Influence of dominant environmental processes in the tropical Cuban basin Hanabanilla and reservoir on sediment composition

Abstract

The Hanabanilla reservoir was built in 1960 in the center-south of Cuba and is used for human supply and power generation. This research was aimed at identifying the important processes affecting sediment composition, through the analysis of particle size, and organic carbon (OC), nutrients, and major trace elements concentrations in sediment samples taken at the outlet point of the reservoir. The documentary review allowed us to identify how the nature and management of the basin and the operation of the reservoir affected sediment quality. The application of principal components analysis (PCA), and the determination of ionic relationships and correlations between the sediment quality variables, allowed for the identification of influential processes on sediment quality. Anthropic activities in the period 1960-2012 produced residues rich in OC, total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) that were stored in reservoir sediments. During the first years of the reservoir (1964-1976) the highest concentrations of sediment TP were recorded and the sediments functioned as a sink. The OC and TN mean concentrations were higher in the last stage of the study (2006-2012). The main influential processes on sediment composition were the operation of the reservoir, the geochemical cycle of P, the mineralization of the substances in the water column, and the weathering of silicates and the contribution of organic matter from the basin. Sediment quality data indicate that OC and TN were of allochthonous origin and TP was of autochthonous origin. Levels of sediment OC and TN also corresponded with an increase in anthropic activities in the basin.

El embalse Hanabanilla fue construido en 1960 en el centro-sur de Cuba y sus usos principales son el abastecimiento humano y la generación de energía eléctrica. Esta investigación tuvo como objetivo identificar los procesos fundamentales que afectan la composición del sedimento, mediante el análisis del tamaño de las partículas, y el contenido de carbono orgánico (OC), nutrientes y elementos traza mayoritarios en muestras de sedimento tomadas en la obra de toma del embalse. La revisión documental permitió identificar cómo afectan la naturaleza y el manejo de la cuenca, y la operación del embalse a la calidad del sedimento. El análisis de componentes principales (PCA), las relaciones iónicas, y las correlaciones entre las variables de calidad del sedimento, permitieron identificar los procesos influyentes en la calidad del sedimento. Las actividades antrópicas en el período 1960-2012 produjeron residuos ricos en OC, fósforo total (TP) y nitrógeno total (TN) que se almacenaron en los sedimentos del embalse. Durante los primeros años del embalse (1964-1976), se registraron las más altas concentraciones de TP en el sedimento que actuó como sumidero. Las concentraciones medias de OC y TN fueron más altas en la última etapa del estudio (2006-2012). Los principales procesos que influyeron en la composición del sedimento fueron: la operación del embalse, el ciclo geoquímico del P, la mineralización de las sustancias en la columna de agua, y el lavado de los silicatos, unido a la contribución de la materia orgánica de la cuenca. Los datos indicaron un origen alóctono para el OC y el TN, y autóctono para el TP. Los niveles de OC y TN en el sedimento también se correspondieron con un incremento en la actividad antrópica en la cuenca.