Hydrogeophysical characterization of the Viña del Mar Botanical Garden watershed

Abstract

La hidrogeofísica es una sub-disciplina de la geofísica que se ocupa de estudiar la geometría y la dinámica de los sistemas de agua subterránea. Durante las últimas décadas, ha ganado importancia debido a la posibilidad de complementar observaciones directas. El Jardín Botánico de Viña del Mar (JBVM) está ubicado dentro de una cuenca de 7.5 km2, en la Cordillera de la Costa, entre las ciudades de Viña del Mar y Quipué, en la región de Valparaíso, Chile. Dada la presencia de un estero perenne y una laguna artificial, ha sido indentificada como zona de interés por el consorcio de investigación Centro Avanzado para Tecnologías del Agua (CAPTA), con el objetivo de implementar nuevas tecnologías para tratamiento de aguas. Con esta motivación, se realizó este estudio geofísico para entender la geohidrología de esta área. Los métodos utilizados fueron tomografía de resistividad eléctrica (ERT por su sigla en inglés), transiente electromagnético (TEM) y gravimetría. El objetivo de esta campaña geofísica fue estimar el nivel freático y la profundidad de basamento, así como delimitar zonas preferenciales para la recarga artificial del acuífero. Los resultados obtenidos sugieren una geología dominada por la presencia de roca fracturada en torno al JBVM, como se observa en cuencas intramontanas similares (San Martín, 2023). Combinando los resultados de los tres métodos, la zona de estudio puede ser caracterizada por cuatro estructuras: sedimento no consolidado, basamento altamente fracturado, basamento normal (2670 km/m3 de densidad) y basamento de alta densidad. El nivel freático fue estimado entre 1 y 6 metros de profundidad en toda el área de estudio. El basamento de alta densidad podría corresponder a un cuerpo, y el basamento fracturado forma dos posibles lineamientos que se alinean con las fallas mapeadas en la zona. Se propone que los depocentros son la mejor opción para realizar la recarga artificial de los acuíferos.

Hydrogeophyisics is the sub-discipline of geophysics that concerns about the understanding of the geometry and dynamics of groundwater systems. It has gained importance in the last decade due to the possibility to compliment direct observations in a cheaper and less time-consuming manner. Even though this sub-discipline is widely used, there are not many academic articles that apply it in Chile. In this context, the present work consists in one of the few articles that uses geophysics as its main data source to study a watershed located in Chile. The Botanical Garden of Viña del Mar is located inside a 7.5 km2 watershed in the Coastal Cordillera, between the cities of Quilpué and Viña del Mar, in the Varparaíso Region in Chile. Due to the presence of a perennial stream and an artificial lagoon, this area has gained the interest of the research consortium Centro Avanzado para Tecnologías del Agua (CAPTA), with the goal of implementing water treatment technologies. With this motivation, a geophysical study was done to understand its underlying geohydrology. The methods used were electrical resistivity tomography (ERT), transient electromagnetic (TEM) and gravimetry. The aim of this geophysical survey was to estimate the groundwater depth and the basement thickness, as well as delimit possible preferential areas for artificial aquifer recharge. The results suggest a geology dominated by the presence of fractured rock surrounding the VMBG, as seen in similar intramontane basins (San Martín, 2023). Combining the results from the three methods, the study area can be characterized by four features: unconsolidated sediment, highly fractured basement, normal (2670 km/m3 density) basement, and high density basement. The water table depth was estimated between 1 and 6 meters in all the studied area. The high density basement could correspond to one body, and the fractured basement forms two lineaments that align with the mapped faults in the study area. It is proposed that the depocenters are the best option to perform the aquifer recharge.