Informe Avance 1 V1

COMPAÑÍA MINERA XTRATA LOMAS BAYAS

EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA DE RECARGA ARTIFICIAL EN LA SEGUNDA REGION INFORME DE AVANCE #1

Junio 2007

EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA DE RECARGA ARTIFICIAL EN LA SEGUNDA REGION INDICE

1.

INTRODUCCIÓN........................................................................................................................ 1 1.1 1.2 1.3

Aspectos Generales ............................................................................................................ 1 Objetivos ............................................................................................................................ 2 Metodología de Trabajo....................................................................................................... 2

1.4

Antecedentes Revisados ..................................................................................................... 3

2. EXPERIENCIA NACIONAL – INTERNACIONAL DE SISTEMAS DE RECARGA ARTIFICIAL DE ACUÍFEROS ...................................................................................................................................... 5 2.1 2.2 2.3 3.

Reseña Histórica ................................................................................................................ 5 Experiencia Internacional .................................................................................................... 5 Experiencia Nacional........................................................................................................... 6

ASPECTOS TÉCNICOS ............................................................................................................. 8 3.1 Objetivo y Principios Fundamentales .................................................................................... 8 3.2 Métodos Existentes ............................................................................................................. 9 3.2.1 Métodos de Recarga Superficial ...................................................................................... 9 3.2.2 Métodos de Recarga en Profundidad ............................................................................. 12 3.3 Beneficios y Problemas de la Recarga Artificial................................................................... 13 3.3.1 Beneficios .................................................................................................................... 13 3.3.2 Problemas .................................................................................................................... 13 3.4 Aspectos Técnicos para el Diseño de Sistemas de Recarga ................................................ 14 3.4.1 Factores que Limitan un Sistema de Infiltración .............................................................. 15 3.4.2 Formaciones Geológicas ............................................................................................... 15 3.4.3 Calidad del Agua de Recarga ........................................................................................ 15 3.4.4 Acuífero Receptor......................................................................................................... 18 3.5 Pretratamiento del Agua de Inyección y Caracterización...................................................... 18 3.5.1 Colmatación ................................................................................................................. 18 3.5.2 Colmatación Físico-Química.......................................................................................... 19 3.5.3 Colmatación Biológica................................................................................................... 19 3.6 Métodos y Equipos de Control y Seguimiento ..................................................................... 20

4.

CARACTERIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO................................................................................ 22 4.1 4.2 4.3

Ubicación ......................................................................................................................... 22 Permisos Ambientales ....................................................................................................... 22 Clima ............................................................................................................................... 23

4.4 Hidrología......................................................................................................................... 23 4.5 Marco Geológico............................................................................................................... 24 4.5.1 Aspectos Generales ...................................................................................................... 24 4.5.2 Formación Calama (Mcl) ............................................................................................... 24 4.5.3 Formación el Loa (MPlel)............................................................................................... 25 4.5.4 Formación Chiuchiu (PlQch).......................................................................................... 25 4.6

Historia Geológica............................................................................................................. 26

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4.7

Acuíferos Reconocidos...................................................................................................... 26

4.8 Inventario de Pozos .......................................................................................................... 27 4.9 Fuentes de Abastecimiento de Agua .................................................................................. 28 4.9.1 Generalidades .............................................................................................................. 28 4.9.2 Agua Superficial............................................................................................................ 28 4.9.3 Agua subterránea ......................................................................................................... 28 4.9.4 Disponibilidad de Agua .................................................................................................. 29 5.

INFORMACION ESPECIFICA ESTUDIO DE RECARGA............................................................ 30 5.1 Aspectos Generales .......................................................................................................... 30 5.2 Antecedentes Disponibles ................................................................................................. 30 5.2.1 Descripción de la naturaleza física y situación jurídica del agua a utilizar en la recarga artificial..................................................................................................................................... 31 5.2.2 Descripción del sitio de recarga. .................................................................................... 31 5.2.3 Características geológicas e hidrogeológicas del sector. ................................................. 31 5.2.4 Características de la zona no saturada. .......................................................................... 31 5.2.5 Características del acuífero. .......................................................................................... 32 5.2.6 Velocidad y dirección del flujo. ....................................................................................... 32 5.2.7 Comportamiento histórico de los niveles de agua en el sector. ......................................... 32 5.2.8 Calidad del agua. .......................................................................................................... 32

6.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................................... 33

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1. 1.1

INTRODUCCIÓN Aspectos Generales

Como resultado de una invitación a una licitación privada de la Compañía Minera Xstrata Lomas Bayas (CMXLB), el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile (DIC-UCHILE) presentó una propuesta asociada a la evaluación técnica económica de implementar un proyecto de recarga artificial en el acuífero de Calama, en la II región, la cual fue adjudicada y dio origen a la consultoría cuyos resultados preliminares se presentan en este Informe de Avance #1. La recarga artificial de acuíferos e s el conjunto de técnicas hidrogeológicas que tienen por finalidad la infiltración de aguas superficiales hacia un acuífero, interviniendo directa o indirectamente el ciclo hídrico natural. El objetivo principal de esta técnica es alcanzar una gestión más racional de la potencialidad hídrica de una cuenca, ya que nos permite: •

Restaurar acuíferos sobreexplotados, de modo de asegurar la sustentabilidad del recurso al mediano y largo plazo.

•

Conservar y/o eliminar aguas de escorrentías y de tormentas, ayudando al control de crecidas e inundaciones en zonas urbanas o rurales.

•

Mejorar la calidad del agua superficial, aprovechando la capacidad de la zona no saturada para remover contaminantes.

•

Crear barreras contra la intrusión marina, problema muy frecuente en acuíferos de zonas costeras.

•

Utilizar el acuífero como red de distribución y almacenamiento del agua (embalses subterráneos)

•

Mezclar aguas de distintas calidades, favoreciendo la dilución de contaminantes.

•

Tratar aguas residuales como un proceso de tratamiento terciario (S.A.T).

Los objetivos anteriores varían de lugar en lugar, debido a una diversidad de factores, tales como: clima, geomorfología, geología, disponibilidad de recursos hídricos y económicos, nivel de desarrollo del país y voluntad política. Por esta razón, existe una gran variedad de técnicas y metodologías desarrolladas para enfrentar el problema, entre las que podemos mencionar: los sistemas en superficie, en profundidad y mixtos. Las ventajas que presenta la recarga artificial son muchas, ya que nos permite almacenar grandes volúmenes de agua implementando obras que ocupan muy poco espacio, evita la evaporación y contaminación directa de las aguas embalsadas en el acuífero, purifica aguas de mediana a mala calidad utilizando las propiedades del suelo, permite grandes tiempos de permanencia en el suelo antes de ser ocupadas, no disminuye la capacidad de almacenamiento del acuífero (en comparación con un embalse superficial) debido a la sedimentación de material particulado, presenta una baja vulnerabilidad a la contaminación, entre otras. Entre las desventajas que se le imputan al método de recarga artificial tenemos: su alto costo, debido a las obras civiles y tratamientos que se le debe realizar al agua para poder ser inyectada, además de los problemas de colmatación de los sistemas de infiltración o inyección, que disminuyen la tasa de infiltración. También se asume como una desventaja el costo de explotación de las aguas recargadas.

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1.2

Objetivos

Los objetivos principales del estudio sobre recarga artificial del acuífero de Calama se indican a continuación: •

Revisión de informes existentes para determinar si se cuenta o es posible presentar antecedentes acorde a lo requerido en el Art. 34 de la Resolución 341 de la Dirección General de Aguas.

•

Determinar la factibilidad técnica, a partir de los antecedentes existentes, de llevar a cabo la recarga artificial en los sectores disponibles en el área del proyecto.

•

Presentar a lo menos dos alternativas, en forma completa y a nivel conceptual, desde el punto de vista de ingeniería, costos y plazos de ejecución.

•

Tramitar y presentar ante la DGA la alternativa que la empresa decida implementar.

La información necesaria para llevar a cabo este proyecto será recopilada desde fuentes públicas (Ministerio de Obras Públicas, CONAMA y Universidades, por ejemplo) y complementada con la información que posee CMXLB, la que será puesta a disposición de la Universidad de Chile. 1.3

Metodología de Trabajo

Como primera actividad en este estudio se llevó a cabo una reunión con personal de CMXLB, en la que se dio inicio formal a esta consultoría y se hizo entrega a la Universidad de Chile de todos los antecedentes necesarios para su desarrollo. Una segunda etapa de esta consultoría considera la revisión de todos los antecedentes técnicos disponibles en CMXLB y que se refieren al tema de la disponibilidad de recursos hídricos superficiales y subterráneos en la zona de estudio. Al momento de entregar este Informe de Avance #1 se han revisado de manera crítica dichos antecedentes, incluyendo resultados de pruebas de bombeo, monitoreos en pozos de producción y observación, informes técnicos relativos a la operación de los pozos, así como toda información relacionada con las captaciones superficiales y su funcionamiento. De manera complementaria se ha revisado la información disponible en estudios técnicos de la Dirección General de Aguas realizados para este sector y otras áreas cercanas (catastro Autorizado de Extracciones II Región, por ejemplo) así como informes desarrollados por SERNAGEOMIN sobre aspectos geológicos. Esta actividad se complementará con la recopilación de antecedentes adicionales disponibles en las bibliotecas de universidades nacionales e internacionales, así como en el Centro de Información de Recursos Hídricos de la DGA (CIRH). Como resultado de esta actividad se determinará la disponibilidad actual de agua para llevar a cabo el proyecto de recarga artificial (derechos permanentes sobre aguas superficiales del Río Loa) y las características técnicas del sistema de pozos disponibles en el área. Adicionalmente se analizará la disponibilidad de otros recursos que pudieran ser utilizados en este proyecto de recarga artificial. Otra actividad desarrollada en el período es una visita a terreno cuyo objetivo fue identificar los diversos puntos de captación de agua superficial y subterránea para el proyecto. Como parte de esta actividad se deseaba conocer su ubicación aproximada (mediante sistema de GPS) y verificar su estado actual. Un aspecto de importancia de esta visita es verificar la existencia de otros pozos en la zona de estudio, tanto aquellos que pertenezcan al catastro oficial de la Dirección General de Aguas como aquellos pozos no legales que puedan existir en las cercanías del proyecto.

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Adicionalmente se recorrió la zona para identificar otros sectores que presentaran características adecuadas para llevar a cabo las actividades de recarga artificial a través de lagunas de infiltración o recarga inducida, entre otras alternativas. Esta actividad permitió identificar sectores para l evar a cabo pruebas complementarias, necesarias para generar la información requerida para el diseño de un sistema de recarga artificial en la zona. 1.4

Antecedentes Revisados

Dentro de los antecedentes en revisión se encuentran los siguientes, los que fueron entregados a la Universidad de Chile por CMXLB: •

Pruebas de bombeo pozo CMG-1, Lomas Bayas

•

Pruebas de bombeo pozo CMG-2B, Lomas Bayas

•

Pruebas de bombeo pozo CLB-1, Lomas Bayas

•

Informe técnico “Evaluación de los recursos hídricos sectores Calama y Llalqui, cuenca del Río Loa, Dirección General de Aguas.

•

Resolución exenta Nº286/2006, sobre Declaración de Impacto Ambiental Proyecto Extensión Lomas Bayas.

•

Actualización delimitación de acuíferos que alimentan vegas y bofedales de la región de Antofagasta, DGA.

•

Informe de factibilidad hídrica del área de concesión de exploración de aguas subterráneas de minera Fobos, sector Calama, Segunda Región.

•

Perfilaje de pozo P-2, Geodatos.

•

Estudio Geofísico mediante TEM, proyecto CHIU-CHIU, TURI, SALAR DE RUDOLPH y CONCHI, Calama, Segunda Región, Geodatos.

•

Informe de pruebas de bombeo de pozos, Control Ingenieros.

•

Informe pruebas de bombeo pozos de monitoreo sector parcelas de Calama, Arcadis.

•

Extracto de EIA Mansa Mina de Codelco, Knight Piesold.

•

Evaluación Hidrogeológica CMFLB: Pozos de Parcelas de Calama, Mack Consultores.

•

Informe Hidrogeológico de Evaluación de Monitoreo de Aguas Subterráneas Sector Parcelas de Calama, Arcadis.

•

Evaluación de recursos hídricos superficiales en la cuenca del Río Loa, DGA.

•

Review of the Calama Area Aquifer Systems to Develop Water Rights Applications, Bruce Mack, Itasca S. A.

•

Estudio Geofísico Mediante TEM, sector Río Loa – Parcela 12, Calama, II Región, Geodatos. 1998.

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Adicionalmente se ha consultado otros antecedentes que fueron aportados por CMXLB, entre los cuales se puede identificar: •

Análisis de calidad de aguas de las diversas captaciones

•

Informes de monitoreos periódicos realizados a las distintas fuentes de abastecimiento.

•

Registros hidrológicos del Río Loa en los puntos de captación.

Adicionalmente se ha utilizado información de estudios de impactos ambiental de proyectos mineros en el área de interés. Una lista de los documentos seleccionados se presenta a continuación: •

DIA PROYECTO "EXPLORACION BÁSICA TOKI ESTE Y OTROS BLANCOS", Noviembre 2006.

•

EIA - Mansa Mina, Octubre 2005.

•

EIA – Proyecto GABY. Codelco. Enero 2003.

•

EIA - El Tesoro, Octubre 1997.

•

EIA - Proyecto Mina Radomiro Tomic, Enero 1996.

•

EIA - Mina El Abra, Febrero 1995.

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2.

2.1

EXPERIENCIA NACIONAL – INTERNACIONAL DE SISTEMAS DE RECARGA ARTIFICIAL DE ACUÍFEROS Reseña Histórica

La literatura cita ya a los romanos en el uso de técnicas de recarga de acuíferos, a través de obras como represamiento de ríos y aterrazamiento de aguas en las laderas de los cerros (Compte y Custodio, 1969). La historia más reciente indica que a fines del siglo XIX, en Goteburgo Suecia en 1897, se utilizaron balsas y zanjas para la recarga de acuíferos, extendiéndose luego al resto de Europa. En el año 1896 se tienen las primeras experiencias en Estados Unidos. En 1903 se empiezan las experimentaciones con pozos profundos. Los primeros trabajos a gran escala se realizan en Los Angeles con el sistema de Control de Inundaciones (Los Angeles Flood Control District). En la actualidad los países de mayor desarrollo en el mundo, en los sistemas de recarga artificial son: Alemania, Holanda, Suecia, Israel, Estados Unidos y España. En España en el valle del río Besós en las cercanías de Barcelona se recargan aguas previamente tratadas. Asimismo, en el valle del río Llobregat se recarga, a través de 12 pozos de inyección, agua de río potabilizada y también existe acondicionamiento del lecho del río de modo de alcanzar mayores tasas de infiltración, para así poder incrementar las reservas de aguas subterráneas. 2.2

Experiencia Internacional

La recarga artificial de acuíferos (MAR por sus iniciales en inglés: Manager Aquifer Recharge) ha constituido, por largo tiempo, un importante medio de preservación de los recursos hídricos subterráneos en diversas regiones geográficas. Al menos 26 países han implementado sistemas de MAR por medio de distintas técnicas; grupos nómades en Turkmenistán y comunidades tribales en India han usado acequias y pozos de infiltración para dirigir recarga a depósitos de arena poco profundos, desde donde el agua puede ser extraída mediante norias (Pyne, 1995). En los Estados Unidos, el U.S. Geological Survey ha impulsado proyectos de recarga de acuíferos por más de un siglo. Experiencias en recarga de acuíferos se encuentran preferentemente en zonas de clima árido, donde el principal objetivo es el almacenamiento de aguas superficiales en el embalse subterráneo. No obstante lo anterior también es posible encontrar aplicaciones en climas más húmedos, donde los objetivos tienen más que ver con preservar la calidad de las aguas subterráneas, por ejemplo, protegiéndolas de la intrusión salina. Entre las aplicaciones en regiones áridas y semi-áridas, Acreman (2000) reporta dos proyectos de MAR en Israel. Uno de ellos consiste en un embalse de retención que captura aguas de crecidas, las que son conducidas a estanques de infiltración en la zona costera. Según Acreman (2000) este primer sistema presenta problemas de colmatación y altos costos de bombeo. El segundo sistema es similar al primero, pero se agrega un embalse intermedio de decantación para mitigar el problema de colmatación. Este segundo sistema también reduce los costos totales por medio de conducir las aguas en forma gravitacional. Abu-Taleb (2003) presenta la aplicación de tranques o piscinas superficiales de infiltración 2 en Jordania para captar las aguas provenientes de crecidas naturales en una cuenca de 57 km . Las opciones ilustradas incluyen diques (2.5 m) y presas pequeñas (5 m) construidos en series a lo largo de cauces superficiales, así como también bermas (0.75 m) construidas en laderas de cerros que captan flujo superficial. Los diques y presas se conectan mediante tuberías que pasan bajo el muro, de manera que el volumen de agua de la crecida de diseño se alcance a infiltrar completamente en el tramo comprendido entre el primer y último dique. La publicación de Abu-Taleb (2003) no entrega datos sobre tasas de evaporación desde los pequeños embalses que resultan de estas presas y diques. Sin embargo, dada la ubicación de los proyectos en una zona desértica, se puede suponer que ésta es alta.

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Ghayoumian y coautores (2004) presentan, para las zonas semi- y áridas de Irán, un sistema de soporte de decisiones (DSS) para ayudar en la identificación de zonas favorables para MAR por la vía de superponer atributos conducentes a mejor tasa de recarga en un Sistema de Información Geográfico (SIG). Los atributos que los autores identifican como claves para el éxito de un sistema son: a) pendiente del terreno, b) tasa potencial de infiltración, c) transmisividad, y d) calidad del agua (salinidad). Coberturas espaciales de estos atributos se superponen y combinan para obtener un índice de factibilidad de recarga. El nivel de factibilidad asociado a cada atributo se clasifica en rangos de acuerdo a la experiencia observada en 36 estaciones de infiltración de crecidas en Irán. Esta aplicación, al igual que la anterior, consulta el uso de lagunas de infiltración para introducir las aguas provenientes de crecidas naturales al subsuelo. Dillon (2005) presenta numerosos ejemplos de MAR de acuíferos en zonas semi-áridas, correspondientes a Australia, Baluchistan, India, Sudáfrica, México y otros. De entre las aplicaciones de inyección mecánica a través de pozos, se puede mencionar entre otros el ejemplo de la Comarca Lagunera en el Norte de México. En dicha zona se estima que las abstracciones son tres veces mayores que la recarga natural al acuífero. Además de la disminución de los niveles freáticos, preocupa la alta concentración de Arsénico en el agua subterránea. El plan piloto adoptado en dicha región incluyó una laguna de recarga 3 superficial de 13 hectáreas de superficie y 197,000 m de capacidad. El agua a infiltrar provendría de un embalse superficial. Dos nuevos pozos y 12 pozos preexistentes se acondicionaron para monitoreo del 3 3 nivel freático. Entre Mayo y Agosto de 2000, se vaciaron en la laguna 5.2 Mm de los cuales 0.2 Mm se 3 evaporaron y 5.0 Mm se infiltraron al subsuelo. Sin embargo, la tasa de infiltración se vio reducida de 2.4 m/d a 0.116 m/d debido a la colmatación de los estratos. Parte de las recomendaciones de esta experiencia incluyeron la construcción de pozos de 20 m de profundidad con el fin de evitar estratos menos permeables, así como la disposición de lagunas e paralelo para reducir el efecto de la colmatación. Una segunda experiencia, significativamente más exitosa, se presenta en la ciudad de Adelaida, Australia. El agua a infiltrar en este caso proviene de escorrentía de aguas lluvias de una cuenca de 55 2 km . Se contempló la inyección de agua en los 19 metros superiores de un acuífero confinado Terciario, y tres pozos de observación se construyeron 25, 65 y 325 m gradiente abajo del pozo de inyección. El acuífero consiste de arenas y carbonatos medianamente cementados con transmisividades del orden de 2 -4 180 m /d y coeficiente de almacenamiento en torno a 5X10 . Entre Agosto de 1993 y Marzo de 1997 3 ocurrieron cinco temporadas de recarga, en las cuales se inyectó aproximadamente 240000 m , a una tasa que varió entre 15 y 20 L/s. En Australia se han observado varias formas de colmatación a partir de esta experiencia, las que incluyen una formación inicial de zooplancton y la acumulación de sólidos suspendidos en la superficie de contacto entre el pozo y acuífero. La diferencia de diámetros entre dichos sólidos y el material que conforma el acuífero determina que éstos penetren cierta distancia en forma radial, alejándose del pozo y, aparentemente, no afectando de mayor manera la operación del mismo. Operaciones de retrolavado del pozo mostraron que menos del 1% del sedimento obtenido derivaba del agua inyectada. La mayor parte de los sedimentos extraídos se pudieron asociar con arenas de la matriz del suelo, las que se movilizan a medida que la calcita se disuelve. 2.3

Experiencia Nacional

En el ámbito nacional, las aplicaciones de MAR son más limitadas en cantidad. A mediados de la década de 1990, la Universidad de Chile desarrolló el proyecto Fondef “Recuperación de Aguas Servidas Mediante el Sistema de Tratamiento Suelo-Acuífero”, en que se evaluó la factibilidad de infiltrar aguas servidas tratadas al suelo con el fin de recargar el acuífero y/o reutilizar el agua para otros fines mediante el uso de pozos de recuperación. El proyecto desarrolló actividades similares para Copiapó y Arica.

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Luego de pruebas de laboratorio en que se evaluó el potencial de remoción en el suelo de carga orgánica, patógenos y otros compuestos propios de las aguas servidas, se diseñó una planta piloto en la zona de Copiapó. La planta piloto consiste de dos lagunas de infiltración alimentadas desde una laguna de decantación donde se eliminan la mayor parte de los sólidos suspendidos. Las tasas de recarga utilizadas en el diseño fueron de 350 cm/día, o bien 25 l/s continuos. En el caso de Arica la existencia de un estrato superficial impermeable motivó que el diseño de la planta piloto contemplara la infiltración de las aguas mediante pozos de inyección. En función de los objetivos del proyecto Fondef, el grueso de los análisis se concentró en la evaluación del potencial de tratamiento ofrecido por el suelo. Se observó que típicamente se observan buenas eficiencias de remoción de carga orgánica total y microorganismos patógenos. Resultados menos promisorios se obtuvieron para virus y nitratos, por lo que todos los sistemas piloto se diseñaron con la condición que el total de las aguas infiltradas pudiese ser recuperado antes de mezclarse con el acuífero natural (Dibarrart, 1999; Honeyman, 1999). En la zona central de Chile la experiencia en MAR se concentra en actividades de infiltración llevadas a cabo por la empresa sanitaria Aguas Cordillera S.A., la que recarga aguas del río Mapocho al acuífero mediante una balsa y un pozo de inyección en las cercanías de la planta de tratamiento Lo Gallo. En su proyecto de memoria de título, Wilmans (2001) analiza escenarios de recarga del acuífero de Santiago y concluye que implementando un plan agresivo de recarga el número de pozos estables aumenta en un 4.5% y que es posible aumentar el caudal promedio extraído en un 10.9%. El caudal recuperado promedio es al menos 100 l/s y los niveles dinámicos se ven aumentados en 17 m, en promedio. El autor, no obstante, identifica como debilidades de la solución de recarga 1) que los caudales de inyección no son constantes, y 2) el riesgo de contaminación del acuífero. Con respecto a la primera debilidad, la intermitencia de los caudales a inyectar es una condición casi inherente a la mayoría de los proyectos de MAR. Justamente es dicha intermitencia la que hace necesario contar con un medio de regulación eficiente como puede ser el embalse subterráneo. El segundo riesgo es real, y se debe tomar las medidas necesarias para evitarlo. Finalmente, Schuster y Sepúlveda (1999) presentan un completo análisis de la factibilidad de MAR en los valles de La Ligua y Petorca (V Región). Los resultados de las simulaciones presentadas indican que, con un caudal de inyección de 100 l/s, se logran eficiencias de recarga de aproximadamente un 40% e incrementos en la capacidad de explotación actual de un 50%.

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3. 3.1

ASPECTOS TÉCNICOS Objetivo y Principios Fundamentales

La Recarga Artificial de Acuíferos puede definirse como una reposición de los depósitos de aguas subterráneas realizada como resultado de la actividad del hombre. Puede ser planeada o deliberada, como en el caso de un pozo con el fin de introducir agua en el acuífero; o puede ser no planeada, o incidental respecto de las actividades humanas, como en el caso de una tubería enterrada que pierde líquido en el suelo que la rodea. Cualquier proyecto u obra realizada por el hombre, que añada agua a un acuífero, puede ser considerado como sistema de recarga artificial. Tales obras comprenden terrenos de inundación, estanques y hoyas, zanjas y fosos, lechos excavados de corrientes de agua y pozos de inyección especiales. Hay muchas razones por la cual se pone agua deliberadamente en almacenamiento en depósitos de aguas subterráneas. Una gran proporción de los proyectos de recarga artificial se han ideado con el fin de conservar agua para su uso posterior. Otros proyectos tienen por objeto recargar agua para fines tales como control de la intrusión de agua salada proveniente del mar, filtración de agua, control de subsidencias, eliminación de desechos y para ayudar a recuperar petróleo en campos petrolíferos parcialmente agotados. Desde el punto de vista de la conservación artificial de agua para su uso futuro, el requisito básico es poder obtener agua en cantidades suficientes y en los momentos adecuados para cumplir este objetivo. Algunos proyectos implican el embalse de la escorrentía de lluvias locales que se recoge en zanjas, hoyos o por medio de presas, después de lo cual se introduce en el subsuelo. Un segundo procedimiento consiste en llevar el agua a una región mediante tuberías o acueductos; en éste caso, el agua es un producto importado representando una adición a los recursos hidráulicos naturales de la región. Un tercer y último procedimiento es el tratamiento y regeneramiento de aguas servidas que se descargan de sistemas de alcantarillado o establecimientos industriales. La recarga artificial produce dos efectos como resultado de la presión que se aplica en el área de recarga y la masa de agua que se introduce en el acuífero a través de la zona de recarga, los cuales son, el efecto piezométrico y el efecto volumétrico. El efecto piezométrico tiene como resultado una elevación de la superficie piezométrica en los acuíferos libres y una elevación de la presión artesiana en los acuíferos confinados. El efecto piezométrico está relacionado con tres factores principales. En primer lugar, existen factores que crean una reacción amortiguadora que se puede expresar mediante una función matemática. Este efecto amortiguador se relaciona con la forma de la superficie piezométrica, con los contornos geológicos e hidráulicos del acuífero y con el tipo y situación del dispositivo de recarga. El segundo, es el cuociente T/C, donde T es el coeficiente de transmisibilidad y C es el coeficiente de reposición (equivalente del coeficiente de almacenamiento). El tercero es el rendimiento de la recarga artificial y de la duración de la operación. Otros factores como las fuerzas capilares, la altura del agua y la presencia de burbujas de aire en el acuífero, también tienen influencia sobre el efecto piezométrico. El efecto volumétrico se encuentra relacionado con el rendimiento específico, el coeficiente de recuperación, el coeficiente de transmisibilidad y el contorno geométrico del acuífero. Estudios con modelos, que se han comprobado mediante experimentos en terreno, han demostrado que la masa principal del agua de recarga se mueve según dos sistemas de flujo. Uno tiene como resultado un efecto de dispersión, cuya velocidad está relacionada con el caudal de la recarga; el otro produce un efecto de escurrimiento (advectivo), cuya velocidad está relacionada con el flujo de las aguas subterráneas.

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Los acuíferos más adecuados para la recarga artificial son los que tienen un valor pequeño del coeficiente T/C; éstos son los acuíferos que absorben grandes cantidades de agua y no la liberan rápidamente. Teóricamente significa que la conductividad hidráulica vertical es grande mientras que la horizontal es moderada. Estas dos condiciones no se encuentran frecuentemente en la naturaleza: Entre las estructuras hidrogeológicas que se utilizan frecuentemente para los proyectos de recarga artificial, merecen mención especial las cadenas montañosas y mesetas kársticas carbonatadas, las que pueden absorber grandes cantidades de agua, pero que la liberan rápidamente poco después de su infiltración. Sin embargo, la mayoría de la áreas de recarga existentes están situadas en llanuras aluviales, ya que éstas estructuras son favorables para el almacenamiento de aguas subterráneas, tanto desde el punto de vista de la disponibilidad de aguas de infiltración, como desde la transmisibilidad del acuífero. No obstante, frecuentemente en estas mismas estructuras, existen condiciones desfavorables, como son capacidad de almacenamiento limitada y pequeña amplitud en las fluctuaciones de los niveles estáticos. De hecho, en muchos valles aluviales un descenso de la napa freática por medio de bombeos de gran rendimiento, es frecuentemente un requisito previo para la operación de la recarga artificial. En climas templados – húmedos, las zonas aluviales que mejor se prestan a los planes de recarga artificial son los terrenos aluviales antiguos, los lechos de ríos fósiles enterrados y los abanicos aluviales entrelazados de valles principales y sus afluentes. En zonas áridas, los rellenos aluviales - fluviales recientes pueden, a veces, ser más favorables que en las zonas húmedas, ya que la napa freática está sometida a fluctuaciones naturales acentuadas. Los médanos costeros y las áreas deltaicas son, a menudo, muy favorables para los planes de recarga. 3.2

Métodos Existentes

El movimiento descendente del agua está regido por una gran variedad de factores: la permeabilidad vertical del suelo; la presencia de gases en la zona no saturada; la presencia o ausencia de capas limitadoras en profundidad, es decir de capas de poca permeabilidad vertical; y los cambios que afectan a la estructura del suelo durante la infiltración, cambios originados por influencias físicas, químicas y bacteriológicas. En el momento en que se ponen en explotación nuevos terrenos de inundación, el ritmo de infiltración disminuye al principio y después aumenta durante las primeras horas o los primeros días de operación. Existen diversos métodos que se utilizan para la infiltración de aguas a los acuíferos, los que se pueden englobar en métodos superficiales y en profundidad. En el Cuadro 3.1 se describen de manera resumida algunas técnicas para recarga superficial y en profundidad, mientras que en el Cuadro 3.2 se presentan las ventajas y desventajas de cada uno de los métodos anteriores. 3.2.1

Métodos de Recarga Superficial

Este método se basa en cubrir con agua una superficie importante del suelo permeable, logrando de esta forma una gran superficie de infiltración. Este método se divide según la técnica que se ocupa para lograr su objetivo. Algunas de estas técnicas son las que se indica a continuación: 3.2.1.1

Lagunas de Infiltración de pequeña profundidad

Consiste en diseñar una serie de pequeños muros de contención o diques los cuales forman un conjunto de lagunas contiguas. Estas lagunas se forman una a continuación de la otra, de manera que el exceso de agua de una pase a la siguiente por encima de muro, o a través de compuertas o vertederos. Además, los primeros diques actúan como estanques decantadores, permitiendo contar con un agua más pura en la infiltración siguiente. Este método es el más adecuado para el caso en que el agua disponible no cuenta con un régimen permanente, y que más bien proviene de las crecidas.

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EN CAUCES SUPERFICIALES

Cuadro 3.1 Métodos y Dispositivos de Recarga Artificial Se fundamenta en aumentar el tiempo y la superficie de SERPENTEOS Y contacto entre el agua y el terreno, mediante la REPRESAS construcción de diques o bien de muros de tierra en forma de L. Consiste en escarificar el lecho del río eliminando finos y ESCARIFICACION mejorando la infiltración. VASOS PERMEABLES

EN PROFUNDIDAD

FUERA DE CAUCES

BALSAS

FOSAS

CANALES CAMPOS DE EXTENSION POZOS DE INYECCIÓN

Son embalses de superficie cuyo cierre no es totalmente impermeable. Son dispositivos alargados, poco profundos, y de gran superficie. La infiltración se produce predominantemente por el fondo. Son semejantes a las balsas, pero la superficie lateral es importante. Domina la infiltración lateral. Son dispositivos poco profundos, que siguen la topografía del terreno. La infiltración se produce tanto por el fondo corno por los flancos. Se basan en extender agua por la superficie del terreno, normalmente mediante riego con grandes tasas. Mediante la construcción de sondajes profundos se inyecta el agua en el acuífero.

Consiste en aprovechar las simas y colinas de los SIMAS Y COLINAS terrenos calcáreos para introducir agua en el acuífero. DRENES Y GALERIAS ZANJAS Y SONDEOS

Consiste en realizar drenes y galerías en el fondo de un pozo, por el que se introduce agua. Este dispositivo consiste en una gran zanja de infiltración, de escasa profundidad, rellena de grava calibrada, dentro de la cual se ubican sondajes de recarga. .

Fuente: Los terrenos para las lagunas de inundación deben seleccionarse o prepararse con el objetivo de tener un fondo lo más plano posible, el cual debe cubrirse por igual con pequeñas cantidades de agua. Si el terreno elegido para las operaciones de inundación está demasiado inclinado, la magnitud del movimiento de tierras necesaria para la preparación de los estanques es, en la mayor parte de los casos, el principal factor limitante desde un punto de vista puramente económico. Las profundidades del agua en los estanques son corrientemente de 0.25 a 2.50 m. por encima de la superficie del terreno, y sólo en casos excepcionales, en los que se utiliza el propio almacenamiento en estanques, estas profundidades de agua son mayores. Los estanques han de operarse de manera intermitente, con el objetivo de dejar que, por medio del secado, se recupere la capacidad de infiltración del suelo.

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Cuadro 3.2 Ventajas y Desventajas de los Distintos Sistemas de Recarga Artificial MÉTODOS FACTOR SUPERFICIALES EN PROFUNDIDAD Puede ser muy difícil o imposible establecerlos en una zona poblada o Requiere poco espacio y el costo Precio y disponibilidad muy cultivada por no disponer de depende de cuan profundo sea el de terreno espacio o terrenos muy caros. pozo de infiltración. Se requieren grandes extensiones y de bajo valor. Pueden presentar problemas de Factores estéticos y Escasos proliferación de insectos y roedores. ambientales Requieren sistemas de cierre y vallas. Variable. Se emplean en una forma generalizada en terrenos Media a grande. Permeabilidades bajas formados por alternancia de Permeabilidad del exigen grandes extensiones de terreno distintas permeabilidades o acuífero para poder recargar un volumen cuando existen niveles poco apreciable. permeables entre la superficie del suelo y el acuífero explotable. Pueden requerir acondicionamientos previos del terreno para nivelarlo y retiro En general no presentan grandes Construcción de complicaciones, excepto los de coberturas poco permeables, Instalaciones vegetación, construcción de ciertas sistemas de seguridad. estructuras y sistemas de seguridad. Notablemente inferior, si se Caudal recargable Puede llegar a ser muy grande compara con los sistemas superficiales. En determinados casos pueden ser Perdidas por importantes, lo cual depende de las Nulas evaporación instalaciones, y del lugar geográfico. Grandes, ya que el agua se No tan especiales, ya que se puede introduce directamente en el Requisitos de Calidad aprovechar de autodepuración de la acuífero lo que eventualmente del agua zona implica un costo adicional en no saturada pretratamiento. Los problemas asociados a la colmatación pueden ser importantes. El Presenta una gran susceptibilidad Colmatación agua introducida debe presentar un bajo a la colmatación. contenido de sólidos en suspensión. Grande, ya que el paso del agua por el Grado de depuración medio saturado es decisivo para del Pequeño o nulo conseguir una buena eliminación de agua en el terreno contaminantes. 3.2.1.2

Canales o Zanjas Laterales

Este método consiste en hacer circular el agua por canaletas contiguas de poca profundidad, de modo que la infiltración proveniente de ellas abarque toda la superficie a través de la cual se han construido estos canales. Para éste método existen dos formas de disposición de los canales, primero mediante un sistema perpendicular, el cual dispone los canales en forma perpendicular al cauce de alimentación. En este caso las zanjas son corrientemente de 1.20 a 3.60 m de ancho y sólo de la profundidad necesaria para llevar los caudales de recarga. Es así que el gasto que se hace escurrir por el canal, debe ser tal INFORME DE AVANCE #1 EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA DE RECARGA ARTIFICIAL EN LA SEGUNDA REGION

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que al final del recorrido se logre una infiltración considerable. También existe el sistema longitudinal, donde el cauce de alimentación se divi de en dos, los cuales a su vez se van subdividiendo, al final se dispone de un colector perpendicular al conjunto de ramificaciones. El sistema es muy usado en lechos de ríos en los que por el régimen de éstos resulta imposible hacer obras estables. Además, resulta una mejor solución para aguas con mucho contenido de sólidos en suspensión. La principal ventaja de este método es que requiere de una menor preparación del suelo con respecto al método de los estanques de inundación. La reposición por zanjas es también menos sensible a la sedimentación debida a los limos, ya que parte de la materia en suspensión puede eliminarse del sistema junto con parte del agua residual en los colectores que se ubican a aguas abajo del sistema, los cuales evacuan al afluente principal (río). La utilización del cauce para recargas artificiales, consiste principalmente en ocupar la capacidad de infiltración del cauce mismo del río, gracias a la existencia de un acuífero freático en contacto directo con este. A continuación se describen dos metodologías usadas, utilizando estas propiedades. •

Aumento de Longitud del Recorrido de un Cauce: En valles o zonas relativamente planos, es posible encauzar el agua siguiendo prácticamente las curvas de nivel del terreno. Este método también es denominado método del Meandro, debido a que muchas veces el ancho de los canales es tal que se cubre prácticamente todo el valle con una delgada cortina de agua. Este método de infiltración que aprovecha el lecho fluvial, tiene como único objetivo el de aumentar la infiltración desde los lechos fluviales durante las épocas de déficit. Si el curso del agua esta conectado lateralmente con un acuífero, la dirección del flujo se puede invertir realmente, en el sentido de que el agua fluye desde el cauce hacia el acuífero, desde el cual se puede aprovechar, en vez de que sea al contrario. El objetivo de ésta metodología es precisamente la reducción de la velocidad del flujo y dispersar el agua en la mayor anchura posible por el lecho del curso actual del río. Adicionalmente, el método es conveniente en zonas donde no existen espacios suficientes para utilizar zonas de inundación, o donde el suelo es muy caro, ya que su principal uso es la agricultura, lo que provoca que las zonas útiles para efectos de recarga sean solamente las que rodean al cauce o en el cauce mismo.

•

Embalses Sucesivos: Esta metodología contempla la ubicación de pequeños embalses en el lecho mismo del cauce, dispuestos en forma sucesiva o escalonada desde aguas arriba hacia aguas abajo del río. Naturalmente, el uso del cauce para establecer un sistema de pequeños embalses sucesivos, presenta una mayor tasa de infiltración que si se hiciese solamente a los costados.

3.2.2

Métodos de Recarga en Profundidad

Es un método menos común que los anteriores y solamente se usa cuando los otros métodos resultan imposibles de ser empleados. La metodología indirecta se refiere precisamente a fosos y pozos de inyección y el fundamento de la recarga a través de esto es algo diferente. En muchos pozos, la mayor parte de la infiltración se produce lateralmente por las paredes de la excavación; porque en la mayoría de los materiales estratificados, sedimentarios o aluviales, la permeabilidad hidráulica horizontal es considerablemente mayor que la vertical. Por lo tanto, donde escasea el terreno o donde se encuentra un recubrimiento impermeable somero, es ventajoso realizar recargas mediante este método. Los pozos de inyección son por definición estructuras que se perforan o excavan intencionalmente por debajo del nivel de la capa freática. Éstos también pueden alcanzar el nivel de la capa freática o esta

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última puede ascender por encima del fondo del foso durante un funcionamiento prolongado, pero entonces la aparición de aguas subterráneas tiende a limitar la eficacia del pozo. Los pozos de inyección, son el método adecuado de recarga artificial en lugares donde existe una capa impermeable gruesa entre la superficie del suelo y el acuífero que se ha de reponer. Ésta metodología puede ser también ventajosa donde escasea el terreno, como en las zonas urbanas. Por otro lado, el agua que se inyecta a los pozos tiene que cumplir normas de calidad muy restrictivas, parecidas a las del agua potable, pues el pozo es extremadamente sensible a diversas partículas y microorganismos, los cuales son capaces de tapar el pozo dejándolo totalmente inutilizable. Incluso cuando se cumplen dichas normas, no se puede garantizar el aprovechamiento sin problemas durante largos períodos de tiempo. 3.3

Beneficios y Problemas de la Recarga Artificial

3.3.1

Beneficios

En general existen diversos beneficios intangibles asociados a la recarga artificial y al empleo del almacenamiento en depósitos de aguas subterráneas, tales como: •

En casi todas las zonas, los depósitos de aguas subterráneas proporcionan mayor capacidad de almacenamiento y a menor costo de lo que sería necesario para el almacenamiento superficial.

•

Los depósitos eliminan también las perdidas por evaporación, lo cual quizás no sea un beneficio intangible, ya que es medible con aproximación si es necesario.

•

El crecimiento de algas y de plantas nocivas análogas en los depósitos de aguas superficiales, pueden dar un sabor indeseable a un suministro de agua. El agua almacenada en depósitos subterráneos, naturalmente no está afectada por el crecimiento de plantas y en general, mantiene su buena calidad durante su almacenamiento. Los problemas de contaminación se reducen al mínimo en los almacenamientos subterráneos y presenta menos cuidado frente a efectos contaminantes, en comparación con los depósitos superficiales.

•

Raramente un sistema hidráulico superficial está exento de fugas, las que normalmente van a dar a los acuíferos cercanos. El aprovechamiento del agua subterránea proporciona un medio para recuperar una parte de éstas perdidas por fugas.

•

La recarga artificial proporciona un tratamiento que generalmente mejora la calidad del agua recargada de éste modo, al atravesar las formaciones rocosas.

3.3.2

Problemas

Los problemas que surgen como resultado de los proyectos, están relacionados principalmente con la calidad de las aguas crudas de que se dispone para la recarga. Además, están relacionados con los cambios de la estructura del suelo y los fenómenos biológicos que se producen cuando empieza la infiltración, con los cambios producidos en las condiciones ambientales y los aspectos legales y de propiedad del terreno. Un requisito importante en el caso de las aguas que han de usarse en proyectos de recarga, es que su nivel particulado de limos sea el mínimo posible. Se puede definir al limo como el contenido de materia sólida sin disolver, medido corrientemente en mg/l, que se deposita en aguas estancadas con velocidades que no sobrepasan de 0,1 m/hr. Esta definición comprende una gran variedad de materiales, como partículas de arcilla, materia orgánica y partículas finas de calcita. El contenido de limos de un río depende del tipo de suelos de la zona de escorrentía, la cubierta vegetal de esta zona, sus pendientes

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topográficas y las características meteorológicas predominantes en su área de alimentación y en especial la intensidad de las lluvias. La materia en suspensión puede obturar el suelo de dos modos: en primer lugar, cerca de la superficie, se pueden llenar los intersticios del suelo y depositarse una capa de lodo sobre la superficie; por otro lado partículas en suspensión pueden penetrar más profundamente en el suelo y depositarse en él. Se forma sobre la superficie una capa de lodo por las partículas cuya velocidad de sedimentación es mayor que la velocidad de infiltración. Las partículas suspendidas más pequeñas se eliminan por filtración en la capa superior del suelo. El proceso de filtración esta regido no tan sólo por procesos mecánicos, sino que al parecer, está muy influenciado por fuerzas superficiales electroquímicas. Las partículas aún más finas, en especial los granos muy finos de arcilla montmorillonita, son arrastrados más profundamente en el suelo. Los métodos para remediar o reducir al mínimo el efecto de obturación por materias en suspensión se puede clasificar en los siguientes grandes grupos: •

Remoción periódica de la torta de lodo y rascado de la capa superficial.

•

Instalación, en la superficie, de un filtro cuya permeabilidad es menor que la de los estratos naturales (renovando periódicamente el filtro).

•

Adición de materia orgánica o productos químicos a la capa superior.

•

Cultivo de ciertas cubiertas vegetales, en particular ciertas clases de hierba.

El rascado de la capa superficial es eficaz sólo en terrenos de inundación de grano más bien grueso. En suelos formados principalmente por arenas, la compactación reiterada mediante maquinaria pesada puede anular fácilmente cualquier beneficio obtenido por el rascado. Por otro lado, se sabe que el agua estancada sirve de terreno de proliferación de mosquitos, moscas y una gran variedad de incomodidades biológicas. Para esto el mejor remedio es operar con partes de los terrenos de inundación en secuencia, de modo que el agua permanece en cada parte, durante un período más corto que la etapa de larva del ciclo vital del insecto. Este problema no ocurre en los métodos de Meandros, ya que la circulación del agua es más regular que en las zonas de inundación por ejemplo. Es importante además tener en cuenta el área donde se emplazarán las obras de recarga, ya que al no estar lo suficientemente señaladas, pueden ofrecer riesgo de accidentes, ya que como cualquier masa de agua al descubierto puede ser objeto de uso recreacional e incluso para acciones dañinas al área de recarga, ya sea por contaminación de fuentes humanas o en forma indirecta. Es por esto que existe la necesidad resguardar los terrenos de cualquier riesgo previsible. 3.4

Aspectos Técnicos para el Diseño de Sistemas de Recarga

Para el desarrollo de sistemas de recarga artificial en profundidad y en superficie, se deben tener presente una serie de factores como: tipo de suelo, formaciones geológicas, permeabilidades, direcciones del flujo subterráneo, condiciones de recarga natural. Se deben considerar también las características del agua a infiltrar tales como: sólidos suspendidos, DBO, materia orgánica, presencia de algas, capacidad de formar precipitados del agua, compatibilidad de las aguas subterráneas con las aguas a infiltrar o inyectar, temperatura del agua y pH, entre otras.

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3.4.1

Factores que Limitan un Sistema de Infiltración

Al momento de proyectar un sistema de recarga artificial de acuíferos, se debería tener en cuenta una serie de factores que limitan su construcción, tales como: •

Disponibilidad de la cantidad de aguas superficiales necesarias para que el proyecto sea económica y técnicamente atractivo de construir.

•

Disponibilidad de grandes porciones de terreno, en el caso de balsas de infiltración.

•

Disponibilidad de pozos para los sistemas de infiltración en profundidad.

•

Crecimiento de la demanda de agua potable en el futuro.

•

Densidad de población

3.4.2

Formaciones Geológicas

Los factores a considerar en un análisis geológico son: materiales (forma y tamaño) que conforman el acuífero, niveles piezométricos y profundidad de la roca, transmisividad, permeabilidad, coeficiente de almacenamiento, porosidad eficaz, fallas, características químicas de los materiales presentes en la formación geológica y existencia de bolsones de mayor permeabilidad. Dentro de las formaciones geológicas más utilizadas para la recarga artificial, encontramos aquellas que poseen una mayor permeabilidad, debido a que presentan una menor oposición al paso del agua de recarga. Estas obras se realizan en las siguientes formaciones geológicas: •

Depósitos de origen aluviales: son de origen geológico muy reciente (cuaternario), suelen estar conectados a los ríos que los han generado. Los materiales que lo constituyen son generalmente gravas, arenas, limos y arcillas.

•

Depósitos de origen eólicos: como lo son las dunas, ya que están formadas por arenas de un tamaño uniforme, que permiten alcanzar grandes tasas de recarga.

•

Depósitos de origen tectónico: corresponden a zonas en donde se producen hundimientos del terreno, en donde se deposita mucho material fino, de características más o menos permeables, suelen contener grandes reservas de agua dulce. Los orígenes de los materiales de rellenos de estos hundimientos corresponden al tipo: lacustre, eólico, glaciar y piroclásticos, presentándose estas capas en grandes espesores.

•

Calizas o dolomitas muy fracturadas o Karsticadas: proporcionan los mayores caudales de admisión y los menores problemas de colmatación, pero su poder de depuración físico, químico y biológico es menor, debido a su poco poder de filtración mecánica, óxido reducción, casi nula adsorción y absorción por parte de las rocas.

3.4.3

Calidad del Agua de Recarga

No existen especificaciones estrictas acerca de la calidad que debe cumplir el agua a ser recargada en sistemas en superficie o en profundidad, ya que las condiciones locales como granulometría del filtro, capacidad de infiltración, el tipo de sistema de infiltración y el pretratamiento de las aguas, influyen en la capacidad de remoción e infiltración por parte del suelo.

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Los principales parámetros que se toman en cuenta en la calidad del agua para un sistema de recarga artificial se orientan a caracterizar el potencial de colmatación en el acuífero. La colmatación es un proceso que se relaciona con la reducción en la capacidad de flujo en un acuífero debido a cambios en las propiedades del acuífero. El efecto directo sobre un sistema de recarga es la disminución de las tasas de infiltración y por ende la reducción de los rendimientos del sistema. Fenómenos como biodegradación por crecimiento de microorganismos, reducción y oxidación química, sorción e intercambio iónico, filtración, precipitación química o dilución se producen en cualquier sistema de infiltración; por lo tanto, la compatibilidad entre las aguas de recarga y las existentes es muy importante al momento de pensar en una obra de recarga artificial. Uno de los parámetros importantes a considerar es la temperatura del agua, ya que si ella es suficientemente elevada se pueden producir problemas de generación de gases al momento de la mezcla entre las aguas de recarga y las aguas naturales del acuífero, debido a la disminución de la solubilidad de los gases. Además otro fenómeno que se produce, por efecto de la temperatura es el crecimiento bacteriano en las paredes del sistema de infiltración o inyección, por lo que se recomienda no sobrepasar los 10 [ºC]. En Custodio (1986) se citan los siguientes valores de calidad que debe cumplir el agua a infiltrar. Cuadro 3.3 Valores de Calidad Presentados por Custodio. (1986) Método Valores de Parámetros Pozos SST < 5 [mg/l] Balsas SST < 100 [mg/l] SST: Sólidos Suspendidos Totales

Según las normas suecas (Jansa, 1954) se proponen los siguientes valores para la calidad del agua de recarga en estanques (piscinas de infiltración) y calidad proveniente del bombeo de las aguas infiltradas (Cuadro 3.4). Cuadro 3.4 Calidad de Aguas de Recarga (según Jansa, 1954) Altura estanque sobre el nivel del acuífero [m] Tamaño efectivo d10 de la arena en los filtros rápidos [mm] Velocidad de infiltración [m/día] Distancia de los estanques a los pozos de bombeo [m] Características del Agua de Recarga Color, Pt (p.p.m.) Oxígeno consumido. Mn O4 K [p.p.m.] 3 B. Coli (100 cm ) 3 Bacteria en gelatina (1 cm ) Características del agua de bombeo Color, Pt (p.p.m.) Oxígeno consumido. Mn O4 K [p.p.m.] 3 B. Coli (100 cm ) 3 Bacteria en gelatina (1 cm )

Mínimo

Medio

Máximo

2.0 0.2 1.5 100.0

8.0 0.4 6.0 400.0

30.0 1.7 16.0 1700.0

Mínimo

Medio

Máximo

5 11 10 200

27 25 650 1200

70 55 2000 3300

<5 4 0 0

6 9 0 0

15 21 8 33

Fuente: Alberto Benitez, Captación de Aguas Subterráneas. (1972)

En los acuíferos del Río Llobregat y Río Besos, en España, se encuentra una instalación de recarga artificial, en donde se manejan los siguientes valores límites de los parámetros físico químicos.

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Cuadro 3.5 Valores Máximos Utilizados en el Sistema de Recarga Artificial en los Acuíferos del Río Llobregat y Río Besos, en España Parámetros Sistema en Superficie Turbiedad < 150 [NTU] (acondicionamiento del lecho del Río Cloración a Punto de Quiebre < 18 [mg/l] (“Break Point”) mediante el uso de Buldozer) Cloruros < 700 [mg/l] Además, se controlan parámetros como: Cromo, cianuros, detergentes, TOC, materia orgánica, hidrocarburos. Sistema en Profundidad Cloración a Punto de Quiebre< 15 [mg/l] (“Break Point”) Salinidad< 500 [mg/l] Turbiedad< 0.6 [NTU] Detergentes< 1 [mg/l] Fuente: Experiencias de Recarga Artificial en los Acuíferos del Río Llobregat y Río Besos. Valdés Cardona, Jorge Luis (1991).

Parámetros importantes que se deben tomar en cuenta al momento de diseñar obras de recarga artificial son los posibles efectos de la precipitación de carbonatos de calcio (CaCO3), sales de calcio y manganeso, hidróxidos de hierro y manganeso. Como se aprecia, en las tablas antes descritas, los parámetros de calidad de físico químico propuestos como valores máximos, son muy variados de lugar en lugar. Los parámetros críticos que afectan la tasa de inyección y la calidad del agua del acuífero son los siguientes: •

Sólidos Suspendidos (SST): a menor concentración de sólidos suspendidos en el agua de infiltración, sea cual sea el método de recarga, la potencialidad de colmatación en el tiempo disminuye.

•

pH: mantenerlo entre 7 y 8, ya que a pH mas altos o bajos, tienden a precipitarse los diferentes metales o compuestos en solución.

•

Turbiedad: este parámetro debe tratar de disminuirse al máximo.

•

Temperatura: no más de 10 [ºC] de modo de evitar el crecimiento bacteriano y la acumulación de algas.

De acuerdo a la experiencias vistas anteriormente, encontramos que los parámetros y valores máximos que deberían cumplirse o mejorarse en un proceso de recarga, son los indicados en el Cuadro 3.4. La obtención de estos valores, dependerá de la calidad del agua de recarga y de las obras implementadas para alcanzar dichos estándares. Cuadro 3.6 Tabla de Valores Propuestos Sistemas en Superficie Sistemas en Profundidad Turbiedad < 0.5 [NTU] Turbiedad < 10 [NTU] SST entre [1,3] SST < 10 [mg/l] Temp<10 [ºC] Temp<10 [ºC] pH entre [7,8] pH entre [7,8] Nula presencia de Metales pesados, hidrocarburos

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3.4.4

Acuífero Receptor

La recarga artificial se puede practicar, en principio, en cualquier tipo de formación permeable que tenga condiciones para almacenar y transmitir agua. Ahora bien, no todos los acuíferos son adecuados para realizar una recarga artificial. La efectividad de la misma está estrechamente ligada a las características hidrogeológicas, hidrodinámicas y de almacenamiento del acuífero receptor, así como al régimen de explotación al que se encuentra sometido. En este sentido debe precisarse que el agua recargada tiene que permanecer en el acuífero el tiempo suficiente para permitir su utilización posterior. Asimismo, su calidad final debe ser la adecuada a los usos a los que se destine. Normalmente la recarga artificial se practica en acuíferos libres con el nivel freático a profundidad intermedia o próxima a la superficie, bien en materiales granulares como depósitos aluviales o areniscas, bien en materiales consolidados como calizas y dolomías fracturadas y/o karstificadas. Sin embargo, también se puede efectuar en acuíferos confinados, o localizados a mayor profundidad, o en materiales granulares relativamente cementados, o en consolidados con ligera fisuración. En estos casos, los caudales de admisión son menores, presentándose además, en general, mayores problemas de colmatación. Para realizar con éxito una recarga artificial de acuíferos es preciso disponer de información detallada relativa a los siguientes puntos: •

Litología y aspectos geológicos de los materiales que integran el acuífero.

•

Geometría del acuífero.

•

Piezometría.

•

Hidroquímica y calidad del agua.

•

Parámetros hidráulicos (transmisividad, almacenamiento, capacidad de infiltración).

•

Velocidad del agua subterránea y direcciones preferenciales de flujo.

•

Volúmenes utilizables o disponibles en el acuífero (reservas útiles).

•

Zonas de drenaje o descarga natural.

•

Relación río-acuífero.

3.5 3.5.1

permeabilidad,

porosidad

eficaz,

coeficiente

de

Pretratamiento del Agua de Inyección y Caracterización Colmatación

Uno de los principales problemas de los sistemas de recarga artificial de acuíferos corresponde a la colmatación de los sistemas filtrantes, lo que ocasiona una reducción importante de la tasa de infiltración posible de conseguir en un proyecto específico. Para reducir los riesgos asociados a estos problemas de colmatación se recurre a procedimientos de pretratamiento del agua, los que se asocian a los orígenes posibles de los problemas de colmatación. Con toda seguridad, el mayor problema con el que se enfrenta la recarga artificial de acuíferos es el de la colmatación, entendiéndose por tal el proceso de acumulación de materiales sobre la superficie de

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infiltración del agua. Su efecto es una reducción de la capacidad de recarga. La colmatación puede deberse a efectos mecánicos, actividad biológica y procesos químicos. La recarga artificial, en lo referente a los fenómenos de colmatación, exige unas condicionantes muy rigurosos en lo que respecta al agua de recarga. La afección sobre la tasa de infiltración es tan importante que incluso en los casos donde se opera con una baja concentración de sólidos en suspensión es necesario programar sistemas de limpieza y descolmatado de las instalaciones. Al cabo de un cierto tiempo y volumen de agua recargado es posible que se tengan que abandonar los dispositivos de recarga al no poderse regenerar su capacidad de infiltración con caudales operativos. Este proceso de degeneración de la capacidad inicial de infiltración se traduce en la necesidad de estimar la vida útil de las instalaciones y realizar, en función de la misma, los estudios económicos pertinentes para cuantificar su rentabilidad Datos proporcionados por instalaciones americanas indican que la vida útil en las balsas es ligeramente superior a diez años y en los pozos de cinco a diez años. No obstante, en las infraestructuras de gran envergadura pueden alcanzarse órdenes de magnitud de hasta veinte años, o incluso superiores 3.5.2

Colmatación Físico-Química

Este problema se produce debido a la presencia de compuestos suspendidos en las aguas de recarga, las que van aumentando paulatinamente la pérdida de carga del sistema de recarga artificial, hasta que éste se hace inadecuado y debe ser abandonado o reparado. El pretratamiento para abordar este problema se basa en una secuencia de procesos: sedimentación, floculación y filtración de las aguas. En el caso de la sedimentación es para eliminar partículas mayores como arenas. Para la floculación son utilizados productos químicos, tales como: •

Cloruro Férrico (FeCl3): 40 [mg/l] junto con 8 [mg/l] de un polielectrolito catíonico es capaz de reducir la concentración de sólidos suspendidos de 4700 [mg/l] a 10 [mg/l]

•

Sulfato de Aluminio: entre 10 y 100 [mg/l] son los rangos en que se utiliza.

•

Polielectrolitos: 1 [mg/l] parece ser suficiente

•

Polímetros Iónicos: polímetros catiónicos son efectivos para las arcillas.

En el caso de la filtración, existen diversidad de filtros: arena, a presión, filtros de tambor y microfiltros entre otros. Con estos filtros se pueden alcanzar turbiedades que oscilan entre 1 y 10 [UNT] 3.5.3

Colmatación Biológica

Para prevenir este tipo de colmatación se usa generalmente cloro u otros desinfectantes. El cuidado que hay que tener es la formación de órganos clorados (trihalometanos), por lo que se recomienda el uso de cloraminas. Otro de las soluciones es la reducción de nutrientes a través de filtración por membrana o filtración con carbón activado. Para reducir la colmatación debido a algas, en sistema en superficie, existen tres métodos. El primero es la eliminación de nutrientes esencialmente con fosfatos. El segundo inhibición del crecimiento por la adición de compuestos químicos como sulfato de cobre (0.3 [mg/l]) y para la eliminación de algas filamentosas la elevación del pH. La tercera por filtración, se recomienda por su efectividad los microfiltros rotatorios para la disminución de diatomeas.

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Para la colmatación química, lo ideal es que el agua de recarga sea compatible con el agua nativa del acuífero. En el Cuadro 3.7 se aprecian las soluciones que se pueden adoptar, mientras que en el Cuadro 3.8 se presentan los valores máximos aceptados para el agua de recarga de modo de evitar la colmatación.

Componente General

Fierro Carbonatos Manganeso

Cuadro 3.7 Pretratamiento Colmatación Química Alternativa Polímeros Anti scalant (impermeabilizador) Baño ácido Hidrolimpieza: bombeos frecuentes Hidrolimpieza Sistemas de Aireación Remover el oxigeno del agua de recarga: SO2 Resinas de Intercambio de Sodio Baños Ácidos Sistemas de Aireación Aumento del pH del agua de recarga (componentes de sodio) Nulo mezcla del agua de recarga cerca del pozo

Fuente: Alfredo Pérez Paricio. Colmatación y Recarga Artificial de Acuíferos (1998).

Dependiendo de las calidades del agua de recarga y del sistema a implementar se debe diseñar el pretratamiento a realizar y las obras a diseñar. 3.6

Métodos y Equipos de Control y Seguimiento

La correcta ejecución y aplicación de la técnica de la recarga artificial de acuíferos necesita de operaciones de control y seguimiento que permitan, por un lado, cuantificar los efectos que se producen en cantidad y calidad sobre las aguas del acuífero y por otro, una capacidad de decisión rápida y adecuada para lograr una correcta gestión de la operación de infiltración, así como de la posterior recuperación del agua recargada. Los parámetros que deben controlarse con una mayor rigurosidad son el nivel piezométrico y la hidroquímica del agua subterránea, así como el caudal y la calidad del agua de recarga. La medida de estos parámetros puede hacerse de forma continua o discontinua. Si se opera de manera discontinua, habrá que diseñar una campaña de mediciones y toma de muestras lo suficientemente amplia, tanto en el tiempo como en el espacio, como para poder disponer de series de datos que permitan analizar el comportamiento de la recarga artificial con un alto grado de confianza. El control continuo de la recarga artificial proporciona una información más amplia y detallada, permitiendo conocer reacciones puntuales de corta duración que no pueden detectarse mediante un control discontinuo o puntual. El instrumento a utilizar, para el control continuo de caudales, es el aforador. La tipología y características del aparato a instalar vendrán determinados en función del tamaño y tipo de la conducción por donde circula el agua de recarga, así como por la cuantía volumétrica del caudal circulante y la calidad (sólidos en suspensión) del mismo. Para el control de los niveles piezométricos se suelen utilizar sondas automáticas de control de nivel o limnígrafos instalados en piezómetros construidos para tal efecto. Normalmente, las sondas de registro continuo que se instalan en los pozos o sondajes también pueden controlar la conductividad y la temperatura.

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Cuadro 3.8 Valores Máximos Aceptados para el Agua de Recarga Para Evitar Colmatación Concepto Valor Recomendado Comentarios Colmatación Biológica Sistemas en Profundidad SST < 2 [mg/l] Para K >40 [m/d] SST < 0.1 [mg/l] 4 [m/d] < K < 40 [m/d] 2 MFI < 3 - 5 [s/l ]

Colmatación Física

Colmatación Química

Corrosión

Sistemas en Superficie SST < 10 [m/l] TUR < 5 [NTU] Sistemas en Profundidad pH > 7.2 (límite bacterias Fe) Evitar CO2 Eh > 10 [mV] AOC < 10 [mg C/l] DOC < 2 [mg/l] Sistemas en Superficie TOC < 10 [mg/l] 2 [Fe ]<11.2 [mg/l] RI > 7.0 ph < 7.5 SDT < 150 [mg/l] 2+ 2+ Bajo [Ca ] y [Mg ] RI < 9 PH >7 OD < 2 [mg/l] SST < 1000 [mg/l] CO2 < 50 [mg/l] Cl < 500 [mg/l] Evitar H2S

Aplicable a pozos y Tuberias

Fuente: Clogging and Artificial Recharge of Groundwater: Fundamental Aspect. Alfredo Pérez Paricio (1998). AO Carbón Orgánico Sólidos Disueltos : OD : Oxigeno Disuelto SDT : C Asimilable Totales DO TO : Carbón Orgánico Disuelto RI : Ryznar Stability Index : Carbón Orgánico Total C C SS Sólidos Suspendidos TU MFI : Modified Fouling Index : : Turbiedad T Totales R

También es necesario contemplar la instalación de turbidímetros. Estos aparatos miden la turbidez del agua que es relacionable con la cantidad de sólidos en suspensión que lleva el fluido. Cuando la cantidad de sólidos en suspensión supera una determinada cantidad preestablecida se debería desviar el agua que entra a las instalaciones de infiltración, ya que los sólidos en suspensión condicionan la vida útil de las instalaciones debido al fenómeno conocido como colmatación.

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4. 4.1

CARACTERIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO Ubicación

El Proyecto Lomas Bayas (CMXLB) se ubica en la Segunda Región de Antofagasta, abarcando dos áreas principales: Área Mina-Planta y Área Captación de Agua. El Área Mina-Planta de CMXLB está ubicada en la Provincia de Antofagasta, aproximadamente 37 Km. al este de la localidad de Baquedano y 110 Km. al noreste de la ciudad de Antofagasta, en las coordenadas Norte 7.408.500 m y Este 447.500 m (Figura 4.1), a una altura aproximada de 1.600 m.s.n.m. En el Área Mina-Planta se ubican el rajo, las pilas de lixiviación de alta ley (Heap) y de baja ley (ROM), y las instalaciones de beneficio de minerales, los botaderos de estériles y las obras de infraestructura de apoyo, incluyendo oficinas, taller, laboratorio, campamento, casino, entre otros. La planta de procesos está ubicada a unos 1500 m al noreste del yacimiento, a 1.520 m.s.n.m., ocupando una superficie de 9 ha aproximadamente. El acceso principal al Área Mina-Planta es la Ruta B-385 que une la localidad de Baquedano con la mina Lomas Bayas. El trayecto es de 38 Km. y corresponde a un camino secundario de tierra (estabilizado) secundario. El Área de Captación de Agua se ubica en la Provincia de El Loa, unos 5 Km. al sur de la ciudad de Calama, en el sector conocido como Parcelas de Calama, a una altura aproximada de 2.300 m.s.n.m. El sector de captación de agua está ubicado a aproximadamente 135 Km. al noreste del Área Mina-Planta. 4.2

Permisos Ambientales

El Proyecto Lomas Bayas (proyecto base original) fue aprobado ambientalmente mediante Resolución Exenta Nº 040/1996 y entró en operaciones en 1998. El proyecto se planificó y evaluó económicamente para una vida útil de 12 años, con un ritmo de proceso de chancado de minerales de aproximadamente 20.000 toneladas por día (20 ktpd) que corresponden a la lixiviación de mineral de alta ley (Heap), y aproximadamente 32.000 toneladas por día que corresponden a lixiviación de mineral de baja ley (ROM) que no tiene proceso de chancado. De acuerdo con el Estudio de Factibilidad del proyecto, en la Resolución N°40/96 se estableció un abastecimiento máximo de agua equivalente a 110 L/s obtenidos desde los canales Núñez y La Prensa, ambos ubicados en la zona de Calama. La compañía requiere aumentar el consumo de agua aprobado en el proyecto original para uso en faena, lo cual se llevará a cabo mediante las siguientes obras y actividades que forman parte de este proyecto de optimización: •

Captación de agua subterránea desde el Pozo CMG-1 ubicado en las coordenadas N 7.512.280 y E 504.770 en la zona de Calama. Los derechos de agua en este pozo alcanzan los 35 l/s.

•

Conducción del agua hasta la piscina de regulación de Lomas Bayas, a través de una tubería desde el pozo CMG-1.

De acuerdo a la información disponible CMXLB requiere un promedio de 141 L/s en período de verano para optimizar el proceso y lograr las metas de producción. En el año 2001 CMXLB sometió al SEIA el proyecto de optimización de la faena, mediante la cual se autorizó aumentar el consumo de agua hasta 141 L/s mediante el aprovechamiento de los derechos de agua subterráneo del pozo CMG-1. La principal motivación del trabajo de recarga de acuíferos radica en que en ciertos momentos de la temporada, existirían recursos superficiales en el río Loa susceptibles de ser captados, conforme a derecho, por CMXLB para su acumulación en el subsuelo y posterior uso en faena.

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4.3

Clima

Las características climáticas de la cuenca del río Loa están determinadas principalmente por la ubicación geográfica, la existencia de la corriente de Humboldt y el relieve. La cuenca del Loa queda ubicada en las inmediaciones del cinturón de las altas presiones subtropicales y consecuentemente su clima es árido. Esta característica se hace incluso más notoria a medida que aumenta la latitud, obteniéndose los valores de mayor sequedad para la zona inmediatamente al Sur del río Loa. Debido al efecto de la corriente de Humboldt, las temperaturas son más frías que en otras regiones de igual latitud y se observa que a medida que nos internamos en el continente la temperatura aumenta. Por esto en la costa son muchos los días con nubes, lo que no es el caso al interior, que goza de abundante radiación. Más cerca de la Cordillera de los Andes, se alcanzan mayores altitudes, y la temperatura comienza a disminuir a la vez que la frecuencia de las precipitaciones aumenta. Es así como sobre los 2.500 msnm llueve con alguna regularidad durante los meses de verano. Las lluvias importantes son en su mayor parte convectivas, debido al gran calentamiento de las masas de aire en esos meses. Los vientos alcanzan altas velocidades, especialmente los del S.O. Usando la clasificación de Koeppen, se puede decir que toda la zona es de clima árido (B). En la región costera se tiene un clima desértico con nublados abundantes (B Wn), más hacia el interior es desértico normal (B Wt) con gran sequedad del aire (35% de humedad), grandes diferencias de temperatura entre el dfe y la noche (20°C) y cielos despejados; más hacia el interior tenemos un clima de desierto marginal de altura, que se diferencia del anterior por la disminución de la temperatura y la existencia de lluvias pequeñas y esporádicas. Sobre los 3.500 m, altitud que se alcanza en las nacientes del Loa, del San Pedro y del Salado, se tiene clima de estepa de altura (B.S.h.), las lluvias de verano son más frecuentes, las temperaturas muy bajas (-18°C en Cáblor) y las diferencias térmicas también son muy marcadas (hay mediciones de 25°C). 4.4

Hidrología 2

La hoya hidrográfica del río Loa tiene un área superficial de 33.570 km . El río Loa recibe, a lo largo de su cauce, aportes de los ríos San Pedro, Salado y San Salvador, además de caudales provenientes de los sectores Lasana-ChiuChiu y de la cuenca del Salar Llamara. La Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas (DGA) ha realizado estudios de balance hídrico en la cuenca y llegado a conclusiones en cuanto a los caudales disponibles en diversos tramos del río. A partir de información pluviométrica para diferentes altitudes es posible estimar la precipitación media sobre cada cuenca aportante al río Loa. Los valores obtenidos en el estudio de la DGA se presentan en el Cuadro 4.1.

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Cuadro 4.1 Balance Hídrico Natural 3 Cuenca Pp (m /s) Cuenca Alta Loa (hasta Lequena) 18,2 Subcuenca Río San Pedro 5,7 Sector Lasana-ChiuChiu 4,5 Subcuenca Río Salado 12,6 Pampa Llalqui 5,1 Sector de Calama 0,5 Subcuenca Salar de Llamara 22,4 Total 69,0

ET (m3/s) 15,6 4,6 4,5 11,0 5,1 0,5 21,3 62,6

Qdisp (m3/s) 2,6 1,1 0,0 1,6 0,0 0,0 1,1 6,4

La evapotranspiración desde superficies naturales se estimó, en el estudio de DGA, a partir de la fórmula de Turc. Esta expresión proporciona estimaciones relativamente exactas de las demandas evapotranspirativas a nivel anual, y es función de la precipitación y temperatura media anual. Los valores obtenidos en el estudio se presentan en el Cuadro 4.1. Como puede desprenderse de dichas cifras, sólo las cuencas altas generan escorrentía efectiva utilizable, mientras que en el sector Lasana-ChuiChui, en la pampa Llalqui y en el sector de Calama la escorrentía neta generada es, en promedio, nula. Las pérdidas desde cauces y salares se consideran en forma separada en el balance hídrico, por cuanto se conceptualizan como demandas al sistema que compiten con otros usos. Lo anterior es razonable en virtud de la disminución en la evaporación que cabría esperar si se redujera el caudal en estos cuerpos superficiales. Según el estudio de DGA (ref) las pérdidas por evaporación desde cuerpos de agua superficial ascienden a aproximadamente 300-600 l/s desde salares y 500 l/s desde cauces, en la cuenca del Loa; y unos 8001.000 l/s desde el salar de Llamara. Las cifras anteriores resultan a partir de valores de evaporación de tanque de referencia entre 6 y 10 mm/día. 4.5

Marco Geológico

4.5.1

Aspectos Generales

El Área de Captación de Aguas, se encuentra inserta dentro del dominio Depresión del Río Loa, en el cual se exponen unidades sedimentarias continentales del Cenozoico Superior, las cuales incluyen algunas intercalaciones de ignimbritas y depósitos evaporíticos. Este dominio se encuentra constituido por 3 unidades estratigráficas: •

Formación Calama: 150 m de gravas continentales, en parte mineralizadas (Mioceno MedioSuperior).

•

Formación El Loa: 50-200 m de conglomerados, areniscas, arcillas, diatomitas, calizas y tobas brechosas, con intercalaciones de ignimbritas, de origen continental (Mioceno Superior-Plioceno Inferior).

•

Formación Chiuchiu: 50 m de limos, arcillas y diatomitas, con flora y fauna fósiles de origen continental (Plioceno Superior-Pleistoceno).

4.5.2

Formación Calama (Mcl)

La Formación Calama se asigna a un rango de edad comprendido entre el Mioceno Medio a Superior. Estos depósitos son de origen torrencial y gravitacional, derivados de una activa erosión y bajas condiciones climáticas, menos áridas que la actual. Corresponde a una potente acumulación de gravas INFORME DE AVANCE #1 EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA DE RECARGA ARTIFICIAL EN LA SEGUNDA REGION

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de origen torrencial, que aflora en el cerro homónimo, ubicado inmediatamente al este de la ciudad de Calama. Dentro de esta unidad existen diversos afloramientos de gravas, las que anteriormente recibían denominaciones tales como “grava Fortuna” y “grava Exótica”, “depósitos de Relleno Intermontaños”, y “gravas de Chuqui Norte”. Los afloramientos de la Formación Calama son restringidos, ya que en el área en cuestión, aflora sólo en el cerro homónimo, y en los alrededores del cerro Milagro. Esta unidad está constituida por gravas, en general, mal estratificadas y mal clasificadas. Los clastos son angulares a subredondeados, que alcanzan un tamaño de 30 cm de diámetro en el cerro Calama, en una matriz arenosa gruesa. Estos clastos están constituidos, principalmente, por andesitas y, en menor proporción, por granitoides, rocas metamórficas y calizas. 4.5.3

Formación el Loa (MPlel)

Los antecedentes establecidos para la Formación El Loa, permiten asignar a la unidad un rango de edad comprendido entre el Mioceno Superior-Plioceno Inferior. En base a esto, las características litológicas de la formación indican que su depositación ocurrió en un ambiente continental, en una extensa, pero no muy profunda, cuenca fluvio-lacustre. Naranjo y Paskoff (1981), indicaron que la depositación de la unidad estuvo ligada a una degradación del clima, de más lluvioso a más seco; la génesis de las calizas lacustres, implica un decaimiento del clima, según los autores citados. Esta formación se dispone en discordancia angular, sobre la Formación Calama y sobre la Formación Arca en el sector de Conchi, e infrayace, en discordancia, a la formación Chiuchiu. Los afloramientos de la Formación El Loa, se exponen en el sector centro-occidental de la zona de 2 Calama, bordeando el valle del Loa y cubren un área de más de 600 Km . Esta unidad, dentro del área en estudio, se constituye por una secuencia bien estratificada, en capas de 5 cm a 10 m de espesor, de gravas, areniscas, conglomerados, arcillas, limos y diatomitas. 4.5.4

Formación Chiuchiu (PlQch)

En cuanto a esta formación, no existen antecedentes suficientes para asignar una edad precisa. Sin embargo, por disponerse, en discordancia, sobre la Formación El Loa, de edad miocena media-pliocena inferior y estar cubierta por depósitos fluviales del río Loa, se le asigna, tentativamente, una edad comprendida entre el Plioceno Superior-Pleistoceno. Las características litológicas, más la presencia de fauna fósil y flora fósil, indican que la Formación Chiuchiu se depositó en un medio lacustre, de agua dulce o lago salobre. Este lago se habría formado por la barrera que representa la flexura de la Formación El Loa en Angostura, plegado con anterioridad, y que impidió el escurrimiento de las aguas. Naranjo y Paskoff (1981), distinguieron y denominaron Formación Chiuchiu, a una secuencia de limos y arcillas con intercalaciones de diatomitas y yeso, que aflora típicamente en los alrededores, localmente con leve discordancia angular, sobre la Formación El Loa, y está cubierta, en parte, por sedimentos fluviales del río Loa y por sedimentos aluviales recientes. Los afloramientos de la Formación Chiuchiu se exponen a lo largo del curso del río Loa, principalmente entre el pueblo de Chiuchiu y Angostura. Esta formación está constituida principalmente, por limos y arcillas, algo calcáreos, en capas alternadas, de espesores variables entre menos de 5 cm hasta un metro, con una media aproximada de 5-30 cm de potencia; son de colores gris, pardo, verde claro y amarillento. Posee intercalaciones lenticulares de diatomitas, yeso y escasos niveles conglomerádicos,

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de 50 cm de potencia, con clastos retrabajados y bien redondeados de ceniza y pómez, de 3 cm de diámetro. 4.6

Historia Geológica

Probablemente desde el Paleozoico Inferior (aprox. 500 millones de años) hasta el Triásico (250 millones de años) se han producido una serie de depositaciones continentales de sedimentos clásticos y volcánicos, y eventos magmáticos. A fines del Triásico se produce una fuerte subsidencia que da lugar a una transgresión marina desde el oeste, comenzando a depositarse sedimentos marinos clásticos y volcánicos hasta el Cretácico Inferior (150 M.a.), donde se produjo un solevantamiento y erosión de las rocas anteriores. Posteriormente, en el Cretácico Superior (98 M.a.) se produjo una nueva transgresión marina proveniente del norte a noreste. Posteriormente se suceden nuevos eventos magmáticos, volcánicos y diastróficos, que dan lugar a algunos de los principales rasgos morfoestructurales tales como la Sierra del Medio-Sierra Limón Verde, Cordillera de Domeyko y a cuencas como la depresión del río Loa, que abarca aproximadamente desde el sector de la Finca hasta Turi. Luego, a fines del Eoceno y durante el Oligoceno (54 a 38 M.a.) se intruyen grandes cuerpos graníticos y se producen los procesos de alteración hidrotermal y mineralización de Chuquicamata. A comienzos del Mioceno se depositan las gravas de la Formación Calama en la Depresión del río Loa, se produce el enriquecimiento secundario de Chuquicamata y se produce el depósito exótico de Mina Sur. Posteriormente, durante el Mioceno Medio comienza el alzamiento de la Cordillera de la Sal y en la Depresión del río Loa se depositan los sedimentos lacustres de la Formación El Loa, que hacia el sector oriental engranan con flujos ignimbríticos. A comienzos del Mioceno Superior se produce en la parte oriental de la zona una reactivación de la actividad volcánica que continúa hasta la fecha, mientras que a fines del Mioceno Superior se produce la última fase tectónica compresiva, formándose pliegues y fallas inversas, la que finaliza con una fase extensiva plio-cuaternaria, caracterizada por sistemas de fallas normales de orientación principal N-S, que además de controlar los centros volcánicos actuales, origina una serie de estructuras de horst y graben a lo largo del sector cordillerano. Asociado al volcanismo plio-cuaternario se desarrolla una actividad hidrotermal que da origen al sistema geotérmico de El Tatio. Finalmente, durante el cuaternario se configura la actual red de drenaje. 4.7

Acuíferos Reconocidos

El sistema acuífero del Área de Captación ha sido caracterizado a partir de la construcción de los siguientes pozos por parte de CMXLB: pozo de producción CMG-1 (303 metros de profundidad), ubicado en las inmediaciones del río Loa, en la Parcela Nº11; pozo de observación MGX-1 (200 metros de profundidad) ubicado a 30 metros de distancia del anterior, también en la Parcela Nº11; y pozo MGX-2 (300 metros de profundidad), ubicado aproximadamente a 3 km del pozo CMG-1, en la Parcela Géminis. Esta información fue complementada con estudios geofísicos que permitieron extender la información estratigráfica a sectores más alejados. Los antecedentes estratigráficos aportados por los sondajes de estos pozos indican que en el área existen dos acuíferos separados por un potente estrato de arcillas, lo que se presenta en la Figura 4.2: •

El primer acuífero (superior) se ubica aproximadamente entre los 4 y hasta los 45 metros de profundidad, bajo 4 a 6 metros de suelo; corresponde a un acuífero principalmente en calizas de la

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Formación El Loa, tipo “Cárstico”, con presencia de zonas de gravas y arenas. En este acuífero superior se ubican la mayoría de las captaciones de agua subterránea de la zona. •

El estrato de arcillas se ubica inmediatamente bajo el acuífero superior, aproximadamente entre los 45 y 220-250 metros de profundidad (175 a 204 metros de espesor en los sondajes); presenta intercalaciones de poco espesor de arenas, gravas, areniscas y lutitas.

•

Bajo las arcillas se ubica un acuífero en gravas de la Formación Calama (acuífero inferior) a partir de los 220 - 250 metros de profundidad; en ningún sondaje se alcanzó la roca basal, la cual, por lo tanto, ella se ubica a más de 300 metros de profundidad.

En el acuífero superior el nivel estático de agua subterránea se ubica entre 2 y 3 metros de profundidad (cercano a la superficie), y corresponde a un sistema acuífero libre, probablemente conectado hidráulicamente con el río Loa. En cambio, el acuífero inferior es un sistema confinado por el estrato de arcillas subyacente (más de 170 metros de espesor), presentando un nivel piezométrico a 16 metros de profundidad, es decir, aproximadamente 204 metros sobre el techo del acuífero. De acuerdo con las pruebas de bombeo efectuadas por la empresa EDRA (1996) en el pozo CMG-1 (habilitado con rejilla en el acuífero inferior, entre los 225 y 297 metros de profundidad), el acuífero inferior tiene una transmisibilidad del orden de 65 m²/d, y su coeficiente de almacenamiento se estima en el -4 orden de 10 o menor. El gasto específico del pozo CMG-1 es de 0,4 L/s/m, es decir, por cada metro de descenso del nivel piezométrico el pozo entrega 0,4 L/s de agua. La prueba de bombeo a un gasto constante de 35 L/s efectuada en el pozo CMG-1 permitió establecer que no existe conexión hidráulica entre el acuífero superior y el acuífero inferior. En efecto, en el pozo de observación habilitado en el acuífero superior (rejilla entre los 8 y 20 metros de profundidad) y ubicado a sólo 30 metros del pozo de producción, el nivel de agua subterránea no presentó variaciones debido a la extracción de agua desde el pozo profundo (CMG-1). 4.8

Inventario de Pozos

En el Cuadro 4.2 se identifican todos los pozos pertenecientes a la CMXLB, con sus debidas coordenadas.

Ubicación

Cuadro 4.2 Ubicación de Pozos Norte

Parcela 11 CMG - 1 MGX - 1 MGX - 1A

7,512,257.658 7,512,260.583 7,512,273.034

504,881.352 504,908.034 504,894.072

Parcela 7-A CLB - 1 MGX - 3

7,512,813.198 7,512,876.122

506,149.697 505,970.014

Lote 1 CMG - 2 CMG - 2B MGX - 3

7,513,422.456 7,513,508.851 7,513,555.286

507,244.182 507,442.310 507,419.660

Este

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Adicionalmente, en la Figura 4.3 se destaca la ubicación de los pozos señalados anteriormente, dentro de la zona de proyecto, destacándose a su vez los distintos predios y otros puntos de interés, conforme el levantamiento topográfico existente. 4.9 4.9.1

Fuentes de Abastecimiento de Agua Generalidades

Con el fin de satisfacer los diversos requerimientos de agua, y considerando que en el área de la faena de Lomas Bayas no existen recursos hídricos superficiales o profundos, la captación de aguas se sitúa en la cuenca hidrográfica del Río Loa, aproximadamente 135 Km al noreste del Área Mina-Planta. La captación actualmente incluye dos fuentes de abastecimiento: Canal Núñez y Canal La Prensa, los cuales obtienen agua del río Loa. 3

En ambos casos el agua se canaliza hasta una piscina de regulación con capacidad para 500 m que tiene CMXLB en la Parcela Nº11 de Calama. Desde este estanque se impulsa el agua mediante bombas hacia la faena de Lomas Bayas a través de un acueducto de aproximadamente 135 Km de longitud. En la 3 planta el agua se almacena en una piscina de 12.000 m de capacidad, desde donde es distribuida a las distintas instalaciones. 4.9.2

Agua Superficial

Las fuentes de abastecimiento de agua superficial para la operación actual de CMXLB corresponden a 3 los canales Núñez y La Prensa, y totalizan 4.014.381 m /año. Los derechos de agua que CMXLB tiene en la comunidad de regantes de los canales Núñez y La Prensa de Calama, corresponden a un 87,27% de los derechos del Canal Núñez y a un 99,32% del Canal La Prensa; en ambos casos la comunidad de agua subsiste. El punto de captación de agua en el Canal Núñez es una bocatoma regulada por tres compuertas mecánicas, controladas en forma manual. Dicha instalación no ha sufrido ninguna modificación respecto de su estado original y se localiza a unos 800 m aguas arriba del Puente Dupont (Ruta 25), en la comuna de Calama. A partir de la cámara decantadora, el agua continúa por una cañería que atraviesa la Ruta 25 a través de una alcantarilla preexistente y se conecta a una cámara de válvulas. A partir de dicha cámara se entrega el caudal correspondiente a los agricultores y el caudal remanente, correspondiente a los derechos de agua de CMXLB, continúa mediante una cañería hacia la piscina de CMXLB en la Parcela 11. El canal La Prensa nace en el punto de captación en el río Loa, en las Coordenadas N 7.513.476, E 506.752; se desarrolla en corte y terraplén según un trazado de unos 846 m de longitud y termina en una cámara decantadora ubicada en las coordenadas N 7.513.154, E 505.999. Posteriormente el agua de CMXLB continúa por una cañería hasta la piscina de regulación de CMXLB en la Parcela 11. A partir de los canales Núñez y La Prensa, surgen los acueductos Núñez y La Prensa, que en sus últimos 1,3 Km están dispuestos en forma paralela a lo largo de un camino vecinal y llegan hasta la piscina de regulación instalada en la Parcela 11 del Sector Progreso Campesino de Calama. 4.9.3

Agua subterránea

La fuente de abastecimiento de agua subterránea para la operación actual de CMXLB corresponde al pozo de captación CMG-1 ubicado en el sector de Parcelas de Calama, que posee derechos de agua subterránea por 35 L/s.

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4.9.4

Disponibilidad de Agua

La autorización ambiental de uso de agua fresca al año 2002 (con proyecto de Optimización Faena Minera Lomas Bayas – Pozo CMG-1) es de 110 L/s de agua superficial y de un máximo de 35 L/s de aguas subterráneas, para dar un total de 141 L/s (Res. Exenta Nº0298/2001). Con el objeto de verificar el aprovechamiento de 141 L/s, CMXLB tiene implementado un programa de monitoreo que incluye: •

Un medidor digital de alta precisión al interior de la tubería que conduce el agua hacia CMXLB en operación permanente desde mayo de 1998. A partir de este medidor se elaboran los reportes diarios. Dicha información representa el consumo real de agua en la faena minera de Lomas Bayas.

•

Medidores de flujo en las tuberías de los canales Núñez y La Prensa, ubicados aproximadamente a 200 m de la piscina de regulación. Los equipos son medidores magnéticos de flujo (Marca Fisher & Porter), es decir, basan su funcionamiento en el coeficiente de conductividad del agua; consideran lectura local y transmisor para una posterior lectura remota y también lectura instantánea e integrada. Los medidores de flujo instalados tienen un error de medición de 0,5% y requieren una mínima mantención.

•

La tubería de conducción desde el pozo CMG-1 (actualmente denominado Pozo Nº9) a la piscina de regulación de CMXLB cuenta con un flujómetro para registrar los caudales conducidos a faena y asegurar que no se excedan los 35 L/s otorgados en derecho.

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5. 5.1

INFORMACION ESPECIFICA ESTUDIO DE RECARGA Aspectos Generales

Sobre la base de la revisión y análisis de los antecedentes disponibles se evaluará la factibilidad técnica de llevar a cabo la recarga artificial. Para lo anterior se deberá analizar de manera detallada la información disponible y los requerimientos técnicos de diferentes alternativas de recarga artificial: capacidad de los pozos, características de la zona no saturada, geología del entorno, pruebas de infiltración, tasas de evaporación, disponibilidad de aguas superficiales (estudio hidrológico en sector de bocatomas en río Loa), entre otros. Adicionalmente se verificará que los antecedentes disponibles en CMXLB permitan cumplir con lo dispuesto en los artículos 66 inciso segundo y 67 inciso primero parte final, ambos del Código de Aguas, correspondientes a los requerimientos técnicos para quienes deseen ejecutar obras de "recarga artificial de acuíferos”. Para lo anterior, la DGA solicita que el proponente de una obra de recarga artificial prepare una memoria técnica que contenga a lo menos lo siguiente: a)

Descripción del sistema de recarga artificial.

b)

Descripción de la naturaleza física y situación jurídica del agua a utilizar en la recarga artificial.

c)

Descripción del sitio de recarga.

d)

Características geológicas e hidrogeológicas del sector.

e)

Características de la zona no saturada.

f)

Características del acuífero.

g)

Velocidad y dirección del flujo.

h)

Comportamiento histórico de los niveles de agua en el sector.

i)

Calidad del agua.

j)

Impactos asociados a la obra de recarga artificial. Área de influencia de la recarga artificial, impactos esperados, análisis de domos e impacto sobre la calidad del agua.

k)

Plan de monitoreo, que contemple al menos: 1. Monitoreo del nivel de las aguas 2. Monitoreo de la calidad de las aguas. 3. Control del caudal de recarga. 4. Control de extracciones

l)

Plan de contingencia que contemple al menos: 1. Medidas de protección del acuífero. 2. Planes de alerta ante impactos no deseados

5.2

Antecedentes Disponibles

Con base en los antecedentes disponibles es posible identificar preliminarmente los aspectos requeridos por la DGA para autorizar un proyecto de recarga de acuíferos. A continuación de señalan de manera

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resumida los aspectos en revisión como parte de esta consultoría. Algunos aspectos se encuentran cubiertos de manera completa, mientras que otros requieren estudios adicionales que se plantearán en un capítulo siguiente de este informe. 5.2.1

Descripción de la naturaleza física y situación jurídica del agua a utilizar en la recarga artificial.

Existen antecedentes técnicos y legales suficientes para caracterizar el recurso que potencialmente puede ser recargado dentro del acuífero. La información disponible corresponde a los siguientes temas: •

Estadísticas históricas de caudales superficiales captados en bocatomas

•

Expedientes DGA asociados a captaciones superficiales y subterráneas

•

Recursos adicionales posibles de comprar para luego recargar

5.2.2

Descripción del sitio de recarga.

Existe información bastante completa sobre los sectores adecuados para preparar sistemas de recarga artificial ya sea a nivel superficial o profundo. La información disponible corresponde a lo siguiente: •

Topografía (no completa) de parcelas ubicadas en Calama.

•

Descripción general de la geomorfología y paisaje.

Se requiere información adicional sobre: •

Topografía en todo el sector posible de utilizar para recarga artificial. Se debe incluir ubicación de pozos 1 y 2.

5.2.3

Características geológicas e hidrogeológicas del sector.

Información geológica e hidrogeológica está disponible en suficiente cantidad ya sea mediante pozos propios y de otras empresas. Se cuenta con siguiente la información: •

Marco geológico general

•

Perfiles geofísicos en sector de Parcela

•

Perfiles estratigráficos

•

Perfiles hidrogeológicos

5.2.4

Características de la zona no saturada.

Esta información no se encuentra disponible por lo que se requeriría de estudios adicionales como por ejemplo: •

Pruebas de infiltración en calicatas

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31

Información sólo sería necesaria si se considera el uso de sistemas de recarga superficial. 5.2.5

Características del acuífero.

Esto se refiere principalmente a las características geométricas (espesores y extensión) e hidrogeológicas de los estratos acuíferos de importancia. Esta información es bastante completa, pero sería necesario disponer de información más actualizada. Información ya disponible: •

Pruebas de bombeo en acuífero más profundo y acuífero somero.

Información a generar: •

Pruebas de bombeo de larga duración utilizando pozo de producción instrumentado con sistemas de monitoreo continuo.

•

Pruebas de recarga en pozos 1 y 2.

•

Pruebas de tipo Slug Test en pozos someros

5.2.6

Velocidad y dirección del flujo.

Información puede ser estimada si se dispone de una topografía completa del área que incluya todos los pozos que pertenecen a la red de medición de niveles. 5.2.7

Comportamiento histórico de los niveles de agua en el sector.

Información se encuentra disponible. Se está procesando. 5.2.8

Calidad del agua.

Información histórica está disponible y se encuentra en proceso. La información de algunos parámetros más relevantes se entrega en Figuras 5.1 a 5.6.

INFORME DE AVANCE #1 EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA DE RECARGA ARTIFICIAL EN LA SEGUNDA REGION

32

6.

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INFORME DE AVANCE #1 EVALUACIÓN TÉCNICO-ECONOMICA DE RECARGA ARTIFICIAL EN LA SEGUNDA REGION

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FIGURAS

Figura 3.1 Esquema Típico de un Pozo de Inyección y Obras Anexas

Figura 4.1 Ubicación General Proyecto Extensión Lomas Bayas

Figura 4.2 Perfil Estratigráfico Zona de Estudio

Figura 4.3 Ubicación de Pozos en Zona de Estudio

dic /01 feb /02 ab r/0 2 jun /02 ag o/0 2 oc t/0 2 dic /02 feb /03 ab r/0 3 jun /03 ag o/0 3 oc t/0 3 dic /03 feb /04 ab r/0 4 jun /04 ag o/0 4 oc t/0 4 dic /04 feb /05 ab r/0 5 jun /05 ag o/0 5 oc t/0 5 dic /05 feb /06 ab r/0 6 jun /06 ag o/0 6 oc t/0 6 dic /06 feb /07 ab r/0 7 jun /07

Concentración (mg/l)

Figura 5.1 Variación Temporal – Arsénico Total

3.5

Variación Temporal - Arsénico Total

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

Fecha Muestreo

Canal Nuñez Canal La Prensa Río Loa Pozo Nº9

dic /01 feb /02 ab r/0 2 jun /02 ag o/0 2 oc t/0 2 dic /02 feb /03 ab r/0 3 jun /03 ag o/0 3 oc t/0 3 dic /03 feb /04 ab r/0 4 jun /04 ag o/0 4 oc t/0 4 dic /04 feb /05 ab r/0 5 jun /05 ag o/0 5 oc t/0 5 dic /05 feb /06 ab r/0 6 jun /06 ag o/0 6 oc t/0 6 dic /06 feb /07 ab r/0 7 jun /07

Concentración (mg/l)

Figura 5.2 Variación Temporal – Cloruro

6000

Variación Temporal - Cloruro

5000

4000

3000

2000

1000

0

Fecha Muestreo

Canal Nuñez Canal La Prensa Río Loa Pozo Nº9

dic /01 feb /02 ab r/0 2 jun /02 ag o/0 2 oc t/0 2 dic /02 feb /03 ab r/0 3 jun /03 ag o/0 3 oc t/0 3 dic /03 feb /04 ab r/0 4 jun /04 ag o/0 4 oc t/0 4 dic /04 feb /05 ab r/0 5 jun /05 ag o/0 5 oc t/0 5 dic /05 feb /06 ab r/0 6 jun /06 ag o/0 6 oc t/0 6 dic /06 feb /07 ab r/0 7 jun /07

Concentración (mg/l)

Figura 5.3 Variación Temporal – Cobre Total

0.15

Variación Temporal - Cobre Total

0.10

0.05

0.00

Fecha Muestreo

Canal Nuñez Canal La Prensa Río Loa Pozo Nº9

dic /01 feb /02 ab r/0 2 jun /02 ag o/0 2 oc t/0 2 dic /02 feb /03 ab r/0 3 jun /03 ag o/0 3 oc t/0 3 dic /03 feb /04 ab r/0 4 jun /04 ag o/0 4 oc t/0 4 dic /04 feb /05 ab r/0 5 jun /05 ag o/0 5 oc t/0 5 dic /05 feb /06 ab r/0 6 jun /06 ag o/0 6 oc t/0 6 dic /06 feb /07 ab r/0 7 jun /07

Concentración (µS/cm)

Figura 5.4 Variación Temporal – Conductividad Eléctrica

20000

Variación Temporal - Conductividad Eléctrica

18000

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

Fecha Muestreo

Canal Nuñez Canal La Prensa Río Loa Pozo Nº9

dic /01 feb /02 ab r/0 2 jun /02 ag o/0 2 oc t/0 2 dic /02 feb /03 ab r/0 3 jun /03 ag o/0 3 oc t/0 3 dic /03 feb /04 ab r/0 4 jun /04 ag o/0 4 oc t/0 4 dic /04 feb /05 ab r/0 5 jun /05 ag o/0 5 oc t/0 5 dic /05 feb /06 ab r/0 6 jun /06 ag o/0 6 oc t/0 6 dic /06 feb /07 ab r/0 7 jun /07

u.pH

Figura 5.5 Variación Temporal – pH

9.00

Variación Temporal - pH

8.50

8.00

7.50

7.00

6.50

6.00

Fecha Muestreo

Canal Nuñez Canal La Prensa Río Loa Pozo Nº9

dic /01 feb /02 ab r/0 2 jun /02 ag o/0 2 oc t/0 2 dic /02 feb /03 ab r/0 3 jun /03 ag o/0 3 oc t/0 3 dic /03 feb /04 ab r/0 4 jun /04 ag o/0 4 oc t/0 4 dic /04 feb /05 ab r/0 5 jun /05 ag o/0 5 oc t/0 5 dic /05 feb /06 ab r/0 6 jun /06 ag o/0 6 oc t/0 6 dic /06 feb /07 ab r/0 7 jun /07

Concentración (mg/l)

Figura 5.6 Variación Temporal – Sulfato

3000

Variación Temporal - Sulfato

2750

2500

2250

2000

1750

1500

1250

1000

750

500

250

0

Fecha Muestreo

Canal Nuñez Canal La Prensa Río Loa Pozo Nº9