Karien García^a, José  L. Arumí^a, Nicole Uslar^a, Jean P. Joublan^b, Pedro G. Toledo^c.

^aDepartamjento de Recursos Hídricos, Universidad de Concepción, Vicente Mendez 595, Chillán, Chile. Email: jarumi@udec.cl, http://orcid.org/0000-0002-8101-3510.

^bFinca TOULA-Portugal / Comité Noix du Périgord-Francia / Finca Las Cabezas-España / La Nocciola-Facma Italia / Mallinko SA-Chile / GTT Nogales Bio Bio-Chile, La Espuela 881, Chillán, Chile.

^cDepartamento de Ingeniería Química y Laboratorio de Superficies (ASIF), Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Correo 3, Concepción, Chile. Email: petoledo@udec.cl,

http://orcid.org/0000-0003-2863-7997.

Los resultados también muestran que la conductividad específica, el sulfato, el manganeso y la relación de absorción de sodio exceden la norma, aunque en menor grado. El pH cumple con el estándar en todas las cuencas. Se espera que los resultados llamen la atención sobre la calidad del agua en estas cuencas, que alerten a agricultores sobre la calidad del agua para riego y que motiven a tomadores de decisiones en general sobre la necesidad de un mejor cuidado y planificación de los recursos hídricos.

Usos del agua y criterios de calidad

Chile es un país privilegiado en cuanto a la disponibilidad de recursos hídricos de superficie porque cuenta con una de las mayores reservas de agua en los Campos de Hielo Sur en la zona austral. Su larga geografía incluye 1.251 ríos,  que fluyen desde 101 cuencas principales. Además, existen más de 15.000 lagos y lagunas de todas formas y tamaños que constituyen un invaluable activo medioambiental y turístico. En general, estos recursos hídricos contienen agua de buena calidad y son importantes reguladores de flujo en las cuencas (MOP, 2011). Los recursos hídricos en Chile se usan en agua potable, procesos industriales, generación de energía eléctrica, minería, agricultura y ganadería, entre otros. Considerando el uso total de agua, el consumo nacional alcanza 4.710 m³/s (Banco Mundial 2011). El mayor usuario de agua en Chile es el sector agrícola con un 73% del total nacional, que sirve para regar 1,1 millones de hectáreas entre las regiones IV y X (INE, 2007). De la fracción de agua restante se usa un 6% para fines domésticos, 9% para la minería y 12% para usos industriales (Banco Mundial 2011).

Respecto a la agricultura, se sabe que no solo la escasez de agua perjudica los cultivos sino también su composición (Oliver y Gregory, 2015). En el año 2005 la Universidad de Chile y el SAG emitieron el informe “Criterios de Calidad de Aguas o Efluentes Tratados para uso en Riego”, que describe los factores que impactan sobre los recursos hídricos, entre otros destaca el rápido crecimiento de la población, especialmente la urbana, que conlleva mayores requerimientos de agua potable y servicios de alcantarillado, y la expansión de la industria y la tecnificación de la agricultura, que no han sido acompañados de sistemas adecuados de tratamiento de desechos y control de la contaminación hídrica (UChile-SAG 2005).

El foco de este estudio es evaluar la calidad del agua para riego de tres cuencas de Chile de acuerdo a la normativa vigente, la cuenca del río Choapa, la cuenca del río Maipo y la cuenca del río Rapel, elegidas por su representatividad con respecto al desarrollo agrícola del centro de Chile.

AREAS DE ESTUDIO Y CRITERIOS DE CALIDAD DE AGUA

La Figura 1 muestra la ubicación geográfica de las tres cuencas de interés.

Cuenca del río Choapa: La cuenca del río Choapa se encuentra en la región de Coquimbo, en el Norte de Chile Central, entre las latitudes 31°10’ Sur y 32°15’ Sur aproximadamente cubriendo una superficie de 7.630 km² desde la cordillera de los Andes hasta el Óceano Pacífico (Parra et al., 2011). La litología de la cuenca alta y media del Choapa se compone de formaciones rocosas sedimento-volcánicas ricas en minerales de origen alumínico, como ortoclasa y plagioclasas asociadas con piroxenos.  La meteorización e intemperización de estos minerales los transforman en arcillas que mediante lixiviación y escorrentías adicionan aluminio a los cursos de agua de la cuenca (DGA, 2004a). En la cuenca del Choapa se encuentra la minera Los Pelambres uno de los yacimientos de pórfidos de cobre más grande del mundo, con reservas de 2.125 millones de toneladas con ley promedio de 0,64% de cobre y 167 millones de toneladas de molibdeno, con una capacidad de producción de 351 mil toneladas métricas de cobre fino y 7.700 toneladas de molibdeno (Garay and Cantallopts 2015). Una de las zonas de preocupación de la cuenca del Choapa es la zona minera de El Indio, donde las obras mineras aceleraron los procesos naturales como el drenaje ácido, disminución de pH, y altos niveles de Arsénico, Cu y Fe en las aguas de los afluentes andinos (ríos Malo y Toro), incluso después del cierre de la mina (Guevara et al. 2006, Oyarzun et al. 2006, Galleguillos et al. 2008).

Cuenca del río Maipo: La cuenca del río Maipo cubre una superficie de aproximadamente 15.303 km² y alberga una serie de ríos y esteros, de los que destaca el río Maipo, principal cauce de la cuenca y fuente principal de agua potable para la Región Metropolitana y parte de las provincias de San Antonio, Región de Valparaíso y Cachapoal, y Región de O’Higgins. Esta cuenca concentra el mayor número de habitantes del país, con abundancia de centros políticos, comerciales, industriales, portuarios y comunicacionales. La demanda de agua potable por parte de todos los sectores es subsanada en un 70% gracias al aporte del río Maipo que también aporta un 90% de los requerimientos de agua para riego (DGA 2004b; Cortés y Olmedo 2011).

Cuenca del Río Rapel: La cuenca hidrográfica del río Rapel se ubica en la costa norte de la Región de O´Higgins y se extiende aproximadamente entre los paralelos 33°53’ y los 35°01’ de Latitud Sur, con una extensión aproximada de 484 km² desde el muro de coronamiento del embalse Rapel a la desembocadura del mar. Una de las actividades económicas más importantes de la cuenca es la explotación del mineral de cobre en el sector de la mina El Teniente, ubicada a unos 50 Km de Rancagua (DGA, 2004c). Otras son las actividades agropecuarias que contribuyen de manera importante al desempeño de la agricultura nacional y de sus exportaciones (INE, 2007). La superficie de riego con que cuenta la cuenca es de 210.691 hectáreas (INE, 2007). Esta superficie incluye 151.791 hectáreas de riego gravitacional (67,1% de riego por surco, 31,1% de riego tendido y 1,7% de otros tipos de riego tradicional), 56.112 hectáreas de microrriego (90,6% de riego por goteo y cinta y 9,4% de riego por microaspersión y microjet), y 2.787 hectáreas de riego mecánico mayor (59,5% por carrete o pivote y 40,5% por aspersión tradicional).

Criterios de Calidad de Agua para Riego en Chile

La Política Nacional de Aguas tiene por objetivo conservar y proteger el recurso hídrico y el medio ambiente asociado. Para ello, entre otras acciones, la Dirección General de Aguas mantiene y opera a lo largo del país la Red Hidrométrica Nacional, el Banco Nacional de Aguas, la Red de Monitoreo de Calidad de Aguas Superficiales y Subterráneas, y la Red Mínima de Lagos (Universidad de Chile-SAG, 2005). En el año 1978, se crea la Norma Chilena 1333 (NCh 1333) sobre los requisitos de calidad del agua para diferentes usos, siendo modificada en el año 1987 (INN 1987).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los datos obtenidos de la DGA para las tres cuencas en los últimos nueve años (2008-2016) han sido analizados y comparados directamente con los indicadores de calidad de agua para riego estipulados en la NCh1333. Cabe mencionar que las estaciones de monitoreo de la DGA miden 22 de los 27 indicadores de concentración de elementos y compuestos además de pH y conductividad eléctrica. Las estaciones no determinan concentraciones de bario, berilio, vanadio, cianuro y fluoruro, que sí son parte de la normativa.

Elementos y compuestos químicos

A continuación, se realiza un análisis de los elementos y compuestos que incumplen la norma de agua para riego NCh1333 en cada una de las cuencas de interés.

La Figura 2 resume la fracción de estaciones de monitoreo en las que la concentración de elementos y compuestos no cumple la normativa NCh1333 para cada una de las tres cuencas consideradas en este estudio. La Tabla 1 resume el porcentaje de estaciones que incumplen la norma respecto al total de estaciones de monitoreo en las tres cuencas consideradas. Boro, cadmio, mercurio y molibdeno exceden la concentración máxima en todas las estaciones de la cuenca del río Choapa, y en la mayoría de las estaciones de las cuencas del río Maipo y del río Rapel, sobre 77% de las estaciones. De acuerdo con la Tabla 1, estos cuatro elementos son los mayores contaminantes de las aguas de riego de las tres cuencas consideradas en este estudio. La Figura 2 muestra que las aguas de la cuenca del Maipo contienen excesos de sulfato > manganeso > sodio > hierro > aluminio en un número importante de estaciones de monitoreo, desde 50% (sulfato) a 20% (aluminio). La Tabla 1 también muestra que Mn y sulfato exceden la norma en más de 30% de las estaciones totales de monitoreo en las tres cuencas consideradas. Estos resultados están de acuerdo con los de Pizarro et al. (2010) quienes encontraron que los contaminantes más frecuentes en las aguas de los ríos de Chile son el mercurio, selenio, arsénico, cadmio, molibdeno, zinc y níquel, y en casos específicos, el cobre.

pH, salinidad y conductividad

Se analizó el pH y la salinidad del agua, medida como conductividad eléctrica, de las tres cuencas de interés. Se graficó el pH en el rango de 5,5 a 9,0, según estipula la NCh 1333. Mientras que para la conductividad eléctrica se consideró el umbral máximo permitido de 750 µmhos/cm, bajo el cual no se observan efectos perjudiciales en los cultivos. Los resultados sugieren que las aguas de las cuencas del Choapa y Rapel son aptas para regadío respecto a pH y salinidad. Las aguas de la cuenca del Maipo son aptas respecto a pH pero definitivamente no lo son respecto a la conductividad eléctrica que es demasiado alta en muchas zonas de la cuenca. La Figura 3 muestra el porcentaje de estaciones por cuenca que incumple con los parámetros de conductividad estipulados en la normativa. Más del 60% de las estaciones de la cuenca de Maipo violan la normativa. El alto contenido salino de la cuenca del Maipo repercute en la alta conductividad eléctrica observada. El estrés salino reduce la actividad fotosintética de los cultivos agrícolas y con ello se reduce su desarrollo, germinación y brotación.

Parámetros que incumplen la norma

En este estudio, se analizaron los datos de la química del agua de las cuencas del río Choapa, río Maipo y río Rapel en el centro norte de Chile para el período 2008-2016, de acuerdo con los parámetros de calidad de agua para riego estipulados en la normativa chilena NCh1333. El boro, el cadmio, el mercurio y el molibdeno superan ampliamente los umbrales máximos en la mayoría de las estaciones de monitoreo. La salinidad medida como conductividad, el sulfato, el manganeso y la relación de absorción de sodio también exceden la norma, aunque ligeramente. El pH cumple con el estándar en todas las cuencas. Se espera que estos datos sirvan para alertar a la comunidad sobre la calidad del agua de tres de las cuencas hidrográficas más importantes de Chile, también a los agricultores que dan uso a esta agua para riego y a los encargados de tomar decisiones sobre una correcta planificación del agua en el país.

AGRADECIMIENTOS

Al Centro de Recursos Hídricos para la Agricultura y la Minería CRHIAM Conicyt/Fondap/15130015.

Bibliografía

Banco Mundial (2011) Diagnóstico de la gestión de los recursos hídricos. Banco Mundial, Departamento de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible, Región para América Latina y el Caribe. http://www.dga.cl/eventos/Diagnostico%20gestion%20de%20recursos%20hidricos%20en%20Chile_Banco%20Mundial.pdf 

Cortés I, Olmedo M (2011) Apoyo al programa de vigilancia de las normas de calidad secundaria. Cuenca Río Maipo. Informe Técnico de Resultados Campaña de Monitoreo noviembre 2011. http://www.cenma.cl/Pagina%20web-LQA/6 Apoyo%20a%20la%20dictaci%C3%B3n%20de%20normas%20ambientales/INFORME_TECNICO_PP01_MAIPO.pdf

Dirección General de Aguas (DGA) (2004a) Diagnóstico y Clasificación de los Cursos y Cuerpos de Agua según Objetivos de Calidad. Cuenca del Río Choapa. Informe Técnico. CADE-IDEPE. http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2017/12/Choapa.pdf

Dirección General de Aguas (DGA) (2004b) Diagnóstico y Clasificación de los Cursos y Cuerpos de Agua según Objetivos de Calidad. Cuenca del Río Maipo. Informe Técnico. CADE-IDEPE. http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2017/12/Maipo.pdf

Dirección General de Aguas (DGA) (2004c) Diagnóstico y Clasificación de los Cursos y Cuerpos de Agua según Objetivos de Calidad. Cuenca del Río Rapel. Informe Técnico. CADE-IDEPE.   http://portal.mma.gob.cl/wp-content/uploads/2017/12/Rapel.pdf

Garay V, Cantallopts J (2015) Mercado Internacional del Molibdeno. Dirección de Estudios y Políticas Públicas, Comisión Chilena del Cobre (COCHILCO).Chapter 4.https://www.cochilco.cl/Mercado%20de%20Metales/Informe_Molibdeno_2015.pdf

Galleguillos G, Oyarzún J, Maturana H, Oyarzún R (2008) Retención de arsénico en embalses: El caso del río Elqui, Chile. Ingeniería Hidráulica en México, 23(3), 29-36.

Guevara S, Oyarzún J, Maturana H (2006) Geoquímica de las aguas del río Elqui y de sus tributarios en el período 1975 – 1995: Factores naturales y efecto de las explotaciones mineras en sus contenidos de Fe, Cu y As. Chilean Journal of Agricultural Research, 66(1), 57-69.

Instituto Nacional de Normalización (INN) (1987) NCh1333.Of78. Requisitos de Calidad de Aguas para Diferentes Usos.  https://ciperchile.cl/pdfs/11-2013/norovirus/NCh1333-1978_Mod-1987.pdf

Instituto Nacional de Estadísticas (INE) (2007) Censo Agropecuario y Forestal 2007. INE. Santiago. http://www.ine.cl/estadisticas/censos/censo-agropecuario-y-forestal-2007

Ministerio de obras públicas (MOP) (2011) Chile Cuida su Agua. Estrategia Nacional de Recursos Hídricos 2012-2015. https://www.mop.cl/Documents/ENRH_2013_OK.pdf

Oyarzún R, Guevara S, Oyarzún J, Maturana H, Higueras P (2006) The As-contaminated Elqui river basin: A long lasting perspective (1975- 1995) covering the initiation and development of Au-Cu-As mining in the high Andes of northern Chile. Environmental Geochemistry and Health, 28(5), 431-443.

Parra A, Oyarzún J, Maturana H, Kretschmer N, Meza F, Oyarzún R (2011) Natural factors and mining activity bearings on the water quality of the Choapa basin, North Central Chile: Insights on the role of mafic volcanic rocks in the buffering of the acid drainage process. Environmental Monitoring and Assessment, 181(1-4):69-82

Pizarro J, Vergara PM, Rodríguez JA, Valenzuela AM (2010) Heavy metals in Northern Chilean Rivers: Spatial Variation and Temporal Trends. Journal Hazardous of Materials, 181(1-3), 747-754.

UChile-SAG (2005) Criterios de calidad de aguas o efluentes tratados para uso en riego, 254 pp https://research.csiro.au/gestionrapel/wp-content/uploads/sites/79/2016/11/Criterios-de-calidad-de-aguas-o-efluentes-tratados-para-uso-en-riego-2005.pdf