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INTRODUCCIÓN
Las ciudades de La Paz y El Alto se abastecen de agua potable de las microcuencas de Tuni Condoriri, Huayna Potosi (Este y Oeste), Milluni, Choqueyapu, Incachaca y Hampaturi 1. Las microcuencas Incachaca y Hampaturi constituyen las dos fuentes de abastecimiento del sistema Pampahasi en la ciudad de La Paz 2. La microcuenca Hampaturi presenta un sistema de embalses constituido por cuatro represas (Figura 1): Ajuan Khota, Serkhe Khota, Kunka Huikhara y Mikhaya 3. La naciente de las aguas superficiales de la microcuenca Hampaturi desemboca a la subcuenca de Irpavi, cuyas aguas constituyen, a su vez, parte de la cuenca del río La Paz juntamente con subcuencas: Choqueyapu, Orkojahuira, Achumani y Huañajahuira4.
La zona de Hampaturi es un patrimonio natural y cultural que empieza a desarrollar una dinámica como área de gran potencial para el turismo nacional e internacional 4. La misma microcuenca se encuentra al borde de la Cordillera Real o Cordillera Oriental de los Andes compuesta por rocas sedimentarias terciaria y cuaternaria. Cuenta con yacimientos de plomo, plata y zinc, extraídas anteriormente por la empresa minera “La Solución” 5. En la actualidad, existen numerosas concesiones mineras 6. Debido a las actividades mineras, continúa la generación de drenajes ácidos de mina (DAM). Los DAM son soluciones altamente reactivas, que pueden disolver la mayoría de minerales, de modo que ocasiona drenaje ácido de roca (DAR) 7. La mina La Solución se encuentra al sur de los reservorios de agua (Figura 1 y 2). El acceso restringido a personal no autorizado, no permite corroborar los detalles de las labores de interior de mina y la información sobre la localización de las galerías. A priori, se puede indicar que dichas labores no tienen incidencia en los embalses de agua 5. Se puede evidenciar que las aguas provenientes de la mina son conducidas mediante tuberías, fuera de los sistemas y cuerpos de agua de las represas. Empero, por el cambio climático y el movimiento de tierras por la actividad minera, se desconoce la infiltración de las DAM y DAR hacia los reservorios de agua 6.
La planta de tratamiento de agua Pampahasi recibe aguas de los embalses de Hampaturi, Incachaca y del río Palcoma 8. Esta planta tiene una capacidad de tratamiento de 705 L/s y almacenamiento de 7500 m3. El tratamiento consta de los siguientes procesos: disipación de energía, dosificación de reactivos, floculación, sedimentación, filtración, desinfección y almacenamiento 8.
Los problemas actuales de la zona son: i) El patrón de asentamiento de las comunidades, sus áreas de pastoreo o cultivo que están ligadas a la disponibilidad de fuentes de agua, ii) Las características de las riberas, con grandes pendientes y zonas inestables. Las comunidades se encuentran bajo el riesgo de riadas y deslizamientos que afectan sus viviendas y sus áreas de producción, iii) En la zona alta (por encima de los 4300 m s.n.m.), el estado de conservación de los cuerpos de agua es relativamente bueno. Sin embargo, el principal problema radica en la contaminación de las aguas por la actividad minera. Por otro lado, en la zona colindante con el área urbana, existe una fuerte presión por la explotación de áridos que genera a su vez problemas de inestabilidad en los taludes y liberación de sedimentos que incrementan el factor de riesgo aguas abajo [9].
El presente artículo es parte de una serie de investigaciones de nuestro grupo y responde a necesidades críticas ambientales de las comunidades humanas de la zona en estudio y de los grandes centros urbanos paceños consumidores de agua. Contempla análisis fisicoquímicos y análisis cuantitativos de aniones y cationes mayoritarios, además de oligoelementos como zinc (Zn), hierro (Fe), manganeso (Mn) y elementos traza (ET) de As y Cu de muestras de los reservorios de agua y del curso natural de la microcuenca Hampaturi. Este estudio pretende además, aportar al conocimiento del comportamiento hidroquímico de las aguas superficiales en esta región. Para esto, se analizaron los factores que influyen en la variabilidad espacial de los contenidos de minerales y su posible relación con factores hidrogeológicos y antropogénicos. Todo esto, con el objetivo de obtener una caracterización inicial de la aptitud de los cuerpos de agua en el área de estudio, clasificando los puntos de muestreo como aguas aptas para consumo humano según la normativa NB 512 y la ley N°1333.
EXPERIMENTAL
Área de estudio
La microcuenca Hampaturi está ubicada en el distrito rural 22 Hampaturi del Municipio de La Paz, a 30 km del centro de la ciudad. En la Figura 1 se muestra la ubicación de los asentamientos mineros. La ruta de acceso a la zona de estudio es por Pampahasi, pasando luego por las comunidades de la microcuenca Hampaturi hasta llegar a Jachapacheta Sector Mikhaya 9.
Figura 1 Ubicación del área de estudio cercana a la ciudad de La Paz, 4 represas a lo largo del río Hampaturi.
Figura 2 Descripción geológica del área de estudio y de la microcuenca Hampaturi, ubicación de la mina La Solución
Dentro del contexto geológico regional, la zona de estudio está dominada por materiales de la edad Paleozoica, mayoritariamente del Ordovícico y del Silúrico formado por una sucesión de pizarras limolíticas oscuras 5. En la microcuenca Hampaturi, ubicada sobre esta parte de la cordillera Real o Cordillera Oriental de los Andes, se encuentran formaciones terciarias y cuaternarias, al igual que en la ciudad de La Paz. Las características para cada descripción geológica se muestran en la figura 2. La vegetación está compuesta por variedades endémicas como las retamas, paja brava (Stipa ichu) y thola (Baccharis dracunculifolia). En los bofedales de Hampaturi se registró la presencia de Pacopaco (Aciachne pulvinata) una especie nativa de laderas y planicies secas que está colonizando agresivamente los cojines dominantes del bofedal 9.
Toma de muestras
Las muestras se colectaron de corrientes de aguas superficiales de la microcuenca y de aguas de desborde de las represas. Los puntos de muestreo se seleccionaron en base los siguientes criterios: el entorno y las características del flujo de agua; la identificación de actividades antropogénicas cerca de los cuerpos de agua; y la accesibilidad a los puntos de muestreo. La ubicación de los puntos de muestreo fue realizada por el Global Positioning System (GPS) o sistema de posicionamiento global (Garmin modelo GPSmap 60CSx) y su distribución se presenta en la figura 3.
Las muestras de aguas superficiales fueron colectadas en época seca en abril de 2018; fueron filtradas al vacío a través de una membrana Sartorius de 0.45 µm de tamaño de poro y transvasadas en envases de plástico de 100 mL con tapa rosca. La muestra fue dividida y colocada en dos envases para el análisis correspondiente; el primer envase fue destinado para la determinación de cationes mayoritarios y metales, preservando la muestra con la adición de ácido nítrico (HNO3) concentrado hasta alcanzar un pH aproximado a 2.0. El segundo envase es destinado para la determinación de aniones mayoritarios. Ambos envases se llenaron hasta el tope, evitando la presencia de burbujas de aire. Posteriormente, las muestras fueron refrigeradas a 4°C para el análisis en laboratorio. La Tabla 1 muestra el detalle de los puntos de muestreo del presente estudio.
Determinación de parámetros de campo
Se realizó la medición de diferentes parámetros de campo empleando un equipo portátil marca HANNA Instruments, modelo 98185. Los parámetros de campo determinados con este equipo fueron: Potencial de Hidrogeno (pH); Potencial Óxido-Reducción (Eh); Conductividad eléctrica (CE); Sólidos Totales Disueltos (STD); Temperatura (T) y Oxígeno Disuelto (OD) 10. La alcalinidad total se determinó mediante valoración en campo con ácido sulfúrico (H2SO4) 0.1 N hasta el cambio de color con un indicador ácido-base mixto, cuyo viraje de color ocurre a pH cerca de 4 11. La medición de los caudales del curso natural del río Hampaturi en los puntos de muestreo se realizó por aforo directo, dividiendo el ancho del río en secciones y midiendo la velocidad de la corriente dentro de las mismas con un molinete 12. El molinete utilizado es de la marca Skywatch Flowatch JDC Electronics.
Determinación de parámetros de laboratorio
Los análisis de las muestras de aguas se realizaron en el Laboratorio de Hidroquímica del Instituto de Investigaciones Químicas (IIQ) de la Carrera de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias Puras y Naturales de la Universidad Mayor de San Andrés (UMSA). El análisis de los cationes mayoritarios, sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+), además de los oligoelementos hierro (Fe), zinc (Zn), y manganeso (Mn), se determinaron en un Espectrofotómetro de Absorción Atómica (Perkin Elmer AAnalyst 200) con la técnica de Llama. El análisis de elementos traza (ET) de Cu y As se realizó en un Espectrofotómetro de Absorción Atómica (Perkin Elmer AAnalyst 100, acoplado a un Horno de Grafito (HG 800) 13. El control de calidad de los resultados fue verificado empleando el Material de Referencia Estándar SRM 1640a - (Oligoelementos en agua natural). Además, se realizó el análisis por triplicado de las muestras y el ajuste instrumental con blancos de control.
En el análisis de aniones mayoritarios, cloruro (Cl-), nitrato (NO3 -), sulfato (SO4 2-), y fluoruros (F-), se determinaron con un Cromatógrafo de iones (DIONEX, modelo ICS-1100).
Software para el análisis estadístico e hidroquímico
Para el tratamiento estadístico de los datos se utilizaron varios programas estadísticos. Minitab (versión 17.0) fue utilizado para determinar los valores mínimos, máximos y medios. IBM SPSS (versión 22) fue utilizado para la correlación de Pearson. Finalmente, para la descripción e interpretación de la hidroquímica, se utilizó el software Aquachem (versión 4.0264) como base de datos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Interpretación hidroquímica
El curso natural de las aguas superficiales se inicia en la represa Ajuan khota (Figura 1, 2 y 3), lugar donde se encuentra el primer punto de muestreo (RAK). El aforo de los ríos modela un régimen fluvial con relación a los caudales del río Hampaturi (Figura 4). La cantidad de agua que sale de la represa en el punto RAK tiene un caudal de 1.27 m3/s, tomando una dirección de norte a suroeste, de mayor a menor altitud con dirección hacia la ciudad de La Paz (Figura 3). Del punto de muestreo RAK hacia el punto RHI-1 presenta una ligera escorrentía, ya que disminuye el caudal del curso natural del río. En el punto RHS-1, el caudal es controlado por la estructura de la nueva represa Hampaturi. El punto de RH-2, ubicado después de la represa de Hampaturi Bajo, presenta un caudal de 0.73 m3/s con una escorrentía de 0.54 m3/s al punto RH-3. La escorrentía subterránea, superficial y subsuperficial de las aguas naturales y los afluentes de mina son evacuadas en el punto RH-4; por esta razón, incrementa el caudal en este punto. El último punto RH-5, reúne el caudal de todos los puntos del curso natural del río, al que se suma el caudal del punto ARH (afluente del río Hampaturi).
Las características fisicoquímicas y las concentraciones de los iones de las muestras de las aguas superficiales de la microcuenca Hampaturi se presentan en la tabla 2, y se comparan con el Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica (RMCH) y la Norma Boliviana de agua de consumo (NB 512). Los resultados de las mediciones muestran un pH dentro del rango de 7.2 a 8.1 para todas las muestras analizadas. Debido a la baja meteorización física, existen bajas concentraciones de los analitos analizados en laboratorio (Tabla 3). La baja concentración de bicarbonato ( HCO 3 − ) presente en las muestras de agua superficiales de RAK, RHI-1 y RHS-1 se debe a la solubilización del CO 2 , y a una baja disolución de carbonatos ( CO 3 −2 ) de la calcita provenientes de los suelos y el entorno geológico 14. La calidad hídrica de la microcuenca Hampaturi, de acuerdo a los resultados obtenidos de los parámetros fisicoquímicos (Tabla 2), y en comparación con los límites establecidos bajo la normativa RMCH y NB 512 15, indican que las aguas superficiales están catalogadas como aptas para consumo humano.
La tabla 3 muestra los parámetros físicos y químicos de las aguas superficiales de cada punto de muestreo. Los valores de estos parámetros fueron comparados con los límites permisibles establecidos en el Reglamento en Materia en Contaminación Hídrica (RMCH) de la ley N°1333. Este reglamento clasifica el uso adecuado de las aguas superficiales puntuales 16. La clasificación de los puntos de muestreo RAK, RHI-1, RHS-1, RHS-2, RH-5 y ARH muestran características aptas para todo uso y consumo (Clase A). Note que los puntos RH-5 y ARH se encuentran fuera del sistema de las represas que alimentan la planta de tratamiento de Pampahasi.
Tabla 2 Resumen de los parámetros fisicoquímicos del área de estudio evaluados como aguas de consumo
(*) Los límites de detección de Fe:0,03mg/L As: 1,5ug/L; NO3 -: 0,005mg/L (NA) No Aplica al Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica “RMCH” de la Ley N°1333.
Las aguas superficiales en los puntos de muestreo RH-3 y RH-4 muestran un incremento de los valores de CE, de cationes y aniones mayoritarios. En base a estos resultados, se recomienda tratamientos específicos para su consumo ya que estas aguas entran dentro de la clasificación de Clase C. Considerando la figura 3, la clasificación de estos dos últimos puntos de muestreo se debe a la cercanía de las actividades mineras, con un aporte de Zn, Cu, Mn y CE de las aguas DAM de la mina “La Solución”, que está sobre el río Hampaturi 8), (9. El problema de salud en la población general es la ingesta deficiente en Zn y Cu más que su toxicidad 17, sin embargo, se hace énfasis en la contaminación a partir de la generación de DAM.
De acuerdo a la correlación de Pearson de los compuestos mayoritarios en los cuerpos de agua observados a lo largo del río Hampaturi (Tabla 4), se puede agrupar los cationes y aniones en (Mg+2, Na+, SO4 -2), (Ca+2, Na+, Mg+2, HCO-3), (K+, NO-3) y por último (Mn, NO3 -, Cl-). Se tomaron en cuenta como correlaciones aceptables las correlaciones entre metales con valores mayores al 70%. La correlación de la tabla 4, se realizó con los analitos cuyas concentraciones son mayores al límite de detección y cuantificación.
El análisis de Clusters (HCA: Hierarchical Cluster Analysis) de la figura 5, permite realizar un análisis de conglomerados de los resultados de la tabla 3. El dendrograma categoriza los parámetros de los puntos de muestreo y los conglomera o agrupa. La similitud entre los datos correlaciona los puntos de muestreo y los divide en dos grupos según sus concentraciones. El grupo A, reúne los puntos de muestreo de RAK, RHI-1, RHS-1 y RH-2. Las muestras de agua superficial del ingreso y de la salida de las represas se caracterizan por tener bajas concentraciones de los analitos estudiados. El grupo B, conglomera a los puntos de muestreo RH-3, RH-4, RH-5 y ARH, mostrando una mayor concentración de los analitos, por el impacto de los DAR y DAM al río Hampaturi. Con el propósito de obtener una clasificación de las aguas superficiales de la microcuenca Hampaturi y poder relacionar la solubilidad de los metales del entorno geológico y la hidrología de la zona 19, se elaboraron los diagramas de Piper y los diagramas de Box y Whisker de los grupos A y B clasificados en las figuras 6 y 7 respectivamente. Para el análisis hidroquímico, se consideraron los cationes mayoritarios principales Ca2+, Mg2+, Na+ y K+, y los aniones mayoritarios: Cl-, SO4 -2 y HCO3-. Debido a las bajas concentraciones de NO3 -, no se consideró este anión para la evaluación.
Los diagramas construidos en las Figuras 6 y 7 muestran tendencias características del análisis de conglomerados descritas en la figura 5.
Tabla 3 Parámetros Fisicoquímicos de los cuerpos de agua por puntos de muestreo y su clasificación a cuerpos receptores por el RMCH de la Ley N°1333
(*) Las concentraciones de analitos por debajo del límite de detección (LD), son reportados como la mitad del valor LD [18]. (**) Según la Ley N°1333, Clase A, apta para todo uso y consumo. Clase C, aguas de utilidad general, que para consumo humanorequieren tratamiento físico y desinfección
El diagrama de Piper de los puntos de muestreo del grupo A (Figura 6a) muestran valores de cationes y aniones con concentraciones bajas. Estos puntos de muestreo se ubican en la parte media mostrando que no hay una predominancia importante de ninguno de los analitos. El punto RAK y RH-1 muestra una ligera tendencia asociada a sales de bicarbonato. Sin embargo, los puntos RHS-1 y RH-2 muestran un comportamiento de sales mixtas entre sulfatos y bicarbonatos 20. El diagrama de Box y Whisker (Figura 6b), nos permite visualizar y comparar la distribución y la tendencia central de las concentraciones de cationes y aniones mayoritarios de las aguas superficiales del grupo A. Las figuras 6a y 6b presentan aguas con contenidos de 57% de aguas sulfato de calcio y magnesio (Mg-Ca-SO4), ligeramente bicarbonatadas y la figura 7 igual indica baja presencia de la concentración de cloruros. Con respecto a las bajas concentraciones de sales en las aguas superficiales de los puntos de muestreo del grupo A, la OMS las identifica o clasifica como aguas desmineralizadas o aguas desalinadas 21. La ingesta de agua desmineralizada es responsable de una mayor eliminación de minerales del organismo 22.
Esto indica que las bajas concentraciones de iones presentes en el agua, pueden presentar un riesgo a la salud si es consumida directamente. El uso de agua desmineralizada y/o desalada debe abordarse con cautela, y preferiblemente solo después de que se haya realizado un estudio cuidadoso de la ingesta total de minerales de los habitantes locales 23.
El diagrama de Piper del grupo B (Figura 7a), muestra una ligera predominancia de Ca+2 y Mg+2 sobre la presencia de Na+ y K +. El principal tipo de agua es 83% sulfato cálcicas (Ca-SO4), seguido de sulfato cálcicas - magnésicas (Ca-Mg-SO4), además de presentar bajas concentraciones de cloruros. Esto se puede corroborar con el diagrama de Box y Whisker (Figura 7b), donde existe una mayor concentración de sulfatos seguida de carbonatos, mostrando una probable oxidación de sulfuros. Además, de acuerdo al leve incremento de pH en estos puntos de muestreo, se estima que se estaría produciendo DAM características.
Tabla 4 Correlación de Pearson para las especies presentes en los puntos de muestreo en la microcuenca Hampaturi
Figura 5 Dendrograma de correlación característica de los puntos de muestreos de la microcuenca Hampaturi, considerando la concentración de cationes Ca2+, Mg2+, Na+ y K+, y los aniones: Cl-, SO4 -2 y HCO3
Por otra parte, los puntos de muestreos RH-3 y RH-4 (Grupo B), ubicados en las cercanías en la desembocadura del DAM y DAR de las actividades mineras, contienen altos valores de CE. Estos cuerpos de agua, son clasificados como no aptos para consumo humano. Según la RMCH, estas aguas representan un riesgo a la salud si son consumidos de forma directa sin algún proceso de tratamiento. La calidad de agua en los puntos RH-5 y ARH, puede ser clasificada como apta para consumo humano (Tabla 3). Sin embargo, no es recomendable su consumo debido a que existe una intensa actividad de extractores de arena 5, actividad agrícola y actividad ganadera.
CONCLUSIONES
La importancia del presente trabajo de investigación es que aporta a la deficiente información de la microcuenca Hampaturi. Este estudio también ofrece una evaluación preliminar de la hidroquímica de las aguas superficiales de la microcuenca Hampaturi, situada afuera de la Ciudad de La Paz, y clasifica las aguas en dos tipos de agua según su calidad. En la cabecera de la microcuenca, los cuatro puntos de muestreo correspondientes a RAK, RHI-1, RHS-1 y RH-2, tienen bajos contenidos de sales disueltas comparadas a los valores límites de la NB 512 y se identifican como cuerpos de agua desmineralizadas o desalinizadas.
Las aguas superficiales de la cabecera de la microcuenca y que pertenecen al sistema de represas que abastecen agua potable a la ciudad de La Paz, presentan bajos porcentajes de procesos geoquímicos (procesos de: oxido-reducción, intercambio iónico, ácido-base, mineralización de silicatos, disolución de carbonatos) y una baja interacción agua y minerales (intercambio entre los cuerpos de agua con el entorno geológico)). El RMCH de la Ley N° 1333, clasifica las aguas de estos puntos de muestreo como cuerpos de agua aptos para todo consumo (Clase A). Por otro lado, los puntos de muestreo RH-3, RH-4, RH-5 y ARH muestran indicios de estar impactados por los afluentes de DAM y DAR que son diluidos en el curso natural de la microcuenca con aportes de las aguas de escorrentía sub-superficial y agua subterránea. Comparando los resultados de los análisis con el RMCH, se puede concluir que los cuerpos de agua son de Clase C, y estas aguas requieren un tratamiento para un uso y consumo. No obstante, es necesario aclarar que estas aguas no forman parte de un sistema de agua de consumo. Por los resultados y el análisis de las concentraciones reportados en el presente estudio, se recomienda, mantener bajo nivel de actividades antropogénicas que contaminen la microcuenca Hampaturi, además de adoptar controles estrictos que aseguren una clasificación A de los cuerpos de agua. También, se sugiere un control y tratamiento de los afluentes de las actividades mineras para mitigar infiltraciones a las represas en la microcuenca Hampaturi.
Figura 6 Diagrama de Piper (6a) y diagrama de Box y Whisker (6b) de los puntos RAK, RHI-1, RHS-1 y RHS-2
