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UNIVERSIDAD DE LA SERENA
FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS
CARACTERIZACIÓN DE LA INTERACCIÓN AGUA
SUPERFICIAL / AGUA SUBTERRÁNEA EN LA PARTE BAJA
DE LA CUENCA DEL RÍO LIMARÍ: ANÁLISIS INTEGRADO.
PAULINA ROCÍO MORALES VEGA
Memoria para optar al Título de
INGENIERO CIVIL AMBIENTAL
Comisión Revisora:
Dr. Ricardo Oyarzún L. – Profesor Guía
Dr. Jorge Oyarzún M.
Dr. Hugo Maturana C.
La Serena, 2012
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DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado a:
Dios, por darme la fuerza necesaria para
enfrentar cada desafío.
Mis Padres, por su amor infinito y por
inculcarme la importancia del
conocimiento y la educación.
Mis hermanas, por su apoyo constante e
incondicional.
Cristian, por su amor y compañía en todas
las alegrías y tristezas que aparecieron en
el camino.
Mis hijos, Cristian y Magdalena, por ser la
luz y el sentido de cada día y obra mía.
Paulina Morales V.
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AGRADECIMIENTOS
En primer lugar doy las gracias a mi profesor guía, Ricardo Oyarzún, por su
comprensión, orientación y apoyo constante durante el desarrollo de este trabajo, así
como también al Proyecto CHI 8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas
Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en
Cuencas Áridas del Norte de Chile” por brindarme la oportunidad de realizar esta
memoria.
Agradezco también a los profesores Jorge Oyarzún y Hugo Maturana por la orientación
brindada durante el desarrollo de este trabajo, así como también por la dedicación y
generosidad con sus conocimientos demostrada en los años que formaron parte de mi
vida académica. Extiendo este agradecimiento a mi profesor guía.
Finalmente a mi familia ya que gracias a su comprensión y apoyo he llegado a una de
las metas más importantes de mi vida.
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“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí: Análisis Integrado”
Paulina Rocío Morales Vega/2012
Departamento de Ingeniería de Minas – Facultad de Ingeniería – Universidad de La Serena
ÍNDICE
RESUMEN ....................................................................................................................... 1 ABSTRACT ..................................................................................................................... 2 1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 3 2 OBJETIVOS ................................................................................................................. 5 3 MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................................ 6
3.1 Área de Estudio ............................................................................................... 6 3.1.1 Clima ................................................................................................. 6 3.1.2 Hidrografía ......................................................................................... 7 3.1.3 Geomorfología ................................................................................... 8 3.1.4 Geología e Hidrogeología .................................................................. 8 3.1.5 Actividades Económicas .................................................................. 10
3.2 Campaña de Obtención de Datos ................................................................. 11 3.3 Análisis Isotópico ......................................................................................... 17
3.3.1 Deuterio y Oxígeno 18 .................................................................... 17 3.3.2 Radón 222 ....................................................................................... 18 3.3.3 Sulfato ............................................................................................. 18 3.3.4 Análisis preliminar de Recarga ....................................................... 19
3.4 Análisis de la Información ............................................................................. 21 3.4.1 Métodos Gráficos ............................................................................ 21 3.4.2 Métodos Estadísticos....................................................................... 22
3.4.2.1 Métodos Estadísticos Simples ........................................... 22 3.4.2.2 Métodos Estadísticos Multivariados ................................... 22
4 RESULTADOS Y DISCUSIONES ............................................................................. 25
4.1 Grupo Final de Datos Analizados .................................................................. 25 4.2 Hidroquímica ................................................................................................. 28
4.2.1 Análisis Estadístico Simple Descriptivo ........................................... 28 4.2.2 Análisis Gráfico: Variaciones Espaciales ......................................... 31
4.2.2.1 Parámetros Generales ....................................................... 31 4.2.2.2 Cationes Mayores .............................................................. 37 4.2.2.3 Aniones Mayores ............................................................... 43 4.2.2.4 Metales .............................................................................. 55
4.2.3 Análisis Gráfico: Diagramas de Piper .............................................. 60 4.2.4 Análisis Gráfico: Diagramas Stiff ..................................................... 64 4.2.5 Análisis Gráfico: Diagramas Araña para Aguas Superficiales. ........ 69
4.2.5.1 Río Grande......................................................................... 69 4.2.5.2 Río Hurtado ........................................................................ 70 4.2.5.3 Estero El Ingenio ................................................................ 70 4.2.5.4 Río Limarí........................................................................... 71 4.2.5.5 Estero Punitaqui ................................................................. 72
4.2.6 Relaciones concentración–profundidad para aguas subterráneas. . 74 4.2.7 Estimación de la Tasa de Recarga en aguas subterráneas. ........... 78
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“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí: Análisis Integrado”
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4.3 Isótopos......................................................................................................... 80 4.3.1 Análisis Preliminar General ............................................................. 80 4.3.2 Análisis Especiales .......................................................................... 86
4.3.2.1 Razón δ2H/ δ18O ................................................................ 86
4.3.2.2 Relaciones Valor- Altura, aguas superficiales ................ 87
4.3.2.3 Relaciones Valor- Profundidad, aguas subterráneas ..... 89 4.4 Análisis Químico – Isotópico ......................................................................... 96
4.4.1 Análisis Gráfico Simple, variación espacial. .................................... 96 4.4.2 Análisis Isotopía Radioactiva ......................................................... 105 4.4.3 Sulfato ........................................................................................... 107
4.5 Análisis Multivariado ................................................................................... 113 4.5.1 Análisis Clúster .............................................................................. 113 4.5.2 Análisis de Componentes Principales............................................ 123
5 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 126 REFERENCIAS ........................................................................................................... 128 ANEXO A .................................................................................................................... 131 BASE DE DATOS ....................................................................................................... 131 ANEXO B .................................................................................................................... 136 ANEXO C .................................................................................................................... 140 ANEXO D .................................................................................................................... 142 ANEXO E .................................................................................................................... 143
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RESUMEN
El presente trabajo muestra un análisis hidroquímico e isotópico de las aguas
superficiales y subterráneas de la cuenca hidrográfica del Río Limarí, con la finalidad de
establecer el grado de interacción entre éstas. El estudio, enmarcado en el Proyecto
CHI-8029 “Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas
para el Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de
Chile” financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica y coordinado por el
Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena, incluyó dos
muestreos, realizados respectivamente en Abril y Noviembre del 2010, analizándose en
esta memoria el último de ellos. De manera adicional se realiza una comparación con el
análisis generado en base a la primera campaña y discutido en la Memoria de Título de
Jofré (2011).
La concordancia de los resultados obtenidos tanto en aguas superficiales como en
aguas subterráneas indica que existe interacción entre ambas en todas las subcuencas
del Limarí con un fuerte control de los embalses y procesos de evaporación asociados.
En el caso de Rinconada de Punitaqui los resultados indicarían que el origen y recarga
de las aguas de vertientes se debe a la precipitación local. Lo anterior confirma la gran
utilidad del uso simultáneo de herramientas químicas, isotópicas y del análisis
multivariado para establecer cierto grado de interacción.
Los resultados actuales confirman lo observado en el análisis de la campaña anterior,
realizado por Jofré (2011), presentando en algunos casos sólo pequeñas diferencias.
Además los resultados obtenidos indican que existe una clara influencia de la actividad
minera en el Estero El Ingenio, especialmente en las concentraciones de SO4, esto
sumado al aporte que generan los procesos hidrotermales y a las terrazas marinas que
conforman el área de estudio. También destacan el efecto de los embalses sobre las
señales isotópicas de las aguas de los Ríos Grande, Hurtado y Limarí, y la influencia de
la cercanía a la costa sobre el Estero Punitaqui y Rinconada de Punitaqui.
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ABSTRACT
The current work presents a hydrochemical and isotopic analysis of surface water and
groundwater at the Limarí river hydrographic basin, in order to establish the degree of
interaction between them. The study, framed in the CHI 8029 Project "Implementation
and Evaluation of Isotopic and Hydrogeochemical Techniques for Sustainable
Management of Water Resources in Arid Watersheds of North Chile" funded by the
International Atomic Energy Agency and coordinated by the Department of Mining
Engineering University of La Serena, included two sampling, made in April and
November respectively 2010, and being analyzed at this time the last one. Additionally,
a comparison is realized with the generated analysis based on the first campaign and
discussed in the graduation work of Jofré (2011).
The concordance of the results obtained in both surface water and ground water
indicates that there is interaction between them in all the sub basins of Limarí river with
tight control of the reservoirs and evaporation processes associated. In the case of
Rinconada de Punitaqui the results indicate that the origin and recharge of the water
catchment is due to local rainfall. This confirms the usefulness of the simultaneous use
of chemical tools, isotopic and multivariate analysis to establish the degree of
interaction.
The current results confirm the observations in the analysis of the previous season by
Jofré (2011), presenting in some cases only differences minor.
Also the results indicate a clear influence of mining activity in the Estero El Ingenio,
especially in the concentrations of SO4, this added to the contribution generated by
hydrothermal processes and the marine terraces that comprise the study area. It stands
out too the dam effect on rivers Grande, Limarí and Hurtado over the waters isotopic
signature, and the influence of the proximity to the coastline on the estuary of Punitaqui
and Rinconada de Punitaqui.
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1 INTRODUCCIÓN
La gestión de los recursos hídricos es foco de un interés creciente debido a su actual
escasez en nuestro país, tanto en aspectos de cantidad como de calidad. En el caso de
la Región de Coquimbo, este tema adquiere gran importancia, debido a que se trata de
una zona con características climáticas de tipo árida a semiárida. Especial relevancia
adquiere este tema en la Cuenca del río Limarí, la cual ha sido declarada agotada el
año 2005 en términos de sus recursos hídricos superficiales. Esto significa que no se
pueden otorgar nuevos derechos de aguas superficiales (Álvarez y Oyarzún, 2006).
Esta situación sumada a la creciente demanda de recursos hídricos en la zona
relacionada con el aumento de superficie destinada a la actividad agrícola, ha llevado a
la preocupación por parte de las autoridades y de los usuarios, especialmente en lo que
se refiere a la presión por el uso de aguas subterráneas.
Es importante mencionar que en la cuenca del río Limarí existe escasa información
acerca del grado de interacción entre los cursos de agua superficiales y los cuerpos de
agua subterránea (DGA, 2008). Conocer tal relación cobra gran importancia ya que
permite establecer si la disponibilidad de uno se ve afectado por efecto de la extracción
del otro, trayendo como consecuencia el uso ineficiente y poco sustentable del agua.
En este contexto, el presente estudio pretende realizar un análisis comparativo e
integrador de las dos campañas de obtención de datos que componen el estudio de la
caracterización hidroquímica e isotópica de la Cuenca del Limarí, específicamente
aguas abajo de la ubicación de los Embalses La Paloma y Recoleta. Se utilizará en esta
oportunidad información química e isotópica y se aplicarán metodologías de análisis
multivariado a los datos obtenidos a partir de la segunda campaña de muestreo
(Noviembre 2010) para posteriormente realizar un análisis integrado con los resultados
obtenidos por Jofré a partir de la primera campaña (Abril 2010).
Cabe mencionar que el desarrollo de esta memoria se enmarca dentro del proyecto
“Implementación y Evaluación de Técnicas Isotópicas e Hidrogeoquímicas para el
Manejo Sustentable de Recursos Hídricos en Cuencas Áridas del Norte de Chile (CHI -
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“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí: Análisis Integrado”
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8029)”, financiado por la Agencia Internacional de Energía Atómica, y en el que
participan el Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena
(coordinador), el Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental de la PUC, y la
Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN).
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“Caracterización de la interacción agua superficial/agua subterránea en la parte baja de la Cuenca del Río Limarí: Análisis Integrado”
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2 OBJETIVOS
Objetivo General
Estimar el grado de interacción de aguas superficiales – aguas subterráneas poco
profundas en la parte baja de la Cuenca del Limarí mediante el uso de información
hidroquímica e isotópica.
Objetivos Específicos
Analizar el comportamiento de los parámetros químicos del agua superficial y
subterránea de las muestras obtenidas durante la segunda campaña.
Analizar el comportamiento de los parámetros isotópicos de las muestras
obtenidas durante la segunda campaña.
Integrar la información química e isotópica para la caracterización de la
interacción agua superficial – agua subterránea de las muestras obtenidas
durante la segunda campaña.
Utilizar herramientas isotópicas para determinar el origen de los sulfatos
presentes en las aguas de la zona de estudio.
Realizar un análisis comparativo e integrador de la información química e
isotópica obtenida de las dos campañas de muestreo realizadas, con la finalidad
de realizar una completa caracterización de la interacción agua superficial – agua
subterránea.
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3 MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 Área de Estudio
La cuenca hidrográfica del río Limarí está ubicada en la Región de Coquimbo, y se sitúa
entre los valles de los ríos Elqui por el norte y Choapa por el sur. Se extiende
aproximadamente entre los 30°15’ y 31°20’ de latitud sur y entre las longitudes 71º30´ y
70º15´ Oeste, abarcando una superficie aproximada de 11.800 km2.
El área de estudio considerada en esta memoria corresponde a parte de la cuenca
hidrográfica del río Limarí, específicamente desde aguas abajo de los Embalses La
Paloma y Recoleta, hasta aproximadamente la localidad de Barraza (Figura 1).
3.1.1 Clima
La topografía accidentada de esta región favorece la conformación de varios
microclimas, por lo cual podemos distinguir allí tres tipos climáticos: semiárido con
nublados abundantes, a lo largo de la costa, semiárido templado con lluvias invernales,
en el valle del Río Limarí y semiárido frío con lluvias invernales, en la Cordillera de Los
Andes sobre los 3.000 m. de altitud.
En términos generales esta cuenca se encuentra bajo la influencia de un bioclima con
escasez de precipitaciones y durante nueve meses del año presenta déficit hídrico. La
estación agroclimática de Ovalle registra una temperatura media anual de 16,6°C, con
una mínima de 9,4°C y una máxima de 23,8°C. La precipitación media anual es de 10,5
mm y el total de agua caída por año alcanza a 125,7 mm. La tasa de
evapotranspiración total anual para la Cuenca del Río Limarí alcanza aproximadamente
1.600 mm (Gutiérrez, 2007).
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Figura 1: Mapa de ubicación Provincia del Limarí, donde se destaca el área de estudio.
(Fuente: Página web Gobernación Provincial del Limarí)
3.1.2 Hidrografía
El río Limarí se forma por la unión de los ríos Grande y Hurtado, aproximadamente 4
km, aguas arriba de la ciudad de Ovalle. El río Hurtado no tiene afluentes de
importancia y constituye el único y gran dren de la parte norte de la cuenca del Limarí.
En su curso inferior está emplazado el embalse Recoleta, con capacidad útil de 100
millones de m3 (Mm3). El río Grande recibe una serie de afluentes de importancia, entre
los cuales cabe mencionar el río Rapel, el río Mostazal y el río Huatulame, éste último
regulado por el embalse Cogotí de 150 Mm3 de capacidad. En la confluencia del río
Huatulame con el río Grande se encuentra el embalse La Paloma, con un volumen de
regulación de 750 Mm3. Entre la ciudad de Ovalle y su desembocadura, el río Limarí
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recibe dos afluentes principales. Ellos son los esteros Ingenio por el norte y Punitaqui
por el sur (DGA, 2004).
3.1.3 Geomorfología
La cuenca del Río Limarí, completa, cubre un área de 11.760 km2 y se desarrolla como
un sistema Andino-Costero, caracterizado por una compleja orografía que vincula la
Cordillera de los Andes, Depresión Intermedia y Cordillera de la Costa, identificándose
en ellas las unidades: planicies litorales, valles fluviales exorreicos o valles
transversales, con una clara orientación Este-Oeste, y los pisos altitudinales andinos
(Gutiérrez, 2007).
Los valles fluviales, sitio de interés del presente estudio, poseen su forma debido a la
actividad de las aguas corrientes, con alturas que no superan los 300 m. en su curso
inferior. Estos valles fluviales se caracterizan por tener en sus cursos medio e inferior
un completo sistema de terrazas que corresponden a las superficies de sedimentación
marina y se relacionan con los cambios sufridos por el nivel del mar durante el
cuaternario (Baldessari, 2007).
3.1.4 Geología e Hidrogeología
Se distinguen dos grandes grupos litológicos/geológicos: rocas consolidadas y rocas no
consolidadas. Dentro de lo que se puede mencionar acerca de las rocas consolidadas,
es que presentan permeabilidad preferentemente secundaria, esto quiere decir que la
infiltración del agua se produce a través de fracturas presentes en el macizo rocoso.
Sobre las rocas no consolidadas se puede señalar que corresponden a unidades
sedimentarias de baja compactación depositadas entre el Mioceno Superior y el
Holoceno, las cuales corresponden a depósitos fluviales actuales, depósitos fluviales de
terraza, depósitos aluviales de terraza, depósitos de conos aluviales, depósitos
coluviales, escombros de falda y depósitos lacustres (Anacona, 2010).
En relación a la hidrogeología, en esta cuenca destacan claramente tres escurrimientos:
(a) uno en dirección suroeste que escurre paralelo al Río Hurtado con profundidades
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freáticas que van de los 2 a 3,6 m, hasta las cercanías de la localidad de Ovalle; (b) en
dirección noroeste (por un lecho de rocas sedimentario-volcánicas del Cretácico
Terciario mixto y Plutónicas del Terciario) escurre un acuífero paralelo al Río Grande
hasta la confluencia con el Río Hurtado en Ovalle; (c) en dirección sur-norte escurre el
último acuífero paralelo al Río Combarbalá hasta el embalse La Paloma por un lecho de
rocas impermeables constituido de rocas sedimento-volcánicas; (d) desde la
confluencia del Limarí con el Hurtado, a la altura de Ovalle, hasta la desembocadura el
acuífero escurre en dirección suroeste por un lecho de depósitos no consolidados y
rellenos hasta el sector de Barraza, lugar donde atraviesa un lecho de rocas plutónicas
del Jurásico hasta la desembocadura al mar.
La figura 2 representa las características hidrogeológicas generales de la cuenca del río
Limarí.
Figura 2: Características Hidrogeológicas de la Cuenca del Río Limarí (Escala 1:1.000.000) (DGA, 2004)
(a)
(b)
(c)
(d)
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Dentro de los acuíferos del área de estudio, el existente en la zona del estero Punitaqui
es el que cuenta con mayor volumen de acumulación (Gutiérrez, 2007).
3.1.5 Actividades Económicas
Existen principalmente tres actividades económicas que se desarrollan principalmente
en la Provincia, estas son la agricultura, la ganadería y en menor proporción la minería.
El sistema hidrográfico formado por el río Limarí y sus afluentes es el más importante
del norte chico desde el punto de vista de la agricultura, ya que con sus aguas se riegan
más de 70.000 ha. Debido a su disponibilidad de suelos y agua para riego, cuenta con
una amplia diversidad de cultivos. Entre ellos una importante superficie de viñas,
orientada principalmente a la elaboración de pisco y para uva de mesa.
En este valle se presentan importantes superficies de praderas bajo riego,
específicamente establecidas en las terrazas altas, que permiten la existencia de
ganadería mayor (Gutierrez, 2007).
En cuanto a la actividad minera en la cuenca del Limarí, ésta se encuentra orientada
hacia el cobre o cobre-oro y es ejecutada por las compañías Tamaya y Los Mantos de
Punitaqui. Cabe señalar que la producción minera actual de la Provincia es reducida y
corresponde a en su mayoría a operaciones de pequeña minería o "pirquenes", además
de las compañías nombradas anteriormente (Jofré, 2011).
La Compañía Minera Tamaya, actualmente Altos de Punitaqui (G. Ríos, entrevista
personal, 24 de Mayo de 2012) opera en Los Mantos de Punitaqui (cobre, oro y
mercurio) y en localidades cercanas (Potrerillos, en el camino Ovalle-Punitaqui),
produce aproximadamente 1.000 ton/día de minerales de cobre-oro. Explotaciones
menores son Los Pingos, en la zona cordillerana (Ramadas de Tulahuén), que procesa
unas 300 ton /día, y El Reloj (cerca de Punitaqui), que producen aproximadamente 100
ton/día de mineral cobre-oro. Por último, la antigua Planta Ovalle de la Compañía
Minera Panulcillo, filial ENAMI, situada en el margen occidental del Estero El Ingenio, 5
km al norte de la ciudad de Ovalle, desempeñaba un rol esencial en el procesamiento
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de minerales extraídos por pequeños mineros y pirquineros. Se procesaban
aproximadamente 300 ton/día de cada tipo de mineral, tanto oxidados como sulfurados,
(Gutiérrez, 2007). Es importante señalar que debido al hecho de que las piscinas de
evaporación de aguas de descarte no contaban con revestimiento, los líquidos de los
procesos de lixiviación-cementación con altos contenidos de Fe, Cu, Zn y otros metales
se han ido infiltrando, contaminando las aguas del Estero El Ingenio (Rojas et al., 2006;
Baldessari, 2007).
3.2 Campaña de Obtención de Datos
El presente estudio utilizó información (resultados químicos e isotópicos) de las
muestras tomadas durante la segunda campaña, tanto en agua superficial como en
agua subterránea, de las dos consideradas dentro del proyecto CHI-8029. Esta
segunda campaña fue realizada en Noviembre de 2010, en régimen primaveral.
En ambos muestreos, los puntos tomados fueron los mismos con la finalidad de
comparar, analizar, y así establecer relaciones entre ellos.
En la Tabla 1, se muestra la distribución de las muestras para cada una de las
campañas, según el componente hidrológico considerado.
Tabla 1: Número de muestras
Abril 2010 Noviembre 2010
Agua Superficial 15 15
Agua Subterránea 16 16
La Tabla 2 presenta los puntos de muestreo, cada uno con su identificación y ubicación
geográfica. La primera columna muestra la nomenclatura a utilizar como identificación
para cada uno de los puntos de muestreo en este estudio, para efectos de análisis y
discusión de resultados; en la segunda columna aparece el nombre del sitio de
muestreo; la ubicación geográfica de cada punto, expresadas en coordenadas UTM
(Norte y Este), aparecen en las columnas tercera y cuarta, y la quinta columna muestra
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la altura en la cual se encuentra cada uno. Las coordenadas y alturas fueron tomadas
con un GPS Garmin e-trex.
De las muestras de aguas subterráneas, 12 (75%) corresponden a pozos de agua
potable rural (APR) existentes en la zona de estudio. De las otras cuatro muestras, una
corresponde al pozo de extracción de la empresa de abastecimiento de agua potable,
Aguas del Valle, en la ciudad de Ovalle, y los otros tres a aguas de vertientes ubicadas
en el sector de Rinconada de Punitaqui.
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Tabla 2: Identificación de los puntos de muestreo.
Punto Nombre Norte
UTM (m) Este
UTM (m) Altura msnm
G1 Río Grande (aguas abajo Embalse La Paloma) 6602373 304892 317
G2 Río Grande en El Guindo 6606953 298204 269
G3 APR El Guindo 6607296 298327 281
H1 Embalse Recoleta 6617065 293553 255
E1 APR Estación Recoleta 6623568 293943 301
H2 Río Hurtado en Villaseca 6617065 293553 256
H3 APR Villaseca 6617489 293742 288
E2 Estero El Ingenio en Lagunillas 6619063 292035 272
E3 Estero El Ingenio en Cruce Talhuén 6616189 289738 244
E4 Estero El Ingenio en Badén El Ingenio 6608944 281502 161
E5 Estero El Ingenio en Cruce El Trapiche 6608986 276838 120
E6 APR El Trapiche 66009065 276941 118
L1 Río Limarí en Los Peñones 6613516 291866 207
L2 Aguas del Valle (Ovalle) 6613456 291745 219
L3 Río Limarí en La Chimba 6609881 287019 186
L4 APR Limarí 6607686 280634 156
L5 Río Limarí en Cruce San Julián con El Trapiche 6608648 276749 119
L6 APR San Julián 6608112 275648 127
L7 Río Limarí en Cruce Los Aromos 6609058 269787 89
L8 APR Cerrillos Tamaya 6610044 268730 83
P4 APR Los Nogales 6597674 275065 236
P1 APR Graneros 6593756 281261 187
L9 Río Limarí en Barraza 6609058 269787 37
L10 APR Barraza 6605801 261532 46
P8 Vertiente, Rinconada Punitaqui 6581877 273804 567
P9 Vertiente, Rinconada Punitaqui 6583492 273222 530
P7 Vertiente, Rinconada Punitaqui 6581682 274950 432
P2 Estero Punitaqui en Camarico 6594347 273207 128
P3 APR Camarico Chico 6594114 272884 106
P5 Estero Punitaqui en Chalinga 6595884 270212 108
P6 APR Chalinga 6595671 270083 120
Las muestras de aguas superficiales fueron tomadas en los ríos de la cuenca,
procurando que los puntos de muestreo estuvieran cercanos a los de agua subterránea
(APR), para así lograr mantener uno de los objetivos de este trabajo, el de evaluar la
posible existencia de algún grado de interacción entre aguas superficiales y
subterráneas.
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La Figura 3 muestra los sitios de muestreo, tanto de agua superficial como de agua
subterránea, en el área de estudio
Figura 3: Ubicación de sitios de muestreo de agua superficial y subterránea.
Las muestras para el análisis químico fueron colectadas en botellas plásticas de 1 litro.
Para cada punto de muestreo, se tomaron 3 muestras, una para el análisis de iones
mayores, otra para el análisis de metales pesados, siendo ésta conservada con 1 - 2
mL de ácido nítrico (concentración 65%) al momento de colectar la muestra, para tener
una correcta preservación, y una tercera para el análisis de isótopos de sulfato.
Las muestras para isótopos estables fueron colectadas en botellas plásticas de
polipropileno, de 125 mL, tomándose dos muestras en cada punto (en duplicado por
precaución). Para evitar la evaporación y el fraccionamiento isotópico de las muestras,
éstas fueron llenadas completamente y selladas con una lámina plástica (tipo parafilm)
Panulcillo
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Después de la obtención de las muestras, éstas se almacenaron en terreno en hieleras,
y fueron mantenidas a una temperatura aproximada de 5ºC durante su transporte al
laboratorio. Luego, las muestras tanto de análisis químico y de isótopos estables, fueron
mantenidas aproximadamente a 4ºC, en el Laboratorio de Medio Ambiente del
Departamento de Minas de la Universidad de La Serena, hasta su posterior envío y
análisis en la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), ubicada en la ciudad de
Santiago.
Para la medición de isótopos radioactivos, específicamente Radón 222, se tomaron
igualmente dos muestras en cada punto de muestreo. Las muestras fueron obtenidas
en recipientes de vidrio, de 250 mL y de 1000 mL respectivamente, llenadas
completamente bajo el agua (evitando el contacto con la atmósfera), cerradas en forma
hermética, y conducidas al Laboratorio de Análisis Ambiental del Departamento
Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena.
Por último, los parámetros de pH, temperatura, conductividad eléctrica (CE) y oxígeno
disuelto (OD), fueron determinados en terreno, utilizando una sonda multiparámetros
portátil, marca Hanna, modelo HI 9828. Para una mejor precisión en la obtención de los
valores de estos parámetros, se utilizaron en forma complementaria papeles
indicadores de pH, marca Merck (determinación cualitativa), y sondas independientes
para CE, pH y OD marca HACH, modelos C0150, SENSION 1 y SENSION 6
respectivamente.
Los análisis químicos se realizaron en el Laboratorio de Análisis Químico de la
Comisión Chilena de Energía Nuclear. En las muestras se analizaron las
concentraciones disueltas de cada parámetro. Los parámetros químicos analizados, así
como las metodologías utilizadas se presentan en la Tabla 3.
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Tabla 3: Metodología de Análisis.
Parámetro Límite de detección
(mg/L) Metodología
Calcio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Magnesio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Sodio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Potasio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Hierro 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Estroncio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Cloruro 0,1 Cromatografía líquida de alta
resolución (HPLC) STD.METHODS 20
ava edición parte 4110
Sulfato 0,05 Cromatografía líquida de alta
resolución (HPLC) STD.METHODS 20
ava edición parte 4110
N-Nitrato 0,25 Cromatografía líquida de alta
resolución (HPLC) STD.METHODS 20
ava edición parte 4110
Flúor 0,1 Potenciómetro Ion Analyzer
250 - Radiometer STD.METHODS 20
ava edición parte 4500
Aluminio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Boro 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Manganeso 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Plomo 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Zinc 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Fósforo 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Litio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
Silicio 0,1 Espectrometría de emisión STD.METHODS 20ava
edición parte 3120
La base de datos utilizada en este estudio para cada punto de muestreo, tanto la
información obtenida del laboratorio como la de terreno, está disponible en el Anexo A.
Se calculó el error de balance iónico de cargas, como medida de control de calidad de
la información, utilizando la expresión (Thyne et al, 2004):
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Al igual que en Jofré (2011) se realizó el balance iónico de cargas sólo con aquellos
parámetros químicos que presentaban mayores concentraciones a lo largo del área de
estudio. Estos fueron: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, HCO3-, Cl-, SO4
-2 y N-NO3-. Este balance se
realizó para todos los puntos de muestreo, sin diferenciar entre aguas superficiales y
subterráneas.
3.3 Análisis Isotópico
3.3.1 Deuterio y Oxígeno 18
Los isótopos estables deuterio y oxígeno 18 se analizaron en el Laboratorio de Isótopos
Ambientales de la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN). Los resultados
están expresados en desviaciones por mil (positivas o negativas) con respecto a un
estándar. El estándar utilizado por la CCHEN es el V-SMOW, (Viena Standard Mean
Ocean Water) cuya razón isotópica de 18O y 2H es cercana al promedio de la razón
isotópica del agua de los océanos y se toma como valor referencial igual a cero.
18O / 16O SMOW = 0 2H / 1H SMOW = 0
La unidad de concentración isotópica, es el delta por mil, se describe como δ‰, y se
define según la siguiente expresión:
=Razón isotópica media de la muestra
=Razón isotópica media de la referencia (Carvajal, 2009)
La incerteza de las mediciones fue de 1‰ para el Deuterio y 0,05 ‰ para el Oxígeno
18.
Respecto a la línea meteórica, este estudio utilizó una línea meteórica local
determinada en Jofré (2011) con los valores isotópicos de las precipitaciones del año
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2009 y 2010. Esto se obtuvo a partir de tres estaciones de colección de precipitación
cuya información se observa en la tabla 5.
Es importante mencionar que 18O y 2H se correlacionan a una escala global a través de
la relación: δ2H = 8 δ18O + 10, denominada línea meteórica mundial o GMWL (Global
Meteoric Water Line). Esta línea sirve como un punto de referencia en relación con las
aguas regionales y/o locales, para compararlas y así interpretar su composición
isotópica (Brodie et al., 2007). La GMWL también fue considerada en los análisis
gráficos de la información obtenida.
3.3.2 Radón 222
El análisis del radioisótopo Radón 222, se realizó en el marco de la memoria de título
de Jofré (2011) en el Laboratorio Ambiental del Departamento Ingeniería de Minas de la
Universidad de la Serena, en base a las muestras de agua superficiales y subterráneas
obtenidas en la segunda campaña de muestreo. Así, sólo una interpretación
complementaria de los resultados disponibles es llevada a cabo en esta memoria.
3.3.3 Sulfato
Para el análisis de los isotopos 34S y 18O a partir del sulfato, se realizó en primer lugar
un ajuste de pH (aproximadamente a 5) a cada una de las muestras previamente
filtradas (0.45 μm), mediante la adición de HNO3, con la finalidad de eliminar los
carbonatos y bicarbonatos presentes. Posteriormente el sulfato es precipitado como
BaSO4 adicionando a las muestras una solución de BaCl2, en cantidades de acuerdo a
la tabla 4 y considerando la cantidad de sulfato determinada en las muestras. Una vez
obtenido el precipitado se retiró una parte del sobrenadante. Este procedimiento fue
realizado en el Laboratorio de Análisis Ambiental del Departamento Ingeniería de Minas
de la Universidad de La Serena.
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Tabla 4: Cantidad de BaCl2 en relación a la cantidad de sulfato de las muestras
Sulfato mg/L
Volumen de muestra
BaCl2*2H2O
10 2 L ~ 100 mg 50 500 mL ~ 150 mg 100 250 mL ~ 150 mg 200 100 mL ~ 100 mg
Posteriormente las muestras fueron enviadas para su análisis al Laboratorio de
Isótopos Ambientales de la Universidad de Waterloo, Canadá. Para el análisis de 34S, el
BaSO4 purificado fue pesado y luego combustionado a 1000ºC junto con Nb2O5 para
producir SO2, el cual fue conducido en una corriente de helio hasta el espectrómetro de
masa IsoChrom-IRMS donde este es analizado para 34S, con un error analítico de
0.3‰ (Morrison, et al., 1996). En el caso del 18O, el BaSO4 pesado fue combustionado
en un horno de pirólisis HEKAtech a 1350ºC para producir CO el cual fue conducido en
una corriente de helio hacia un espectrómetro de masa GVI IsoPrime-IRMS, con un
error analítico de 0.5‰ (Morrison, 1997).
3.3.4 Análisis preliminar de Recarga
Se utilizó la concentración de cloruro (Cl-) obtenida de los puntos de muestreo de agua
subterránea, para calcular la tasa de recarga de la Cuenca del Limarí. Esto se realizó
usando el método de balance de masa de cloruro.
Los métodos para el cálculo de recarga de acuíferos en zonas áridas y semiáridas que
utilizan trazadores ambientales, tales como el cloruro, resultan ser más satisfactorios,
ofrecen una fiabilidad relativa alta y un coste relativo bajo, además de ser una técnica
simple (Ruiz, 2003; Gee et al., 2005). En efecto, el cloruro es un buen trazador
ambiental ya que se encuentra naturalmente en la atmósfera (evaporación de los
océanos), es altamente soluble, no se adsorbe, es químicamente conservativo y
fácilmente medible. Se puede depositar en forma seca o húmeda, disuelto en el agua
de la lluvia. También, como la mayoría de las plantas no adsorben cloro, se concentra
en el suelo, como consecuencia de la evaporación. Una menor concentración de cloruro
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en las aguas de un acuífero, indican que hay una mayor recarga de agua en el suelo
por efecto de las precipitaciones (Ruiz, 2003; Zagana et al., 2007).
Para el cálculo de la tasa de recarga, se utilizó la siguiente fórmula, con el supuesto de
que todo contenido de cloro en un acuífero deriva de aportes de las precipitaciones
(Zagana et al., 2007):
R= Pv*(Clluvia/Cagua subterránea)
R: Tasa de recarga (mm/año)
Pv: Volumen de precipitaciones (mm)
Clluvia: Concentración de cloruro en lluvia (mg/L)
Cagua subterránea: Concentración de cloruro en aguas subterráneas (mg/L)
Respecto a la información de las precipitaciones (agua caída en meses del 2010) ésta
fue obtenida de Jofré 2011. Los datos de las concentraciones de cloruro fueron
obtenidas de las muestras tomadas de los colectores de aguas lluvias ubicados en tres
localidades en la cuenca: Tulahuén, La Paloma y retén de Carabineros del sector de
Cerrillos de Tamaya (carretera) (ubicación de cada estación en Tabla 5). Cabe señalar
que para el cálculo de la tasa de recarga de cloruro en la zona de estudio, sólo se
utilizaron los datos de dos de las tres estaciones recolectadas: La Paloma y Carretera.
Los datos de La Paloma se utilizaron para el cálculo de tasa de recarga junto con los
puntos APR El Guindo (G3), APR Villaseca (H3) y APR Estación Recoleta (E1). Los
datos de Carretera se utilizaron en los siguientes puntos: APR Cerrillos de Tamaya (L8)
y APR Barraza (L10). En el resto de los puntos de muestreo se utilizó el promedio entre
las precipitaciones de La Paloma y Carretera.
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Tabla 5: Ubicación de estaciones de muestreo de aguas lluvias.
Estación
Norte
UTM
Este
UTM
Altura
msnm
Tulahuén 6572954 331025 987
La Paloma 6602501 304970 335
Carretera 6614319 260800 214
3.4 Análisis de la Información
3.4.1 Métodos Gráficos
Los métodos gráficos simples fueron utilizados para establecer la variación espacial de
las concentraciones, tanto para aguas superficiales como para aguas subterráneas
(según componente hidrológico), además de relaciones entre las variables. Los análisis
gráficos se realizaron para parámetros individuales, subconjuntos de parámetros y para
razones entre ciertas variables seleccionadas. Los gráficos se realizaron utilizando los
programas Excel (Microsoft Office 2007) y AqQa versión 1.1.1 2006 (Rockware Inc.).
Complementariamente, para un mejor análisis e interpretación de los datos, se
realizaron diagramas “araña” basados en las concentraciones medias mundiales para
ciertos parámetros medidos en aguas superficiales. Los parámetros con sus respectivos
valores de referencia se muestran en la Tabla 6.
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Tabla 6: Concentraciones medias mundiales.
Parámetro Concentración media mg/L
Cationes y Aniones Mayores
Ca 17,6
Mg 3,9
Na 6,7
K 2,2
HCO3 47
NO3 1
SO4 11,5
Cl
Elementos en Trazas
B 0,02
Fuente: Elaboración a partir de; Allégre et al. 1973; Levinson, 1974.
3.4.2 Métodos Estadísticos
3.4.2.1 Métodos Estadísticos Simples
Se realizó un análisis estadístico descriptivo (media, mediana, desviación estándar,
máximo y mínimo), con la finalidad de explicar en forma general la distribución, rango y
comportamiento de los datos analizados. A la vez se realizó una comparación con los
valores obtenidos en igual procedimiento en la campaña anterior.
3.4.2.2 Métodos Estadísticos Multivariados
En primer lugar se realizó una selección de las variables a trabajar. Se corrigieron los
parámetros “censurados”, aquéllos con valores menores o iguales al límite de
detección, reemplazando éstos por el promedio entre cero y el valor del límite de
detección para cada parámetro.
Luego se seleccionaron los parámetros para el análisis multivariado, considerando sólo
aquellos cuyo porcentaje de valores censurados fuese menor a 30. Una vez obtenidos
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estos parámetros, se procedió a determinar la distribución estadística de cada uno de
ellos.
Para verificar los ajustes de cada parámetro seleccionado se realizó el test de
Anderson-Darling (A-D) utilizando el programa Minitab 16, ya que para asegurar una
correcta utilización de las técnicas multivariadas, los parámetros deben presentar una
distribución normal. Este análisis consiste en hacer una comparación entre los valores
de A-D y p-value arrojados en las curvas comparativas tanto para Normal y Lognormal.
Se utilizó un nivel de significancia α=0,05, con una hipótesis nula de no rechazar Ho
cuando el p-value tenga un valor mayor a 0,05. Para aquellos parámetros que no
seguían una distribución normal se aplicó una transformación logarítmica. En el Anexo
B, se muestra el análisis comparativo bajo el test de Anderson-Darling.
Las técnicas estadísticas multivariadas utilizadas en este estudio fueron el Análisis de
Clusters (Q-mode) y Análisis de Componentes Principales (PCA). Una herramienta muy
utilizada para analizar la química de las aguas es el método de análisis de clusters.
Este consiste en agrupar las muestras en clusters o conglomerados de similares
características y así poder establecer con éstos una coherencia espacial dentro de la
zona de estudio. En relación a Q-mode, esta técnica forma los clusters según la
variación entre las muestras, a diferencia de R-mode que lo hace según las fuentes de
variación en un set de parámetros (Thyne et al., 2004).
Para realizar el análisis de clusters se utilizó el software Minitab 16 (Minitab Inc.). Con la
finalidad de generar clusters más distintivos, se utilizó una combinación del método de
vinculación Ward y de distancia Euclidiana. En relación a la estandarización de los
datos, que centra los valores alrededor de media de cero y escalas de variabilidad de
cada parámetro a un similar rango, se calculan automáticamente durante el análisis
estadístico en Minitab 16 (Albrecht, 2007) (Las opciones seleccionables para que el
software estadístico realice los cálculos se muestran en el Anexo D).
La elección del número de clusters es subjetiva. En esta oportunidad se utilizaron dos
criterios, uno estadístico y otro arbitrario. Como criterio estadístico, se utilizó en este
caso el de Sneath: 2/3 Dmáx, siendo Dmáx la distancia máxima de separación, para
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definir los grupos principales. Posteriormente se usó un criterio arbitrario, para definir
los subgrupos de forma tal de definir grupos menores y analizar la coherencia
(significado) espacial de su distribución.
El Análisis de Componentes Principales es una técnica analítica multivariada que
consiste en reducir la variabilidad de un set de datos en menos variables que estén
compuestas por combinaciones lineales de las variables originales, y además serán
independientes entre sí (Albrecht, 2007). En este análisis, pocos factores explicarán
gran parte de la variabilidad total.
El número total de componentes generados indica el número total de posibles fuentes
de variación en los datos. Los componentes son clasificados en orden de mérito. Así, el
primer componente que tenga valor propio (eigenvalue) más alto, representa la más
importante fuente de variación de los datos. El último factor es el proceso menos
importante que contribuye a la variación química (Yidana et al., 2008).
Para el Análisis de Componentes Principales, al igual que en el análisis de clusters, se
utilizó el programa Minitab 16. La determinación de los componentes se realizó
utilizando el criterio de Kaiser, el que establece que serán retenidos aquellos
componentes principales con valores propios (o eigenvalue) mayores o iguales a 1.
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4 RESULTADOS Y DISCUSIONES
4.1 Grupo Final de Datos Analizados
Con respecto al error analítico de los análisis de laboratorio, y como se observa en la
Tabla 7, más del 95% de las muestras obtuvieron errores menores al ±10%. Sólo una
de las 31 muestras obtuvo un error levemente superior a ±10% (11.8%). En cuanto a
esta muestra, correspondiente al punto Vertiente Rinconada de Punitaqui (P8), no fue
eliminada puesto que presentó valores que fueron considerados de todas formas como
aceptables. Por lo tanto, se procedió a utilizar las 31 muestras en su totalidad para el
análisis del presente estudio.
De los resultados obtenidos, los cuales se presentan en la Tabla 8, se observa que los
porcentajes de datos censurados no variaron considerablemente para cada parámetro,
tanto en las muestras de agua superficial como para agua subterránea.
Finalmente y de acuerdo a la Tabla 8, los parámetros que se consideraron para la
realización de los análisis en esta memoria (análisis multivariado, gráficos, etc.) son:
Ca, Mg, K, Na, Cl, N-NO3, HCO3, SO4, F, Sr, B, Si, Dureza Total, pH, CE, OD, STD, 18O
y 2H.
Nota 1: El parámetro dureza total se determinó a partir de los resultados separados obtenidos para calcio
y magnesio, aplicando la formula: Dureza (mgCaCO3/L)= 2,497(mg Ca/L) + 4,118(mg Mg/L). (Fuente:
Laboratorio de análisis químico – Comisión Chilena de Energía Nuclear).
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Tabla 6: Errores analíticos para cada punto de muestreo.
Punto Sector % error
G1 Río Grande (A.Ab. Embalse La Paloma) + 5.8
G2 Río Grande en El Guindo + 5.4
G3 APR El Guindo + 4.2
H1 Embalse Recoleta + 6.3
H2 Río Hurtado en Villaseca + 4.8
H3 APR Villaseca + 5.5
E1 APR Estación Recoleta + 5.1
E2 Estero El Ingenio en Lagunillas + 2.9
E3 Estero El Ingenio en cruce Talhuén + 1.4
E4 Estero El Ingenio en Badén + 4.7
E5 Estero El Ingenio en cruce El Trapiche + 1.6
E6 APR El Trapiche + 2.8
L1 Río Limarí en Los Peñones + 4.3
L2 Aguas del Valle (Ovalle) + 5.0
L3 Río Limarí en La Chimba + 5.5
L4 APR Limarí + 4.6
L5 Río Limarí en cruce San Julián con El Trapiche + 3.4
L6 APR San Julián + 2.2
L7 Río Limarí en Cruce Los Aromos + 2.4
L8 APR Cerrillos Tamaya + 2.0
L9 Río Limarí en Barraza + 3.2
L10 APR Barraza + 2.8
P1 APR Graneros + 4.3
P2 Estero Punitaqui en Camarico + 3.4
P3 APR Camarico Chico + 4.3
P4 APR Los Nogales + 4.4
P5 Estero Punitaqui en Chalinga + 2.5
P6 APR Chalinga + 3.6
P7 Vertiente, Rinconada Punitaqui + 8.4
P8 Vertiente, Rinconada Punitaqui + 11.8
P9 Vertiente, Rinconada Punitaqui + 8.4
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Tabla 7: Porcentaje de datos censurados para los diferentes parámetros obtenidos del
total de análisis (muestras).
Parámetros A. Superficial % A. Subterránea %
Ca 0 0
Mg 0 0
Na 0 0
K 0 0
Fe 67 75
Sr 0 13
HCO3 0 0
Cl 0 0
SO4 0 0
PO4 67 50
N (NO3) 27 25
F 0 0
Al 93 100
B 0 19
Mn 73 94
Pb 100 94
As 93 100
Cd 100 100
Cu 100 100
Zn 93 100
P 67 50
Li 100 100
Si 0 0
Conductividad 0 0
Dureza Total 0 0
pH 0 0
STD 0 0
OD 0 0
δ‰ 2H 0 0
δ‰18O 0 0
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4.2 Hidroquímica
4.2.1 Análisis Estadístico Simple Descriptivo
En las Tablas 9 y 10 se presentan los estadísticos descriptivos obtenidos a partir de los
resultados del muestreo, para aguas superficiales y subterráneas respectivamente.
Los valores en rojo (en ambas tablas) corresponden a aquellos menores o iguales al
límite de detección, los cuales fueron reemplazados por el promedio entre cero y el
valor del límite para cada parámetro. Además se presentan razones de medias y
medianas con respecto a la primera campaña (analizada por Jofré, 2011).
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Tabla 9: Estadísticos descriptivos agua superficial, 2º muestreo (15 muestras).
Mínimo Máximo Media Mediana Desv.Est. Media Mediana
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 2/1 2/1
Ca 49,8 266,0 114,8 113,0 73,6 1,15 1,07
Mg 12,3 125,0 38,1 40,7 39,4 1,06 0,95
Na 21,3 322,0 94,0 114,0 117,5 1,01 0,97
K 1,9 7,5 3,6 3,1 2,1 0,86 0,01
Fe 0,10 0,2 0,1 0,1 0,0 1,00 1,00
Sr 0,24 1,3 0,6 0,5 0,4 1,16 0,85
HCO3 158,60 468,5 275,8 287,9 97,3 1,09 1,13
Cl 10,2 569,0 98,6 151,0 237,8 1,15 1,31
SO4 52,4 767,0 176,5 159,0 201,9 1,04 1,01
PO4 0,10 0,9 0,1 0,1 0,2 0,03 0,02
N (NO3) 0,13 8,5 0,6 0,6 2,1 0,48 0,43
F 0,07 1,0 0,2 0,2 0,2 1,01 1,02
Al 0,10 0,1 0,1 0,1 0,0 1,00 1,00
B 0,14 0,5 0,2 0,2 0,1 1,11 1,05
Mn 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 1,00 1,00
Pb 0,10 0,05 0,1 0,1 0,0 1,00 1,00
As 0,01 3,7 0,015 0,010 0,953 1,48 1,00
Zn 0,10 0,1 - - - - -
P 0,10 0,9 0,1 0,1 0,2 1,00 1,00
Li 0,10 0,10 - - - - -
Si 1,3 14,2 6,7 8,4 3,1 0,90 0,89
CE 363,67 2956,7 1105,6 1166,0 970,0 1,33 1,13
Dureza Total
175,00 1116,5 453,1 399,2 335,9 1,12 1,14
pH 7,5 9,3 8,5 8,7 0,6 1,07 1,10
TDS 170,0 1496,0 531,6 547,0 493,4 1,13 0,92
DO 5,3 11,5 7,2 6,4 2,1 0,88 0,71
δ2H (‰) -75,50 -42,6 -59,2 -61,2 8,3 0,99 1,01
δ18O (‰) -9,61 -5,3 -7,3 -7,5 1,0 0,99 1,01
Media y Mediana 2/1: corresponden a un parámetro que compara la media y mediana de la segunda
campaña con respecto a la primera.
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Tabla 10: Estadísticos descriptivos agua subterránea, 2º muestreo (16 muestras).
Mínimo Máximo Media Mediana Desv.Est. Media Mediana
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 2/1 2/1
Ca 32,0 281,0 99,5 107,0 70,4 1,13 1,12
Mg 17,7 126,0 39,2 38,1 31,3 1,09 1,04
K 1,9 8,5 3,8 3,9 2,0 1,10 1,16
Na 32,9 339,0 105,6 115,4 101,9 1,03 1,13
Cl 26,1 805,0 118,8 109,0 230,7 1,10 0,98
F 0,2 0,5 0,3 0,2 0,1 3,00 2,00
HCO3 190,0 492,0 308,2 314,0 89,9 1,07 1,13
Dureza Total
178,6 1220,5 422,8 366,1 291,0 1,11 1,12
PO4 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 0,04 0,04
N (NO3) 0,13 13,8 1,4 2,3 4,1 0,57 1,05
SO4 10,7 417,0 116,7 133,0 120,6 0,98 0,94
Al 0,10 0,10 - - - - -
B 0,10 0,3 0,2 0,2 0,1 1,11 0,95
As 0,01 0,01 - - - - -
Fe 0,10 2,6 0,1 0,1 0,7 1,00 1,00
Mn 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 1,00 1,00
Pb 0,10 0,8 0,1 0,1 0,2 1,00 1,00
Zn 0,10 0,10 - - - - -
P 0,10 0,3 0,1 0,1 0,1 1,00 1,00
Li 0,10 0,10 - - - - -
Sr 0,10 1,6 0,4 0,5 0,5 0,92 1,04
Si 8,70 23,4 12,6 12,0 4,3 1,01 1,06
pH 6,91 8,4 7,7 7,7 0,4 1,04 1,03
DO 2,63 7,0 5,2 6,1 1,4 1,14 1,12
CE 433,5 3548,5 1328,5 1522,3 997,4 1,37 1,48
TDS 204,0 1696,0 527,8 512,5 436,8 0,97 0,89
δ2H (‰) -74,7 -34,5 -53,3 -54,8 11,4 1,05 0,99
δ18O (‰) -9,52 -5,5 -7,0 -7,1 1,0 1,02 1,02
Media y Mediana 2/1: corresponden a un parámetro que compara la media y mediana de la segunda
campaña con respecto a la primera.
Comparando estos resultados, con los obtenidos por Jofré (2011) no se observan
diferencias considerables en los valores obtenidos, exceptuando los parámetros F, PO4
y N-NO3, tanto en las muestras de agua superficial como subterránea. En el caso del
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PO4 el presente estudio muestra valores menores a los exhibidos en la primera
campaña en aproximadamente 25 veces. De igual modo los valores de N-NO3
disminuyen en la presente campaña. Por el contrario, el F aumenta sus valores en el
presente análisis llegando a triplicar al estudio anterior en su media.
4.2.2 Análisis Gráfico: Variaciones Espaciales
Como parte del análisis de la información se presentan a continuación los resultados,
tanto de aguas superficiales como subterráneas, de la variación espacial de los
diferentes parámetros. Se incluyen en los gráficos, a modo referencial, los valores de
las normas chilenas NCh 1333 para riego y NCh 409 para agua potable, para el caso de
agua superficial y subterránea respectivamente (lo anterior considerando el principal
uso dado a cada componente).
4.2.2.1 Parámetros Generales
a) pH
La figura 4 (Paneles A y B) representan el comportamiento de esta variable. En el caso
de las muestras correspondientes a agua subterránea se observa que los puntos entre
el Embalse la Paloma (G1) y Río Limarí en La Chimba (L3), presentan valores un poco
más altos, sobrepasando levemente los valores estipulados en la NCh 409. El resto de
los valores correspondientes a agua superficial se encuentran dentro los límites
permisibles con características de neutras.
En el panel B, correspondiente a agua subterránea, se observa que si bien los valores
difieren unos de otros, se encuentran todos dentro del rango que admite la NCh 409 y
que la clasifican como neutra.
En comparación con los resultados obtenidos en el primer muestreo se puede señalar
que no existe una diferencia importante entre los resultados de una campaña y otra con
relación al parámetro pH.
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Figura 4: Panel A, variación espacial de pH en agua superficial; Panel B, variación espacial de pH en
agua subterránea; NCh 1333; NCh 409
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5Puntos
Un
idad
pH
Dirección del Flujo A
6,0
7,0
8,0
9,0
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
Un
idad
pH
Puntos
Dirección del Flujo B
-
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b) Conductividad Eléctrica
Como se observa en la figura 5, en aguas superficiales (Panel A), la conductividad
muestra valores similares a medida que se avanza en la cuenca, a excepción del Estero
El Ingenio, ya que en el punto El Ingenio en Badén (E4) se presenta el valor más alto.
De acuerdo a lo señalado en Jofré (2011) esto puede deberse a las piscinas de
evaporación presentes en Panulcillo, que infiltran agua (con niveles de salinidad
aumentados por efecto del proceso evaporativo) hacia el estero.
Respecto a aguas subterráneas (Panel B), se repite lo observado en Jofré (2011) donde
se señalaba que la conductividad comienza a aumentar en el punto de APR El Trapiche
(E6), aguas abajo de El Ingenio en Badén, y llega a su valor más alto en APR Cerrillos
de Tamaya (L8), punto ubicado luego de la confluencia del Río Limarí con el Estero El
Ingenio.
La cercanía geográfica existente entre los puntos nombrados como peaks, tanto en
aguas superficiales como subterráneas, podría ser un indicador de una posible
interacción entre éstos, lo cual se manifiesta en el análisis de ambas campañas de
muestreo.
-
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Figura 5: Conductividad eléctrica en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5
Dirección del Flujo
CE
uS/
cm
Puntos
A
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
CE
uS/
cm
Puntos
Dirección del Flujo B
-
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c) CE- pH:
Se presenta a continuación la relación entre pH y conductividad eléctrica para los
muestreos de aguas superficiales y subterráneas. Para el caso de las aguas
superficiales (Figura 6, panel A) se observa que, al igual que en Jofré (2011) la relación
pH y conductividad es inversa hasta el punto Río Limarí en La Chimba (L3). Cabe
destacar los puntos desde Badén El Ingenio (E4) hasta el Estero Punitaqui Camarico
(P2) donde los valores de conductividad son altos (valores > 2000 uS/cm) con respecto
a los valores de pH. Esto puede deberse a las concentraciones salinas naturales
encontradas al final de la cuenca, donde se ubican estos puntos.
En aguas subterráneas (Fig. 6, Panel B), se observa que hasta el APR San Julián (L6)
existe una relación inversa entre el pH y la conductividad, donde esta última aumenta
mientras la primera disminuye, esto porque al disminuir el pH aumenta la concentración
de iones en el agua.
En los puntos L8 y L10, hay un aumento en los niveles de conductividad. Esto podría
deberse a que las aguas infiltradas provienen del Estero el Ingenio, que son aguas con
alta conductividad.
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Figura 6: Variación de la conductividad eléctrica y pH en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel
B). EM Conductividad eléctrica; bj pH
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5
CE
uS/
cm
Un
idad
pH
A
6,5
6,7
6,9
7,1
7,3
7,5
7,7
7,9
8,1
8,3
8,5
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
CE
uS/
cm
Un
idad
pH
B
-
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4.2.2.2 Cationes Mayores
a) Ca-Mg-Na
En la figura 7 (paneles A y B), se observa que existe una relación directa entre los
niveles de Ca, Mg y Na, tanto en aguas superficiales como en aguas subterráneas. En
aguas superficiales las mayores concentraciones se agrupan en el área de muestreo
comprendida entre los puntos Estero El Ingenio después de Panulcillo (E3) y el Estero
Punitaqui en Chalinga (P5). En el caso de aguas subterráneas, las mayores
concentraciones se observan en los puntos correspondientes al APR El Guindo (G3) y
APR Estación Recoleta (E1).
Cabe destacar que los valores observados tanto para agua superficial como
subterráneas se comportan de manera similar y dentro de los mismos órdenes de
magnitud. A excepción de los puntos de agua subterráneas APR El Guindo (G3), APR
Villaseca (H3) y APR Estación Recoleta (E1), que presentan valores bastante
superiores a lo observado en la anterior campaña de muestreo, se puede señalar que el
comportamiento general es similar en ambos periodos.
-
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Figura 7: Calcio, magnesio y sodio en aguas superficiales (Panel A) y subterránea (Panel B).
# K Ca; a I Mg; % - Na. (Notar la escala logarítmica de la figura).
1
10
100
1000
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5
Ca
-M
g -
Na
mg/
L
Puntos
Dirección del Flujo
A
1
10
100
1000
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
Ca
-M
g -
Na
mg/
L
Puntos
B
-
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b) Razón Ca/Mg
La razón Ca/Mg en aguas superficiales (figura 8, panel A), muestra una gran variación
en los diferentes puntos de muestreo. En los puntos correspondientes al Embalse La
Paloma (H1) y Rio Hurtado en Villaseca (H2) las concentraciones del Ca son casi 6
veces las de Mg, mientras que en los puntos Limarí en Barraza (L9) y Estero Punitaqui
Camarico (P2) la razón se vuelve cercana a 0 (es decir, Mg>Ca). En Limarí la razón
Ca/Mg va disminuyendo a medida que se avanza en la dirección del flujo.
En aguas subterráneas, la razón fue mostrando el mismo comportamiento que las
aguas superficiales disminuyendo en la dirección del flujo (figura 8, panel B).
En relación a la campaña previa analizada en Jofré (2011) se puede señalar que no
existen diferencias considerables, sólo cabe destacar la disminución suave de la razón
en cuestión en los puntos de agua superficial Limarí en Barraza (L9) y Estero Punitaqui
Camarico (P2).
-
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Figura 8: Razón Ca/Mg en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).
0,0
2,0
4,0
6,0
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5
Dirección del Flujo
A
Ra
zón
Ca/
Mg
Puntos
0,0
2,0
4,0
6,0
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
Ra
zón
Ca/
Mg
Puntos
B
-
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c) Razón Ca/Na
La razón Ca/Na en aguas superficiales y subterráneas se comporta de la misma
manera que en el muestreo anterior.
En aguas superficiales (figura 9, panel A) se observa una disminución de la razón
Ca/Na en la dirección del flujo para los sectores de El Ingenio, Rio Hurtado y Limarí
hasta el Cruce San Julián con El Trapiche (L5). Sin embargo estos valores indican que
existe una predominancia de Ca por sobre los niveles de Na observados. Esta situación
varía desde (E4) en adelante, donde el elemento predominante es el Na.
En aguas subterráneas (figura 9, panel B), la razón no mostró gran variación a lo largo
de la cuenca, exceptuando el punto de muestreo correspondiente al APR Villaseca (H3)
en el cual se observa que el valor de Ca triplica al Na. Cabe señalar que las
concentraciones de Na fueron mayores que las de Ca en la mayoría de los sectores.
-
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Figura 9: Razón Ca/Na en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5Puntos
Ra
zón
Ca/
Na
A
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
Ra
zón
Ca/
Na
Puntos
B
-
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4.2.2.3 Aniones Mayores
a) SO4
Se observa en la figura 10, panel A que las concentraciones de SO4 en aguas
superficiales presentan valores bajo el límite permisible de la norma (NCh 1333) hasta
el punto del Estero El Ingenio después de Panulcillo (E3), donde al igual que en la
campaña anterior, se sobrepasa el valor normado. Tal como se señaló en Jofré (2011)
es posible que estos altos valores se deban a las infiltraciones provenientes de las
piscinas de evaporación de la compañía minera Panulcillo. Cabe señalar, que a medida
que se avanza aguas abajo, esta concentración va disminuyendo (aunque igualmente
se sobrepasa el límite permisible). En el Estero Punitaqui en Chalinga (P5) vuelve a
presentar un leve aumento, lo que puede atribuirse al aporte que generan la lixiviación
de las terrazas marinas que conforman esta área.
En aguas subterráneas, las concentraciones de todos los puntos de muestreo
estuvieron por debajo de los límites permisibles (figura 10, panel B). De todas formas se
observa un aumento de éstas desde los pozos ubicados en el estero El Ingenio (APR El
Trapiche, E6) hasta los pozos emplazados en el río Limarí (APR Cerrillos de Tamaya,
L8) relacionado directamente a lo mencionado en aguas superficiales. Destacan los
bajos valores encontrados en las vertientes del estero Punitaqui (P7, P8 y P9).
Considerando los elevados valores de sulfatos detectados en algunos sectores de la
cuenca, y a la preocupación que esto ha generado en asociaciones de regantes, es que
en forma particular en esta memoria se incluye un análisis de isótopos de sulfatos, el
que se presenta al final del trabajo, como una forma de precisar el origen de este anión
en las aguas superficiales y subterráneas en la cuenca de Limarí.
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Figura 10: Sulfato en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).
NCh 1333 NCh 409
0
200
400
600
800
1000
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5
Puntos
SO4
mg/
L
Dirección del FlujoA
0
200
400
600
800
1000
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
Puntos
SO4
mg/
L
Dirección del FlujoB
-
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b) Cl
No se observan diferencias en estos resultados con lo obtenido por Jofré (2011). Ante
esto, y con respecto al agua superficial, se puede señalar que las subcuencas del Río
Grande y Hurtado se presentan bajas concentraciones de Cl. En el Estero El Ingenio y
a medida que avanzamos hacia la costa se encontraron concentraciones mayores que
las de las subcuencas nombradas anteriormente, lo que puede deberse a los aportes
de Cl provenientes de neblinas con contenidos salinos de origen marino y también por
la presencia de terrazas marinas presentes al final de la cuenca.
La figura 11, panel B, muestra con respecto a las aguas subterráneas, altas
concentraciones de Cl en los pozos muestreados del Estero El Ingenio
coincidentemente con lo observado en aguas superficiales. Los puntos APR Cerrillos de
Tamaya (L8) y APR Barraza (L10), presentan altas concentraciones de cloruro, en
directa relación con lo mencionado en aguas superficiales para el final de la cuenca.
-
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Figura 11: Cloruro en agua superficial (Panel A) y subterránea (Panel B).
NCh 1333 NCh 409.
1
10
100
1000
G1 G2 H1 H2 L1 L3 L5 E2 E3 E4 E5 L7 L9 P2 P5
Puntos
Cl m
g/L
A
Dirección del Flujo
1
10
100
1000
G3 H3 L2 L4 L6 E1 E6 L8 L10 P1 P3 P4 P6 P7 P8 P9
Puntos
Cl m
g/L
B
-
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c) HCO3
Al igual que en la campaña de muestreo de otoño (Abril 2010), el bicarbonato en aguas
superficiales (Fig. 12, panel A) muestra concentraciones mayores a medida que se
avanza de acuerdo a la dirección del flujo, hasta el punto Estero El Ingenio en cruce
Talhuén (E3), donde las concentraciones bajan levemente. Esto podría atribuirse al
aporte de lixiviados provenientes de Panulcillo, que actúan acidificando levemente las
aguas. De todos modos es necesario indicar que si avanzamos, en la dirección del flujo,
los valores vuelven a subir.
A modo de observación cabe destacar que el punto de agua superficial ubicado en el
Embalse Recoleta (H1), muestra un valor menor de bicarbonato que en la campaña
anterior, casi la mitad (161 mg/L vs 356 mg/L respectivamente), lo cual es concordante
con la diferencia de pH observado en el punto que es mayor en la presente campaña
(7.7 vs 9.3). Esto se explica ya que, a medida que el pH aumenta en el agua, el
bicarbonato va disminuyendo y van apareciendo los carbonatos.
En aguas subterráneas (Fig. 12, panel B) se observa una situación similar a lo obtenido
en la campaña de muestreo anterior, es decir, las concentraciones de bicarbonato
aumentan a medida que avanzamos en la dirección del flujo hasta llegar a APR
Estación Recoleta (E1) donde desciende. En relación a los puntos del Estero Punitaqui,
se reafirma lo observado en Jofré (2011), ya que APR Graneros (P1) y APR Los
Nogales (P4) presentan valores muy diferentes, de acuerdo a lo allí señalado, por la
influencia de las aguas de regadío del embalse La Paloma sobre estas aguas.
-
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