uso de un enfoque multimÉtodo para establecer la …

UNIVERSIDAD DE LA SERENA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS

USO DE UN ENFOQUE MULTIMÉTODO PARA ESTABLECER LA RELACIÓN

AGUA SUPERFICIAL/AGUA SUBTERRÁNEA EN LA PARTE BAJA DE LA

CUENCA DEL RÍO LIMARÍ, REGIÓN DE COQUIMBO

Felisa Andrea Barrera Hernández

Memoria para optar al Título de

Ingeniero Civil Ambiental

Profesor Guía

Dr. Ing. Ricardo Oyarzún L.

La Serena, 2012

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“Uso de un enfoque multimétodo para establecer la relación agua superficial / agua subterránea en la parte baja de la

Cuenca del Río Limarí, Región de Coquimbo”


DEDICATORIA

A Dios, que me ha acompañado en cada

momento, entregándome la fortaleza y

confianza para lograr mis objetivos.

A mis padres, por su apoyo constante e

incondicional durante toda mi vida.

A mi hijo Joaquín, que tiene la capacidad

de hacer cada momento especial, día a

día me recuerda la importancia de

sonreír y explorar cosas nuevas con su

gran curiosidad e imaginación.

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AGRADECIMIENTOS

Deseo agradecer a mi profesor guía, Dr. Ricardo Oyarzún, por darme la posibilidad de

participar en el proyecto Fondecyt de Iniciación 11100040 (Assessment of a multi-method

approach to establish surface water-shallow groundwater connectivity in the semi-arid

agricultural Limarí basin, North Central Chile), entregándome su confianza y orientación

en el desarrollo de esta memoria. Además, agradecer a todas las personas involucradas en la

entrega de la información necesaria para llevar a cabo este estudio.

A los profesores del Depto. de Ingeniería de Minas, Dr. Jorge Oyarzún, Dr. Hugo Maturana

y Dr. Ricardo Oyarzún, por su dedicación y apoyo brindado en todas las etapas de mi

formación profesional.

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INDICE

RESUMEN ................................................................................................................................ 9

ABSTRACT ............................................................................................................................. 10

1. INTRODUCCION ......................................................................................................... 11

2. OBJETIVOS .................................................................................................................. 15

2.1 Objetivo General ........................................................................................................ 15

2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................. 15

3. MATERIALES Y METODOS ..................................................................................... 16

3.1 Area de estudio ........................................................................................................... 16

3.1.1 Clima ................................................................................................................... 16

3.1.2 Hidrología ........................................................................................................... 17

3.1.3 Geomorfología .................................................................................................... 17

3.1.4 Geología e hidrogeología .................................................................................... 18

3.1.5 Actividades económicas ..................................................................................... 19

3.2 Obtención de datos ..................................................................................................... 20

3.2.1 Recolección de muestras ..................................................................................... 21

3.2.2 Preparación de muestras, análisis químico e isotópico ....................................... 23

3.2.3 Control de calidad y corrección de la información ............................................. 26

a. Balance iónico de carga .......................................................................................... 26

b. Valor criterio y datos censurados ........................................................................... 27

3.3 Análisis de la información ......................................................................................... 27

3.3.1 Estadística descriptiva ......................................................................................... 28

3.3.2 Distribución de los datos ..................................................................................... 28

3.3.3 Diagramas de Piper y Stiff .................................................................................. 28

3.3.4 Isótopos estables ................................................................................................. 29

5

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3.3.5 Análisis multivariado .......................................................................................... 29

3.3.6 Definición de tramos ........................................................................................... 30

3.3.7 Comparación con mapas de conectividad ........................................................... 32

3.3.8 Mapas de distribución espacial y perfiles utilizando 222

Rn ................................ 33

3.3.9 Estimación de la contribución de agua subterránea al río .................................. 34

a. Enfoques basados en isótopos estables y Cl- ......................................................... 34

b. Enfoques basados en 222

Rn ..................................................................................... 35

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES .............................................................................. 38

4.1 Datos considerados en el análisis ............................................................................... 38

4.2 Análisis estadístico simple (descriptivo) .................................................................... 40

4.3 Análisis de la distribución de los datos ...................................................................... 43

4.4 Análisis gráfico: diagramas de Piper y Stiff .............................................................. 44

4.4.1 Diagrama de Piper .............................................................................................. 44

4.4.2 Diagramas poligonales de Stiff ........................................................................... 49

4.5 Isótopos estables ......................................................................................................... 51

4.5.1 Línea meteórica local .......................................................................................... 51

4.5.2 Análisis gráfico ................................................................................................... 52

4.6 Análisis de cluster ...................................................................................................... 56

4.7 Discusión-comparación con mapas de conectividad .................................................. 60

4.8 Mapas de distribución espacial y perfiles utilizando 222

Rn ........................................ 63

4.9 Estimación de la contribución de agua subterránea al río .......................................... 69

4.9.1 Enfoques basados en isótopos estables y Cl- ...................................................... 70

4.9.2 Enfoques basados en 222

Rn ................................................................................. 71

5. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 73

REFERENCIAS ...................................................................................................................... 77

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ANEXOS .................................................................................................................................. 81

A. Fotos proceso recolección de muestras ........................................................................ 82

B. Base de datos .................................................................................................................. 83

C. Definición de clases para mapas de 222Rn ................................................................. 94

D. Análisis de normalidad ................................................................................................. 96

E. Análisis de cluster ........................................................................................................ 101

F. Análisis cuantitativo .................................................................................................... 103

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 : Identificación de las muestras……………………………………………….. 22

Tabla 2 : Caudales de los ríos …………………………………………………………. 23

Tabla 3 : Metodología de análisis de laboratorio………………………………………. 25

Tabla 4 : Tramos definidos, se especifica la subcuenca a la que pertenece y

los puntos que incluye………………………………………………………. 32

Tabla 5 : Errores analíticos de las muestras…………………………………………… 38

Tabla 6 : Porcentaje de datos censurados (es decir, registros con valores

menores al límite de detección)……………………………………………. 39

Tabla 7 : Parámetros incluidos en análisis estadístico descriptivo…………………….. 40

Tabla 8 : Estadísticos descriptivos, 1° campaña……………………………………….. 41

Tabla 9 : Estadísticos descriptivos, 2° campaña……………………………………….. 42

Tabla 10 : Parámetros seleccionados para el análisis de cluster………………………… 43

Tabla 11 : Clasificación de aguas por subcuencas………………………………………. 48

Tabla 12 : Líneas de regresión de señales isotópicas 1° y 2° campaña…………………. 56

Tabla 13 : Promedios de los parámetros por subgrupos, 1° campaña…………………... 58

Tabla 14 : Promedios de los parámetros por subgrupos, 2° campaña…………………... 58

Tabla 15 : Conectividad (utilizando 2H,

18O y composición química) y

resultados por campaña……………………………………………………… 61

Tabla 16 : Comparación resultados de conectividad……………………………………. 63

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Tabla 17 : Tipo de interacción por tramo, análisis utilizando 222

Rn…………………….. 67

Tabla 18 : Porcentaje de descarga de agua desde el acuífero al río por tramo

(%Qg/Qr), al aplicar los enfoques basados en isótopos estables

y cloruro, 1° campaña……………………………………………………….... 70


(%Qg/Qr), al aplicar los enfoques basados en isótopos estables

y cloruro, 2° campaña……………………………………………………….... 70

Tabla 20 : Tramos con interacción río "ganando" y actividades de 222

Rn de las

muestras de aguas superficiales que incluye, 1° campaña………………….... 71

Tabla 21 : Tramos con interacción río "ganando" y actividades de 222

Rn de las

muestras de aguas superficiales que incluye, 2° campaña………………….... 71


(%Qg/Qr), al aplicar los enfoques basados en

222Rn, 1° campaña………….... 72


(%Qg/Qr), al aplicar los enfoques basados en

222Rn, 2° campaña………….... 72

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 : Mapa de ubicación Provincia del Limarí, donde se destaca con la elipse

roja el área de estudio………………….…………………………………….. 16

Figura 2 : Mapa geológico parte baja de la cuenca del río Limarí……………………… 18

Figura 3 : Ubicación sitios de muestras agua superficial, agua subterránea y colectores. 21

Figura 4 : Tramos definidos en área de estudio ………………………………………... 31

Figura 5 : Diagrama de Piper en los puntos de muestreo. ………………………….. 45

Figura 6 : Diagrama de Piper, promedios por subcuenca. …………………………... 47

Figura 7 : Área de estudio – Diagramas de Stiff en puntos de muestreo……………….. 50

Figura 8 : Señales isotópicas (promedios ponderados) de precipitaciones año 2011

y línea de regresión ………………………………………………………….. 52

8

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Figura 9 : Señal isotópica en agua superficial, subterránea y estaciones de muestreo

de aguas lluvias………………………………………………………………. 53

Figura 10 : Señales isotópicas y líneas de regresión en agua superficial y subterránea…. 55

Figura 11 : Dendogramas análisis de cluster…………………………………………… 57

Figura 12 : Mapa distribución espacial de los clusters, 1° y 2° campaña ………………. 60

Figura 13 : Imagen Google Earth, nivel de conectividad por tramos (tomado

de Salazar, 2012)…………………………………………………………….. 62

Figura 14 : Resultados conectividad por tramos………………………………………… 62

Figura 15 : Mapa distribución espacial de 222

Rn…………………………………………. 65

Figura 16 : Variación de la actividad de 222

Rn en ríos Grande y Limarí………………… 66

Figura 17 : Conectividad y tipo de interacción…………………………………………... 68

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RESUMEN

Esta memoria presenta un estudio realizado con la finalidad de evaluar la aplicación y

consistencia de diferentes metodologías, desarrolladas en base a información química e

isotópica, para estimar la relación aguas superficiales-aguas subterráneas poco profundas en

la cuenca del río Limarí. Considera los datos obtenidos a partir de 2 campañas de muestreo

desarrolladas en los meses de Abril y Diciembre de 2011 en 22 diferentes puntos de la

cuenca, incluyendo aguas superficiales y subterráneas. Forma parte de las actividades del

proyecto Fondecyt de Iniciación 11100040 “Assessment of a multi-method approach to

establish surface water-shallow groundwater connectivity in the semi-arid agricultural

Limarí basin, North Central Chile”, desarrollado en el Departamento de Ingeniería en

Minas de la Universidad de La Serena.

Los resultados entregados por cada una de las metodologías aplicadas fueron consistentes y

confirman la información previa en relación al alto grado de conectividad de las aguas

superficiales y subterráneas en la cuenca del Limarí. En cuanto al tipo de interacción

resultante, se determinaron los sectores en los cuales el río está ganando agua desde el

acuífero y su cuantificación (como porcentaje de transferencia de agua subterránea al río)

según los enfoques que mostraron mayores consistencias en sus resultados (determinación

en base a 222

Rn). Para la campaña de Abril, dichos sectores corresponden al río Limarí

(parte inicial y final), y al río Hurtado, además del tramo inicial del estero El Ingenio, con

porcentajes de aguas subterráneas que ingresan al río estimados entre 23% - 40%. Por otro

lado, para la campaña de Diciembre, los sectores corresponden principalmente a los tramos

finales del río Limarí y el tramo inicial del estero el Ingenio, con aportes de agua

subterránea al río estimados entre 33% - 88%.

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ABSTRACT

This report presents a study carried out with the purpose of testing the applicability and

consistency of several methodologies, based on chemical and isotopic data, to evaluate the

interactions between surface water and shallow groundwater in the Limarí River basin. It

considers the data obtained from 2 sampling campaigns developed in April and December

2011 at 22 different points of the basin, including surface water and groundwater. The

study reported is part of the activities of the Fondecyt-initiation (N° 11100040) project

“Assessment of a multi-method approach to establish surface water-shallow groundwater

connectivity in the semi-arid agricultural Limarí basin, North Central Chile”, carried out by

the Mining Engineering Department of the University of La Serena.

The results delivered by each of the applied methodologies were consistent with each other

and confirm the previous information about the high degree of surface water-groundwater

connectivity in the Limarí basin. Regarding the resulting interaction rate, the sectors of the

river that shows an inflow from the groundwater were identified and quantified (as a

percentage of groundwater inflow to total stream discharge) according to the approach that

exhibited a higher confidence (222

Rn based determinations). For the April’s campaign, these

sectors correspond to the Limarí River (initial and final sections), the Hurtado River, in

addition to the initial section of the El Ingenio Creek, with percentages of groundwater

discharged to surface water estimated between 23-40%. Furthermore, for the campaign of

December, these sectors correspond mainly to the final reaches of the Limarí River and the

initial section of the El Ingenio Creek, with contributions from groundwater to the river

estimated between 33% and 88%.

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1. INTRODUCCION

La gestión adecuada del recurso hídrico es actualmente un tema de creciente interés en

Chile, debido principalmente a las grandes diferencias existentes en cuanto a la distribución

de la disponibilidad de agua a lo largo y ancho del territorio y los recurrentes periodos de

sequía que afectan principalmente a la zona centro-norte del país.

En la Región de Coquimbo la creciente demanda de recursos hídricos ha llevado a la

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

refiere al uso de aguas subterráneas. Específicamente, en el valle del Limarí, la alta

demanda de agua para riego y la oferta hídrica proveniente de la lluvia (esto último que no

permite suplir más que el 5 a 9% de las necesidades netas) hace que los usuarios tengan una

gran dependencia respecto al abastecimiento de agua. En la cuenca del Limarí existe una

declaración de agotamiento (Febrero 2005) que está vigente y que utiliza la DGA como

respaldo para no dar paso a la constitución de nuevos derechos de aprovechamiento de

aguas superficiales. Debido a esta situación es que los usuarios se ven obligados a realizar

exploraciones de aguas subterráneas dentro del área de la cuenca, lo cual plantea el

problema de la incertidumbre frente a las consecuencias hidrológicas de la extracción de

aguas subterráneas y la interacción río – acuífero, aun no conocida a cabalidad (Alvarez y

Oyarzún, 2006; DGA, 2008).

Respecto a la interacción que existe entre los cauces naturales y los acuíferos en la cuenca

del Limarí, la poca información que se ha obtenido es a partir de datos de explotaciones de

pozos, utilizando el método analítico de Jenkins, en las que se han obtenido valores de

interacción que varían desde un 60% a un 99% del caudal del pozo, es decir, que entre un

60% y un 99% del caudal bombeado por el pozo proviene desde el cauce superficial (DGA,

2008). Esta información lleva a confirmar, en parte, que los acuíferos se presentan

interconectados con los cursos superficiales, siendo en algunos casos afluentes y en otros

casos efluentes, dependiendo de las características fisiográficas de la cuenca y de las áreas

de recarga (SERPLAC, DGA, ONU, CORFO, 1979).

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Según Alvarez y Oyarzún (2006), es esencial el estudio sistemático de las relaciones de

interferencia río-acuífero para entregar las herramientas necesarias que permitan realizar

una correcta gestión volumétrica de las aguas de la cuenca. Una opción considera el uso

tanto de expresiones analíticas como de modelos numéricos para la estimación de la

relación agua superficial – agua subterránea. Sin embargo, el uso de cualquiera de las dos

herramientas mencionadas se condiciona a la disponibilidad de información de terreno

(niveles piezométricos, caudales, etc.).

Con el mismo objetivo, elementos o compuestos disueltos normalmente en agua (aniones y

cationes mayores) pueden ser usados. En efecto, la variabilidad espacial y temporal en la

abundancia de estos iones puede dar una idea de los principales procesos que controlan la

química del agua, así como aspectos de heterogeneidad de acuíferos y características de la

conectividad río-acuífero (Thyne et al., 2004; Matter et al., 2005; Demirel and Güler, 2006)

Otra posibilidad considera el uso de trazadores, tales como isótopos ambientales estables

(18

O, 2H) o isótopos ambientales radioactivos (

222Rn), puesto que son herramientas

conocidas y muy útiles para el estudio de la interacción existente entre aguas superficiales y

subterráneas. Por ejemplo, Strauch et al. (2006) realizaron un estudio que consistía en

evaluar el origen, fuentes de recarga y la evolución de las aguas superficiales y subterráneas

en la cuenca del río Elqui, Región de Coquimbo, mediante la aplicación de isótopos como

el deuterio (2H) y oxígeno 18 (

18O). Además, a través de un balance hídrico, evaluaron la

interacción río-acuífero realizando aproximaciones de la contribución de agua subterránea

al flujo superficial. Igualmente Zhang et al. (2008) desarrollaron un análisis de la

interacción agua superficial-agua subterránea en la zona alta y media de la cuenca del río

Heihe en China, calculando la fracción de agua subterránea descargada en el río utilizando

isótopos de oxígeno (18

O).

Por otro lado, el 222

Rn se ha usado en muchos estudios para identificar las ubicaciones y

cantidades de aguas subterráneas que se incorporan en los ríos, o también, para identificar

la infiltración de agua superficial en acuíferos aluviales (Baskaran et al, 2009). En efecto, si

se estima que en un lugar no hay mayor interacción entre el río y el acuífero, debe ocurrir

una disminución de la actividad de 222

Rn en el agua superficial como consecuencia de la

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difusividad de éste hacia la atmósfera, conocido como “modelo de renovación superficial”,

que se ve favorecido por condiciones de turbulencia en la corriente (Bertin and Bourg,

1994).

Cualquier desviación de los niveles teóricos de 222

Rn puede ser relacionado con agua

subterránea que ingresa al sistema superficial en un cierto lugar (Stellato et al., 2008).

Según Cook et al. (2003), una vez que el agua subterránea descarga en un río, las

actividades de 222

Rn disminuyen rápidamente, debido a su corta vida media, por el

intercambio gaseoso con la atmósfera y su decaimiento radioactivo. De ahí que las

actividades de 222

Rn en aguas superficiales normalmente tengan valores muy bajos, y por lo

tanto, su detección en cuerpos superficiales es indicador de procesos de exfiltración (agua

subterránea incorporándose al flujo superficial). Las ventajas que posee la utilización de

222Rn como indicador es que éste se produce naturalmente en todos los sistemas de agua

subterránea, aunque las concentraciones pueden variar en cada acuífero según la litología y

geología. Otra ventaja es que el radón es relativamente fácil de medir y analizar (Stellato et

al., 2008).

Junto con la información química e isotópica, el disponer de técnicas de interpretación de la

información, ojalá simples, adquiere ciertamente relevancia. En este sentido, métodos

gráficos como los diagramas de Piper y Stiff, son un apoyo importante, puesto que

permiten visualizar de forma rápida las características químicas del agua en términos de los

iones mayores, contribuyendo en la descripción de la variación espacial, evolución química

y sentido del flujo de aguas subterráneas poco profundas (Li et al., 2008). Igualmente,

procedimientos estadísticos multivariados han sido utilizados como una forma de extraer

información crítica de un conjunto de datos hidroquímicos. Por ejemplo, el análisis de

cluster permite caracterizar la variación espacial de la química tanto en aguas superficiales

como en aguas subterráneas (Yidana et al., 2008).

De acuerdo a lo anterior, esta memoria desarrolla una caracterización de la interacción

aguas superficiales/aguas subterráneas poco profundas para la parte baja de la cuenca del

río Limarí, en base a información química e isotópica de las aguas y al uso de métodos

estadísticos multivariados. Los resultados obtenidos se comparan con estudios previos en

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base a técnicas similares (Jofré, 2011; Morales, 2012), así como con un análisis

físico/hidrogeológico usado para la determinación de mapas de conectividad (Salazar,

2012). De esta forma se pretende abordar el tema de la conectividad río-acuífero con un

enfoque integral, haciendo énfasis en la consistencia (o no) de las diferentes líneas de

evidencia/información.

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2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo General

Estimar la interacción río-acuífero en la parte baja de la cuenca del río Limarí en base a un

enfoque multimétodo integrado.

2.2 Objetivos Específicos

- Caracterizar espacialmente el tipo y grado de interacción de aguas superficiales/aguas

subterráneas.

- Establecer la consistencia de diferentes trazadores y enfoques para establecer tipos de

interacción en diferentes tramos de río.

- Cuantificar en forma preliminar las tasas de transferencia de agua (acuífero-aguas

superficiales).

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3. MATERIALES Y METODOS

3.1 Area de estudio

La cuenca hidrográfica del río Limarí está ubicada en la Región de Coquimbo, entre los

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

entre los paralelos 30°15’ y 31°20’ S y entre las longitudes 71º30´ y 70º15´ O, abarcando

una superficie aproximada de 11.800 km2 (DGA, 2004).

El área de estudio específica de esta memoria corresponde a la parte de la cuenca del río

Limarí que comprende desde aguas abajo de los embalses La Paloma y Recoleta, hasta la

localidad de Barraza (Fig. 1).

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

(Adaptado de Gobernación Provincial del Limarí, 2011)

3.1.1 Clima

La cuenca del río Limarí completa (es decir, considerando las diferentes subcuencas)

presenta tres tipos climáticos, el Semiárido con nublados abundantes a lo largo de toda la

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costa, Semiárido Templado con lluvias invernales situado en el valle del río Limarí y el

Semiárido Frío con lluvias invernales localizado en la Cordillera de Los Andes, sobre los

3.000 metros de altitud. La estación agroclimática Ovalle registra una temperatura media

anual de 16,6°C, con una mínima de 9,4°C y una máxima de 23,8°C. El total de agua caída

por año alcanza a 125 mm, mientras que la tasa de evapotranspiración total anual para la

cuenca alcanza aproximadamente 1.600 mm (Gutiérrez, 2007).

En general, debido a las escasas precipitaciones durante el año, y una alta tasa de

evaporación esta cuenca presenta durante nueve meses del año un déficit hídrico (DGA,

2008).

3.1.2 Hidrología

En cuanto a su sistema hidrográfico, 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 en su curso inferior está ubicado el

embalse Recoleta, con capacidad útil de 100 millones de m3 (Mm

3). El río Grande recibe

una serie de afluentes de importancia, entre ellos 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 recibe dos afluentes principales, ellos son los esteros El Ingenio por el norte y

Punitaqui por el sur (DGA, 2004).

3.1.3 Geomorfología

El valle del Limarí pertenece a la región geomorfológica de las planicies litorales y cuencas

del sistema montañoso andino-costero, la cual se caracteriza porque las grandes

macroformas del relieve chileno se reducen sólo a dos: las planicies litorales fluviales y

marinas o ambas a la vez, en la costa, y una región montañosa interior, en donde Cordillera

de la Costa y Cordillera de Los Andes se sobreponen. Las unidades posibles de encontrar

en el área de estudio son los llanos de sedimentación fluvial o aluvial y los cordones

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transversales del sistema montañoso andino-costero; estos últimos ocupan una faja interna

de relieve montañoso de unos 50 km de ancho medio, con alturas entre 600 y 1.000

m.s.n.m. y su disposición este-oeste es consecuencia de la acción erosiva de las quebradas y

ríos (Errázuriz et al., 1992).

3.1.4 Geología e hidrogeología

En general, la geología de la zona de estudio se divide en dos grandes grupos: rocas

consolidadas y rocas no consolidadas. Con respecto a las rocas consolidadas, presentan

permeabilidad preferentemente secundaria, es decir, 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). Lo anterior

se puede apreciar con mayor detalle en la Fig. 2.

Figura 2: Mapa geológico parte baja de la cuenca del río Limarí

(tomado de Anacona, 2010, adaptado de Espinoza, 2005)

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En lo que se refiere a la hidrogeología del área de estudio, en la zona que comprende las

subcuencas de los ríos Hurtado y Limarí (desde el embalse Recoleta pasando por la ciudad

de Ovalle hasta la carretera Panamericana en el sector de Barraza) se desarrolla una gran

planicie constituida por depósitos de terrazas aluviales, que están conformadas por clastos

redondeados localizados dentro de una matriz areno-limosa de porcentajes variables, y

poseen una potencia de hasta alrededor de 200 m. La transmisividad de estos depósitos es

del orden de 9 a 86 m2/día. El relleno fluvial actual posee una potencia de entre 10 y 20 m,

está constituida por bolones, gravas y arenas, y algunos niveles de limos y arcillas,

presentando una alta permeabilidad (transmisividad comprendida entre 300 y 1.500 m2/día)

(DGA, 2008).

Aguas abajo del embalse La Paloma, en la subcuenca del río Grande, se presenta un relleno

fluvial moderno de alrededor de 6 m, que aumenta hacia el norte hasta alcanzar una

potencia estimada de entre 10 y 15 m. En este sector el acuífero se hace más extenso,

alcanzando el relleno fluvial antiguo una potencia de más de 80 m, con una granulometría

conformada por gravas y conglomerados con gran proporción de limos y arcillas, que le

imponen una baja permeabilidad (la transmisividad estimada para el sector es de entre 10 y

100 m2/día) (DGA, 2008).

3.1.5 Actividades económicas

Las principales actividades económicas que se desarrollan en la cuenca son la agricultura,

ganadería y, en menor proporción, la minería.

En lo que refiere a la agricultura, la cuenca del Limarí presenta importantes superficies

plantadas y bajo riego, con más de 40.000 ha (INE, 2007), permitiendo aproximadamente el

70% de las exportaciones de la Región de Coquimbo. Existe abundante actividad hortícola,

destacando además el cultivo de vides, para la producción de pisco, vino y uva de mesa, así

como paltos, cítricos y olivos, favorecidos por las condiciones de altas temperaturas y gran

insolación. En la zona media de la cuenca, desde Ovalle hasta la costa, encontramos

actividad agrícola de cultivos tempranos, como tomates, lechugas, papas, etc.

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Con respecto a la ganadería, en esta zona se crían principalmente caprinos y bovinos. El

48% de la ganadería caprina de la región se concentra en la Provincia del Limarí. Cabe

señalar que en la Región de Coquimbo la actividad agropecuaria es uno de los principales

factores que afectan negativamente al estado actual de conservación de la vegetación

nativa.

Referente a la minería, se desarrolla principalmente minería de cobre o cobre-oro en los

sectores de Tamaya, Los Mantos de Punitaqui y hasta hace un tiempo en Panulcillo, la cual

trasladó sus operaciones a la Planta Delta de ENAMI. Además, la Provincia del Limarí se

destaca por la existencia de las piedras ornamentales como lapislázuli y combarbalita. Sin

embargo, la producción minera actual de la provincia es reducida y corresponde en su

mayoría a operaciones de pequeña minería o "pirquenes".

Es importante señalar que la antigua Planta Ovalle de la Cía. Minera Panulcillo, filial

ENAMI, la cual se ubicaba 5 km al norte de Ovalle en el margen occidental del estero El

Ingenio, desempeñaba un rol esencial en el procesamiento de los minerales extraídos por

pequeños mineros y pirquineros, tanto oxidados como sulfurados (Gutiérrez, 2007).

Considerando 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, 2006; Baldessari, 2007).

3.2 Obtención de datos

Para la realización de este estudio se considera como información base los datos obtenidos

a partir de dos campañas de muestreo realizadas en el área de interés. La primera campaña

fue realizada en Abril de 2011 y la segunda campaña fue realizada en Diciembre de 2011.

En ellas se tomaron muestras de agua superficial y agua subterránea. En los sitios donde se

muestrearon aguas superficiales, se midieron además la velocidad de la corriente con

molinete y/o flotador, donde era posible realizarlo, tirante del flujo y el ancho de la

21

________________________________________________________________________________________




superficie del cauce. En el Anexo A se muestran fotografías del proceso de recolección de

muestras.

3.2.1 Recolección de muestras

Con respecto a las muestras de agua subterránea (para ambas campañas de muestreo), y con

la excepción de una de ellas que fue obtenida de un pozo de extracción de la empresa de

abastecimiento de agua potable Aguas del Valle, en la ciudad de Ovalle, el resto se

obtuvieron de pozos (poco profundos) de diferentes sistemas de APR (Agua Potable Rural)

existentes en la zona, los mismos considerados en las memorias de título de Jofré (2011) y

Morales (2012).

Las muestras de agua superficial fueron tomadas en los ríos y esteros presentes en la zona

de estudio, lo más cerca posible de los pozos de donde se obtuvieron las muestras de agua

subterránea.

De todos los puntos muestreados, 9 corresponden a agua subterránea y 13 a agua

superficial. En la Fig. 3 se muestra la ubicación espacial y el tipo de muestra que

corresponde a cada punto (agua superficial o subterránea) y en la Tabla 1, la identificación

y ubicación de los puntos muestreados.

Figura 3: Ubicación sitios de muestras agua superficial, agua subterránea y colectores

22

________________________________________________________________________________________




Tabla 1: Identificación de las muestras

Identificación Nombre Coordenadas (UTM)

Proyecto

Norte

(m)

Este

(m)

Altura

(m.s.n.m)

H1 Embalse Recoleta 6624329 298974 376

H2 Río Hurtado Villaseca 6617065 293553 255

H3 APR Villaseca 6617488 293741 288

G1 Río Grande Embalse La Paloma 6602373 304892 317

G2 Río Grande El Guindo 6606953 298204 270

G3 APR El Guindo 6607296 298327 280

E1 APR Recoleta 6623568 293943 301

E2 Estero El Ingenio antes Panulcillo 6619062 292034 272

E3 Estero El Ingenio después Panulcillo 6616189 289732 244

E4 Estero El Ingenio en Baden 6608944 281502 161

E5 Estero El Ingenio cruce Sn. Julián El Trapiche 6608986 276838 121

E6 APR El Trapiche 6609064 276942 118

L1 Río Limarí Los Peñones 6613514 291866 207

L2 Aguas del Valle 6613456 291744 219

L3 Río Limarí Puente La Chimba 6609880 287018 185

L4 APR Limarí 6607688 280633 155

L5 Río Limarí Cruce Sn. Julián El Trapiche 6608648 276748 115

L6 APR San Julián 6608113 275647 128

L7 Río Limarí, cruce Los Aromos 6609057 269788 87

L8 APR Cerrilos Tamaya 6610288 268737 83

L9 Río Limarí, Barraza 6606140 262081 37

L10 APR Barraza 6605799 261532 46

(APR: Agua Potable Rural)

23

________________________________________________________________________________________




En la Tabla 2, se presentan los caudales de los ríos de la cuenca del Limarí, en los meses de

las campañas de muestreo. Estos datos fueron otorgados por la DGA.

Tabla 2: Caudales de los ríos

Nombre Estación Caudal (m3/s)

Abril Mayo Junio Octubre Noviembre Diciembre

Río Grande en

Puntilla San Juan 0,66 2,19 (*) 5,81 3,40 0,81

Río Hurtado en

Angostura de Pangue 0,27 0,55 2,29 0,78 0,57 (*)

Río Limarí en

Panamericana 0,39 0,43 30,35 0,99 0,56 0,64

(*): No se encuentran datos de estas mediciones.

Para el estero El Ingenio no se disponen de estaciones de medición.

3.2.2 Preparación de muestras, análisis químico e isotópico

Los procesos de preparación de las muestras y posteriormente el análisis químico, fueron

los mismos para ambas campañas de muestreo. Las mediciones de los parámetros de

terreno (aguas superficiales y subterráneas) fueron realizadas utilizando una sonda

multiparámetro portátil, marca Hanna, modelo HI 9828.

Para el análisis químico, las muestras fueron tomadas en botellas plásticas de 1 litro. En

cada punto se tomaron 2 muestras destinadas al análisis de iones mayores y metales

pesados.

En el caso del análisis isotópico (isótopos estables, 2H y

18O), del mismo modo se

recolectaron dos muestras para cada punto, esta vez en botellas plásticas de polipropileno,

de 125 ml. Para evitar la evaporación y el fraccionamiento isotópico de las muestras, éstas

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

Para la medición de Radón 222, se tomaron igualmente dos muestras en cada punto, cada

una en recipientes de vidrio, de 250 ml y de 1.000 ml respectivamente.

24

________________________________________________________________________________________




Cada muestra, una vez recolectada y durante su transporte, se mantuvo a una temperatura

aproximada de 5 °C (cooler). Luego, las muestras tanto para análisis químico e isotópico,

fueron mantenidas en un refrigerador aproximadamente a 4 °C, en el Laboratorio de Medio

Ambiente del Departamento Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. En este

lugar fueron filtradas a 0,45 m las muestras destinadas al análisis de iones mayores y

metales pesados; finalmente, para una correcta conservación, se agregó 1 ml de ácido

nítrico a las muestras destinadas al análisis de metales pesados.

El análisis químico de las muestras de agua superficial y subterránea fue realizado en el

laboratorio Geoquímica Ltda., ubicado en la ciudad de Coquimbo. Las técnicas

metodológicas utilizadas y límites de detección respectivos se presentan en la Tabla 3.

25

________________________________________________________________________________________




Tabla 3: Metodología de análisis de laboratorio

Parámetro Límite de

Detección (mg/l) Técnica Metodología

Aluminio 0,25 Absorción Atómica STD. METHODS 19ava

edición part 3500-Al/B

Arsénico 0,005 Generación de Hidruros NCh 2313/9. Of96

Boro 0,4 Espectrofotometría STD. METHODS 19ava

edición part 4500-B/C

Cadmio 0,005 Absorción Atómica NCh 2313/10. Of96

Calcio 0,1 Absorción Atómica STD. METHODS 19ava

edición part 3500-Ca/B

Cobre 0,01 Absorción Atómica NCh 2313/10. Of96

Hierro 0,05 Absorción Atómica NCh 2313/10. Of96

Magnesio 0,01 Absorción Atómica STD. METHODS 19ava

edición part 3500-Mg/B

Manganeso 0,02 Absorción Atómica NCh 2313/10. Of96

Potasio 0,05 Absorción Atómica STD. METHODS 19ava

edición part 3500-K/B

Sodio 0,05 Absorción Atómica STD. METHODS 19ava

edición part 3500-Na/B

Zinc 0,001 Absorción Atómica NCh 2313/10. Of96

Bicarbonato 1 Volumetría STD. METHODS 19ava

edición part 2320/B

Cloruros 1 Volumetría STD. METHODS 19ava

edición part 4500-Cl-/B

Fosfato 0,3 Espectrofotometría STD. METHODS 19ava

edición part 4500-P/C

Nitrato 0,1 Espectrofotometría STD. METHODS 19ava

edición part 4500-NO3-/B

Sulfatos 10 Gravimétrico STD. METHODS 19ava

edición part 4500-SO4=/B

26

________________________________________________________________________________________




Las muestras para la determinación de los isótopos ambientales (Deuterio y Oxígeno 18),

fueron analizadas en el Laboratorio de Isótopos Ambientales de la Comisión Chilena de

Energía Nuclear (CCHEN), ubicado en la ciudad de Santiago. La razón isotópica se

determina con un espectroscopio láser (LWIA, Los Gatos Research Inc., CA, USA) con

respecto a un estándar de razón isotópica conocida. El estándar utilizado fue el Promedio de

Agua Marina SMOW (Standard Mean Ocean Water) cuya razón isotópica de 18

O y 2H es

cercana al promedio de la razón isotópica del agua de los océanos (18

O / 16

O SMOW = 0,

2H /

1H SMOW = 0). Para validar la metodología se utilizó espectrometría de masas. Las

mediciones se expresan en desviaciones por mil (δ ‰), y presentan un error analítico de un

1 ‰ para el deuterio y de un 0,08 ‰ para el oxígeno 18.

El análisis del radón 222 fue realizado en el Laboratorio Ambiental del Departamento de

Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena, durante los dos días posteriores a la

toma de muestras, utilizando como instrumento de medición el detector electrónico RAD

H2O (Durridge Inc.). Cada medición demoró 50 minutos aproximadamente, y en cada

grupo de mediciones se repitieron las que presentaron los valores máximos y mínimos.

Luego a cada valor medido se le aplicó un factor de corrección de acuerdo al tiempo

transcurrido entre la toma de la muestra y la medición. De este modo, se obtuvieron

finalmente los valores a trabajar en cada campaña de muestreo.

3.2.3 Control de calidad y corrección de la información

a. Balance iónico de carga

Para determinar el nivel de calidad de los análisis químicos de las aguas realizados por el

laboratorio se procedió a realizar el balance iónico de carga, tanto para las aguas

superficiales, como para las aguas subterráneas.

Para el cálculo del balance iónico de cargas se usó de la siguiente fórmula (Drever, 1997;

Thyne et al., 2004):

27

________________________________________________________________________________________




El balance iónico de cargas se realizó sólo con aquellos parámetros químicos que

presentaban mayores concentraciones a lo largo del área de estudio, éstos fueron: Na+, K

+,

Ca+2

, Mg+2

, HCO3-, Cl

-, SO4

-2 y NO3

-.

Una vez calculado el error de carga iónica, se procedió a eliminar (es decir, no se

consideran para el análisis de la información en esta memoria) los puntos muestreados que

presentaron un porcentaje de error mayor a 25%.

b. Valor criterio y datos censurados

Como una forma de contar con los datos necesarios para realizar el análisis estadístico, en

el caso de los valores de los parámetros que estuvieran por debajo del límite de detección

(es decir presentan valores conocidos como “censurados”), se procedió a utilizar un “valor

criterio”, el cual corresponde al promedio entre cero y el límite de detección (Güler et al.,

2002):

Una vez completados los datos faltantes utilizando este “valor criterio”, se realizó una

selección de los parámetros a utilizar. Esta selección consistía en que un parámetro con un

porcentaje mayor al 30% de datos censurados, ya sea en aguas superficiales o subterráneas,

no sería considerado en los análisis posteriores.

3.3 Análisis de la información

Para el análisis e interpretación de los datos, fueron utilizados procedimientos estadísticos y

gráficos, los que se describen a continuación.

28

________________________________________________________________________________________




3.3.1 Estadística descriptiva

La estadística descriptiva corresponde a un análisis básico de la información. Los

parámetros estadísticos utilizados en este estudio son máximo, mínimo, promedio, mediana

y desviación estándar.

3.3.2 Distribución de los datos

Para el uso correcto de los parámetros estadísticos y de las técnicas de análisis

multivariado, los datos deben presentar, idealmente, una distribución normal. Las pruebas

de normalidad evalúan la hipótesis nula (H0) de que los datos siguen una distribución

normal. Si el valor “p” de la prueba es menor que el nivel “α” elegido, entonces se debe

rechazar H0 y concluir que los datos no siguen una distribución normal.

Con el fin de determinar si los datos se ajustan a una distribución normal, se realizó el test

de normalidad de Anderson-Darling (AD), utilizando el programa Minitab 15. El nivel de

significancia utilizado en todos los parámetros fue α = 0,05, deduciéndose que para el no

rechazo de la hipótesis nula (los datos analizados siguen una distribución normal), el valor

“p” debe ser mayor que el nivel de significancia (0,05). Aquellos datos que no presentaron

dicha distribución, se evaluó si se ajustaban a la distribución lognormal (Lepeltier, 1969)

para incluirlos en el análisis multivariado.

3.3.3 Diagramas de Piper y Stiff

Para visualizar el comportamiento de los contenidos de los iones mayores Ca-Mg-Na y

HCO3-Cl-SO4 en el área de estudio, se utilizaron diagramas ternarios (diagrama de Piper) y

los diagramas poligonales de Stiff, confeccionados con el programa AqQA (Rockware

Inc.), tanto para las muestras en aguas superficiales y subterráneas. Los diagramas de Piper

entregan información para un punto en relación a las proporciones de cationes y aniones

que tenga de acuerdo a su composición química. Dicho punto puede corresponder a una

muestra individual o a un valor que representa un conjunto de muestras, dependiendo del

análisis requerido. Los diagramas de Stiff permiten visualizar las variaciones de las

concentraciones catiónicas y aniónicas en cada punto en forma individual y de forma más

29

________________________________________________________________________________________




rápida, lo que nos da cierta noción del tipo de agua que existe en un lugar. Además, permite

comparar las cantidades de iones disueltos que tiene cada punto de muestreo y/o la cuenca

en general.

3.3.4 Isótopos estables

El análisis con isótopos estables consistió en determinar la línea meteórica local de la

cuenca del Limarí. Para ello, se utilizaron las señales isotópicas (deuterio y oxígeno 18) de

muestras de aguas lluvias colectadas durante el año 2011 en cuatro estaciones ubicadas en

la cuenca: Carretera (214 m.s.n.m.), La Paloma (335 m.s.n.m.), Tulahuén (987 m.s.n.m.) y

Las Ramadas (1.380 m.s.n.m.) (dos de éstas, Carretera y La Paloma, aparecen en la Fig. 3).

Igualmente, se consideró la línea meteórica mundial (LMM), que representa un promedio

de las señales isotópicas de las lluvias a nivel mundial (Craig, 1961).

Con las señales isotópicas de las muestras correspondientes a aguas superficiales y

subterráneas del área de estudio, se confeccionaron gráficos de δ2H vs δ

18O. Estos

incluyeron, además de las líneas meteóricas local y global, las líneas de regresión lineal de

las muestras (aguas superficiales y subterráneas, por separado), lo cual permite identificar,

por ejemplo, el posible efecto de la evaporación en ciertos puntos de la cuenca.

3.3.5 Análisis multivariado

En la realización de este trabajo el análisis multivariado incluyó el análisis de cluster, el

cual se utiliza cuando se trabaja sobre sets de datos en los cuales hay muchas variables

implicadas, permitiendo medir y explicar el grado de asociación existente entre los diversos

parámetros. El análisis de cluster es una técnica cuya idea básica es agrupar un conjunto de

observaciones en un número dado de clusters o grupos, con respecto a algún criterio de

selección predeterminado. Las observaciones dentro de cada grupo (conglomerado), son

similares entre sí (alta homogeneidad interna) y diferentes a los objetos de los otros

conglomerados o clusters (alta heterogeneidad externa). Las muestras fueron comparadas

mediante el método de vinculación Ward y la distancia Euclidiana para medidas similares,

30

________________________________________________________________________________________




combinación que se ha visto es efectiva para producir grupos distintivos en estudios de

tipos similares a los de la presente memoria (Güler et al. 2002; Thyne et al. 2004).

Para la determinación del número óptimo de clusters, no existe un criterio de selección

definido. Según diferentes autores, básicamente existen dos enfoques: el estadístico y el

arbitrario. El primero consiste en el criterio de Sneath que define la distancia de corte como

2/3 Dmáx, siendo Dmáx la distancia máxima de separación, donde se selecciona el número

de clusters según lo indique la intersección de una línea horizontal en el diagrama con una

red de conglomerados (dendograma) a esta distancia. Por su parte, el criterio arbitrario,

requiere principalmente de la comprensión del agrupamiento de las variables y el sentido de

ésta en el estudio, donde se definirán sub-clusters si es pertinente (Thyne et al., 2004;

Shrestha and Kazama, 2007; Astel et al., 2007).

La información entregada por el análisis de cluster fue contrastada con la entregada por los

diagramas de Piper y Stiff para evaluar la consistencia de los resultados entregados por

cada método.

En cuanto a la información disponible sobre la conectividad e interacción río-acuífero en la

cuenca del Limarí, en el estudio de Salazar (2012), uno de los objetivos planteados

consideró la confección de los denominados Mapas de Conectividad Potencial Río-

Acuífero, los cuales se realizaron utilizando un método desarrollado por Bureau of Rural

Sciences of Australia donde, mediante un índice de valoración semicuantitativo, es posible

cuantificar el grado potencial de interacción entre aguas superficiales y subterráneas,

clasificándolas según los resultados como conectividad alta, media o baja. Dicho trabajo se

hizo en los ríos Limarí, Grande, Rapel y Mostazal. Para poder comparar los resultados de

la presente memoria con el estudio citado, se requirió realizar una división por tramos del

área de estudio, lo cual se explica a continuación.

3.3.6 Definición de tramos

Para poder aplicar las metodologías descritas anteriormente y realizar los análisis de la

información de una mejor manera, fue necesario establecer una división de los cursos de

31

________________________________________________________________________________________




agua incluidos en el área de estudio en tramos. Estos fueron definidos acorde a aquellos

establecidos en la memoria de Salazar (2012), ya que se contempla comparar los resultados

con los mapas de conectividad e interacción obtenidos en dicho trabajo. Del mismo modo,

se incluyen los tramos correspondientes a las subcuencas del río Hurtado y estero El

Ingenio (no considerados en el estudio citado), los cuales se pueden observar en la Fig. 4.

Figura 4: Tramos definidos en área de estudio

En la Tabla 4 se pueden observar los puntos (muestras) que incluye cada tramo. Cabe

especificar que la muestra L3 forma parte de T4 y T5 puesto que se ubica en el límite de

ambos tramos.

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________________________________________________________________________________________




Tabla 4: Tramos definidos, se especifica la subcuenca a la que pertenece y los puntos que incluye

Tramo Subcuenca Puntos muestreo

T1 Río Limarí L9, L10




T5 Río Limarí L1, L2, L3

T6 Río Grande -

T7 Río Grande G1, G2, G3

T8 Río Hurtado H1, H2, H3

T9 Estero El Ingenio E4, E5, E6

T10 Estero El Ingenio E3

T11 Estero El Ingenio E1, E2

3.3.7 Comparación con mapas de conectividad

Con el objetivo de realizar la comparación de los resultados obtenidos en la presente

memoria con los de Salazar (2012), los tramos relevantes para este fin son aquellos que

fueron incluidos en ambos estudios y corresponden a los del río Grande, desde aguas abajo

del embalse La Paloma, y los del río Limarí hasta zona de Barraza (es decir T1 a T7).

Se definieron criterios para evaluar la conectividad como alta, media o baja, según los

resultados mostrados en los diagramas de Piper (composición química) y los valores de las

señales isotópicas (deuterio y oxígeno 18), en ambas campañas de muestreo. Estos criterios

se definieron arbitrariamente, considerando lo siguiente:

i. Según composición química, una diferencia de un 20% como máximo entre los

valores de dos muestras pertenecientes al mismo tramo (una de agua superficial y la

otra de agua subterránea) indicaría un tipo de conectividad “alta”; cuando la

diferencia se encuentra entre un 20% y 40% se considera como conectividad

“media”; si la diferencia (composición) supera el 40%, se establece como

conectividad “baja”.

ii. En el caso de los isótopos estables, en primer lugar se identificó, para cada isótopo,

la máxima diferencia entre las señales isotópicas y, posteriormente, se aplicó un

33

________________________________________________________________________________________




criterio similar al antes descrito. Con esto, se determinó que para el 2H, los valores

correspondientes al 20% y 40% (de la diferencia máxima) corresponden

aproximadamente a ±4 y ±9 ‰ respectivamente; y para el 18

O, los valores umbrales

determinados son ±0,7 y ± 1,4 ‰ respectivamente.

En los casos en que un tramo incluye más de dos puntos, como ocurre en T5, T7, T8 y T11

(Tabla 4), se utilizaron las muestras de agua superficial y subterránea más cercanas entre sí.

Los tramos en los cuales no se pudo determinar la conectividad (según las metodologías

utilizadas) fue en aquellos que sólo consideran uno (o ningún punto), como es el caso de los

tramos T6 y T10.

3.3.8 Mapas de distribución espacial y perfiles utilizando 222

Rn

Es importante señalar que los análisis previos pueden entregar información sobre la posible

conexión entre aguas superficiales/subterráneas en una zona determinada, pero no permite

hacer inferencias acerca de su naturaleza (si es un aporte de agua subterránea al río o

viceversa). En tal sentido, los isótopos radioactivos, como el 222

Rn, entregan información

que puede ser útil como herramienta complementaria para evaluar la conectividad río-

acuífero y su condición.

Así entonces, con los valores (actividades) de 222

Rn en los diferentes puntos se

confeccionaron mapas de su distribución espacial. Estos se realizaron definiendo en primer

lugar 4 clases de actividad de 222

Rn, y dibujando en cada punto de muestreo un círculo de

un tamaño específico, dependiendo de la categoría correspondiente. Las clases fueron

definidas considerando los límites (valores) mínimo y máximo encontrados y una

segmentación logarítmica del rango (esto último dado la gran diferencia de valores

encontrados). En Anexo C se muestra en detalle este cálculo.

Con respecto a estudios anteriores que evalúan el tipo de interacción en la cuenca del

Limarí, Salazar (2012) realizó una modificación a los mapas de conectividad (metodología

original, con la cual se establecía el grado de interacción potencial), la cual consistía en

determinar la dirección del flujo que se da en un punto dado en el tiempo evaluando las

34

________________________________________________________________________________________




diferencias “históricas” de alturas entre el nivel freático y la cota del río. Es por esto que

para complementar el análisis realizado en la presente memoria, se considera la

comparación de los resultados obtenidos con dicho trabajo, en los tramos que corresponda.

3.3.9 Estimación de la contribución de agua subterránea al río

Las metodologías y técnicas de análisis anteriormente descritas permiten estimar la

conectividad potencial o el grado de interacción río-acuífero, incluso la naturaleza

(dirección) de dicha interacción. Así entonces, para complementar todos los análisis

anteriores, se consideraron diferentes métodos que buscan cuantificar la tasa de

transferencia de agua desde el acuífero al flujo superficial para aquellas zonas donde se

infiere, basado en los análisis previos, que dicha situación está ocurriendo. Estos métodos

considerados en el presente estudio se describen a continuación.

a. Enfoques basados en isótopos estables y Cl-

i. Uno de los enfoques existentes para evaluar la interacción río-acuífero y que fue

utilizado en esta memoria es el de Zhang et al. (2008), quienes determinan el aporte

de agua del acuífero al río realizando un balance de masa en una sección de río

utilizando como trazador el 18

O. Tomando como base este enfoque, se realizó un

cálculo del aporte de agua subterránea al flujo superficial (como porcentaje)

utilizando diferentes trazadores como 2H,

18O y el Cloruro. La ecuación utilizada

para el cálculo es la siguiente:

donde Cg, Cur y Cr representan la concentración (señal) del trazador en el agua

subterránea, en el punto aguas arriba del tramo y en el punto aguas abajo del tramo

de río respectivamente, y Per es el porcentaje de agua subterránea descargada en

dicha sección de río (o Qgw/Qr, siendo Qgw/Qr la proporción de agua subterránea que

ingresa al flujo superficial).

35

________________________________________________________________________________________




ii. Otro estudio basado en isótopos estables es el realizado por Strauch et al. (2006),

donde cuantifica la fracción de agua que es descargada desde el acuífero al río,

considerando las señales (o concentraciones) de los trazadores en diferentes

componentes hidrológicos, como el flujo superficial, la precipitación caída en el

área y el flujo de agua subterránea que ingresa al río. Los trazadores utilizados en

este estudio fueron el oxígeno 18 y el cloruro.

La ecuación simplificada para el cálculo de la fracción de agua subterránea que

ingresa al flujo superficial (G/R) es la siguiente (Strauch et al. 2006):

donde R y G son las concentraciones (señales) del trazador en el flujo superficial y

en el agua subterránea (pozo) respectivamente, y P es la concentración o señal del

trazador en el agua lluvia correspondiente al área de recarga del acuífero que

alimenta el pozo asignado al tramo.

En la presente memoria, los trazadores utilizados para la aplicación de esta

metodología fueron el deuterio y el oxígeno 18.

b. Enfoques basados en 222

Rn

i. Dentro de las metodologías para evaluar la interacción río-acuífero que consideran

el uso del 222

Rn, está el realizado por Stellato et al. (2008). Esta metodología

consiste en realizar un cálculo de la actividad de 222

Rn en el punto aguas abajo de

una sección de río basado en la “teoría de renovación superficial”, la cual se aplica

cuando la difusividad del gas hacia la atmósfera se ve favorecida por las

condiciones de turbulencia de la corriente (Bertin and Bourg, 1994). La siguiente

ecuación fue utilizada para calcular la actividad de 222

Rn “teórica” (esperada) en un

lugar del río a partir de un valor determinado aguas arriba (Stellato et al. 2008):

36

________________________________________________________________________________________




donde Cd es la actividad de radón en el punto aguas abajo (Bq/m3); Cu es la

actividad de radón aguas arriba (Bq/m3) es decir, al inicio del tramo de interés; D es

la difusividad molecular del radón (determinada de -log D=980/T° K + 1,59 (cm2/s)

Peng et al. 1974, citado por Stellato et al. 2008); V es la velocidad del río (m/s); h

es la profundidad de agua (tirante) del río (m); x es la longitud del tramo del cauce

del río de interés (m) y finalmente es la constante de decaimiento radioactivo del

radón (2,08 x 10-6

s-1

).

Una vez calculado Cd en las secciones de río definidas, se realiza una comparación

con las actividades de 222

Rn observadas (medidas) en la muestra correspondiente.

Como se explicó anteriormente, cualquier desviación en la actividad de 222

Rn

calculada o “teórica” (Cd) con respecto a la observada, indicaría un aporte de agua

subterránea hacia el río en el tramo específico. A partir de esto, si se requiere

calcular el porcentaje de agua subterránea que ingresa al flujo superficial, se realiza

un balance de masa y finalmente, se puede calcular la fracción del flujo de agua

subterránea (Qgw) en el flujo superficial (Qr) como sigue:

donde Rnobs es la actividad de 222

Rn medida en el río (en punto aguas abajo del

tramo), Rngw es la actividad de 222

Rn medida en agua subterránea y Rncalc es la

actividad de 222

Rn calculada como Cd en la ecuación 5.

ii. Finalmente, Cook et al. (2003) determinaron el flujo de agua subterránea que

ingresa al río utilizando 222

Rn, entre otros trazadores (principalmente gaseosos), en

base a una ecuación que estima la variación de la concentración del trazador en el

río con respecto a la distancia en la dirección del flujo considerando factores como

el flujo de agua subterránea que ingresa al río, la evaporación de agua (del río), el

intercambio gaseoso con la atmósfera y la captura de aire (en el caso de trazador

gaseoso) y el decaimiento radiactivo del trazador. La ecuación es la siguiente:

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________________________________________________________________________________________




Donde C es la concentración (nivel) del trazador en el río; Ci es la concentración del

trazador en el agua subterránea; Ca es la razón de mezcla del trazador en la

atmósfera (cm3/cm

3) en caso de trazadores gaseosos; S es la solubilidad del

trazador; Q el caudal del río (m3/día); I es el caudal de agua subterránea por unidad

de longitud del río (m3/m/día); k es la velocidad de intercambio gaseoso a través de

la superficie del agua (m/día) (es igual a cero para trazadores que no hacen

intercambio con la fase gaseosa); es la constante de decaimiento radiactivo (día-1

);

es el ancho de la superficie del río (m); d es la altura (profundidad) media del río

(m); x es la distancia en la dirección del flujo (m); SCa es la concentración del

trazador que ocurre en equilibrio con la atmósfera (la unidad de S se determina de

acuerdo a la unidad de C); K ’ es el coeficiente de captura de aire (cm3/cm

2/día);

es la densidad del gas (g/cm3) y finalmente, E es la tasa de evaporación del agua de

río (m/día).

Como este último enfoque fue aplicado en la presente memoria utilizando como

trazador el radón 222, y sabiendo que la densidad de 222

Rn en la atmósfera es

despreciable, no se consideran los términos (SCa) y (K’ Ca) de la ecuación (7), tal

como es propuesto por Cook et al. (2003).

Por último, es importante recalcar que la aplicación de las metodologías (enfoques)

descritas anteriormente, se realizaron solamente en aquellos tramos que, de acuerdo al

análisis cualitativo, resultaron tener un tipo de interacción donde sea el acuífero el que

aporta agua al río.

38

________________________________________________________________________________________




4. RESULTADOS Y DISCUSIONES

La base de datos con toda la información de terreno, química e isotópica de ambas

campañas de muestreo se encuentra disponible en el Anexo B.

4.1 Datos considerados en el análisis

Una vez realizado el cálculo del balance iónico de carga de los 22 puntos muestreados en

ambas campañas de muestreo, los errores obtenidos resultaron todos menores al 25%, por

lo que no fue eliminado ningún punto de muestreo de acuerdo a este criterio. Sin embargo,

se observa un aumento importante en los valores de los errores en los análisis de la segunda

campaña, lo cual se puede observar con mayor detalle en la Tabla 5:

Tabla 5: Errores analíticos de las muestras

ID Nombre 1° Campaña-Abril

(%)

2° Campaña- Diciembre

(%)

H1 Embalse Recoleta -3,7 -13,7

H2 Río Hurtado Villaseca -7,0 -17,2

H3 APR Villaseca -6,2 -21,9

G1 Río Grande Embalse La Paloma -17,9 -22,6

G2 Río Grande El Guindo -12,3 -12,3

G3 APR El Guindo -5,9 -15,2

E1 APR Recoleta -14,6 -13,5

E2 Estero El Ingenio antes Panulcillo -5,1 -15,9

E3 Estero El Ingenio después Panulcillo -11,0 -23,2

E4 Estero El Ingenio en Baden -3,1 -16,1

E5 Estero El Ingenio cruce Sn. Julián El Trapiche -4,4 -18,3

E6 APR El Trapiche -0,5 -0,4

L1 Río Limarí Los Peñones -10,1 -10,0

L2 Aguas del Valle -11,2 -14,0

L3 Río Limarí Puente La Chimba -9,4 -13,6

L4 APR Limarí -3,9 -13,4

L5 Río Limarí Cruce Sn. Julián El Trapiche 7,6 -6,4

L6 APR San Julián 0,1 3,7

L7 Río Limarí, cruce Los Aromos -3,5 -15,2

L8 APR Cerrilos Tamaya -3,4 -5,9

L9 Río Limarí, Barraza -4,1 -19,2

L10 APR Barraza -3,8 -0,4

39

________________________________________________________________________________________




Por otro lado, con respecto a la selección de los parámetros incluidos en el análisis, en la

Tabla 6 se muestra los porcentajes de datos censurados para todos los parámetros

muestreados en la cuenca.

Tabla 6: Porcentaje de datos censurados (es decir, registros con valores menores al límite de detección)

Parámetros 1° Campaña 2° Campaña

A. Superficial A. Subterránea A. Superficial A. Subterránea

oxígeno disuelto (DO) 0 0 0 0

temperatura (T°) 0 0 0 0

conductividad eléctrica (CE) 0 0 0 0

pH 0 0 0 0

Calcio 0 0 0 0

Sodio 0 0 0 0

Magnesio 0 0 0 0

Potasio 0 0 0 0

Cloruros 0 0 0 0

Sulfato 0 0 0 0

Bicarbonato 0 0 0 0

Fosfato 92 44 100 100

Nitrato 0 0 62 44

Aluminio 100 100 100 100

Arsénico 100 100 100 100

Boro 100 100 100 100

Cadmio 100 100 100 100

Cobre 62 100 85 44

Hierro 0 22 62 0

Manganeso 62 78 92 67

Silicio 100 100 100 100

Zinc 0 0 0 0

Deuterio 0 0 0 0

Oxigeno 18 0 0 0 0

Radón 222 0 0 0 0

Como se puede observar en la Tabla 6, no existen en general mayores variaciones entre los

parámetros de las dos campañas con respecto a los porcentajes de datos censurados. Sin

embargo, existen dos parámetros que presentaron diferencias importantes entre ambas

campañas: Hierro y Nitrato. Para realizar una correcta comparación entre ambas campañas,

40

________________________________________________________________________________________




dichos parámetros fueron descartados de los análisis multivariados posteriores. Los

parámetros seleccionados para el análisis estadístico descriptivo se resumen en la Tabla 7.

Tabla 7: Parámetros incluidos en análisis estadístico descriptivo

Parámetros 1° Campaña 2° Campaña

Terreno DO CE DO CE

T° pH

T° pH

Químicos Calcio Magnesio

Calcio Magnesio

Potasio Sodio

Potasio Sodio

Zinc Hierro

Zinc Bicarbonato

Bicarbonato Sulfato

Cloruro Sulfato

Cloruro Nitrato

Isotópicos Deuterio Oxígeno 18

Deuterio Oxígeno 18

Radón 222 Radón 222

4.2 Análisis estadístico simple (descriptivo)

Para el análisis estadístico descriptivo se analizaron por separado las muestras de agua

superficial y agua subterránea, e incluyó los parámetros de terreno, químicos e isotópicos

indicados anteriormente (Tabla 7).

Los resultados de los estadísticos descriptivos para ambas campañas de monitoreo se

resumen en las Tablas 8 y 9.

41

________________________________________________________________________________________

“Uso de un enfoque multimétodo para establecer la relación agua superficial / agua subterránea en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, Región de Coquimbo”


Tabla 8: Estadísticos descriptivos, 1° campaña

Aguas Superficiales (13 muestras) Aguas Subterráneas (9 muestras)

Parámetro Unidad

Mínimo Máximo Promedio Mediana Desviación

Estándar

Mínimo Máximo Promedio Mediana

Desviación

Estándar

DO mg/l 3,9 10,0 7,2 7,5 2,2 2,3 6,2 3,8 3,4 1,3

T° °C 9,0 19,8 14,0 14,4 2,9 11,8 15,5 13,9 13,9 1,0

CE μS/cm 336 2.939 1.354 745 1.028 580 3.647 1.484 930 1.091

pH

7,4 9,1 8,1 8,2 0,4 7,0 7,6 7,3 7,3 0,2

Ca mg/l 28,6 292,0 101,9 82,2 74,8 43,4 236,0 114,1 100,0 62,5

Fe mg/l 0,060 0,270 0,133 0,110 0,054 0,025 0,310 0,124 0,080 0,095

Mg mg/l 9,4 94,2 39,6 19,7 33,2 14,1 110,0 40,3 28,6 32,1

K mg/l 3,2 15,1 8,1 5,6 4,4 2,9 15,7 7,7 6,7 4,8

Na mg/l 20,4 335,0 137,9 79,8 124,9 34,9 368,0 148,2 92,5 122,4

Zn mg/l 0,073 0,155 0,090 0,088 0,021 0,048 0,203 0,093 0,083 0,044

HCO3 mg/l 120 285 202 210 58 225 350 273 270 47

Cl mg/l 2 695 231 82 264 43 851 264 78 295

NO3 mg/l 3,4 25,0 7,8 4,7 6,2 3,8 26,1 11,6 8,4 8,6

SO4 mg/l 81 1.227 297 167 311 109 470 233 207 119

²H °/ₒ o -72,1 -51,8 -58,3 -57,0 5,5 -74,2 -52,4 -59,8 -59,5 6,7

18O °/ₒ o

-9,02 -6,02 -7,03 -6,84 0,88 -9,25 -6,27 -7,37 -7,36 0,85

222Rn Bq/m

3

86 5.252 1.442 732 1.734 2.993 21.140 11.172 10.513 5.989

42

________________________________________________________________________________________



Tabla 9: Estadísticos descriptivos, 2° campaña

Aguas Superficiales (13 muestras) Aguas Subterráneas (9 muestras)

Parámetro Unidad

Mínimo Máximo Promedio Mediana Desviación

Estándar

Mínimo Máximo Promedio Mediana

Desviación

Estándar

DO mg/l 4,6 10,5 8,1 8,9 2,0 4,6 10,7 6,8 6,3 2,1

T° °C 9,4 18,3 13,5 14,2 2,6 9,7 13,9 11,5 11,5 1,7

CE μS/cm 340 3.094 1.386 923 1.094 557 3.537 1.668 973 1.231

pH

7,3 8,7 8,0 8,1 0,4 6,8 7,5 7,1 7,0 0,3

Ca mg/l 23,2 162,0 76,8 57,5 49,7 32,8 285,0 140,5 60,4 112,7

Mg mg/l 8,6 83,3 35,3 16,2 29,4 9,9 157,0 57,8 25,1 58,8

K mg/l 4,8 15,4 9,1 7,5 4,2 14,3 50,5 31,7 27,9 13,7

Na mg/l 19,0 251,0 106,0 83,0 93,9 35,5 293,0 144,2 96,7 106,3

Zn mg/l 0,037 0,098 0,065 0,063 0,018 0,038 0,067 0,053 0,052 0,010

HCO3 mg/l 115 305 185 185 55 195 355 285 300 60

Cl mg/l 25 769 260 128 296 57 1.060 365 103 392

SO4 mg/l 54 1.078 284 160 286 108 514 263 158 164

²H °/ₒ o -70,3 -46,6 -55,3 -54,1 5,7 -71,0 -46,0 -57,0 -57,2 6,9

18O °/ₒ o

-8,69 -5,85 -7,11 -7,09 0,71 -8,92 -5,75 -7,03 -7,10 0,93

222Rn Bq/m

3

47 5.922 1.073 609 1.573 2.380 20.811 10.891 10.914 6.281

43

________________________________________________________________________________________




En el caso de las aguas superficiales, en la 2° campaña los valores tienden a disminuir (con

respecto a la 1° campaña), mientras que en las aguas subterráneas no se observa una

tendencia clara, ya que algunos parámetros sufren un aumento de sus valores mientras que

en otros los valores disminuyen. Los parámetros que experimentan variaciones importantes

para el caso de las aguas superficiales son el Ca y el Zn, puesto que en ambos los valores de

los estadísticos disminuyen considerablemente en la segunda campaña de muestreo. En el

caso de las aguas subterráneas, por un lado K aumenta sus valores en la segunda campaña,

mientras (al igual que en las aguas superficiales) se observa una disminución importante de

las concentraciones de Zn en la 2° campaña. De todas formas, se puede decir que en

general al comparar los valores de los estadísticos de ambas campañas, no se advierten

grandes diferencias.

4.3 Análisis de la distribución de los datos

El análisis de normalidad fue aplicado a los parámetros mostrados en la Tabla 7, excepto

los parámetros de terreno DO, T° y los parámetros químicos hierro y nitrato (1° campaña).

En el Anexo D se explica la realización del análisis de normalidad utilizando el test de

Anderson-Darling, mostrando los resultados de ambas campañas.

Finalmente, los parámetros seleccionados para el análisis multivariado se presentan en la

Tabla 10.

Tabla 10: Parámetros seleccionados para el análisis de cluster

Parámetros

terreno pH CE

iones mayores

Ca HCO3

Mg Cl

K SO4

Na

isótopos estables 2H 18O

isótopo radiactivo 222Rn

44

________________________________________________________________________________________




4.4 Análisis gráfico: diagramas de Piper y Stiff

4.4.1 Diagrama de Piper

En la Fig.5 se presentan los diagramas de Piper para todos los puntos de la zona de estudio

(muestras individuales), donde se destacan agrupaciones que incluyen muestras de aguas

superficiales y subterráneas y que se repiten en ambas campañas, identificados con los

números 1, 2 y 3.

Con respecto a las agrupaciones mencionadas, la primera (1) incluye todas las muestras de

los ríos Grande y Hurtado, e incluye además las muestras E1 y E2 correspondientes al

tramo inicial del estero El Ingenio y las muestras L1, L2, L3 y L4 de la parte alta del río

Limarí. En términos de los aniones mayores, esta agrupación no presenta más de un 30% de

cloruro en sus aguas, predominando en cambio SO42-

y HCO3-.

Otro grupo que destaca claramente es el indicado con el número 2, que presenta aguas del

tipo cloruradas, el cual incluye las muestras ubicadas en el tramo final del estero El Ingenio

(E4, E5 y E6) y la zona media-baja del río Limarí (L5, L6, L7, L8, L9 y L10).

Finalmente, existe un punto perteneciente al estero El Ingenio que corresponde a la muestra

E3 (estero El Ingenio después de Panulcillo, se indica en la Fig.5 con el número 3) que

aunque presenta un porcentaje bajo de Cl- en su composición, de igual forma se encuentra

alejado del grupo 1 descrito anteriormente. Esto ocurre porque su porcentaje de SO42-

supera en gran medida a los demás (superior a los 1000 mg/l en ambas campañas) y por

esto tiene muy bajas proporciones de Cl- y HCO3

- (80% SO4

2- - 10% Cl

- - 10% HCO3

-).

45

________________________________________________________________________________________




Figura 5: Diagrama de Piper en los puntos de muestreo. 1° Campaña (arriba) y 2° Campaña (abajo)

Aguas Superficiales: □ Río Grande - ◊ Río Hurtado - ∆ Estero El Ingenio - ○ Río Limarí

Aguas Subterráneas: ■ Río Grande - ♦ Río Hurtado - ▲ Estero El Ingenio - ● Río Limarí

1 2

3

3

2

1

46

________________________________________________________________________________________




De lo anterior se puede deducir que de acuerdo a la composición de las aguas superficiales

y subterráneas (muestras individuales), el área de estudio se divide en dos zonas principales

(grupos 1 y 2 según Fig.5) con un aparente alto grado de interacción río-acuífero en cada

una de ellas. Esta apreciación se justifica en el hecho que aguas superficiales y subterráneas

tienden a disponerse en forma bastante cercana en el gráfico.

Para tener una visión más general de las proporciones catiónicas y aniónicas, se realizó un

análisis con los valores promedio de cada subcuenca del área de estudio, el cual se puede

observar en la Fig.6. En la Tabla B-8 (Anexo B) se muestran los valores ingresados al

programa en este caso.

47

________________________________________________________________________________________




Figura 6: Diagrama de Piper, promedios por subcuenca. 1° Campaña (arriba) y 2° Campaña (abajo)

Se especifica componente hidrológico, subcuenca y el número de muestras que incluye:

Aguas Superficiales: □ Río Grande (2) - ◊ Río Hurtado (2) - ∆ Estero El Ingenio (4) - ○ Río Limarí (5)

Aguas Subterráneas: ■ Río Grande (1) - ♦ Río Hurtado (1) - ▲ Estero El Ingenio (2) - ● Río Limarí (5)

B

48

________________________________________________________________________________________




La Fig.6 confirma el hecho mencionado previamente, en términos que se pueden observar

composiciones muy parecidas en aguas superficiales y subterráneas para cada subcuenca,

puesto que los símbolos respectivos se encuentran ubicados bastante cerca en los diagramas

de Piper, lo cual ocurre en ambas campañas.

En resumen, los cationes predominantes son Ca2+

y Na+, siendo el calcio predominante en

la parte alta de la zona de estudio, mientras que el sodio abunda preferentemente en la parte

baja del área de estudio (principalmente en el río Limarí). En cuanto a los aniones destaca

el Cl-, el cual predomina en la zona baja del área de estudio presentándose en mayor

porcentaje con respecto a los demás aniones en el río Limarí. El SO42-

se observa en

porcentajes importantes, especialmente en las aguas superficiales del estero El Ingenio y el

río Hurtado. En cuanto al HCO3-, se observa en mayor proporción en el río Grande.

Al analizar la Fig. 6, se puede además deducir los tipos de agua que presenta cada

subcuenca, los cuales se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 11: Clasificación de aguas por subcuencas

Subcuenca Tipo

muestra

N°

Muestra(s) 1° Campaña 2° Campaña

Hurtado

Agua

Superficial 2

Sulfatada

Cálcica

Sulfatada

Cálcica

Agua

Subterránea 1

Sulfatada

Cálcica

Sulfatada

Cálcica

Grande

Agua

Superficial 2

Bicarbonatada

Cálcica

Bicarbonatada

Cálcica

Agua

Subterránea 1

Bicarbonatada

Cálcica

Bicarbonatada

Cálcica

El Ingenio

Agua

Superficial 4 Sulfatada Sódica

Clorurada

Sódica

Agua

Subterránea 2

Clorurada

Sódica

Clorurada

Sódica

Limarí

Agua

Superficial 5

Clorurada

Sódica

Clorurada

Sódica

Agua

Subterránea 5

Clorurada

Sódica

Clorurada

Sódica

49

________________________________________________________________________________________




Se advierte que tanto aguas superficiales como subterráneas presentan, en general, los

mismos tipos de clasificación, lo que estaría confirmando un alto grado de interacción río-

acuífero.

4.4.2 Diagramas poligonales de Stiff

Como una forma de complementar el análisis realizado con los diagramas de Piper y

entregar mayor información sobre cada sitio muestreado en cuanto a su composición iónica,

se confeccionaron los diagramas poligonales de Stiff en la cuenca del Limarí y para ambas

campañas de muestreo, los cuales se pueden observar en la Fig.7.

En relación a la Fig. 7, se pueden observar claramente los grupos descritos previamente con

los diagramas de Piper, donde las muestras del río Hurtado, río Grande y los sectores del

río Limarí (L1, L2, L3 y L4) y del estero El Ingenio (E1 y E2), presentan composiciones

muy parecidas y con los más bajos niveles de iones disueltos del área de estudio, cual se

observa por el tamaño más pequeño que presentan los polígonos de Stiff. En el tramo final

del estero El Ingenio (E4, E5 y E6) y río Limarí (L5, L6, L7, L8, L9 y L10), se observan

polígonos de mayor tamaño (es decir, relacionado a mayores concentraciones de iones), y

sus tipos de agua son mayormente Cloruradas Sódicas. Con respecto a la muestra E6 se

observa un cambio en la composición de Cloruradas Sódicas (1° campaña) a Cloruradas

Cálcicas (2° Campaña) y además, el tamaño del polígono aumenta de manera importante en

la segunda campaña.

Se destaca nuevamente el punto E3 con agua tipo Sulfatada Cálcica y presentando la mayor

concentración de sulfatos de toda el área de estudio.

50

________________________________________________________________________________________




Figura 7: Área de estudio – Diagramas de Stiff en puntos de muestreo

1° Campaña de muestreo (Panel A), 2° Campaña de muestreo (Panel B)

Considerando los diagramas de Piper y Stiff en conjunto, en cuanto a la conectividad e

interacción de las aguas en la zona de estudio, se puede decir que la composición química

de las aguas superficiales y subterráneas muestra grandes similitudes en puntos cercanos en

51

________________________________________________________________________________________




cada subcuenca, lo que en general estaría indicando un elevado nivel de interacción entre

estos compartimentos hidrológicos.

4.5 Isótopos estables

A nivel global, la relación entre deuterio y oxígeno 18 ha sido establecida como

δ2H = 8 δ

18O + 10, la que se conoce como línea meteórica mundial o GMWL por sus siglas

en inglés (Clark and Fritz, 1997).

Respecto a la Línea Meteórica Local (LML), en la memoria realizada por Jofré (2011) se

determinó, con los valores isotópicos de las precipitaciones del año 2009 y 2010 en la

cuenca del Limarí, la ecuación δ2H = 8,9 δ

18O + 18,7. Del mismo modo, en la presente

memoria se determinó la línea meteórica local para el año 2011, lo cual se explica a

continuación.

4.5.1 Línea meteórica local

La LML se determinó utilizando los promedios ponderados de las señales isotópicas de

muestras de precipitaciones del año 2011. Para poder realizar el cálculo (promedios

ponderados), junto con las señales isotópicas, se necesitaron además las precipitaciones

(agua caída) en cada estación, de las cuales se encontraban disponibles Tulahuén y La

Paloma. Para las otras dos estaciones (Las Ramadas y Carretera) se realizaron estimaciones

de la lluvia caída: en el caso de Las Ramadas se utilizaron los datos de agua caída en

Tulahuén y para Carretera se utilizó la información de agua caída en Ovalle. En el Anexo B

se encuentran la Tabla B-6 (señales isotópicas de las aguas lluvias) y la Tabla B-7

(precipitaciones en las estaciones Tulahuén, La Paloma y Ovalle). La ecuación obtenida

con la regresión lineal define la Línea Meteórica Local (LML) para la cuenca, siendo ésta

δ2H = 8,9 δ

18O + 24 (con un R

2= 1) la cual se puede observar en la Fig. 8.

52

________________________________________________________________________________________




Figura 8: Señales isotópicas (promedios ponderados) de precipitaciones año 2011 y línea de regresión

■ Carretera ▲ La Paloma x Tulahuén ● Las Ramadas

La ecuación utilizada en este estudio a partir de las lluvias del 2011, es similar en su

pendiente y ligeramente mayor en su intercepto (24 vs 18,7), a la obtenida por Jofré (2011)

con datos de lluvia de los años 2009 y 2010 (aunque sin la estación Las Ramadas en dicho

estudio).

4.5.2 Análisis gráfico

De acuerdo a las Tablas 8 y 9 que muestran los estadísticos descriptivos para cada

parámetro medido, se puede observar que las señales isotópicas en la cuenca presentan, en

la campaña de Abril de 2011, rangos para el 2H que van desde -75 ‰ a -51 ‰ y para el

caso del 18

O los valores fluctúan entre -10 ‰ a -6 ‰. Mientras que en la campaña de

Diciembre de 2011 los valores para el deuterio se encuentran entre -71 ‰ y -46 ‰ y para

el oxígeno 18 van desde -9 ‰ a -5 ‰. Con respecto al tipo de muestra (agua superficial o

subterránea), se puede decir, en general, que las aguas superficiales están más enriquecidas

en isótopos pesados que las aguas subterráneas, puesto que éstas últimas presentan valores

más negativos en sus señales isotópicas que las muestras tomadas en los ríos.

En la Fig. 9 se puede observar las señales isotópicas de todos los sitios muestreados, para

las dos campañas realizadas, además de las LML correspondientes a la memoria de Jofré

(2011) y la calculada en este trabajo.

53

________________________________________________________________________________________




Figura 9: Señal isotópica en agua superficial, agua subterránea y estaciones de muestreo de aguas lluvias.

Línea meteórica global − − − LML Jofré (2011) − ∙ − ∙ − LML (este trabajo)

◊ Aguas Superficiales ♦ Aguas Subterráneas

Estaciones: ■ Carretera ▲ La Paloma x Tulahuén ● Las Ramadas

1° Campaña (Panel A) y 2° Campaña (Panel B).

Se destacan agrupaciones con los puntos que tienen señales isotópicas similares.

La totalidad de las señales isotópicas obtenidas de las muestras tomadas tanto en agua

superficial como subterránea se encuentran por debajo de la línea meteórica global y local,

1

3

3

2

2

54

________________________________________________________________________________________




dejando en evidencia un importante efecto de evaporación, esperable por la presencia de los

embalses Recoleta y La Paloma en la cabecera de la zona de estudio. Se observa, en

general, una baja dispersión en la señal isotópica de las aguas superficiales y subterráneas,

lo que indica una alta relación entre ambos componentes hidrológicos. De acuerdo a la Fig.

9 se pueden visualizar 3 grupos principales.

El primer grupo (1), corresponde a valores bastante negativos y, por lo tanto, empobrecido

en isótopos pesados. Incluye 2 de las 3 muestras tomadas en río Hurtado (H2 y H3), lo que

mostraría que estas aguas corresponden a afloramientos de infiltraciones que se producen

en zonas altas, es decir, la señal isotópica se aleja mucho de lo que debiera ser la

precipitación local o el agua del embalse Recoleta (H1) (que debiera ser del orden de -8 ‰

para el 18

O y -50 ‰ para el 2H). Esto ocurre en ambas campañas de muestreo.

El grupo 2 presenta muestras más enriquecidas en isótopos pesados. Comprende las

muestras G1 y G2 del río Grande, además de L9 y L10 del río Limarí en la 1° campaña

(panel A) y las muestras L7, L8, L9 y L10 de la parte baja del río Limarí (2° campaña,

panel B). Lo anterior evidencia el efecto de la evaporación que ocurre en el embalse La

Paloma y durante el curso del río Limarí (zona de Barraza).

El tercero (grupo 3), intermedio entre los dos anteriores (pero más cercano al 2° grupo),

incluye las muestras del estero El Ingenio y la zona media-alta del río Limarí, tanto de

aguas superficiales como subterráneas, y en la segunda campaña además se agregan las

muestras del río Grande (G1 y G2). Esta situación mostraría un efecto combinado del

aporte de aguas evaporadas (enriquecidas) por efecto de los embalses (traducido en agua de

riego infiltrada en la zona de terrazas y en la llanura aluvial del río) y de procesos de

recarga (lluvia) local.

En la Fig.10 se muestra la señal isotópica de todos los puntos de muestreo junto con las

líneas de tendencia de aguas superficiales y aguas subterráneas. Además en la Tabla 12 se

pueden observar las ecuaciones de dichas líneas de regresión.

55

________________________________________________________________________________________




Figura 10: Señales isotópicas y líneas de regresión en agua superficial y subterránea.

- - - - LML Jofré (2011) − ∙ − ∙ − LML (esta memoria) Línea meteórica global

Línea de regresión A. Superficiales Línea de regresión A. Subterráneas

1° Campaña (panel A) y 2° Campaña (panel B)

56

________________________________________________________________________________________




Tabla 12: Líneas de regresión de señales isotópicas 1° y 2° campaña

Tipo Agua Superficial Agua Subterránea

1° Línea de Regresión 2H = 6,1 18O -15,6 2H = 7,6 18O -3,6

Campaña R2 0,93 0,93

2° Línea de Regresión 2H = 7,0 18O -5,9 2H = 7,0 18O -7,9

Campaña R2 0,73 0,88

Se observa en la Fig. 10, panel A, una influencia de la evaporación tanto en las aguas

superficiales como en las aguas subterráneas, reflejada en la menor pendiente en la línea de

regresión con respecto a la línea meteórica local (Tabla 12), este efecto sería algo mayor en

aguas superficiales que en aguas subterráneas. En el panel B de la Fig.10, correspondiente a

la segunda campaña, ambas líneas de regresión (aguas superficiales y aguas subterráneas)

tienen la misma pendiente, como se observa en la ecuación de la línea de regresión

mostrada en la Tabla 12, la que a su vez es menor que la pendiente de la LML de la cuenca.

Nuevamente, esto indica que ambos compartimentos presentan una señal isotópica propia

de aguas empobrecidas en deuterio por influencia de la evaporación.

En resumen, se puede deducir que la similitud que presentan las señales isotópicas de las

muestras tanto de aguas superficiales como subterráneas evidencian cierta relación entre

éstas, lo cual puede ser un indicador de algún grado de interacción río-acuífero. Además, la

señal isotópica muestra que en general la dinámica hidrológica del sistema es local y

fuertemente influenciada por los embalses (con la excepción de la zona de Hurtado).

4.6 Análisis de cluster

Para realizar el análisis de cluster, se utilizaron los parámetros de terreno, químicos e

isotópicos mostrados en la Tabla 10. Los detalles del análisis de cluster, entregados por el

programa Minitab 15, se encuentran disponibles en el Anexo E. Los resultados

(dendogramas) se pueden observar en la siguiente figura:

57

________________________________________________________________________________________




Figura 11: Dendogramas análisis de cluster. 1° campaña (panel A), 2° campaña (panel B)

Se indican los grupos G-1 y G-2 de acuerdo al criterio de Sneath, además de

los subgrupos de acuerdo al criterio arbitrario.

De acuerdo al criterio de Sneath (2/3 Dmáx), se identificaron dos grupos principales, G-1 y

G-2. En términos generales, el primer grupo (G-1) corresponde al río Grande, río Hurtado,

58

________________________________________________________________________________________




el tramo inicial del estero El Ingenio (muestras E1 y E2) y la parte media superior del río

Limarí (muestras L1, L2, L3, L4 y L5). El segundo grupo (G-2) corresponde al subsector

medio-final del estero El Ingenio (E3, E4, E5 y E6) y las muestras restantes

correspondientes a la parte media-baja del río Limarí (L6, L7, L8, L9 y L10). Con la

finalidad de obtener un análisis más detallado, se dividieron arbitrariamente los grupos

mencionados. Los subgrupos correspondientes al cluster G-1 fueron G-1.1 (color rojo) y

G-1.2 (color azul), en el caso del grupo G-2 (color verde) se consideró que no era necesario

subdividirlo, por lo que se mantuvo sin cambios. Como se puede apreciar, la composición

de cada grupo no se modifica entre las 2 campañas de muestreo.

En las Tablas 13 y 14 se observan los promedios de los parámetros de acuerdo a los

subgrupos resultantes (G-1.1, G-1.2 y G-2) para ambas campañas de muestreo.

Tabla 13: Promedios de los parámetros por subgrupos, 1° Campaña

Subgrupo

1°

Campaña

Promedio por Sub-Grupo

pH CE

S/cm

Ca

mg/l

Mg

mg/l

K

mg/l

Na

mg/l

HCO3

mg/l

Cl

mg/l

SO4

mg/l ²H

‰

18O

‰

222Rn

Bq/m3

G-1.1 7,35 735 69,2 21,4 4,8 59,2 245 61,4 157 -64,2 -7,99 11.064

G-1.2 8,34 546 50,1 12,8 5,4 51,3 158 48,0 118 -55,9 -6,52 603

G-2 7,70 2.503 174,0 72,3 12,2 267,1 269 518,7 462 -56,8 -6,96 4.247

Tabla 14: Promedios de los parámetros por subgrupos, 2° Campaña

Subgrupo

2°

Campaña

Promedio por Sub-Grupo

pH CE

S/cm

Ca

mg/l

Mg

mg/l

K

mg/l

Na

mg/l

HCO3

mg/l

Cl

mg/l

SO4

mg/l ²H

‰

18O

‰

222Rn

Bq/m3

G-1.1 7,23 753 50,5 18,1 17,9 60,0 247 78,3 151 -61,4 -7,78 10.796

G-1.2 8,24 507 36,0 11,0 6,8 35,7 138 50,7 89 -56,2 -7,09 361

G-2 7,58 2.748 188,1 87,4 26,5 226,8 267 645,6 496 -51,7 -6,52 3.804

Las similitudes entre ambas campañas se describen a continuación:

59

________________________________________________________________________________________




- El subgrupo G-1.1 está compuesto por muestras de aguas subterráneas (H3, G3, E1,

L2 y L4) y por sólo dos muestras de aguas superficiales (H2 y E2). Dentro de este

subgrupo, se observan los menores valores de pH, deuterio y oxígeno 18 y las

mayores actividades de 222

Rn del área de estudio.

- G-1.2 solamente incluye muestras de aguas superficiales (H1, G1, G2, L1, L3 y L5).

Presenta las más bajas concentraciones de CE, Ca, Mg, Na, HCO3, Cl, SO4 y 222

Rn,

y los mayores valores de pH.

- G-2 está compuesto por muestras tanto de aguas superficiales (E3, E4, E5, L7 y L9)

como aguas subterráneas (E6, L6, L8 y L10), todas pertenecientes al sector medio-

final del estero El Ingenio y zonas bajas del río Limarí. Presenta las mayores

concentraciones de CE, Ca, Mg, K, Na, HCO3, Cl y SO4, lo cual es consistente con

los análisis realizados anteriormente, puesto que en esta área se observaron, por

ejemplo, los diagramas de Stiff de mayor tamaño.

En cuanto a la distribución espacial de los grupos y subgrupos identificados en ambas

campañas, éstos se pueden observar en la Fig. 12, y se diferencian entre ellos con la

siguiente simbología: G-1.1 en cuadrados color rojo y G-1.2 triángulos en azul y los

círculos al grupo G-2 (de color verde).

Los resultados mostrados por el análisis de cluster muestran grandes similitudes con los

resultados de los análisis gráficos (diagramas de Piper y Stiff) puesto que con ambas

metodologías los puntos muestreados en el área se pueden agrupar de manera similar, aun

cuando el análisis de cluster incluye además de los parámetros químicos (iones mayores)

los parámetros de terreno (pH y CE) e isotópicos (deuterio, oxígeno 18 y radón 222).

Con esto, se reafirman los resultados obtenidos con las metodologías desarrolladas

anteriormente, que consideraban la información química e isotópica por separado, por lo

que se advierte una alta relación entre las aguas superficiales y subterráneas de las

agrupaciones encontradas.

60

________________________________________________________________________________________




Figura 12: Mapa distribución espacial de los clusters, 1° y 2° campaña.

Cuadrados en rojo representan el cluster G-1.1, los triángulos azules el G-1.2 y los círculos verdes el G-2.

En relación a los resultados obtenidos por Jofré (2011) y Morales (2012), quienes

igualmente utilizaron análisis de cluster para identificar áreas en la cuenca del Limarí que

presentaban aguas superficiales y subterráneas de características similares, los resultados

obtenidos en la presente memoria son consistentes en gran medida con dichos estudios, y

en especial la similitud observada en la distribución espacial de los clusters principales G-1

y G-2.

4.7 Discusión-comparación con mapas de conectividad

En el caso de los resultados entregados según los Mapas de Conectividad (Fig.13 tomado

de Salazar, 2012), se observa que los tramos 1, 2, 3, 4 y 5 (río Limarí) presentan

conectividad “alta”, mientras los tramos 6 y 7 (río Grande aguas abajo del embalse La

Paloma) presentan conectividad “media”.

61

________________________________________________________________________________________




En cuanto a los resultados obtenidos en la presente memoria (según el criterio definido

previamente en base a las diferencias porcentuales en la composición química y las señales

de 2H y

18O para evaluar la conectividad), como existían tres tipos de conectividad por

tramo, la conectividad final (resultado) se estableció eligiendo el tipo (“alta”, “media” o

“baja”) que se repitiera al menos 2 veces en el mismo tramo y en el caso de que los tres

fueran diferentes, se dejó como resultado final conectividad “media” (lo que se dio sólo 1

vez). Lo anterior se puede observar en la Tabla 15 y en los mapas de la Fig. 14.

Tabla 15: Conectividad (utilizando 2H, 18O y composición química) y resultados por campaña

1°campaña 2°campaña

Tramo 2H

18O

Química

(piper) Resultado

2H

18O

Química

(piper) Resultado

T1 alta alta alta alta media alta alta alta

T2 alta alta alta alta media alta alta alta

T3 alta media alta alta media alta alta alta

T4 alta alta alta alta alta alta alta alta

T5 media media alta media media alta alta alta

T6 nd nd nd nd nd nd nd nd

T7 media baja alta media alta alta alta alta



T10 nd nd nd nd nd nd nd nd

T11 baja baja alta baja alta media alta alta

nd: conectividad no determinable (debido a que no se disponía de las muestras de agua superficial y de agua

subterránea para realizar el análisis, según lo comentado en la sección 3.3.7)

62

________________________________________________________________________________________




Figura 13. Imagen Google Earth, nivel de conectividad por tramos (tomado de Salazar, 2012)

Figura 14: Resultados conectividad por tramos. 1° Campaña (panel A), 2° Campaña (panel B)

63

________________________________________________________________________________________




La Tabla 16 muestra un resumen con el tipo de conectividad resultante en ambos estudios:

Tabla 16: Comparación resultados de conectividad.

Campañas de Abril y Diciembre de 2011 y resultados del estudio de Salazar (2012)

Tramo 1° Campaña 2° Campaña Salazar (2012)

T1 alta alta alta

T2 alta alta alta

T3 alta alta alta

T4 alta alta alta

T5 media alta alta

T6 nd nd media

T7 media alta media

T8 alta alta nc

T9 alta alta nc

T10 nd nd nc

T11 baja alta nc

nd: conectividad no determinable (debido a que no se disponía de las muestras de agua superficial y de

agua subterránea para realizar el análisis, según lo comentado en la sección 3.3.7).

nc: tramo no considerado en el estudio

En términos generales, se observa que la mayoría de los tramos definidos evidenciaron una

conectividad alta. Los tramos cuyos resultados coincidieron con los del estudio de Salazar

(2012) fueron, en la primera campaña, T1, T2, T3 y T4 (conectividad “alta”) y T7

(conectividad “media”); y, en la segunda campaña, T1, T2, T3, T4 y T5 (conectividad

“alta”).

4.8 Mapas de distribución espacial y perfiles utilizando 222

Rn

En ambas campañas de muestreo, aguas superficiales y subterráneas se diferencian en gran

medida por sus actividades de 222

Rn, donde las actividades en las muestras de aguas

subterráneas son mucho mayores que las de las aguas superficiales. En este contexto, para

la campaña de Abril, el promedio general de las aguas subterráneas es del orden de los

11.100 Bq/m3, mientras que en las aguas superficiales es del orden de los 1.400 Bq/m

3. Por

64

________________________________________________________________________________________




otra parte, en la campaña de Diciembre, los promedios de aguas subterráneas y

superficiales son del orden de los 10.800 y 1.000 Bq/m3 respectivamente. Lo anterior se

puede observar en las Tablas 8 y 9 que muestran estadísticos descriptivos.

El punto G1 correspondiente al embalse La Paloma presenta la menor actividad de 222

Rn en

ambas campañas, y se encuentra en torno a los 80 Bq/m3 en la primera, mientras que en la

segunda campaña el valor es del orden de los 40 Bq/m3. Por otro lado, en aguas

subterráneas, el punto E1 (APR Recoleta en el estero El Ingenio) es el que registra la mayor

actividad de 222

Rn con un valor en torno a los 21.000 Bq/m3 en ambas campañas.

La Fig. 15 muestra la distribución que tiene las señales de radón en el área de estudio,

durante ambas campañas de muestreo.

Según los valores de las señales de radón en cada punto (Fig.15) y siguiendo los criterios de

Green and Stewart (2008), quienes establecen que actividades de 222

Rn mayores a

1.000 Bq/m3 en muestras de aguas superficiales pueden considerarse como indicador de

aporte reciente de agua subterránea al río; y de Baskaran et al. (2009) quienes señalan que

bajos valores de 222

Rn en aguas subterráneas pueden delatar infiltración desde el cauce

superficial hacia el acuífero y no el proceso inverso, se puede afirmar lo siguiente:

- Aguas superficiales: en las muestras L9 (ubicado en el sector de Barraza) y E2

(sector alto del estero El Ingenio), se observan altos valores en las actividades de

radón (del orden de los 2.300 Bq/m3 en L9 y sobre los 5.000 Bq/m

3 en E2), lo cual

ocurre en ambas campañas de muestreo. Similares son los casos de las muestras L3,

H2 y L7, donde se observan altos niveles de radón (sobre los 1.000 Bq/m3 en L3 y

L7, y en torno a los 5.000 Bq/m3 en H2) en al menos una de las dos campañas.

- Aguas subterráneas: en L2 y L6 las señales de radón son considerablemente

menores al promedio de las aguas subterráneas, lo cual podría indicar dos

situaciones: que los bajos niveles de 222

Rn se deben a las características geológicas

y litológicas del acuífero y no tendría relación con la interacción aguas

superficiales-aguas subterráneas o bien, la existencia de infiltración de agua desde el

río hacia el acuífero en ese sector. En todo caso, es importante señalar que esta

65

________________________________________________________________________________________




última interpretación es en general más cualitativa (y menos usada) que la del

proceso inverso, detectado por altos valores de 222

Rn en los ríos, comentada

previamente.

Figura 15: Mapa distribución espacial de 222Rn. 1° campaña (panel A), 2° campaña (panel B)

Otra forma de visualizar y diferenciar los valores de 222

Rn, es mediante el uso de perfiles

longitudinales, donde se puede interpretar de una mejor manera la interacción entre agua

superficial y subterránea (Baskaran et el., 2009). Así, una tendencia suave de la curva o

66

________________________________________________________________________________________




ausencia de “peak” indicaría una infiltración del río hacia el acuífero o nula interacción. Al

contrario, si la gráfica indica una curva muy marcada o con un “peak” muy pronunciado,

quiere decir que hay una exfiltración (aporte de agua subterránea al flujo superficial). Los

tramos utilizados para realizar este análisis fueron los correspondientes al río Grande y al

río Limarí. Dichos perfiles se pueden observar en la Fig.16 (nótese la escala logarítmica del

eje y).

Figura 16: Variación actividad de 222Rn en ríos Grande y Limarí.1° campaña (panel A), 2° campaña (panel B)

- -◊- - Aguas Superficiales - -♦- - Aguas Subterráneas

67

________________________________________________________________________________________




Los perfiles permiten confirmar lo discutido previamente con los mapas de radón, ya que se

observan picks en muestras de aguas superficiales (L3, L7 y L9) con valores que superan

los 1.000 Bq/m3en al menos una de las campañas.

Aplicando los resultados anteriores a los tramos definidos en el área de estudio, el tipo de

interacción se definió como “río ganando” cuando el acuífero está aportando agua al río y

como “río perdiendo” cuando el río está infiltrando agua hacia el acuífero (esto último

también se podía interpretar como nula interacción). Cabe especificar que en la 1° campaña

el tramo T5 (que incluye las muestras L1, L2 y L3), a pesar de que se encontraron bajos

niveles de 222

Rn (menores que 5.000 Bq/m3) en la muestra L2 de aguas subterráneas, se

definió la interacción del tramo como “río ganando” como consecuencia del alto valor de

222Rn encontrado en las aguas superficiales (muestra L3, con 1.201 Bq/m

3). Finalmente, en

la Tabla 17 se indica el tipo de interacción existente en cada tramo (1° y 2° campaña), junto

a los resultados de Salazar (2012).

Tabla 17: Tipo de interacción por tramo, análisis utilizando 222Rn

Tramo Subcuenca

Muestra(s) Tipo Interacción

Agua

Superficial

Agua

Subterránea 1° Campaña 2° Campaña Salazar (2012)

T1 Limarí L9 L10 río ganando río ganando río perdiendo

T2 Limarí L7 L8 nd río ganando río perdiendo

T3 Limarí L5 L6 río perdiendo/sin

interaccion

río perdiendo/sin

interacción río ganando

T4 Limarí L3 L4 río ganando nd río ganando

T5 Limarí L1 y L3 L2 río ganando río perdiendo/sin

interacción río ganando

T6 Grande - - nd nd río perdiendo

T7 Grande G1 y G2 G3 nd nd mixto río ganando-

perdiendo

T8 Hurtado H1 y H2 H3 río ganando nd nc

T9 El Ingenio E4 y E5 E6 nd nd nc

T10 El Ingenio E3 - nd nd nc

T11 El Ingenio E2 E1 río ganando río ganando nc

nd: interacción no determinada (debido a que según los criterios utilizados (Green and Stewart, 2008; Baskaran et al.,

2009) no se observaron en muestras de aguas superficiales/aguas subterráneas niveles altos/bajos de 222Rn,

respectivamente).

nc: tramo no considerado

68

________________________________________________________________________________________




En la Fig. 17, a modo de resumen, se incluyen los resultados de conectividad (“alta”,

“media” o “baja”) y de tipo de interacción (río “ganando” y río “perdiendo”).

Figura 17: Conectividad y tipo de interacción, 1° y 2° campaña (panel A y B respectivamente)

De acuerdo a lo expuesto en la Tabla 17 y la Fig. 17, para la 1° campaña, los tramos en que

el acuífero estaría aportando agua al río (río “ganando”) son T1 (parte baja del río Limarí),

69

________________________________________________________________________________________




T4, T5 (parte alta río Limarí), T8 (río Hurtado) y T11 (tramo inicial estero El Ingenio),

mientras que en el tramo T3 (zona media río Limarí) el resultado indicó que podría estar

infiltrando agua desde el río al acuífero (río “perdiendo”) o que existiría una interacción

mínima. En la 2° campaña, los tramos T1, T2 y T11 resultaron con interacción río

“ganando” y los tramos T3 y T5, río “perdiendo”.

Como se puede visualizar en la Tabla 17 solamente los tramos T4 y T5 (1° campaña)

presentan el mismo resultado en esta memoria y en la de Salazar (2012), mientras que para

los demás tramos no se observan coincidencias. Sin embargo es importante aclarar que en

el estudio de Salazar (2012) los resultados se obtuvieron evaluando las diferencias

“históricas” (promedios) entre la cota del nivel freático y la cota del cauce del río; luego se

entiende que es inherentemente complejo realizar comparaciones con resultados obtenidos

del análisis de información instantánea (campañas de muestreo) como es lo que se hace en

este trabajo.

4.9 Estimación de la contribución de agua subterránea al río

Para aplicar las diferentes metodologías descritas (utilizando las ecuaciones 3, 4, 5, 6 y 7

definidas en la sección 3.3.9) con las cuales se determina la contribución de agua desde el

acuífero al flujo superficial, la selección de los tramos a considerar para los cálculos fue

realizada de acuerdo al tipo de interacción resultante, mostrados en la Tabla 17. Es así

como los tramos (y muestras) incluidos en esta sección son sólo aquellos que presentaron

en este estudio un tipo de interacción “río ganando” (acuífero aporta agua al río), es decir,

T1, T4, T5, T8 y T11 (1° campaña) y T1, T2 y T11 (2° campaña).

En este sentido, es importante mencionar que para poder realizar la estimación de los

diferentes enfoques se requiere tramos de río que comienzan y finalizan en puntos de

muestreo, lo cual no siempre coincide exactamente con los tramos definidos previamente

(Fig. 4 y Tabla 4). Debido a lo anterior, no fue posible incluir el tramo T11 correspondiente

al sector inicial del estero El Ingenio, puesto que no se dispone de las muestras necesarias

70

________________________________________________________________________________________




para realizar el cálculo correctamente (no existe una muestra de agua superficial aguas

arriba, o cercana, a la muestra de agua subterránea, E1).

4.9.1 Enfoques basados en isótopos estables y Cl-

Los enfoques de Zhang et al. (2008) y Strauch et al. (2006) (ecuaciones 3 y 4) que se

aplicaron utilizando el 2H,

18O y Cl

- como trazadores, resultaron en general, poco

consistentes y por lo tanto inadecuados al ser aplicados en esta memoria, puesto que en

algunos casos resultaron valores negativos mientras que en otros los valores superaban el

100%, por lo cual no tiene sentido analizarlos. En este contexto, si bien se pudieron

encontrar algunas similitudes para la 1° campaña, por ejemplo en T1 se observan valores

entre 83% - 99% (enfoque de Strauch et al., 2006); T5 y T8 con valores entre 38% - 50% y

86% - 91% respectivamente (enfoque de Zhang et al., 2008), sin embargo existen otros

tramos donde los valores se encuentran en un rango demasiado amplio, como el caso de T8

(enfoque de Strauch et al., 2006) que presenta valores entre un 6% y 74%. Los valores

resultantes en ambas campañas se pueden observar en las Tablas 18 y 19 (en cursiva,

valores que resultaron negativos o mayores que 100%).

Tabla 18: Porcentaje de descarga de agua desde el acuífero al río por tramo (% Qg/Qr), al aplicar los enfoques

basados en isótopos estables y cloruro, 1° campaña

Tramo Enfoque de Zhang et al. (2008) Enfoque de Strauch et al. (2006)

2H

18O Cl

- 2

H 18

O

T1 > 100 > 100 26 99 83

T4 < 0 < 0 > 100 83 37

T5 38 43 50 86 21

T8 86 91 94 74 6

Tabla 19: Porcentaje de descarga de agua desde el acuífero al río por tramo (% Qg/Qr), al aplicar los enfoques

basados en isótopos estables y cloruro, 2° campaña

Tramo Enfoque de Zhang et al. (2008) Enfoque de Strauch et al. (2006)

2H

18O Cl

- 2H

18O

T1 85 > 100 43 > 100 91

T2 < 0 > 100 > 100 64 < 0

71

________________________________________________________________________________________




En el Anexo F se encuentra mayor información de los resultados de estos enfoques.

4.9.2 Enfoques basados en 222

Rn

Para la aplicación de las ecuaciones 5, 6 y 7, es necesario que las muestras de aguas

superficiales que se utilizan en los cálculos (en cada tramo) cumplan con la siguiente

condición: la actividad de 222

Rn de la muestra ubicada aguas abajo debe ser mayor que la de

la muestra ubicada aguas arriba en el tramo. Dicha condición tiene sentido por lo siguiente:

como la interacción en los tramos es catalogada como río “ganando” (evaluada en la

sección 4.8), se debe suponer que si ingresa agua subterránea (con altos niveles de 222

Rn) al

río en un tramo específico, entonces deberían aumentar los niveles de 222

Rn en el punto (del

tramo) ubicado aguas abajo. En las Tablas 20 y 21 se pueden observar los tramos con

interacción río “ganando” y la identificación de cada muestra, con su respectivo valor de

222Rn entre paréntesis (en negrita los valores mayores en cada tramo). Como se puede ver,

solamente el tramo T4 (que había resultado con interacción río “ganando”, por tener una de

sus muestras de agua superficial un valor de 222

Rn mayor a 1.000 Bq/m3, según lo

explicado en la sección 4.8) no cumple con la condición antes señalada, por lo que en su

caso no se aplicaron las ecuaciones correspondientes.

Tabla 20: Tramos con interacción río “ganando” y actividades de 222Rn

de las muestras de aguas superficiales que incluye, 1° campaña

tramo muestra (actividad de

222Rn Bq/m

3) de agua superficial en el tramo

aguas arriba aguas abajo

T1 L7(827) L9(2.386)

T4 L3(1.201) L5(442)

T5 L1(684) L3(1.201)

T8 H1(471) H2(5.252)

Tabla 21: Tramos con interacción río “ganando” y actividades de 222Rn

de las muestras de aguas superficiales que incluye, 2° campaña

tramo muestra (actividad de

222Rn Bq/m

3) de agua superficial en el tramo

aguas arriba aguas abajo

T1 L7(1.363) L9(2.271)

T2 L5(259) L7(1.363)

72

________________________________________________________________________________________




En las Tablas 22 y 23 se pueden observar los resultados equivalentes a los porcentajes de

aguas subterráneas que ingresan al río (% Qg/Qr) en cada campaña de muestreo, al aplicar

las metodologías de Stellato et al. (2008) y Cook et al. (2003) (ecuaciones 5, 6 y 7). En

estos casos se pueden observar resultados más consistentes (a diferencia de los enfoques

anteriores), especialmente en la 1° campaña. Los valores de interacción (% Qg/Qr)

máximos fueron estimados con el enfoque de Cook et al. (2003) y, en la campaña de Abril,

corresponden a 36% en la zona de Barraza (T1), 32% en el río Limarí a la altura de Ovalle

(T5) y 40% en río Hurtado (T8). Con respecto al aporte de agua subterránea al río en la

campaña de Diciembre, los valores máximos que se estimaron fueron 88% y 87% en la

parte baja del río Limarí (tramos T1 y T2, respectivamente). Los datos y valores utilizados

para estas metodologías se encuentran disponibles en el Anexo F.

Tabla 22: Porcentaje de descarga de agua desde el acuífero al río por tramo (%Qg/Qr), al aplicar los enfoques

basados en 222Rn, 1° campaña

Tramo Stellato et al. (2008) Cook et al. (2003)

% Qg/Qr % Qg/Qr

T1 23 36

T5 23 32

T8 33 40

Tabla 23: Porcentaje de descarga de agua desde el acuífero al río por tramo (%Qg/Qr), al aplicar los enfoques

basados en 222Rn, 2° campaña

Tramo Stellato et al. (2008) Cook et al. (2003)

% Qg/Qr % Qg/Qr

T1 30 88

T2 57 87

73

________________________________________________________________________________________




5. CONCLUSIONES

El comportamiento de los parámetros químicos (iones mayores) tuvo características

específicas en cada subcuenca. En general, se observaron en la parte alta de la zona de

estudio (subcuencas del río Grande y Hurtado y los tramos iniciales del río Limarí y estero

El Ingenio) las más bajas concentraciones y aguas tipo Ca-HCO3 y Ca-SO4; mientras que

las mayores concentraciones se observaron en la parte baja de la cuenca, específicamente

en la parte media-baja del río Limarí y los sectores medio y final del estero El Ingenio,

presentando, en su mayoría, aguas tipo Na-Cl. Lo anterior fue consistente con los valores

de conductividad eléctrica (mayores en las zonas bajas de la cuenca) y se observó en ambas

campañas de muestreo. Cuando se realizó el análisis general por subcuenca con los

diagramas de Piper, se observaron tanto en aguas superficiales como subterráneas el mismo

tipo de clasificación, lo cual apoya la hipótesis de interacción entre aguas superficiales y

subterráneas.

Existe un caso particular en el sector del estero El Ingenio donde se observaron los mayores

niveles de sulfato de toda el área de estudio (superiores a 1.000 mg/l en E3). Considerando

que en la zona operaba hasta hace algún tiempo la Cía. Minera Panulcillo, en la cual se

utilizaban piscinas de evaporación no revestidas para la disposición de las aguas de descarte

(soluciones producto del proceso de lixiviación-cementación del cobre), se infiere que la

causa de los altos contenidos de sulfato encontrados en el lugar se deben a la migración de

dichas soluciones, situación que ya había sido advertida en estudios anteriores realizados en

la cuenca.

Los parámetros químicos aluminio, arsénico, boro, cadmio, cobre, manganeso, silicio y

fosfato (en ambas campañas), además de hierro y nitrato en la segunda campaña,

presentaron en general valores bajo el límite de detección en la mayor parte de las muestras,

esto determinó que se trabajara principalmente con metodologías que incluían los iones

mayores, isótopos estables y 222

Rn en los análisis.

Con respecto al nitrato (NO3-), si bien no se consideró en el análisis multivariado por su

alto porcentaje de datos censurados en la 2° campaña, es importante mencionar que existen

74

________________________________________________________________________________________




muestras que presentan altas concentraciones en ambas campañas (superiores a 11 mg/l y

llegando hasta 62,7 mg/l) y corresponden principalmente a aguas subterráneas H3, E1, L4 y

L8 (en ambas campañas), además de algunas muestras de aguas superficiales (E3, E4 y L5

en la 1° campaña; L5 y L7 en la 2° campaña), dejando en evidencia el efecto de la actividad

agrícola en la cuenca, con la infiltración del agua de riego que contamina las aguas

especialmente del estero El Ingenio y río Limarí.

Para la información obtenida del análisis con isótopos estables (2H y

18O), se observa que

las señales de las muestras correspondientes a la subcuenca del río Hurtado, H2 de agua

superficial (ubicada a una altura de 255 m.s.n.m.) y H3 de agua subterránea (ubicada a 288

m.s.n.m.), son muy similares y las más empobrecidas en isótopos pesados dentro del área

de estudio; y a su vez, se encuentran relacionadas a la señal isotópica correspondiente al

sector de Tulahuén (987 m.s.n.m.), lo que lleva a concluir que ambas, H2 y H3,

corresponden a afloramientos de infiltraciones que se producen en zonas más altas. La

cercanía de las señales de ambas muestras (H2 y H3) estaría mostrando cierto grado de

interacción río-acuífero en ese sector del río Hurtado. Las demás muestras,

correspondientes al río Grande, estero El Ingenio y río Limarí, presentan señales isotópicas

más enriquecidas que las de río Hurtado, con muy baja dispersión, su ubicación con

respecto a las líneas meteóricas local y global indica un efecto combinado, con aporte de

aguas enriquecidas por efecto de los embalses, procesos de recarga local y afloramientos de

agua de riego infiltradas en la zona de terrazas y en la llanura aluvial del río. En general, se

concluye que la dinámica hidrológica del sistema es local y está fuertemente influenciada

por la evaporación en los embalses y durante el curso de los ríos por las condiciones

semiáridas de la zona; con la excepción de la zona de Hurtado como se explicó

anteriormente.

La identificación de zonas de la cuenca con características similares, al efectuar el análisis

de cluster, confirma los resultados obtenidos anteriormente. Dentro de los grupos

principales, el primero (G-1) incluye a la subcuenca del río Grande, Hurtado y sector inicial

del estero El Ingenio y río Limarí; y el segundo (G-2) incluye el tramo medio-final del

75

________________________________________________________________________________________




estero El Ingenio y zona baja del río Limarí. Estos clusters (G-1 y G-2) fueron idénticos en

ambas campañas, y además fueron consistentes con los resultados previos.

Con respecto a la conectividad resultante en cada tramo analizado, solamente en T6 y T10

no fue posible determinar el tipo de conectividad con el método usado. Para los demás

tramos, en la 1° campaña, la parte media-baja del río Limarí (T1, T2, T3, T4), río Hurtado

(T8) y el tramo final de El Ingenio (T9) presentaron conectividad “alta”; el tramo inicial

del río Limarí (T5) y tramo inicial río Grande (T7) presentaron conectividad “media” y el

tramo inicial de El Ingenio (T11) conectividad “baja”. En la 2° campaña todos los tramos

evaluados presentaron conectividad “alta”.

En relación al 222

Rn se pudo observar que las actividades en el río son considerablemente

menores que las medidas en aguas subterráneas. Los promedios en aguas superficiales no

superan los 1.500 Bq/m3, y en aguas subterráneas son del orden de los 11.000 Bq/m

3. De

acuerdo al análisis donde se evaluó la interacción en cada tramo definido, se pudo deducir

que estaría ingresando agua desde el acuífero al río (resultado de interacción río “ganando”)

en la zona de Barraza y sector medio-alto del río Limarí (T1, T4, T5), en río Hurtado (T8) y

en el tramo inicial estero El Ingenio (T11), esto para la campaña de Abril; en el caso de la

campaña de Diciembre, esto ocurre en el sector final del río Limarí (T1, T2) y en el estero

El Ingenio (T11).

Al cuantificar la proporción de agua subterránea que ingresa al flujo superficial (% Qg/Qr)

en los tramos con interacción río “ganando”, se observaron ciertas inconsistencias entre los

resultados obtenidos de los enfoques donde se utilizaron como trazadores los isótopos

estables y el cloruro. Diferente fue el caso de los enfoques basados en el uso del 222

Rn,

donde las estimaciones realizadas del % Qg/Qr corresponden, en la campaña de Abril a un

23% y 36% en el tramo final del río Limarí (T1), 23% y 32% en el tramo inicial del río

Limarí (T5) y 33% y 40% en el río Hurtado (T8). En cuanto a la campaña de Diciembre, se

observaron rangos más amplios en los resultados, donde los porcentajes de agua

subterránea que ingresa al río varían entre un 30% y 88% en T1 y 57% y 87% en T2

(ambos tramos correspondientes a la parte baja del río Limarí). De todas maneras, la

aplicación de los enfoques anteriores muestra el gran potencial de los trazadores isotópicos,

76

________________________________________________________________________________________




por lo que ciertamente nuevos estudios podrán aportar a un mejor conocimiento de la

interacción río-acuífero en la cuenca.

En resumen, los resultados entregados por cada una de las metodologías aplicadas en esta

memoria son consistentes y confirman la información previa en cuanto al alto grado de

conectividad de las aguas superficiales y subterráneas en la cuenca del Limarí. Para el caso

del tipo de interacción río-acuífero en los tramos definidos del área de estudio, la

metodología utilizada sólo permite determinar con certeza los sectores en que el río está

ganando agua desde el acuífero y los resultados obtenidos tienen algunas variaciones entre

ambas campañas, lo cual indica que existen factores estacionales que pueden afectar el tipo

de interacción en la cuenca por la variación de los niveles freáticos, los cuales pueden estar

determinados por factores naturales y antrópicos que influyen en la dinámica de las aguas

superficiales y subterráneas en la cuenca.

77

________________________________________________________________________________________




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81

________________________________________________________________________________________




ANEXOS

82

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A. Fotos proceso recolección de muestras

Figura A-1: Colector de lluvia instalado en la

localidad de Las Ramadas

Figura A-3: Toma de muestra Agua Superficial

Figura A-2: Toma de muestra Agua Subterránea

Figura A-4: Medición parámetros terreno

83

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B. Base de datos

Tabla B-1: Datos Agua Superficial y Subterránea - 1° Campaña, Abril de 2011

ID Nombre Coordenadas (UTM) Altura

Fecha Tipo de muestra

Norte Este m.s..n.m. A.Superficial A.Subterránea

H1 Embalse Recoleta 6624329 298974 376 13 Abril 2011 x

H2 Río Hurtado Villaseca 6617065 293553 255 13 Abril 2011 x

H3 APR Villaseca 6617488 293741 288 6 Abril 2011

x

G1 Río Grande Embalse La Paloma 6602373 304892 317 13 Abril 2011 x

G2 Río Grande El Guindo 6606953 298204 270 13 Abril 2011 x

G3 APR El Guindo 6607296 298327 280 6 Abril 2011

x

E1 APR Recoleta 6623568 293943 301 6 Abril 2011

x

E2 Estero El Ingenio antes Panulcillo 6619062 292034 272 14 Abril 2011 x

E3 Estero El Ingenio después Panulcillo 6616189 289732 244 14 Abril 2011 x

E4 Estero El Ingenio en Baden 6608944 281502 161 14 Abril 2011 x

E5 Estero El Ingenio cruce Sn. Julián El Trapiche 6608986 276838 121 13 Abril 2011 x

E6 APR El Trapiche 6609064 276942 118 6 Abril 2011

x

L1 Río Limarí Los Peñones 6613514 291866 207 13 Abril 2011 x

L2 Aguas del Valle 6613456 291744 219 20 Abril 2011

x

L3 Río Limarí Puente La Chimba 6609880 287018 185 13 Abril 2011 x

L4 APR Limarí 6607688 280633 155 20 Abril 2011

x

L5 Río Limarí Cruce Sn. Julián El Trapiche 6608648 276748 115 13 Abril 2011 x

L6 APR San Julián 6608113 275647 128 6 Abril 2011

x

L7 Río Limarí, cruce Los Aromos 6609057 269788 87 14 Abril 2011 x

L8 APR Cerrilos Tamaya 6610288 268737 83 20 Abril 2011

x

L9 Río Limarí, Barraza 6606140 262081 37 14 Abril 2011 x

L10 APR Barraza 6605799 261532 46 20 Abril 2011 x

84

________________________________________________________________________________________



Parámetros Terreno

DO mg/l pH pH mV T °C P mmHg MΩ cm CE μS/cm CE mS/cmA TDS mg/l SAL PSU OPR mV DO %

6,2 8,2 -89,3 14,7 731,8 0,0021 471 0,423 235 0,26 -41,7 62,7

7,7 7,5 -39,8 13,2 742,9 0,0013 745 0,649 373 0,41 -42,9 75,7

3,4 7,0 -4,2 11,8 739,5 0,0014 730 0,617 365 0,41 -45,5 31,1

9,7 8,2 -93,4 14,7 736,0 0,0030 336 0,302 168 0,18 -38,2 100,0

7,5 8,3 -99,8 12,4 740,6 0,0028 358 0,306 179 0,20 -37,7 69,2

4,8 7,3 -24,1 14,1 738,7 0,0017 580 0,515 290 0,32 -20,1 47,7

6,2 7,5 -40,9 15,5 734,8 0,0015 741 0,625 342 0,38 -65,6 64,9

4,0 7,6 -53,5 9,0 739,3 0,0014 739 0,584 370 0,42 -50,7 33,6

3,9 7,4 -49,7 9,0 740,9 0,0004 2.337 1,850 1.169 1,38 -37,4 32,5

10,0 8,2 -102,7 13,4 749,1 0,0004 2.743 2,399 1.372 1,62 -25,7 95,0

11,9 8,2 -81,6 15,8 752,5 0,0003 2.939 2,707 1.469 1,73 -35,4 122,4

2,7 7,2 -21,7 13,9 751,2 0,0006 1.749 1,547 875 1,01 -48,5 24,9

8,5 8,2 -83,7 13,3 744,0 0,0020 488 0,427 244 0,27 -50,0 83,0

4,1 7,4 -26,8 13,3 743,1 0,0015 683 0,596 342 0,38 -82,8 39,5

7,3 8,1 -74,9 15,8 743,0 0,0018 559 0,514 279 0,30 -38,0 72,7

2,5 7,1 -9,7 13,9 749,3 0,0011 930 0,822 465 0,52 -82,3 24,4

17,3 9,1 -135,5 19,8 752,4 0,0009 1.061 1,057 530 0,59 -38,9 189,1

5,0 7,6 -40,1 13,7 751,7 0,0007 1.437 1,265 719 0,82 -69,6 49,5

12,0 8,3 -101,3 14,4 755,0 0,0004 2.306 2,055 1.153 1,34 -25,4 120,0

2,3 7,2 -11,9 14,1 755,5 0,0003 3.647 3,234 1.823 2,18 -67,1 21,7

13,9 7,8 -76,7 16,4 759,4 0,0004 2.517 2,338 1.256 1,46 -28,5 142,9

3,4 7,3 -16,4 14,5 758,6 0,0003 2.856 2,556 1.429 1,68 -84,7 31,6

- PSU: Escala práctica de salinidad ampliada

- Números en cursiva (en las columnas correspondientes a DO mg/l y DO %) indican valores no considerados en análisis estadístico descriptivo, por considerarse que en su

medición hubo error del instrumento.

85

________________________________________________________________________________________



Parámetros Químicos (mg/l)

Al As B Cd Ca Cu Fe Mg Mn K Si Na Zn HCO3 Cl PO4 NO3 SO4

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 61,8 0,110 0,200 11,8 < 0,02 5,6 < 0,1 24,9 0,155 150 2 < 0,3 4,1 149

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 91,8 < 0,01 0,110 17,8 < 0,02 3,7 < 0,1 50,0 0,079 230 50 < 0,3 7,2 205

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 100,0 < 0,01 0,190 17,4 < 0,02 2,9

34,9 0,092 225 53 2,50 11,9 177

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 28,6 < 0,01 0,090 9,4 < 0,02 4,4 < 0,1 20,4 0,084 125 28 2,4 4,1 81

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 36,3 0,010 0,110 10,6 < 0,02 4,0 < 0,1 23,8 0,092 120 25 < 0,3 3,4 104

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 68,9 < 0,01 < 0,05 15,7 < 0,02 3,6

38,4 0,092 225 43 2,00 8,4 109

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 43,4 < 0,01 < 0,05 32,9 < 0,02 6,7

65,0 0,076 240 67 2,50 26,1 207

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 44,2 < 0,01 0,060 31,5 0,030 5,6 < 0,1 79,8 0,073 265 82 < 0,3 4,7 124

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 292,0 < 0,01 0,140 83,6 < 0,02 15,1 < 0,1 118,0 0,088 170 184 < 0,3 4,4 1.227

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 138,0 < 0,01 0,120 89,3 0,050 12,4 < 0,1 335,0 0,092 280 581 < 0,3 11,9 471

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 173,0 < 0,01 0,100 94,2 0,030 13,1 < 0,1 334,0 0,087 285 695 < 0,3 14,5 460

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 132,0 < 0,01 0,210 55,2 2,020 7,9

208,0 0,048 325 340 1,70 3,8 269

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 47,2 0,010 0,270 12,4 < 0,02 4,3 < 0,1 39,7 0,094 200 35 < 0,3 4,8 98

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 57,8 < 0,01 0,310 14,1 < 0,02 4,2 < 0,1 53,9 0,083 225 57 < 0,3 5,3 132

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 44,7 < 0,01 0,110 12,9 < 0,02 3,2 < 0,1 58,8 0,076 215 46 < 0,3 3,9 109

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 78,5 < 0,01 0,070 20,7 < 0,02 6,7 < 0,1 92,5 0,075 305 78 < 0,3 24,0 145

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 82,2 0,010 0,140 19,7 0,020 11,0 < 0,1 140,0 0,088 135 152 < 0,3 25,0 167

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 132,0 < 0,01 0,080 28,6 1,080 6,2

171,0 0,072 270 259 3,00 5,0 225

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 140,0 0,010 0,170 56,3 0,030 10,9 < 0,1 277,0 0,077 245 521 < 0,3 8,9 327

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 236,0 < 0,01 0,080 110,0 < 0,02 15,7 < 0,1 368,0 0,095 350 851 < 0,3 15,9 470

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 145,0 < 0,01 0,110 64,9 < 0,02 12,4 < 0,1 291,0 0,091 210 606 < 0,3 4,6 341

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 178,0 < 0,01 0,130 68,4 < 0,02 15,7 < 0,1 302,0 0,203 290 631 < 0,3 4,1 367

<: Indica bajo el límite de detección

86

________________________________________________________________________________________



Parámetros Isotópicos

²H °/ₒ o18

O °/ₒ o222

Rn Bq/m3

-59,3 -6,58 471

-72,1 -9,02 5.252

-74,2 -9,25 15.708

-51,8 -6,02 86

-53,4 -6,03 732

-62,1 -7,70 7.723

-52,4 -6,85 21.140

-65,4 -8,30 5.020

-61,3 -7,66 221

-58,6 -7,33 827

-57,0 -6,98 590

-59,5 -7,22 8.954

-56,4 -6,65 684

-61,1 -7,46 4.870

-58,2 -7,00 1.201

-62,2 -7,36 17.736

-56,2 -6,84 442

-59,4 -7,59 2.993

-55,5 -6,76 827

-54,3 -6,64 10.513

-52,6 -6,17 2.386

-52,6 -6,27 10.912

87

________________________________________________________________________________________



Tabla B-2: Datos Agua Superficial y Subterránea -2° Campaña, Diciembre 2011

ID Nombre Coordenadas (UTM) Altura

Fecha Tipo de muestra

Norte Este m.s..n.m. A.Superficial A.Subterránea

H1 Embalse Recoleta 6624329 298974 376 30 Noviembre 2011 x

H2 Río Hurtado Villaseca 6617065 293553 255 30 Noviembre 2011 x

H3 APR Villaseca 6617488 293741 288 7 Diciembre 2011

x

G1 Río Grande Embalse La Paloma 6602373 304892 317 30 Noviembre 2011 x

G2 Río Grande El Guindo 6606953 298204 270 30 Noviembre 2011 x

G3 APR El Guindo 6607296 298327 280 7 Diciembre 2011

x

E1 APR Recoleta 6623568 293943 301 7 Diciembre 2011

x

E2 Estero El Ingenio antes Panulcillo 6619062 292034 272 1 Diciembre 2011 x

E3 Estero El Ingenio después Panulcillo 6616189 289732 244 1 Diciembre 2011 x

E4 Estero El Ingenio en Baden 6608944 281502 161 1 Diciembre 2011 x

E5 Estero El Ingenio cruce Sn. Julián El Trapiche 6608986 276838 121 30 Noviembre 2011 x

E6 APR El Trapiche 6609064 276942 118 14 Diciembre 2011

x

L1 Río Limarí Los Peñones 6613514 291866 207 30 Noviembre 2011 x

L2 Aguas del Valle 6613456 291744 219 7 Diciembre 2011

x

L3 Río Limarí Puente La Chimba 6609880 287018 185 30 Noviembre 2011 x

L4 APR Limarí 6607688 280633 155 7 Diciembre 2011

x

L5 Río Limarí Cruce Sn. Julián El Trapiche 6608648 276748 115 30 Noviembre 2011 x

L6 APR San Julián 6608113 275647 128 14 Diciembre 2011

x

L7 Río Limarí, cruce Los Aromos 6609057 269788 87 1 Diciembre 2011 x

L8 APR Cerrilos Tamaya 6610288 268737 83 14 Diciembre 2011

x

L9 Río Limarí, Barraza 6606140 262081 37 1 Diciembre 2011 x

L10 APR Barraza 6605799 261532 46 14 Diciembre 2011 x

88

________________________________________________________________________________________



Parámetros Terreno

DO mg/l pH pH mV T °C P mmHg MΩ cm CE μS/cm CE mS/cmA TDS mg/l SAL PSU OPR mV DO %

9,0 8,2 -87,2 13,5 729,3 0,0021 484 0,423 242 0,26 -20,1 74,0

8,3 7,9 -78,2 12,3 739,9 0,0014 694 0,598 347 0,38 -10,2 77,6

10,7 6,8 1,0 13,9 740,2 0,0015 673 0,595 337 0,37 12,2 103,6

10,5 8,1 -76,0 10,4 733,5 0,0029 340 0,278 170 0,19 -10,8 99,6

7,2 8,0 -77,5 11,1 738,0 0,0028 358 0,298 179 0,2 -8,5 65,1

6,8 6,9 -10,1 12,0 740,4 0,0014 705 0,598 353 0,39 16,3 60,7

5,4 7,3 -37,9 13,4 736,2 0,0014 729 0,638 365 0,4 15,7 51,1

5,3 7,3 -38,9 9,4 738,2 0,0011 937 0,749 469 0,55 11,6 43,3

4,6 7,4 -41,2 10,4 740,9 0,0004 2.255 1,866 1.127 1,3 14,3 43,3

8,9 8,3 -87,3 14,8 749,0 0,0004 2.679 2,400 1.340 1,57 12,3 91,0

14,4 8,1 -79,2 15,1 749,8 0,0003 3.094 2,807 1.547 1,83 12,1 146,9

5,2 6,9 -6,0 10,2 749,8 0,0003 3.135 2,560 1.569 1,88 7,6 48,5

10,3 8,4 -93,7 14,6 742,5 0,0023 441 0,400 221 0,24 -7,2 103,0

9,0 7,5 37,5 13,2 743,9 0,0018 557 0,485 279 0,31 16,1 60,0

6,5 8,1 -79,4 16,3 745,6 0,0020 493 0,458 247 0,27 9,1 65,6

4,6 6,9 -13,9 11,5 750,0 0,0010 973 0,815 486 0,55 18,14 44,3

11,8 8,7 -112,3 18,3 750,4 0,0011 923 0,893 462 0,51 8,1 128,5

13,6 7,5 -40,5 9,7 751,1 0,0006 1.641 1,320 820 0,95 -4,6 147,0

9,4 8,4 -93,5 14,2 755,4 0,0004 2.329 2,076 1.166 1,36 14 93,4

6,6 7,0 -13,9 9,8 755,0 0,0003 3.537 2,860 1.775 2,15 -2,4 60,4

9,2 7,8 -64,1 14,6 759,0 0,0003 2.993 2,687 1.497 1,77 17,5 101,1

6,0 7,0 -10,9 9,9 758,3 0,0003 3.065 2,480 1.536 1,84 -7,1 53,5

- PSU: Escala práctica de salinidad ampliada

- Números en cursiva (en las columnas correspondientes a DO mg/l y DO %) indican valores no considerados en análisis estadístico descriptivo por considerarse que en su

medición hubo error del instrumento.

89

________________________________________________________________________________________



Parámetros Químicos (mg/l)

Al As B Cd Ca Cu Fe Mg Mn K Si Na Zn HCO3 Cl PO4 NO3 SO4

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 42,6 0,01 < 0,05 10,5 < 0,02 7,5 < 0,1 22,6 0,098 125 28 < 0,1 < 0,1 127

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 59 < 0,01 < 0,05 14,5 < 0,02 4,8 < 0,1 40,5 0,037 210 57 < 0,1 8,9 160

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 54,5 0,02 0,07 11,3 < 0,02 14,3 < 0,1 35,5 0,064 205 64 < 0,1 14,6 157

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 23,2 0,03 0,05 8,6 < 0,02 5,6 < 0,1 19 0,075 150 32 < 0,1 < 0,1 54

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 26 < 0,01 < 0,05 9,2 0,14 5 < 0,1 19,9 0,094 125 25 < 0,1 < 0,1 55

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 54,5 0,02 0,14 13,9 0,14 19,5 < 0,1 44,7 0,067 245 57 < 0,1 5,7 137

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 32,8 0,02 0,1 25,1 < 0,02 33,9 < 0,1 73,6 0,038 270 82 < 0,1 32,7 140

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 51,3 < 0,01 < 0,05 35,4 < 0,02 7,5 < 0,1 83 0,039 305 128 < 0,1 < 0,1 200

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 162 < 0,01 < 0,05 83,3 < 0,02 9,4 < 0,1 98,2 0,06 185 202 < 0,1 < 0,1 1.078

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 118 < 0,01 < 0,05 74,5 < 0,02 15,4 < 0,1 223 0,063 205 610 < 0,1 < 0,1 480

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 137 < 0,01 0,05 75,5 < 0,02 15,1 < 0,1 251 0,061 245 762 < 0,1 14,5 454

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 285 < 0,01 0,17 125 1,63 44,3 < 0,1 259 0,047 350 734 < 0,1 < 0,1 514

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 32,2 < 0,01 < 0,05 10,3 < 0,02 4,9 < 0,1 29,2 0,077 135 35 < 0,1 < 0,1 72

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 40,9 0,02 0,1 9,9 < 0,02 18,1 < 0,1 46 0,044 195 57 < 0,1 < 0,1 108

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 34,6 < 0,01 0,08 11 < 0,02 5 < 0,1 36,3 0,073 180 39 < 0,1 < 0,1 79

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 60,4 0,03 0,08 16,5 < 0,02 26,9 < 0,1 96,7 0,052 300 103 < 0,1 62,7 158

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 57,5 < 0,01 0,13 16,2 < 0,02 12,6 < 0,1 87,3 0,057 115 145 < 0,1 24,6 148

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 188 < 0,01 0,11 41,6 0,32 27,9 < 0,1 182 0,052 330 333 < 0,1 < 0,1 244

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 117 < 0,01 < 0,05 45,7 < 0,02 12 < 0,1 221 0,053 205 549 < 0,1 22,3 350

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 278 < 0,01 0,15 157 < 0,02 49,6 < 0,1 293 0,066 355 1.060 < 0,1 13,9 476

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 138 < 0,01 0,13 63,9 < 0,02 14 < 0,1 247 0,063 215 769 < 0,1 2,8 431

< 0,25 < 0,005 < 0,4 < 0,005 270 < 0,01 0,08 120 < 0,02 50,5 < 0,1 267 0,047 315 791 < 0,1 < 0,1 435

<: Indica bajo el límite de detección

90

________________________________________________________________________________________



Parámetros Isotópicos

²H °/ₒ o18

O °/ₒ o222

Rn Bq/m3

-59,9 -7,03 259

-70,3 -8,69 657

-71,0 -8,92 15.971

-56,8 -7,16 47

-57,6 -7,06 476

-59,2 -7,52 13.305

-53,8 -7,12 20.811

-57,3 -7,97 5.922

-54,1 -7,36 134

-51,9 -6,51 609

-51,3 -7,21 826

-55,2 -6,68 8.286

-55,9 -7,09 739

-60,9 -7,20 2.731

-53,5 -6,98 388

-57,2 -7,05 16.174

-53,5 -7,22 259

-58,4 -7,10 2.380

-50,1 -6,27 1.363

-46,0 -5,92 7.449

-46,6 -5,85 2.271

-51,5 -5,75 10.914

91

________________________________________________________________________________________




Tabla B-3: Datos de terreno: caudal, velocidad, temperatura, ancho de la superficie del río y tirante

(mediciones y promedio calculado), 1° campaña

Punto Q V T ancho mediciones (tirante) h promedio

m3/s m/s °C m cm h (m)

H2 0,177 0,42 13,2 4,5 12 9 9 12 12 11 9 10 5 5 0,09

L1 0,229 0,15 13,3 3,5 45 51 51 51 48 41 40 35 30

0,44

L3 - - 15,8 - -

-

L5 0,238 0,18 19,8 14 5 6 6 8 8 7 8 10 10 9 15 17 17 7 0,10

L7 0,117 0,16 14,4 3 15 17 30 33 21 32 28 23 22

0,25

L9 0,077 0,21 16,4 1,5 23 28 28 27 25 27 24 22 18 0,25

Tabla B-4: Datos de terreno: caudal, velocidad, temperatura, ancho de la superficie del río y tirante

(mediciones y promedio calculado), 2° campaña

Punto Q V T ancho mediciones (tirante) h promedio

m3/s m/s °C m cm h (m)

H2 0,025 0,08 12,3 3,5 16 6 15 7 10 8 8 6 8 5 0,09

L1 1,085 0,31 14,6 9,4 20 33 42 40 50 43 39 41 40 28

0,38

L3 - - 16,3 -

-

L5 0,299 0,21 18,3 10 10 17 10 20 10 17 12 15 16

0,14

L7 - 0,12 14,2 -

-

L9 - - 14,6 -

-

Tabla B-5: Ubicación estaciones de aguas lluvias (colectores)

Estación Norte

UTM

Este

UTM

Altura

m.s.n.m.

Carretera 6614319 260800 214

La Paloma 6602501 304970 335

Tulahuén 6572954 331025 987

Las Ramadas 6567449 348782 1.380

92

________________________________________________________________________________________




Tabla B-6: Resultados análisis isotópico muestras de agua lluvia

Fecha Estación o/oo

2H

o/oo

18 O

30/06/2011 Las Ramadas -75,7 -11,37

30/06/2011 Tulahuén -62,5 -9,56

30/06/2011 La Paloma -41,7 -7,71

30/06/2011 Carretera -24,9 -5,61

30/07/2011 Tulahuén -90,7 -12,81

30/07/2011 La Paloma -64,8 -9,59

30/07/2011 Carretera -30,0 -5,20

28/12/2011 Las Ramadas -69,1 -10,03

28/12/2011 Tulahuén -48,1 -7,33

28/12/2011 La Paloma -34,2 -6,17

28/12/2011 Carretera -45,8 -7,41

Tabla B-7: Agua caída en meses de campañas – Datos de estaciones disponibles (DGA)

Estación meses Precipitación total

mensual (mm) Total (mm)

Tulahuén

junio 2011 172,7

215,5 julio 2011 25,5

agosto a diciembre 2011 17,3

La Paloma

junio 2011 156,3

203,9 julio 2011 35,6

agosto a diciembre 2011 12

junio 2011 152,6

Ovalle julio 2011 32,5 189,7

agosto a diciembre 2011 4,6

93

________________________________________________________________________________________




Tabla B-8: Concentraciones por subcuenca del área de estudio

1° Campaña Subcuencas (N) Concentraciones Promedio (mg/l)

Ca Mg Na K HCO3 SO4 Cl

Aguas

Subterráneas

Estero El Ingenio (2) 87,7 44,1 136,5 7,3 283 238 204

Río Hurtado (1) 100,0 17,4 34,9 2,9 225 177 53

Río Grande (1) 68,9 15,7 38,4 3,6 225 109 43

Río Limarí (5) 136,5 48,4 197,5 9,7 288 268 375

Aguas

Superficiales


Río Hurtado (2) 76,8 14,8 37,5 4,7 190 177 26

Río Grande (2) 32,5 10,0 22,1 4,2 123 93 27

Río Limarí (5) 91,8 33,2 161,3 8,4 201 208 272

2° Campaña Subcuencas (N) Concentraciones Promedio (mg/l)

Ca Mg Na K HCO3 SO4 Cl

Aguas

Subterráneas


Río Hurtado (1) 54,5 11,3 35,5 14,3 205 157 64

Río Grande (1) 54,5 13,9 44,7 19,5 245 137 57

Río Limarí (5) 167,5 69,0 176,9 34,6 299 284 469

Aguas

Superficiales


Río Hurtado (2) 50,8 12,5 31,6 6,2 168 144 43

Río Grande (2) 24,6 8,9 19,5 5,3 138 55 29

Río Limarí (5) 75,9 29,4 124,2 9,7 170 216 307

N: Número de muestras por subcuenca

94

________________________________________________________________________________________




C. Definición de clases para mapas de 222

Rn

La definición de intervalos (clases) utilizados en la distribución espacial de las actividades

de 222

Rn fue la siguiente:

Figura C-1: Intervalos de 222Rn

Para determinar los valores extremos de cada una de las clases, se realizó el procedimiento

que se describe a continuación:

1° A los valores mínimo y máximo (ambas campañas en conjunto) se les aplicó una

transformación logarítmica

Valor mínimo (Vmin): 47 Bq/m3 Log(Vmin) = Log 47 = 1,67

Valor máximo (Vmax): 21140 Bq/m3 Log(Vmax) = Log 21.140 = 4,33

La diferencia entre ambos valores (en logaritmo) corresponde al rango total (R):

R = Log(Vmax) – Log(Vmin)

R = 4,33-1,67 = 2,65

2° Como se definieron 4 intervalos (arbitrariamente), el valor del rango de cada intervalo

(I) se calcula como el rango total dividido por 4:

I = R/4

I = (2,65 / 4) = 0,66

95

________________________________________________________________________________________




3° Para determinar los valores extremos de cada intervalo definido, se realizó el cálculo

comenzando con el valor máximo (Log(Vmax)) y restando cada vez el valor del rango de

cada intervalo (I):

Log(Vmax) - I : 4,33 – 0,66 = 3,66

3,66 – 0,66 = 2,99

2,99 – 0,66 = 2,34

2,34 – 0,66 = 1,67

4° Finalmente, se aplica antilogaritmo a cada valor anterior para obtenerlo en la unidad

requerida (Bq/m3), y arbitrariamente, se establece un valor aproximado al calculado como

valor extremo de cada intervalo (mostrados en la Fig. C-1)

Antilog 4,33 = 21.134 (se aproxima a 22.000)

Antilog 3,66 = 4.592 (se aproxima a 5.000)

Antilog 2,99 = 998 (se aproxima a 1.000)

Antilog 2,34 = 216 (se aproxima a 200)

Antilog 1,67 = 47 (se aproxima a 40)

96

________________________________________________________________________________________




D. Análisis de normalidad

Para realizar el análisis de normalidad, se utilizó el programa Minitab 15. Las siguientes

figuras corresponden a capturas al ejecutar el programa y seleccionar gráfica de

probabilidad:

Figura D-1: Selección de gráfica de probabilidad en programa Minitab 15

Figura D-2: Cuadro de diálogo, selección de distribución a evaluar

La Fig. D-3 muestra la gráfica de salida del programa (al seleccionar la distribución

“Normal”, como se muestra en la Fig. D-2), para el parámetro calcio (2° campaña).

97

________________________________________________________________________________________




4003002001000-100-200

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Ca

Po

rce

nta

je

Media 102,8

Desv.Est. 85,29

N 22

AD 1,632

Valor P <0,005

Gráfica de probabilidad de CaNormal - 95% de IC

Figura D-3: Gráfica de probabilidad normal (ejemplo para el calcio, 2°campaña), salida programa Minitab 15.

Se destaca con la elipse roja los valores “AD” (Anderson-Darling) y valor “P”.

Una vez realizadas las gráficas de probabilidad normal para todos los parámetros (en ambas

campañas), los resultados se muestran en las columnas 2 y 3 de las Tablas D-1 y D-2

(columnas correspondientes a “AD” y valor “P”). Aquellos parámetros que resultaron tener

el valor “P” mayor que “ ” (0,05) son los que se ajustaron a la distribución normal y no fue

necesario realizar transformación logarítmica. En los casos en que los valores “P”

resultaron menor a 0,05, se evaluó el ajuste a la distribución lognormal (columnas 4 y 5 de

las Tablas D-1 y D-2), en este caso, el criterio para utilizar el parámetro en el análisis

multivariado fue el siguiente: si simultáneamente ocurre que el valor de “AD” (Anderson-

Darling) disminuye y “P” aumenta (con respecto a los valores de “AD” y “P” resultantes de

la gráfica de probabilidad normal), el parámetro fue seleccionado para el análisis

multivariado (utilizando el ajuste lognormal).

98

________________________________________________________________________________________




Tabla D-1: Resultados test Anderson Darling (1° campaña)

Parámetro

Gráfica de probabilidad

normal


lognormal mejor ajuste

AD valor P AD valor P

pH 0,772 0,04 0,737 0,05 lognormal

CE 1,386 < 0,005 0,693 0,06 lognormal

Ca 0,756 0,04 0,286 0,59 lognormal

Mg 1,437 < 0,005 0,712 0,05 lognormal

K 1,077 0,01 0,624 0,09 lognormal

Na 1,395 < 0,005 0,522 0,16 lognormal

Zn 2,916 < 0,005 1,861 < 0,005 -

HCO3 0,247 0,72

normal

Cl 1,991 < 0,005 0,588 0,11 lognormal

SO4 2,074 < 0,005 0,406 0,32 lognormal

2H 0,702 0,06

normal

18O 0,351 0,16

normal

222Rn 1,576 < 0,005 0,472 0,22 lognormal

Tabla D-2: Resultados test Anderson Darling (2° campaña)

Parámetro


normal


lognormal mejor ajuste

AD valor P AD valor P

pH 0,578 0,12

normal

CE 1,618 < 0,005 0,889 0,02 lognormal

Ca 1,632 < 0,005 0,618 0,09 lognormal

Mg 1,701 < 0,005 0,907 0,02 lognormal

K 1,347 < 0,005 0,384 0,37 lognormal

Na 1,485 < 0,005 0,715 0,05 lognormal

Zn 0,333 0,48

normal

HCO3 0,421 0,30

normal

Cl 2,091 < 0,005 0,833 0,03 lognormal

SO4 1,436 < 0,005 0,466 0,23 lognormal

2H 0,615 0,10

normal

18O 0,913 0,02 0,869 0,02 lognormal

222Rn 2,027 < 0,005 0,378 0,38 lognormal

99

________________________________________________________________________________________




Como se puede observar en la Tabla D-1, para el caso del Zn, ocurre que el valor de “P” no

aumenta al aplicar la transformación logarítmica, siendo aun muy pequeño (< 0,005). En

las siguientes figuras, se muestran las gráficas de probabilidad normal y lognormal para

este caso particular, donde se puede observar además los valores de “AD” y “P” mostrados

en la Tabla D-1.

0,200,150,100,050,00

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Zn

Po

rce

nta

je

Media 0,09145

Desv.Est. 0,03116

N 22

AD 2,916

Valor P <0,005

Gráfica de probabilidad de ZnNormal - 95% de IC

Figura D-3: Gráfica de probabilidad normal para el Zn, 1° Campaña

0,20

0,15

0,10

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Zn

Po

rce

nta

je

Ubic. -2,433

Escala 0,2747

N 22

AD 1,861

Valor P <0,005

Gráfica de probabilidad de ZnLognormal - 95% de IC

Figura D-4: Gráfica de probabilidad lognormal para el Zn, 1° campaña

100

________________________________________________________________________________________




Observando las gráficas de probabilidad (Fig. D-3 y D-4), claramente en la 1° campaña no

se logra mejorar de manera importante el ajuste del parámetro, y si bien el valor de “AD”

disminuye en algún grado, el valor de “P” sigue siendo menor que 0,005. Por esta razón y

como se requería trabajar con los mismos parámetros en ambas campañas de muestreo, el

Zn fue excluido del análisis multivariado.

101

________________________________________________________________________________________




E. Análisis de cluster

Salida (output) programa minitab 15, al realizar el análisis de cluster:

Resultados para: 1° Campaña Análisis de observaciones de conglomerado: pH. CE. Ca. Mg. K. Na. HCO3. Cl. ... Variables estandarizadas, Distancia euclediana, Enlace de Ward

Pasos de amalgamación

Número Número de

de Nivel de Nivel de Grupos Nuevo obs. en el

Paso grupos semejanzal distancia incorporados grupo grupo nuevo

1 21 92,521 0,6778 13 16 13 2

2 20 90,875 0,8270 3 22 3 2

3 19 88,891 1,0068 10 11 10 2

4 18 84,319 1,4212 19 20 19 2

5 17 84,066 1,4441 2 7 2 2

6 16 83,097 1,5320 8 9 8 2

7 15 83,000 1,5407 17 18 17 2

8 14 81,174 1,7063 4 5 4 2

9 13 76,236 2,1537 14 21 14 2

10 12 73,040 2,4434 13 17 13 4

11 11 70,708 2,6548 3 14 3 4

12 10 65,007 3,1715 6 8 6 3

13 9 63,979 3,2647 1 3 1 5

14 8 60,625 3,5687 6 10 6 5

15 7 50,437 4,4920 4 19 4 4

16 6 46,579 4,8416 13 15 13 5

17 5 44,519 5,0284 6 12 6 6

18 4 32,186 6,1461 4 13 4 9

19 3 30,984 6,2551 1 2 1 7

20 2 -61,150 14,6053 1 6 1 13

21 1 -203,993 27,5515 1 4 1 22

Partición final

Número de grupos: 1

Dentro de Distancia

la suma de promedio Distancia

Número de cuadrados desde el máxima desde

observaciones del grupo centroide centroide

Grupo1 22 252 3,25979 4,94245

102

________________________________________________________________________________________




Resultados para: 2° Campaña

Análisis de observaciones de conglomerado: pH. CE. Ca. Mg. K. Na. HCO3. Cl. ... Variables estandarizadas, Distancia euclediana, Enlace de Ward

Pasos de amalgamación

Número Número de

de Nivel de Nivel de Grupos Nuevo obs. en el

Paso grupos semejanzal distancia incorporados grupo grupo nuevo

1 21 88,982 1,0004 16 17 16 2

2 20 88,907 1,0072 10 11 10 2

3 19 87,020 1,1785 19 20 19 2

4 18 85,567 1,3105 8 10 8 3

5 17 84,151 1,4390 1 21 1 2

6 16 82,390 1,5989 13 16 13 3

7 15 81,368 1,6917 3 22 3 2

8 14 81,360 1,6925 6 8 6 4

9 13 78,365 1,9644 5 19 5 3

10 12 78,169 1,9821 6 9 6 5

11 11 77,029 2,0857 13 18 13 4

12 10 71,383 2,5983 1 3 1 4

13 9 67,853 2,9188 1 14 1 5

14 8 67,348 2,9647 2 7 2 2

15 7 59,249 3,7000 4 15 4 2

16 6 55,838 4,0097 6 12 6 6

17 5 53,653 4,2081 4 13 4 6

18 4 34,667 5,9320 1 2 1 7

19 3 0,387 9,0444 4 5 4 9

20 2 -55,574 14,1254 1 6 1 13

21 1 -225,751 29,5767 1 4 1 22

Partición final

Número de grupos: 1

Dentro de Distancia

la suma de promedio Distancia

Número de cuadrados desde el máxima desde

observaciones del grupo centroide centroide

Grupo1 22 252 3,28150 5,06849

103

________________________________________________________________________________________




F. Análisis cuantitativo

Enfoques basados en isótopos estables y Cl-

Modelo de Zhang et al. (2008), se utiliza como trazadores Deuterio, Oxígeno 18 y

Cloruro (ecuación 3). Los datos de los trazadores se obtuvieron de las Tablas B-1 y

B-2, los cuales se pueden observar junto con los resultados, para ambas campañas,

en las Tablas F-1 y F-2.

- En las Tablas F-1 y F-2: Per = % Qg/Qr

Modelo de Strauch et al. (2006) (ecuación 4) utilizando como trazadores Deuterio y

Oxígeno 18. Los componentes de la ecuación 4 se describen a continuación:

- % Qg/Qr = G/R*100

- R = (Cur + Cr)/2

- P: datos en Tabla B-6, para 1° campaña se utilizó muestreo de Junio y para

2° campaña el muestreo de Diciembre. Para la sección de río donde se

utiliza el pozo H3, se consideraron los datos isotópicos de la muestra del

colector de agua lluvia ubicado en La Paloma y para L8 se utilizó la estación

Carretera. Para los demás pozos (L2, L4 y L6) se utilizó el valor promedio

de los datos de ambas estaciones)

Las Tablas F-3 y F-4 muestran los datos, valores calculados y resultados de este

modelo al ser aplicado en las diferentes secciones de río.

Notación muestras: ur (muestra de río aguas arriba en el tramo); r (muestra de río

aguas abajo en el tramo); g (muestra de agua subterránea asociada al tramo)

104

________________________________________________________________________________________



Tabla F-1: Datos y resultados aplicando la ecuación 3 (Zhang et al., 2008) en las secciones de río. Campaña de Abril de 2011

Muestras 2

H 18

O Cl- Per Per Per

Tramo ur r g Cur Cr Cg Cur Cr Cg Cur Cr Cg 2H

18O Cl

-

T1 L7 L9 L8 -55,5 -52,6 -54,3 -6,76 -6,17 -6,64 521 606 851 242 492 26

T4 L3 L5 L4 -58,2 -56,2 -62,2 -7,00 -6,84 -7,36 46 152 78 -50 -44 331

T5 L1 L3 L2 -56,4 -58,2 -61,1 -6,65 -7,00 -7,46 35 46 57 38 43 50

T8 H1 H2 H3 -59,3 -72,1 -74,2 -6,58 -9,02 -9,25 2 50 53 86 91 94

Tabla F-2: Datos y resultados aplicando la ecuación 3 (Zhang et al., 2008) en las secciones de río. Campaña de Diciembre de 2011

Muestras 2

H 18

O Cl-

Per Per Per

Tramo ur r g Cur Cr Cg Cur Cr Cg Cur Cr Cg 2H

18O Cl

-

T1 L7 L9 L8 -50,1 -46,6 -46,0 -6,27 -5,85 -5,92 549 769 1.060 85 120 43

T2 L5 L7 L6 -53,5 -50,1 -58,4 -7,22 -6,27 -7,10 145 549 333 -69 792 215

Tabla F-3: Datos, valores calculados y resultados aplicando la ecuación 4 (Strauch et al., 2006) en las secciones de río. Campaña de Abril de 2011

Muestras 2

H 18

O Resultados 2H Resultados

18O

Tramo ur r g Cur Cr R G P Cur Cr R G P % Qg/Qr % Qg/Qr

T1 L7 L9 L8 -55,5 -52,6 -54,1 -54,3 -24,9 -6,76 -6,17 -6,47 -6,64 -5,61 99 83

T4 L3 L5 L4 -58,2 -56,2 -57,2 -62,2 -33,3 -7,00 -6,84 -6,92 -7,36 -6,66 83 37

T5 L1 L3 L2 -56,4 -58,2 -57,3 -61,1 -33,3 -6,65 -7,00 -6,83 -7,46 -6,66 86 21

T8 H1 H2 H3 -59,3 -72,1 -65,7 -74,2 -41,7 -6,58 -9,02 -7,80 -9,25 -7,71 74 6

Tabla F-4: Datos, valores calculados y resultados aplicando la ecuación 4 (Strauch et al., 2006) en las secciones de río. Campaña de Diciembre de 2011

Muestras 2

H 18

O Resultados 2H Resultados

18O

Tramo ur r g Cur Cr R G P Cur Cr R G P % Qg/Qr % Qg/Qr

T1 L7 L9 L8 -50,1 -46,6 -48,4 -46,0 -45,8 -6,27 -5,85 -6,06 -5,92 -7,41 1.275 91

T2 L5 L7 L6 -53,5 -50,1 -51,8 -58,4 -40,0 -7,22 -6,27 -6,75 -7,10 -6,79 64 -15

105

________________________________________________________________________________________




Enfoque basado en 222

Rn

Modelo de Stellato et al. (2008) (ecuación 5):

Para el cálculo de la actividad de 222

Rn teórica en el punto aguas abajo del tramo

(Cd), los valores de V, h y T (disponibles en las Tablas B-3 y B-4) para cada tramo,

fueron calculados con el promedio de las 2 muestras de aguas superficiales del

tramo correspondiente (cuando se disponía de los 2 valores); o en su defecto, se

utilizó el valor de una de las muestras (agua superficial) del tramo (la que se

encontrara disponible). En la 2° campaña, para el tramo T2 no se dispone de “h”

para ninguna de las 2 muestras de aguas superficiales (L7 y L9) por lo que, en ese

caso, se utilizó el valor de “h” en L5.

En las Tablas F-5 y F-6 se pueden observar los valores utilizados y calculados para

determinar Cd en cada tramo y en las Tablas F-7 y F-8 los valores de % Qg/Qr .

Observaciones:

- En las Tablas F-5 y F-6:

N = y por lo tanto, Cd = Cu*eN

- En las Tablas F-7 y F-8:

Rcalc = Cd (en cada tramo)

- Notación muestras: u (muestra de río aguas arriba en el tramo), d (muestra

de río aguas abajo en el tramo), gw (muestra de agua subterránea asociada al

tramo).

106

________________________________________________________________________________________



Tabla F-5: Datos y valores calculados aplicando la ecuación 5 (Stellato et al., 2008) en las secciones de río. Campaña de Abril de 2011

Tramo Muestras X V prom h prom λ Tprom D D

N Cu (dato) Cd

u d gw (m) (m/s) (m) (s-1

) (K) (cm2/s) (m

2/s) (Bq/m

3) (Bq/m

3)

T1 L7 L9 L8 8.200 0,19 0,25 2,08E-06 288,6 1,0E-05 1,0E-09 -5,1 827 5,0

T5 L1 L3 L2 6.300 0,15 0,44 2,08E-06 287,7 1,0E-05 1,0E-09 -1,9 684 103,9

T8 H1 H2 H3 9.700 0,42 0,09 2,08E-06 286,3 9,7E-06 9,7E-10 -16,2 471 0,00004

Tabla F-6: Datos y valores calculados aplicando la ecuación 5 (Stellato et al., 2008) en las secciones de río. Campaña de Diciembre de 2011

Tramo Muestras X V prom h prom λ Tprom D D

N Cu (dato) Cd

u d gw (m) (m/s) (m) (s-1

) (K) (cm2/s) (m

2/s) (Bq/m

3) (Bq/m

3)

T1 L7 L9 L8 8.200 0,12 0,14 2,08E-06 287,6 1,0E-05 1,0E-09 -14,5 1.363 0,0007

T2 L5 L7 L6 7.300 0,16 0,14 2,08E-06 289,4 1,1E-05 1,1E-09 -11,1 259 0,004

Tabla F-7: Aplicación de la ecuación 6 (Stellato et al., 2008), resultados por tramo. Campaña de Abril de 2011

Tramo Rn obs

(dato)

Rn calc

(Cd)

Rn gw

(dato) % Qgw/Qr

T1 2.386 5,0 10.513 23

T5 1.201 103,9 4.870 23

T8 5.252 0,00004 15.708 33

Tabla F-8: Aplicación de la ecuación 6 (Stellato et al., 2008), resultados por tramo. Campaña de Diciembre de 2011

Tramo Rn obs

(dato)

Rn calc

(Cd)

Rn gw

(dato) % Qgw/Qr

T1 2.271 0,0007 7.449 30

T2 1.363 0,004 2.380 57

107

________________________________________________________________________________________




Modelo de Cook et al. (2003). La ecuación 7, una vez eliminados los términos

señalados en el punto (b) de la sección 3.3.9, es la siguiente:

C : actividad de 222

Rn en el río, en punto aguas arriba del tramo (Cur).

Ci : actividad de 222

Rn agua subterránea

Q : caudal del río (m3/día). Para cada tramo fueron calculados con el promedio de

las 2 muestras de aguas superficiales del tramo correspondiente (cuando se disponía

de los 2 valores); en su defecto, se utilizó el valor de una de las muestras (agua

superficial) del tramo (la que se encontrara disponible). Los valores en cada punto

muestreado se encuentran en las Tablas B-3 y B-4. En la 2° campaña, para el tramo

T2 no se dispone de “Q” para ninguna de las 2 muestras de aguas superficiales (L7

y L9) por lo que, en ese caso, se utilizó el valor de “Q” en L5.

I : caudal de agua subterránea por unidad de longitud del río (m3/m/día) (incógnita

de la ecuación)

E : tasa de evaporación del agua de río (0,004 m/día)

k : velocidad de intercambio gaseoso a través de la superficie del agua (1 m/día)

: constante de decaimiento radiactivo del 222

Rn (0,181 día-1

)

: ancho de la superficie del río (m)

d : tirante del río (m)

x : distancia en la dirección del flujo (m)

c = Cr-Cur

x = longitud del tramo = x

% Qg/Qr = (I / Q)*100

Notación muestras: ur (muestra de río aguas arriba en el tramo); r (muestra de río

aguas abajo en el tramo); i (muestra de agua subterránea asociada al tramo)

108

________________________________________________________________________________________



Tabla F-9: Datos para utilizar en ecuación 7 (enfoque de Cook et al., 2003), campaña de Abril de 2011

Tramo Muestras

Q Cur Cr x Ci w E k d

ur r i (m3/s) (Bq/m

3) (Bq/m

3) (m) (Bq/m

3) (m) (m/día) (m/día) (m) (1/día)

T1 L7 L9 L8 0,097 827 2.386 8.200 10.513 2,25 0,004 1 0,25 0,181

T5 L1 L3 L2 0,229 684 1.201 6.300 4.870 3,5 0,004 1 0,44 0,181

T8 H1 H2 H3 0,177 471 5.252 9.700 15.708 4,5 0,004 1 0,09 0,181

Tabla F-10: Datos para utilizar en ecuación 7 (enfoque de Cook et al., 2003), campaña de Diciembre de 2011

Tramo Muestras

Q Cur Cr x Ci w E k d

ur r i (m3/s) (Bq/m

3) (Bq/m

3) (m) (Bq/m

3) (m) (m/día) (m/día) (m) (1/día)

T1 L7 L9 L8 0,299 1.363 2.271 8.200 7.449 10 0,004 1 0,14 0,181

T2 L5 L7 L6 0,299 259 1.363 7.300 2.380 10 0,004 1 0,14 0,181

Tabla F-11: Aplicación de ecuación 7, resultados campaña de Abril de 2011

Tramo Términos ecuación (m

3/m/día*Bq/m

3), I es la incógnita I I

% Qg/Qr Q* c/ x I*(Ci-C) *E*C - k* *C - d* * *C (m

3/m/día) (m

3/s)

T1 1.593,37 I*9.686 7,44 -1.860,75 -84,20 0,36 0,03 36

T5 1.623,68 I*4.186 9,58 -2.394,00 -190,66 1,00 0,07 32

T8 7.537,62 I*15.237 8,48 -2.119,50 -34,53 0,64 0,07 40

Tabla F-12: Aplicación de ecuación 7, resultados campaña de Diciembre de 2011

Tramo Términos ecuación (m

3/m/día*Bq/m

3), I es la incógnita I I

% Qg/Qr Q* c/ x I*(Ci-C) *E*C - k* *C - d* * *C (m

3/m/día) (m

3/s)

T1 2.860,60 I*6.086 54,52 -13.630,00 -345,38 2,76 0,26 88

T2 3.906,89 I*2.121 10,36 -2.590,00 -65,63 3,09 0,26 87

uso de un enfoque multimÉtodo para establecer la …

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