UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS

CARACTERIZACIÓN DE LA INTERACCIÓN AGUA SUPERFICIAL / AGUA SUBTERRÁNEA POCO PROFUNDA EN LA PARTE BAJA DE LA CUENCA DEL RÍO LIMARÍ, A TRAVÉS DEL USO DE HERRAMIENTAS HIDROQUÍMICAS E ISOTÓPICAS. ELIZABETH ANDREA JOFRÉ SAPIAIN

Memoria para optar al Título de

INGENIERO CIVIL AMBIENTAL

Comisión Revisora: Dr. Ricardo Oyarzún L. – Profesor Guía Dr. Jorge Oyarzún M. Dr. Hugo Maturana C.

La Serena, Noviembre 2011

AGRADECIMIENTOS Agradezco en primer lugar a mi profesor guía, Ricardo Oyarzún, por su consideración, apoyo, orientación y comprensión en el desarrollo de mi memoria, y al proyecto CHI 8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de Chile”. A los profesores, Jorge Oyarzún y Hugo Maturana, por su ayuda y orientación en el desarrollo de este estudio. Dirección de Obras Hidráulicas, y al Sr. Gustavo Freixas de la Dirección General de Aguas por su disposición en la entrega de información. Finalmente, a mi familia por su apoyo y comprensión en cada etapa de mi vida académica.

DEDICATORIA

Este trabajo está dedicado a:

A mis Padres, por su amor, esfuerzo y

dedicación

en

mi

crianza

y

enseñanza.

A mi Mamá Lidia, por sus años dedicados a mí.

A mi esposo Pablo, nos encontramos en la mitad del camino, para terminar de recorrer juntos esta bella etapa de mi vida.

A mis hijos, Benjamín y Sofía, que llegaron en el lugar y momento indicado.

A la familia ICA, gracias por tan bellos y felices momentos vividos.

A los profesores, Hugo Maturana, Jorge Oyarzún y Ricardo Oyarzún, gracias carrera,

por sus

crear

tan

hermosa

conocimientos

los

seguiré plasmando en el lugar que me encuentre.

Elizabeth Jofré Sapiain

CONTENIDOS

  RESUMEN ...............................................................................................................1 ABSTRACT ............................................................................................................2 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................3 2 OBJETIVOS .........................................................................................................9 3 MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................10 3.1 Área de Estudio ............................................................................................ 10 3.1.1 Clima ...................................................................................................... 10 3.1.2 Hidrografía .............................................................................................. 11 3.1.3 Geomorfología ........................................................................................ 12 3.1.4 Geología e Hidrogeología ....................................................................... 12 3.1.5 Actividades Económicas ......................................................................... 15 3.2 Campaña de Obtención de Datos ................................................................. 17 3.3 Análisis Isotópico ......................................................................................... 24 3.3.1 Deuterio y Oxígeno 18 ........................................................................... 24 3.3.2 Radón 222 .............................................................................................. 25 3.3.3 Análisis preliminar de Recarga .............................................................. 26 3.4 Análisis de la Información

.......................................................................... 27

3.4.1 Métodos Gráficos ................................................................................... 27 3.4.2 Métodos Estadísticos ............................................................................. 28 3.4.2.1 Métodos Estadísticos Simples ......................................................... 28 3.4.2.2 Métodos Estadísticos Multivariados................................................. 28 4 RESULTADOS Y DISCUSIONES ......................................................................32 4.1 Grupo Final de Datos Analizados ................................................................. 32 4.2 Hidroquímica ................................................................................................. 35 4.2.1 Análisis Estadístico Simple Descriptivo .................................................. 35 4.2.2 Análisis Gráfico: Variaciones Espaciales ................................................ 35 4.2.2.1 Parámetros de Terreno ....................................................................38 4.2.2.2 Cationes Mayores ............................................................................ 42

4.2.2.3 Aniones Mayores ............................................................................. 46 4.2.2.4 Metales ........................................................................................... 54 4.2.3 Análisis Gráfico: Diagramas Ternarios ................................................. 58 4.2.4 Análisis Gráfico: Diagramas Stiff ........................................................... 62 4.2.5 Análisis Gráfico: Diagramas Araña para Aguas Superficiales. .............. 66 4.2.5.1 Río grande ...................................................................................... 66 4.2.5.2 Río Hurtado .................................................................................... 66 4.2.5.3 Estero El Ingenio ............................................................................ 67 4.2.5.4 Río Limarí ....................................................................................... 68 4.2.5.5 Estero Punitaqui ............................................................................. 69 4.2.6 Relaciones concentración–profundidad para aguas subterráneas. ....... 71 4.3 Isótopos ...................................................................................................... 75 4.3.1 Análisis Preliminar General ................................................................... 75 4.3.2 Análisis Particulares .............................................................................. 82 4.3.2.1 Razón δ 2H / δ18O ........................................................................... 82 4.3.2.2 Relaciones Valor- δ Altura, aguas superficiales ............................. 84 4.3.2.3 Relaciones Valor- δ Profundidad, aguas subterráneas ................... 86 4.4 Análisis químico – isotópico .......................................................................... 93 4.4.1 Análisis Gráfico Simple, variación espacial ........................................... 93 4.4.2 Análisis Isotopía Radioactiva ............................................................... 102 4.4.3 Estimación de la Tasa de Recarga en aguas subterráneas ................. 108 4.5 Análisis Multivariado ................................................................................. 110 4.5.1 Análisis de Cluster ............................................................................... 110 4.5.2 Análisis de Componentes Principales ................................................. 118 5 CONCLUSIONES .............................................................................................121 REFERENCIAS ...................................................................................................124 ANEXOS .............................................................................................................129 Anexo A ..................................................................................................... 130 Anexo B ..................................................................................................... 131 Anexo C ..................................................................................................... 132 Anexo D ..................................................................................................... 138

Anexo E ..................................................................................................... 140 Anexo F ......................................................................................................143 Anexo G ..................................................................................................... 148 Anexo H ..................................................................................................... 153 Anexo I ....................................................................................................... 154

Índice de Tablas  

Tabla 1: Número de muestras ........................................................................... 17 Tabla 2: Identificación de los puntos de muestreo. ............................................ 18 Tabla 3: Caudales de los ríos en los meses de campañas ................................. 19 Tabla 4: Metodología de Análisis ....................................................................... 23 Tabla 5: Ubicación de estaciones de muestreo de aguas lluvias ....................... 27 Tabla 6: Concentraciones medias mundiales ..................................................... 28 Tabla 7: Errores analíticos para cada punto de muestreo .................................. 33 Tabla 8: Porcentaje de datos censurados para los diferentes parámetros obtenidos del total de análisis (muestras) ........................................................... 34 Tabla 9: Estadísticos descriptivos agua superficial ............................................. 36 Tabla 10: Estadísticos descriptivos agua subterránea ....................................... 37 Tabla 11: Clasificación de aguas por subcuencas. ............................................ 62 Tabla 12: Líneas meteóricas locales .................................................................. 75 Tabla 13: Líneas de tendencia aguas superficiales y subterráneas ................... 79 Tabla 14: Concentraciones de 222Rn (Bq/m3) determinadas en aguas superficiales y aguas subterráneas obtenidas en diferentes estudios .............. 103 Tabla 15: Estimación tasa de recarga en aguas subterráneas ......................... 109 Tabla 16: Promedios de parámetros químicos e isótopos para cada grupo ..... 111 Tabla 17: Peso de cada parámetro en los cuatro componentes principales significativos, los valores propios, varianza explicada y varianza explicada acumulada de cada componente principal........................................................ 118 Tabla 18: Resumen de interpretación de los tres primeros componentes principales ......................................................................................................... 119 

Índice de Figuras  

Figura 1: Mapa de ubicación Provincia del Limarí, donde se destaca el área de estudio .................................................................................................................. 11 Figura 2: Mapa geológico parte baja de la cuenca del Río Limarí ........................ 13 Figura 3: Ubicación de sitios de muestreo de agua superficial y subterránea ......20 Figura 4: Detector electrónico RAD H2O ............................................................... 25 Figura 5: Variación espacial de pH en agua superficial ....................................... 38 Figura 6: Variación espacial de pH en agua subterránea ..................................... 39 Figura 7: Conductividad eléctrica en agua superficial y subterránea ................... 40 Figura 8: Variación de la conductividad eléctrica y pH en agua superficial y subterránea .......................................................................................................... 42 Figura 9: Calcio, magnesio y sodio en aguas superficiales y subterránea ........... 43 Figura 10: Razón Ca/Mg en agua superficial y subterránea ................................ 44 Figura 11: Razón Ca/Na en agua superficial ....................................................... 45 Figura 12: Razón Ca/Na en agua subterránea ......................................................46 Figura 13: Sulfato en agua superficial y subterránea ........................................... 47 Figura 14: Cloruro en agua superficial y subterránea .......................................... 49 Figura 15: Bicarbonato en agua superficial y subterránea ................................... 50 Figura 16: Nitrato (expresado como nitrógeno) en agua superficial .................... 51 Figura 17: Nitrato (expresado como nitrógeno) en agua subterránea ................... 52 Figura 18: Sulfato, cloruro y bicarbonato en aguas superficiales y subterráneas……………………………………………………………………………...53 Figura 19: Razón SO4/Cl en aguas superficiales y subterráneas ......................... 54 Figura 20: Hierro en agua subterránea ................................................................. 55 Figura 21: Boro en agua superficial y subterránea ............................................... 57 Figura 22 Diagrama de Piper para aguas superficiales ........................................ 59

Figura 23: Diagrama de Piper para aguas subterráneas ...................................... 60 Figura 24: Diagrama de Piper para los promedios de cada subcuenca ................ 61 Figura 25: Diagrama de Stiff en aguas superficiales ............................................ 63 Figura 26: Diagrama de Stiff en aguas subterráneas ............................................ 64 Figura 27: Diagrama de Stiff con todos los puntos de muestreo ........................... 65 Figura 28: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en la subcuenca del Río Grande y la media mundial ..................................................... 66 Figura 29: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en la subcuenca del Río Hurtado y la media mundial .................................................... 67 Figura 30: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en estero El Ingenio y la media mundial ................................................................................... 68 Figura 31: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en Río Limarí y la media mundial ................................................................................................ 69 Figura 32: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en Estero Punitaqui y la media mundial ................................................................................ 70 Figura 33: Promedio de cada subdivisión de la cuenca del Río Limarí y la media mundial ................................................................................................................. 70 Figura 34: Relaciones entre la profundidad de la bomba - zona ranurada y las concentraciones de sulfato, cloruro y nitrato ........................................................ 72 Figura 35: Relaciones entre la profundidad del pozo y las concentraciones de sulfato, cloruro y nitrato ......................................................................................... 74 Figura 36: Señales isotópicas de precipitaciones año 2009 ................................. 75 Figura 37: Señales isotópicas de precipitaciones año 2010 ................................. 76 Figura 38: Resultados señal isotópica en todos los puntos de muestreo .............. 77 Figura 39: Resultados señal isotópica en todos los puntos de muestreo .............. 78 Figura 40: Resultados señal isotópica en agua superficial

................................. 80

Figura 41: Resultados señal isotópica en agua subterránea ................................. 82 Figura 42: Razón 2H/18O en agua superficial ........................................................ 83

Figura 43: Razón 2H/18O en agua subterránea ..................................................... 84 Figura 44: Relación entre altura del punto de muestreo y la señal isotópica de deuterio (δ2H) en agua superficial .......................................................................... 85 Figura 45: Relación entre altura del punto de muestreo y la señal isotópica de oxígeno 18 (δ18O) en agua superficial.................................................................... 85 Figura 46: δ2H en agua subterránea. δ2H en agua subterránea con exclusión de puntos .................................................................................................................. 87 Figura 47: δ18O en agua subterránea. δ18O en agua subterránea con exclusión de puntos .................................................................................................................. 88 Figura 48: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad del pozo: δ2H ........................................................................................................ 89 Figura 49: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad del pozo: δ18O ...................................................................................................... 90 Figura 50: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad de la bomba: δ2H ................................................................................................. 91 Figura 51: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad de la bomba: δ18O ................................................................................................ 92 Figura 52: Cloruro y δ2H agua superficial............................................................... 94 Figura 53: Cloruro y δ18O agua superficial ............................................................. 94 Figura 54: Cloruro y δ2H agua subterránea ........................................................... 95 Figura 55: Cloruro y δ18O agua subterránea .........................................................95 Figura 56: Relación cloruro e isótopos estables..................................................... 99 Figura 57: Relación Sulfato e isótopos estables en aguas superficiales .............. 100 Figura 58: Relación sulfato e isótopos estables con exclusión de E3 .................. 101 Figura 59: Valores de 222Rn (Bq/m3) determinados en muestras obtenidas en aguas superficiales y aguas subterráneas en la cuenca del Río Limarí ............... 104 Figura 60: Variación de la actividad de 222Rn en el segmento longitudinal del Río Limarí ................................................................................................................... 105

Figura 61: Variación de la actividad de 222Rn en el segmento longitudinal del Estero El Ingenio - Río Limarí .............................................................................. 106 Figura 62: Variación de la actividad de 222Rn en el segmento longitudinal del Río Hurtado - Río Limarí ............................................................................................. 107 Figura 63: Dendograma grupos subdivididos ....................................................... 110 Figura 64: Porcentaje de muestras de agua superficial y subterránea para cada grupo .................................................................................................................... 111 Figura 65: Promedios de las concentraciones de los parámetros químicos y el pH para cada grupo ................................................................................................... 114 Figura 66: Diagrama de Piper para clusters ......................................................... 115 Figura 67: Promedio de razones isotópicas para cada grupo .............................. 116 Figura 68: Distribución espacial de los distintos grupos en la cuenca ................. 117 Figura 69: Ubicación de los grupos obtenidos en el análisis de clusters según los componentes principales ..................................................................................... 120  

1   

RESUMEN La presente memoria expone los resultados de un estudio hidroquímico e isotópico de las aguas superficiales y subterráneas de la cuenca hidrográfica del Río Limarí, para establecer así el grado de interacción entre ambas. El estudio incluyó dos muestreos, realizados respectivamente en Abril y Noviembre del 2010. El trabajo expuesto fue realizado como parte de las actividades del Proyecto CHI 8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de Chile”, financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica, y coordinado por el Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Entre los principales resultados obtenidos destaca la influencia de la actividad minera y agrícola en el Estero El Ingenio, especialmente en las concentraciones de SO4 y N-NO3, el efecto de los embalses sobre las aguas de los Ríos Grande, Hurtado y Limarí, y la influencia de la cercanía a la costa sobre el Estero Punitaqui y Rinconada de Punitaqui. Finalmente, se logró establecer que existe interacción entre aguas superficiales y subterráneas en todas las subcuencas del Limarí, con excepción de Rinconada de Punitaqui, la cual los resultados confirman su origen y recarga directa por precipitación atmosférica. Los resultados obtenidos y la concordancia tanto en aguas superficiales como en aguas subterráneas indican la gran utilidad del uso simultáneo de herramientas químicas, isotópicas y del análisis multivariado para establecer cierto grado de interacción.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

   

2   

ABSTRACT This graduation work describes the results of a hydrochemistry and isotopic study of surface water and groundwater at the Limarí River hydrographic basin, in order to establish the degree of interaction between them. The study comprised two sampling campaigns, performed in April and November 2010. The study was carried out as part of the activities of the CHI 8029 Project “Isotopic and hydrogeochemistry techniques for the sustainable management of water resources in an arid watershed of north Chile”, funded by the International Atomic Energy Agency, and coordinated by the Mining Eng. Department of the University of La Serena. Among the main results stand out the influence of mining and agriculture in the Ingenio creek, especially in the concentrations of SO4 and N-NO3, the effect of reservoirs on the Grande, Limarí and Hurtado Rivers, and the influence of the proximity to the coast on the Punitaqui creek and Rinconada de Punitaqui Finally, it was established that there is interaction between surface water and groundwater in all the subbasins of Limarí River, with exception Rinconada de Punitaqui where the results are consistent with its direct origin and by atmospheric precipitation. The results obtained and the concordance in both surface water and groundwater indicate the great utility of the simultaneous use of chemical, isotopic and multivariate analysis to establish the degree of interaction.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

3   

1 INTRODUCCIÓN Actualmente la escasez de recursos hídricos en nuestro país ha llevado a tener un creciente interés en su gestión, tanto en aspectos de cantidad como de calidad. En el caso de la región de Coquimbo, es de gran importancia este tema, por ser una zona de características climáticas de tipo árida a semiárida. Especial relevancia adquiere esto en la Cuenca del Río Limarí, la cual ha sido declarada agotada en términos de sus recursos hídricos superficiales, es decir, que no se pueden otorgar nuevos derechos de aguas (Álvarez y Oyarzún, 2006). Esta situación y la creciente

demanda

de

recursos

hídricos

en

la

zona,

relacionados

mayoritariamente con el aumento de superficie plantada (desarrollo agrícola), y en menor volumen para la minería, han llevado a la preocupación por parte de las autoridades y de los usuarios sobre el uso de aguas subterráneas y la gestión integrada de recursos hídricos. Para poder sustentar los diferentes usos que se le da al agua, en particular en la actividad agrícola que alcanza una superficie regada de aproximadamente 70.000 hectáreas, la Cuenca del Limarí cuenta con uno de los

mejores sistemas de

almacenamiento y distribución de agua para riego del país, con tres embalses interconectados que forman parte del Sistema Paloma, dando a la provincia un gran potencial en cuanto a desarrollo agrícola, capacidad y seguridad de riego. (Gutiérrez, 2007). Estos tres embalses acumulan en conjunto 1000 millones de metros cúbicos (Mm3) y junto a éstos existe una red de 466 canales que permiten la distribución de este recurso (DGA, 2008). Teniendo en cuenta lo señalado, es importante conocer la interacción entre aguas superficiales y subterráneas para así establecer balances entre dichos componentes del sistema hidrológico y poder así determinar los límites sustentables de extracción, especialmente de las aguas subterráneas, para asegurar el abastecimiento de los derechos actualmente otorgados, logrando así un manejo sostenible de los recursos hídricos. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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Cabe señalar que respecto a la interacción que existe entre los cauces naturales y los acuíferos en la Cuenca del Limarí, hay poca información, sólo la obtenida por las explotaciones de pozos, usando el método 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, 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 influentes, dependiendo de las características fisiográficas de la cuenca y de las áreas de recarga (SERPLAC, 1979). Por lo tanto, es relevante conocer esta relación más en detalle, para así establecer si la disponibilidad de uno se ve afectado por efecto de la extracción del otro, evitando el uso ineficiente y poco sustentable del agua, en una zona donde la escasez del recurso es importante, y muchas veces un factor limitante para el desarrollo de actividades como agricultura y minería. Según Álvarez (2006), es esencial el estudio sistemático de las relaciones de interferencia río-acuífero para dar a instituciones como la Dirección General de Aguas (DGA) y a los usuarios, 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.). Entre los diferentes métodos y técnicas existentes, los trazadores ambientales han probado ser excelentes indicadores de los patrones espaciales y temporales de los intercambios río-acuífero (Constantz et al. 2003), entendiéndose por trazadores ambientales a “constituyentes disueltos, isótopos, o propiedades físicas del agua que ocurren en forma natural y que son usados para rastrear el movimiento del agua a través de una cuenca”. Los trazadores ambientales son de utilidad cuando su concentración en el agua subterránea es relativamente “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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uniforme y significativamente diferente a aquélla del agua superficial (Cook et al., 2003). Así, trazadores ambientales típicamente usados son, entre otros, (a) aniones y cationes mayores, (b) isótopos estables de la molécula de agua como (18O) y (2H), y (c) isótopos radioactivos como el radón (222Rn) (Winter et al., 1998). Uno de los métodos a considerar es utilizar las características hidroquímicas, tanto de componentes mayoritarios como de minoritarios, e isotópicas (estables y radioactivos) del sistema en cuestión (Baskaran et al., 2009). En efecto, diversos estudios muestran la utilidad en el uso de esta información, tanto química e isotópica, ya que son herramientas que pueden caracterizar en forma integrada sistemas río – acuífero y su interacción (Cook et al., 2003; Yidana et al., 2008; Green & Stewart 2008; Carvajal, 2010). En cuanto al uso de herramientas isotópicas, éstas permiten establecer relaciones de origen entre las muestras de agua, y la interacción de los ríos y aguas subterráneas en las cuencas. Además, dan a conocer la información respecto de la recarga de agua en los acuíferos, identificación del origen de ésta y su edad, interconexiones hidráulicas entre acuíferos, mezcla de aguas de distinto origen, vulnerabilidad de los acuíferos y la circulación de los contaminantes (Strauch et al., 2009). Tradicionalmente, los isótopos más usados han sido aquéllos de la molécula de agua, oxígeno 18 (18O) y deuterio (2H). Estos se caracterizan por su estabilidad, y así se conocen como isótopos estables ambientales. También, los datos de 2H y

18

O nos dan información sobre procesos secundarios que están

actuando sobre el agua. A su vez, debido al fraccionamiento isotópico se puede establecer una cuantificación del tiempo de circulación, y así poder establecer una dinámica de las aguas subterráneas. Cabe señalar además que generalmente las aguas subterráneas son menos enriquecidas en

2

H y

18

O que las aguas

superficiales, por lo que el uso de estos trazadores los hace una herramienta bastante efectiva para el estudio de esta interacción (Kalbus et al., 2006). Sin embargo, existen otros isótopos ambientales, que son radioactivos, como el “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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Radón 222 (222Rn), que también puede ser usado para estos fines, ya que puede haber una alta actividad en aguas subterráneas. De ahí, que su presencia es importante, ya que ayuda a identificar las descargas y/o recargas entre aguas superficiales y subterráneas, sólo por su presencia y determinada actividad. Por lo tanto, es un buen indicador de esta interacción (Bertin et al., 1994; Stellato et al., 2008; Ayala et al., 2009). El radón 222 es un gas inerte con una vida media bastante corta, de 3,8 días, el cual se libera a partir de los granos minerales, como consecuencia de la serie de decaimiento radioactivo natural de desintegración tipo α de

226

238

U, y como producto directo de la

Ra (Bertin et al., 1994). El uranio es un elemento

presente en las rocas ígneas (2,5 mg/kg en promedio, Raju 2009). El segundo, elemento alcalino térreo, se suele encontrar en carbonatos y minerales de arcilla (Smith, 2004). Cuando las rocas se meteorizan, el uranio tiende a migrar, de manera que los sedimentos, excepto casos muy especiales, tienen menos uranio y por lo tanto generan menos radón. En consecuencia, si el agua subterránea procede de acuíferos constituidos por rocas ígneas fracturadas o de delgadas capas de sedimentos que recubren rocas ígneas, su contenido de radón debe ser mayor. Esto con mayor razón si se trata de rocas ígneas félsicas como granitos, granodioritas, riolitas o dacitas, que presentan mayor contenido de uranio. Al ser un gas noble, el Rn no interactúa con otras especies, y grandes cantidades se pueden generar y encontrar en los acuíferos (Smith, 2004; Burtnett et al. 2010). En efecto, altos niveles (actividades) de 222Rn en el agua subterránea se asocian a menudo con tipos litológicos como granitos, rocas metamórficas de alto grado, y rocas basálticas. 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 difusividad de éste hacia la atmósfera, conocido como “modelo de renovación superficial”, que se ve favorecido por condiciones de turbulencia en la corriente (Bertin et al., 1994). Cualquier desviación de los niveles teóricos de

222

Rn puede ser relacionado con agua

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subterránea que ingresa al sistema superficial en un cierto lugar (Stellato et al. 2008). Según Cook (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 en aguas superficiales pueden ser escasas o casi nulas, por lo tanto, el agua subterránea es la única fuente de 222Rn en flujos superficiales. Las ventajas que posee la utilización de radón 222 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. También, otra ventaja es que el radón es fácil de medir y analizar (Stellatto et al., 2008). Para conocer la contribución de agua subterránea al flujo superficial se puede estimar graficando las concentraciones de 222Rn a lo largo de la cuenca, dándonos una curva aproximada. Una tendencia suave de la curva o la ausencia de “peaks” elevados se puede interpretar como zonas de potencial infiltración de agua superficial hacia zonas cercanas de acuíferos aluviales. Por el contrario, si se observan zonas de “peaks” altos, indican una contribución de agua subterránea al flujo superficial. (Baskaran et al. 2009). Así, el

222

Rn puede ser usado para

determinar el lugar y la cantidad de agua subterránea que ingresa a un río (Bertin et al., 1994). Ha sido mostrado también que esta técnica puede ser usada para detectar lugares (potenciales) de infiltración de agua desde el río hacia el acuífero (Baskaran et al. 2009). Por lo tanto, el 222Rn se proyecta como una herramienta de gran utilidad para determinar, al menos en un nivel exploratorio y cualitativo, el grado de interacción río-acuífero en un lugar dado (Burtnett et al., 2010). Finalmente, los métodos estadísticos multivariados han sido empleados para extraer información crítica de un conjunto de datos hidroquímicos en sistemas complejos. Estas técnicas pueden ayudar a identificar los límites de acuíferos, “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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líneas de flujos de aguas subterráneas o componentes hidroquímicos, los controles sobre la composición geoquímica, y anomalías por separado, tales como impactos antropogénicos en diferentes escalas (Thyne et al., 2004). Estos métodos estadísticos usan generalmente el análisis de componentes principales (PCA) y/o análisis de clúster, los cuales permiten caracterizar la variación espacial de la química tanto de aguas superficiales como de aguas subterráneas (Yidana et al., 2008). En este contexto, el presente estudio pretende lograr establecer el grado de interacción existente entre las aguas superficiales y subterráneas, a través de la integración de información química e isotópica y la aplicación de análisis multivariado en el tramo inferior de la Cuenca del Limarí.

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2 OBJETIVOS Objetivo General Estimar el grado de interacción de aguas superficiales – aguas subterráneas en la parte baja de la Cuenca del Limarí mediante el uso de información hidroquímica e isotópica.

Objetivos Específicos •

Analizar el comportamiento de los parámetros químicos del agua superficial y subterránea.

•

Analizar el comportamiento de los parámetros isotópicos.

•

Integrar la información química e isotópica para la caracterización de la interacción agua superficial – agua subterránea.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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3 MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 Área de Estudio La cuenca hidrográfica del Río Limarí está ubicada en la Región de Coquimbo, y se sitúa entre los valles de los Ríos Elqui por el norte y Choapa por el sur. Se extiende aproximadamente entre los 30°15’ y 31°20’ de latitud sur y entre las longitudes 71º30´ y 70º15´ oeste, abarcando una superficie aproximada de 11.800 km2 (Fig. 1). El área de estudio de esta memoria corresponde a parte de la cuenca hidrográfica del Río Limarí, específicamente desde aguas abajo de los Embalses La Paloma y Recoleta hasta cerca de la desembocadura del Río Limarí (localidad de Barraza). Esto coincide con una de las áreas de interés del Proyecto CHI 8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de Chile”, financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica, y coordinado por el Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena, en la cual se desarrolló esta memoria. 3.1.1 Clima La cuenca del Río Limarí, presenta tres tipos climáticos: semiárido con nublados abundantes a lo largo de toda la costa, semiárido templado con lluvias invernales situado en el valle del Río Limarí y 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 125,7 mm, mientras que la tasa de evapotranspiración total anual para la Cuenca del Río Limarí alcanza aproximadamente 1.600 mm (Gutiérrez, 2007). En general, debido a las escasas precipitaciones durante el año, y una alta tasa de

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eva aporación, esta cuencca presenta a durante nu ueve meses del año un déficit híídrico (DG GA, 2008).

Figura 1: Map pa de ubicacción Provinccia del Limarrí, donde se destaca el área de estudio. (Fuentte: Gobernación Provinccial del Lima arí, 2010)

3.1.2 Hidrogra afía En cuanto a su sistema a hidrográfico, el Río Limarí se forma por la unión de e los Río os Grande y Hurtado,, ambos de e régimen nival, aproxximadamen nte 4 km aguas arriba de la ciudad de Ovalle. O El Río R Hurtado o no tiene afluentes a de importancia y nstituye el único y gra an dren de e la parte norte n de la cuenca de el Limarí. En E su con currso inferior está emp plazado el embalse Recoleta, R con capacid dad útil de 100 Mm m3. El Río Grande G reciibe una serrie de aflue entes de importancia, entre e los cu uales cab be mencion nar: el Río Rapel, el Río Mosta azal y el Río Huatulam me, éste último ú “Caracterización a n de la interaccción agua superficial/agua a subterránea a poco profunda en la parte e baja de la Cuenc ca del Río Lim marí, a través del uso de Herramientas Hidroquímica H s e Isotópicass” A Jofré Sapiain/2011 Elizabeth Andrea

 

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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, los esteros El Ingenio por el norte y Punitaqui por el sur (DGA, 2004). Desde Ovalle hacia el mar, el Río Limarí corre por valles muy abiertos, extensos y repetidamente aterrazados, en donde se presentan muy buenas tierras de cultivo. Al acercarse al mar, el valle se estrecha notablemente y entrega sus aguas por un cauce de más o menos 500 m de ancho (Baldessari, 2007). 3.1.3 Geomorfología Dentro de la geomorfología de la cuenca, existen cuatro unidades geográficofísicas que pueden ser claramente identificadas. Estos son la alta Cordillera de Los Andes, la montaña media que corresponde a los “cordones transversales”, los grandes valles transversales fluviales, y la franja costera o litoral. En cuanto a la franja litoral, en este ambiente se inicia el dominio de las terrazas de sedimentación marina, cuya génesis se encuentra ligada a episodios de solevantamiento tectónico y erosión desde el Plioceno medio hasta el Holoceno. Los valles fluviales Transversales, donde se enfoca la memoria,

su forma es

producto de la actividad de las aguas corrientes, con alturas que no superan los 300 m en su curso inferior. Estos valles fluviales se caracterizan por tener en sus cursos medio e inferior un completo sistema de terrazas que corresponden a las superficies de sedimentación marina descritas anteriormente. De esta forma, estas terrazas se correlacionan con los cambios sufridos por el nivel del mar durante el cuaternario (Baldessari, 2007). 3.1.4 Geología e Hidrogeología En cuanto a la geología, a grandes rasgos, la zona de estudio se divide en dos grandes grupos: rocas consolidadas y rocas no consolidadas. Dentro de lo que se “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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puede mencionar acerca de las rocas consolidadas, es que presentan permeabilidad preferentemente secundaria, esto quiere decir que la infiltración del agua se produce a través de fracturas presentes en el macizo rocoso. Sobre las rocas no consolidadas se puede señalar que corresponden a unidades sedimentarias de baja compactación depositadas entre el Mioceno Superior y el Holoceno, las cuales corresponden a depósitos fluviales actuales, depósitos fluviales de terraza, depósitos aluviales de terraza, depósitos de conos aluviales, depósitos coluviales, escombros de falda y depósitos lacustres (Anacona, 2010). Lo anterior se puede apreciar con mayor detalle en la Figura 2.

Figura 2: Mapa geológico parte baja de la cuenca del río Limarí (Anacona, 2010, adaptado de Espinoza, 2005)

Referente a la hidrogeología, el sector de mayor interés dentro de la subcuenca del Río Limarí, se extiende desde la zona de Ovalle hasta la Panamericana, y representa por su extensión y su capacidad de almacenamiento el área de mayor importancia de toda la cuenca. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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El agua subterránea se presenta saturando dos tipos de acuíferos, uno correspondiente a un relleno fluvial moderno de mayor permeabilidad (presenta valores de conductividad hidráulica que varían entre 100 – 10-2 cm/s), y bajo éste, un relleno fluvial antiguo de menor permeabilidad (valores de conductividad hidráulica entre 10-2 – 10-4 cm/s), que normalmente constituye la caja del cauce. Los acuíferos son esencialmente libres, por lo cual el fluvial antiguo se presenta saturado bajo el relleno moderno. Los acuíferos están interconectados con los cursos superficiales. El relleno fluvial moderno está constituido principalmente por bolones, gravas y arenas con algunos niveles limo-arcillosos. El relleno fluvial antiguo está constituido por clastos redondeados localizados dentro de una matriz areno-limosa en porcentajes variables de dichos componentes. Las características del relleno antiguo son las mismas que las que están expuestas a continuación para las grandes terrazas aluviales, ambos siendo constituidos por el mismo material aluvial. Con relación a las terrazas, ellas están ubicadas al norte y al sur de la planicie aluvial del Río Limarí, corresponden a depósitos fluviales del Cuaternario AntiguoTerciario Superior, y no presentan relleno fluvial actual. El material de estos rellenos antiguos está constituido por clastos redondeados localizados dentro de una matriz areno-limosa en porcentajes variables. La permeabilidad de los sedimentos es regular, variable de un punto a otro, debido a los cambios en las fracciones más finas y al grado de descomposición de los clastos que producen arcillas. En general, se presentan horizontes de mayor permeabilidad, que en algunos casos pueden dar lugar a un acuífero colgado y/o semiconfinado. Habitualmente, existe en la parte superficial de estas terrazas una capa de arcilla y limo de reducida capacidad filtrante y de profundidad variable. En la terraza sur, correspondiente a la subcuenca del Estero Punitaqui, el agua subterránea fluye en dirección norte-oeste hasta encontrar al Río Limarí.

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El sector del Río Hurtado se caracteriza por tener un valle en general muy estrecho, debido a lo cual la capacidad de almacenamiento es muy reducida. En general, el relleno fluvial moderno es de poca e irregular potencia. En el sector del Río Grande (entre Ovalle y aguas abajo del embalse La Paloma), la planicie aluvial presenta, igual que para el sector del Río Limarí y la parte baja del Río Hurtado, un relleno fluvial moderno desarrollado sobre un relleno más antiguo. Este relleno moderno está desarrollado aguas arriba directamente sobre la roca de basamento o sobre sedimentos del fluvial antiguo. El relleno fluvial antiguo presenta una granulometría conformada por gravas y conglomerados con gran proporción de limos y arcillas, que le imponen una baja transmisividad. En cuanto a las características litológicas del fluvial moderno, son similares o algo inferiores a la de los sedimentos descritos anteriormente para la subcuenca del Río Limarí (Rochette, 2009). 3.1.5 Actividades Económicas En la cuenca las principales actividades económicas que se desarrollan son la agricultura, ganadería y en menor proporción la minería. En cuanto a la agricultura, la cuenca del Río Limarí cuenta con importantes superficies plantadas y bajo riego, más de 70.000 ha, lo que la hace ser la más importante de la región, contando con aproximadamente el 70% de las exportaciones agrícolas de la región de Coquimbo. Existe una abundante actividad hortícola, la que cuenta con un buen manejo y eficientes sistemas de riego (riego tecnificado). También presenta una importante superficie de vides, para la producción de pisco, vino y exportación de uva de mesa, así como paltos, cítricos y olivos, favorecidos por las condiciones de altas temperaturas y gran insolación. A medida que se desciende a través de la cuenca, podemos encontrar una amplia diversidad de cultivos, esto debido a su disponibilidad de suelos y aguas de riego. En la zona media de la cuenca, desde Ovalle hasta la costa, encontramos una actividad agrícola de cultivos tempranos, como tomates, lechugas, papas, etc. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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Referente a la actividad minera en la cuenca del Limarí, se desarrolla minería de cobre o cobre-oro, ejecutada por las compañías Tamaya y Los Mantos de Punitaqui, y hasta hace un tiempo Panulcillo, la cual traslado sus operaciones a Planta Delta de ENAMI. También, la cuenca del Limarí se destaca a nivel nacional, por la existencia de piedras ornamentales, como el lapislázuli y combarbalita. Cabe señalar que la producción minera actual de la Provincia es reducida y corresponde a en su mayoría a operaciones de pequeña minería o "pirquenes", además de las compañías nombradas anteriormente. La Compañía Minera Tamaya opera en el antiguo distrito Los Mantos de Punitaqui (cobre, oro y mercurio) y en localidades cercanas (Potrerillos, en el camino OvallePunitaqui), produce aproximadamente 1.000 ton/día de minerales de cobre-oro. Explotaciones menores son los Pingos, en la zona cordillerana (Ramadas de Tulahuén), que procesa unas 300 ton /día, y El Reloj (cerca de Punitaqui), que producen aproximadamente 100 ton/día de mineral cobre-oro. Por último, la antigua Planta Ovalle de la Compañía Minera Panulcillo, filial ENAMI, situada en el margen occidental del Estero El Ingenio, 5 km al norte de la ciudad de Ovalle, desempeñaba un rol esencial en el procesamiento de minerales extraídos por pequeños mineros y pirquineros. Se procesaban aproximadamente 300 ton/día de cada tipo de mineral, tanto oxidados como sulfurados, (Gutiérrez, 2007). Es importante señalar que debido al hecho de que las piscinas de evaporación de aguas de descarte no contaban con revestimiento, los líquidos de los procesos de lixiviación-cementación con altos contenidos de Fe, Cu, Zn y otros metales se han ido infiltrando, contaminando las aguas del Estero El Ingenio (Rojas, 2006; Baldessari, 2007).

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3.2 Campaña de Obtención de Datos El presente estudio utilizó información de muestras tomadas tanto en agua superficial como en agua subterránea, analizando los resultados químicos e isotópicos. La obtención de las muestras se realizó en dos campañas, enmarcadas dentro del proyecto CHI 8029. Las campañas de toma de muestras fueron realizadas en dos periodos, una en Abril de 2010, durante régimen otoñal, y la segunda en Noviembre de 2010, régimen primaveral. En ambos muestreos, los puntos tomados fueron los mismos, con fin de comparar y analizar, y así establecer relaciones entre ellos. Esta memoria se concentró en los datos químicos e isotópicos obtenidos con las muestras de la primera campaña, y la información de Radón 222 se obtuvo a partir de las muestras colectadas en la segunda campaña. La información química y de isótopos estables de la segunda campaña es analizada en una memoria complementaria actualmente en desarrollo. En la Tabla 1, se muestra la distribución de las muestras para cada una de las campañas, y según el tipo de componente hidrológico considerado. Tabla 1: Número de muestras Abril 2010

Noviembre 2010

Agua Superficial

15

15

Agua Subterránea

16

16

En la Tabla 2 se muestran los puntos de muestreo, cada uno con su identificación y ubicación geográfica. En las primeras dos columnas, aparece la numeración dada en cada una de las campañas; en la tercera columna aparece la nomenclatura a utilizar como identificación para cada uno de ellos en este estudio, para efectos de análisis y discusión de resultados; en la cuarta columna aparece el nombre del sitio de muestreo; la ubicación geográfica de cada punto, expresadas “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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en coordenadas UTM (Norte y Este), aparecen en las columnas quinta, sexta, y la séptima columna muestra la altura en la cual se encuentra cada uno. Las coordenadas y alturas fueron tomadas con un GPS Garmin e-trex. Algunas imágenes de los sitios muestreados se incluyen en al Anexo A. Tabla 2: Identificación de los puntos de muestreo. 1º

2º

Muestreo

Muestreo

19

Norte

Este

Altura

UTM

UTM

msnm

Río Grande (aguas abajo Embalse La Paloma)

6602373

304892

317

Río Grande en El Guindo

6606953

298204

270

Punto

Nombre

9

G1

16

10

G2

15

15

G3

APR El Guindo

6607296

298327

280

11

7

H1

Embalse Recoleta

6617065

293553

255

12

13

E1

APR Estación Recoleta

6623568

293943

301

10

8

H2

Río Hurtado en Villaseca

6617065

293553

255

13

14

H3

APR Villaseca

6617488

293741

288

1

1

E2

Estero El Ingenio en Lagunillas

6619062

292034

272

2

2

E3

Estero El Ingenio en Cruce Talhuén

6616189

289732

244

4

3

E4

Estero El Ingenio en Badén El Ingenio

6608944

281502

161

5

4

E5

Estero El Ingenio en Cruce El Trapiche

6608986

276838

121

18

22

E6

APR El Trapiche

6609064

276942

118

9

11

L1

Río Limarí en Los Peñones

6613514

291866

207

30

20

L2

Aguas del Valle, Ovalle

6613456

291744

219

3

12

L3

Río Limarí en La Chimba

6609880

287018

185

14

23

L4

APR Limarí

6607688

280633

155

6

5

L5

Río Limarí en Cruce San Julián con El Trapiche

6608648

276748

115

17

21

L6

APR San Julián

6608113

275647

128

7

6

L7

Río Limarí en Cruce Los Aromos

6609057

269788

87

20

19

L8

APR Cerrillos Tamaya

6610288

268737

83

29

27

P4

APR Los Nogales

6597674

275064

234

31

25

P1

APR Graneros

6593766

281261

187

8

18

L9

Río Limarí en Barraza

6606140

262081

37

26

24

L10

APR Barraza

6605799

261532

46

22

33

P8

Vertiente, Rinconada Punitaqui

6581873

273781

562

23

34

P9

Vertiente, Rinconada Punitaqui

6583498

273199

524

21

31

P7

Vertiente, Rinconada Punitaqui

6581711

274894

446

24

17

P2

Estero Punitaqui en Camarico

6594493

273307

126

28

26

P3

APR Camarico Chico

6594114

272884

108

25

16

P5

Estero Punitaqui en Chalinga

6596042

270312

108

27

28

P6

APR Chalinga

6595671

270083

120

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De las aguas subterráneas muestreadas, 12 (75%) corresponden a pozos de diferentes sistemas de agua potable rural (APR) existentes en la zona de estudio. De las otras cuatro muestras, una corresponde al pozo de extracción de la empresa de abastecimiento de agua potable, Aguas del Valle, en la ciudad de Ovalle, y los otros tres a aguas de vertientes ubicadas en el sector de Rinconada de Punitaqui. En cuanto al muestreo de aguas superficiales, estas fueron tomadas en los ríos de la cuenca, tratando de que éstas estuvieran lo más cerca posible de los puntos de muestreo de agua subterránea (APR), para así lograr mantener uno de los objetivos de este trabajo, que es el de evaluar la posible existencia de algún grado de interacción entre aguas superficiales y subterráneas. En la Tabla 3, 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 3: Caudales de los ríos en los meses de campañas. Caudal (m3/seg) Nombre Estación Río Grande en Puntilla San Juan Río Hurtado en Angostura de Pangue Río Limarí en Panamericana Estero El Ingenio Estero Punitaqui antes junta Río Limarí

Abril

Mayo

Junio

Octubre

Noviembre

Diciembre

10

10

10

10

10

10

1,94

3,94

5,55

1,71

1,1

0,26

0,61

1,44

1,77

0,27

0,21

0,24

1,24

3,74

9,7

3,45

1,21

0,8

−*

−*

−*

−*

−*

−*

0,01

0,01

0,43

0,05

− **

− **

Fuente: Dirección General de Aguas

(*) En Estero El Ingenio, no hay estaciones de medición. (**) No se encuentran los datos de estas mediciones a la fecha.

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Los sitios de muestreo, tanto de agua superficial como para agua subterránea en el área de estudio, parte baja del Río Limarí se presentan en la Figura 3.

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

Las muestras para el análisis químico fueron colectadas en recipientes plásticos de 1 litro. Para cada punto de muestreo, se tomaron 2 muestras, una para el análisis de iones mayores, y la otra para el análisis de metales pesados, siendo ésta última conservada con 1 - 2 mL de ácido nítrico (concentración 65%) al momento de colectar la muestra, para tener una correcta preservación. Las muestras para isótopos estables, fueron colectadas en envases plásticos de polipropileno, de 125 mL, tomándose dos muestras en cada punto, duplicado por “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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precaución. Para evitar la evaporación y el fraccionamiento isotópico de las muestras, éstas fueron llenadas completamente y selladas con una lámina plástica. En el Anexo A, se presentan fotos de la recolección de muestras. Después de la obtención de las muestras, éstas se almacenaron en hieleras, y fueron mantenidas a una temperatura aproximada de 5ºC, durante su transporte al laboratorio. Luego, las muestras tanto de análisis químico y de isótopos estables, fueron mantenidas aproximadamente a 4ºC, en el Laboratorio de Medio Ambiente del Departamento de Minas de la Universidad de La Serena, hasta su posterior envío y análisis a la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), ubicada en la ciudad de Santiago. Para la medición de isótopos radioactivos, en el caso de este estudio, específicamente Radón 222, se tomaron igualmente dos muestras en cada punto de muestreo. Las muestras fueron obtenidas en recipientes de vidrio, de 250 mL y de 1000 mL respectivamente, llenadas completamente bajo el agua (evitando el contacto con la atmósfera), cerradas en forma hermética, y conducidas al Laboratorio de Análisis Ambiental del Departamento Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Por último, los parámetros de pH, temperatura, conductividad eléctrica (CE) y oxígeno disuelto (OD), fueron determinados en terreno, utilizando una sonda multiparámetros portátil, marca Hanna, modelo HI 9828. Para una mejor precisión en la obtención de los valores de estos parámetros, se utilizaron papeles indicadores

de

pH,

marca

Merck

(determinación

cualitativa),

y

sondas

independientes para CE, pH y OD marca HACH, modelos C0150, SENSION1 y SENSION 6 respectivamente. Los análisis químicos fueron realizados en el Laboratorio de Análisis Químico de la Comisión Chilena de Energía Nuclear. Cabe señalar, que en las muestras se analizaron las concentraciones disueltas de cada parámetro. Efectivamente, previo a su análisis fueron filtradas a través de filtros de 0,45 micrones (P, Li, Sr, B, Si, Al, “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

22   

Fe, Mn, Pb, Zn, Na, K, Ca y Mg) y de 0,2 micrones (Cl, N-NO2, N-NO3 y SO4). Los parámetros químicos analizados, así como las metodologías utilizadas se presentan en la Tabla 4. La base de datos utilizada en este estudio para cada punto de muestreo, tanto de la información obtenida del laboratorio como la de terreno está disponible en el Anexo G. Como medida básica de control de calidad de la información, se calculó el error de balance iónico de cargas, el que utiliza la siguiente expresión (Thyne et al, 2004): %

100

El balance iónico de cargas se realizó sólo con aquellos parámetros químicos que presentaban mayores concentraciones a lo largo del área de estudio. Estos fueron: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, HCO3-, Cl-, SO4-2 y N-NO3-. Este balance se realizó para todos los puntos de muestreo, sin diferenciar entre aguas superficiales ni aguas subterráneas.

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23    Tabla 4: Metodología de Análisis. Parámetro

Límite de detección

Fósforo

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Litio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Estroncio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Boro

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20

Silicio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20

Aluminio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Hierro

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20

Manganeso

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20

Plomo

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Zinc

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20

Sodio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Potasio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Calcio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20

Magnesio

0,1

Espectrometría de emisión

STD.METHODS 20ava edición parte 3120

Cloruro

0,1

STD.METHODS 20ava edición parte 4110

N-Nitrito

2,0

N-Nitrato

0,25

Sulfato

0,05

Flúor

0,1

Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) Potenciómetro Ion Analyzer 250 - Radiometer

Metodología

ava

edición parte 3120

ava

edición parte 3120

ava

edición parte 3120

ava

edición parte 3120

ava

ava

edición parte 3120

edición parte 3120

ava

edición parte 4110

ava

edición parte 4110

ava

edición parte 4110

ava

edición parte 4500

STD.METHODS 20

STD.METHODS 20 STD.METHODS 20

STD.METHODS 20

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24   

3.3 Análisis Isotópico Los isótopos estables analizados fueron Deuterio (2H) y Oxígeno 18 (18O). El isótopo ambiental radioactivo considerado fue Radón 222 (222Rn). 3.3.1 Deuterio y Oxígeno 18 La determinación de los isótopos estables, deuterio y oxígeno 18, se realizó en el laboratorio de Isótopos Ambientales de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN). Los datos se expresan en desviaciones por mil (positivas o negativas) con respecto a un estándar. El estándar utilizado por la CCHEN es el V-SMOW, (Viena Standard Mean Ocean Water) cuya razón isotópica de

18

O y 2H es cercana

al promedio de la razón isotópica del agua de los océanos y se toma como valor referencial igual a cero. 18

O / 16O SMOW = 0

2

H / 1H SMOW = 0

La unidad de concentración isotópica, es el delta por mil, se describe como δ‰, y se define según la siguiente expresión: ‰

1000

=Razón isotópica media de la muestra =Razón isotópica media de la referencia (Carvajal, 2010) La incerteza de las mediciones es de 1‰ para el Deuterio y 0,05 ‰ para el Oxígeno 18. Respecto a la línea meteórica, este estudio utilizó una línea meteórica local determinada con los valores isotópicos de las precipitaciones del año 2009 y 2010, tomadas en tres estaciones de muestreo de aguas lluvias a lo largo de la cuenca del Limarí: Estación Tulahuén, La Paloma y en Carretera. Finalmente, es importante mencionar que

18

O y 2H se correlacionan a una escala global, y se ha

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25   

establecido la relación entre Deuterio y Oxígeno 18 como: δ2H = 8 δ18O + 10, la que se conoce como línea meteórica mundial o GMWL (Global Meteoric Water Line). Establecida por Craig en 1961, la GMWL nos da un punto de referencia en relación con las aguas regionales y/o locales, siendo comparadas y así interpretar su composición isotópica (Brodie et al., 2007). La GMWL también fue considerada en los análisis gráficos de la información obtenida. 3.3.2 Radón 222 El análisis del radioisótopo Radón 222, se realizó en el Laboratorio Ambiental del Departamento Ingeniería de Minas de la Universidad de la Serena. Los análisis fueron realizados en un equipo RadH2O (Durridge Co., MA, USA), como el que se muestra en la Figura 4, durante los dos días posteriores al muestreo (como máximo), siguiendo los protocolos establecidos por el fabricante. En cada grupo se repitieron los análisis para las muestras con los valores máximos y mínimos obtenidos. Cada medición (una muestra) toma alrededor de 50 minutos. Éste análisis sólo se realizó en las muestras de agua superficiales y subterráneas obtenidas en la segunda campaña de muestreo.

Figura 4: Detector electrónico RAD H2O “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

26   

3.3.3 Análisis preliminar de Recarga Finalmente, se utilizaron las concentraciones de cloruro (Cl-), para calcular en forma preliminar la tasa de recarga de las aguas subterráneas de la Cuenca del Limarí. Esto se realizó usando el Método de Balance de masa de cloruro. Los métodos para el cálculo de recarga de acuíferos en zonas áridas y semiáridas que utilizan trazadores ambientales, tales como el cloruro, resultan ser más satisfactorios, ofrecen una fiabilidad relativa alta y un coste relativo bajo, además de ser una técnica simple (Ruiz, 2003; Gee et al., 2005) El cloruro es un buen trazador ambiental ya que se encuentra naturalmente en la atmósfera (evaporación de los océanos), es altamente soluble, no se adsorbe, es químicamente conservativo y fácilmente medible. Se puede depositar en forma seca o húmeda, disuelto en el agua de la lluvia. También, como la mayoría de las plantas no adsorben cloro, se concentra en el suelo, como consecuencia de la evaporación. Una menor concentración de cloruro en las aguas de un acuífero, indican que hay una mayor recarga de agua en el suelo por efecto de las precipitaciones (Ruiz, 2003; Zagana et al., 2007). Para el cálculo de la tasa de recarga, se utilizó la siguiente fórmula, con el supuesto de que todo contenido de cloro en un acuífero deriva de aportes de las precipitaciones (Zagana et al., 2007):

R= Pv*(Clluvia/Cagua subterránea) R: Tasa de recarga (mm/año) Pv: Volumen de precipitaciones (mm) Clluvia: Concentración de cloruro en lluvia (mg/L) Cagua subterránea: Concentración de cloruro en aguas subterráneas (mg/L)

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27   

Respecto a la información de las precipitaciones (agua caída en meses de 2009 y 2010) ésta fue proporcionada por la Dirección General de Aguas (DGA). Los datos de las concentraciones de cloruro fueron obtenidas de las muestras tomadas de los colectores de aguas lluvias ubicados en tres localidades en la cuenca: Tulahuén, La Paloma y retén de Carabineros del sector de Cerrillos de Tamaya (carretera) (ubicación de cada estación en Tabla 5). Cabe señalar que para el cálculo de la tasa de recarga de cloruro en la zona de estudio, sólo se utilizaron los datos de dos de las tres estaciones recolectadas: La Paloma y Carretera. Los datos de La Paloma se utilizaron para el cálculo de tasa de recarga de los puntos APR El Guindo (G3), APR Villaseca (H3) y APR Estación Recoleta (E1). Los datos de Carretera se utilizaron en los siguientes puntos: APR Cerrillos de Tamaya (L8) y APR Barraza (L10). En el resto de los puntos de muestreo se utilizó el promedio entre las precipitaciones de La Paloma y Carretera. Tabla 5: Ubicación de estaciones de muestreo de aguas lluvias. Estación

Norte UTM

Este UTM

Altura msnm

Tulahuén

6572954

331025

987

La Paloma

6602501

304970

335

Carretera

6614319

260800

214

3.4 Análisis de la Información 3.4.1 Métodos Gráficos Se utilizaron métodos gráficos simples, como por ejemplo diagramas de Piper y Stiff, para así establecer la distribución de las concentraciones de los parámetros en los diferentes puntos de muestreo (variación espacial), tanto para aguas superficiales como para aguas subterráneas (según componente hidrológico); además de relaciones entre las variables. Los análisis gráficos se realizaron para parámetros individuales, subconjuntos de parámetros y para razones entre ciertas “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

28   

variables seleccionadas. Se consideró el uso de gráficos bivariados y ternarios. Éstos se realizaron usando Excel (Microsoft Office 2007) y el programa AqQa versión 1.1.1 2006 (Rockware Inc.). Complementariamente, para un mejor análisis e interpretación de los datos, se realizaron diagramas “araña” basados en las concentraciones medias mundiales para ciertos parámetros medidos en aguas superficiales. Los parámetros con sus respectivos valores de referencia se muestran en la Tabla 6. Tabla 6: Concentraciones medias mundiales.

Cationes y Aniones Mayores

Elementos en Trazas

Parámetro

Concentración media mg/L

Ca Mg Na K

17,6 3,9 6,7 2,2

HCO3

47

NO3

1

SO4 Cl

11,5

B

0,02

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

3.4.2 Métodos Estadísticos 3.4.2.1 Métodos Estadísticos Simples Para el análisis estadístico simple, se utilizó un análisis estadístico descriptivo (media, mediana, desviación estándar, máximo y mínimo), para explicar en forma general la distribución, rango y comportamiento de los datos analizados. 3.4.2.2 Métodos Estadísticos Multivariados Para realizar un análisis estadístico efectivo, primero se procedió a la selección de las variables a trabajar. Esto se logró, en primera instancia corrigiendo los “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

29   

parámetros “censurados”, es decir aquéllos con valores menores o iguales al límite de detección, reemplazando éstos por el promedio entre cero y el valor del límite de detección para cada parámetro. Luego, sólo aquellos parámetros cuyo porcentaje de valores censurados fuese menor a 30% fueron seleccionados para el análisis multivariado. Una vez obtenidos estos parámetros, se procedió a determinar la distribución estadística de cada uno de ellos. Para lograr una correcta utilización de las técnicas multivariadas, los parámetros deben presentar una distribución normal. Para verificar los ajustes de cada parámetro se realizó el test de Anderson-Darling (A-D) utilizando el programa Minitab 16. Este análisis consiste en hacer una comparación entre los valores de A-D y p-value arrojados en las curvas comparativas tanto para Normal y Lognormal. Se utilizó un nivel de significancia α=0,05, con una hipótesis nula de no rechazar Ho cuando el p-value tenga un valor mayor a 0,05. Se utilizó como criterio dominante, que a medida que el valor de A-D sea menor, mejor será el ajuste a la distribución señalada. Y, con respecto al valor de p-value, usado como segundo criterio, se concluye que los datos siguen la curva en cuestión cuando éste tiene un valor mayor que el α (Minitab Inc.). Para aquellos parámetros que no seguían una distribución normal se aplicó una transformación logarítmica. En el Anexo C, se muestra el análisis comparativo bajo el test de Anderson-Darling. Las técnicas estadísticas multivariadas utilizadas en este estudio fueron el Análisis de Clusters (Q-mode) y Análisis de Componentes Principales (PCA). El método de análisis de clusters es una gran herramienta para analizar la química de las aguas. Consiste en agrupar las muestras en conglomerados de similares características y así poder establecer con éstos una coherencia espacial dentro de la zona de estudio. En relación a Q-mode, esta técnica forma los clusters según la variación entre las muestras, a diferencia de R-mode que lo hace según las fuentes de variación en un set de parámetros (Thyne et al., 2004). “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

30   

En este estudio se utilizó el software Minitab 16 (Minitab Inc.). Se utilizó una combinación del método de vinculación Ward y de distancia Euclidiana, ya que se ha comprobado que la utilización de éstos en conjunto produce clusters más distintivos. En relación a la estandarización de los datos, que centra los valores alrededor de media de cero y escalas de variabilidad de cada parámetro a un similar rango, se calculan automáticamente durante el análisis estadístico en Minitab 16 (Albrecht, 2007) (Las opciones seleccionables para que el software estadístico realice los cálculos se muestran en el Anexo H, figura H.1). Respecto a la elección del número de clusters, esto es subjetivo. Según Thyne (2004), el número óptimo de clusters dependerá del investigador y/o del estudio en cuestión. Este criterio arbitrario requiere de una buena comprensión respecto al área de estudio y la agrupación de las variables, y a su vez lograr establecer la cantidad de grupos y subgrupos, considerando las características del sistema en cuestión. En esta oportunidad se utilizó dos criterios, el arbitrario y otro estadístico. En primer lugar, se utilizó un criterio estadístico, en este caso el de Sneath: 2/3 Dmáx, siendo Dmáx la distancia máxima de separación, para definir los grupos principales. Posteriormente se usó un criterio arbitrario, para definir los subgrupos de forma tal de definir grupos menores y analizar la coherencia (significado) espacial de su distribución. El Análisis de Componentes Principales es una técnica analítica multivariada que consiste en reducir la variabilidad de un set de datos en menos variables que estén compuestas por combinaciones lineales de las variables originales, y además serán independientes entre sí (Albrecht, 2007). En este análisis, pocos factores explicaran gran parte de la variabilidad total. El número total de componentes o factores generados indica el número total de posibles fuentes de variación en los datos. Los componentes son clasificados en orden de mérito. Así, el primer componente que tenga valor propio (eigenvalue) más alto, representa la más importante fuente de variación de los datos. El último

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31   

factor es el proceso menos importante que contribuye a la variación química (Yidana et al., 2008). Para este análisis, al igual que en el análisis de clusters, se utilizó el programa Minitab 16. La determinación de los componentes se realizó utilizando el criterio de Kaiser, el que establece que serán retenidos aquellos componentes principales con valores propios (o eigenvalue) mayores o igual a la unidad. Además, se consideró una rotación tipo Varimax (detalles de las opciones seleccionables en Anexo H, figura H.2).

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32   

4 RESULTADOS Y DISCUSIONES 4.1 Grupo Final de Datos Analizados Con respecto al error analítico, de los resultados obtenidos, más del 85% de las muestras obtuvieron errores menores al ±10%. Sólo cuatro de las 31 muestras obtuvieron errores superiores a ±10%, equivalentes al 13% de las muestras analizadas. En cuanto a las muestras con errores entre 10 y 25%, no se eliminó ningún punto de muestreo, puesto que los valores que se presentaron fueron todos considerados como aceptables, incluso a pesar de valores algo elevados calculados para las muestras embalse Recoleta (H1) y Estero Punitaqui en Camarico (P2). Por lo tanto, se procedió a utilizar las 31 muestras en su totalidad para el análisis del presente estudio (Tabla 7). Respecto a los análisis estadísticos y gráficos dentro de este estudio, se realizó una selección de los parámetros a trabajar. Dicha selección se hizo tanto para las muestras de agua superficial como subterránea, calculando el porcentaje de datos censurados (aquéllos con valores de concentraciones menores al límite de detección de la técnica y/o método analítico utilizado), aspecto de gran importancia para el análisis multivariado. De los resultados obtenidos, los porcentajes de datos censurados no variaron considerablemente para cada parámetro tanto en las muestras de agua superficial como para agua subterránea. Los porcentajes se presentan en la Tabla 8. Por lo tanto, de acuerdo a la Tabla 8, los parámetros que se consideraron finalmente para el análisis en esta memoria (análisis multivariado, gráficos, etc.) son: Ca, Mg, K, Na, Cl, N-NO3, HCO3, SO4, F, Sr, B, Si, dureza total*, pH, CE, DO, TDS, 18O y 2H. *Nota: El parámetro dureza total se determinó a partir de los resultados separados obtenidos para calcio y magnesio, aplicando la formula: Dureza (mgCaCO3/L)= 2,497(mgCa/L) + 4,118(mgMg/L). (Fuente: Laboratorio de análisis químico – Comisión Chilena de Energía Nuclear).

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33    Tabla 7: Errores analíticos para cada punto de muestreo. Punto

Sector

% error

G1

Río Grande (aguas abajo Embalse La Paloma)

2,73

G2

Río Grande en El Guindo

3,62

G3

APR El Guindo

4,21

H1

Embalse Recoleta

23,70

H2

Río Hurtado en Villaseca

7,34

H3

APR Villaseca

2,44

E1

APR Estación Recoleta

1,34

E2

Estero El Ingenio en Lagunillas

2,74

E3

Estero El Ingenio en Cruce Talhuén

0,80

E4

Estero El Ingenio en Badén

5,56

E5

Estero El Ingenio en Cruce El Trapiche

4,08

E6

APR El Trapiche

2,98

L1

Río Limarí en Los Peñones

8,81

L2

Aguas del Valle, Ovalle

4,07

L3

Río Limarí, La Chimba

6,87

L4

APR Limarí

3,75

L5

Río Limarí en Cruce San Julián con El Trapiche

9,54

L6

APR San Julián

5,14

L7

Río Limarí en Cruce Los Aromos

7,32

L8

APR Cerrillos Tamaya

1,22

L9

Río Limarí en Barraza

7,40

L10

APR Barraza

4,14

P1

APR Graneros

1,64

P2

Estero Punitaqui en Camarico

24,78

P3

APR Camarico Chico

3,11

P4

APR Los Nogales

4,31

P5

Estero Punitaqui en Chalinga

11,67

P6

APR Chalinga

9,66

P7

Vertiente, Rinconada Punitaqui

2,02

P8

Vertiente, Rinconada Punitaqui

11,02

P9

Vertiente, Rinconada Punitaqui

7,89

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34    Tabla 8: Porcentaje de datos censurados para los diferentes parámetros obtenidos del total de análisis (muestras). Parámetros

A. Superficial %

A. Subterránea %

P

60

44

Li

100

100

Sr

0

6

B

7

25

Si

0

0

Al

87

94

Fe

87

63

Mn

100

81

Pb

100

100

Zn

100

88

Na

0

0

K

0

0

Ca

0

0

Mg

0

0

As

100

100

Cd

100

100

Cu

87

100

Conductividad eléctrica

0

0

Dureza total

0

0

pH

0

0

Alcalinidad

33

100

STD

0

0

HCO3

0

0

F

0

0

Cl

0

0

SO4

0

0

N-NO3

0

0

N-NO2

100

100

PO4

100

100

2 δH

0

0

18

0

0

δ O

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35   

4.2 Hidroquímica 4.2.1 Análisis Estadístico Simple Descriptivo Para el análisis estadístico simple, se analizaron por separado las aguas superficiales y subterráneas. Los resultados se presentan en las Tablas 9 y 10. Comparando estos resultados, con los obtenidos por Baldessari (2007) y de acuerdo a los parámetros coincidentes con este estudio, se advierte cierta variación temporal. Se destacan los valores para Fe, que en el estudio presentado por Baldessari presenta una concentración promedio de 0,4 mg/L, y en este estudio de 0,06 mg/L, ambas en aguas superficiales. Eso sí, es importante recordar que en este estudio se utilizaron concentraciones disueltas y en el estudio realizado por Baldessari (2007), concentraciones totales. En relación al análisis estadístico de nuestro estudio, los valores promedios que cambian

notoriamente

sus

concentraciones,

entre

aguas

superficiales

y

subterráneas son: Cl, dureza total, N-NO3 y SO4. 4.2.2 Análisis Gráfico: Variaciones Espaciales A continuación, se presenta un análisis gráfico de la variación espacial de las concentraciones de los diferentes parámetros considerados tanto para aguas superficiales como aguas subterráneas. Cabe señalar, que debido a la importancia de cada tipo de agua, tanto en el ámbito agrícola (aguas superficiales) como en el uso para agua potable (aguas subterráneas), se incluyen en los gráficos, según corresponda, los niveles permisibles establecidos en las Normas Chilenas 1333 y 409 respectivamente.

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36   

Tabla 9: Estadísticos descriptivos agua superficial (para 15 muestras). Mínimo

Máximo

Media

Mediana

Desv.Est.

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

Ca

35,9

244,0

100,0

106,0

67,1

Mg

9,9

124,0

36,0

42,8

40,2

K

1,9

8,1

4,2

5,2

2,4

Na

19,7

330,0

93,1

117,0

111,9

Cl

9,7

521,0

85,7

115,0

199,0

F

0,0

1,1

0,2

0,2

0,3

HCO3

120,0

370,0

253,4

254,0

80,6

Dureza total

130,0

1086,0

403,5

350,0

327,9

PO4

2,5

2,5

2,5

2,5

0,0

N-NO3

0,3

5,4

1,3

1,3

1,5

N-NO2

1,0

1,0

1,0

1,0

0,0

SO4

47,3

964,0

169,6

157,0

243,2

Al

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

B

0,1*

0,3

0,2

0,2

0,1

As

0,01*

0,01*

0,01*

0,01*

0,00

Cd

0,01*

0,01*

0,01*

0,01*

0,00

Cu

0,02*

0,01*

0,01*

0,01*

0,00

Fe

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

Mn

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

Pb

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

Zn

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

P

0,1*

0,7*

0,1*

0,1*

0,2

Li

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

Sr

0,2

1,2

0,5

0,6

0,4

Si

2,2

15,3

7,5

9,4

3,7

pH

8,9

7,6

8,0

7,9

0,3

DO

4,8

13,3

8,2

9,0

2,9

CE

335,7

3061,0

829,9

1036,0

926,4

TDS

187,0

1799,0

472,5

593,0

548,6

2 δ H (‰)

-73,9

-45,8

-59,6

-60,6

7,3

-9,3

-5,9

-7,4

-7,4

0,9

18

δ O (‰)

*Nota: Valores resultantes del promedio entre cero y el límite de detección.

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37   

Tabla 10: Estadísticos descriptivos agua subterránea (para 16 muestras). Mínimo

Máximo

Media

Mediana

Desv.Est.

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

Ca

25,4

251,0

88,3

95,6

62,6

Mg

15,9

115,0

36,1

36,6

27,2

K

2,0

7,4

3,5

3,4

1,8

Na

35,6

323,0

102,6

101,7

94,1

Cl

19,2

681,0

107,6

110,7

186,8

F

0,01*

0,20*

0,10*

0,10*

0,10

HCO3

166,0

516,0

286,9

278,0

87,8

Dureza total

152,0

1100,0

380,8

327,0

253,7

PO4

2,5

2,5

2,5

2,5

0,0

N-NO3

0,4

14,1

2,5

2,2

4,0

N-NO2

1,0

1,0

1,0

1,0

0,0

SO4

12,7

370,0

119,1

142,0

111,6

Al

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

B

0,1*

0,3

0,1*

0,2

0,1

As

0,01*

0,01*

0,01*

0,01*

0,00

Cd

0,01*

0,01*

0,01*

0,01*

0,00

Cu

0,01*

0,01*

0,01*

0,01*

0,00

Fe

0,1*

2,2

0,1*

0,1*

0,7

Mn

0,1*

0,9

0,1*

0,1*

0,2

Pb

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

Zn

0,1*

0,3

0,1*

0,1*

0,1

P

0,1*

0,2

0,1*

0,1*

0,1

Li

0,1*

0,1*

0,1*

0,1*

0,0

Sr

0,1*

1,4

0,4

0,4

0,4

Si

9,2

23,8

12,5

11,3

4,2

pH

8,0

6,9

7,4

7,5

0,3

DO

2,1

8,1

4,6

5,4

1,9

CE

514,7

3220,7

969,1

1027,3

791,2

TDS

276,5

1798,5

542,1

575,0

449,0

2 δ H (‰)

-75,4

-34,7

-51,0

-55,3

11,8

-9,5

-5,6

-6,9

-6,9

1,1

18

δ O (‰)

*Nota: Valores resultantes del promedio entre cero y el límite de detección.

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38   

4.2.2.1 Parámetros de Terreno a) pH: Las Figuras 5 y 6, muestra el comportamiento de esta variable. En general, en ambos tipos de muestreo, se mantienen levemente alcalinos los valores de pH de casi todos los puntos, y todos dentro de los rangos de la normativa correspondiente para cada caso. En aguas superficiales (Fig. 5) la excepción la constituye la muestra tomada en el Río Limarí, en el sector de cruce San Julián con el Trapiche (L5) en que el valor del pH presenta un leve aumento, probablemente debido a los aportes por drenaje agrícola hacia las aguas superficiales. En aguas subterráneas (Fig. 6) destaca en el punto de APR Barraza (L10), donde aumenta el valor del pH aproximadamente en una unidad.

10,0 Dirección del Flujo

Unidad pH

9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 G1 G2 H1 H2

L1

L3

L5

E2

E3

E4

E5

L7

L9

P2

P5

Puntos

Figura 5: Variación espacial de pH en agua superficial;

NCh 1333.

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39    9,0

Unidad pH

8,0

7,0

6,0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 6: Variación espacial de pH en agua subterránea;

NCh 409.

b) Conductividad Eléctrica: Es una medida de la concentración total de iones en la solución. A diferencia del pH, tanto para aguas superficiales, como para aguas subterráneas, se observan comportamientos distintos (Fig. 7, paneles A y B). En aguas superficiales (Fig. 7, panel A), la conductividad mantiene valores similares a medida que avanzamos en la cuenca, a excepción del Estero El Ingenio. De hecho, en el punto de Estero El Ingenio en badén (E4) ubicado inmediatamente aguas abajo del sector de Panulcillo presenta el valor más alto. Esto puede deberse posiblemente al efecto de las soluciones provenientes de las piscinas de evaporación presentes en Panulcillo, que se infiltran hacia el estero. A medida que avanzamos aguas abajo, disminuye levemente, probablemente debido a la dilución que experimenta al mezclarse con las aguas del Río Limarí. Y finalmente, en el punto L9 (Río Limarí en Barraza) aumenta nuevamente, probablemente por efecto de que en este sector la cuenca es más ancha, lo que favorecería la evaporación del agua y esto a su vez hace que se produzcan concentraciones más salinas provocando el aumento en la conductividad.

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40   

Respecto a aguas subterráneas (Fig. 7, panel B), la conductividad comienza a aumentar, justo en el punto de APR El Trapiche (E6), coincidentemente aguas abajo del punto Estero El Ingenio en badén, llegando a su valor más alto en APR Cerrillos de Tamaya (L8) coincidentemente puntos ubicados cercanamente a los puntos nombrados en aguas superficiales (E4 y L9), lo que puede ser indicador de una posible interacción entre estos.

3500

A 

Dirección del Flujo

3000

CE uS/cm

2500 2000 1500 1000 500 0 G1 G2 H1 H2 L1

L3

L5

E2

E3

E4

E5

L7

L9

P2 P5

Puntos 3500 3000

B 

Dirección del Flujo

CE uS/cm

2500 2000 1500 1000 500 0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 7: Conductividad eléctrica en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B). Punto de muestreo.

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41   

c) CE- pH: Para el caso de las aguas superficiales (Fig. 8, panel A) se observa que los valores de pH y conductividad están inversamente relacionados hasta el punto Río Limarí en La Chimba (L3), a medida que disminuye el pH, aumenta la conductividad, esto porque al disminuir el pH aumenta la concentración de iones en el agua. Aunque cabe señalar que los rangos de pH son bastante limitados. Luego, en el punto Río Limarí en cruce San Julián con El Trapiche (L5) y la sección destacada (línea segmentada), muestra que desde Estero El Ingenio en cruce Talhuén (E3) hasta Río Limarí en Barraza (L9) no hay una correlación entre pH y conductividad, puesto que hay altos valores para conductividad y altos valores de pH. Estos altos valores en la conductividad probablemente tengan relación con las concentraciones salinas naturales encontradas al final de la cuenca, donde se ubican estos puntos muestreados. En aguas subterráneas (Fig. 8, panel B), se observa hasta APR Estación Recoleta (E1) una relación directa entre el aumento de pH y conductividad. En los puntos L8 (APR Cerrillos de Tamaya) y L10 (APR Barraza), se observa una relación inversa entre los parámetros señalados. En los puntos correspondientes al Estero Punitaqui (P1 - P9) se observa que a medida que aumentan los valores de pH favorecen la disminución de concentración iónica, la que lleva a disminuir la conductividad eléctrica.

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42    9,5

3000

9,0

CE uS/cm

2500

8,5

2000 8,0 1500 7,5

1000 Dirección del Flujo

500 0

A Unidad pH

3500

7,0 6,5

G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5 Puntos 3500

8,2

3000

8,0 7,6

2000

7,4

1500

7,2 7,0

1000

Unidad pH

7,8

2500 CE uS/cm

B 

6,8

500

6,6

0

6,4 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 8: Variación de la conductividad eléctrica y pH en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).

Conductividad eléctrica;

pH

4.2.2.2 Cationes Mayores a)

Ca-Mg-Na: Se observa que los niveles de Ca, Mg y Na, tanto en aguas

superficiales como en subterráneas están relacionados directamente entre sí (Fig. 9, paneles A y B). Se advierte además que las más altas concentraciones se presentan en los puntos pertenecientes al Estero El Ingenio. En aguas

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43   

subterráneas, destaca APR Cerrillos de Tamaya (L8) con las mayores concentraciones (notar la escala logarítmica de la figura).

Ca ‐ Mg ‐ Na mg/L

1000

A 

100

10 Dirección del Flujo 

1 G1 G2 H1 H2 L1

L3

L5

E2 E3 E4 E5

L7

L9

P2 P5

Puntos

Ca ‐ Mg ‐ Na mg/L

1000

B 

100

10

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

Figura 9: Calcio, magnesio y sodio en aguas superficiales (Panel A) y subterránea (Panel B).

Ca;

Mg;

Na.

b) Razón Ca/Mg: La razón Ca/Mg (ambos en mg/L) en aguas superficiales, muestra una gran variación en los distintos afluentes. En el Río Hurtado las concentraciones de calcio son 5 veces la de magnesio, mientras que en el Estero Punitaqui es aproximadamente 2. En el Río Limarí esta razón va disminuyendo en

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44   

el sentido del flujo (Fig. 10, panel A). En aguas subterráneas, la razón fue mostrando el mismo comportamiento que las aguas superficiales, aunque desde el punto APR Graneros (P1), va disminuyendo, con excepción de los puntos APR Camarico Chico (P3) y APR Los Nogales (P4) (Fig. 10, panel B).

6,0

A 

Razón Ca/Mg

Dirección del Flujo 

4,0

2,0

0,0 G1 G2 H1 H2

L1

L3

L5

E2

E3

E4

E5

L7

L9

P2

P5

Puntos

Razón Ca/Mg

6,0

B 

4,0

2,0

0,0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 10: Razón Ca/Mg en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B). Punto de muestreo.

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45   

c) Razón Ca/Na: La razón Ca/Na en aguas superficiales (Fig. 11) muestra un comportamiento similar a lo mostrado en la razón Ca/Mg, aunque sólo hasta el punto L3 (Río Limarí en La Chimba). Desde este punto hasta el final de la cuenca, las concentraciones de Na en el Río Limarí (es decir, L7 y L9) son mayores que las de Ca, lo que se podría asociar al aumento en los valores de la conductividad eléctrica visto anteriormente (Fig. 7, panel A) por el aumento en las concentraciones de iones en este sector, especialmente de Na+ y Ca+2. En aguas subterráneas (Fig. 12), esta razón no mostró gran variación a lo largo de la cuenca, pero cabe señalar que las concentraciones de Na fueron mayores que las de Ca desde el punto APR San Julián (L6) hasta el final de la cuenca. Una excepción es la muestra de APR Villaseca (H3), que presenta el mismo comportamiento que en la razón Ca/Mg, con el valor de Ca/Na más alto de todos los puntos de muestreo, aproximadamente 2,6.

3,5 Dirección del Flujo 

Razón Ca/Na

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 G1 G2 H1 H2 L1

L3

L5

E2

E3

E4

E5

L7

L9

P2 P5

Puntos

Figura 11: Razón Ca/Na en agua superficial.

Punto de muestreo.

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46    3,0

Razón Ca/Na

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 12: Razón Ca/Na en agua subterránea.

Punto de muestreo.

4.2.2.3 Aniones Mayores a) SO4: Las concentraciones de SO4 en aguas superficiales (Fig. 13, panel A) presentan valores bajo el límite permisible de la norma (1333 riego) hasta el punto de confluencia del Estero El Ingenio con el Río Limarí, donde sobrepasa el valor normado. Esto, probablemente debido a las altas concentraciones presentes en el Estero El Ingenio, específicamente en cruce Talhuén (E3). Posiblemente estos altos valores de sulfato encontrados en cruce Talhuén, se deban a las infiltraciones provenientes de las piscinas de evaporación de la compañía minera Panulcillo, mencionado anteriormente. Cabe señalar, que a medida que se avanza aguas abajo, esta concentración va disminuyendo (igualmente sobrepasando el límite permisible. En el sector de Barraza (L9) vuelve a presentar un leve aumento. En aguas subterráneas, en general, las concentraciones de todos los puntos de muestreo estuvieron por debajo de los límites permitidos (Fig. 13, panel B). Eso sí, se observa el leve aumento de éstas desde los pozos muestreados en el Estero El Ingenio (APR El Trapiche, E6) hasta los pozos ubicados en el Río Limarí (APR Cerrillos de Tamaya, L8), en directa relación con lo mencionado en aguas

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47   

superficiales. Cabe señalar, que destacan los bajos valores encontrados en las vertientes de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9).

1000

SO4 mg/L

800

A  Dirección del Flujo 

600 400 200 0 G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5 Puntos

B  500

SO4 mg/L

400 300 200 100 0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 13: Sulfato en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B). Punto de muestreo;

NCh 1333;

NCh 409.

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48   

b) Cl: En relación al contenido de cloruro en aguas superficiales (Fig. 14, panel A) en general en la zona de estudio la presencia de éste se puede deber a la alta evapotranspiración del suelo, neblinas provenientes de la costa, así como también por efecto de la lixiviación de sedimentos de terrazas salinas. En general, las subcuencas del Río Grande y Hurtado presentan bajas concentraciones. En el Estero El Ingenio y a medida que avanzamos hacia la costa se encontraron concentraciones mayores que las de las subcuencas nombradas anteriormente, lo que puede deberse probablemente a los aportes de Cl de neblinas con contenidos salinos de origen marino y también por la presencia de terrazas salinas presentes al final de la cuenca (que fueron terrazas marinas en parte). Respecto a las aguas subterráneas (Fig. 14, panel B), al igual que en aguas superficiales, presentan altas concentraciones los pozos muestreados del Estero El Ingenio,

posiblemente por efecto de algún tipo de alteración de rocas

provocado por la infiltración de soluciones provenientes desde Panulcillo. Los puntos APR Cerrillos de Tamaya (L8) y APR Barraza (L10), presentan altas concentraciones de cloruro, en directa relación con lo mencionado en aguas superficiales para el final de la cuenca. Los puntos del Estero Punitaqui y Rinconada de Punitaqui, presentan bajas concentraciones.

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49   

A

1000

Cl mg/L

100

10 Dirección del Flujo 

1 G1 G2 H1 H2 L1

L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7

L9 P2 P5

Puntos 1000

B

Cl mg/L

100

10

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

Figura 14: Cloruro en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B). Punto de muestreo;

NCh 1333;

NCh 409.

c) HCO3: Bicarbonato en aguas superficiales (Fig. 15, panel A) muestra concentraciones en ascenso a medida que se avanza en dirección del flujo, hasta llegar al punto Estero El Ingenio en badén (E4), donde bajan sus concentraciones. La excepción la constituye el punto del Estero El Ingenio en cruce Talhuén (E3), en que disminuye levemente su concentración, probablemente debido al aporte de lixiviados provenientes de Panulcillo, que actúan acidificando las aguas.

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50   

En aguas subterráneas (Fig. 15, panel B) se observa también un aumento en las concentraciones a medida que avanzamos en la cuenca hasta llegar a APR Barraza (L10) donde sufre un descenso. Referente a los puntos del Estero Punitaqui, presentan valores muy diferentes APR Graneros (P1) y APR Los Nogales (P4), probablemente por la influencia de las aguas de regadío del embalse

La

Paloma

sobre

estas

aguas,

ya

que

presentan

similares

concentraciones que el punto G3 (APR El Guindo), para un valor de pH bajo en este punto (7,1). 500

A 

Dirección del Flujo 

HCO3 mg/L

400 300 200 100 0 G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5 Puntos

600

B 

HCO3 mg/L

500 400 300 200 100 0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 15: Bicarbonato en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B). Punto de muestreo. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

51   

d) N-NO3: Nitrato (expresado como nitrógeno) en aguas superficiales (Fig. 16), presenta un ascenso a medida que se avanza en dirección del flujo, especial aumento se observa hasta Río Limarí en cruce San Julián con El Trapiche (L5), punto de confluencia entre el Río Limarí y el Estero El Ingenio, probablemente por las concentraciones que trae éste, por efecto de las actividades agrícolas desarrolladas en esa subcuenca. Luego, ya en L7 (Río Limarí cruce Los Aromos), disminuye la concentración, no encontrando una explicación consistente para explicar esta variación. En aguas subterráneas (Fig. 17) las concentraciones de nitrato presentan distintos comportamientos en cada punto de muestreo, probablemente por la influencia de las aguas superficiales sobre estos, es decir, su interacción. Al igual que en aguas superficiales, el punto APR Limarí (L4) sufre un aumento, al igual que L5, probablemente por una interacción entre ambas. Lo mismo ocurre con los puntos P1 y P4. Como se señaló con el bicarbonato, presentaron concentraciones diferentes a los demás puntos del Estero Punitaqui, posiblemente por la influencia de las aguas del embalse La Paloma. En cuanto a los puntos de Rinconada de Punitaqui, el punto P8 presentó la concentración más alta de toda la cuenca con 14,1 mg/L de N-NO3.

N‐NO3  mg/L

10

1

0,1 G1 G2 H1 H2 L1

L3

L5 E2 E3 E4 E5 L7

L9 P2 P5

Puntos

Figura 16: N-NO3 en agua superficial.

Punto de muestreo.

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52   

N‐NO3 mg/L

100

10

1

0,1 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 17: N-NO3 en agua subterránea.

Punto de muestreo;

NCh 409.

e) SO4 – Cl - HCO3: En agua superficial, las concentraciones de sulfato, cloruro y bicarbonato mostraron comportamientos similares (Fig. 18, panel A). La excepción la constituye el punto E3 (Cruce Talhuén) que muestra niveles de sulfato mucho mayores que los de bicarbonato, posiblemente por ser una zona de alteración hidrotermal o por efectos de la infiltración de soluciones provenientes de las canchas de evaporación de lixiviados provenientes de la Compañía Minera Panulcillo. Aguas subterráneas (Fig. 18, panel B), SO4, Cl y HCO3 mostró un comportamiento similar que en aguas superficiales, con especial incremento en el Río Limarí, y una disminución importante en el Estero Punitaqui. En general, aguas superficiales y subterráneas siguen una misma tendencia, con concentraciones que van en aumento, a excepción de los puntos de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9), con valores menores.

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53   

A

SO4 ‐ Cl ‐ HCO3 mg/L

1000

100

10 Dirección del Flujo 

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

SO4 ‐ Cl ‐ HCO3 mg/L

1000

B

100

10

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

Figura 18: Sulfato, cloruro y bicarbonato en aguas superficiales (Panel A) y subterráneas (Panel B).

SO4;

Cl;

HCO3.

f) Razón SO4/Cl: En aguas superficiales (Fig. 19, panel A), la razón SO4/Cl (ambos en mg/L) presenta su máximo en la subcuenca del Río Hurtado, en donde la concentración de sulfato es 10 veces la de cloruro. Si bien el valor de sulfato en Río Hurtado está por debajo de los límites permisibles de la norma, su valor alto en la razón se explica por la baja concentración de cloruro que presenta. Igualmente, hacia el final de la zona de estudio (L7, L9) se incrementan los niveles de SO4 en forma importante, pero también los de Cl, lo que hace tener una razón “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

54   

baja. Respecto a las aguas subterráneas (Fig. 19, panel B), desde los puntos en que confluyen el Río Limarí con el Estero El Ingenio, E6 (APR El Trapiche) y L6 (APR San Julián), la razón mostrada indica claramente que presentan valores de cloruro mayores a los de sulfato.

Razón SO4/Cl

100,0

Dirección del Flujo 

A

10,0

1,0

0,1 G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5 Puntos

Razón SO4/Cl

10,0

B

1,0

0,1 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 19: Razón SO4/Cl en aguas superficiales (Panel A) y subterráneas (Panel B).

Punto de muestreo.

4.2.2.4 Metales a) Cu: Las concentraciones de cobre casi en el 100% de los puntos de muestreo de la zona de estudio, tanto para aguas superficiales como en aguas subterráneas, resultaron por debajo del límite de detección, lo que hace imposible “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

55   

un análisis más en profundidad p d acerca de éste parámetro químico. Las f Río Limarí en cruce San Julián con n el Trapich he (L5) y Estero exccepciones fueron Punitaqui en Camarico o (P2), mu uestras perteneciente es a aguas superficiiales, mbas con un n valor de 0,022 0 mg/L.. am b) Fe: El com mportamien nto del hierro en agua superficia al resultó también t en n que cassi el 100% de las muestras pressentó valores bajo el límite de detección d y bajo los límites pe ermisibles de la norrmativa corrrespondien nte. Las excepciones e s las nstituyeron Estero Pu unitaqui en Camarico (P2) y Estero Punitaq qui en Cha alinga con (P5 5), ambas con 0,14 mg/L. En n aguas su ubterráneas, el comportamiento o es dife erente (Fig g. 20). Se observa que gran parte de los puntoss de muesstreo, pre esentan valores bajo el límite de d detecció ón y tambiién bajo la a normativa a. La exccepción, la a constituye APR Villaseca (H3), APR San S Julián (L6), APR El Tra apiche (E6) y APR Graneros (P1) con valores v de e hierro so obre los lím mites perrmitidos. 10

Fe mg/L

1

0,1 0

0,,01 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P P9 Punttos

F Figura 20: Hierro en agu ua subterránea. Punto de d muestreo o;

NCh 1333;

NCh 409.

c) Al: Las concentracio c ones de aluminio tan nto en agu uas superficciales como en uas subterráneas, ressultaron ca asi todos lo os valores por debajo del límitte de agu “Caracterización a n de la interaccción agua superficial/agua a subterránea a poco profunda en la parte e baja de la Cuenc ca del Río Lim marí, a través del uso de Herramientas Hidroquímica H s e Isotópicass” A Jofré Sapiain/2011 Elizabeth Andrea

 

56   

detección, excepto en los puntos Embalse Recoleta (H1) y Estero El Ingenio en badén (E4), ambos con 0,10 y 0,11 mg/L respectivamente. Lo mismo ocurrió con los resultados en aguas subterráneas, a excepción del punto APR Cerrillos de Tamaya (L8), con un valor de 0,13 mg/L. d) Zn: En agua superficial y subterránea el zinc presentó casi los mismos comportamientos del Cu, Fe y Al. En agua superficial obtuvo todos los valores por debajo del límite de detección (0,05 mg/L). En agua subterránea, la excepción la constituyeron los puntos G3 (APR El Guindo), con un valor de 0,11 mg/L, y H3 (APR Villaseca) con 0,27 mg/L, coincidentemente ambos puntos ubicados aguas abajo de embalse La Paloma y embalse Recoleta respectivamente. e) As: Las concentraciones de arsénico en la totalidad de los puntos de muestreo de la zona de estudio, tanto para aguas superficiales como en aguas subterráneas, resultaron valores por debajo del límite de detección (0,01 mg/L), lo que hace imposible un análisis más en profundidad acerca de éste parámetro químico. f) B: El boro en agua superficial, en su totalidad presentó valores por debajo de los límites permisibles de la normativa para agua de riego. Desde el punto G1 (Aguas abajo embalse La Paloma), con un valor de 0,12 mg/L, presenta una gran disminución al llegar a G2 (Río Grande en el Guindo), llegando a obtenerse un valor por debajo del límite de detección (0,05 mg/L), esto puede deberse a la dilución que va sufriendo aguas abajo o probablemente a una interacción con aguas subterráneas, ya que en el mismo sector, en el punto APR El Guindo (G3), la concentración es de 0,18 mg/L (Fig. 21, paneles A y B). Luego, en el sector de cruce San Julián con El Trapiche (L5), sufre un leve aumento, lo que coincide justo en la confluencia de éste con el Estero El Ingenio, específicamente en el punto E5 (cruce El Trapiche) que viene con un aumento en sus niveles de boro. En aguas subterráneas, los valores no variaron significativamente. La excepción la constituyó APR Camarico Chico (P3), en que disminuyó sus niveles por debajo del “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

57   

límite de detección. Si bien, es posible la variación entre dos muestras consecutivas, la disminución considerable de esta probablemente se deba a que P1 (APR Graneros) tenga influencia de las aguas de regadío provenientes del Embalse La Paloma, ya que sus concentraciones son bastante similares a las del punto G1 (Río Grande aguas abajo del Embalse La Paloma). Esto no ocurriría en el caso de P3 (APR Camarico Chico) y P4 (APR Los Nogales).

A

B mg/L

1

0,1 Dirección del Flujo 

0,01 G1 G2 H1 H2 L1

L3

L5

E2

E3

E4

E5

L7

L9

P2

P5

Puntos

B mg/L

1

B

0,1

0,01 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 21: Boro en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B). Punto de muestreo;

NCh 1333.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

58   

4.2.3 Análisis Gráfico: Diagramas Ternarios En forma complementaria, se presenta a continuación una caracterización de la composición de aguas superficiales y subterráneas en función de sus cationes y aniones mayores utilizando diagramas de Piper. En aguas superficiales (Fig. 22), el diagrama de Piper muestra en primer lugar que las aguas del Río Limarí y Hurtado se agrupan cercanas y clasificadas en su mayoría como aguas bicarbonatadas cálcicas (Ca(HCO3)2). Las excepciones fueron los puntos de Villaseca (H2) que fue clasificada como agua del tipo sulfatada cálcica, y también los puntos de Río Limarí en cruce Los Aromos (L7) y Barraza (L9) que fueron clasificadas como aguas del tipo cloruradas cálcicas (CaCl2). En cuanto a las aguas del Río Grande, éstas fueron clasificadas como bicarbonatadas cálcicas. En cuanto al Estero El Ingenio, de sus seis muestras, cuatro pertenecen a aguas del tipo sulfatadas cálcicas (CaSO4), una muestra al tipo bicarbonatada cálcica (Lagunillas (E2)) y otra al tipo clorurada cálcica (Cruce El Trapiche (E5)). Las aguas del Estero Punitaqui clasifican dentro de las aguas del tipo cloruradas cálcicas.

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59   

%

40

%

%

%

C B HB

20

% 20

E

20

O +C 3

HC O

% 60

% 40

%

%

%

20

20%

Cl

Figura 22: Diagrama de Piper para aguas superficiales. Estero El Ingenio;

40%

80

% 80

%

20

%

%

60

%

40

80

Ca

%

% 40

Mg

SO 4

% %

E C AB C E AB C B H HBB

80

20%

C C CH H C A A B EE B B BB

60%

60

40%

%

+K

60%

80%

C

40

Na

80%

3

20

%

B H E AA BC B

60

l 40

SO

4

g +M

+C

Ca

%

60

%

80

%

80 60

C

Limarí;

Grande;

Hurtado;

Punitaqui.

El diagrama de Piper para las aguas subterráneas (Fig. 23), indican que las muestras para las subcuencas de los Ríos Limarí, Hurtado y de Estero El Ingenio clasifican como aguas del tipo sulfatadas cálcicas. A excepción de los puntos APR Cerrillos de Tamaya (L8), APR Barraza (L10) y APR El Trapiche (E6) clasificadas como aguas cloruradas cálcicas (circulo 1), las que coinciden con lo mostrado en el diagrama de aguas superficiales (puntos L7, L9 Y E5) lo que indicaría probablemente una interacción entre estas. La muestra del Río Grande clasificó como un agua del tipo bicarbonatada cálcica. En relación a los puntos muestreados en el Estero Punitaqui, en su mayoría clasificaron en las aguas de tipo cloruradas cálcicas, con excepción de los puntos de Rinconada de Punitaqui (P7 y P9) (circulo 2), que clasificaron como bicarbonatadas cálcicas, y el punto

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60   

APR Los Nogales (P4) (circulo 3) que clasificó como agua del tipo clorurada sódica (NaCl).

%

80

%

80

% 60

%

40

%

4

J J K PJ P KPP J P I J 3

%

20

M

%

20

SO

40

g +M

+C

%

Ca

l

60

1

PP

3

O +C 3

HC O

Ca

%

20%

80

% 40

%

%

20

%

%

60

%

40

80

20

PP

Cl

Figura 23: Diagrama de Piper para aguas subterráneas. Estero El Ingenio;

40%

P J KJ P PP J P %

% 80

M K J

60

% 40

Mg

% 60

%

I

60%

SO 4

% %

80

PP PK P P P J JP K MIJJJ

20%

%

60

40%

80%

40

+K

60%

Na

80%

20

20 %

2

Limarí;

Grande;

Hurtado;

Punitaqui.

En la Figura 24, muestra el diagrama de Piper de los promedios de las concentraciones de iones mayores para cada subcuenca, tanto para aguas superficiales como subterráneas. Luego, en la Tabla 11 se clasifican las aguas de cada subcuenca según las fases dominantes.

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61   

% 60

% 40

% 20 O +C 3

HC O

% 60 %

C

40%

%

%

40

20

%

%

60

%

40

80

%

KJ B PH

20

%

80

M

Ca

20%

%

% 40

Mg

60%

SO 4

%

E A I

80

C H KP J B

A EI M

20%

%

60

40%

80%

40

+K

60%

%

3

20

%

20

Na

80%

80

%

J B K H P

%

l SO

4

g +M

+C

Ca

%

40

%

E A I

C

60

%

80

%

80 60

20

M

Cl

Figura 24: Diagrama de Piper para los promedios de cada subcuenca (entre paréntesis se indica el número de muestras considerado). Promedio agua superficial: Hurtado (2); agua subterránea:

Estero El Ingenio (4); Grande (1);

Limarí (5);

Hurtado (1);

Grande (2);

Punitaqui (2). Promedio

Estero El Ingenio (2);

Limarí (5);

Punitaqui (7).

En aguas superficiales, tanto las aguas del Río Grande como las del Río Hurtado, resultaron ser aguas del tipo bicarbonatadas cálcicas, las aguas pertenecientes al Estero El Ingenio clasificaron dentro del grupo de las sulfatadas cálcicas, y finalmente las aguas del Río Limarí y Estero Punitaqui pertenecen al tipo cloruradas cálcicas. En aguas subterráneas el diagrama de Piper indica que las aguas del Río Grande clasifica dentro de las aguas del tipo bicarbonatadas cálcicas; tanto el Río Hurtado como el Estero El Ingenio clasificaron dentro del tipo de aguas sulfatadas cálcicas, y finalmente el Río Limarí con el Estero Punitaqui clasifican como cloruradas cálcicas. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

62    Tabla 11: Clasificación de aguas por subcuencas. Subcuenca

Agua Superficial

Agua Subterránea

Grande

Bicarbonatada cálcica (Ca(HCO3)2)

Bicarbonatada cálcica (Ca(HCO3)2)

Hurtado

Bicarbonatada cálcica (Ca(HCO3)2)

Sulfatada cálcica (CaSO4)

Limarí

Clorurada cálcica (CaCl2)

Clorurada cálcica (CaCl2)

El Ingenio

Sulfatada cálcica (CaSO4)

Sulfatada cálcica (CaSO4)

Punitaqui

Clorurada cálcica (CaCl2)

Clorurada cálcica (CaCl2)

Al observar la tabla, se puede ver que tanto aguas superficiales como aguas subterráneas para las subcuencas de los Ríos Grande, Limarí, Estero El Ingenio y Estero Punitaqui presentan el mismo

tipo

de

clasificación, pudiendo ser un

indicador de cierto grado de interacción entre ambas. La excepción la presentó el Río Hurtado mostrando una clasificación diferente en sus aguas superficiales y subterráneas. 4.2.4 Análisis Gráfico: Diagramas Stiff A continuación, se presentan los diagramas de Stiff de los sitios de muestreo, tanto para aguas superficiales como para aguas subterráneas. Estos diagramas permiten evaluar de forma complementaria la distribución espacial de las diferentes composiciones de acuerdo a los cationes y aniones mayores. En aguas superficiales (Fig. 25), es posible observar la dominancia de las aguas del Río Grande por sobre las aguas del Río Hurtado, en la composición de las aguas del Río Limarí en Los Peñones (L1). En el Estero El Ingenio, es notorio el cambio en la composición química de las aguas, luego de la ubicación de Panulcillo, específicamente en las concentraciones de sulfato y cloruro, en directa relación con lo mencionado en los análisis gráficos de variación espacial.

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63   

Panulcillo

Figura 25: Diagrama de Stiff en aguas superficiales.

En aguas subterráneas (Fig. 26), ocurre algo similar que en aguas superficiales. Cabe señalar, que los puntos del Estero Punitaqui, presentan características químicas propias, a excepción del punto P4 (APR Los Nogales). Al considerar en forma conjunta aguas superficiales y subterráneas es posible diferenciar cinco agrupaciones (Fig. 27). La primera agrupación está compuesta por las aguas del Río Hurtado, el segundo grupo por las aguas del Río Grande y el Río Limarí, hasta el punto cruce San Julián con El Trapiche (L5). Luego, una tercera agrupación formada sólo por dos puntos del Estero El Ingenio, APR Estación Recoleta (E1) y Lagunillas (E2), hasta llegar al punto E3 (cruce Talhuén), donde se ubica la Compañía Minera Panulcillo, que en solitario forma una cuarta selección.

Aguas abajo del punto E3 (cruce Talhuén) se diferencia un quinto

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64   

grupo. Este quinto grupo se advierte hasta el final de la cuenca, donde claramente se detecta la influencia de la actividad minera en la composición de las aguas. Un sexto grupo lo componen los puntos de Rinconada de Punitaqui. Y finalmente, un séptimo grupo, compuesto por las aguas del Estero Punitaqui. Cabe señalar, que de acuerdo a la diagramación de las composiciones de las aguas según Stiff, se observa la similitud en la composición y distribución química en las distintas agrupaciones ya sea en aguas superficiales como en aguas subterráneas. Esto permite advertir cierto grado de interacción entre ambas.

Panulcillo

Figura 26: Diagrama de Stiff en aguas subterráneas.

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65   

3

Panulcillo

5

1

4

2

7

6

Figura 27: Diagrama de Stiff con todos los puntos de muestreo (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 corresponden a los números de los grupos mencionados en el texto).

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66   

4.2.5 Análisis Gráfico: Diagramas Araña para Aguas Superficiales. Se entrega a continuación la comparación entre las concentraciones de las aguas superficiales de cada afluente y los valores medios mundiales para los parámetros Ca, Mg, Na, K, N-NO3, HCO3, SO4 y B. Finalmente se agrega el promedio general por parámetro para cada afluente. 4.2.5.1 Río Grande En Río Grande (Fig. 28), ambos puntos muestran un comportamiento similar, presentando valores por sobre la media mundial en la mayoría de los parámetros. La excepción la constituyen K y N-NO3. Con respecto a potasio presenta valores bajos, pero igualmente por sobre la media. En cuanto a nitratos, presenta valores bajo la media, en comparación con los otros parámetros.

Razón

10,0

1,0

B

SO4

NO3

HCO3

K

Na

Mg

Ca

0,1

Parámetros G1

G2

Figura 28: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en la subcuenca del Río Grande y la media mundial. (Allégre et al. 1973; Levinson, 1974).

4.2.5.2 Río Hurtado En general, presenta un comportamiento similar que el descrito para el Río Grande (Fig. 29). En efecto, se observan valores sobre la media mundial en los “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

67   

mismos parámetros que los vistos anteriormente. Y nuevamente la excepción la constituyen potasio y nitrato.

Razón

100,0

10,0

1,0

B

SO4

NO3

HCO3

K

Na

Mg

Ca

0,1

Parámetros H1 H2

Figura 29: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en la subcuenca del Río Hurtado y la media mundial. (Allégre et al. 1973; Levinson, 1974).

4.2.5.3 Estero El Ingenio A diferencia de lo descrito anteriormente, las muestras del Estero El Ingenio (Fig. 30) presentan altos valores en todos los parámetros, con respecto a los promedios mundiales. Destacan los altos contenidos de SO4, específicamente desde cruce Talhuén (E3), los que coinciden con lo explicado anteriormente en relación a la infiltración de soluciones provenientes de la actividad minera que se desarrollaba en el sector. Luego, hacia aguas abajo disminuyen levemente las concentraciones. Cabe señalar que a medida que se avanza a través de los puntos muestreados en el estero hay un paulatino aumento en los valores de los parámetros, con excepción del sulfato, que marca su mayor concentración en el punto E3.

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68   

Razón

100,0

10,0

1,0

E2

Parámetros E3 E4

B

SO4

NO3

HCO3

K

Na

Mg

Ca

0,1

E5

Figura 30: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en Estero El Ingenio y la media mundial. (Allégre et al. 1973; Levinson, 1974).

4.2.5.4 Río Limarí En general, presenta enriquecimiento significativo en Ca, Mg, Na, HCO3, SO4 y B (Fig. 31), y un enriquecimiento moderado en K y N-NO3. Cabe señalar que en el punto L7 (Río Limarí en cruce los aromos), se presentan las razones más altas en comparación con los otros puntos, respecto a los promedios mundiales. Esto se puede deber a que este es el primer punto aguas abajo luego de la confluencia del Estero El Ingenio con el Río Limarí, que trae valores elevados en los diferentes parámetros. Respecto a los valores de Boro, para los puntos L3 (Río Limarí en La Chimba) y L7, muestran una gran disminución.

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69   

Razón

10,0 1,0 0,1

L1

L3

Parámetros L5

L7

B

SO4

NO3

HCO3

K

Na

Ca

Mg

0,0

L9

Figura 31: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en Río Limarí y la media mundial. (Allégre et al. 1973; Levinson, 1974). Nótese que en el caso del boro, L3 (Río Limarí en La Chimba) y L7 (Río Limarí en Cruce los aromos) están superpuestos.

4.2.5.5 Estero Punitaqui El Estero Punitaqui (Fig. 32) presenta enriquecimiento en Ca, Mg, Na y SO4, y aumento moderado para K, HCO3, N-NO3 y B. En general, ambos puntos presentan un comportamiento similar. Cabe señalar que respecto a los altos valores para sodio, se puede deber a que son puntos de muestreo ubicados cercanos a la desembocadura del río, por lo que posiblemente tengan influencia de neblinas costeras. Las razones promedio para las cinco subdivisiones de la cuenca, considerando los valores promedio para cada uno de ellos con respecto a la media mundial, muestran resultados consistentes para definir que cada uno de ellos sigue un mismo patrón (Fig. 33). Se destaca especialmente cómo el Río Limarí es altamente influenciado en su composición por las aguas provenientes del Estero El Ingenio, y también por los Ríos Grande y Hurtado. Una vez más, el valor promedio para sulfato es muy alto en El Ingenio. Es difícil poder establecer una definición en cuanto a grupos, pero si es posible destacar que los Ríos Grande y Hurtado “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

70   

presentan patrones muy similares y con menores concentraciones, que el resto de la cuenca. Esto puede deberse a un efecto de los embalses sobre estos puntos.

Razón

100,0

10,0

1,0

B

NO3

SO4

HCO3

K

Na

Mg

Ca

0,1

Parámetros P2 P5

Figura 32: Razón entre la concentración de los puntos muestreados en Estero Punitaqui y la media mundial. (Allégre et al. 1973; Levinson, 1974).

Razón

10,00 1,00 0,10 0,01 Ca

Mg G

Na

K H

HCO3

Parámetros E

SO4 L

NO3

B

P

Figura 33: Promedio de cada subdivisión de la cuenca del río Limarí y la media mundial. (Allégre et al. 1973; Levinson, 1974). G: Río Grande; H: Río Hurtado; E: estero El Ingenio; L: Río Limarí; P: estero Punitaqui.

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71   

4.2.6 Relaciones concentración–profundidad para aguas subterráneas. Se intentó establecer una relación entre la concentración de los parámetros en las aguas subterráneas y la profundidad de los pozos donde se tomaron las muestras (acuífero). La profundidad se determinó en base a dos tipos de información: Profundidad de la zona ranurada (zona de captación) y profundidad del pozo. En el caso de los valores de las profundidades en las zonas de captación, sólo se obtuvo para cinco puntos: APR Barraza (H3), APR El Trapiche (E6), APR Cerrillos de Tamaya (L8), APR Graneros (P1) y APR Camarico Chico (P3). En los puntos restantes se hizo la relación con la profundidad de la bomba (por inexistencia de la información). Tanto la información de la profundidad de la bomba como la profundidad del pozo se obtuvieron de los encargados de los comités de agua potable rural (operadores APR) durante la campaña de obtención de datos. La información de la profundidad de la zona de captación se obtuvo de archivos investigados en la Dirección de Obras Hidráulicas (DOH) del Ministerio de Obras Públicas (MOP). a) Considerando la profundidad de la zona de captación de la bomba. Como se advierte en la Figura 34 (paneles A y E), no fue posible establecer una relación clara entre la profundidad y las concentraciones de SO4 y N-NO3. Sí, se advierte una relación inversa entre la profundidad y las concentraciones de cloruro, es decir, que a menor profundidad, mayor es la concentración (Fig. 34, panel C). Para una mejor observación de la relación entre la profundidad de la zona de captación de la bomba con la concentración de los diferentes aniones se excluyó el punto P4 (APR Los Nogales), el cual presentaba mayor valor de profundidad de la bomba en comparación con el resto de los pozos muestreados (Fig. 34, paneles B, D y F).

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72    400

A

L8 L10

300

400

P4

P6 H3 E1 L4 P3 P1 L2

100

L6

SO4 mg/L

SO4 mg/L

E6

200

L10

300

L6

E6

200

P6 P3

100

G3

0

P1

20

40

80

60

0

L4

L2

E1 G3

C

L8

1000

L10 P6E6 L6

L10 P6 E6 L6 Cl mg/L

P4

L2 L4 E1 H3

P1 L2

L4 E1

H3

G3

G3

10 0

20

40

60

80

Profundidad m

 

0

E

Profundidad m

10

N (NO3) mg/L

L8

P6

1

F

L4

H3

G3

L6 P3

 

E1

P1

P4

L10 L4 L8 P6 H3 G3 L6 P3 E6

30

20

L10

E1

P1

10

 

100

1

P3

100

10

10

D

L8

1000

P3 P1

100

30

10 20 Profundidad m

Profundidad  m

Cl mg/L

H3

0 0

N (NO3) mg/L

B

L8

E6 L2

L2

0,1

0,1 0

20

40

60

80

0

Profundidad m

10

20

30

Profundidad m

Figura 34: Relaciones entre la profundidad de la bomba ( ) - zona ranurada (Criba;

)y

las concentraciones de SO4 (Panel A), excluyendo punto P4 (Panel B); Cl (Panel C), excluyendo punto P4 (Panel D); N-NO3 (Panel E), excluyendo punto P4 (Panel F). “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

73   

Para el caso del sulfato y nitrato, no fue posible establecer una relación clara entre su concentración con la profundidad de la bomba y zona ranurada, según sea el caso (Fig. 34, panel B y F). Referente a cloruros, fue un poco más claro, lo que se confirma es que a menor profundidad, mayor es la concentración de cloruros, esto puede deberse a la evapotranspiración que se produce a esta profundidad, la que hace que aumenten estos valores (Fig. 34, panel D). b) Según la profundidad del pozo. Considerando la profundidad del pozo, no fue posible establecer una relación entre éste y las concentraciones de los diferentes parámetros (Fig. 35, paneles A - F). Se destaca que, al igual que la relación anterior, para una mejor observación se excluyó el punto P4 (APR Los Nogales) por ser el punto de muestreo de mayor profundidad.

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74    400

A

L8 P4

L10

300

SO4 mg/L

SO4 mg/L

P6 P3 H3 L4E1 P1 L2 G3

100

L10 E6

200

P6 P3 L2

100

H3 L4 E1

P1

0 0

50

100

150

0

20

Profundidad m

C

L8

E6 P6

L2

D

P4 P1

E1 L4

L8

E6

P6 Cl mg/L

100

60

1000

L10

L6

P3

40

Profundidad m

1000

Cl mg/L

L6

G3

0

100

L10

L6 P1

P3 L4

L2

E1

H3

H3

G3

G3

10

10 0

50

100

150

0

20

Profundidad m

40

E

P6 H3G3 1

N (NO3) mg/L

P4

E1 P1 L4

F

10 L4

10

60

Profundidad m

100

N (NO3) mg/L

B

L8

300

L6

E6

200

400

L10 L8

L6 P3 E6 L2

0,1

E1

P1 L10

H3

P6 1

P3

E6

G3

L8

L6

L2

0,1 0

50 100 Profundidad m

150

0

20 40 Profundidad m

60

Figura 35: Relaciones entre la profundidad del pozo y las concentraciones de SO4 (Panel A), excluyendo punto P4 (Panel B); Cl (Panel C), excluyendo punto P4 (Panel D); N-NO3 (Panel E), excluyendo punto P4 (Panel F).

Punto de muestreo.

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75   

4.3 Isótopos 4.3.1 Análisis Preliminar General Para comenzar el análisis isotópico, se calculó en primer lugar la Línea meteórica local (LML). Esta se determinó con los valores isotópicos de las precipitaciones del año 2009 (Fig. 36) y 2010 (Fig.37), tomadas en tres estaciones de muestreo de aguas lluvias a lo largo de la cuenca del Limarí: Estación Tulahuén, La Paloma y Carretera. Una vez obtenidas las ecuaciones, tanto para el año 2009 y 2010, se obtuvo una ecuación promedio, la que se utilizó como Línea Meteórica Local (LML) para la cuenca (Tabla 12). Tabla 12: Líneas meteóricas locales.

Año

Línea Meteórica Local

2009

δ2H = 8,8 δ18O + 17,2

2010

δ2H = 9,0 δ18O + 20,1

Promedio

δ2H = 8,9 δ18O + 18,7

0

δ2H (‰)

‐20

‐40

‐60

‐80 ‐10,0

‐8,0

‐6,0 ‐4,0 δ18O (‰)

‐2,0

Figura 36: Señales isotópicas de precipitaciones año 2009. Tulahuén;

La paloma;

0,0

LML

Carretera.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

76    0

δ2H (‰)

‐20

‐40

‐60

‐80 ‐10,0

‐8,0

‐6,0

‐4,0

‐2,0

0,0

δ18O (‰)

Figura 37: Señales isotópicas de precipitaciones año 2010. Tulahuén;

La paloma;

LML

Carretera.

Los valores isotópicos obtenidos, tanto en aguas superficiales como en aguas subterráneas fueron de un rango aproximado de -30 a -80 ‰ para δ2H, y de -5 a -10 para δ18O (Fig. 38). Las muestras de agua superficial y de agua subterránea analizadas, se encuentran en su mayoría por debajo de la línea meteórica mundial (GMWL), y en su totalidad por debajo de la línea meteórica local (LML), con excepción de los puntos de Rinconada de Punitaqui que se situaron entre ambas líneas. De la distribución de los puntos, es posible identificar cuatro grupos. El primer grupo, corresponde a los puntos H2 y H3, pertenecientes a Río Hurtado, que muestran los valores más empobrecidos de la cuenca. El segundo grupo corresponde a los puntos muestreados en el Estero Punitaqui (P2, P3, P5 y P6), que muestran valores con mayor señal isotópica. Luego, encontramos un tercer grupo central, que contiene el resto de los puntos, tanto muestras de agua superficial como subterránea, las que muestran características similares de poca variación isotópica, probablemente una mezcla de señales. Finalmente encontramos un cuarto grupo, con las muestras pertenecientes al sector de Rinconada de “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

77   

Punitaqui (P7, P8 y P9), que por su señal isotópica y ubicación entre la LML y la GMWL, podrían indicar que son aguas de recarga local. ‐30

P7

4

A

P8 P9 P3

‐40 P2

P5 P6

‐50

δ2H (‰)

P4

P1

E1

L10

2

L8 L9 L7 E5 E6 G1 E3 L3 E4 L5 L1 G3 G2 L4 L6

‐60 E2 ‐70

L2

H2 1

H3

‐80

3

H1

‐10

‐7,5 δ18O (‰)

‐5

‐30

B

‐40

δ2H (‰)

‐50

P4 E1 L6

‐60

E3 E2

G3 L2

‐70

L3

L1

L4

E4 E5 E6 L5 G2

L7 G1

P1 L8

L10 L9

H1

‐80 ‐9

‐6,5

δ18O (‰)

Figura 38: Resultados señal isotópica en todos los puntos de muestreo (Panel A) y detalle de agrupación central (Panel B). GMWL;

Agua superficial;

agua subterránea - - - - LML;

Línea de regresión agrupación central (δ2H = 7,2 δ18O +6,1).

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78   

En la Figura 39 se muestra la señal isotópica de todos los puntos de muestreo, en la que se muestra también la línea de tendencia de aguas superficiales y subterráneas (Tabla 13, c). En general, esta línea de tendencia, sigue una orientación paralela a la línea meteórica local, pero ubicada bajo ésta, lo que nos podría llevar a concluir que las muestras tienen una señal isotópica propia de aguas empobrecidas en deuterio por efecto de la evaporación, con excepción de los puntos P7, P8 y P9 de Rinconada de Punitaqui nombrados anteriormente. ‐30

P7 P8

‐40 P2

P9 P3 P5 P6

‐50

P4

P1

δ2H (‰)

E1

‐60 E2

‐70

H2 H3

L10

L6 L7 L8 L9 E5 E6 G1 E3 L3 E4 L5 L1 G3 G2 L4 L2

H1

‐80

‐90 ‐10

‐7,5 δ18O (‰)

‐5

Figura 39: Resultados señal isotópica en todos los puntos de muestreo. superficial;

agua subterránea. - - - - LML;

GMWL;

Agua

Línea de regresión.

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79    Tabla 13: Líneas de tendencia aguas superficiales y subterráneas. Tipo

Ecuación

R2

a) Agua superficial

δ2H = 8,2 δ18O + 1,1

0,94

2

0,89

18

δ H = 10,4 δ O + 19,2

b) Agua subterránea

2

18

0,89

2

18

0,99

δ H = 9,9 δ O + 14,5

c) Aguas superficiales + aguas subterráneas

δ H = 8,9 δ O + 18,7

d) Línea Meteórica Local (LML)

A continuación, se analizan por separado aguas superficiales y aguas subterráneas. Las aguas superficiales (Fig. 40, paneles A y B), mostraron diferentes composiciones a lo largo de la cuenca. La muestra más empobrecida en 2H y

18

O

fue H2 (Río Hurtado en Villaseca), en relación a H1 (Embalse Recoleta) que es más enriquecida. Probablemente se deba a que las aguas muestreadas en H2 provienen desde aguas arriba del embalse Recoleta. Los puntos menos empobrecidos fueron P2 y P5, éste último probablemente por recarga local cercana a la costa. También, observamos un grupo central que presentan valores medios de -60 para δ2H, y de -7,5 para δ18O. Finalmente, es importante destacar el grado de paralelismo que hay entre la línea meteórica local (LML) y la disposición de las muestras, representada con su línea de tendencia (Tabla 13, letra a) lo que lleva a confirmar lo mencionado anteriormente.

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80    ‐30

A

‐40

δ2H (‰)

‐50

L9 L3 E4

‐60 E3

‐70

E2

L1

L7

E5

P2

P5

L5 G1 G2

H1

H2

‐80 ‐90 ‐10,0

‐7,5

‐5,0

δ18O (‰)

‐30

B

δ2H (‰)

‐40

‐50

L9 L7

E5 L3

‐60 E3

‐70

E4

L1

G1 L5 G2

‐80 ‐8,0

‐6,5

δ18O (‰)

Figura 40: Resultados señal isotópica en agua superficial (Panel A) y detalle de agrupación central (Panel B).

Agua superficial; - - - - LML;

GMWL.

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81   

La Figura 41 muestra la señal isotópica para aguas subterráneas. En ella destaca en primer lugar el punto correspondiente a H3 (APR Estación Recoleta), altamente empobrecido en  18O y en 2H, en directa relación con lo mencionado anteriormente para el punto H2 (Río Hurtado en Villaseca). Luego, es posible observar tres grupos, según su señal isotópica. El primer grupo, en la parte central, corresponde a muestras aguas abajo del embalse La Paloma, con señales isotópicas medias. El segundo grupo, conformado por los puntos P3 (Camarico chico) y P6 (APR Chalinga) en la zona baja del Estero Punitaqui, con valores más enriquecidos en isótopos pesados. Y por último, una tercera agrupación, compuesto por las muestras correspondientes al Estero Punitaqui (P7, P8 y P9), específicamente en el sector de Rinconada de Punitaqui, únicos puntos que están ubicados en la línea meteórica local, lo que muestra el origen meteórico “directo” de estas vertientes y la ocurrencia en forma rápida de infiltración luego de la precipitación, evitando el proceso de fraccionamiento isotópico. En general, las aguas subterráneas presentan una similar dispersión en su señal isotópica, en comparación a las aguas superficiales. Véase también la disposición de la línea de tendencia de aguas subterráneas (Tabla 13, letra b), la que sigue cierto grado de paralelismo con la línea meteórica local.

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82    ‐30

P7

3 P8

P9

‐40 ‐50 E1

δ2H (‰)

P3

P4

P1

L6

P6

2

L10

L8

‐60 E6

‐70

L2

G3

L4 1

H3

‐80

  ‐90 ‐10

‐5

‐7,5

δ18O (‰)

Figura 41: Resultados señal isotópica en agua subterránea. - - - - LML;

GMWL;

Agua subterránea;

Línea de regresión.

Finalmente, es importante señalar que tanto aguas superficiales como aguas subterráneas presentan señales isotópicas similares, lo que probablemente sería un indicador de que se encuentran mezcladas. Esto denotaría una estrecha relación entre estas, y cierto grado de interacción. 4.3.2 Análisis Particulares 4.3.2.1 Razón δ 2H / δ18O En aguas superficiales, la razón 2H/18O presentó un valor entre 7,5 y 8,5 (Fig. 42). Se observa que se distingue la formación de cuatro grupos. El primero con una razón aproximada de 8,5, que corresponde a los puntos G1 (aguas abajo embalse La Paloma), G2 (Río Grande en El Guindo) y H1 (embalse Recoleta), puntos ubicados inmediatamente aguas abajo del embalse La Paloma y del embalse Recoleta respectivamente. El segundo grupo está constituido por las aguas del “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

83   

Estero El Ingenio y Río Limarí, alcanzan una razón de valor 8, es decir, son aguas que han continuado estando sometidas a un proceso de evaporación, motivo por el cual la razón 2H/18O disminuye, lo que quiere decir a su vez que se pierde con mayor facilidad 2H que

18

O. Las muestras del Río Limarí, hacia el final de la zona

de estudio (L7, L9), conforman el tercer grupo, muestran un nivel levemente mayor que las del segundo grupo. Esto podría deberse al aporte de aguas subterráneas que no han estado sometidas a los procesos de evaporación. Finalmente, un cuarto grupo formado por las aguas del Estero Punitaqui.

9,0

Razón 2H/18O 

1 

3  2 

4 

8,0

7,0 G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5 Puntos  

Figura 42: Razón 2H/18O en agua superficial.

Punto de muestreo.

La razón de 2H/18O en aguas subterráneas (Fig. 43), resultó ser casi constante en la mayoría de los puntos, alcanzando un valor cercano a 8. Esto coincide con la tendencia de los diferentes puntos en la gráfica de 2H versus

18

O (Fig. 39).

También, es similar a la razón encontrada en las aguas superficiales, lo que puede indicar que estas aguas están relacionadas, indicando que hay cierta interacción entre ambas. La excepción la constituye los puntos de Rinconada Punitaqui, que presentan una razón cercana a 6, que representaría la señal isotópica de la lluvia que cae en el lugar y que infiltra inmediatamente, sin evaporarse. Lo que podríamos concluir es que en los otros puntos de agua subterránea la razón “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

84   

encontrada, en torno a 8, puede tener directa relación con los embalses, que tienen señal isotópica de las precipitaciones caídas aguas arriba de éstos y los procesos de evaporación ya comentados.

9,0

Razón 2H/18O 

8,0

7,0

6,0

5,0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9 Puntos

Figura 43: Razón 2H/18O en agua subterránea.

Punto de muestreo.

4.3.2.2 Relaciones Valor- δ /Altura, aguas superficiales

Para el caso de las aguas superficiales, podemos encontrar una relación existente entre la altura del punto de muestreo (río) y su señal isotópica, tanto para

18

O

2

como para H. Esto se muestra en las Figuras 44 y 45. Se observa que en aguas superficiales, el 2

18

O presenta la misma tendencia que el

H, es decir, presentan señales isotópicas enriquecidas en los puntos

muestreados en los embalses o cercanos a ellos. Esto asociado a las evaporaciones que ocurren ahí. El proceso de evaporación continúa en la medida que el agua fluye por los ríos y esteros, y es así como las señales isotópicas aumentan (se hacen menos negativas) en el sentido del flujo.

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85    ‐30

δ2H (‰)

‐40

P5 P2

‐50 L7

E5

L9

‐60

E4

L5

G2

L1 L3

G1 H1

E3 E2

‐70 H2

‐80 0

100

200

300

400

Altura m.s.n.m.

Figura 44: Relación entre altura del punto de muestreo y la señal isotópica de 2H en agua superficial.

Línea de regresión (δ2H = -0,1A – 50,8); R2=0,44;

Punto de muestreo;

A: altura (m.s.n.m.).

‐5 P5

δ18O (‰)

‐6

P2

‐7

L9

E4

L7 L5

‐8

G2

L1

E5

G1

E3

L3

H1 E2

‐9 H2 ‐10 0

100

200

300

400

Altura m.s.n.m.

Figura 45: Relación entre altura del punto de muestreo y la señal isotópica de 18O en agua superficial.

Línea de regresión (δ2H = -0,01A – 6,4);

Punto de muestreo;

R2= 0,36; A: altura (m.s.n.m.).

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86   

4.3.2.3 Relaciones Valor- δ /Profundidad, aguas subterráneas Por otro lado, para el caso de las aguas subterráneas se presenta a continuación la relación entre la señal isotópica y la cota superficial en que se encuentra ubicado cada punto muestreado (Fig. 46 y 47). En una primera instancia, se puede observar cierta relación, a excepción de los puntos P7, P8 y P9, no se puede llegar a establecer con claridad un resultado. De todas formas, como ya ha sido comentado, estos puntos representan una situación local particular. Es por eso que para evaluar ambas relaciones, tanto de deuterio como de oxígeno 18, se excluyeron éstos tres puntos. En ambas relaciones, se observaron ciertas similitudes con las encontradas en aguas superficiales, es decir, una relación entre cota superficial y señal isotópica. Cabe señalar además, que esta similitud entre aguas superficiales y subterráneas nos podría indicar un grado de interacción entre estas. En relación a los puntos pertenecientes a Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9) se vuelve a corroborar lo mencionado anteriormente, que posiblemente son aguas con recarga directa de precipitaciones, por su señal isotópica poco fraccionada (señal isotópica similar a la precipitación).

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87    ‐30

P9

‐40

δ2H (‰)

‐50

P7

P6

P3

P1 E6

L10

P8

P4

L8

‐60

A 

E1

L6

L4

G3

‐70

L2 H3

‐80 0

100

200

300

400

500

600

Cota superficial m.s.n.m.

‐30

B 

‐40

P6

P3 δ2H (‰)

‐50

P1

L8 E6

L10

‐60

P4 E1

L6

L4

G3

‐70

L2 H3

‐80 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Cota superficial m.s.n.m.

Figura 46: 2H en agua subterránea (Panel A). 2H en agua subterránea con exclusión de los puntos P7, P8 y P9 (Panel B).

Punto de muestreo;

Línea de regresión

(δ2H = -0,05C – 48,7); R2= 0,29; C: cota superficial (m.s.n.m.).

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88    ‐5

P6

‐6

δ18O (‰)

A 

P9

P3 L10

P1 L8

‐7

P7

P4

E6

E1

L4

‐8

L6

P8

G3 L2

‐9 H3 ‐10 0

100

200

300

400

500

600

Cota superficial m.s.n.m.

‐5

P6

B 

P3

‐6

δ18O (‰)

P1 ‐7

L10

L8

P4

E6

E1

L4

‐8

G3

L6 L2

‐9 H3 ‐10 0

100

200

300

400

Cota superficial m.s.n.m.

Figura 47:

18

O en agua subterránea (Panel A).

los puntos P7, P8 y P9 (Panel B). 2

18

O en agua subterránea con exclusión de

Punto de muestreo;

Línea de regresión

2

(δ H = -0,01 C – 5,9); R = 0,41; C: cota superficial (m.s.n.m.).

Con respecto a la relación entre la profundidad del pozo de muestreo (Fig. 48 y 49) con las señales isotópicas, no se puede observar una relación.

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89    ‐30

A  P6

δ2H (‰)

‐40

P1

P3

‐50

E1 E6 L4

‐60 L2

‐70

L8

P4

L10

L6 G3 H3

‐80 0

20

40

60

80

100

120

140

Profundidad del Pozo m

‐30

B  P6

‐40

δ2H (‰)

P1

P3

‐50

E1 ‐60

L6

L4

G3

L2

‐70

L10

L8

E6

H3 ‐80 0

10

20

30

40

50

60

Profundidad del Pozo m

Figura 48: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad del pozo. Panel A: δ2H versus profundidad del pozo (m). Panel B: δ2H versus profundidad del pozo (m) con exclusión de punto P4 (APR Los Nogales).

Punto de muestreo.

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90    ‐5 ‐6

δ18O (‰)

A 

P6 P3

‐7

L8 E6 E1

P4

L6

L4

‐8

L10 P1

G3

L2 ‐9

H3 ‐10 0

20

40

60

80

100

120

140

Profundidad del Pozo m

‐5 ‐6

δ18O (‰)

B 

P6 P3

L8

‐7

E6

P1

E1 L6

L4

‐8

L10

G3

L2 ‐9

H3 ‐10 0

10

20

30

40

50

60

Profundidad del Pozo m

Figura 49: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad del pozo. Panel A: δ18O versus profundidad del pozo (m). Panel B: δ18O versus profundidad del pozo (m) con exclusión de punto P4 (APR Los Nogales).

Punto de muestreo.

Con respecto a la relación entre la profundidad de la bomba y de la zona de exploración (Fig. 50 y 51) con las señales isotópicas, se advierte cierta relación en que a mayor profundidad de éstas, las señales son más negativas.

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91   

A 

‐30

δ2H (‰)

‐40

P3

‐50

P6 P1

L8 E6

‐60

L10

P4

E1 L6

L4

G3

20

30

L2

‐70

H3 ‐80 0

10

40

50

60

70

Profundidad de la bomba m

 

 

‐30

B 

δ2H (‰)

‐40

P6

P3

‐50

P1

‐60

L8 E6

L10 E1 L6

‐70

G3

L4

L2 H3

‐80 0

 

5

10

15

20

25

30

Profundidad de la bomba m

Figura 50: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad de la bomba. Panel A: δ2H versus profundidad de la bomba (m). Panel B: δ2H versus profundidad de la bomba (m) con exclusión de punto P4 (APR Los Nogales). Profundidad de la bomba ( ) - zona ranurada (Criba;

Línea de regresión (δ2H = -0,6 P – 52,1);

).

R2= 0,26; P: profundidad de la bomba (m).

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92   

A 

‐5,0 P3

P6

‐6,0

δ18O (‰)  

P1 ‐7,0

L10 L8

P4

E6

E1 L4

L6

‐8,0

G3

L2 ‐9,0 H3 ‐10,0 0

20

40

80

60

Profundidad de la bomba m

 

 

‐5 P3

B 

P6

‐6

δ18O (‰)  

P1 ‐7

L10 L8 E6

E1 L4

L6

‐8

G3

L2 ‐9 H3 ‐10 0

5

10 15 20 Profundidad de la bomba m

25

30

Figura 51: Razones isotópicas en agua subterránea en relación a la profundidad de la bomba. Panel A: δ18O versus profundidad de la bomba (m). Panel B: δ18O versus profundidad de la bomba (m) con exclusión de punto P4 (APR Los Nogales). Profundidad de la bomba ( ) - zona ranurada (Criba;

Línea de regresión (δ2H = -0,07 P – 6,6);

).

R2= 0,25; P: profundidad de la bomba (m).

En general, se observa cierta tendencia de que las señales isotópicas tienden a ser más negativas en zonas de mayor altitud (Fig. 46 y 47), y en las ubicaciones de las bombas de pozos de muestreo que están a mayor profundidad (Fig. 50 y 51). “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

93   

4.4 ANÁLISIS QUÍMICO – ISOTÓPICO A continuación se presenta un análisis que considera en forma simultánea la información química e isotópica de las aguas, buscando encontrar evidencias complementarias del comportamiento del sistema bajo estudio. 4.4.1 Análisis Gráfico Simple, variación espacial. En la Figura 52 se presenta la variación espacial de la concentración de cloruro y 2

H en aguas superficiales. Se puede observar que hay una directa relación entre la

concentración de cloruro y los valores de deuterio, es decir, que a medida que avanzamos en dirección del flujo, aumenta la concentración y a su vez los valores de deuterio se hacen menos negativos. Lo mismo se advierte con la señal isotópica de

18

O y las concentraciones de cloruro (Fig. 53). En ambas la excepción

la constituye Río Hurtado en Villaseca (H2), que presenta una relación inversa, lo que podría deberse probablemente a que estas aguas son recargadas por afloramientos que vienen de sectores más altos en dicha cuenca. En aguas subterráneas (Fig. 54 y 55) se advierte cierta relación entre las concentraciones de cloruro y los isótopos estables, al igual que en aguas superficiales. La excepción la constituyen APR Villaseca (H3), APR Graneros (P1) y APR Los Nogales (P4), con relaciones totalmente inversas, en que 2H y

18

O

están empobrecidos. Probablemente, en relación a H3, esto puede deberse a su interacción con H2 (Río Hurtado en Villaseca), debido a la similaridad de sus señales isotópicas. Respecto a P1 y P4, tiene señales isotópicas muy cercanas a las obtenidas en G1 (Río Grande aguas abajo embalse La Paloma), esto podría estar indicando la influencia del agua de riego en dicha zona que proviene del embalse, la que infiltra y recarga estas aguas. En general tanto en aguas superficiales como en subterráneas se advierte cierta relación, y en ambas muy semejantes, incluyendo las excepciones mencionadas, lo que nos puede indicar que hay cierto grado de interacción. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

94    1000

‐30

100

‐50 ‐60

10

δ2H (‰)

Cl mg/L

‐40

‐70 ‐80

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

Figura 52: Cloruro y δ2H agua superficial.

Cloruro;

1000

δ2H.

Cl mg/L

100 ‐7,5 10

1

δ18O  (‰)

‐5,0

‐10,0 G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5 Puntos

Figura 53: Cloruro y δ18O agua superficial.

Cloruro;

δ18O.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

95    1000

‐30

100 Cl mg/L

‐50 ‐60

10

δ2H (‰)

‐40

‐70 ‐80 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9

1

Puntos

Figura 54: Cloruro y δ2H agua subterránea.

Cloruro; ‐5,0

Cl mg/L

100 ‐7,5 10

δ18O (‰)

1000

δ2H.

‐10,0 G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9

1

Puntos

Figura 55: Cloruro y δ18O agua subterránea.

Cloruro;

δ18O.

A continuación se muestra una comparación gráfica para establecer una relación entre cloruro tanto con 2H como con 18O. En relación a las aguas superficiales (Fig. 56, paneles A y B), tanto para 2H y

18

O,

observamos tres agrupaciones. El primer grupo, conformado por las aguas del Río Grande (G1 y G2), Río Hurtado (H1 y H2), Estero El Ingenio en su parte inicial (E2 “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

96   

y E3), Río Limarí en Los Peñones (L1), La Chimba (L3) y en cruce San Julián con El Trapiche (L5), presentan una baja concentración de cloruro, aproximadamente entre 10 – 200 mg/L y empobrecimiento tanto de deuterio como de oxígeno 18, señales isotópicas propias de aguas recargadas a mayor altitud. Luego, se destaca en segundo lugar la muestra perteneciente a Estero Punitaqui en Camarico (P2), que presenta una concentración media de cloruro, 193 mg/L, y presenta señales isotópicas menos empobrecidas. Y finalmente, una tercera agrupación con las aguas de las partes bajas del Estero El Ingenio (E5 y E4) y del Río Limarí (L7 y L9), y muestras del Estero Punitaqui (P5), con altas concentraciones de cloruro, entre 300 a 500 mg/L y señales isotópicas intermedias. Respecto a las aguas subterráneas (Fig. 56, paneles C y D), es posible observar también cuatro agrupaciones. El primer grupo está compuesto por las muestras tomadas en los pozos APR El Guindo (G3), Villaseca (H3), Estación Recoleta (E1), Limarí (L4), y el pozo perteneciente a Aguas del Valle (L4), estos siguen la misma tendencia de la primera agrupación formada en aguas superficiales (pozos contiguos), las cuales también presentan bajas concentraciones de cloruro, 10 – 100 mg/L, y están empobrecidos en deuterio y oxígeno 18, lo que nos puede indicar una posible interacción entre estas aguas, por la coincidencia en la ubicación de ambos grupos en el gráfico. Luego, la segunda agrupación está compuesta por las muestras de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9), aguas con bajas concentraciones de cloruro, 30 – 60 mg/L, y enriquecidas tanto en 2H como en

18

O, lo que nos puede indicar que son aguas con recarga local,

específicamente por precipitaciones, confirmándonos lo analizado en relaciones antes vistas. Finalmente, un tercer y cuarto grupo, está conformado por las muestras tomadas en los pozos contiguos a las muestras de aguas superficiales de la tercera agrupación nombrada en el párrafo anterior, las que presentan altas concentraciones de cloruro, 200 – 800 mg/L, y están levemente empobrecidos en deuterio. Éstas son aguas altamente salinas y con recarga esporádica de aguas superficiales (Baskaran et al., 2009). “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

97   

Debido a la similitud de las agrupaciones tanto en aguas superficiales como subterráneas, indica una clara tendencia de una posible interacción entre éstas. A modo complementario se muestra una comparación gráfica de la relación entre sulfato tanto con 2H como con

18

O, en aguas superficiales y aguas subterráneas,

con el fin de tener una herramienta más para establecer cierto grado de interacción entre ambas. Cabe señalar, que para una mejor observación de las gráficas, en aguas superficiales se excluyó el punto E3 (Estero El Ingenio en Cruce Talhuén) debido a sus altos valores en las concentraciones de SO4 (Fig. 57, paneles A y B). En aguas superficiales (Fig. 58, paneles A y B), al igual que en la gráfica de cloruro, se observan las mismas tres agrupaciones, cada una con los mismos puntos muestreados. El primer grupo, presenta bajas concentraciones de sulfato, 50 – 200 mg/L, y gran empobrecimiento de 2H y

18

O. El segundo grupo, presenta

una concentración media de sulfato, 171 mg/L, con señales isotópicas menos empobrecidas. Finalmente, el tercer grupo, presenta altas concentraciones de SO4, 250 – 530 mg/L, con rangos de -60 a -45 ‰ y de -7,5 a -5,5 ‰ para deuterio y oxígeno 18 respectivamente. En aguas subterráneas (Fig. 58, paneles C y D), se observan cuatro agrupaciones, igual a lo observado en las gráficas de cloruro (Fig. 56, paneles C y D). La primera agrupación, conformada por los puntos de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9), con bajas concentraciones de sulfato, 10 – 30 mg/L, y enriquecido en isótopos estables. Un segundo grupo, incorpora las muestras de APR El Trapiche (E6) y APR San Julián (L6), muestras ubicadas en la confluencia del Río Limarí con el Estero El Ingenio, las cuales presentan concentraciones medias de sulfato de aproximadamente 250 mg/L, y de señal isotópica levemente empobrecida. Luego, la tercera agrupación, con los puntos L8, L10 y P4, que presentan una concentración de sulfato entre 320 – 370 mg/L, y una señal isotópica levemente empobrecida. Finalmente, la cuarta agrupación, conformada por las muestras

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

98   

restantes, presenta una concentración de sulfato entre 100 – 200 mg/L, y una señal isotópica muy dispersa entre estas. De acuerdo a las gráficas analizadas de sulfato versus las señales isotópicas, podríamos concluir, que al igual que en lo sucedido en las gráficas de cloruro, se advierte cierta relación en las agrupaciones encontradas. En general, con esta similitud en la formación de las agrupaciones es posible inferir que podría haber cierto grado de interacción entre aguas superficiales y subterráneas.

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99   

A 2 

B

2

3

1

1 

3

2 

2

C

D

3

3 4

4 1 

1

Figura 56: Relación cloruro e isótopos estables. Paneles A y B: aguas superficiales. Paneles C y D: aguas subterráneas. Punto de muestreo. 

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

100    ‐40 P2

P5

δ2H (‰)

‐50

‐60 G2 ‐70

L9

L5

G1

L3 L1 E2

E4

L7

E5 E3

H1 H2

‐80 0

200

400

600

800

1000

SO4 mg/L

‐5,0 P2

δ18O (‰)

‐6,0 G1

‐7,0

L9

L5

G2 ‐8,0

P5

L7

L3 L1

E4 E5

H1

E3

E2

‐9,0

H2

‐10,0 0

200

400

600

800

1000

SO4 mg/L

Figura 57: Relación Sulfato e isótopos estables en aguas superficiales. Panel A: Sulfato versus 2H. Panel B: Sulfato versus 18O.

Punto de muestreo.

 

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101   ‐40

P5

1 

δ2H (‰)

‐60

G2

‐70

E4

L3

L7

L1 E2 H1

E5

G1

‐7,0

G2 ‐8,0 ‐9,0

H2

P5 3

L9

L5 L7

L3 L1 H1 E2 H2

E4

E5

‐10,0

‐80 0

200

400

0

600

200

1  P8

‐40 P9

4 

δ2H (‰)

P3

‐50

E1 L4

‐60 G3

‐70

1 P7

2 

600

4 P6

P9 3

P4

E6 L10 L8 L6

‐8,0 G3

P4 L10 L8

E1 L4

‐9,0

L2 H3

2 E6

P1

‐7,0

D

P3

P8

‐6,0

P6

P1

‐5,0

C

δ18O (‰)

P7

400 SO4 mg/L

SO4 mg/L ‐30

B

P2

1

‐6,0

L9

L5

G1

2

3

δ18O (‰)

‐50

‐5,0

A

2 

P2

3

L6 L2

H3

‐10,0

‐80 0

200

SO4 mg/L

400

600

0

200

400

600

SO4 mg/L

Figura 58: Relación sulfato e isótopos estables. Paneles A y B: aguas superficiales. Paneles C y D: aguas subterráneas. Punto de muestreo. 

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102   

4.4.2 Análisis Isotopía Radioactiva De acuerdo a los resultados obtenidos tanto para las muestras de agua superficial y subterránea a partir de la segunda campaña, se puede indicar que cada tipo presenta actividades de

222

Rn características. Se pudo observar, que las

actividades de Radón 222 en el río son mucho menores que las medidas en aguas subterráneas (pozos APR), con un promedio aproximado de 1.500 Bq/m3 para las primeras, mientras que para las segundas alcanza el orden de los 16.000 Bq/m3. Esto nos puede llevar a deducir que los valores encontrados en aguas superficiales están directamente relacionados con el aporte de flujo subterráneo, ya que según Green y Stewart (2008) valores de actividad de

222

Rn mayores a

1.000 Bq/m3 en muestras de aguas superficiales pueden considerarse como indicador de cierto grado de exfiltración (aporte de agua subterránea al flujo superficial) cercano y reciente. En el Anexo B se incluyen los resultados obtenidos en cada punto de muestreo. Los resultados generales obtenidos considerando su ubicación espacial, se muestran en la Figura 59. Para la definición de las clases (intervalos) utilizados en la elaboración del mapa se consideró una escala logarítmica en función del rango (valor mínimo y máximo) encontrado (más detalles en Anexo I). Para una mejor interpretación de los valores obtenidos, se comparó con aquellos valores descritos en la Tabla 14, información recolectada de varios estudios en los que se investigó la interacción agua superficial/agua subterránea usando dicho radioisótopo. Al comparar los diferentes valores, se pudo establecer que no existe un rango específico de actividad de

222

Rn para hacer una diferencia exacta entre

aguas superficiales y subterráneas. Lo que sí se puede establecer, es que las diferencias de actividad del Radón 222 se pueden interpretar en términos de que la magnitud de éste en los ríos es mucho menor que en aguas subterráneas. De acuerdo a los resultados, podemos señalar que los valores más bajos se encuentran en las muestras tomadas en los embalses o en los ríos, lo que “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

   

103   

confirma que en aguas superficiales el

222

Rn es perdido con facilidad por el

intercambio gaseoso con la atmósfera. Por el contrario, los mayores niveles se obtuvieron en los pozos (APR), alcanzándose actividades máximas en torno a 25.000 Bq/m3, y en los puntos muestreados en Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9) con valores entre los 4.500 – 88.000 Bq/m3. Tabla 14: Actividad de 222Rn (Bq/m3) determinadas en aguas superficiales y aguas subterráneas obtenidas en diferentes estudios. Agua Superficial

Agua Subterránea

Hoehn y von Gunten (1989)

100 - 400

13.000 – 21.000

Bertin et al. (1994)

333 – 3.330

55.500 – 82.000

Wu et al. (2004)

900 – 5.900

9.420 – 22.600

Green y Stewart (2008)

100 – 3.700

100.000

Stellato et al. (2008)

100 – 3.500

4.000 – 15.100

Baskaran et al. (2009)

110 - 390

6.900 – 61.200

Este trabajo

120 – 6.900

980 – 88.000

En un estudio realizado por Baskaran et al. (2009), se logró establecer que mediante el uso de perfiles longitudinales se puede establecer una mejor interpretación de la interacción entre agua superficial y subterránea basados en el uso de

222

Rn. Así, una tendencia suave de la curva o 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). Este tipo de análisis se presenta a continuación para segmentos (tramos) específicos del área de estudio.

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104   

Figura 59: Valores de Rn222 (Bq/m3) determinados en muestras obtenidas en aguas superficiales y aguas subterráneas en la cuenca del Río Limarí.

a) Segmento Río Limarí De acuerdo a la Figura 60, entre los puntos L1 (Río Limarí en Los Peñones) y L5 (Río Limarí en cruce San Julián con El Trapiche) se advierten bajos valores en su actividad. Sí, se observa un incremento de la curva en el punto L7 (Río Limarí en cruce Los Aromos) con un valor de 1.941 Bq/m3, lo que puede llevar a deducir que el aporte de aguas subterráneas se vería confirmado por la actividad detectada en el punto L8 (APR Cerrillos de Tamaya, 5.650 Bq/m3).

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105    L7 

2000

L3 

1000

L9

L1 

222

Rn (Bq/m3)

1500

500 L5  0 0

10

20

30

40

Distancia Aguas abajo (Km)

Figura 60: Variación de la actividad de Rn222 en el segmento longitudinal del Río Limarí. Punto de muestreo.

b) Segmento Estero El Ingenio – Río Limarí En la Figura 61, se observa que el punto E2 (Estero El Ingenio en Lagunillas) presenta un “peak” de un valor aproximado de 7.000 Bq/m3, lo que indicaría una exfiltración desde el acuífero del lugar (considerando que en el cercano pozo APR Recoleta, E1, la actividad de

222

Rn alcanzó los 24.987 Bq/m3). A medida que

avanzamos aguas abajo hay un descenso en la actividad del estero, debido al intercambio gaseoso con la atmósfera, lo que implicaría que no existen nuevos aportes importantes de aguas subterráneas. Luego, en el punto E5 (Estero El Ingenio en Cruce El Trapiche) vuelve a sufrir una leve variación, probablemente por un aporte desde el acuífero (inferido a partir de la actividad de

222

Rn detectada

en el punto E6, APR El Trapiche) hacia el estero. Esto se mantiene en L7 (Río Limarí en cruce Los Aromos) y L9 (Río Limarí en Barraza), de todas formas el incremento en la actividad de 222Rn es moderado.

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106    10000

222Rn (Bq/m3)

E2  L7  1000

L9

E5  E3 E4  100 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Distancia Aguas abajo (Km)

Figura 61: Variación de la actividad de 222Rn en el segmento longitudinal del Estero El Ingenio - Río Limarí.

Punto de muestreo.

c) Segmento Río Hurtado – Río Limarí En la Figura 62, se observa los bajos valores obtenidos en H1, correspondiente al embalse Recoleta, confirmando que el Radón 222 en aguas superficiales y embalses se pierde con gran facilidad. Luego, en el punto H2 (Río Hurtado en Villaseca) hay un gran aumento en la curva (“peak”) lo que puede indicar un aporte de agua subterránea desde el acuífero, dada la lectura obtenida de la muestra del punto H3 (APR Villaseca). A medida que avanzamos aguas abajo, la actividad de Radón 222 sufre un descenso, por efecto de la mezcla de aguas, en el punto L1 (Río Limarí en Los Peñones), punto de confluencia con el Río Limarí. En el punto L7 (cruce Los Aromos) ocurre un “peak”, como ya se ha discutido en los 2 casos anteriores.

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107    3000 H2  222Rn (Bq/m3)

L7 2000 L9 L3  1000

L1 

L5 

H1  0 0

10

20

30

40

50

60

Distancia Aguas abajo (Km)

Figura 62: Variación de la actividad de 222Rn en el segmento longitudinal del Río Hurtado Río Limarí.

Así, de acuerdo sólo al uso de

222

Punto de muestreo.

Rn, se podría inferir que existe un aporte de

aguas subterráneas hacia el cauce superficial en las zonas de Río Limarí en cruce Los Aromos (L7), Estero El Ingenio en Lagunillas (E2) y Río Hurtado en Villaseca (H2). En cambio, en los sectores de Río Limarí en La Chimba (L3), cruce San Julián con El Trapiche (L5), Barraza (L9) y Estero El Ingenio en badén (E4), podría estar ocurriendo una de dos situaciones: a) baja interacción entre aguas superficiales y subterráneas; b) es el río quien le estaría entregando agua al acuífero. Cabe señalar, que el análisis realizado para conocer la actividad del radioisótopo Radón 222 en la zona de estudio enmarcada en ésta memoria, se hizo con las muestras tomadas en la segunda campaña. Esto será de todas formas abordado en mayor profundidad en otra memoria de Ingeniería Civil Ambiental en desarrollo.

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108   

4.4.3 Estimación de la Tasa de Recarga en aguas subterráneas. Finalmente, se presenta a continuación la estimación de la tasa de recarga en aguas subterráneas utilizando el método de balance de masa de cloruro (Tabla 15). Para esto, como se dijo anteriormente, se utilizaron muestras de agua de las precipitaciones, tomadas de los colectores ubicados en dos estaciones a lo largo de la zona de estudio: La Paloma y Carretera. En general, los rangos en que fluctúa la tasa de recarga es de 0,6 – 11,2 mm/año para el año 2009, y de 0,6 – 10,2 mm/año para el año 2010. Como se puede observar, la variación no es considerable de un año para otro, lo que nos indicaría cierta estabilidad en las concentraciones de cloruro. En relación a los promedios de la tasa de recarga en el inicio del área de estudio son de 6,4 – 6,8 mm/año los que representan un 4,9 – 6,5% de las precipitaciones; en la parte media 2,2 – 2,4 mm/año con un porcentaje de 1,8 – 2,8%, y en la parte final el promedio fluctúa entre un 4,5 – 4,6 mm/año representando un 3,7 – 5,2% de las precipitaciones, para el año 2009 y 2010 respectivamente. Sabiendo que la fuente más importante de cloruro en las aguas subterráneas son las precipitaciones, podríamos inferir que en la parte inicial del área de estudio, compuesta por los puntos G3, H3 y E1, su mayor tasa de recarga es aportada por precipitaciones. Lo mismo ocurriría en la parte media de la cuenca (L2 y L4). En los sectores de APR El Trapiche (E6), APR San Julián (L6), y en la parte baja de la cuenca, conformada por las muestras tomadas tanto en el Estero Punitaqui (P1 – P6), y Rinconada de Punitaqui (P7 – P9), se observa una variación espacial, especialmente con los puntos de Rinconada de Punitaqui, los cuales presentan una menor tasa de recarga por precipitación atmosférica en comparación con los demás puntos.

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109    Tabla 15: Estimación tasa de recarga en aguas subterráneas. Tasa Recarga mm/año Sector

Promedio por zona

Punto

2009

2010

2009 2010

APR El Guindo APR Villaseca APR Estación Recoleta

G3 H3 E1

10,2 6,7 3,4

9,6 6,3 3,2

6,8

6,4

Aguas del Valle Ovalle APR Limarí APR San Julián APR El Trapiche

L2 L4 L6 E6

7,7 5,8 1,3 1,2

7,1 5,3 1,2 1,1

4,0

3,7

APR Cerrillos Tamaya APR Barraza

L8 L10

0,6 0,9

0,6 0,9

0,7

0,7

APR Graneros APR Camarico Chico APR Los Nogales APR Chalinga

P1 P3 P4 P6

2,1 1,9 1,1 1,3

2,0 1,7 1,0 1,2

1,6

1,5

Rinconada Punitaqui Rinconada Punitaqui Rinconada Punitaqui

P7 P8 P9

8,3 5,2 11,2

7,6 4,8 10,2

7,5

7,5

4,3 0,6 11,2 3,6

4,0 0,6 10,2 3,3

       

       

Promedio Mínimo Máximo Desviación Estándar

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110   

4.5 Análisis Multivariado 4.5.1 Análisis de Cluster De acuerdo al criterio de Sneath, se identificaron dos grupos principales, G1 y G2. Luego, para un análisis más detallado, se subdividió arbitrariamente los grupos 1 y 2. En la Figura 63 se muestra el Dendograma que agrupa las muestras de aguas superficiales y subterráneas. En el anexo D se muestra un output completo entregado por el programa Minitab 16.

Distancia

42.55

G1 

28.37

G2 

14.18 G1.1

G2.1

G1.2 G1.3

G2.2

0.00 1 2 1 3 3 3 1 2 2 2 1 4 1 7 9 8 3 4 5 7 9 5 6 6 8 0 2 5 4 3 6 G G L L G H H H L E E L P P P P E E E L L L E L L L1 P P P P P

Muestras de agua

Figura 63: Dendograma grupos subdivididos.

Los subgrupos 1.1 y 1.3 están compuestos sólo por aguas superficiales y subterráneas respectivamente. Los subgrupos restantes (1.2, 2.1 y 2.2) por una combinación de ambas. La Figura 64 muestra los porcentajes de muestras de agua superficial y subterránea en cada grupo. Se destaca que al realizar el análisis de cluster usando Q-mode, fue posible agrupar las muestras según “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

111   

carracterísticas s similares entre sí, es e por eso que se pue eden obserrvar gruposs con me ezclas tanto o de aguas superficiale es y subterrráneas, o por p separad do. 100% % 80% % 60% % 40% % 20% % 0% % G 1.1

G 1.2

G 1.3 3

G 2.1

G 2 2.2

Grupo os Agua supeerficial

Aggua subterránea

F Figura 64: Po orcentaje de e muestras de d agua supe erficial y sub bterránea pa ara cada grupo.

A continuació c ón se analizza las com mposicioness químicas e isotópica as promediio de cad da subgrupo identifica ado (Tabla 16). 1 Tabla 16: 1 Promedios de parám metros químiicos e isótop pos para cad da grupo. CE

TDS

Ca a

Mg

Na

K

Sr

HCO3

Cl

SO4

N-NO3

F

CaC CO3

B

Si

δ2H

δ18O

uS/cm u

mg/L

mg//L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg g/L

mg/L

mg/L

‰

‰

8,0

456,0 4

255,9

49,3

13,1

36,8

2,1

0,2

170,3 3

18,3

61,6

0,7

0,2

175 5,0

0,1

6,2

-61,6

-7,5

5,0

7,4

780,8 7

444,1

77,6

25,7

62,9

3,0

0,3

276,9 9

53,8

126,8

2,5

0,2

298 8,8

0,2

10,9

-65,4

-8,2

3

7,3

7,5

581,0 5

316,2

33,5

25,3

48,4

2,5

0,1

200,3 3

45,1

21,4

7,9

0,1

188 8,0

0,1

20,6

-35,3

-5,9

G 2.1

10

8,3

7,8

2242,0

1303,2

185 5,6

76,8

236,8

6,7

1,0

323,7 7

380,8

379,6

1,9

0,4

777 7,8

0,3

9,3

-58,8

-7,2

G 2.2

5

6,6

7,9

1758,8

986,7

120 0,5

64,3

199,0

4,7

1,0

350,6 6

260,6

219,8

4,6

0,0

565 5,6

0,1

11,7

-47,6

-6,2

DO Grupos

N

G 1.1

4

9,7

G 1.2

9

G 1.3

pH

mg/L

N: Número N de muestras m en ca ada grupo.

“Ca aracterización n de la interaccción agua superficial/agua a subterránea a poco profunda en la parte e baja de la Cuenc ca del Río Lim marí, a través del uso de Herramientas Hidroquímica H s e Isotópicass” A Jofré Sapiain/2011 Elizabeth Andrea

 

112   

Grupo 1 (G1) En este grupo se encuentran muestras de agua superficial y subterránea. Mostró la mayor diferenciación de clusters, ya que formó grupos con una clasificación muy específica. Se distinguieron 3 subgrupos.

Grupo 1.1 (G 1.1) Este subgrupo está conformado en su totalidad por aguas superficiales. Con sólo 4 muestras de toda la cuenca, pertenecientes al Río Grande y los dos primeros puntos del Río Limarí (Los Peñones y La Chimba). Dentro del grupo, presentó las más bajas concentraciones de CE, TDS, Mg, Na, K, Cl, Si y N-NO3. Presenta el valor de pH y DO más alto de toda la cuenca. Dentro del análisis de cluster, el subgrupo muestra una concordancia espacial al interior de la cuenca. De acuerdo al diagrama de Piper la muestra de este subgrupo es del tipo bicarbonatada cálcica (Ca(HCO3)2). Grupo 1.2 (G 1.2) Este subgrupo está compuesto por las muestras de los APRs ubicados en la subcuenca de los Ríos Grande, Hurtado y Limarí, a excepción de APR Graneros (P1) que pertenece al Estero Punitaqui; y, por las muestras de agua superficial tomadas en el embalse Recoleta (H1) y Lagunillas (E2). Presenta altos valores de SO4, HCO3, K, Ca, Na, TDS y CE; además, tiene las más bajas concentraciones de DO en toda la cuenca. Hay concordancia espacial de acuerdo a su clasificación en el análisis de cluster. También confirma lo señalado en relaciones anteriores, la importancia del agua de riego proveniente del embalse La Paloma sobre la composición del agua en P1 (APR Graneros). De acuerdo al diagrama de Piper la muestra de este subgrupo es del tipo bicarbonatada cálcica (Ca(HCO3)2).

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

113   

Grupo 1.3 (G 1.3) Este subgrupo, está conformado en su totalidad por las muestras de aguas subterráneas tomadas en el Estero Punitaqui, específicamente en el sector de Rinconada de Punitaqui. Este subgrupo tiene los menores niveles de Ca, Mg, Sr, SO4, F y B. También, presenta las mayores concentraciones de N-NO3 y Si. Respecto a su clasificación en el análisis de cluster, hay concordancia espacial. De acuerdo al diagrama de Piper la muestra de este subgrupo es del tipo bicarbonatada cálcica (Ca(HCO3)2).

Grupo 2 (G2) En este grupo se encuentran muestras tanto de aguas superficiales como subterráneas. Este grupo presentó las mayores concentraciones en casi todos los parámetros. En él se distinguieron 2 subgrupos. Grupo 2.1 (G 2.1) En este subgrupo, clasificaron las aguas del Estero El Ingenio, desde cruce Talhuén, pasando el lugar de confluencia del Río Limarí, hasta el punto L10 (APR Barraza). Este subgrupo presentó las mayores concentraciones de CE de toda la cuenca, así como la de TDS, Ca, Mg, Na, K, Cl, SO4, dureza total, B y Sr. De acuerdo a las altas concentraciones que presenta, probablemente se puede deber por la actividad minera y agrícola desarrollada en la zona, confirmando la gran influencia de estas actividades en la composición hacia aguas abajo. Presenta además un alto pH, y por ende una alta concentración de HCO3. Respecto a su clasificación en el análisis de cluster, hay concordancia espacial. De acuerdo al diagrama de Piper la muestra de este subgrupo es del tipo clorurada cálcica (CaCl2).

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

114   

Grupo 2.2 (G 2.2) En este subgrupo, están las muestras de agua superficial y subterránea tomadas a lo largo del Estero Punitaqui, con excepción del punto APR Graneros (P1) que clasificó en el subgrupo G1.2. Estas muestras, presentaron las más altas concentraciones de HCO3. Presentaron características paramétricas muy similares al subgrupo G2.1, con altos valores de CE, TDS, Ca, Mg, Na, Cl, SO4 y dureza total. Hay concordancia espacial, puesto que coincide geográficamente. De acuerdo al diagrama de Piper la muestra de este subgrupo es de tipo clorurada cálcica (CaCl2). En la Figura 65 se muestra un resumen de los promedios de las concentraciones de los parámetros químicos y el pH para cada subgrupo. 10,0

10000,0

DO TDS

9,0

1000,0

Ca

8,0

100,0

7,0

10,0

Na Unidad pH

Concentración mg/L

Mg

K Sr HCO3 Cl

6,0

1,0

SO4 NO3

5,0

0,1

F CaCO3

4,0

0,0 G 1.1

G 1.2

G 1.3

G 2.1

Clusters

G 2.2

B Si pH

Figura 65: Promedios de las concentraciones de los parámetros químicos y el pH para cada grupo. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

115   

El diagrama de Piper (Fig. 66), se realizó utilizando la Tabla 15. En él se observa claramente la división resultante en el análisis de cluster. Los subgrupos G1.1, G1.2 y G1.3 mostraron una clara tendencia de pertenecer a las aguas de tipo bicarbonatadas cálcicas. Los subgrupos G2.1 y G2.2 clasificaron dentro del grupo de aguas pertenecientes a las cloruradas cálcicas. Esto coincide con lo analizado en el diagrama de Piper para el promedio de todos los puntos de muestreo (Fig. 24).

%

80

%

80

% 60

%

+C

Ca

l

60

% 40

% %

% 20

O +C 3

HC O

% 40

60

% %

%

80

40%

B J

20%

Ca

%

% 80

% 40

%

%

20

%

%

60

%

40

80

20

P 60

Mg

SO 4

% %

20%

EM

80

P J B M E

60%

60

40%

%

+K

60%

80%

40

Na

80%

3

20

%

M E P

20

SO

4

g +M

40

20

B J

Cl

Figura 66: Diagrama de Piper para cluster.

G1.1

G1.2

G1.3

G2.1

G2.2

La Figura 67, muestra las razones isotópicas medias para cada subgrupo y su lugar de ubicación respecto a la línea meteórica local (LML).

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

116    ‐30 G1.3

δ2H (‰)

‐40

G2.2

‐50

G2.1

‐60 G1.1

G1.2 ‐70 ‐9

‐8

‐7

‐6

‐5

δ18O (‰) Figura 67: Promedio de razones isotópicas para cada grupo.

LML;

Línea de

regresión (δ2H=12,1 δ18O + 30,7); R2= 0,90.

Las razones isotópicas para cada subgrupo muestran características homogéneas y consistentes. Al igual que en la composición química, cada cluster presenta señales isotópicas similares. Finalmente, la Figura 68 presenta la distribución espacial de los diferentes grupos o clusters obtenidos. En general, podemos advertir cierta consistencia con la distribución espacial obtenida en los diagramas de Stiff (Fig. 27). Se observa claramente la influencia de las actividades de la Compañía minera Panulcillo sobre la formación de un grupo, específicamente desde el punto Estero El Ingenio en cruce Talhuén (E3) hasta APR Barraza (L10), incluyendo los puntos P2 – P6 del Estero Punitaqui, a excepción de APR Graneros (P4) que clasificó en otro grupo. Otra agrupación observada la constituyen las muestras tomadas aguas debajo de los embalses hasta APR Limarí (L4), incluyendo el punto de P1 nombrado anteriormente, que su composición está influenciada por las aguas provenientes del embalse La Paloma. Y finalmente una última agrupación, formada por los puntos de Rinconada de Punitaqui, lo que confirma lo mencionado en análisis anteriores, que son aguas de “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

117   

composición muy diferente al resto de las muestras tomadas en la zona de estudio.

Panulcillo

Figura 68: Distribución espacial de los distintos grupos en la cuenca.

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118   

4.5.2 Análisis de Componentes Principales El análisis de componentes principales se realizó con los datos químicos, no considerando la información isotópica. De acuerdo al criterio de Kaiser utilizado, se determinaron tres componentes principales significativos, los que explican el 83% de la variabilidad de los datos. En la Tabla 17 se muestra un resumen de los pesos otorgados a cada uno de los parámetros en cada componente principal significativo. En la sección final de la Tabla se muestran los valores propios de cada componente principal, la proporción de la variabilidad explicada por cada uno de ellos y la varianza explicada acumulada. Tabla 17: Peso de cada parámetro en los tres componentes principales significativos, los valores propios, varianza explicada y varianza explicada acumulada de cada componente principal. Parámetro

PC1

PC2

PC3

DO

0,023

-0,243

0,624

pH

0,037

-0,339

0,519

CE

0,314

0,071

0,032

TDS

0,315

0,057

0,020

Ca

0,298

-0,116

-0,156

Mg

0,289

0,158

0,082

Na

0,300

0,102

0,140

K

0,286

-0,045

0,115

Sr

0,285

-0,122

-0,066

HCO3

0,233

0,192

-0,220

Cl

0,298

0,131

0,132

SO4

0,282

-0,169

-0,157

N-NO3

0,065

0,408

0,375

F

0,051

-0,360

-0,032

Dureza total

0,312

0,014

-0,061

B

0,217

-0,218

-0,122

Si

-0,030

0,570

0,148

Valor Propio

9,858

2,408

1,844

Proporción

0,580

0,142

0,108

Acumulada

0,580

0,722

0,830

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119   

El primer componente principal (PC1) explica el 58% de la variabilidad total y presenta las mayores correlaciones con la CE, TDS, Na y dureza total. El segundo componente principal (PC2) explica el 14,2% de la variabilidad total, mostró una alta correlación positiva con N-NO3 y Si, y negativa con el pH y F. El tercer componente principal (PC3), explica el 10,8% de la variabilidad total y mostró las mayores correlaciones con DO, pH y N-NO3. En la Tabla 18 se presenta un resumen de los tres componentes principales, y una interpretación preliminar para cada uno de ellos. En el anexo E se muestra un output completo entregado por el programa Minitab 16. Tabla 18: Resumen de interpretación de los tres primeros componentes principales. Componentes Principales

Parámetros

Interpretación Preliminar

PC1

CE, TDS, Na, dureza total

Zonas de alteración hidrotermal

PC2

-pH, N-NO3, -F, Si

Zonas de alteración hidrotermal, contaminación agrícola

PC3

DO, pH, N-NO3

Contaminación agrícola y doméstica

PC1 y PC2 contienen parámetros propios de zonas con procesos de alteración hidrotermal. También, PC2 presenta una contaminación agrícola y/o doméstica, esto explicado por la presencia de nitratos. PC3 contiene parámetros que reflejan una influencia de las actividades agrícolas (fertilizantes), aguas residuales domésticas o cualquier otro tipo de residuo orgánico, representado en este caso por el N-NO3. Naturalmente los nitratos se correlacionan inversamente con el oxígeno disuelto (DO), y éste a su vez con el pH. En esta oportunidad no ocurre lo mencionado, lo que no tiene una explicación consistente para establecer una relación. La Figura 69, muestra la distribución de los clusters en el espacio de componentes principales. Se advierte que los clusters muestran una coherencia espacial en el “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

120   

espacio de los componentes principales, y así se puede establecer un significado estadístico e hidroquímico independiente. PC1, cuyos parámetros representativos fueron CE, TDS, Na y dureza total, separa claramente los grupos G1 a la izquierda y G2 a la derecha. Esto es muy consistente con lo observado en el análisis de clusters, ya que G2 tiene los más altos valores de estos parámetros en toda la cuenca, y G1, específicamente G1.1 y G1.3 los más bajos. En el eje de PC2, cuyos parámetros fueron pH, N-NO3, F y Si, G1.3 y G2.2 quedaron ubicados en la parte superior, G1.1 y G2.1 en la parte negativa del eje, y G1.2 en la zona central.

3

Segundo componente

2 1 0 -1 -2 -3 -5.0

-2.5

G1.1

0.0 Primer componente

G1.2

G1.3

G2.1

2.5

5.0

G2.2

Figura 69: Ubicación de los grupos obtenidos en el análisis de clusters según los componentes principales.

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121   

5 CONCLUSIONES Las cinco subcuencas consideradas en este estudio presentaron en general composiciones diferentes en sus aguas. Los parámetros con mayor influencia sobre las aguas en la parte baja de la cuenca del Limarí tanto en aguas superficiales como en subterráneas fueron pH, CE, Ca, Mg, Na, Cl, SO4, HCO3, N-NO3 y B. De los parámetros nombrados anteriormente, las subcuencas del Río Grande y Hurtado se caracterizaron por tener las concentraciones más bajas de toda la cuenca. El Estero El Ingenio presentó las más altas concentraciones de SO4, además de otros parámetros, probablemente por efecto de los lixiviados de la Compañía Minera Panulcillo que han contaminado sus aguas. El Estero Punitaqui presentó las más altas concentraciones de cloruro de toda la cuenca, esto probablemente por efecto de estar próximo a la costa y la presencia de terrazas salinas. Rinconada de Punitaqui, presentó los valores más altos en nitratos. No se encontraron grandes concentraciones de metales a lo largo de la zona de estudio. En general, aguas superficiales y subterráneas siguen una misma tendencia en SO4, Cl y HCO3, con excepción de Rinconada de Punitaqui, lo que indica cierto grado de interacción entre éstas. En la clasificación de las aguas según Piper, las aguas superficiales y subterráneas del Río Limarí y Estero Punitaqui corresponden a la misma clasificación de cloruradas cálcicas. Lo mismo ocurre en el Estero El Ingenio, donde aguas de ambos niveles clasificaron dentro del tipo de las sulfatadas cálcicas. El Río Grande, también presentó las mismas clasificaciones como bicarbonatadas cálcicas, tanto aguas superficiales como subterráneas. Estas similitudes en la clasificación apoyan la hipótesis de interacción entre aguas superficiales y subterráneas. La excepción la constituye Río Hurtado que exhibe una clasificación diferente en cada componente hidrológico, siendo sus aguas superficiales bicarbonatadas cálcicas, y las del acuífero sulfatadas cálcicas. En cuanto a los principales procesos y/o factores encontrados que determinan las características químicas en la cuenca destaca: el efecto Panulcillo, debido a la “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

122   

presencia de sus piscinas evaporadoras (sin revestimiento durante sus años de funcionamiento). Ello ha permitido que soluciones con contenidos de sulfato infiltren hacia las aguas del Estero El Ingenio, provocando una alteración importante a lo largo de toda la cuenca. Otro factor importante en la cuenca, es la influencia de las terrazas salinas, en la composición de las aguas tanto del Estero El Ingenio, Estero Punitaqui y final de la subcuenca del Río Limarí. Esto en directa relación con las altas concentraciones salinas (Ca, Na, Cl, etc.) encontradas al final de la cuenca. También, estas altas concentraciones pueden deberse a que en este lugar la cuenca se abre considerablemente, provocando una evaporación de las aguas lo que favorece el aumento de concentraciones de sales. En relación a la isotopía, es importante señalar que tanto aguas superficiales como aguas subterráneas presentaron señales isotópicas similares, lo que apoya la hipótesis de su mezcla. Esto denotaría una estrecha relación entre éstas, y a su vez una interacción. En general, se observó cierta tendencia de las señales isotópicas a ser más negativas en zonas de mayor altitud y en los pozos cuyas bombas o zonas de captación están a mayor profundidad. En general, la señal isotópica a lo largo de la cuenca, es consistente con su origen meteórico simple. Los patrones que controlan esta señal a lo largo de la cuenca son las precipitaciones, en conjunto con los procesos evaporativos, que ocurren a lo largo del flujo como en los embalses. Se verificó además el efecto de la altitud, en que las aguas más empobrecidas en isótopos pesados están las subcuencas de Río Hurtado y Río Grande, debido a que son alimentadas por aguas recargadas a gran altitud y no por recargas directas desde los embalses o precipitación local. Las más enriquecidas fueron las aguas del Estero Punitaqui y Rinconada de Punitaqui por su cercanía a la costa y también por la ocurrencia en forma rápida de infiltración luego de la precipitación. En general, aguas superficiales y subterráneas no mostraron mayor variación en sus señales isotópicas, lo que nos permitió establecer una posible interacción entre éstas. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

123   

En relación al Radón 222 se puede indicar que cada tipo, tanto aguas superficiales como subterráneas, presentaron actividades de

222

Rn características. Se pudo

observar, que las actividades de Radón 222 en el río son mucho menores que las medidas en aguas subterráneas (pozos APR), el promedio obtenido en aguas superficiales es aproximadamente 1.500 Bq/m3, y en aguas subterráneas de 16.000 Bq/m3. Los valores más bajos se encontraron en las muestras tomadas en los embalses o en los ríos, lo que confirma que en aguas superficiales el Rn sufre un decaimiento con facilidad por el intercambio gaseoso con la atmósfera. Por el contrario, los mayores niveles se obtuvieron en los pozos (APRs). Se pudo inferir además que existe un aporte de aguas subterráneas hacia el cauce superficial en las zonas de Río Limarí (L7, cruce Los Aromos),

Estero El Ingenio (E2,

Lagunillas) y Río Hurtado (H2, Villaseca). En cambio, en otros sectores de Río Limarí en La Chimba (L3), cruce San Julián con El Trapiche (L5), Barraza (L9) y Estero El Ingenio en badén (E4), podría estar ocurriendo una de dos situaciones: a) baja interacción entre aguas superficiales y subterráneas o b) es el río quien le estaría entregando agua al acuífero. En cuanto a la tasa de recarga de cloruro, ésta no es variable de un año a otro. Se puede inferir además que en la parte alta y media de la cuenca la fuente principal de cloruro es por precipitaciones y su alta concentración se debe básicamente a la evaporación. Diferente es el caso en la parte baja de la cuenca que posee la mayor tasa de recarga, probablemente debido a su ubicación cercana a la costa, a la contribución de neblinas originadas en los océanos y a la disolución de contenidos de cloruros presentes en las terrazas marinas de la faja costera Finalmente, es importante señalar que la utilización en conjunto de los diferentes métodos en este estudio, tales como análisis gráfico simple, análisis químicoisotópico, diagramas de Piper, diagramas de Stiff, isotopía radioactiva, además del análisis multivariado mostraron consistencia en sus resultados, lo que permitió establecer de una manera más clara el grado de interacción existente entre aguas superficiales y subterráneas en la cuenca del Río Limarí. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

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Kalbus, E., Reinstorf, F., Schirmer, M., 2006. Measuring methods for groundwater – surface water interactions: a review. Hydrology and Earth System Sciences 10: 873-887.

•

Levinson, A.A. 1974. Introduction to Exploration Geochemistry. Ed. Applied Publishing, Maywood, Illinois. 74. Información para nitrógeno en ríos del Mundo.

•

Minitab INC. Technical Support Document. Taking the Perplexity out of PValues.

•

Pulido, A. 2007. Nociones de hidrogeología para ambientólogos. Editorial Universidad de Almería 2007. 492 p.

•

Raju, R.D. 2009. Handbook of geochemistry: Techniques and applications in mineral exploration. Vedams, India.

•

Rochette R., 2010. Caracterización de la variabilidad climática y del funcionamiento de los sistemas hidrológicos superficiales y subterráneos de la cuenca del río Limarí, IV Región de Chile. Memoria para optar al título de

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

127   

Magister en Gestión Evaluación de los Recursos Hídricos. Universidad de Montpellier. •

Rojas, A., Oyarzún, J., Maturana, H., 2006. La pluma de contaminación ferruginosa con Cu y Zn del Estero El Ingenio afluente del río Limarí, IV región. Congreso internacional de Ingeniería Agrícola, Chillán, Chile.

•

Ruiz, J., 2003. Utilización del balance de cloruros en la zona no saturada en la estimación de la recarga natural a un acuífero detrítico. Estudios de la Zona No Saturada del Suelo Vol. VI: 403-408.

•

SERPLAC, DGA, ONU, CORFO, 1979. Hidrogeología de la cuenca del río Limarí. Investigación de recursos hidráulicos en la IV región. Proyecto CHI535. 65 p.

•

Smith, L.A. 2004. Using Radon-222 as a tracer of mixing between surface and ground water in the Santa Fe river sink/rise system. MSc Thesis, University of Florida. 63 p.

•

Stellato, L., Petrella, E., Terrasi, F., Belloni, P., Belli, M., Sansone, U. y Celico, F. 2008. Some limitations in using 222Rn to assess river-groundwater interactions: the case of Castel di Sangro alluvial plane (central Italy). Hydrogeology Journal 16: 701-712.

•

Strauch, G., Oyarzun, R., Reinstorf, F., Oyarzun, J., Schirmer, M., Knöller, K. 2009. Interaction of water components in the semi-arid Huasco and Limarí river basins, North Central Chile. Advances in Geosciences 22: 51–57.

•

Thyne, G., Güler, C. y Poeter, E. 2004. Sequential analysis of hydrochemical data for watershed characterization. Groundwater, Vol. 42, N° 5.

•

Winter, T.C., Harvey, J.W., Franke, O.L., Alley, W.M. 1998. Groundwater and surface water. A single resource. US Geological Survey Circular 1139. Denver, Co. 79 p.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

128   

•

Wu, Y., Wen, X. and Zhang, Y. 2004. Analysis of the exchange of groundwater and river water by using Radon-222 in the middle Heihe Basin of northwestern China. Environmental Geology 45: 647-653.

•

Yidana, S., Ophoria, D., Banoeng-Yakubob, B. 2008. A multivariate statistical analysis of surface water chemistry data – The Ankobra Basin, Ghana. Journal of environmental management 86: 80 – 87.

•

Zagana, E., Obeidat, M., Kuells, Ch., Udluft, P. 2007. Chloride, hydrochemical and isotope methods of groundwater recharge estimation in eastern Mediterranean areas: a case study in Jordan. Hidrological Processes, 21: 2112-2123.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

129   

ANEXOS

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

130    ANEXO A

      Análisis de

222

Rn: toma de muestra desde un pozo.

Análisis de

222

Rn: toma de muestra desde un río.

              Muestra Agua Superficial. El Guindo (G2)

Equipos de de medición

            Muestra Agua Subterránea. Rinconada Punitaqui (P7)

Muestra Agua Superficial. Río Grande (G1)

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

131   

ANEXO B Tabla B1: Datos Actividad de 222Rn en aguas superficiales.

Sector

Punto

Radón Bq/m3

Río Grande (A.Ab. Embalse La Paloma)

G1

373

Río Grande El Guindo

G2

627

Embalse Recoleta

H1

123

Villaseca

H2

2.242

Lagunillas

E2

6.952

Cruce Talhuén

E3

437 131

Badén El Ingenio

E4

Cruce El Trapiche, Ingenio

E5

922

Los Peñones, Río Limarí

L1

816

Río Limarí, La Chimba

L3

941

Cruce San Julián con El Trapiche

L5

396

Río Limarí, Cruce Los Aromos

L7

1.941

Barraza

L9

1.229

Estero Punitaqui Camarico

P2

1.636

Estero Punitaqui Chalinga

P5

2.342

Tabla B2: Datos Actividad de 222Rn en aguas subterráneas.

Sector

Punto

Radón Bq/m3

APR El Guindo

G3

12.405

APR Villaseca

H3

16.760

Aguas del Valle Ovalle

L2

984

APR Limarí

L4

19.073

APR San Julián

L6

2.798

APR Cerrillos Tamaya

L8

5.650

APR Barraza

L10

7.264

APR Estación Recoleta

E1

24.987

APR El Trapiche

E5

8.028

APR Graneros

P1

8.894

APR Camarico Chico

P3

4.147

APR Los Nogales

P4

16.559

APR Chalinga

P6

4.373

Rinconada Punitaqui

P7

45.055

Rinconada Punitaqui

P8

88.043

Rinconada Punitaqui

P9

4.458

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

132   

ANEXO C Análisis de la distribución probabilística de los datos. Para la correcta utilización de las técnicas multivariadas es importante determinar la distribución estadística de los parámetros ya que esta debe ser o tender a ser normal. Para evaluar esto se aplicó la prueba de Anderson Darling utilizando el programa Minitab 16 (Minitab Inc.). En primer lugar se realizaron histogramas para los distintos parámetros a modo de comparar las distribuciones Normal y Lognormal. Con los resultados obtenidos se procedió a realizar un análisis comparativo entre los valores obtenidos para la curva Normal y Lognormal. En la siguiente Tabla se presentan los resultados numéricos del test donde se analizan los valores A-D y p-value, con un nivel de significancia de 5%. Tabla C1: Resultados Test Anderson-Darling. Normal

Lognormal

Mejor ajuste

A-D

p-value

A-D

p-value

DO

0,421

0,305

0,269

0,659

Lognormal

pH

0,318

0,52

0,326

0,508

Normal

CE

1,078

0,007

0,564

0,132

Lognormal

TDS

1,130

< 0,005

0,551

0,143

Lognormal

Ca

0,706

0,059

0,260

0,688

Lognormal

Mg

1,265

< 0,005

0,406

0,331

Lognormal

Na

1,236

< 0,005

0,563

0,13

Lognormal

K

1,340

< 0,005

1,019

0,009

Lognormal

Sr

1,092

0,006

0,567

0,13

Lognormal

HCO3

0,456

0,25

0,427

0,294

Lognormal

Cl

1,741

< 0,005

0,589

0,116

Lognormal

SO4

1,749

< 0,005

0,462

0,241

Lognormal

NO3

2,465

< 0,005

0,368

0,408

Lognormal

F

3,065

< 0,005

0,679

0,069

Lognormal

CaCO3

1,173

< 0,005

0,389

0,365

Lognormal

B

0,614

0,101

1,302

< 0,005

Normal

Si

0,789

0,036

1,358

< 0,005

Normal

2

0,799

0,034

Normal

0,399

0,345

Normal

H

18

O

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

133   

Se puede identificar que los valores de A-D, para la mayoría de los parámetros son menores para aquellos que pertenecen al ajuste de la distribución Lognormal, lo cual significa que los datos presentan un mejor ajuste según la curva Lognormal. Esto se confirma con los p-value que al ser superiores al α de 0,05, indica que los datos se distribuyen según la curva en cuestión como ocurre con la mayoría de los valores correspondientes a la curva Lognormal. Usando éste criterio (el valor de A-D criterio predominante con respecto al p- valor) se observa que los únicos parámetros que muestran un mejor ajuste a la distribución Normal son: pH, B, Si, 2H y

18

O. El resto de los parámetros que mostraron mejor ajuste a

la curva Lognormal fueron transformados para el análisis multivariado.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

134   

DO

pH

10

CE 10

4 5

2

0

2

4

8

6

0 0 7,

0 2 4 1 1 1

Mg

5 7,

5 8,

0 8,

0 9,

Na

10

Frecuencia

5

0

0

Cl

0 20

0 10

0

0 40

0 20

B

0

Si

10

HCO3

Ca Media 111,4 Desv.Est. 64,00 N 31

0 0 0,

8 0,

4 0,

2 1,

6 1,

0 50

0 40

0 30

0 20

0 10

CaCO3

10

4

8

12

Deuterio

10

K Media 4,287 Desv.Est. 2,121 N 31

0

0 0

,3 -0

0, 0

0,3

0,6

0, 9

1, 2

0

0 30

0 60

0 90

Oxígeno

10

5

0

5

0 00 ,0 8 ,16 0 0 0,

24 ,32 , 40 0 0 0,

5

0 0

6

12

18

24

Cl Media 187,2 Desv.Est. 189,6 N 31

0 0 -8

0 -7

0 -6

0 -5

0 -4

Sr Media 0,6177 Desv.Est. 0,4099 N 31 HCO3 Media 282,7 Desv.Est. 84,60 N 31

4 2

Mg Media 46,76 Desv.Est. 33,82 N 31 Na Media 136,2 Desv.Est. 101,4 N 31

5

5

CE Media 1349 Desv.Est. 845,4 N 31 TDS Media 772,0 Desv.Est. 492,1 N 31

10

-4

0 0 0 0 0 20 40 60 8 0 100

0 0 0 0 0 0 4 8 12 1 6 20 2 4

10

F

0 00 -2

0 60

0

5

8

6

5

0 00 -2

0 -4

Sr

NO3

5

0

4

10

10

5

0 0 0 0 40 80 120 16 0

0 2

0

0 30

SO4

10

0

4

0 00 -1

pH Media 7,694 Desv.Est. 0,4264 N 31

0 0 0 -4

8

5

0 0 0 20 40 60 80 00 20 -2 1 1

K

10

10 5

0 0 0 0 0 0 5 0 1 00 150 200 250 300

DO Media 7,161 Desv.Est. 3,053 N 31

5

0 0

0 0 -5

Ca

10

4

5

0

0

TDS

8

-9

-8

-7

-6

-5

SO4 Media 204,7 Desv.Est. 188,2 N 31

 

Figura C1: Histogramas con curva normal. N: número de datos; D.S.: desviación estándar. “Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

   

135   

DO

pH

10

CE 10

4 5

2 0 6

3

12

9

15

0 5 6,

18

0 7,

5 7,

Mg

0 9,

Na

10

Frecuencia

0 5 8, 8 ,

5

10

5

5

0

0 0

40

0 12

80

0 16

0 20

Cl 20

0

8

10

20

20

10

10

0 0 0 0 0 0 20 40 60 80 100 120

6 0,

2 1,

8 1,

4 2,

4

8

12

16

0 24

0 32

0 40

HCO3

TDS Ubic. 6, 439 Escala 0,6753 N 31

0 20

0 30

0 40

0 50

CaCO3

10 5

0, 3

0,6

0,9

1,2

0

0 0 0 0 0 30 60 90 120 150

Si

10 5

0,0

Sr Ubic. -0,7486 Escala 0,8134 N 31

Cl Ubic. 4, 568 Escala 1, 300 N 31

0 00 , 12 ,2 4 ,36 ,48 ,60 0, 0 0 0 0 0

Na Ubic. 4, 584 Escala 0,8837 N 31

HCO3 Ubic. 5, 599 Escala 0,3125 N 31

5,0 2,5

Mg Ubic. 3, 585 Escala 0,7485 N 31

K Ubic. 1, 332 Escala 0,5103 N 31

0 0, 0

CE Ubic. 7, 004 Escala 0,6636 N 31

Ca Ubic. 4, 541 Escala 0,6173 N 31

0 10

0 3,

0 0

0 16

0 0 0,

12

F

0 0

0 0 0 0 0 0 30 60 90 120 150 180

B

6

80

5

NO3

0 0

4

0

10

0 2

SO4

16

Sr

5

0

pH Ubic. 2,039 Escala 0, 05501 N 31

0 0 00 00 00 00 00 00 00 4 8 12 16 20 24 28

10

0 0 00 00 00 00 00 00 00 1 2 3 4 5 6 7

8

10

K

DO Ubic. 1, 872 Escala 0,4676 N 31

5

0 00 000 00 0 000 000 3 4 10 5 2

0

10

Ca 10

4

5

0 0

TDS

8

0

6

12

18

24

30

SO4 Ubic. 4, 951 Escala 0,9451 N 31

Figura C2: Histogramas con curva Lognormal. N: número de datos; D.S.: desviación estándar.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

136     

DO

99

CE

99

TDS

99

90

90

90

90

50

50

50

50

50

10

10

10

10

10

1

1

1

1

8

16

Mg

99

7

8

9

Na

99

0

2000

1

4000

K

99

0

1000

2000

Sr

99

0

90

90

90

90

50

50

50

50

50

10

10

10

10

10

1

1

1

1

80

160

Cl

99

0

250

500

SO4

99

0

5

0

1

2

F

99

0

90

90

90

90

50

50

50

50

50

10

10

10

10

10

1

1

1

1

0

500 B

99

0

500

1000

Si

99

-8

0

8

Deuterio

99

90

90

90

50

50

50

10

10

10

10

1

1

1

0.0

0.2

0.4

0

10

20

CaCO3

0.3

1.1

0

600

1200

Oxígeno

99

50

400

1 -0.5

90

200

99

90

-500

300

1

10

NO3

99

150 HCO3

99

90

0

Ca

99

90

0

Porcentaje

pH

99

1 -80

-60

-40

-10.0

-7.5

-5.0

Figura C3: Gráficos Log-probabilidades con ajuste a la distribución Normal.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

137     

DO

99

CE

99

TDS

99

90

90

90

90

50

50

50

50

50

10

10

10

10

10

1

1

1

1

10

7

Mg

99

8

9

Na

99

100

1000

10000

K

99

1 100

1000

10000

Sr

99

10

90

90

90

90

50

50

50

50

50

10

10

10

10

10

1

1

1

1

100

1000

Cl

99

10

100

1000

SO4

99

1

10

1.0

10.0

F

99

90

90

90

50

50

50

50

50

10

10

10

10

10

1

99

10

B

10

90

50

50

10

10

100

1000

1 0.1

1.0

10.0

100.0

500

CaCO3

1 0.01

0.10

1.00

100

1000

Si

99

90

1 0.01

1

100 1000 10000

200

99

90

1

HCO3

100

90

1

1000

1 0.1

NO3

99

100

99

90

10

Ca

99

90

1

Porcentaje

pH

99

1 0.10

1.00

1

10

100

  Figura C4: Gráficos Log-probabilidades con ajuste a la distribución Lognormal.

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

138   

ANEXO D Output Análisis de Cluster Variables estandarizadas, Distancia euclediana, Enlace de Ward Pasos de amalgamación

Paso 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Número de conglomerados 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Nivel de semejanzal 87,589 86,634 85,750 84,900 84,436 83,846 82,149 82,078 81,907 79,657 76,206 75,076 74,361 73,993 71,758 68,508 68,067 63,675 61,032 60,409 59,261 56,024 55,896 44,313 33,950 28,962 -6,094 -10,551 -58,694 -273,836

Paso 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Número de obs. en el conglomerado nuevo 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 3 2 3

Nivel de distancia 1,4126 1,5212 1,6218 1,7186 1,7714 1,8386 2,0318 2,0399 2,0593 2,3153 2,7081 2,8368 2,9182 2,9601 3,2144 3,5843 3,6346 4,1343 4,4352 4,5061 4,6367 5,0052 5,0198 6,3382 7,5176 8,0853 12,0753 12,5826 18,0620 42,5489

Conglomerados incorporados 13 15 12 18 1 2 10 11 19 21 24 27 25 28 7 16 29 31 3 6 29 30 20 22 24 26 5 14 7 23 5 8 9 10 4 5 3 4 12 20 9 19 24 25 1 13 9 17 9 12 3 7 9 24 1 3 1 29 1 9

Nuevo conglomerado 13 12 1 10 19 24 25 7 29 3 29 20 24 5 7 5 9 4 3 12 9 24 1 9 9 3 9 1 1 1

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

139    16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

3 3 4 6 4 5 5 4 6 10 9 15 13 16 31

Partición final Número de conglomerados: 4

Conglomerado1 Conglomerado2 Conglomerado3 Conglomerado4

Número de observaciones 4 9 15 3

Dentro de la suma de cuadrados del conglomerado 12,003 62,174 130,825 5,736

Distancia promedio desde el centroide 1,71035 2,58596 2,87151 1,37693

Distancia máxima desde centroide 2,00010 3,35776 4,45113 1,55260

Centroides de grupo

Variable DO pH CE TDS Ca Mg Na K Sr HCO3 Cl SO4 NO3 F CaCO3 B Si Deuterio Oxígeno

Conglomerado1 0,83120 0,77874 -1,36578 -1,36197 -1,07568 -1,37708 -1,25058 -1,19894 -0,80403 -1,55465 -1,35596 -0,90277 -1,08270 0,34375 -1,33110 -0,86077 -1,03421 -0,44615 -0,24080

Variable DO pH CE TDS

Centroide principal -0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000

Conglomerado2 -0,718375 -0,796606 -0,561633 -0,547102 -0,344679 -0,574842 -0,636644 -0,580646 -0,417970 0,034670 -0,658161 -0,141736 -0,167647 0,092092 -0,455271 0,123381 0,006615 -0,820808 -0,978294

Conglomerado3 0,160366 0,357010 0,896477 0,896040 0,832607 0,810729 0,876400 0,843010 0,847276 0,590438 0,880938 0,741007 0,127903 0,016288 0,869017 0,456191 -0,162882 0,189593 0,372430

Conglomerado4 0,24503 -0,43355 -0,97645 -1,02293 -1,69476 -0,49302 -0,80462 -0,87453 -1,91042 -0,98334 -0,62226 -2,07613 1,30703 -0,81605 -1,20448 -1,50341 2,17351 2,10933 1,39381

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140    Ca Mg Na K Sr HCO3 Cl SO4 NO3 F CaCO3 B Si Deuterio Oxígeno

0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 -0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 -0,0000000 -0,0000000 0,0000000 0,0000000 -0,0000000 0,0000000

Las distancias entre los centroides de conglomerados

Conglomerado1 Conglomerado2 Conglomerado3 Conglomerado4

Conglomerado1 0,00000 4,03431 7,25858 5,83020

Conglomerado2 4,03431 0,00000 4,88090 5,96025

Conglomerado3 7,25858 4,88090 0,00000 7,89766

Conglomerado4 5,83020 5,96025 7,89766 0,00000

ANEXO E Output Análisis de Componentes Principales. Análisis de los valores y vectores propios de la matriz de correlación Valor propio Proporción Acumulada

9,8581 0,580 0,580

2,4084 0,142 0,722

1,8437 0,108 0,830

1,0224 0,060 0,890

0,5487 0,032 0,922

0,3830 0,023 0,945

0,3229 0,019 0,964

0,2007 0,012 0,976

Valor propio Proporción Acumulada

0,1439 0,008 0,984

0,0933 0,005 0,990

0,0740 0,004 0,994

0,0518 0,003 0,997

0,0283 0,002 0,999

0,0176 0,001 1,000

0,0028 0,000 1,000

0,0004 0,000 1,000

Valor propio Proporción Acumulada

0,0001 0,000 1,000

Variable DO pH CE TDS Ca Mg Na K Sr HCO3 Cl SO4 NO3

PC1 0,023 0,037 0,314 0,315 0,298 0,289 0,300 0,286 0,285 0,233 0,298 0,282 0,065

PC2 -0,243 -0,339 0,071 0,057 -0,116 0,158 0,102 -0,045 -0,122 0,192 0,131 -0,169 0,408

PC3 0,624 0,519 0,032 0,020 -0,156 0,082 0,140 0,115 -0,066 -0,220 0,132 -0,157 0,375

PC4 -0,068 0,296 0,027 0,004 0,025 -0,064 0,048 -0,093 0,282 0,134 0,068 -0,040 -0,228

PC5 0,136 -0,228 -0,037 -0,055 -0,017 -0,318 0,035 -0,118 0,177 -0,028 0,005 -0,014 0,431

PC6 0,319 -0,040 -0,051 -0,082 -0,138 -0,045 0,072 0,208 -0,201 0,611 0,072 -0,321 -0,431

PC7 0,326 -0,405 0,133 0,115 0,044 0,081 0,167 -0,243 -0,005 -0,534 0,227 -0,060 -0,453

PC8 -0,335 0,181 0,014 0,026 0,057 0,060 -0,221 0,603 -0,174 -0,402 -0,009 -0,245 -0,105

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141    F CaCO3 B Si

0,051 0,312 0,217 -0,030

-0,360 0,014 -0,218 0,570

-0,032 -0,061 -0,122 0,148

-0,750 -0,023 -0,299 -0,287

-0,307 -0,154 0,656 -0,204

-0,043 -0,105 0,276 0,145

-0,167 0,061 0,054 0,154

-0,248 0,058 0,310 0,105

Variable DO pH CE TDS Ca Mg Na K Sr HCO3 Cl SO4 NO3 F CaCO3 B Si

PC9 -0,333 0,453 0,081 0,061 0,154 -0,302 0,185 -0,428 0,106 -0,017 0,225 -0,217 -0,114 0,184 -0,060 0,230 0,359

PC10 -0,281 0,005 0,156 0,102 -0,511 0,168 0,264 -0,046 -0,313 -0,047 0,404 -0,040 0,022 0,092 -0,234 0,037 -0,442

PC11 0,057 0,218 0,064 0,114 -0,114 0,046 -0,307 -0,201 -0,408 0,070 0,016 0,672 -0,090 -0,235 -0,037 0,213 0,221

PC12 0,018 -0,129 0,162 0,167 0,002 -0,681 0,140 0,403 -0,004 -0,044 0,128 0,269 -0,042 0,047 -0,317 -0,275 0,116

PC13 -0,043 0,008 -0,070 -0,116 -0,512 0,193 -0,193 0,112 0,659 -0,049 0,089 0,164 -0,127 0,092 -0,238 0,086 0,266

PC14 -0,107 0,062 -0,421 -0,383 0,001 0,079 0,686 0,113 -0,075 -0,103 -0,177 0,302 -0,071 -0,091 0,003 0,075 0,116

PC15 0,021 -0,048 -0,328 -0,424 0,114 -0,138 -0,250 0,047 -0,038 0,013 0,716 0,078 0,059 0,029 0,284 -0,081 -0,042

PC16 0,009 -0,024 -0,181 0,029 0,514 0,342 -0,079 0,005 -0,017 0,012 0,174 0,008 0,024 0,005 -0,739 -0,022 -0,015

Variable DO pH CE TDS Ca Mg Na K Sr HCO3 Cl SO4 NO3 F CaCO3 B Si

PC17 0,001 -0,007 -0,700 0,691 -0,106 -0,057 0,002 -0,006 0,030 0,008 0,057 -0,038 -0,005 -0,000 0,111 0,001 -0,011

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142   

Gráfica de sedimentación de DO, ..., Si 10

Valor propio

8

6

4

2

0 2

4

6

8 10 12 Número de componente

14

16

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143   

ANEXO F Diagramas A modo complementario se realizaron diagramas de razones con respecto a cloruro siguiendo a Banks et al. (2009), en que relacionan la tasa entre la composición de iones mayores y cloruro tanto para aguas superficiales y subterráneas, versus la concentración de cloruro en mmol/L. a)

Razón Ca/Cl

En relación a la razón Ca/Cl, se observan dos agrupaciones. La primera agrupación formada por los puntos de muestreo ubicados aguas arriba de la confluencia del Río Limarí con el Estero El Ingenio, a excepción del punto P9 (Rinconada de Punitaqui). Acá, la razón Ca/Cl en este grupo es alta, ya que los contenidos de Ca son mayores que los de cloruro, y como fue lo mencionado en el diagrama de Piper, son aguas del tipo bicarbonatadas cálcicas. En la segunda agrupación, conformado por el resto de los puntos, su razón Ca/Cl es menor, puesto que las concentraciones de cloruro aumentan en dirección del flujo. 10,0

H1 H2

G2 G1 Ca/Cl

1

L3 1,0P9

G3 H3 L1 E3 L2 E1E2L4 P2 L6

P7

L5

E6

P3

P8 P1

2

P6

L7

L10 E5

P4

L9

P5

E4

L8

0,1 0

5

  Figura F1: Razón Ca/Cl.

10

15

20

25

Cl (mmol/L)

Aguas superficiales;

aguas subterráneas.

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144   

b)

Razón Mg/Cl

Al igual que en la razón Ca/Cl, se observan dos agrupaciones. El primer grupo, igualmente se conforma por los puntos muestreados aguas arriba de la confluencia del Río Limarí con el Estero El Ingenio, incluyendo además los puntos de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9). Prácticamente la composición entre magnesio y cloruro es muy similar. En la segunda agrupación, conformada por los puntos del Estero Punitaqui (P1 – P6), Río Limarí (L5 – L10) y Estero El Ingenio (E4 – E6), los contenidos de Mg son menores que los de Cl. Esto puede ser debido a su ubicación en el último segmento de la cuenca, cercano a la costa, y con un incremento en las concentraciones de sales.

Mg/Cl

10,0

H1 1  P9G2 G3 G1E3 L1 E1 1,0H2 P70,8 L2H3 L4 L3 P8 L5

2

P2

P1

P6 P3 E6 L6

P5

L10

E5 E4

P4 L7

L8

L9

0,1 0

5

  Figura F2: Razón Mg/Cl.

c)

10

15

20

25

Cl (mmol/L)

Aguas superficiales;

aguas subterráneas.

Razón K/Cl

Al igual que en la razón Mg/Cl, se observan dos agrupaciones. El primer grupo, igualmente se conforma por los puntos muestreados aguas arriba de la confluencia del Río Limarí con el Estero El Ingenio, incluyendo además los puntos de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9). Prácticamente la composición entre potasio y cloruro es muy similar. En la segunda agrupación, conformada por los

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145   

puntos del Estero Punitaqui (P1 – P6), Río Limarí (L6 – L10) y Estero El Ingenio (E4 – E6), los contenidos de K son menores que los de Cl.

K/Cl

1,0

1

H1 G1 G2 G3 0,1 P9 L1 E1 H3 H2 L2L4 L3 P7 P8

2

E3

L5 E2

L6

L7

L9 E4 P5 P1 P6 E6 E5 L10 P4 P2

P3

0,0 0

5

10

L8

15

20

25

Cl mmol/L

Figura F3: Razón K/Cl.

d)

Aguas superficiales;

aguas subterráneas.

Razón Na/Cl

En general, la razón Na/Cl es similar en todos los puntos de muestreo, con una razón cercana a la unidad, no siendo posible detectar agrupaciones claramente.

Na/Cl

10,0 L2 L3L4 G3 H1 G2 H3 E1 P4 P7 L6 L1 P6 L5 P3 P9 G1 E6 L7 1,0 H2 P1P2 P8 E2 E3

L10 E4 L9 E5

P5

L8

0,1 0

5

Figura F4: Razón Na/Cl.

10 15 Cl (mmol/L)

Aguas superficiales;

20

25

aguas subterráneas.

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146   

e)

Razón SO4/Cl

En la razón SO4/Cl, se observan tres agrupaciones. El primer grupo, al igual que en la razón K/Cl, se conforma por los puntos muestreados aguas arriba de la confluencia del Río Limarí con el Estero El Ingenio en que prácticamente la composición entre sulfato y cloruro es muy similar, e incluso sulfato llegando tener concentraciones mayores que las de cloruro. En la segunda agrupación, conformada por los puntos del Estero Punitaqui (P1 – P6), Río Limarí (L6 – L10) y Estero El Ingenio (E4 – E6), los contenidos de SO4 son menores que los de Cl. Esto puede ser debido a su ubicación en el último segmento de la cuenca, cercano a la costa, y con un incremento en las concentraciones de sales. Y finalmente, el tercer grupo, conformado por las aguas de Rinconada de Punitaqui (P7, P8 y P9), con una razón SO4/Cl menor a la unidad.

SO4/Cl

10,0 H1 G1 G2 H2 E3 G3 L2 H3 L3L4 1,0 L1 E1 E2

1

2 P4 P2 L6 P5 E6 P3

L5

P1 P9 P8 3 P7

0,1 0

5

P6

E4 L10

E5 L8

L7

L9

10

15

20

25

Cl (mmol/L)

Figura F5: Razón SO4/Cl.

f)

Aguas superficiales;

aguas subterráneas.

Razón HCO3/Cl

En la razón HCO3/Cl es posible observar la formación de dos grupos. El primer grupo, está conformado por las aguas del Río Limarí hasta antes del punto de

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147   

confluencia de éste con las aguas del Estero El Ingenio (L1 – L4), incluyendo las aguas pertenecientes a los Ríos Grande (G1 – G3) y Hurtado (H1 – H3), un punto del Estero El Ingenio (E1), y dos puntos pertenecientes a Rinconada de Punitaqui (P7 y P9). Estas, presentan valores de bicarbonato bastante elevados en comparación a los valores para cloruro. La segunda agrupación, que integra el resto de los puntos del Río Limarí (L5 – L10), Estero El Ingenio (E2 – E6), Estero Punitaqui (P1 – P6), y finalmente el punto P8 de Rinconada de Punitaqui, las cuales presentan valores para bicarbonato y cloruro muy similares.

100,0

HCO3/Cl

1  H1 10,0 G3 G2 E1 G1 L1 P9 L3L2 H3 L4H2 P7 P3 P6 L5 E2 P5 1,0 P8 E3 P1P2 L6 E6

2

L10 E5 E4

P4 L7

L9

0,1 0

5

L8

10

15

20

25

Cl (mmol/L)

Figura F6: Razón HCO3/Cl.

Aguas superficiales;

aguas subterráneas.

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148   

ANEXO G. Base de Datos Punto 

Sector 

Sector 

1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31 

Lagunillas  Cruce Talhuén  Río Limarí, La Chimba  Baden El Ingenio  Cruce El Trapiche, Ingenio  Cruce San Julián con El Trapiche  Río Limarí, Cruce Los Aromos  Barraza  Los Peñones, Río Limarí  Villaseca  Embalse Recoleta  APR Estación Recoleta  APR Villaseca  APR Limarí  APR El Guindo  Río Grande El Guindo  APR San Julián  APR El Trapiche  Río Grande (A.Ab. Embalse La Paloma)  APR Cerrillos Tamaya  Rinconada Punitaqui   Rinconada Punitaqui   Rinconada Punitaqui   Estero Punitaqui Camarico   Estero Punitaqui Chalinga   APR Barraza  APR Chalinga  APR Camarico Chico  APR Los Nogales  Aguas del Valle Ovalle  APR Graneros 

E2  E3  L3  E4  E5  L5  L7  L9  L1  H2  H1  E1  H3  L4  G3  G2  L6  E6  G1  L8  P7  P8  P9  P2  P5  L10  P6  P3  P4  L2  P1 

Coordenadas  Norte  Este  UTM  UTM  6619062  292034  6616189  289732  6609880  287018  6608944  281502  6608986  276838  6608648  276748  6609057  269788  6606140  262081  6613514  291866  6617065  293553  6624329  298974  6623568  293943  6617488  293741  6607688  280633  6607296  298327  6606953  298204  6608113  275647  6609064  276942  6602373  304892  6610044  268730  6581535  274819  6581707  273692  6583328  273116  6594347  273207  6595884  270212  6605799  261532  6595671  270083  6594114  272884  6597674  275064  6613456  291744  6593766  281261 

   Altura  msnm  272  244  185  161  121  115  87  37  207  255  376  301  288  155  280  270  128  118  317  83  446  570  521  128  108  46  120  108  234  219  187 

   Fecha 

   A.Superficial 

   A. Subterránea 

21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  21.04.10  05.05.10  05.05.10  05.05.10  05.05.10  05.05.10  05.05.10  05.05.10  05.05.10  12.05.10  12.05.10  12.05.10  12.05.10  12.05.10  12.05.10  19.05.10  19.05.10  19.05.10  19.05.10  02.06.10  02.06.10 

x  x  x  x  x  x  x  x  x  x  x 

                                 x  x  x  x     x  x     x  x  x  x        x  x  x  x  x  x 

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x 

x  x 

  

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

149   

DO  mg/L  5,6  5,2  11,8  6,4  11,3  12,8  12,5  13,3  9,0  7,2  4,8  6,0  2,1  5,6  2,3  8,5  6,7  5,2  9,5  4,4  7,4  8,1  6,5  11,0  8,2  5,3  3,8  3,2  6,9  4,1  7,7 

pH     7,6  7,8  7,9  7,8  7,9  8,9  8,3  7,8  8,1  7,6  7,7  7,1  6,9  7,2  7,1  8,1  7,5  7,1  7,9  7,2  7,4  7,5  7,6  8,1  8,1  8,0  7,7  7,8  7,8  7,3  7,6 

Temp.  ⁰C  10,1  10,7  14,4  11,8  15,6  18,1  18,1  17,7  14,3  16,1  16,3  18,0  16,3  15,9  16,9  15,2  15,3  16,2  15,8  16,3  14,2  13,6  12,3  12,8  12,3  17,6  15,4  17,0  17,6  13,8  16,7 

mmHg     738,9  740,7  746,1  749,0  752,1  752,2  755,0  756,6  742,3  738,9  727,2  737,1  741,0  750,7  739,4  739,5  752,2  751,6  735,0  752,2  719,3  709,7  713,0  746,5  748,1  757,6  751,3  749,8  741,1  745,8  747,6 

MΩ     0,0013  0,0005  0,018  0,0003  0,004  0,011  0,0005  0,0004  0,0021  0,0015  0,0024  0,0013  0,0016  0,0012  0,0019  0,0029  0,0007  0,00006  0,0033  0,0003  0,0022  0,0017  0,0021  0,0008  0,0005  0,0004  0,0006  0,0008  0,0005  0,0015  0,001 

Parámetros de Terreno  uS/cm  mS/cmA        872  0,635  2056  1506  591  0,485  3061  2462  2677  2,236  1036  0,908  2014  1833  2357  2145  512  0,394  750  0,629  462  0,394  856  0,732  708  0,584  941  0,773  582  0,494  386  0,317  1730  1,396  1768  1,476  336  0,278  3221  2,845  515  0,405  692  0,528  536  0,406  1482  1,15  2163  1,632  2502  2,316  1789  1,484  1345  1,16  2015  1,853  744  0,588  1113  0,937 

TDS  mg/L  488  1377  333  1799  1562  593  1142  1327  288  441  271  495  410  537  327  216  985  1019  187  1799  277  374  299  827  1201  1431  998  749  1160  416  614 

Salinidad     0,44  1,07  0,30  1,73  1,42  0,52  1,09  1,29  0,24  0,37  0,23  0,42  0,34  0,46  0,28  0,19  0,87  0,90  0,16  1,80  0,25  0,33  0,26  0,76  1,11  1,40  0,93  0,69  1,11  0,37  0,56 

ORP     ‐28,1  ‐26,2  ‐19,7  ‐50,0  ‐107,4  ‐75,9  ‐81,6  15,8  72,2  77,8  74,9  118,0  46,2  ‐19,4  26,6  ‐93,0  ‐13,2  ‐41,0  ‐79,2  ‐61,8  ‐70,0  ‐79,0  ‐147,6  ‐127,8  ‐155,1  ‐57,7  ‐102,9  ‐133,6  ‐109,1  11,4  25,5 

DO  %  48,2  46,7  119,1  58,9  139,5  143,3  154,8  171,5  108,2  85,6  52,2  68,3  20,7  51,4  37,7  76,0  58,7  48,2  93,4  39,7  66,2  65,2  57,0  100,0  80,0  55,1  36,0  30,1  72,6  39,5  − 

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

150    Calcio  mg/L  63,4  244  55,2  219  202  98,2  155  168  61  106  65,7  55,6  95,8  96  69,4  45  171,5  153  35,9  251  25,4  36,6  38,5  138  110  194  131  95,3  128  82,2  64,4 

Magnesio  mg/L  42,8  118,0  15,1  124,0  99,0  23,6  57,5  71,0  16,2  20,8  12,9  41,9  16,9  22,9  15,9  11,3  34,0  53,0  9,9  115,0  21,4  31,2  23,2  83,9  59,6  73,0  79,5  51,9  46,6  18,5  39,1 

Cationes  Sodio  Potasio  mg/L  mg/L  84,7  3,7  121,0  7,7  63,8  1,9  330,0  7,1  292,0  7,0  117,0  6,3  238,0  6,8  292,0  8,1  43,3  2,6  46,6  2,4  20,8  2,8  77,1  5,2  37,4  2,3  89,4  3,7  35,6  2,1  20,3  1,9  203,0  5,0  187,0  4,3  19,7  1,9  323,0  7,4  51,2  2,0  53,6  2,3  40,5  3,1  250,0  5,2  159,0  6,6  265,0  7,3  194,0  5,1  129,0  3,2  263,0  3,5  60,8  2,2  114,0  2,2 

Hierro  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  2,20  0,05  0,05  0,05  0,76  1,90  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,14  0,14  0,05  0,27  0,28  0,05  0,05  0,53 

Sr  mg/L  0,24  0,56  0,27  1,10  1,13  0,56  0,97  1,10  0,28  0,39  0,32  0,23  0,38  0,50  0,33  0,22  0,91  0,79  0,22  1,40  0,05  0,20  0,10  1,20  0,80  1,40  0,92  0,66  1,20  0,33  0,39 

Bicarbonato  mg/L  331  233  209  370  321  237  254  259  199  223  356  286  225  318  237  153  361  369  120  516  212  166  223  358  369  317  400  360  266  246  270 

Cloruros  mg/L  76,6  138  29,1  521  519  115  365  472  22,9  32,5  10,2  57,5  29,2  58,3  19,2  11,6  251  281  9,7  681  40,7  64,4  30,2  193  363  465  263  177  307  43,5  157 

Aniones  Sulfato  Fosfato  mg/L  mg/L  111  2,5  964  2,5  80,7  2,5  535  2,5  420  2,5  135  2,5  259  2,5  281  2,5  66,4  2,5  157  2,5  120  2,5  146  2,5  142  2,5  142  2,5  68  2,5  47,3  2,5  256  2,5  245  2,5  51,9  2,5  370  2,5  19  2,5  32,5  2,5  12,7  2,5  171  2,5  277  2,5  331  2,5  185  2,5  141  2,5  325  2,5  116  2,5  139  2,5 

Nitrato  mg/L  0,9  1,4  1,3  2,5  3,2  3,5  1,5  0,7  1,0  0,79  0,42  6,7  1,4  5,1  1,4  0,25  1,1  0,84  0,4  1,5  5,0  14,1  4,6  5,4  4,0  2,9  1,5  0,86  11,4  0,41  5,5 

Nitrito  mg/L  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0  1,0 

Flúor  mg/L  0,44  1,14  0,36  0,80  0,53  0,25  0,38  0,19  0,24  0,17  0,16  0,21  0,19  0,18  0,15  0,13  0,18  0,14  0,11  0,06  0,082  0,06  0,054  0,048  0,039  0,048  0,049  0,046  0,05  0,045  0,061 

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

   

151    Alcalinidad  mg/L  ND  ND  10,00  ND  9  39  25  6  7  ND  ND  ND  ND  ND  ND  8  ND  ND  3  ND  ND  ND  ND  6  5  ND  ND  ND  ND  ND  ND 

Dureza total 

CaCO3mg/L  329  1086  200  1057  912  336  624  712  211  350  217  311  309  332  238  159  567  599  130  1100  152  220  192  690  520  785  654  452  512  281  322 

Aluminio  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,11  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,10  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,13  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05 

Boro  mg/L  0,14  0,19  0,11  0,26  0,33  0,28  0,29  0,29  0,15  0,24  0,18  0,22  0,20  0,25  0,18  0,05  0,27  0,30  0,12  0,30  0,05  0,05  0,05  0,12  0,14  0,31  0,11  0,05  0,14  0,12  0,23 

Manganeso  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,31  0,88  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,22  0,05  0,05  0,05  0,05 

Metales  Plomo  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05 

As  mg/L  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01 

Cd  mg/L  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01 

Cu  mg/L  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,022  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,022  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01  0,01 

Zinc  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,27  0,05  0,11  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05 

“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea poco profunda en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí, a través del uso de Herramientas Hidroquímicas e Isotópicas” Elizabeth Andrea Jofré Sapiain/2011

 

152    P  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,20  0,30  0,69  0,17  0,05  0,05  0,05  0,05  0,1  0,1  0,1  0,1  0,1  0,1  0,1  0,1  0,05  0,21  0,15  0,20  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05 

Nutrientes  Li  mg/L  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05  0,05 

Si  mg/L  15,3  10,1  9,4  10,7  10,1  5  6,7  7,2  7,7  10,5  2,8  14,5  10,3  11,5  9,5  5,4  11,1  12,5  2,2  9,2  18,5  19,5  23,8  11,2  12,9  10,2  10,8  12,7  11  9,7  13,6 

Deuterio  δ2H ‰  ‐68,0  ‐63,9  ‐62,0  ‐59,8  ‐59,2  ‐60,5  ‐58,6  ‐55,1  ‐62,2  ‐73,9  ‐68,6  ‐57,3  ‐75,4  ‐62,9  ‐63,6  ‐61,5  ‐60,3  ‐59,7  ‐60,6  ‐55,2  ‐35,4  ‐35,9  ‐34,7  ‐47,6  ‐45,8  ‐55,3  ‐44,6  ‐45,6  ‐54,5  ‐66,3  ‐52,8 

Isótopos  Oxígeno  δ18O ‰  ‐8,62  ‐7,93  ‐7,72  ‐7,45  ‐7,39  ‐7,44  ‐7,06  ‐6,71  ‐7,69  ‐9,30  ‐8,09  ‐7,47  ‐9,50  ‐7,75  ‐8,04  ‐7,36  ‐7,65  ‐7,38  ‐7,17  ‐6,82  ‐5,90  ‐5,86  ‐5,89  ‐6,28  ‐5,86  ‐6,66  ‐5,64  ‐5,94  ‐7,05  ‐8,26  ‐6,84 

Radón  Bq/m3  6952  437  941  131  922  396  1941  1229  816  2242  123  24987  16760  19073  12405  627  2798  8028  373  5650  45055  88043  4458  1636  2342  7264  4373  4147  16559  984  8894 

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153   

ANEXO H Opciones seleccionables Software Minitab 16. a) Análisis de Cluster

Figura H1: Análisis de Cluster con Minitab.

b) Análisis de Componentes Principales

Figura H2: Análisis de Cluster con Minitab.

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154   

ANEXO I

Definición de Clases Figura 59.

Para la definición de los intervalos utilizados para la distribución espacial de las actividades de Radón 222 se consideró una escala logarítmica. A continuación, se presenta el cálculo de las clases paso a paso.

1º Se estableció el rango (mínimo y máximo) de las actividades, y se aplicó una transformación logarítmica, obteniendo la variación. De la diferencia de esta variación se obtuvo el rango. Mínimo: 123 Bq/m3

Log

Máximo: 88.000 Bq/m3

2,0 Log

3

5,0

Rango

2º Arbitrariamente se definieron 4 intervalos a obtener. Con la definición del número de intervalos, se calculó la razón entre éstos y el rango obtenido anteriormente. El valor de esta razón es el rango de cada intervalo expresado en logaritmo. Cálculo de razón= 3:4 = 0,75

3º De los intervalos obtenidos, expresados en logaritmo, se procedió a la transformación aplicando antilogaritmo, con el fin de obtener los valores reales finales de las clases. 2,0

antilog

100

2,75

antilog

560

3,5

antilog

3.160

4,25

antilog

17.800

5,0

antilog

100.000

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