| Abstract |
The eastern coast of the Yucatan Peninsula, Mexico, contains one of the most developed karst systems in the world. This natural wonder is undergoing increasing pollution threat due to rapid economic development in the region of Tulum, together with a lack of wastewater treatment facilities. A preliminary numerical model has been developed to assess the vulnerability of the resource. Maps of explored caves have been completed using data from two airborne geophysical campaigns. These electromagnetic measurements allow for the mapping of unexplored karstic conduits. The completion of the network map is achieved through a stochastic pseudo-genetic karst simulator, previously developed but adapted as part of this study to account for the geophysical data. Together with the cave mapping by speleologists, the simulated networks are integrated into the finite-element flow-model mesh as pipe networks where turbulent flow is modeled. The calibration of the karstic network parameters (density, radius of the conduits) is conducted through a comparison with measured piezometric levels. Although the proposed model shows great uncertainty, it reproduces realistically the heterogeneous flow of the aquifer. Simulated velocities in conduits are greater than 1 cm s$^{−1}$, suggesting that the reinjection of Tulum wastewater constitutes a pollution risk for the nearby ecosystems.La côte Est de la Péninsule du Yucatan, Mexique, présente l’un des systèmes karstiques les plus développés au monde. Cette merveille naturelle est soumise à une menace croissante de la pollution due au développement économique rapide de la région de Tulum, et à un manque d’installations de traitement des eaux résiduaires. Les cartes des cavités explorées ont été complétées en utilisant les données de deux campagnes géophysiques aéroportées. Ces relevés électromagnétiques permettent la cartographie des conduits karstiques inexplorés. La carte du réseau est complétée grâce à un simulateur pseudo-génétique stochastique de karst, développé antérieurement mais adapté dans le cadre de cette étude pour rendre compte des données géophysiques. La cartographie de la cavité par des spéléologues a été intégrée au maillage du modèle d’écoulement aux éléments finis, sous forme réseaux de tubages dans lesquels l’écoulement turbulent est simulé. La calibration des paramètres du réseau karstique (densité, rayon des conduits) est réalisée par comparaison avec les niveaux piézométriques mesurés. Bien que le modèle proposé présente une grande incertitude, il reproduit de façon réaliste l’écoulement de l’aquifère dans le milieu hétérogène. Les vitesses d’écoulement simulées dans les conduits sont supérieures à 1 cm s$^{−1}$, ce qui suggère que la réinjection des eaux résiduaires de Tulum constitue un risque de pollution pour l’écosystème proche.La costa este de la península de Yucatán, México, contiene uno de los más desarrollados sistemas kársticos del mundo. Esta maravilla natural está experimentando una creciente amenaza de contaminación debido al rápido desarrollo económico en la región de Tulum, junto con una falta de instalaciones para el tratamiento de aguas residuales. Se desarrolló un modelo numérico preliminar para evaluar la vulnerabilidad del recurso. Se han completado los mapas de las cavernas exploradas usando datos de dos campañas geofísicas aéreas. Estas mediciones electromagnéticas permitieron el mapeo de conductos kársticos inexplorados. La realización del mapa de la red se logró a través de un simulador de karst pseudo—genético estocástico, desarrollado anteriormente pero adaptado como una parte de este estudio para tener en cuenta los datos geofísicos. Conjuntamente con el mapeo de las cavernas por espeleólogos, las redes simuladas son integradas en una malla de modelo de flujo de elementos finitos como redes de tuberías donde se modela el flujo turbulento. La calibración de los parámetros de la red kárstica (densidad, radios de los conductos) se realizó a través de una comparación con medidas de niveles piezométricos. Aunque el modelo propuesto muestra una gran incertidumbre, reproduce de manera realista el flujo heterogéneo en el acuífero. Las velocidades simuladas en los conductos son mayores a 1 cm s$^{−1}$, sugiriendo que la reinyección de aguas residuales constituye un riesgo de contaminación para los ecosistemas cercanos.在墨西哥尤卡坦半岛的东海岸线有着世界上最发育的岩溶系统。这个自然奇观正经受着Tulum地区快速的经济发展和污水处理设施缺乏所导致的日益严重的污染威胁。本文建立了一个初步的数值模型来评估地下水资源的脆弱性。利用来自于两次航空地球物理探测的数据,文中完成了已勘探溶洞的图示。这些电磁测量方法使得未勘探的岩溶通道的绘制成为可能。利用一个随机准遗传算法岩溶模拟器,绘制了岩溶通道网络图,这张图虽然是预先绘制的,但在此研究中应用于解释地球物理数据。结合洞穴学家的溶洞地图,模拟的通道网络与有限元水流模型网格相结合,在紊流模拟区作为管道网络系统。岩溶网络通道参数(密度,通道半径)的拟合通过与测得的测压水位相比较来进行。虽然提出的模型显示除了很大的不确定性,它逼真地重现了含水层中的非均质水流。模拟出的通道中的流速大于1cm/s,显示出Tulum地区污水的回注对附近的生态系统构成了污染风险。A costa leste da península de Iucatão, México, contém um dos sistemas cársicos mais desenvolvidos do mundo. Esta maravilha natural está a ser progressivamente sujeita a ameaças de poluição devido ao rápido desenvolvimento económico na região de Tulum, em associação com um défice de instalações de tratamento de águas residuais. Foi desenvolvido um modelo numérico preliminar para avaliara a vulnerabilidade do recurso. Foram completados mapas de cavernas exploradas através da utilização de dados de duas campanhas de geofísica aerotransportada. Estas medições eletromagnéticas permitiram o mapeamento de condutas cársicas inexploradas. O completamento do mapa da rede cársica foi conseguido através de um simulador cársico pseudo-genético estocástico previamente desenvolvido mas adaptado como parte deste estudo tendo em atenção os dados geofísicos. Conjuntamente com o mapeamento das cavernas feito por especialistas, as redes simuladas foram integradas na malha do modelo de fluxo de elementos finitos como uma rede de tubos onde se modela fluxo turbulento. A calibração dos parâmetros da rede cársica (densidade e raio das condutas) foi conduzida através da comparação com níveis piezométricos medidos. Apesar do modelo proposto mostrar grande incerteza, reproduz realisticamente o escoamento heterogéneo do aquífero. As velocidades simuladas nas condutas são maiores que 1 cm s$^{−1}$, sugerindo que a reinjeção das águas residuais de Tulum constitui um risco de poluição para os ecossistemas envolventes. |
