Simulaciones hidrogeoquímicas en la cuenca del Mapocho Alto, Chile Central

Abstract

El drenaje ácido de roca (ARD por sus siglas en inglés, Acid Rock Drainage) es uno de los problemas medioambientales más comunes alrededor del mundo y presenta un peligro para la calidad del agua. En este trabajo se aborda la predicción del impacto del ARD con el software PHREEQC a través de un modelo simplificado basado en nodos, en donde una vez caracterizado el sitio a modelar, desde el punto de vista mineralógico e hidroquímico, se procede a realizar mezclas proporcionales a los caudales de los distintos afluentes para estimar las concentraciones finales de una cuenca. El sitio de estudio corresponde a la cuenca del Mapocho alto, el cual se forma por la confluencia de estero Yerba Loca afectado por drenaje ácido natural, con el río San Francisco y río Molina. Se utiliza un set de 157 muestras de química de agua repartidos entre 5 puntos de monitoreo y caudales de los ríos a escala horaria, donde 3 corresponde a los inputs del modelo, y 2 corresponde a sets de validación. La caracterización muestra que el principal afluente es el río Molina con un 50% del caudal aportante en gran parte del año, y con bajo a nulo contenido de metales, y con capacidad neutralizante gracias a su contenido de carbonatos. Por otra parte, el estero Yerba Loca presenta altas concentraciones de metales (Al hasta 12 mg/L disueltos, Cu hasta 12 mg/L disueltos) y pH ácidos (en el rango entre 2.8 a 5), focalizados en la temporada de primavera-verano cuando ocurre el derretimiento de nieves. En la temporada Otoño-Invierno, se mantiene neutro y con bajo contenido de metales disueltos. El modelo en PHREEQC realiza las mezclas y acoplado a un script en Python logra realizar mezclas a escala horario, correspondiente a la escala de los caudales, e interpola la hidroquímica con el método del vecino más próximo. De esta forma se puede tener un entendimiento a lo largo de todo el año del impacto que tiene el Yerba Loca en el río Mapocho. Los resultados muestran que las concentraciones de Al, Cu, y Sulfato son máximas en los meses de diciembre y enero, e impactan al Mapocho en una temporada acotada durante ~enero, aumentado las concentraciones disueltas de Al, Cu, y Mn, y sulfato. El modelo realizado sirve de caso base para realizar predicciones a futuro, suponiendo un empeoramiento de la calidad del agua del estero Yerba Loca, aumentando sus solutos en 2.5, y 10 veces, siendo clasificados como un caso potencialmente posible, y uno desfavorable, respectivamente, y reduciendo su pH hasta en 1.6. Los resultados muestran que los eventos de metales disueltos en la temporada primavera-verano serán más intensos en concentración y acidez, alcanzado concentraciones de 2 a 2.5 veces en el Mapocho, y se aconseja realizar un análisis de riesgo con un modelo conceptual para entender la ruta emisor-ruta-receptor, y anticiparse al potencial impacto del drenaje ácido a los receptores, como plantas de agua potable o uso industrial o agrícola.