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UNIVERSIDAD DE LA SERENA

FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS

CARACTERIZACIÓN DE LA INTERACCIÓN AGUA

SUPERFICIAL / AGUA SUBTERRÁNEA EN LA PARTE BAJA

DE LA CUENCA DEL RÍO LIMARÍ: ANÁLISIS INTEGRADO.

PAULINA ROCÍO MORALES VEGA

Memoria para optar al Título de

INGENIERO CIVIL AMBIENTAL

Comisión Revisora:

Dr. Ricardo Oyarzún L. – Profesor Guía

Dr. Jorge Oyarzún M.

Dr. Hugo Maturana C.

La Serena, 2012

DEDICATORIA

Este trabajo está dedicado a:

Dios, por darme la fuerza necesaria para

enfrentar cada desafío.

Mis Padres, por su amor infinito y por

inculcarme la importancia del

conocimiento y la educación.

Mis hermanas, por su apoyo constante e

incondicional.

Cristian, por su amor y compañía en todas

las alegrías y tristezas que aparecieron en

el camino.

Mis hijos, Cristian y Magdalena, por ser la

luz y el sentido de cada día y obra mía.

Paulina Morales V.

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar doy las gracias a mi profesor guía, Ricardo Oyarzún, por su

comprensión, orientación y apoyo constante durante el desarrollo de este trabajo, así

como también al Proyecto CHI 8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas

Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en

Cuencas Áridas del Norte de Chile” por brindarme la oportunidad de realizar esta

memoria.

Agradezco también a los profesores Jorge Oyarzún y Hugo Maturana por la orientación

brindada durante el desarrollo de este trabajo, así como también por la dedicación y

generosidad con sus conocimientos demostrada en los años que formaron parte de mi

vida académica. Extiendo este agradecimiento a mi profesor guía.

Finalmente a mi familia ya que gracias a su comprensión y apoyo he llegado a una de

las metas más importantes de mi vida.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí: Análisis Integrado”

Paulina Rocío Morales Vega/2012

Departamento de Ingeniería de Minas – Facultad de Ingeniería – Universidad de La Serena

ÍNDICE

RESUMEN ....................................................................................................................... 1 ABSTRACT ..................................................................................................................... 2 1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 3 2 OBJETIVOS ................................................................................................................. 5 3 MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................................ 6

3.1 Área de Estudio ............................................................................................... 6 3.1.1 Clima ................................................................................................. 6 3.1.2 Hidrografía ......................................................................................... 7 3.1.3 Geomorfología ................................................................................... 8 3.1.4 Geología e Hidrogeología .................................................................. 8 3.1.5 Actividades Económicas .................................................................. 10

3.2 Campaña de Obtención de Datos ................................................................. 11 3.3 Análisis Isotópico ......................................................................................... 17

3.3.1 Deuterio y Oxígeno 18 .................................................................... 17 3.3.2 Radón 222 ....................................................................................... 18 3.3.3 Sulfato ............................................................................................. 18 3.3.4 Análisis preliminar de Recarga ....................................................... 19

3.4 Análisis de la Información ............................................................................. 21 3.4.1 Métodos Gráficos ............................................................................ 21 3.4.2 Métodos Estadísticos....................................................................... 22

3.4.2.1 Métodos Estadísticos Simples ........................................... 22 3.4.2.2 Métodos Estadísticos Multivariados ................................... 22

4 RESULTADOS Y DISCUSIONES ............................................................................. 25

4.1 Grupo Final de Datos Analizados .................................................................. 25 4.2 Hidroquímica ................................................................................................. 28

4.2.1 Análisis Estadístico Simple Descriptivo ........................................... 28 4.2.2 Análisis Gráfico: Variaciones Espaciales ......................................... 31

4.2.2.1 Parámetros Generales ....................................................... 31 4.2.2.2 Cationes Mayores .............................................................. 37 4.2.2.3 Aniones Mayores ............................................................... 43 4.2.2.4 Metales .............................................................................. 55

4.2.3 Análisis Gráfico: Diagramas de Piper .............................................. 60 4.2.4 Análisis Gráfico: Diagramas Stiff ..................................................... 64 4.2.5 Análisis Gráfico: Diagramas Araña para Aguas Superficiales. ........ 69

4.2.5.1 Río Grande......................................................................... 69 4.2.5.2 Río Hurtado ........................................................................ 70 4.2.5.3 Estero El Ingenio ................................................................ 70 4.2.5.4 Río Limarí........................................................................... 71 4.2.5.5 Estero Punitaqui ................................................................. 72

4.2.6 Relaciones concentración–profundidad para aguas subterráneas. . 74 4.2.7 Estimación de la Tasa de Recarga en aguas subterráneas. ........... 78




4.3 Isótopos......................................................................................................... 80 4.3.1 Análisis Preliminar General ............................................................. 80 4.3.2 Análisis Especiales .......................................................................... 86

4.3.2.1 Razón δ2H/ δ18O ................................................................ 86

4.3.2.2 Relaciones Valor- Altura, aguas superficiales ................ 87

4.3.2.3 Relaciones Valor- Profundidad, aguas subterráneas ..... 89 4.4 Análisis Químico – Isotópico ......................................................................... 96

4.4.1 Análisis Gráfico Simple, variación espacial. .................................... 96 4.4.2 Análisis Isotopía Radioactiva ......................................................... 105 4.4.3 Sulfato ........................................................................................... 107

4.5 Análisis Multivariado ................................................................................... 113 4.5.1 Análisis Clúster .............................................................................. 113 4.5.2 Análisis de Componentes Principales............................................ 123

5 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 126 REFERENCIAS ........................................................................................................... 128 ANEXO A .................................................................................................................... 131 BASE DE DATOS ....................................................................................................... 131 ANEXO B .................................................................................................................... 136 ANEXO C .................................................................................................................... 140 ANEXO D .................................................................................................................... 142 ANEXO E .................................................................................................................... 143

1




RESUMEN

El presente trabajo muestra un análisis hidroquímico e isotópico de las aguas

superficiales y subterráneas de la cuenca hidrográfica del Río Limarí, con la finalidad de

establecer el grado de interacción entre éstas. El estudio, enmarcado en el Proyecto

CHI-8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas

para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de

Chile” financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica y coordinado por el

Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena, incluyó dos

muestreos, realizados respectivamente en Abril y Noviembre del 2010, analizándose en

esta memoria el último de ellos. De manera adicional se realiza una comparación con el

análisis generado en base a la primera campaña y discutido en la Memoria de Título de

Jofré (2011).

La concordancia de los resultados obtenidos tanto en aguas superficiales como en

aguas subterráneas indica que existe interacción entre ambas en todas las subcuencas

del Limarí con un fuerte control de los embalses y procesos de evaporación asociados.

En el caso de Rinconada de Punitaqui los resultados indicarían que el origen y recarga

de las aguas de vertientes se debe a la precipitación local. Lo anterior confirma la gran

utilidad del uso simultáneo de herramientas químicas, isotópicas y del análisis

multivariado para establecer cierto grado de interacción.

Los resultados actuales confirman lo observado en el análisis de la campaña anterior,

realizado por Jofré (2011), presentando en algunos casos sólo pequeñas diferencias.

Además los resultados obtenidos indican que existe una clara influencia de la actividad

minera en el Estero El Ingenio, especialmente en las concentraciones de SO4, esto

sumado al aporte que generan los procesos hidrotermales y a las terrazas marinas que

conforman el área de estudio. También destacan el efecto de los embalses sobre las

señales isotópicas de las aguas de los Ríos Grande, Hurtado y Limarí, y la influencia de

la cercanía a la costa sobre el Estero Punitaqui y Rinconada de Punitaqui.

2




ABSTRACT

The current work presents a hydrochemical and isotopic analysis of surface water and

groundwater at the Limarí river hydrographic basin, in order to establish the degree of

interaction between them. The study, framed in the CHI 8029 Project "Implementation

and Evaluation of Isotopic and Hydrogeochemical Techniques for Sustainable

Management of Water Resources in Arid Watersheds of North Chile" funded by the

International Atomic Energy Agency and coordinated by the Department of Mining

Engineering University of La Serena, included two sampling, made in April and

November respectively 2010, and being analyzed at this time the last one. Additionally,

a comparison is realized with the generated analysis based on the first campaign and

discussed in the graduation work of Jofré (2011).

The concordance of the results obtained in both surface water and ground water

indicates that there is interaction between them in all the sub basins of Limarí river with

tight control of the reservoirs and evaporation processes associated. In the case of

Rinconada de Punitaqui the results indicate that the origin and recharge of the water

catchment is due to local rainfall. This confirms the usefulness of the simultaneous use

of chemical tools, isotopic and multivariate analysis to establish the degree of

interaction.

The current results confirm the observations in the analysis of the previous season by

Jofré (2011), presenting in some cases only differences minor.

Also the results indicate a clear influence of mining activity in the Estero El Ingenio,

especially in the concentrations of SO4, this added to the contribution generated by

hydrothermal processes and the marine terraces that comprise the study area. It stands

out too the dam effect on rivers Grande, Limarí and Hurtado over the waters isotopic

signature, and the influence of the proximity to the coastline on the estuary of Punitaqui

and Rinconada de Punitaqui.

3




1 INTRODUCCIÓN

La gestión de los recursos hídricos es foco de un interés creciente debido a su actual

escasez en nuestro país, tanto en aspectos de cantidad como de calidad. En el caso de

la Región de Coquimbo, este tema adquiere gran importancia, debido a que se trata de

una zona con características climáticas de tipo árida a semiárida. Especial relevancia

adquiere este tema en la Cuenca del río Limarí, la cual ha sido declarada agotada el

año 2005 en términos de sus recursos hídricos superficiales. Esto significa que no se

pueden otorgar nuevos derechos de aguas superficiales (Álvarez y Oyarzún, 2006).

Esta situación sumada a la creciente demanda de recursos hídricos en la zona

relacionada con el aumento de superficie destinada a la actividad agrícola, ha llevado a

la preocupación por parte de las autoridades y de los usuarios, especialmente en lo que

se refiere a la presión por el uso de aguas subterráneas.

Es importante mencionar que en la cuenca del río Limarí existe escasa información

acerca del grado de interacción entre los cursos de agua superficiales y los cuerpos de

agua subterránea (DGA, 2008). Conocer tal relación cobra gran importancia ya que

permite establecer si la disponibilidad de uno se ve afectado por efecto de la extracción

del otro, trayendo como consecuencia el uso ineficiente y poco sustentable del agua.

En este contexto, el presente estudio pretende realizar un análisis comparativo e

integrador de las dos campañas de obtención de datos que componen el estudio de la

caracterización hidroquímica e isotópica de la Cuenca del Limarí, específicamente

aguas abajo de la ubicación de los Embalses La Paloma y Recoleta. Se utilizará en esta

oportunidad información química e isotópica y se aplicarán metodologías de análisis

multivariado a los datos obtenidos a partir de la segunda campaña de muestreo

(Noviembre 2010) para posteriormente realizar un análisis integrado con los resultados

obtenidos por Jofré a partir de la primera campaña (Abril 2010).

Cabe mencionar que el desarrollo de esta memoria se enmarca dentro del proyecto

“Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el

Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de Chile (CHI -

4




8029)”, financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica, y en el que

participan el Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena

(coordinador), el Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la PUC, y la

Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN).

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2 OBJETIVOS

Objetivo General

Estimar el grado de interacción de aguas superficiales – aguas subterráneas poco

profundas en la parte baja de la Cuenca del Limarí mediante el uso de información

hidroquímica e isotópica.

Objetivos Específicos

Analizar el comportamiento de los parámetros químicos del agua superficial y

subterránea de las muestras obtenidas durante la segunda campaña.

Analizar el comportamiento de los parámetros isotópicos de las muestras

obtenidas durante la segunda campaña.

Integrar la información química e isotópica para la caracterización de la

interacción agua superficial – agua subterránea de las muestras obtenidas

durante la segunda campaña.

Utilizar herramientas isotópicas para determinar el origen de los sulfatos

presentes en las aguas de la zona de estudio.

Realizar un análisis comparativo e integrador de la información química e

isotópica obtenida de las dos campañas de muestreo realizadas, con la finalidad

de realizar una completa caracterización de la interacción agua superficial – agua

subterránea.

6




3 MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 Área de Estudio

La cuenca hidrográfica del río Limarí está ubicada en la Región de Coquimbo, y se sitúa

entre los valles de los ríos Elqui por el norte y Choapa por el sur. Se extiende

aproximadamente entre los 30°15’ y 31°20’ de latitud sur y entre las longitudes 71º30´ y

70º15´ Oeste, abarcando una superficie aproximada de 11.800 km2.

El área de estudio considerada en esta memoria corresponde a parte de la cuenca

hidrográfica del río Limarí, específicamente desde aguas abajo de los Embalses La

Paloma y Recoleta, hasta aproximadamente la localidad de Barraza (Figura 1).

3.1.1 Clima

La topografía accidentada de esta región favorece la conformación de varios

microclimas, por lo cual podemos distinguir allí tres tipos climáticos: semiárido con

nublados abundantes, a lo largo de la costa, semiárido templado con lluvias invernales,

en el valle del Río Limarí y semiárido frío con lluvias invernales, en la Cordillera de Los

Andes sobre los 3.000 m. de altitud.

En términos generales esta cuenca se encuentra bajo la influencia de un bioclima con

escasez de precipitaciones y durante nueve meses del año presenta déficit hídrico. La

estación agroclimática de Ovalle registra una temperatura media anual de 16,6°C, con

una mínima de 9,4°C y una máxima de 23,8°C. La precipitación media anual es de 10,5

mm y el total de agua caída por año alcanza a 125,7 mm. La tasa de

evapotranspiración total anual para la Cuenca del Río Limarí alcanza aproximadamente

1.600 mm (Gutiérrez, 2007).

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Figura 1: Mapa de ubicación Provincia del Limarí, donde se destaca el área de estudio.

(Fuente: Página web Gobernación Provincial del Limarí)

3.1.2 Hidrografía

El río Limarí se forma por la unión de los ríos Grande y Hurtado, aproximadamente 4

km, aguas arriba de la ciudad de Ovalle. El río Hurtado no tiene afluentes de

importancia y constituye el único y gran dren de la parte norte de la cuenca del Limarí.

En su curso inferior está emplazado el embalse Recoleta, con capacidad útil de 100

millones de m3 (Mm3). El río Grande recibe una serie de afluentes de importancia, entre

los cuales cabe mencionar el río Rapel, el río Mostazal y el río Huatulame, éste último

regulado por el embalse Cogotí de 150 Mm3 de capacidad. En la confluencia del río

Huatulame con el río Grande se encuentra el embalse La Paloma, con un volumen de

regulación de 750 Mm3. Entre la ciudad de Ovalle y su desembocadura, el río Limarí

8




recibe dos afluentes principales. Ellos son los esteros Ingenio por el norte y Punitaqui

por el sur (DGA, 2004).

3.1.3 Geomorfología

La cuenca del Río Limarí, completa, cubre un área de 11.760 km2 y se desarrolla como

un sistema Andino-Costero, caracterizado por una compleja orografía que vincula la

Cordillera de los Andes, Depresión Intermedia y Cordillera de la Costa, identificándose

en ellas las unidades: planicies litorales, valles fluviales exorreicos o valles

transversales, con una clara orientación Este-Oeste, y los pisos altitudinales andinos

(Gutiérrez, 2007).

Los valles fluviales, sitio de interés del presente estudio, poseen su forma debido a la

actividad de las aguas corrientes, con alturas que no superan los 300 m. en su curso

inferior. Estos valles fluviales se caracterizan por tener en sus cursos medio e inferior

un completo sistema de terrazas que corresponden a las superficies de sedimentación

marina y se relacionan con los cambios sufridos por el nivel del mar durante el

cuaternario (Baldessari, 2007).

3.1.4 Geología e Hidrogeología

Se distinguen dos grandes grupos litológicos/geológicos: rocas consolidadas y rocas no

consolidadas. Dentro de lo que se puede mencionar acerca de las rocas consolidadas,

es que presentan permeabilidad preferentemente secundaria, esto quiere decir que la

infiltración del agua se produce a través de fracturas presentes en el macizo rocoso.

Sobre las rocas no consolidadas se puede señalar que corresponden a unidades

sedimentarias de baja compactación depositadas entre el Mioceno Superior y el

Holoceno, las cuales corresponden a depósitos fluviales actuales, depósitos fluviales de

terraza, depósitos aluviales de terraza, depósitos de conos aluviales, depósitos

coluviales, escombros de falda y depósitos lacustres (Anacona, 2010).

En relación a la hidrogeología, en esta cuenca destacan claramente tres escurrimientos:

(a) uno en dirección suroeste que escurre paralelo al Río Hurtado con profundidades

9




freáticas que van de los 2 a 3,6 m, hasta las cercanías de la localidad de Ovalle; (b) en

dirección noroeste (por un lecho de rocas sedimentario-volcánicas del Cretácico

Terciario mixto y Plutónicas del Terciario) escurre un acuífero paralelo al Río Grande

hasta la confluencia con el Río Hurtado en Ovalle; (c) en dirección sur-norte escurre el

último acuífero paralelo al Río Combarbalá hasta el embalse La Paloma por un lecho de

rocas impermeables constituido de rocas sedimento-volcánicas; (d) desde la

confluencia del Limarí con el Hurtado, a la altura de Ovalle, hasta la desembocadura el

acuífero escurre en dirección suroeste por un lecho de depósitos no consolidados y

rellenos hasta el sector de Barraza, lugar donde atraviesa un lecho de rocas plutónicas

del Jurásico hasta la desembocadura al mar.

La figura 2 representa las características hidrogeológicas generales de la cuenca del río

Limarí.

Figura 2: Características Hidrogeológicas de la Cuenca del Río Limarí (Escala 1:1.000.000) (DGA, 2004)

(a)

(b)

(c)

(d)

10




Dentro de los acuíferos del área de estudio, el existente en la zona del estero Punitaqui

es el que cuenta con mayor volumen de acumulación (Gutiérrez, 2007).

3.1.5 Actividades Económicas

Existen principalmente tres actividades económicas que se desarrollan principalmente

en la Provincia, estas son la agricultura, la ganadería y en menor proporción la minería.

El sistema hidrográfico formado por el río Limarí y sus afluentes es el más importante

del norte chico desde el punto de vista de la agricultura, ya que con sus aguas se riegan

más de 70.000 ha. Debido a su disponibilidad de suelos y agua para riego, cuenta con

una amplia diversidad de cultivos. Entre ellos una importante superficie de viñas,

orientada principalmente a la elaboración de pisco y para uva de mesa.

En este valle se presentan importantes superficies de praderas bajo riego,

específicamente establecidas en las terrazas altas, que permiten la existencia de

ganadería mayor (Gutierrez, 2007).

En cuanto a la actividad minera en la cuenca del Limarí, ésta se encuentra orientada

hacia el cobre o cobre-oro y es ejecutada por las compañías Tamaya y Los Mantos de

Punitaqui. Cabe señalar que la producción minera actual de la Provincia es reducida y

corresponde a en su mayoría a operaciones de pequeña minería o "pirquenes", además

de las compañías nombradas anteriormente (Jofré, 2011).

La Compañía Minera Tamaya, actualmente Altos de Punitaqui (G. Ríos, entrevista

personal, 24 de Mayo de 2012) opera en Los Mantos de Punitaqui (cobre, oro y

mercurio) y en localidades cercanas (Potrerillos, en el camino Ovalle-Punitaqui),

produce aproximadamente 1.000 ton/día de minerales de cobre-oro. Explotaciones

menores son Los Pingos, en la zona cordillerana (Ramadas de Tulahuén), que procesa

unas 300 ton /día, y El Reloj (cerca de Punitaqui), que producen aproximadamente 100

ton/día de mineral cobre-oro. Por último, la antigua Planta Ovalle de la Compañía

Minera Panulcillo, filial ENAMI, situada en el margen occidental del Estero El Ingenio, 5

km al norte de la ciudad de Ovalle, desempeñaba un rol esencial en el procesamiento

11




de minerales extraídos por pequeños mineros y pirquineros. Se procesaban

aproximadamente 300 ton/día de cada tipo de mineral, tanto oxidados como sulfurados,

(Gutiérrez, 2007). Es importante señalar que debido al hecho de que las piscinas de

evaporación de aguas de descarte no contaban con revestimiento, los líquidos de los

procesos de lixiviación-cementación con altos contenidos de Fe, Cu, Zn y otros metales

se han ido infiltrando, contaminando las aguas del Estero El Ingenio (Rojas et al., 2006;

Baldessari, 2007).

3.2 Campaña de Obtención de Datos

El presente estudio utilizó información (resultados químicos e isotópicos) de las

muestras tomadas durante la segunda campaña, tanto en agua superficial como en

agua subterránea, de las dos consideradas dentro del proyecto CHI-8029. Esta

segunda campaña fue realizada en Noviembre de 2010, en régimen primaveral.

En ambos muestreos, los puntos tomados fueron los mismos con la finalidad de

comparar, analizar, y así establecer relaciones entre ellos.

En la Tabla 1, se muestra la distribución de las muestras para cada una de las

campañas, según el componente hidrológico considerado.

Tabla 1: Número de muestras

Abril 2010 Noviembre 2010

Agua Superficial 15 15

Agua Subterránea 16 16

La Tabla 2 presenta los puntos de muestreo, cada uno con su identificación y ubicación

geográfica. La primera columna muestra la nomenclatura a utilizar como identificación

para cada uno de los puntos de muestreo en este estudio, para efectos de análisis y

discusión de resultados; en la segunda columna aparece el nombre del sitio de

muestreo; la ubicación geográfica de cada punto, expresadas en coordenadas UTM

(Norte y Este), aparecen en las columnas tercera y cuarta, y la quinta columna muestra

12




la altura en la cual se encuentra cada uno. Las coordenadas y alturas fueron tomadas

con un GPS Garmin e-trex.

De las muestras de aguas subterráneas, 12 (75%) corresponden a pozos de agua

potable rural (APR) existentes en la zona de estudio. De las otras cuatro muestras, una

corresponde al pozo de extracción de la empresa de abastecimiento de agua potable,

Aguas del Valle, en la ciudad de Ovalle, y los otros tres a aguas de vertientes ubicadas

en el sector de Rinconada de Punitaqui.

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Tabla 2: Identificación de los puntos de muestreo.

Punto Nombre Norte

UTM (m) Este

UTM (m) Altura msnm

G1 Río Grande (aguas abajo Embalse La Paloma) 6602373 304892 317

G2 Río Grande en El Guindo 6606953 298204 269

G3 APR El Guindo 6607296 298327 281

H1 Embalse Recoleta 6617065 293553 255

E1 APR Estación Recoleta 6623568 293943 301

H2 Río Hurtado en Villaseca 6617065 293553 256

H3 APR Villaseca 6617489 293742 288

E2 Estero El Ingenio en Lagunillas 6619063 292035 272

E3 Estero El Ingenio en Cruce Talhuén 6616189 289738 244

E4 Estero El Ingenio en Badén El Ingenio 6608944 281502 161

E5 Estero El Ingenio en Cruce El Trapiche 6608986 276838 120

E6 APR El Trapiche 66009065 276941 118

L1 Río Limarí en Los Peñones 6613516 291866 207

L2 Aguas del Valle (Ovalle) 6613456 291745 219

L3 Río Limarí en La Chimba 6609881 287019 186

L4 APR Limarí 6607686 280634 156

L5 Río Limarí en Cruce San Julián con El Trapiche 6608648 276749 119

L6 APR San Julián 6608112 275648 127

L7 Río Limarí en Cruce Los Aromos 6609058 269787 89

L8 APR Cerrillos Tamaya 6610044 268730 83

P4 APR Los Nogales 6597674 275065 236

P1 APR Graneros 6593756 281261 187

L9 Río Limarí en Barraza 6609058 269787 37

L10 APR Barraza 6605801 261532 46

P8 Vertiente, Rinconada Punitaqui 6581877 273804 567



P2 Estero Punitaqui en Camarico 6594347 273207 128

P3 APR Camarico Chico 6594114 272884 106

P5 Estero Punitaqui en Chalinga 6595884 270212 108

P6 APR Chalinga 6595671 270083 120

Las muestras de aguas superficiales fueron tomadas en los ríos de la cuenca,

procurando que los puntos de muestreo estuvieran cercanos a los de agua subterránea

(APR), para así lograr mantener uno de los objetivos de este trabajo, el de evaluar la

posible existencia de algún grado de interacción entre aguas superficiales y

subterráneas.

14




La Figura 3 muestra los sitios de muestreo, tanto de agua superficial como de agua

subterránea, en el área de estudio

Figura 3: Ubicación de sitios de muestreo de agua superficial y subterránea.

Las muestras para el análisis químico fueron colectadas en botellas plásticas de 1 litro.

Para cada punto de muestreo, se tomaron 3 muestras, una para el análisis de iones

mayores, otra para el análisis de metales pesados, siendo ésta conservada con 1 - 2

mL de ácido nítrico (concentración 65%) al momento de colectar la muestra, para tener

una correcta preservación, y una tercera para el análisis de isótopos de sulfato.

Las muestras para isótopos estables fueron colectadas en botellas plásticas de

polipropileno, de 125 mL, tomándose dos muestras en cada punto (en duplicado por

precaución). Para evitar la evaporación y el fraccionamiento isotópico de las muestras,

éstas fueron llenadas completamente y selladas con una lámina plástica (tipo parafilm)

Panulcillo

15




Después de la obtención de las muestras, éstas se almacenaron en terreno en hieleras,

y fueron mantenidas a una temperatura aproximada de 5ºC durante su transporte al

laboratorio. Luego, las muestras tanto de análisis químico y de isótopos estables, fueron

mantenidas aproximadamente a 4ºC, en el Laboratorio de Medio Ambiente del

Departamento de Minas de la Universidad de La Serena, hasta su posterior envío y

análisis en la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), ubicada en la ciudad de

Santiago.

Para la medición de isótopos radioactivos, específicamente Radón 222, se tomaron

igualmente dos muestras en cada punto de muestreo. Las muestras fueron obtenidas

en recipientes de vidrio, de 250 mL y de 1000 mL respectivamente, llenadas

completamente bajo el agua (evitando el contacto con la atmósfera), cerradas en forma

hermética, y conducidas al Laboratorio de Análisis Ambiental del Departamento

Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena.

Por último, los parámetros de pH, temperatura, conductividad eléctrica (CE) y oxígeno

disuelto (OD), fueron determinados en terreno, utilizando una sonda multiparámetros

portátil, marca Hanna, modelo HI 9828. Para una mejor precisión en la obtención de los

valores de estos parámetros, se utilizaron en forma complementaria papeles

indicadores de pH, marca Merck (determinación cualitativa), y sondas independientes

para CE, pH y OD marca HACH, modelos C0150, SENSION 1 y SENSION 6

respectivamente.

Los análisis químicos se realizaron en el Laboratorio de Análisis Químico de la

Comisión Chilena de Energía Nuclear. En las muestras se analizaron las

concentraciones disueltas de cada parámetro. Los parámetros químicos analizados, así

como las metodologías utilizadas se presentan en la Tabla 3.

16




Tabla 3: Metodología de Análisis.

Parámetro Límite de detección

(mg/L) Metodología

Calcio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Magnesio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Sodio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Potasio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Hierro 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Estroncio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Cloruro 0,1 Cromatografía líquida de alta

resolución (HPLC) STD.METHODS 20

ava edición parte 4110

Sulfato 0,05 Cromatografía líquida de alta



N-Nitrato 0,25 Cromatografía líquida de alta



Flúor 0,1 Potenciómetro Ion Analyzer

250 - Radiometer STD.METHODS 20


Aluminio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Boro 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Manganeso 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Plomo 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Zinc 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Fósforo 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Litio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

Silicio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava

edición parte 3120

La base de datos utilizada en este estudio para cada punto de muestreo, tanto la

información obtenida del laboratorio como la de terreno, está disponible en el Anexo A.

Se calculó el error de balance iónico de cargas, como medida de control de calidad de

la información, utilizando la expresión (Thyne et al, 2004):

17




Al igual que en Jofré (2011) se realizó el balance iónico de cargas sólo con aquellos

parámetros químicos que presentaban mayores concentraciones a lo largo del área de

estudio. Estos fueron: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, HCO3-, Cl-, SO4

-2 y N-NO3-. Este balance se

realizó para todos los puntos de muestreo, sin diferenciar entre aguas superficiales y

subterráneas.

3.3 Análisis Isotópico

3.3.1 Deuterio y Oxígeno 18

Los isótopos estables deuterio y oxígeno 18 se analizaron en el Laboratorio de Isótopos

Ambientales de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN). Los resultados

están expresados en desviaciones por mil (positivas o negativas) con respecto a un

estándar. El estándar utilizado por la CCHEN es el V-SMOW, (Viena Standard Mean

Ocean Water) cuya razón isotópica de 18O y 2H es cercana al promedio de la razón

isotópica del agua de los océanos y se toma como valor referencial igual a cero.

18O / 16O SMOW = 0 2H / 1H SMOW = 0

La unidad de concentración isotópica, es el delta por mil, se describe como δ‰, y se

define según la siguiente expresión:

=Razón isotópica media de la muestra

=Razón isotópica media de la referencia (Carvajal, 2009)

La incerteza de las mediciones fue de 1‰ para el Deuterio y 0,05 ‰ para el Oxígeno

18.

Respecto a la línea meteórica, este estudio utilizó una línea meteórica local

determinada en Jofré (2011) con los valores isotópicos de las precipitaciones del año

18




2009 y 2010. Esto se obtuvo a partir de tres estaciones de colección de precipitación

cuya información se observa en la tabla 5.

Es importante mencionar que 18O y 2H se correlacionan a una escala global a través de

la relación: δ2H = 8 δ18O + 10, denominada línea meteórica mundial o GMWL (Global

Meteoric Water Line). Esta línea sirve como un punto de referencia en relación con las

aguas regionales y/o locales, para compararlas y así interpretar su composición

isotópica (Brodie et al., 2007). La GMWL también fue considerada en los análisis

gráficos de la información obtenida.

3.3.2 Radón 222

El análisis del radioisótopo Radón 222, se realizó en el marco de la memoria de título

de Jofré (2011) en el Laboratorio Ambiental del Departamento Ingeniería de Minas de la

Universidad de la Serena, en base a las muestras de agua superficiales y subterráneas

obtenidas en la segunda campaña de muestreo. Así, sólo una interpretación

complementaria de los resultados disponibles es llevada a cabo en esta memoria.

3.3.3 Sulfato

Para el análisis de los isotopos 34S y 18O a partir del sulfato, se realizó en primer lugar

un ajuste de pH (aproximadamente a 5) a cada una de las muestras previamente

filtradas (0.45 μm), mediante la adición de HNO3, con la finalidad de eliminar los

carbonatos y bicarbonatos presentes. Posteriormente el sulfato es precipitado como

BaSO4 adicionando a las muestras una solución de BaCl2, en cantidades de acuerdo a

la tabla 4 y considerando la cantidad de sulfato determinada en las muestras. Una vez

obtenido el precipitado se retiró una parte del sobrenadante. Este procedimiento fue

realizado en el Laboratorio de Análisis Ambiental del Departamento Ingeniería de Minas

de la Universidad de La Serena.

19




Tabla 4: Cantidad de BaCl2 en relación a la cantidad de sulfato de las muestras

Sulfato mg/L

Volumen de muestra

BaCl2*2H2O

10 2 L ~ 100 mg 50 500 mL ~ 150 mg 100 250 mL ~ 150 mg 200 100 mL ~ 100 mg

Posteriormente las muestras fueron enviadas para su análisis al Laboratorio de

Isótopos Ambientales de la Universidad de Waterloo, Canadá. Para el análisis de 34S, el

BaSO4 purificado fue pesado y luego combustionado a 1000ºC junto con Nb2O5 para

producir SO2, el cual fue conducido en una corriente de helio hasta el espectrómetro de

masa IsoChrom-IRMS donde este es analizado para 34S, con un error analítico de

0.3‰ (Morrison, et al., 1996). En el caso del 18O, el BaSO4 pesado fue combustionado

en un horno de pirólisis HEKAtech a 1350ºC para producir CO el cual fue conducido en

una corriente de helio hacia un espectrómetro de masa GVI IsoPrime-IRMS, con un

error analítico de 0.5‰ (Morrison, 1997).

3.3.4 Análisis preliminar de Recarga

Se utilizó la concentración de cloruro (Cl-) obtenida de los puntos de muestreo de agua

subterránea, para calcular la tasa de recarga de la Cuenca del Limarí. Esto se realizó

usando el método de balance de masa de cloruro.

Los métodos para el cálculo de recarga de acuíferos en zonas áridas y semiáridas que

utilizan trazadores ambientales, tales como el cloruro, resultan ser más satisfactorios,

ofrecen una fiabilidad relativa alta y un coste relativo bajo, además de ser una técnica

simple (Ruiz, 2003; Gee et al., 2005). En efecto, el cloruro es un buen trazador

ambiental ya que se encuentra naturalmente en la atmósfera (evaporación de los

océanos), es altamente soluble, no se adsorbe, es químicamente conservativo y

fácilmente medible. Se puede depositar en forma seca o húmeda, disuelto en el agua

de la lluvia. También, como la mayoría de las plantas no adsorben cloro, se concentra

en el suelo, como consecuencia de la evaporación. Una menor concentración de cloruro

20




en las aguas de un acuífero, indican que hay una mayor recarga de agua en el suelo

por efecto de las precipitaciones (Ruiz, 2003; Zagana et al., 2007).

Para el cálculo de la tasa de recarga, se utilizó la siguiente fórmula, con el supuesto de

que todo contenido de cloro en un acuífero deriva de aportes de las precipitaciones

(Zagana et al., 2007):

R= Pv*(Clluvia/Cagua subterránea)

R: Tasa de recarga (mm/año)

Pv: Volumen de precipitaciones (mm)

Clluvia: Concentración de cloruro en lluvia (mg/L)

Cagua subterránea: Concentración de cloruro en aguas subterráneas (mg/L)

Respecto a la información de las precipitaciones (agua caída en meses del 2010) ésta

fue obtenida de Jofré 2011. Los datos de las concentraciones de cloruro fueron

obtenidas de las muestras tomadas de los colectores de aguas lluvias ubicados en tres

localidades en la cuenca: Tulahuén, La Paloma y retén de Carabineros del sector de

Cerrillos de Tamaya (carretera) (ubicación de cada estación en Tabla 5). Cabe señalar

que para el cálculo de la tasa de recarga de cloruro en la zona de estudio, sólo se

utilizaron los datos de dos de las tres estaciones recolectadas: La Paloma y Carretera.

Los datos de La Paloma se utilizaron para el cálculo de tasa de recarga junto con los

puntos APR El Guindo (G3), APR Villaseca (H3) y APR Estación Recoleta (E1). Los

datos de Carretera se utilizaron en los siguientes puntos: APR Cerrillos de Tamaya (L8)

y APR Barraza (L10). En el resto de los puntos de muestreo se utilizó el promedio entre

las precipitaciones de La Paloma y Carretera.

21




Tabla 5: Ubicación de estaciones de muestreo de aguas lluvias.

Estación

Norte

UTM

Este

UTM

Altura

msnm

Tulahuén 6572954 331025 987

La Paloma 6602501 304970 335

Carretera 6614319 260800 214

3.4 Análisis de la Información

3.4.1 Métodos Gráficos

Los métodos gráficos simples fueron utilizados para establecer la variación espacial de

las concentraciones, tanto para aguas superficiales como para aguas subterráneas

(según componente hidrológico), además de relaciones entre las variables. Los análisis

gráficos se realizaron para parámetros individuales, subconjuntos de parámetros y para

razones entre ciertas variables seleccionadas. Los gráficos se realizaron utilizando los

programas Excel (Microsoft Office 2007) y AqQa versión 1.1.1 2006 (Rockware Inc.).

Complementariamente, para un mejor análisis e interpretación de los datos, se

realizaron diagramas “araña” basados en las concentraciones medias mundiales para

ciertos parámetros medidos en aguas superficiales. Los parámetros con sus respectivos

valores de referencia se muestran en la Tabla 6.

22




Tabla 6: Concentraciones medias mundiales.

Parámetro Concentración media mg/L

Cationes y Aniones Mayores

Ca 17,6

Mg 3,9

Na 6,7

K 2,2

HCO3 47

NO3 1

SO4 11,5

Cl

Elementos en Trazas

B 0,02

Fuente: Elaboración a partir de; Allégre et al. 1973; Levinson, 1974.

3.4.2 Métodos Estadísticos

3.4.2.1 Métodos Estadísticos Simples

Se realizó un análisis estadístico descriptivo (media, mediana, desviación estándar,

máximo y mínimo), con la finalidad de explicar en forma general la distribución, rango y

comportamiento de los datos analizados. A la vez se realizó una comparación con los

valores obtenidos en igual procedimiento en la campaña anterior.

3.4.2.2 Métodos Estadísticos Multivariados

En primer lugar se realizó una selección de las variables a trabajar. Se corrigieron los

parámetros “censurados”, aquéllos con valores menores o iguales al límite de

detección, reemplazando éstos por el promedio entre cero y el valor del límite de

detección para cada parámetro.

Luego se seleccionaron los parámetros para el análisis multivariado, considerando sólo

aquellos cuyo porcentaje de valores censurados fuese menor a 30. Una vez obtenidos

23




estos parámetros, se procedió a determinar la distribución estadística de cada uno de

ellos.

Para verificar los ajustes de cada parámetro seleccionado se realizó el test de

Anderson-Darling (A-D) utilizando el programa Minitab 16, ya que para asegurar una

correcta utilización de las técnicas multivariadas, los parámetros deben presentar una

distribución normal. Este análisis consiste en hacer una comparación entre los valores

de A-D y p-value arrojados en las curvas comparativas tanto para Normal y Lognormal.

Se utilizó un nivel de significancia α=0,05, con una hipótesis nula de no rechazar Ho

cuando el p-value tenga un valor mayor a 0,05. Para aquellos parámetros que no

seguían una distribución normal se aplicó una transformación logarítmica. En el Anexo

B, se muestra el análisis comparativo bajo el test de Anderson-Darling.

Las técnicas estadísticas multivariadas utilizadas en este estudio fueron el Análisis de

Clusters (Q-mode) y Análisis de Componentes Principales (PCA). Una herramienta muy

utilizada para analizar la química de las aguas es el método de análisis de clusters.

Este consiste en agrupar las muestras en clusters o conglomerados de similares

características y así poder establecer con éstos una coherencia espacial dentro de la

zona de estudio. En relación a Q-mode, esta técnica forma los clusters según la

variación entre las muestras, a diferencia de R-mode que lo hace según las fuentes de

variación en un set de parámetros (Thyne et al., 2004).

Para realizar el análisis de clusters se utilizó el software Minitab 16 (Minitab Inc.). Con la

finalidad de generar clusters más distintivos, se utilizó una combinación del método de

vinculación Ward y de distancia Euclidiana. En relación a la estandarización de los

datos, que centra los valores alrededor de media de cero y escalas de variabilidad de

cada parámetro a un similar rango, se calculan automáticamente durante el análisis

estadístico en Minitab 16 (Albrecht, 2007) (Las opciones seleccionables para que el

software estadístico realice los cálculos se muestran en el Anexo D).

La elección del número de clusters es subjetiva. En esta oportunidad se utilizaron dos

criterios, uno estadístico y otro arbitrario. Como criterio estadístico, se utilizó en este

caso el de Sneath: 2/3 Dmáx, siendo Dmáx la distancia máxima de separación, para

24




definir los grupos principales. Posteriormente se usó un criterio arbitrario, para definir

los subgrupos de forma tal de definir grupos menores y analizar la coherencia

(significado) espacial de su distribución.

El Análisis de Componentes Principales es una técnica analítica multivariada que

consiste en reducir la variabilidad de un set de datos en menos variables que estén

compuestas por combinaciones lineales de las variables originales, y además serán

independientes entre sí (Albrecht, 2007). En este análisis, pocos factores explicarán

gran parte de la variabilidad total.

El número total de componentes generados indica el número total de posibles fuentes

de variación en los datos. Los componentes son clasificados en orden de mérito. Así, el

primer componente que tenga valor propio (eigenvalue) más alto, representa la más

importante fuente de variación de los datos. El último factor es el proceso menos

importante que contribuye a la variación química (Yidana et al., 2008).

Para el Análisis de Componentes Principales, al igual que en el análisis de clusters, se

utilizó el programa Minitab 16. La determinación de los componentes se realizó

utilizando el criterio de Kaiser, el que establece que serán retenidos aquellos

componentes principales con valores propios (o eigenvalue) mayores o iguales a 1.

25




4 RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1 Grupo Final de Datos Analizados

Con respecto al error analítico de los análisis de laboratorio, y como se observa en la

Tabla 7, más del 95% de las muestras obtuvieron errores menores al ±10%. Sólo una

de las 31 muestras obtuvo un error levemente superior a ±10% (11.8%). En cuanto a

esta muestra, correspondiente al punto Vertiente Rinconada de Punitaqui (P8), no fue

eliminada puesto que presentó valores que fueron considerados de todas formas como

aceptables. Por lo tanto, se procedió a utilizar las 31 muestras en su totalidad para el

análisis del presente estudio.

De los resultados obtenidos, los cuales se presentan en la Tabla 8, se observa que los

porcentajes de datos censurados no variaron considerablemente para cada parámetro,

tanto en las muestras de agua superficial como para agua subterránea.

Finalmente y de acuerdo a la Tabla 8, los parámetros que se consideraron para la

realización de los análisis en esta memoria (análisis multivariado, gráficos, etc.) son:

Ca, Mg, K, Na, Cl, N-NO3, HCO3, SO4, F, Sr, B, Si, Dureza Total, pH, CE, OD, STD, 18O

y 2H.

Nota 1: El parámetro dureza total se determinó a partir de los resultados separados obtenidos para calcio

y magnesio, aplicando la formula: Dureza (mgCaCO3/L)= 2,497(mg Ca/L) + 4,118(mg Mg/L). (Fuente:

Laboratorio de análisis químico – Comisión Chilena de Energía Nuclear).

26




Tabla 6: Errores analíticos para cada punto de muestreo.

Punto Sector % error

G1 Río Grande (A.Ab. Embalse La Paloma) + 5.8

G2 Río Grande en El Guindo + 5.4

G3 APR El Guindo + 4.2

H1 Embalse Recoleta + 6.3

H2 Río Hurtado en Villaseca + 4.8

H3 APR Villaseca + 5.5

E1 APR Estación Recoleta + 5.1

E2 Estero El Ingenio en Lagunillas + 2.9

E3 Estero El Ingenio en cruce Talhuén + 1.4

E4 Estero El Ingenio en Badén + 4.7

E5 Estero El Ingenio en cruce El Trapiche + 1.6

E6 APR El Trapiche + 2.8

L1 Río Limarí en Los Peñones + 4.3

L2 Aguas del Valle (Ovalle) + 5.0

L3 Río Limarí en La Chimba + 5.5

L4 APR Limarí + 4.6

L5 Río Limarí en cruce San Julián con El Trapiche + 3.4

L6 APR San Julián + 2.2

L7 Río Limarí en Cruce Los Aromos + 2.4

L8 APR Cerrillos Tamaya + 2.0

L9 Río Limarí en Barraza + 3.2

L10 APR Barraza + 2.8

P1 APR Graneros + 4.3

P2 Estero Punitaqui en Camarico + 3.4

P3 APR Camarico Chico + 4.3

P4 APR Los Nogales + 4.4

P5 Estero Punitaqui en Chalinga + 2.5

P6 APR Chalinga + 3.6

P7 Vertiente, Rinconada Punitaqui + 8.4



27




Tabla 7: Porcentaje de datos censurados para los diferentes parámetros obtenidos del

total de análisis (muestras).

Parámetros A. Superficial % A. Subterránea %

Ca 0 0

Mg 0 0

Na 0 0

K 0 0

Fe 67 75

Sr 0 13

HCO3 0 0

Cl 0 0

SO4 0 0

PO4 67 50

N (NO3) 27 25

F 0 0

Al 93 100

B 0 19

Mn 73 94

Pb 100 94

As 93 100

Cd 100 100

Cu 100 100

Zn 93 100

P 67 50

Li 100 100

Si 0 0

Conductividad 0 0

Dureza Total 0 0

pH 0 0

STD 0 0

OD 0 0

δ‰ 2H 0 0

δ‰18O 0 0

28




4.2 Hidroquímica

4.2.1 Análisis Estadístico Simple Descriptivo

En las Tablas 9 y 10 se presentan los estadísticos descriptivos obtenidos a partir de los

resultados del muestreo, para aguas superficiales y subterráneas respectivamente.

Los valores en rojo (en ambas tablas) corresponden a aquellos menores o iguales al

límite de detección, los cuales fueron reemplazados por el promedio entre cero y el

valor del límite para cada parámetro. Además se presentan razones de medias y

medianas con respecto a la primera campaña (analizada por Jofré, 2011).

29




Tabla 9: Estadísticos descriptivos agua superficial, 2º muestreo (15 muestras).

Mínimo Máximo Media Mediana Desv.Est. Media Mediana

mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 2/1 2/1

Ca 49,8 266,0 114,8 113,0 73,6 1,15 1,07

Mg 12,3 125,0 38,1 40,7 39,4 1,06 0,95

Na 21,3 322,0 94,0 114,0 117,5 1,01 0,97

K 1,9 7,5 3,6 3,1 2,1 0,86 0,01

Fe 0,10 0,2 0,1 0,1 0,0 1,00 1,00

Sr 0,24 1,3 0,6 0,5 0,4 1,16 0,85

HCO3 158,60 468,5 275,8 287,9 97,3 1,09 1,13

Cl 10,2 569,0 98,6 151,0 237,8 1,15 1,31

SO4 52,4 767,0 176,5 159,0 201,9 1,04 1,01

PO4 0,10 0,9 0,1 0,1 0,2 0,03 0,02

N (NO3) 0,13 8,5 0,6 0,6 2,1 0,48 0,43

F 0,07 1,0 0,2 0,2 0,2 1,01 1,02

Al 0,10 0,1 0,1 0,1 0,0 1,00 1,00

B 0,14 0,5 0,2 0,2 0,1 1,11 1,05

Mn 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 1,00 1,00

Pb 0,10 0,05 0,1 0,1 0,0 1,00 1,00

As 0,01 3,7 0,015 0,010 0,953 1,48 1,00

Zn 0,10 0,1 - - - - -

P 0,10 0,9 0,1 0,1 0,2 1,00 1,00

Li 0,10 0,10 - - - - -

Si 1,3 14,2 6,7 8,4 3,1 0,90 0,89

CE 363,67 2956,7 1105,6 1166,0 970,0 1,33 1,13

Dureza Total

175,00 1116,5 453,1 399,2 335,9 1,12 1,14

pH 7,5 9,3 8,5 8,7 0,6 1,07 1,10

TDS 170,0 1496,0 531,6 547,0 493,4 1,13 0,92

DO 5,3 11,5 7,2 6,4 2,1 0,88 0,71

δ2H (‰) -75,50 -42,6 -59,2 -61,2 8,3 0,99 1,01

δ18O (‰) -9,61 -5,3 -7,3 -7,5 1,0 0,99 1,01

Media y Mediana 2/1: corresponden a un parámetro que compara la media y mediana de la segunda

campaña con respecto a la primera.

30




Tabla 10: Estadísticos descriptivos agua subterránea, 2º muestreo (16 muestras).

Mínimo Máximo Media Mediana Desv.Est. Media Mediana

mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 2/1 2/1

Ca 32,0 281,0 99,5 107,0 70,4 1,13 1,12

Mg 17,7 126,0 39,2 38,1 31,3 1,09 1,04

K 1,9 8,5 3,8 3,9 2,0 1,10 1,16

Na 32,9 339,0 105,6 115,4 101,9 1,03 1,13

Cl 26,1 805,0 118,8 109,0 230,7 1,10 0,98

F 0,2 0,5 0,3 0,2 0,1 3,00 2,00

HCO3 190,0 492,0 308,2 314,0 89,9 1,07 1,13

Dureza Total

178,6 1220,5 422,8 366,1 291,0 1,11 1,12

PO4 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 0,04 0,04

N (NO3) 0,13 13,8 1,4 2,3 4,1 0,57 1,05

SO4 10,7 417,0 116,7 133,0 120,6 0,98 0,94

Al 0,10 0,10 - - - - -

B 0,10 0,3 0,2 0,2 0,1 1,11 0,95

As 0,01 0,01 - - - - -

Fe 0,10 2,6 0,1 0,1 0,7 1,00 1,00

Mn 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 1,00 1,00

Pb 0,10 0,8 0,1 0,1 0,2 1,00 1,00

Zn 0,10 0,10 - - - - -

P 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 1,00 1,00

Li 0,10 0,10 - - - - -

Sr 0,10 1,6 0,4 0,5 0,5 0,92 1,04

Si 8,70 23,4 12,6 12,0 4,3 1,01 1,06

pH 6,91 8,4 7,7 7,7 0,4 1,04 1,03

DO 2,63 7,0 5,2 6,1 1,4 1,14 1,12

CE 433,5 3548,5 1328,5 1522,3 997,4 1,37 1,48

TDS 204,0 1696,0 527,8 512,5 436,8 0,97 0,89

δ2H (‰) -74,7 -34,5 -53,3 -54,8 11,4 1,05 0,99

δ18O (‰) -9,52 -5,5 -7,0 -7,1 1,0 1,02 1,02

Media y Mediana 2/1: corresponden a un parámetro que compara la media y mediana de la segunda

campaña con respecto a la primera.

Comparando estos resultados, con los obtenidos por Jofré (2011) no se observan

diferencias considerables en los valores obtenidos, exceptuando los parámetros F, PO4

y N-NO3, tanto en las muestras de agua superficial como subterránea. En el caso del

31




PO4 el presente estudio muestra valores menores a los exhibidos en la primera

campaña en aproximadamente 25 veces. De igual modo los valores de N-NO3

disminuyen en la presente campaña. Por el contrario, el F aumenta sus valores en el

presente análisis llegando a triplicar al estudio anterior en su media.

4.2.2 Análisis Gráfico: Variaciones Espaciales

Como parte del análisis de la información se presentan a continuación los resultados,

tanto de aguas superficiales como subterráneas, de la variación espacial de los

diferentes parámetros. Se incluyen en los gráficos, a modo referencial, los valores de

las normas chilenas NCh 1333 para riego y NCh 409 para agua potable, para el caso de

agua superficial y subterránea respectivamente (lo anterior considerando el principal

uso dado a cada componente).

4.2.2.1 Parámetros Generales

a) pH

La figura 4 (Paneles A y B) representan el comportamiento de esta variable. En el caso

de las muestras correspondientes a agua subterránea se observa que los puntos entre

el Embalse la Paloma (G1) y Río Limarí en La Chimba (L3), presentan valores un poco

más altos, sobrepasando levemente los valores estipulados en la NCh 409. El resto de

los valores correspondientes a agua superficial se encuentran dentro los límites

permisibles con características de neutras.

En el panel B, correspondiente a agua subterránea, se observa que si bien los valores

difieren unos de otros, se encuentran todos dentro del rango que admite la NCh 409 y

que la clasifican como neutra.

En comparación con los resultados obtenidos en el primer muestreo se puede señalar

que no existe una diferencia importante entre los resultados de una campaña y otra con

relación al parámetro pH.

32




Figura 4: Panel A, variación espacial de pH en agua superficial; Panel B, variación espacial de pH en

agua subterránea; NCh 1333; NCh 409

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5Puntos

Un

idad

pH

Dirección del Flujo A

6,0

7,0

8,0

9,0

G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9

Un

idad

pH

Puntos

Dirección del Flujo B

33




b) Conductividad Eléctrica

Como se observa en la figura 5, en aguas superficiales (Panel A), la conductividad

muestra valores similares a medida que se avanza en la cuenca, a excepción del Estero

El Ingenio, ya que en el punto El Ingenio en Badén (E4) se presenta el valor más alto.

De acuerdo a lo señalado en Jofré (2011) esto puede deberse a las piscinas de

evaporación presentes en Panulcillo, que infiltran agua (con niveles de salinidad

aumentados por efecto del proceso evaporativo) hacia el estero.

Respecto a aguas subterráneas (Panel B), se repite lo observado en Jofré (2011) donde

se señalaba que la conductividad comienza a aumentar en el punto de APR El Trapiche

(E6), aguas abajo de El Ingenio en Badén, y llega a su valor más alto en APR Cerrillos

de Tamaya (L8), punto ubicado luego de la confluencia del Río Limarí con el Estero El

Ingenio.

La cercanía geográfica existente entre los puntos nombrados como peaks, tanto en

aguas superficiales como subterráneas, podría ser un indicador de una posible

interacción entre éstos, lo cual se manifiesta en el análisis de ambas campañas de

muestreo.

34




Figura 5: Conductividad eléctrica en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5

Dirección del Flujo

CE

uS/

cm

Puntos

A

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500


CE

uS/

cm

Puntos

Dirección del Flujo B

35




c) CE- pH:

Se presenta a continuación la relación entre pH y conductividad eléctrica para los

muestreos de aguas superficiales y subterráneas. Para el caso de las aguas

superficiales (Figura 6, panel A) se observa que, al igual que en Jofré (2011) la relación

pH y conductividad es inversa hasta el punto Río Limarí en La Chimba (L3). Cabe

destacar los puntos desde Badén El Ingenio (E4) hasta el Estero Punitaqui Camarico

(P2) donde los valores de conductividad son altos (valores > 2000 uS/cm) con respecto

a los valores de pH. Esto puede deberse a las concentraciones salinas naturales

encontradas al final de la cuenca, donde se ubican estos puntos.

En aguas subterráneas (Fig. 6, Panel B), se observa que hasta el APR San Julián (L6)

existe una relación inversa entre el pH y la conductividad, donde esta última aumenta

mientras la primera disminuye, esto porque al disminuir el pH aumenta la concentración

de iones en el agua.

En los puntos L8 y L10, hay un aumento en los niveles de conductividad. Esto podría

deberse a que las aguas infiltradas provienen del Estero el Ingenio, que son aguas con

alta conductividad.

36




Figura 6: Variación de la conductividad eléctrica y pH en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel

B). EM Conductividad eléctrica; bj pH

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500


CE

uS/

cm

Un

idad

pH

A

6,5

6,7

6,9

7,1

7,3

7,5

7,7

7,9

8,1

8,3

8,5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500


CE

uS/

cm

Un

idad

pH

B

37




4.2.2.2 Cationes Mayores

a) Ca-Mg-Na

En la figura 7 (paneles A y B), se observa que existe una relación directa entre los

niveles de Ca, Mg y Na, tanto en aguas superficiales como en aguas subterráneas. En

aguas superficiales las mayores concentraciones se agrupan en el área de muestreo

comprendida entre los puntos Estero El Ingenio después de Panulcillo (E3) y el Estero

Punitaqui en Chalinga (P5). En el caso de aguas subterráneas, las mayores

concentraciones se observan en los puntos correspondientes al APR El Guindo (G3) y

APR Estación Recoleta (E1).

Cabe destacar que los valores observados tanto para agua superficial como

subterráneas se comportan de manera similar y dentro de los mismos órdenes de

magnitud. A excepción de los puntos de agua subterráneas APR El Guindo (G3), APR

Villaseca (H3) y APR Estación Recoleta (E1), que presentan valores bastante

superiores a lo observado en la anterior campaña de muestreo, se puede señalar que el

comportamiento general es similar en ambos periodos.

38




Figura 7: Calcio, magnesio y sodio en aguas superficiales (Panel A) y subterránea (Panel B).

# K Ca; a I Mg; % - Na. (Notar la escala logarítmica de la figura).

1

10

100

1000


Ca

-M

g -

Na

mg/

L

Puntos


A

1

10

100

1000


Ca

-M

g -

Na

mg/

L

Puntos

B

39




b) Razón Ca/Mg

La razón Ca/Mg en aguas superficiales (figura 8, panel A), muestra una gran variación

en los diferentes puntos de muestreo. En los puntos correspondientes al Embalse La

Paloma (H1) y Rio Hurtado en Villaseca (H2) las concentraciones del Ca son casi 6

veces las de Mg, mientras que en los puntos Limarí en Barraza (L9) y Estero Punitaqui

Camarico (P2) la razón se vuelve cercana a 0 (es decir, Mg>Ca). En Limarí la razón

Ca/Mg va disminuyendo a medida que se avanza en la dirección del flujo.

En aguas subterráneas, la razón fue mostrando el mismo comportamiento que las

aguas superficiales disminuyendo en la dirección del flujo (figura 8, panel B).

En relación a la campaña previa analizada en Jofré (2011) se puede señalar que no

existen diferencias considerables, sólo cabe destacar la disminución suave de la razón

en cuestión en los puntos de agua superficial Limarí en Barraza (L9) y Estero Punitaqui

Camarico (P2).

40




Figura 8: Razón Ca/Mg en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).

0,0

2,0

4,0

6,0



A

Ra

zón

Ca/

Mg

Puntos

0,0

2,0

4,0

6,0


Ra

zón

Ca/

Mg

Puntos

B

41




c) Razón Ca/Na

La razón Ca/Na en aguas superficiales y subterráneas se comporta de la misma

manera que en el muestreo anterior.

En aguas superficiales (figura 9, panel A) se observa una disminución de la razón

Ca/Na en la dirección del flujo para los sectores de El Ingenio, Rio Hurtado y Limarí

hasta el Cruce San Julián con El Trapiche (L5). Sin embargo estos valores indican que

existe una predominancia de Ca por sobre los niveles de Na observados. Esta situación

varía desde (E4) en adelante, donde el elemento predominante es el Na.

En aguas subterráneas (figura 9, panel B), la razón no mostró gran variación a lo largo

de la cuenca, exceptuando el punto de muestreo correspondiente al APR Villaseca (H3)

en el cual se observa que el valor de Ca triplica al Na. Cabe señalar que las

concentraciones de Na fueron mayores que las de Ca en la mayoría de los sectores.

42




Figura 9: Razón Ca/Na en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5Puntos

Ra

zón

Ca/

Na

A

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5


Ra

zón

Ca/

Na

Puntos

B

43




4.2.2.3 Aniones Mayores

a) SO4

Se observa en la figura 10, panel A que las concentraciones de SO4 en aguas

superficiales presentan valores bajo el límite permisible de la norma (NCh 1333) hasta

el punto del Estero El Ingenio después de Panulcillo (E3), donde al igual que en la

campaña anterior, se sobrepasa el valor normado. Tal como se señaló en Jofré (2011)

es posible que estos altos valores se deban a las infiltraciones provenientes de las

piscinas de evaporación de la compañía minera Panulcillo. Cabe señalar, que a medida

que se avanza aguas abajo, esta concentración va disminuyendo (aunque igualmente

se sobrepasa el límite permisible). En el Estero Punitaqui en Chalinga (P5) vuelve a

presentar un leve aumento, lo que puede atribuirse al aporte que generan la lixiviación

de las terrazas marinas que conforman esta área.

En aguas subterráneas, las concentraciones de todos los puntos de muestreo

estuvieron por debajo de los límites permisibles (figura 10, panel B). De todas formas se

observa un aumento de éstas desde los pozos ubicados en el estero El Ingenio (APR El

Trapiche, E6) hasta los pozos emplazados en el río Limarí (APR Cerrillos de Tamaya,

L8) relacionado directamente a lo mencionado en aguas superficiales. Destacan los

bajos valores encontrados en las vertientes del estero Punitaqui (P7, P8 y P9).

Considerando los elevados valores de sulfatos detectados en algunos sectores de la

cuenca, y a la preocupación que esto ha generado en asociaciones de regantes, es que

en forma particular en esta memoria se incluye un análisis de isótopos de sulfatos, el

que se presenta al final del trabajo, como una forma de precisar el origen de este anión

en las aguas superficiales y subterráneas en la cuenca de Limarí.

44




Figura 10: Sulfato en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).

NCh 1333 NCh 409

0

200

400

600

800

1000


Puntos

SO4

mg/

L

Dirección del FlujoA

0

200

400

600

800

1000


Puntos

SO4

mg/

L

Dirección del FlujoB

45




b) Cl

No se observan diferencias en estos resultados con lo obtenido por Jofré (2011). Ante

esto, y con respecto al agua superficial, se puede señalar que las subcuencas del Río

Grande y Hurtado se presentan bajas concentraciones de Cl. En el Estero El Ingenio y

a medida que avanzamos hacia la costa se encontraron concentraciones mayores que

las de las subcuencas nombradas anteriormente, lo que puede deberse a los aportes

de Cl provenientes de neblinas con contenidos salinos de origen marino y también por

la presencia de terrazas marinas presentes al final de la cuenca.

La figura 11, panel B, muestra con respecto a las aguas subterráneas, altas

concentraciones de Cl en los pozos muestreados del Estero El Ingenio

coincidentemente con lo observado en aguas superficiales. Los puntos APR Cerrillos de

Tamaya (L8) y APR Barraza (L10), presentan altas concentraciones de cloruro, en

directa relación con lo mencionado en aguas superficiales para el final de la cuenca.

46




Figura 11: Cloruro en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).

NCh 1333 NCh 409.

1

10

100

1000


Puntos

Cl m

g/L

A


1

10

100

1000


Puntos

Cl m

g/L

B

47




c) HCO3

Al igual que en la campaña de muestreo de otoño (Abril 2010), el bicarbonato en aguas

superficiales (Fig. 12, panel A) muestra concentraciones mayores a medida que se

avanza de acuerdo a la dirección del flujo, hasta el punto Estero El Ingenio en cruce

Talhuén (E3), donde las concentraciones bajan levemente. Esto podría atribuirse al

aporte de lixiviados provenientes de Panulcillo, que actúan acidificando levemente las

aguas. De todos modos es necesario indicar que si avanzamos, en la dirección del flujo,

los valores vuelven a subir.

A modo de observación cabe destacar que el punto de agua superficial ubicado en el

Embalse Recoleta (H1), muestra un valor menor de bicarbonato que en la campaña

anterior, casi la mitad (161 mg/L vs 356 mg/L respectivamente), lo cual es concordante

con la diferencia de pH observado en el punto que es mayor en la presente campaña

(7.7 vs 9.3). Esto se explica ya que, a medida que el pH aumenta en el agua, el

bicarbonato va disminuyendo y van apareciendo los carbonatos.

En aguas subterráneas (Fig. 12, panel B) se observa una situación similar a lo obtenido

en la campaña de muestreo anterior, es decir, las concentraciones de bicarbonato

aumentan a medida que avanzamos en la dirección del flujo hasta llegar a APR

Estación Recoleta (E1) donde desciende. En relación a los puntos del Estero Punitaqui,

se reafirma lo observado en Jofré (2011), ya que APR Graneros (P1) y APR Los

Nogales (P4) presentan valores muy diferentes, de acuerdo a lo allí señalado, por la

influencia de las aguas de regadío del embalse La Paloma sobre estas aguas.

48


Paulina Rocío

caracterizaciÓn de la interacciÓn agua superficial / agua … · 2020. 11. 9. · acerca del...

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