarrollo de las geoformas cársicas en la Dunita de Medellín está controlado por el gradiente hidráulico y las relaciones espaciales del fracturamiento. Estos elementos geológicos, en especial el fracturamiento del macizo rocoso, determinan la posición de las aguas subterráneas y su evacuación a través de un sistema bien desarrollado de conductos subterráneos. Las fracturas no son el único factor determinante de la carsificación de la Dunita de Medellín, pero sí es el más importante y ejerce un control decisivo en las características geomorfológicas e hidrogeológicas, desde la génesis de un karren incipiente hasta el desarrollo de las cavernas y las uvalas. 67 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Hay una gran influencia de los procesos pseudocársicos en el desarrollo del sistema cársico de Santa Elena, consistente en la recarga concentrada a través de los conductos de tubificación - tunelización y el consecuente incremento en las presiones de flujo que contribuyen en la disolución de la dunita. El desconocimiento de los sistemas cársicos por parte de las autoridades competentes, ha permitido acciones sobre las geoformas activas como el vertimiento de basuras en dolinas y cavernas causando la contaminación de las aguas cársicas que al aflorar en el escarpe son utilizadas para el consumo humano en dos barrios de Medellín y el taponamiento de sumideros que ha causado inundaciones en el sector del Chispero y en el Hoyón. 7.1.2 D EL MÉTODO Y LAS HERRAMIENTAS El método aplicado para obtener la ley de distribución de planos de debilidad del macizo ultramáfico permitió establecer la predisposición tectónica de los conductos principales del carso y a partir de éstas el modelo conceptual de circulación del agua. La metodología para el análisis del balance hídrico elaborada mediante la aplicación de sistemas de información geográfica proporciona resultados satisfactorios y congruentes con las estimaciones regionales del balance hídrico presentadas por CCTA – Universidad Nacional (2002). La aplicación de un modelo de tanques agregado calibrado para cuencas vecinas permitió hacer la restitución de la serie de caudales diarios medios y mínimos. Los dos modelos aplicados para estimar los caudales medios proveen indicadores que pueden ser usados con el propósito de comparación con un patrón de referencia, permitiendo una comparación entre cuencas. Estos modelos permiten, en un lapso de tiempo muy corto, obtener información con buen nivel de validez. Por esta razón sirven como una herramienta valiosa en análisis de cuencas con información escasa. Las hidrógrafas unitarias de Williams y Hann, Snyder y Soil Conservation Service, sumadas al método racional permitieron conocer la influencia del carso de Santa Elena en los caudales máximos de La Espadera, en ausencia de información hidrológica adecuada. 7.1.3 D E LOS RESULTADOS Fueron inventariados 1057 rasgos geomorfológicos distribuidos así: 52 zonas con karren, 494 dolinas, 35 uvalas, 19 cavernas, 28 ventanas cársicas, 359 ponores, 14 surgencias y 56 colinas residuales. La densidad de manifestaciones exocársicas en Santa Elena es mucho mayor que la reportada por Hernández y Vélez (1988) para el carso de Río Claro. El fracturamiento es el factor más importante de la carsificación en la Dunita de Medellín, ejerciendo un control decisivo en las características geomorfológicas e hidrogeológicas, desde un karren incipiente hasta el desarrollo de las redes de drenaje subterráneo. En general son las líneas de fractura N30º-35ºW y N60º-65ºW las que ejercen dicho control de forma más notoria, salvo en la cresta del escarpe donde las fracturas por desconfinamiento del macizo rocoso reorientan el flujo con dirección N80º-85ºE. 68 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológicas en el Valle de Aburrá La utilización de tintes trazadores (rodamina WT) permitió establecer que el tiempo de viaje al interior del carso es de 11.4 horas en verano luego de recorrer una distancia aproximada de 1280 m para una velocidad media de 0.031 m/s en verano. Fue posible concluir que las aguas infiltradas en las quebradas Las Espaderas y El Bizarro convergen dentro del sistema cársico para salir a través de la misma surgencia. Además, se observó que el caudal de dicha surgencia en verano es igual al caudal en la desembocadura, es decir, que en verano los acueductos de los barros Ocho de Marzo y Juan Pablo II son abastecidos únicamente por aguas de origen cársico. Es importante aclarar que los resultados obtenidos para el balance hídrico son de carácter preliminar debido a la ausencia de información hidroclimatológica. Sin embargo, dichos resultados dan cumplimiento al objetivo propuesto de presentar una idea general de la influencia del sistema cársico en la quebrada Santa Elena. Se pudo comprobar que el mayor porcentaje de las aguas del sistema cársico son drenadas hacia la quebrada Santa Elena a través de la quebrada La Espadera y en un porcentaje mucho menor hacia las quebradas Las Palmas y La Presidenta. La manifestación geomorfológica de la cuenca de la quebrada La Espadera hace suponer que no pueden haber aportes hídricos, ni de contaminantes, desde la vereda El Plan; sin embargo, se comprobó una fuerte dependencia de dicha cuenca con los aportes realizados a través de las surgencias de la cota 2195 msnm. El incremento en las área de la cuencas del escarpe al considerar las fronteras reales son: La Espadera (400%), Las Palmas, La Presidenta y La Aguada (125%) y Bonanza (106%). Los resultados obtenidos en la estimación de caudales máximos muestran que los aportes del carso a la quebrada La Espadera pueden triplicar los caudales máximos asociados a la cuenca superficial de dicha quebrada 7.2 RECOMENDACIONES Se debe prevenir la contaminación de las aguas cársicas, y con ellas los acueductos localizados en la quebrada La Espadera, mediante la implementación de un plan de manejo que evite el vertimiento de residuos domésticos que proporcionen materia orgánica, nitritos e hidrocarburos a las aguas subterráneas. Al ser comprobada la influencia de este sistema en las quebradas que drenan el escarpe centro oriental, adquiere mayor importancia conocer la precipitación media mediante la adecuación del pluviómetro existente en la escuela de El Plan y los caudales infiltrados en los sumideros con la instalación vertederos en las dos principales corrientes de El Plan. El estudio permite mostrar una evolución paralela entre el desarrollo temporal de las fracturas y la propia evolución y orientación de las redes hidrológicas subterráneas. Desde el punto de vista metodológico resulta por tanto muy recomendable abordar el estudio de las fracturas de manera que se identifique la historia de los esfuerzos generadores. Deberá realizarse un estudio petrográfico que determine de manera más precisa la susceptibilidad de la Dunita de Medellín a la disolución. 69 ANEXO 1, INVENTARIO DE RASGOS CÁRSICOS 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALFA – OMEGA INGENIEROS LTDA. 1999. Estudio de la oferta del recurso hídrico de las principales cuencas hidrológicas del municipio de Envigado. Informe Técnico. Ríonegro, Antioquia. 86 p. ÁLVAREZ, J. 1982. Tectonitas dunitas de Medellín; Informe 1896. Boletín geológico. Vol. 28. No. 3. Ingeominas. Medellín. Pág. 11 – 43. ------------------ y MUÑOZ, R. 1981. 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INVENTARIO DE RASGOS CÁRSICOS CAVERNAS 1 2 3 4 5 839814.8 839903.2 839908.2 839936.8 839949.0 1176152.5 1176033.7 1176045.7 1177579.3 1175988.0 6 7 8 9 10 840006.9 840126.5 840256.2 840281.8 840319.4 1175960.6 1178257.5 1179341.4 1179466.9 1178416.3 11 12 13 14 15 840337.8 840397.7 840405.2 840492.5 840967.0 1178919.9 1178710.2 1177728.3 1179185.1 1176399.7 16 17 18 19 841021.7 841259.0 841406.5 841418.8 1177373.3 1175977.0 1178365.9 1179238.8 6 7 8 9 10 840072.7 840079.9 840079.9 840247.3 840247.3 1175914.5 1179547.5 1179547.6 1179589.3 1179589.4 11 12 13 14 15 840263.1 840263.1 840297.9 840297.9 840666.3 1179221.4 1179221.5 1179453.3 1179453.4 1176071.0 16 17 18 840666.3 841545.6 841545.6 1176071.1 1177805.3 1177805.4 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 839649.4 839660.3 839690.1 839705.1 839730.2 839737.8 839749.7 839751.0 839762.5 839789.1 840092.8 840104.2 840150.1 840212.6 1176772.6 1177845.7 1175963.0 1176761.5 1176832.4 1177369.2 1176862.9 1176758.7 1177470.7 1177509.1 1175950.3 1176120.9 1176155.2 1176141.2 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 840269.9 840273.7 840276.3 840366.6 840427.3 840483.7 840503.3 840527.2 840543.1 840557.1 840587.0 840677.0 840719.9 840750.7 1176108.1 1175984.7 1175929.9 1176658.3 1176673.3 1176853.6 1176895.5 1176607.1 1176580.0 1176550.2 1176492.3 1176979.5 1176959.9 1177000.0 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 840785.3 840802.1 840914.0 841007.1 841029.5 841033.6 841049.9 841064.2 841081.5 841096.8 841133.5 841273.2 841304.6 841320.7 1176948.7 1176985.1 1179237.0 1179139.3 1179208.5 1179111.8 1179140.3 1179095.5 1179140.3 1179095.5 1179104.6 1179002.8 1177954.4 1177925.0 SURGENCIAS 1 2 3 4 5 839377.0 839377.0 840017.3 840017.3 840072.7 1179981.1 1179981.2 1179390.0 1179390.0 1175914.4 COLINAS RESIDUALES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 839250.0 839251.4 839270.9 839289.0 839289.0 839336.3 839353.9 839398.2 839496.4 839580.5 839598.6 839603.1 839619.7 839638.7 1176704.5 1176751.7 1176636.4 1176603.0 1176755.9 1176805.9 1176674.2 1176655.2 1175993.6 1176059.8 1177007.0 1177875.0 1176840.6 1176920.6 PONORES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 839651.9 839651.9 839671.5 839671.5 839710.0 839710.0 839723.1 839723.1 839725.3 839725.4 839770.0 839770.0 839776.6 839776.6 839802.0 839802.0 839815.1 839815.1 839819.3 839819.3 839821.5 839854.7 839854.7 839884.7 839884.7 839888.5 839888.5 839895.5 839902.7 839902.7 839917.8 839917.8 839942.1 839942.1 839968.1 839968.7 1177516.5 1177516.5 1177572.0 1177572.0 1176841.0 1176841.0 1177948.5 1177948.5 1177566.0 1177566.0 1177595.4 1177595.4 1178565.9 1178565.9 1177610.2 1177610.2 1177620.4 1177620.4 1178956.6 1178956.6 1178956.6 1176416.1 1176416.1 1177743.8 1177743.8 1177987.0 1177987.0 1178980.1 1177761.1 1177761.1 1177821.0 1177821.0 1177855.7 1177855.7 1178990.6 1178876.8 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 839970.5 839971.0 839974.4 839974.4 839982.1 839982.1 839982.1 840011.1 840024.5 840034.6 840035.4 840035.4 840036.5 840048.1 840065.6 840092.0 840092.0 840099.7 840099.7 840101.9 840105.7 840115.9 840117.7 840129.3 840135.4 840137.3 840148.0 840148.0 840155.2 840155.2 840166.4 840172.6 840173.1 840173.1 840175.1 840175.1 1178891.7 1179077.4 1177640.7 1177640.7 1177883.5 1177883.5 1178875.4 1179026.9 1178966.7 1178827.2 1177743.9 1177743.9 1178842.1 1178825.8 1178884.6 1177984.2 1177984.2 1179011.6 1179011.6 1179011.6 1178827.4 1178862.5 1178877.4 1178861.1 1178957.2 1178912.3 1177788.0 1177788.0 1178432.5 1178432.5 1178996.7 1178916.1 1177448.4 1177448.4 1178985.5 1178985.5 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 102 103 104 105 106 107 108 109 74 840178.0 840183.1 840215.6 840218.5 840224.4 840224.4 840238.6 840264.4 840285.4 840285.4 840293.6 840293.6 840305.5 840305.5 840310.7 840310.8 840324.6 840334.8 840349.2 840349.2 840356.5 840356.6 840366.8 840386.4 840387.4 840396.5 840396.5 840399.1 840403.2 840412.9 840419.2 840422.6 840424.7 840425.8 840425.9 840428.9 1178980.4 1178806.4 1178962.9 1178790.2 1178385.3 1178385.3 1178893.2 1178827.4 1179478.4 1179478.4 1178377.1 1178377.1 1177965.6 1177965.6 1178423.6 1178423.6 1178823.6 1178987.7 1177388.7 1177388.7 1178267.3 1176812.1 1176897.3 1176768.4 1176693.9 1178861.2 1178861.2 1176865.9 1178653.7 1177814.4 1177864.4 1176747.4 1176529.3 1176528.4 1176528.4 1176798.8 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 840432.0 840432.0 840435.1 840435.1 840443.8 840444.9 840444.9 840448.9 840449.0 840453.5 840454.3 840455.2 840455.2 840460.1 840460.1 840466.6 840466.6 840468.6 840470.3 840470.6 840471.4 840476.4 840476.4 840479.9 840479.9 840481.3 840481.3 840486.0 840495.5 840495.9 840497.2 840498.2 840504.9 840504.9 840505.2 840520.8 1178640.2 1178640.2 1178812.5 1178812.5 1177682.8 1177681.8 1177681.8 1179098.1 1179098.1 1176467.3 1177835.6 1178787.6 1178787.6 1178631.4 1178631.4 1178773.7 1178773.7 1176992.0 1177017.8 1177879.5 1176515.5 1178625.2 1178625.2 1178602.7 1178602.7 1178851.4 1178851.4 1176921.1 1176784.2 1177369.6 1176967.4 1177808.1 1178982.0 1178982.0 1178120.9 1177854.4 ANEXO 1, INVENTARIO DE RASGOS CÁRSICOS 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 840524.1 840530.2 840543.2 840544.9 840544.9 840546.0 840549.5 840551.7 840557.4 840566.9 840566.9 840567.2 840569.5 840570.6 840570.6 840571.4 840571.7 840597.4 840597.7 840614.2 840616.1 840616.1 840621.4 840623.5 840623.5 840628.7 840629.2 840629.2 840634.9 840634.9 840637.9 840648.0 840651.5 840659.9 840662.8 840665.0 840666.8 840674.8 840674.8 840674.8 840675.3 840678.4 840680.3 840680.3 840681.7 840682.0 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284 285 286 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 308 309 310 311 312 313 314 315 841041.5 841043.1 841051.0 841051.1 841054.3 841055.1 841074.4 841076.4 841080.2 841096.0 841096.3 841110.0 841116.1 841120.2 841124.7 841132.1 841133.2 841152.3 841154.3 841155.4 841155.4 841159.7 841160.8 841160.8 841162.9 841164.7 841176.3 841216.3 841216.8 841220.4 841239.1 841240.2 841240.3 841246.7 841262.1 841280.3 841282.0 841292.1 841299.5 841301.9 841304.4 841305.9 841307.3 841314.5 841315.6 841316.9 841318.9 841325.0 841328.4 841329.5 841334.0 841334.4 841336.9 841346.1 841346.2 1176455.4 1176912.6 1179093.9 1179093.9 1177010.8 1176222.0 1176119.2 1176622.6 1176643.0 1176625.6 1179107.7 1179113.2 1177093.2 1177017.2 1179118.6 1177116.6 1176193.6 1177073.0 1176283.1 1176282.2 1176282.2 1176166.7 1176165.8 1176165.8 1177181.6 1177196.5 1177180.2 1177464.7 1177464.6 1177043.2 1176562.7 1176561.8 1176561.8 1178035.9 1179071.3 1179201.2 1177931.9 1178988.0 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Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológi cas en el Valle de Aburrá UVALAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 839488.1 839525.7 839543.0 839574.5 839605.8 839654.7 839662.0 839685.6 839736.5 1176598.8 1177900.0 1176985.5 1176698.9 1177709.3 1177887.1 1177641.2 1176815.6 1176788.9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 839798.2 839973.8 840039.7 840054.3 840121.0 840169.7 840417.4 840439.6 840670.1 1176846.4 1178882.7 1178833.1 1177933.3 1178868.4 1178987.7 1179083.3 1178638.5 1178244.8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 840725.2 840751.1 840955.1 840993.4 841045.3 841045.3 841084.5 841110.4 841168.0 1179048.6 1177031.5 1179255.6 1179241.3 1179079.3 1179078.1 1176630.7 1179113.5 1177187.5 28 29 30 31 32 33 34 35 841313.0 841318.3 841319.2 841350.1 841437.3 841615.2 841615.2 841922.6 1177065.9 1177966.4 1179220.8 1179146.9 1179310.7 1176050.6 1176049.3 1177939.0 DOLINAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 839190.8 839260.5 839267.0 839298.1 839300.0 839323.5 839327.2 839328.2 839347.9 839364.8 839369.6 839392.3 839398.7 839469.3 839474.3 839478.9 839486.8 839506.3 839507.4 839508.3 839511.0 839520.6 839522.4 839527.7 839532.0 839532.4 839533.3 839534.0 839538.4 839540.1 839540.5 839546.2 839562.4 839564.8 839565.3 839567.2 839569.0 839575.3 839579.3 839602.5 839603.7 839607.8 839611.1 839612.4 839640.2 839641.1 839649.6 839650.2 839651.4 839654.2 839658.7 839659.9 839663.0 839664.7 839667.3 839683.2 839692.4 839695.3 839697.3 839706.9 839716.3 839717.8 839724.3 839725.7 839728.8 839729.4 839733.6 839740.2 1177187.8 1176683.1 1176659.6 1176709.4 1176676.5 1176734.8 1176881.3 1177161.5 1176833.4 1177139.9 1176770.5 1176021.1 1176799.6 1176624.2 1178380.1 1178288.9 1176598.5 1176572.9 1177019.6 1175849.3 1176989.3 1177894.2 1177909.1 1178427.6 1176451.0 1177032.1 1177943.6 1177892.7 1177992.3 1177001.2 1178492.5 1176969.6 1177975.3 11784 04.4 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840428.9 840430.9 840432.0 840439.9 840440.3 840443.8 840449.1 840450.0 840453.5 840453.5 840454.3 840457.1 840468.6 840469.2 840470.3 840470.6 840471.4 840471.4 840479.3 840481.4 840482.1 840486.0 840491.0 840495.5 840495.9 840496.6 840497.2 840498.2 840505.2 840520.8 840524.1 840524.8 840524.8 840525.6 840530.2 840536.8 840543.2 1176667.1 1176759.5 1178680.3 1178401.9 1178823.6 1178528.4 1178330.8 1178987.7 1178987.7 1176932.2 1177389.6 1178653.8 1178267.3 1176812.1 1178513.9 1176897.3 1178752.7 1178608.0 1179070.3 1176768.4 1176693.9 1176693.9 1178328.9 1176865.9 1178654.3 1177814.4 1179039.3 1179085.1 1177864.4 1176747.4 1176529.3 1176798.8 1178641.5 1178987.7 1178298.6 1178743.0 1177682.8 1179098.9 1178571.8 1176467.3 1176467.3 1177835.6 1178633.9 1176992.0 1179016.5 1177017.8 1177879.5 1176515.5 1176515.5 1178622.7 1178711.7 1178851.7 1176921.1 1178668.3 1176784.2 1177369.6 1179049.1 1176967.4 1177808.1 1178120.9 1177854.4 1176818.4 1178497.0 1178685.2 1179015.9 1177363.7 1179088.6 1177428.7 ANEXO 1, INVENTARIO DE RASGOS CÁRSICOS 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 840546.0 840546.0 840546.7 840549.5 840551.7 840551.7 840557.4 840567.2 840569.5 840569.5 840571.0 840571.4 840571.4 840571.7 840586.2 840589.8 840590.0 840590.0 840597.4 840597.7 840614.2 840621.4 840628.7 840628.9 840633.4 840637.9 840648.0 840651.5 840659.9 840662.8 840665.0 840666.8 840672.0 840675.3 840678.4 840681.7 840682.0 840686.3 840691.4 840696.8 840707.6 840710.1 840714.2 840715.3 840720.2 840722.0 840724.8 840733.6 840735.2 840735.9 840740.7 840744.6 840746.0 840747.8 840758.0 840759.4 840761.8 840778.0 840778.0 840787.5 840793.5 840809.0 840809.0 840814.2 840817.5 840821.0 840822.9 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841334.4 841334.4 841336.9 841336.9 841346.1 841346.1 1179139.1 1179097.0 1176465.2 1176465.2 1176985.8 1176985.8 1176497.7 1176497.7 1176420.7 1176420.7 1179077.7 1176940.5 1176940.5 1177080.4 1176455.4 1176455.4 1176912.6 1176912.6 1179093.6 1177010.8 1176222.0 1176119.2 1176622.6 1176622.6 1176643.0 1176643.0 1176625.6 1176625.6 1179107.7 1179113.2 1176131.0 1177093.2 1177017.2 1179118.6 1177116.6 1176193.6 1177073.0 1176283.1 1176166.7 1177181.6 1177196.5 1177180.2 1177464.6 1177043.2 1176562.7 1178035.9 1178035.9 1179071.3 1179071.3 1179201.2 1177931.9 1177931.9 1178988.0 1178988.0 1178914.4 1178914.4 1177984.7 1177984.7 1178140.5 1178140.5 1179103.3 1179103.3 1177074.3 1179085.2 1179085.2 1179216.7 1179227.2 1177058.0 1177965.5 1177965.5 1179215.7 1178893.0 1178893.0 1179112.9 1179112.9 1177947.4 1177947.4 1177992.7 1177992.7 1178964.5 1178964.5 1177971.4 1177971.4 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 76 841346.2 841346.6 841347.8 841350.4 841350.4 841356.0 841356.2 841357.9 841357.9 841360.5 841360.6 841382.5 841382.5 841386.7 841386.7 841408.7 841412.8 841413.5 841433.7 841435.0 841441.7 841443.1 841474.7 841474.7 841508.0 841508.0 841594.2 841594.2 841643.3 841643.3 841678.6 841678.6 841682.9 841682.9 841716.0 841716.0 841724.1 841724.1 841739.9 841784.4 841784.4 841839.2 841856.3 841876.7 841879.9 841891.6 841906.0 841906.0 841922.9 841922.9 841939.5 841939.5 841967.9 841967.9 841994.0 841994.0 1179258.1 1179142.8 1179153.2 1176052.5 1176052.5 1179141.8 1178948.5 1178134.1 1178134.1 1178973.1 1179241.0 1178081.8 1178081.8 1178160.8 1178160.8 1177093.2 1179205.3 1179281.4 1179306.6 1179317.0 1179213.5 1179305.6 1176140.3 1176140.3 1176186.4 1176186.4 1177858.9 1177858.9 1177821.5 1177821.5 1177820.4 1177820.4 1177875.9 1177875.9 1177835.4 1177835.4 1177782.6 1177782.6 1179102.8 1177791.6 1177791.6 1179025.9 1179030.2 1179078.2 1179039.8 1179006.7 1177918.0 1177918.0 1177937.3 1177937.3 1177959.5 1177959.5 1177971.6 1177971.6 1177972.1 1177972.1 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológi cas en el Valle de Aburrá ANEXO II. GLOSARIO Agua agresiva: Agua, suave y ácida, que es capaz de disolver la roca. Agua dura: Agua que contiene un alto nivel de calcio, magnesio y otros minerales. Aluvión: Depósito de sedimentos transportados por procesos fluviales. Caliza:Roca sedimentaria constituida fundamentalmente por carbonato cálcico. Cámara: Cavidad mayor de una caverna, con amplitud y altura considerable.. Cársico: Perteneciente al carso. Carsificación: Proceso de disolución de la roca. Carso: Terreno con geomorfología y drenaje características debido a la gran solubilidad de ciertas rocas bajo la acción de aguas naturales. Derivado del topónimo esloveno Krs. Caverna de fisura:Cueva desarrollada a lo largo de una fisura debido a la disolución y a la tensión. Caverna: Corredor subterráneo. Sin. Cueva. Coluvión: Depósito de material transportado por gravedad. Conducto: Canal subterráneo activo o inactivo. Contaminación: Introducción en el agua de sustancias asociadas a residuos de actividades antrópicas. Corriente intermitente: Drenaje activo solo en épocas de invierno. Corriente perenne: Drenaje activo durante épocas de estío. Cuenca: Depresión de gran tamaño que puede ser de origen estructural o erosivo. Cueva : Cavidad subterránea suficientemente grande como para permitir el acceso, originada por disolución, acción eólica, erosión fluvial o colapso. Sin. Caverna. Disolución: Cambio del estado sólido al líquido en donde los iones de la roca pasan directamente a la solución sin transformaciones. Dolina:Depresión con forma ovalada y contornos sinuosos pero no angulosos. Dolomía: Roca compuesta por dolomita Dolomita: Mineral de carbonato de magnesio y calcio CaMg(CO3)2. 77 ANEXO 1, INVENTARIO DE RASGOS CÁRSICOS Divisoria de aguas: Área de mayor altura que divide el flujo de agua entre cuencas. Dureza (agua): Condición del agua debida a las sales de calcio, magnesio y hierro disueltas, tales como bicarbonatos, carbonatos, sulfatos, cloruros y nitratos. Escarpe: La ladera con pendiente superior a los 45º. Espeleología: Exploración, descripción y estudio de la cavernas. Falla: Fractura que divide un macizo rocoso con movimiento relativo a lo largo del plano de falla. Fisura: Agrietamiento en la roca o en el suelo. Karren: Término general para canales de disolución con un ancho desde unos pocos milímetros a más de un metro y separados por lomos o crestas agudas.. Karst: ver carso Kegel: Colina cónica, con pendientes convexas, producida por el proceso cársico. Lapiaz: Ver karren Meseta: Terreno plano limitado por flancos escarpados. Moya: Hueco cilíndrico generado por abrasión. Paleocarso: Rasgos cársicos remanentes de una fase o período previo, caracterizado por la presencia de depósitos de sedimento. Polje: Depresión extensa cerrada, con drenaje subterráneo y fondo plano donde puede existir una corriente intermitente o perenne. Pothole: Ver moya. Pseudocarso: Terreno con geoformas no asociadas a disolución que semeja paisajes cársicos. Recarga: Proceso de adición de agua a la zona saturada. Volumen de agua agregada en este proceso. Rumbo (dirección): Orientación relativa al norte de las estructuras geológicas. Simas: Es un abismo que se abre en la superficie de la planicie. Se forman a partir de una fisura ensanchada por la disolución. Sinkhole: Ver dolina Sumidero: Punto en el que una corriente superficial pasa al ambiente subsuperficial. Torres cársicas (haystacks): Colina residual en un paisaje cársico erosionado. Trazado: Determinación de la conexión entre el sumidero y el afloramiento. Uvalas: Depresión de contornos sinuosos generada por la unión de varias dolinas . Valle Ciego: Un valle cerrado que contiene una corriente, permanente o estacional, que se infiltra a través de un sumidero. Ventana cársica: Una abertura irregular a través de la roca que permite observar la corriente de agua en su interior. 78 Carso de alta montaña en Santa Elena; implicaciones hidrológicas e hidrogeológi cas en el Valle de Aburrá ANEXO III. BIBLIOGRAFÍA BACK, W., HERMAN, J. y PALOC, H.: Hydrology of selected karst regions. IAH Intern. Contributions to Hydrogeology, 13, 280 p., Hannover, 1992. BIONDIC, B. 2000. Karst groundwater protection: the case of the Rijeka region, Croatia. En: Acta Carsologica. Vol. 29. No.2. Pág. 33 -46 BRICENO, H. y SCHUBERT, C., 1990: Geomorphology of the Gran Sabana, Guayana Shield, southeastern Venezuela. Geomorphology. Vol 3. pp. 125-141. BÜDEL, J. 1982. Climatic geomorphology. Princeton University. Princeton. 443 p. BURGER, A. y DUBERTRET, L. (eds.): Hydrogeology of karstic terrains. Intern. Union of Geological Sciences, B, 3, 190 p., Paris 1975. BURGER, A. y DUBERTRET, L. (eds.): Hydrogeology of karstic terrains, Case studies. IAH Intern. 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