Modelación hidrogeológica del transporte de mercurio en aguas subterráneas: aplicación al caso de Quebrada La Coipa, Chile

Abstract

En sistemas de alta montaña del norte grande de Chile, formados generalmente de rocas altamente mineralizadas, existen compuestos que poseen altas concentraciones, que a partir de procesos erosivos y/o de lixiviación, pueden conectarse con sistemas de aguas subterráneas, provocando problemas de contaminación aguas abajo de su fuente. De esta forma surge la necesidad de utilizar herramientas de modelación numérica, de manera de estudiar y analizar el problema de transporte de contaminantes en medios subterráneos. En particular, en el presente trabajo de tesis, se busca como objetivo realizar una modelación numérica del transporte de mercurio aplicado en la quebrada La Coipa, ubicada en la región de Atacama de Chile, y analizar el sistema hidráulico en términos de la contención de la pluma de mercurio y el efecto en la restauración del acuífero. La metodología del presente trabajo contempla una revisión bibliográfica de los enfoques de modelación numérica del transporte de solutos actualmente utilizados, analizando mediante simulaciones simples los alcances de las diferencias finitas y los elementos finitos en la resolución de un problema de transporte. Los resultados de estas simulaciones indican que ambos enfoques reproducen de manera adecuada los fenómenos que se quieren modelar, sin embargo, en términos computacionales y constructivos específicos de un modelo hidrogeológico, elementos finitos presenta ventajas con respecto a diferencias finitas. A partir de la elección del enfoque de elementos finitos y el uso del software FEFLOW, con la información pública disponible se construye un modelo conceptual del acuífero La Coipa, y con esto, se construye un modelo numérico capaz de representar estas condiciones. Con un modelo numérico calibrado, se procede a elaborar escenarios de simulación, cuyo objetivo corresponde al análisis del sistema de bombeo e inyección, en términos de la contención de la pluma de mercurio y del efecto en la restauración del acuífero, es decir, los tiempos que demora el sistema en alcanzar concentraciones de línea base de mercurio. De los resultados de los análisis realizados en la presente tesis, se concluye que, para asegurar la contención de la pluma de mercurio, la ubicación espacial de los pozos de bombeo e inyección no es única, y es importante asegurar un gradiente hidráulico inverso en la zona de la cortina de bombeo e inyección. Además, en términos de magnitud de extracción, los resultados indican que los pozos de extracción requieren bombear al menos un 90% del caudal total pasante del acuífero, para generar el efecto de contención de la pluma. De manera de lo lograr una limpieza del acuífero y reducir el tiempo para lograr rangos de línea base del sector contaminado, es necesario realizar medidas de contención en la fuente de contaminante, ya que ésta, corresponde al aspecto más relevante para lograr los objetivos de restauración del acuífero contaminado.