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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 26 (4) 257-267, 2010
INFLUENCIA DE PROCESOS AUTÓCTONOS Y ALÓCTONOS SOBRE LAS
CARACTERÍSTICAS FÍSICOQUÍMICAS DEL EMBALSE PASO BONITO, CIENFUEGOS, CUBA
Carmen BETANCOURT
1
y Roberto SUÁREZ
2
1
Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos Calle 17, esq. Ave 46 s/n, Reparto Reina, Código Postal 55100,
Cienfuegos, Cuba. carmen@gestion.ceac.cu
2
Universidad de Cienfuegos, Carretera a Rodas km 3, Código Postal 59430, Cienfuegos, Cuba
(Recibido septiembre 2009, aceptado agosto 2010)
Palabras claves: embalse, componentes mayoritarios, lavado, roca, variables
RESUMEN
Esta investigación estuvo dirigida a determinar las características y procesos vinculados
con la calidad química del agua del embalse Paso Bonito, fuente de abastecimiento de
las ciudades Cienfuegos y Santa Clara. Para el análisis de los componentes mayoritarios
se dispuso de mediciones mensuales durante el período 1986-2005, determinándose
las características del agua y las correlaciones entre las variables. Las fuentes de in-
corporación fueron evaluadas mediante los diagramas de Gibbs y triangular, así como
a través de relaciones iónicas. El agua resultó no salina, dura, con predominio de los
iones calcio y bicarbonato.
La calidad química del agua estuvo en correspondencia
con la geología de la cuenca que alimenta al embalse y determinada por procesos de
lavado de la roca, sin registrar diferencias estadísticamente signiFcativas entre los
períodos seco y húmedo, ni comportamiento estacional. Se aplicaron las correlaciones
entre variables y el análisis de componentes principales para evaluar las relaciones
establecidas en un grupo de variables estudiadas durante 2006 y 2007. Esta base de
datos incluyó: pH, oxígeno disuelto, potencial redox, temperatura, nutrientes, hierro y
manganeso. Los resultados obtenidos mostraron que la calidad del agua se afectó por
procesos de contaminación autóctona
,
vinculados a estratiFcación y mezcla del embalse,
procesos de contaminación alóctonos relacionados fundamentalmente con aporte de
contaminante desde la cuenca
y cambios térmicos dentro del embalse.
Keywords: reservoir, major ions, weathering, rock, variables.
ABSTRACT
This research was aimed at determining the characteristics and processes relating
with the water quality of Paso Bonito reservoir, which constitutes the water supply of
Cienfuegos and Santa Clara cities. The major ions were analyzed by means of monthly
measures recorded from 1986 to 2005. The water characteristics and the correlation
among variables, which were weak and did not allowed applying data reduction,
were also determined. The sources of supply were evaluated using ternary and Gibbs
diagrams, as well as the ionic relationships. The water was non-saline, hard, with
prevalence of calcium and bicarbonate ions. The chemical quality of the water was in
correspondence with the basin geology and dominated by rock weathering. It did not
C. Betancourt y R. Suárez
258
show any signifcant diFFerence between the dry and humid periods and any seasonal
variation. The relationships among a group oF variables during 2006 and 2007 were
evaluated applying correlations between them as well as principal component analyses.
The database included pH, dissolved oxygen, redox potential, temperature, nutrients,
iron and manganese. According to the results, the quality oF the water was in±uenced
by autochthonous processes, which are related to stratifcation and mixtures oF the
reservoir, allochthonous processes related to the pollution in the basin, and thermal
changes in the reservoir.
INTRODUCCIÓN
El análisis del agua revela la presencia de gases,
elementos minerales y elementos orgánicos en solu-
ción o suspensión. Estos elementos tienen un origen
natural y antrópico, y defnen la calidad del agua,
de acuerdo a los diversos usos posibles (doméstico,
industrial y agrícola entre otros).
El estudio de los componentes mayoritarios se
usa para entender procesos que in±uyen en la calidad
química del agua, como el lavado de las rocas, la
evaporación-cristalización y la lluvia (Gibbs 1970,
Singh
et al.
2005, Anshumali y Ramanathan 2007, Xu
et al
. 2008, Kumar
et al.
2009). La presencia y pro-
porción de los mismos se relaciona con la geología de
las cuencas (McNeil 2005, Rajmohan y Elango 2007,
Jha
et al.
2009), y una de las herramientas aplicadas
para estos fnes son las relaciones iónicas (²ernández
y Miretzky 2004, Das
et al
. 2005, Szramek
et al
.
2007, Hren
et al
. 2007, Al-RawajFeh y Al-Shamaileh
2007, Ryu y Chang 2007, Ryu
et al
. 2008).
Otras variables empleadas en el estudio de la
calidad del agua son la temperatura (T), el pH,
oxígeno disuelto (OD) y el potencial redox (Eh),
principalmente por su vinculación con el Fenómeno
altamente complejo de liberación de nutrientes,
metales y materia orgánica desde los sedimentos
de los embalses (Harris 1999). Nutrientes como el
nitrógeno y el FósForo se relacionan con procesos de
eutrofzación de las aguas y metales como el hierro
y el manganeso aFectan el olor y sabor del agua y
difcultan su tratamiento (McClure 2006).
La complejidad de los procesos ambientales no se
evidencia totalmente por el estudio de variables ais-
ladas y puede suceder que procesos subyacentes que
ocurren dentro de un embalse queden sin explicación,
si no se aplica un apropiado análisis estadístico de los
datos obtenidos durante la investigación.
El análisis de componentes principales (ACP)
permite evaluar las complejas interacciones que se
manifestan entre las variables químico-Físicas y sus
impactos sobre la calidad del agua. Por lo tanto, es
una técnica muy usada para el estudio de la calidad
del agua (Giussani
et al
. 2006, Henderson 2006,
Atobatele y Ugwumba 2008, Marques
et al
. 2008,
Mujumdar 2008) que permite la reducción de varia-
bles sin perder mucha inFormación contenida en las
originales (Hannah
et al
. 2000).
El embalse Paso Bonito es Fuente de abasteci-
miento de la ciudad de CienFuegos y una parte de la
ciudad de Santa Clara y en la cuenca que alimenta
el embalse se ubican Fuentes contaminantes (cría de
ganado vacuno y porcino) que aportan nutrientes y
materia orgánica, además también se localiza una
antigua mina de pirita que Fue explotada mediante
galerías en la primera mitad del siglo pasado (Allende
1927).
Sus aguas se estudiaron durante los años 2006
y 2007. En estas investigaciones se veriFicaron
procesos de mezcla en el invierno y durante lluvias
intensas, con un patrón de distribución de OD de
tipo clinógrado, Eh negativos y altos valores de ²e
y Mn durante la estratifcación térmica (Betancourt
et al
. 2009a).
En este mismo período se estudiaron los ciclos
anuales de nitrógeno y FósForo (Betancourt
et al
.
2009b) y Mn (Betancourt
et al
. 2010). El nitrógeno
resultó el nutriente limitante, con un valor bajo de
la relación nitrógeno inorgánico total: FósForo total
(N
T
:P
T
), mientras que el 52 % de las mediciones de
FósForo clasifcaron al embalse como eutrófco.
El 87 % de los valores de nitrógeno de nitrito (N-
NO
2
), así como las concentraciones de nitrógeno amo-
niacal (N-NH
4
), durante el mes de octubre indicaron
contaminación del agua según la Norma Cubana usada
(NC 1986), este comportamiento se explicó con las
malas prácticas identifcadas en el manejo de la cuenca
y del embalse según los resultados del diagnóstico.
En el estudio del ciclo del Mn se registraron con-
centraciones elevadas en la columna de agua para el
²e y el Mn, Fundamentalmente en el Fondo (Betancourt
et al
. 2010), característico de embalses eutrófcos.
El uso de estas aguas para el consumo humano
hace necesario el conocimiento de los procesos que
PROCESOS AUTÓCTONOS Y ALÓCTONOS EN EL EMBALSE PASO BONITO
259
ocurren en la cuenca de alimentación y en el embalse
con repercusión en la calidad del agua para poder
hacer una correcta gestión del recurso. El objetivo
de este trabajo está encaminado a:
1. Determinar las características físicoquímicas del
agua embalsada.
2. IdentiFcar los procesos que ocurren en la cuenca
de alimentación y en el embalse con incidencia
en la calidad físicoquímica del agua embalsada.
Los resultados obtenidos permiten identiFcar por
primera vez, procesos que ocurren en la cuenca de
alimentación y en el embalse, con repercusión sobre
la calidad del agua. También se describen sus carac-
terísticas físicas y químicas, aportando herramientas
para una correcta gestión del recurso.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
El embalse Paso Bonito se ubica al sureste de la
provincia de Cienfuegos, región centro-sur de Cuba
(
Fig. 1
). En este acuatorio se acumulan las aguas
procedentes del río Hanabanilla (al cual se le incor-
pora el arroyo Navarro con abundantes sedimentos),
y las aguas procedentes de una hidroeléctrica que se
alimenta del embalse Hanabanilla a través de un túnel.
Esta entrada de agua constituye el mayor aporte al
embalse según Betancourt
et al.
(2009b). La capacidad
de almacenamiento del embalse Hanabanilla (V = 292
hm
3
) es 36.5 veces superior a la de Paso bonito (V =
8 hm
3
) por lo que la entrada en mayor proporción del
agua de este embalse mitiga el efecto de dilución que
se produce cuando ocurren precipitaciones en la zona.
Su cuenca yace sobre mármoles grises azulo-
sos, esquistos carbonatados y graníticos, esquistos
cuarzos moscovíticos con capas aisladas de mármol
y rocas magmáticas y se localiza en una zona de
montaña y premontaña, lo cual facilita la erosión y
el trasporte de contaminantes.
En el
cuadro
I
se muestran algunas característi-
cas morfométricas de la cuenca y del embalse. Esta
información corresponde a los datos del proyecto
constructivo del embalse y procede de la Delegación
de Recursos Hidráulicos en Cienfuegos.
Muestreo y ensayos
La información sobre los componentes mayo-
ritarios procede de la Red de Calidad de las Aguas
Navarro
Punto de
toma
Embalse
Paso Bonito
Área de estudio
Cienfuegos
Cuba
A
B
Hanabanilla
0
1
2
Kilómetros
Hanabanilla
Túnel
Fig. 1.
Área de estudio. A: Embalse Paso Bonito y las principales corrientes de alimentación
y B: ±oto satelital del embalse con la localización de entradas y salidas
CUADRO
I
. ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DEL EMBAL-
SE Y LA CUENCA
Características*
Área de la cuenca (km
2
)
65
Altitud media de la cuenca (m)
187
Altitud del embalse (m)
86.3
Volumen (hm
3
)
8
Área (km
2
)
1.25
Cota del canal trasvase (msnm)
79.75
Cota punto de toma (msnm)
76.5
Diferencia de altura entre el canal trasvase y
el punto de toma (m)
3.25
Longitud del río principal (km)
16.5
Profundidad máxima (m)
19.5
Profundidad media (m)
6.5
Línea de costa (km)
9.56
*Datos tomados del archivo de la Delegación de Recursos Hi-
dráulicos en Cienfuegos
C. Betancourt y R. Suárez
260
de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico de
Cienfuegos y contiene muestras de agua del punto de
toma del embalse durante el período 1986-2005, con
una periodicidad mensual (n = 240). Las variables
estudiadas son: conductividad eléctrica (CE), dureza
total (D
T
) y los iones mayores:
HCO
3
(HCO
3
), Cl
-
(Cl),
SO
2–
4
(SO
4
), Ca
2+
(Ca), Mg
2+
(Mg) y Na
+
+
K
+
(Na+K).
Para el estudio de las variables: T (ºC), pH (unida-
des), OD (mg/L), Eh (mV), se hicieron nueve mues-
treos a partir de septiembre de 2006 hasta noviembre
de 2007. Las muestras se tomaron primeramente en
la superFcie y a continuación metro a metro hasta el
fondo en un perFl ubicado en el punto de toma del
embalse.
El
NO
2
(NO
2
),
NO
3
(NO
3
),
PO
3–
4
(PO
4
), P
T
, ±e y
Mn, se estudiaron en el mismo período anterior pero
las muestras se tomaron en los niveles superFcie (0
m), medio (5 m) y fondo (10 m) en la columna de
agua del punto de toma del embalse, con una botella
Niskin de cinco litros de capacidad. Las muestras de
agua no se Fltraron para hacer los ensayos.
Las concentraciones de N-NH
4
se determinaron
por formación de indofenol azul; el N-NO
2
por diazo-
tación con sulfanilamida; el N-NO
3
por reducción con
hidracina; el P-PO
4
se cuantiFcó por formación de un
complejo azul con molibdato de amonio y el P
T
por
reducción con ácido ascórbico. Las concentraciones
de Mn se determinaron por espectrofotometría de
absorción atómica en ²ama, y el ±e por el método
de la ortofenantrolina.
Todos los ensayos se hicieron en el laboratorio
del Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos,
según las especiFcaciones de APHA (1998).
Análisis estadístico
Para el tratamiento estadístico se aplicó el Sta-
tistical Package for Social Sciences (SPSS), versión
15. La existencia de diferencias signiFcativas entre el
período húmedo (mayo-octubre) y seco (noviembre-
abril) en relación con los componentes mayoritarios,
se comprobó mediante la prueba no paramétrica
Mann-Whitney para dos muestras independientes, con
un nivel de signiFcación de 0.05. Se usó la matriz de
correlación de Spearman para las variables que no se
distribuyeron normalmente y la matriz de Pearson para
las variables con distribución normal. En el estudio
de la estacionalidad de los datos se empleó el recurso
de los diagramas de secuencia, el correlograma y el
periodograma. Para extraer la máxima información
ambiental y simpliFcar la interpretación de los datos
se aplicó un análisis factorial por el método de ACP a
las variables estudiadas durante los años 2006 y 2007.
RESULTADOS
Composición del agua, comportamiento de los io-
nes mayores, D
T
y CE y fuentes de incorporación.
En el
cuadro
II
se muestran los estadísticos
descriptivos: mínimo, media, máximo y desviación
estándar (DE). Los valores medios de la D
T
corres-
pondieron a un agua dura de acuerdo a la clasiFcación
de Durfor y Becker (1964).
El agua resultó no salina
,
según la media obtenida
para la CE y los criterios de clasiFcación de Seruya
y Pollinger (1983). La composición de los iones
mayores expresada en mg/L quedó de la siguiente
forma: Ca>Na+K>Mg y HCO
3
>Cl>SO
4
, y el agua
clasiFcó como bicarbonatada cálcica. No se encon-
traron diferencias signiFcativas en los valores de los
componentes mayoritarios del período seco y lluvioso.
El Ca+Mg expresado en meq/L, siempre fue su-
perior al HCO
3
con un valor medio de la diferencia
ligeramente inferior en el período lluvioso (0.11
meq/L) en relación al período seco (0.26 meq/L). El
déFcit de HCO
3
respecto al Ca y Mg, expresa que
esta agua además de la dureza temporal posee dureza
permanente.
Los componentes mayoritarios están poco co-
rrelacionados (
Cuadro
III
), sólo 10 relaciones son
estadísticamente signiFcativas al nivel 0.01, a pesar
del tamaño de la muestra (n = 240). Las variables más
relacionadas son el Ca y la CE, mientras que el Na+K y
el SO
4
, no se correlacionan con ninguna otra variable.
La débil correlación entre los componentes ma-
yoritarios no permitió reducir los datos por la apli-
cación del ACP. El valor de la medida de adecuación
muestral Kaiser-Meyer-Olkin fue inferior a 0.5 y las
comunalidades fueron bajas para la mayoría de las
variables.
CUADRO
II
. ESTADÍSTICOS DESCRIPTIVOS DE LA CON-
DUCTIVIDAD ELÉCTRICA, DUREZA TOTAL
Y LOS IONES MAYORES DEL EMBALSE
PASO BONITO
n
Mínimo Máximo Media
DE
CE (micromhos/cm)
240
160
358
257
35.7
HCO
3
(mg/L)
240
70
266
139
20.1
Cl (mg/L)
240
6
25
12
2.5
SO
4
(mg/L)
238
1
22
7
2.7
Ca (mg/L)
240
13
59
39
7.6
Mg (mg/L)
240
1
19
6
2.8
Na+K (mg/L)
240
3
15
7
1.9
D
T
(mg/L)
240
65
230
125
20.2
DE: Desviación estándar
PROCESOS AUTÓCTONOS Y ALÓCTONOS EN EL EMBALSE PASO BONITO
261
La aplicación de los diagramas de secuencia, el
correlograma y el periodograma a los componentes
mayoritarios no mostró comportamiento estacional
signifcativo para estas variables en la etapa estu-
diada.
Para conocer los procesos químicos vinculados
con la calidad del agua del embalse los resultados
obtenidos se grafcaron en el diagrama de Gibbs
(1970). Según este autor existen tres mecanismos
naturales que explican la composición química de las
aguas: la precipitación atmosFérica la solubilización
de las rocas y la evaporación-cristalización, que pue-
den identifcarse al grafcar las sales solubles totales
(SST)
vs
las razones Na:(Na+Ca) y Cl:(Cl+HCO
3
).
En la
fgura 2
se grafcaron los valores de las SST
vs
las razones catiónicas y aniónicas para las aguas
del embalse Paso Bonito, y todos los puntos se ubican
en la zona identifcada por la ocurrencia de procesos
de solubilización de las rocas.
Autores como Baca y Threlkeld (2000) preferen
el diagrama triangular para explicar los mecanismos
naturales que intervienen en la composición química
de las aguas, por incluir un número mayor de iones.
Puntos próximos a los vértices correspondientes al Ca
y al HCO
3
indican que la calidad química de las aguas
se vincula con procesos de meteorización de la roca.
Los resultados alcanzados al emplear esta herra-
mienta son similares a los obtenidos con el modelo de
Gibbs (1970), al ubicarse la mayor cantidad de obser-
vaciones próximas a los vértices que corresponden a
los iones Ca y HCO
3
y al lavado de la roca (
Fig. 3
).
La
fgura
4
muestra la relación entre el HCO
3
y la
suma de Ca y Mg. Para valores bajos de HCO
3
hay
una relación cercana a 1:1 entre las variables, sin em-
bargo a partir de un valor ligeramente superior a los 2
meq/L, los aumentos de Ca y Mg no se corresponden
con un aumento de HCO
3
.
Este comportamiento se
señala en la fgura con una línea discontínua.
El predominio de los valores de Ca+Mg por en-
cima de la línea 1:1, signifca que es más Frecuente
encontrar Ca y Mg vinculados a otros aniones di-
Ferentes al HCO
3,
que el HCO
3
asociado a cationes
diFerentes al Ca y Mg.
El Ca+Mg mostraron una Fuerte relación lineal con
el total de cationes (TC) que se pone de manifesto en
el elevado valor de la R
2
(0.957) (
Fig. 5
). Los valores
elevados de la media para la razón (Ca+Mg):(Na+K)
(8.77) evidencian su alta contribución al total de
cationes.
La razón (Na+K):TC alcanzó un valor me-
dio menor (0.11) y de Forma similar a la razón
(Ca+Mg):(Na+K) no registra diFerencias estadís-
ticamente signifcativas (p<0.05) entre el período
húmedo y seco.
CUADRO III.
MATRIZ DE CORRELACIÓN DE PEARSON PARA LOS IONES MAYORES, LA CON-
DUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y LA DUREZA TOTAL
CE
HCO
3
Cl
SO
4
Ca
Mg
Na+K
D
T
(µmhos/cm)
(mg/L)
CE
1
HCO
3
0.205
1
Cl
0.204
0.034
1
SO
4
-
0.076
-
0.080
0.147
1
Ca
0.521
0.240
0.176
-
0.122
1
Mg
0.088
0.027
0.036
0.163
-
0.215
1
Na+K
0.066
-
0.019
0.074
0.092
-
0.103
-
0.051
1
D
T
0.509
0.087
0.216
-
0.032
0.663
0.222
-
0.146
1
Las correlaciones estadísticamente signifcativas al nivel 0.01 (bilateral) aparecen en letra negra
n = 240
10
5
10
4
10
3
SST (mg/L)
10
2
10
1
10
0
0.0
0.2
0.4
0.6
Relación de iones
Lavado de la roca
Cl/(Cl+HCO
3
)
(Na+K)/(Na+K+Ca)
Evaporación-cristalizació
n
Precipitación
0.8
1.0
Fig. 2
. Representación gráfca de la dependencia entre las sales
solubles totales y las relaciones iónicas del agua: SST
vs
Cl:(Cl+HCO
3
) y SST
vs
(Na+K):(Na+K+Ca)
C. Betancourt y R. Suárez
262
La razón Na:Ca = 0.16, obtenida en esta inves-
tigación, reveló el lavado de rocas de carbonatos o
silicatos de Ca y Mg. Esta razón, expresa la relación
entre la calcita y la halita u otras fuentes de Na y
se encuentra en el intervalo de 0.1-0.4 cuando las
aguas discurren por carbonatos o silicatos de Ca y
Mg (Fagundo 1996).
Relaciones entre las variables estudiadas durante
2006 y 2007
Estas variables tuvieron una distribución normal
por lo que fue posible aplicar la correlación de Pear-
son. Los parámetros correlacionados signi±cativa-
mente (p<0.01) son el OD, Eh, pH, NH
4
, Fe y Mn,
mientras que el NO
3
, P
T
, y la T no se correlacionan
con ninguna otra variable (
Cuadro IV
). El valor
más alto de r (0.837) corresponde a la relación entre
el NH
4
y el pH.
Para estudiar el sistema de relaciones entre estas
variables de forma conjunta se aplicó un ACP. En
este análisis se excluyeron las variables NO
3
y P
T
por registrar una baja correlación con cada uno de
los factores extraídos y baja comunalidad respec-
tivamente.
Después de eliminar estas dos variables se eligie-
ron tres factores, cuya selección se hizo de acuerdo
al número de autovalores mayores que la unidad, y
según los criterios que garantizan que la elección
del método es adecuada. Las correlaciones de cada
variable con el factor extraído son altas (
Cuadro
V
);
la medida de adecuación muestral (KMO) es superior
a 0.50 (0.53); la prueba de esfericidad de Bartlett
es inferior a 0.05 (0.00); el determinante está muy
próximo a cero (1.61E-5) y las comunalidades son
superiores a 0.710.
La varianza total es de 85 % y los tres primeros
factores extraídos explican el 49.5, 20.8 y 14.7 %
respectivamente. El primer factor agrupa las variables
OD, pH, Eh, NH
4
, Fe y Mn; el segundo al PO
4
y el
NO
2
y el tercero incluye solamente a la temperatura
.
0.00
A
B
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.25
0.50
0.75
Ca (mg/L)
HCO
3
(mg/L)
1.00
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0.00
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.25
0.50
0.75
1.00
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Na+K (mg/L)
Cl (mg/L)
Mg (mg/L)
SO
4
(mg/L)
Fig. 3
. Composición relativa de aniones y cationes (diagrama triangular) del agua embalsada. Los
cationes son representados en A y los aniones en B.
Fig. 4
. Relación entre el contenido de HCO
3
y Ca+Mg en el
embalse
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
Ca+Mg (meq/L)
1.5
1.0
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
CHO
3
(meq/L)
Ca+Mg=CHO
3
3.5
4.0
4.5
4.0
Ca+Mg=
-
0.254+0.985TC
R
2
= 0.957
3.5
3.0
2.5
2.0
Ca+Mg (meq/L)
1.5
1.0
Ca+Mg=T
C
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Total de cationes (meq/L)
3.5
4.0
Fig. 5
. Relación entre el contenido de Ca+Mg y el TC
PROCESOS AUTÓCTONOS Y ALÓCTONOS EN EL EMBALSE PASO BONITO
263
DISCUSIÓN
Fuentes de incorporación de los iones mayores y
procesos vinculados con la calidad del agua
Las similitudes observadas en los valores de los
componentes mayoritarios entre los períodos seco
y lluvioso pudieron tener relación con la entrada al
embalse de altas proporciones de agua procedente
del embalse Hanabanilla. Esta agua, aunque tiene
una composición química similar (Sánchez 2000)
y procede de la misma cuenca, es hipolimnética,
por tanto la infuencia sobre la concentración de las
reFeridas variables es menor.
El aumento de los valores de las concentraciones
de Ca y Mg sin registrar un aumento proporcional en
las concentraciones de HCO
3
(
Fig. 4
), está relacio-
nado con la presencia en la cuenca de otras Fuentes
de Ca y Mg diFerentes a los carbonatos como son
los silicatos. Según Meybeck (1987), el Na y K se
originan Fundamentalmente del lavado de evaporitas
y silicatos, mientras que el Ca y Mg provienen del
lavado de carbonatos, evaporitas y silicatos.
La abundante presencia en la cuenca de minerales
ricos en Ca y Mg como las rocas carbonatadas y los
silicatos puede ser causa de los valores elevados de
la razón (Ca+Mg):(Na+K), e indica que el lavado
de las rocas es la principal Fuente en el aporte de
los componentes mayoritarios al agua. Proceso que
también es evidente al gra±car las SST
vs
relaciones
iónicas en el modelo de Gibbs (1970) y los valores de
los iones mayores en el diagrama triangular.
Gao
et al
. (2009), consideran que el lavado quí-
mico de las rocas se resume mediante las ecuaciones
siguientes:
Agua
SO
2
+ CO
2
+ FeS
2
SO
2
+ CO
2
+ FeS
2
Carbonato
Silicato
Yeso
Ca
[
]
[
]
Ca
[
]
Ca
[
]
Ca
=
+
+
Agua
SO
2
+ CO
2
+ FeS
2
SO
2
+ CO
2
+ FeS
2
Carbonato
Silicato
Mg
[
]
[
]
Mg
[
]
Mg
=
+
Agua
CO
2
+ SO
2
+ FeS
2
Silicato
Fertilizantes
K
[
]
[
]
K
[
]
K
=
+
Agua
CO
2
+ SO
2
+ FeS
2
Silicato
Agua de mar lavado de la roca
Na
[
]
[
]
Na
[
]
Na
=
+
Los corchetes indican concentraciones molares de
los diFerentes cationes en las corrientes super±ciales.
Los superíndices están relacionados con la contribu-
ción al lavado de las rocas; CO
2
y SO
2
representan
CUADRO
IV
. MATRIZ DE CORRELACIÓN DE PEARSON PARA LAS VARIABLES ESTUDIADAS DURANTE 2006
Y 2007
T
OD
Eh
pH
NO
3
NO
2
NH
4
PO
4
P
T
²e
Mn
(ºC)
(mg/L)
(mV)
(mg/L)
T ºC
1
OD
0.027
1
Eh
-
0.079
0.667
1
pH
-
0.123
0.722
0.461
1
NO
3
-
0.168
-
0.194
0.056
-
0.168
1
NO
2
0.071
-
0.121
0.047
-
0.370
0.236
1
NH
4
0.045
-
0.613
-
0.712
-
0.837
-
0.052
0.167
1
PO
4
-
0.082
-
0.061
-
0.005
-
0.071
0.010
0.747
0.053
1
P
T
-
0.323
-
0.330
0.031
0.027
0.077
0.183
-
0.084
0.348
1
²e
-
0.266
-
0.578
-
0.745
-
0.389
0.330
-
0.050
0.424
-
0.102
0.119
1
Mn
-
0.319
-
0.583
-
0.764
-
0.503
0.247
0.358
0.599
0.326
0.203
0.815
1
Las correlaciones estadísticamente signi±cativas al nivel 0.01 aparecen en letra negra
CUADRO
V
. MATRIZ DE COMPONENTES
Componente
1
2
3
OD (mg/L)
-
0.826
0.099
-
0.135
Eh (mV)
-
0.884
0.208
0.077
pH
-
0.813
0.027
-
0.509
NO
2
(mg/L)
0.304
0.882
0.266
NH
4
(mg/L)
0.888
-
0.207
0.243
PO
4
(mg/L)
0.140
0.946
-
0.081
²e (mg/L)
0.787
-
0.197
-
0.356
Mn (mg/L)
0.868
0.229
-
0.309
T (ºC)
-
0.235
-
0.117
0.826
(1)
(2)
(3)
(4)
C. Betancourt y R. Suárez
264
los aportes de los ácidos carbónico y sulfúrico res-
pectivamente, por precipitación atmosférica; el FeS
2
es el aporte del ácido sulfúrico procedente del lavado
de la pirita. Cuando no se escribe superíndice denota
la disolución de minerales sin la intervención de los
ácidos mencionados, y los subíndices representan las
fuentes de cada ión.
La participación del ácido sulfúrico procedente
de los yacimientos piritosos en el lavado de silica-
tos y carbonatos se señala en todas las ecuaciones
planteadas por Gao
et al
. (2009). Para el Na y K, no
se incluye el lavado de las rocas carbonatadas (ecua-
ciones 3 y 4), presentes en una gran extensión en la
cuenca del embalse, criterio que puede explicar las
altas concentraciones de Ca encontradas en el agua,
teniendo en cuenta que en la cuenca de alimentación
se localiza una antigua mina de pirita.
La intensi±cación del lavado de las rocas por el
ácido sulfúrico procedente de yacimientos piritosos
se ha reportado por otros investigadores (Lerman y
Wu 2006, Ryu
et al
. 2007).
La baja correlación observada entre los componen-
tes mayoritarios es probable que guarde relación con
la geología de la cuenca que alimenta al embalse. La
correlación más baja del SO
4
pudiera estar asociada a
que los aportes más signi±cativos de este anión proce-
dan de los yacimientos piritosos presentes en la cuenca,
lo cual relaciona al SO
4
con el Fe, no con los cationes
determinados en los componentes mayoritarios.
Relaciones entre las variables estudiadas durante
2006 y 2007
La materia orgánica, degradada parcialmente en
la columna de agua del embalse, se acumula en los
sedimentos y contribuye a la demanda de oxígeno que
estos producen (Higashino y Stefan 2005, Matthews
y Ef²er 2006, Beutel
et al
. 2007). Cuando la demanda
de oxígeno es mayor que el OD, la oxidación de la
materia orgánica se veri±ca por especies químicas
aceptoras de electrones y ocurre un descenso en el
Eh (Madigan
et al
. 2003).
Entre las especies mencionadas se encuentran las
nitrogenadas y los óxidos de Fe y Mn, que pasan al
agua en sus formas reducidas al aceptar electrones
de la materia orgánica (Hem 1985). Estos criterios,
unido a la disminución de pH que se produce por la
liberación de CO
2
durante la oxidación de la materia
orgánica, que a su vez favorece la liberación de Fe,
Mn y NH
4
, explican la correlación encontrada entre
las variables pH, OD, Eh, Mn, Fe y NH
4
.
Estas variables quedaron agrupadas en el primer
componente extraído en el ACP y explica procesos
de contaminación autóctona que afectan de forma
negativa la calidad del agua embalsada. Los valores
más bajos de pH, OD y Eh se registraron durante los
procesos de estrati±cación del embalse (Betancourt
et
al.
2009a), cuando se liberaron desde los sedimentos
las mayores concentraciones de NH
4
(Betancourt
et
al.
2009b) y de Fe y Mn (Betancourt
et al.
2010).
Durante los procesos de mezcla se registraron los
valores más altos de pH, Eh y OD con los valores
más bajos de NH
4,
Fe y Mn.
Los procesos de estrati±cación y mezcla del em-
balse se muestran en la
fgura 6
.
El segundo factor extraído agrupa al NO
2
y PO
4
y
se relaciona con procesos de contaminación alóctona
que afectan de forma negativa la calidad del agua
embalsada. Según (Betancourt
et al
. 2009b), los
valores elevados de estos nutrientes coinciden con
muestreos antecedidos por abundantes precipitacio-
nes que arrastraron al embalse residuos procedentes
de fuentes contaminantes de origen agropecuario.
La temperatura quedó como única variable en el
tercer factor y se relaciona con los cambios térmicos
en el embalse. A pesar de que este factor contiene una
sola variable, explica el 14.71 % de la varianza total
y revela la importancia de esta variable en la calidad
del agua embalsada.
El hecho de que el primer factor represente el
49.47 % de la varianza total de los datos indica que
los procesos de contaminación autóctona
son los más
relacionados con la afectación a la calidad del agua
del embalse.
Fig. 6. Ciclo térmico en el embalse Paso Bonito
0
Profundidad (m)
-
1
-
2
-
3
-
4
-
5
-
6
-
7
-
8
-
9
-
10
Sep_06
Oct_06
Nov_06
Dic_06
Feb_07
Meses
May_07
Jul_07
Oct_07
Nov_07
30.5
29.5
28.5
27.5
26.5
25.5
24.5
23.5
30.25
30
29
28
27
26
25
24
23
ºC
PROCESOS AUTÓCTONOS Y ALÓCTONOS EN EL EMBALSE PASO BONITO
265
El ACP excluyó a las variables P
T
y NO
3,
debido
quizás a que su ocurrencia en el agua puede estar
afectada por otras variables o procesos no conside-
rados en la investigación.
CONCLUSIONES
El agua embalsada es no salina, dura y bicarbo-
natada cálcica, con una débil correlación entre los
componentes mayoritarios analizados que no hizo
posible la aplicación del ACP. No se registró esta-
cionalidad en estas variables, lo cual signiFca que no
se afectaron por los cambios estacionales ocurridos
durante la etapa en estudio.
El proceso predominante que explicó la compo-
sición química de las aguas, especíFcamente rela-
cionado con los componentes mayoritarios, fue el
lavado de la roca, tanto al aplicar el modelo de Gibbs,
el diagrama triangular, como las relaciones iónicas.
Los valores de los iones mayores del agua guar-
daron una estrecha relación con la geología de la
cuenca, resultado que se evidenció en todas las rela-
ciones iónicas aplicadas. La suma de Ca y Mg registró
valores superiores al HCO
3
y revela la existencia en
la cuenca de silicatos de Ca y Mg.
Una alta contribución de Ca y Mg al TC, indica la
presencia en la cuenca de minerales con una predo-
minancia en su composición de estos cationes. Los
yacimientos piritosos presentes a su vez favorecen
el lavado de minerales ricos en Ca. La razón Na:Ca
registró valores característicos de aguas que discurren
por carbonatos o silicatos de Ca y Mg.
La aplicación del ACP a las otras variables
físicoquímicas estudiadas, mostró que la calidad
del agua embalsada está afectada por procesos
de contaminación autóctona, relacionado con la
mezcla y estratiFcación del embalse y que se ma-
niFesta a través de las variables pH, OD, Eh, NH
4
,
±e y Mn y otro proceso de contaminación alóctona,
relacionado con el aporte de fosfato y nitrito desde
la cuenca.
La temperatura resultó una variable a considerar
en la calidad del agua al explicar el 14.71 % de la
varianza total de los datos, quedando sola en la tercera
componente, lo que signiFca que la calidad del agua
se vincula con los cambios térmicos en el embalse.
AGRADECIMIENTOS
Damos gracias a ±anny Jorge Lazo y Ledys Alfon-
so Padrón por sus colaboraciones en la traducción al
inglés y a Henrry Herrera Marrero, por el aporte de
ideas para mejorar el estilo del documento.
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