Spatial distribution of hydraulic conductivity in the Rio Sucio drainage basin, Nicaragua : a minor field study

Abstract (Swedish)

Vattendragen i Nicaraguas centrala bergsområden är utsatta för hög miljöpåverkan. I över
hundra år har kvicksilver använts för att utvinna guld i dessa områden, vilket förorenat
vattenresurserna. Det har gjorts få undersökningar av områdets vattenkvalité, vilket främst
beror på avsaknaden av infrastruktur. Detta arbete är koncentrerat kring floden Rio Sucio,
vilket tillhör Rio Escondidos avrinningsområde, ett av de mest förorenade vattendragen i
Centralamerika. Arbetet är ett Minor Field Study (MFS), och är en del av ett större projekt
vilket syftar till att öka den vetenskapliga kompetensen hos Nicaraguas universitet att lösa
grundvattenresursrelaterade problem. Tidigare delprojekt har påvisat höga halter av
kvicksilver (Hg) och bly (Pb) i vatten, sediment och jord i Rio Sucios avrinningsområde.
Därmed finns en potentiell risk att grundvattnet och därmed dricksvattnet blir förorenat av
tungmetaller. Detta ledde till ett behov av att utreda områdets hydrogeologiska egenskaper,
samt samband och interaktioner mellan områdets yt- och grundvatten. För att kunna göra detta
behövs kunskap om infiltrationsegenskaperna hos områdets jordlager. Detta projekt gjordes
på uppdrag av Centro de Investigaciones Geoscientificas (CIGEO), med syftet att undersöka
mättad hydraulisk konduktivitet (Ksat) i områdets omättade jordlager, samt att utreda huruvida
uppmätta värden av Ksat påvisade några mönster av autokorrelation. Studien undersöker
vidare om Ksat i området är beroende av geologiska och geomorfologiska egenskaper. Hundra
mätpunkter distribuerades över ett 25 km2 stort område. Vid varje mätpunkt bestämdes Ksat
med hjälp av en Compact Constant Head Permeameter. Mätningarna av Ksat jämfördes med
geologikartor, en Digital Elevation Model, kornstorlek, samt sluttning. Insamlad Ksat
undersöktes också geostatistiskt efter autokorrelation. Ksat varierade i storlek från 0,0028 cm/h
till 10.43 cm/h över området. Området dominerades av låga värden; 58% av proverna
påvisade en Ksat lägre än 0,34 cm/h och 69% lägre än 1 cm/h. Endast 17% av mätningarna
visade en Ksat högre 2,67 cm/h. Ingen autokorrelation hittades i insamlad data, och det gick ej
heller att påvisa någon korrelation mellan Ksat och de övriga undersökta faktorerna. För att få
fram kvalitativa resultat rekommenderas att studier över områdets infiltrationsegenskaper görs
med en betydligt finare upplösning, samt med fokus på färre antal faktorer.

Abstract (Spanish)

La parte centro-este de Nicaragua, es un área sujeta a impacto ambientales causados por
actividades antropogénicas. Por más de cien años el mercurio (Hg) ha sido usado en las
actividades mineras en el centro de Nicaragua, causando contaminación de recursos aguas. La
ausencia de infraestructura en esta área ha hecho que las investigaciones sobre la calidad y
acceso de agua sean muy escasas. Este proyecto se focaliza en los alrededores de la cuenca
del Rio Sucio que pertenece a la cuenca de Río Escondido, uno de los ríos mas contaminados
de Centro América. El proyecto es un Minor Field Study (MFS), y es parte de un proyecto
que intenta mejorar las capacidades de las Universidades Nicaragüenses para resolver
problemas relacionados con la administración de recursos hídricos. En estudios previos se ha
encontrado alto contenido de mercurio (Hg) y plomo (Pb) en muestras de agua, sedimento y
suelos en la cuenca del Río Sucio. Esto exige más conocimiento de las relaciones e
interacciones del agua subterránea y el agua superficial para evaluar el riesgo de que el agua
subterránea sea contaminada. Uno de los partes que faltan para entender estas relaciones es el
conocimiento de las propiedades de la infiltración hidráulica de los suelos del área. En éste
sentido, este trabajo fue encargado con el objeto de investigar la conductividad hidráulica
(Ksat) en la zona no saturada de la cuenca de Río Sucio. El primer objetivo de este estudio es
hacer mediciones de Ksat en la zona no saturada e investigar si Ksat tiene autocorrelación.
Además, este trabajo intenta investigar si hay relaciones entre características geológicas y
geomorfología.
En cuanto a la metodología, cien puntos fueron distribuidos sobre un área de 25 km2. En cada
lugar Ksat fue determinado con un Constant Compact Head Permeameter (CCHP). Mediciones
de lixiviación de la topografía y muestras de suelo fueron colectadas en cada lugar también.
Las mediciones de Ksat fueron comparadas con mapas digitales de geología y un Digital
Elevation Model (DEM), para tamaño de la partícula de suelo y lixiviación de la topografía.
Además Ksat fue investigado para autocorrelación, con un semivariogram. Los valores de Ksat
variaron de 0.0028 cm/h a 10.43 cm/h lo cual significa una diferencia de cinco magnitudes.
En el área de estudio predominaron valores bajos de Ksat; 58% de las mediciones mostraron
menos que 0.34 cm/h y 68% menos que 1 cm/h. Solo 17% de las mediciones mostraron un
Ksat superior a 2.67 cm/h. No hubo autocorrelación en los datos colectados y tampoco hubo
ninguna correlación entre Ksat y los además factores investigados. En el futuro, se
recomiendan estudios mas detallados de las características de la infiltración del área en una
resolución mas fina.

Abstract

The central mountainous region of Nicaragua is an area subjected to heavy environmental
pressure due to anthropogenic activities. For over a hundred years mercury has been used in
gold mining activities in this area causing pollution of water resources. The lack of
infrastructure in this region has made investigations regarding water quality and availability
scarce. This work is focused around the drainage basin of the river Rio Sucio which belongs
to the catchment area of the river Rio Escondido, one of the most polluted watersheds in
Nicaragua. The work is a Minor Field Study (MFS), and is part of a project which aims at
strengthening the scientific capabilities of Nicaraguan universities to solve problems related to
groundwater resource management. Previous studies within the project have found high
concentrations of Mercury (Hg) and Lead (Pb) in water, sediments, and soils of the Rio Sucio
river basin. This has called for an increased knowledge regarding the groundwater systems of
the area. Recent and ongoing studies in the area have concluded that there is a need to
understand the ground water and the surface water interactions of the area in order to assess
the contamination risk of the ground water. One of the missing links in understanding these
interactions is the infiltration characteristics of the soils of the area. This project was therefore
commissioned by Centro de Investigaciones Geoscientificas (CIGEO) in order to investigate
the saturated hydraulic conductivity (Ksat) in the unsaturated zone of the Rio Sucio river basin.
The primary objective of this work is to carry out measurements of Ksat in the unsaturated
zone, and to investigate whether or not values of Ksat show any patterns of autocorrelation.
This work also investigates if Ksat in the study area is dependent on geological features and
geomorphological characteristics. A hundred sampling points were distributed over a 25 Km2
large area. At each location Ksat was determined with a Constant Compact Head Permeameter
(CCHP). Recordings of degree of slope and soil samples were collected at each location. The
recordings of Ksat were compared with digital maps of geology, a Digital Elevation Model,
soil particle size, and slope. Geostatistical analysis was performed on the Ksat samples. Values
of Ksat ranged from 0.0028 cm/h to 10.43 cm/h, giving a five order difference in magnitude.
The study area was dominated by low values of Ksat; 58% of the samples showed a Ksat lower
than 0.34 cm/h, and 68% showed a Ksat lower than 1 cm/h. Only 17% of the samples showed
a Ksat above 2.67 cm/h. There was no autocorrelation found in the data, and there was no
correlation found between Ksat and the investigated factors. More detailed studies of the
infiltration characteristics of the area at a finer resolution are recommended for future
hydrological studies of the area.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Floden Rio Sucio rinner genom staden Santo Domingo, ett litet samhälle beläget i centrala Nicaragua, ca 5 timmars bilresa från huvudstaden Managua. Rio Sucio betyder smutsig flod på Spanska. Floden har fått sitt namn dels för att den innehåller en stor mängd sediment, vilket gett den en brunaktig färg, och dels för att den innehåller stora mängder tungmetaller, främst kvicksilver. Halterna är långt över FAO:s gräns för att klassificeras som drickbart. De höga halterna tungmetaller i Rio Sucios ytvatten utgör ett potentiellt hot för områdets grundvattenresurser, och därmed ett hot för den framtida tillgången på rent dricksvatten till områdets lokalbefolkning.

För att utreda detta problem har SIDA finansierat ett projekt där man undersöker relationerna mellan områdets yt- och grundvatten. Detta arbete som är ett Minor Field Study (MFS) undersöker infiltrationsegenskaperna i avrinningsområdets jordlager. I projektet har data om hydraulisk konduktivitet, som är ett mått på jordens förmåga att transportera vatten, samlats in. Informationen har sedan analyserats i ett Geografiskt Informations System (GIS), för att utreda den rumsliga variationen i områdets hydrauliska konduktivitet. På så vis kan man undersöka om det är möjligt att interpolera den insamlade informationen och på så vis skapa en karta. Dessutom användes GIS för att undersöka om det finns någon relation mellan hydraulisk konduktivitet och dominerande egenskaper i områdets geologi och geomorfologi.

Resultaten visar att området generellt har låg hydraulisk konduktivitet. Detta kan innebära att transporten mellan yt- och grundvatten är långsam. Det visade sig även att det rumsliga beroendet av hydraulisk konduktivitet var för låg för att meningsfullt kunna interpolera värdena. Övriga resultat visade att det är mycket svårt att bestämma vad som i verkligheten påverkar hydraulisk konduktivitet, då den styrs av ett stort antal faktorer.

• author: Eckeskog, Magnus
• supervisor: Andreas Persson; Alfredo Mendoza
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Rumslig fördelning av hydraulisk konduktivitet i floden Rio Sucios avrinningsområde i Nicaragua : en fältstudie
• year: 2006
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: saturated hydraulic conductivity, physical geography, geography, geologi, geomorfologi, hydrologi, hydrogeologi, constant compact head permeameter, interpolering, geostatistik, mättad hydraulisk konduktivitet, GIS, geografi, naturgeografi, geostatistics, interpolation, hydrogeology, hydrology, geomorphology, geology, soil
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 131
• funder: SIDA, Minor Field Study programme (MFS)
• language: English
• id: 1962540
• date added to LUP: 2011-05-16 11:04:26
• date last changed: 2011-12-13 17:24:30