Determinación del “efecto de altitud” en base a δ18-O y
δ2-H como indicadores de recarga de aguas subterráneas, cuenca del río
Cañete
Determination of
the "altitude effect" based on δ18-O and δ2-H as indicators
of groundwater recharge, Cañete river basin
Jacinto Valencia
Instituto Peruano de
Energía Nuclear, Dirección de Servicios, Av. Canadá 1470 San Borja, Lima, Perú
Resumen
En base a los resultados de
análisis de isótopos estables δO-18 y δH-2 en muestras de agua de manantiales, debido a la similitud con
la composición isotópica de las precipitaciones en altura, conforme al carácter
conservativo de los isótopos δO-18 y δH-2 y en referencia a la altitud de las muestras se ha obtenido
los valores isotópicos del “efecto de altitud” y la identificación de la zona
de recarga para el sector en estudio. Las muestras han sido recolectadas en la
parte alta de la cuenca del río Cañete (3490-4300 msnm) alcanzando una
diferencia de altitud entre muestras de 800 m. Los valores isotópicos están
afectados por fraccionamiento y desviaciones sistemáticas (δ) con respecto a la altitud, así como por los procesos de
evaporación y condensación previos a la infiltración. Para su interpretación
los análisis isotópicos han sido realizados mediante espectrometría laser en
los laboratorios de IPEN y han brindado información de la altura a la que tiene
lugar la recarga del hidrosistema. El “efecto de
altitud” del sector de estudio es del orden de -0.45 o/oo
para el δO18 y de -3.30 o/oo para el δH2 por cada 100 m de
altitud. De acuerdo con estos valores, la zona de recarga ha sido obtenida
gráficamente en base a diagramas y está ubicada entre los 3600-4350 msnm, zona
de la cuenca donde se producen las mayores precipitaciones en forma líquida.
Palabras claves:
Hidrología; Isótopos estables; Agua meteórica; Precipitación; Recarga de aguas
subterráneas; Aguas subterráneas; Altitud
Abstract
Based on
the results of stable isotope
analysis δO-18 and δH-2 in water samples
from springs, due to the
similarity with the isotopic composition
of the precipitation
in height and according to the conservative
character of the isotopes δO-18 and δH-2 and in reference to the
altitude of the samples, it
has obtained the isotopic values of the "altitude
effect" and the identification of the recharge area
for the sector under study. The
samples have been collected in the upper part
of the Cañete river basin (3490-4300 MASL), reaching an altitude
difference between samples of 800 m. The isotopic values
are affected by fractionation and systematic deviations (δ) with
respect to the altitude as well as by the
processes of evaporation and condensation
prior to infiltration. For its interpretation,
the isotopic analyzes have been
performed by laser spectrometry in the IPEN laboratories and, have provided information on the height
at which the recharge of the
hydrosystem takes place. The "altitude effect" of the study sector is of the
order of -0.45 o/oo for δO18 and -3.30 o/oo for δH2 per 100 m of altitude.
According to these values, the
recharge zone has been obtained graphically
based on diagrams and is located between 3600-4350 MASL area of the
basin where the highest rainfall
in liquid form occurs.
Keywords: Hydrology;
Stable isotopes; Meteoric water; Precipitation; Groundwater recharge; Ground water; Altitude
1.
Introducción
Debido a que en la molécula
de agua se encuentran presentes los isótopos δO-18 y δH-2 que son afectados por
las desviaciones isotópicas sistemáticas (δ) del contenido de una
muestra, respecto a un patrón en o/oo (SMOW, V-SMOW,
SLAP) a causa de que los procesos de evaporación y condensación originan
ligeros fraccionamientos en estas especies, razón por la cual ambos isótopos
resultan ser indicadores de la altitud de recarga, por su carácter de
trazadores naturales que brindan información sobre el origen de la recarga del
agua subterránea.
El presente estudio se enfoca en la cuenca del río Cañete
ubicada a 120 km al sur de Lima (Figura 1) con curso de agua
permanente, con una extensión de cuenca de 219 km desde la línea de costa hasta
los 5800 msnm, agua que sirve para diversos usos; en la parte baja generación
de electricidad y en la parte media y alta para riego y minería.
La información de campo,
recolección de muestras de agua de surgencias pertenecientes a manantiales en
la vertiente de la cuenca, originadas principalmente por infiltración de agua
de lluvias. El levantamiento de la información hidrogeológica fue efectuado en
la parte media y alta de la cuenca en el mes de mayo del 2014.
Fisiográficamente corresponde a la vertiente del Pacífico con una orientación
de la cuenca normal a la línea de costa y una pendiente de moderada a alta, el
substrato lo constituye rocas de diversa composición como granitos en la parte
baja, volcánicos en la parte media y formaciónes calcáreas en la parte
alta, estas últimas afectadas por fenómeno cárstico y son huespedes
de mineralización polimetálica.
Figura 1. Ubicación del
área de estudio y zona de influencia de lacuenca del
río Cañete.
El relieve accidentado de
la cuenca origina la variación en la composición isotópica con relación a la altura(efecto orográfico), lugar donde se produce la
precipitación que se ve reflejada en las surgencias de agua, información que se
ha utilizado para obtener las características de éste hidrosistema.
2.
Metodología
Para en el estudio se ha
contado con información de campo de la parte alta de la cuenca del río Cañete,
entre los 3490-4300 msnm., resultado de efectuar el inventario de manantiales y
surgencias de las cuales se tomaron muestras de agua para su análisis y el
estudio.
Se ha dispuesto y seguido
el protocolo de muestreo para aguas subterráneas, debido a que no se dispone
información de agua de precipitaciones de la zona para los análisis isotópicos
que se complementan con información hidrogeológica y parámetros físico-químicos
en los puntos de toma de muestras.
Los análisis isotópicos de 06 muestras se realizaron en
espectrómetro laser LGR. La Tabla 1 muestra los resultados
isotópicos y, han sido utilizados para elaborar el diagrama, oxígeno-18 /deuterio en
relación con la Línea Meteórica Mundial (LMM) que muestra una composición
isotópica de aguas meteóricas (Figura
2), estos valores isotópicos junto con la altitud a la que
fueron tomadas las muestras se han utilizado para elaborar los diagramas y
poder determinar la altura a la que ocurre la recarga de los manantiales bajo
estudio en la cuenca. En las Figuras 3
y 4, que muestran la línea de tendencia de la altitud y la desviación δ de los isótopos (oxígeno-18 y deuterio), esto ha permitido en base
a la relación gráfica calcular el “efecto de altitud” en contenido isotópico en
muestras de manantiales en la zona de estudio de la cuenca del río Cañete.
La técnica aplicada
constituye una importante herramienta en hidrogeología para abordar estudios de
aguas subterráneas en base a surgencias en diferentes puntos altitudinales
respecto a una cuenca, en este caso el río Cañete.
Tabla 1. Resultados de
isótopos estables, cuenca del río Cañete.
3.
Resultados y discusión
Teniendo en cuenta que las precipitaciones no son uniformes
en toda la cuenca del río Cañete. Así, en la parte alta, cabecera de cuenca,
con un tiempo de residencia corto de las aguas subterráneas, se comportan como
un componente directo y determinante en la formación de flujos y corrientes de
los hidrosistemas [1].
En la parte baja, con un tiempo de residencia mayor y un menor aporte por
precipitación local, pero afectados por interconexión y mezcla, estas tendrán
un comportamiento menos representativo.
Figura 2. Diagrama de isótopos estables de la
cuenca alta del río Cañete.
Debido a que la composición isotópica del oxígeno y del
hidrógeno de la mayoría de los ríos del mundo se aproximan a la LMM, así como
por la similitud del contenido isotópico de la precipitación y de las aguas
subterráneas en las partes altas de la cuenca, estas reflejan en buena medida
la composición isotópica observada en la precipitación [2].
Además, se conoce que la
evaporación de aguas superficiales en la altura no resulta mayormente afectada
su composición isotópica y por consiguiente se atribuye por el carácter
conservativo del δO18 una similitud isotópica entre aguas de lluvia y aguas
subterráneas surgentes [5].
La cuenca bajo estudio con una orientación normal a la línea de
costa constituye una transecta donde se puede
apreciar como el efecto altitudinal y de continentalidad (orográfico) debido a
la Cordillera de los Andes influye en la variación de la temperatura y con ello
el contenido isotópico del vapor de agua condensado, que luego por la
precipitación se infiltra en el subsuelo pasando a formar las aguas
subterráneas, permitiendo en la zona de surgencia determinar con cierta
aproximación la altura donde ocurrió su recarga[3].
Figura 3.
Efecto de altitud, se muestra el empobrecimiento del δO18 con la altitud.
En ésta
cuenca, los manantiales de la zona de altura, arriba de los 3500 msnm se
originan en zonas de alta cordillera en donde se produce la recarga de la
mayoría de acuíferos; queda por investigar los manantiales de la parte baja de
la cuenca donde debe de ocurrir un cambio en la composición isotópica debido a
causas del origen de la recarga, el efecto de mezcla entre distintos flujos de
aguas subterráneas y el mayor tiempo de interacción agua- roca.
Los valores obtenidos del efecto de la altitud en el
presente estudio y, de acuerdo a la literatura especializada [3] están dentro del rango
establecido de -0.15 a -0.5 para el δO18 y para el δH2 de -1 a -4 o/oo por cada 100
de altitud, a partir de los valores de muestras de aguas subterráneas [4].
El “efecto de altitud” en
la cuenca del río Cañete en base a la marca isotópica que presentan los
manantiales en su parte alta y ubicados a diferente altitud, están en valores
de -0.45 o/oo para el δO18 (Figura 3) y de -3.30 o/oo para el δH2 por cada 100 m. de altitud (Figura
4). Con los valores obtenidos, es posible determinar el
parámetro fundamental del hidrosistema, la altura a
la que tiene lugar la recarga [5], que en la zona de estudio se sitúa entre los 3600 a 4350
msnm. Parte de la cuenca donde se producen las mayores precipitaciones en forma
líquida y con una composición isotópica más ligera [6], y a una mayor altitud en la zona
prevalecen las precipitaciones sólidas (nieve).
Figura 4. Efecto de altitud
con relación al empobrecimiento de δH2 con la altitud.
4.
Conclusiones
En base al contenido
isotópico de agua de manantiales y surgencias de la parte alta de la cuenca del
río Cañete se ha obtenido valores de “efecto de altitud” de -0.45 o/oo para el δO18 y -3.30 o/oo para el δH2 por cada 100 m de
altitud y en consecuencia, la recarga está comprendida
entre 3600-4350 msnm.
Los resultados del estudio
de “efecto de altitud” permiten además identificar las zonas que podrían
resultan vulnerables desde el punto de vista de la contaminación y el
funcionamiento de los hidrosistemas a nivel de cuenca
hidrológica.
5.
Bibliografía
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