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Saltwater intrusion of the Costa de Hermosillo aquifer, Sonora, Mexico: A numerical simulation
Saltwater intrusion of the Costa de Hermosillo aquifer, Sonora, Mexico: A numerical simulation
Autor
Flores-Márquez, E. L.; Instituto de Geofísica, UNAM, México, D.F., México.
Campos- Enríquez, J. O.; Instituto de Geofísica, UNAM, México, D.F., México.
Chávez-Segura, R. e.; Instituto de Geofísica, UNAM, México, D.F., México.
Castro-García, J. A.; Instituto de Geofísica, UNAM, México, D.F., México.
Institución
Resumen
La inversión de datos gravimétricos nos permitió obtener la topografía del basamento del acuífero de Costa de Hermosillo.La profundidad del basamento es compleja y varía entre 300 y 3500 m, caracterizado por alternancias de horsts y grabens. Entrela ciudad de Hermosillo y Bahía Kino se presenta un alto con una estructura semicircular. Muchos de los grabens están interconectados,sirviendo de canales para el agua de mar que fluye hacia el continente, mientras que los horsts actúan como barreraspara este flujo. La forma que presentan las isolíneas de sólidos totales disueltos permite avalar estas hipótesis. Los datos gravimétricosnos permitieron también establecer la existencia de lineamientos que se correlacionan con la prolongación hacia el sur de la fallade Cerro Prieto y con el lineamiento del margen del Cratón. De acuerdo con la distribución de resistividades eléctricas en el área,el frente del agua de mar se extiende por más de 25 km dentro del continente y tiene una profundidad superior a los 200 m.Basándonos en estos resultados y en los datos de pozos, reconstruimos la estratigrafía del acuífero. La información geofísica,geológica y geohidrológica se utilizó para inferir un modelo geológico del acuífero de Costa de Hermosillo, que posteriormentepermitió construir secciones bidimensionales para realizar los modelos numéricos de la intrusión salina. Esta modelación serealizó con base en un tratamiento adimensional de las ecuaciones de Darcy, de continuidad para el agua y para la sal, y en unarelación constitutiva entre el agua y la concentración de sales. El sistema de ecuaciones adimensionales resultante fue resuelto endos dimensiones mediante un método de diferencias finitas, en perfiles seleccionados sobre el modelo geológico de la zona.En donde no existen barreras para el flujo de agua de mar se observan, en los modelos, patrones advectivos de circulación delos fluidos. Sin embargo, en las porciones separadas por intrusivos o horsts se observan celdas convectivas. El flujo en el acuíferoes complicado debido a la diversidad de materiales en el relleno sedimentario y a la sobreexplotación del mismo. Se tomó comocondición de frontera el régimen de explotación actual y se realizaron simulaciones numéricas de circulación de fluidos hasta queel sistema alcanza un estado estacionario. Los valores de concentración de sales así obtenidos reproducen de manera aceptable losvalores observados. Inversion of gravity data enabled us to obtain the basement topography of the Costa de Hermosillo aquifer. The depth to thebasement ranges from 300 to 3500 m, and has a complex character. Between Hermosillo and Kino Bay, the basement constitutesa subcircular structural high. Around this structural high basement is characterized by a series of horsts and grabens. Severalgrabens are interconnected, allowing the flow of seawater inland. The horsts act as barriers to the seawater flow. The pattern oftotal dissolved solids in groundwater supports this interpretation. Gravity data also suggest the existence of tectonic lineamentscorrelating with the southward prolongation of the Cerro Prieto fault, and with the Craton margin lineament. From electricalresistivity distribution the seawater front extends inland more than 25 km and is more than 200 m deep. Based on boreholeinformation and on the electrical resistivity distribution we inferred the stratigraphy of the aquifer. Geophysical, geological andgeohydrological information were used to derive a geological model for the Costa de Hermosillo aquifer, which was subsequentlyused in a 2-D numerical simulation of salt water intrusion. A non-dimensional formulation based in the equations of Darcy, ofcontinuity (for the water and for the salt, respectively) and in a constitutive relation (fluid density and salt concentration), was usedto simulate the seawater intrusion. The resulting equations were solved, through a finite difference scheme, for the parametrizedgeologic model along selected profiles.We find an advective pattern where no barrier exists to the seawater flow. However, those sections separated by intrusives orhorsts show convective cells. The aquifer flow is complicated by the changing nature of the sedimentary infill and the overexploitationof the aquifer in the zone. Assuming the present rate of withdrawal the steady-state simulated reproduces salt concentrationagrees with the observed values.
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