La región de estudio está ubicada en la vertiente oriental de la Sierra Chica de Córdoba, entre los 31° 05' y 31°19' S y 64° 15' y 64° 25' O (Fig. 1). Esta unidad morfoestructural, de orientación norte-sur, constituye el bloque más oriental del sistema de Sierras Pampeanas en Argentina. El río Ceballos nace a 750 msnm, su cuenca tiene una extensión de 213 km² siendo los arroyos Los Hornillos y Colanchanga sus principales afluentes en el ambiente serrano. El agua de estos dos arroyos forma el embalse La Quebrada a partir de una presa artificial. Desde allí nace el río Ceballos, atraviesa la ciudad homónima con 19 668 hab (INDEC 2010) donde cambia su dirección oeste-este a norte-sur y se encauza en un valle estructural de orientación meridiana recibiendo sus principales afluentes desde el oeste, los arroyos Cabana y La Reducción. Finalmente, con el nombre de río Saldán, desagua en la margen izquierda del río Suquía, una de las cuencas hídricas más extensas de la provincia de Córdoba. Aguas abajo de la ciudad de Río Ceballos atraviesa las ciudades de Unquillo (18 086 hab), Mendiolaza (10 360 hab), Villa Allende (25 138 hab) y Saldán (10 432 hab). En la figura 1 el tamaño de los símbolos representa la densidad demográfica. La cuenca del río Salsipuedes tiene sus nacientes en las proximidades del cerro El Cuadrado a 1250 msnm y abarca una superficie aproximada de 68 km², presenta una forma alargada con el eje mayor en dirección noroeste-sureste. Discurre por el piedemonte de las sierras, atraviesa la localidad de Salsipuedes (9800 hab) y se infiltra antes de alcanzar la llanura (Fig. 1).

Figura. 1

Geológicamente la región está caracterizada por un basamento plutónico-metamórfico de edad precámbrica (900-1000 Ma) (Kraemer et al. 1995), integrado principalmente por esquistos y gneises (Fig. 1). Las metamorfitas más abundantes son gneises tonalíticos biotíticos de grado medio a facies de anfibolita. Con menor desarrollo superficial e intercalado en las litologías anteriores, se reconocen cuerpos de granitoides, mármoles, esquistos y anfibolitas (Gordillo y Lencinas 1979). La secuencia sedimentaria de la ladera oriental de la Sierra Chica está conformada desde la base por sedimentitas continentales denominadas "estratos rojos" compuestas por conglomerados polimícticos, brechas de matriz arenosa, areniscas, limolitas y pelitas subordinadas, de típico ambiente continental árido (Formación Saldán), de probable edad cretácica tardía. En la parte de las cumbres, en el sector norte y oeste de las cuencas de los ríos Ceballos y Salsipuedes respectivamente, el basamento está cubierto por conglomerados denominados Fanglomerado Valle del Sol asignados al Cretácico tardío - Paleoceno (Gordillo y Lencinas 1979). Sedimentos de rodados y arenas fluviales friables cubren discordantemente al basamento (Formación Estancia Belgrano). Se apoyan, también en discordancia sobre las unidades precedentes, sedimentos loéssicos con carbonato de calcio diseminado (Formación General Paz). Culminan la secuencia (Santa Cruz 1978, Cioccale 1999, Candiani et al. 2001) sedimentos fluviales y aluviales de derrame de desborde, terrazas, albardones, cauces, paleocauces y abanicos aluviales de extensa propagación areal, en ocasiones mezclados con el loess (Formación Río La Granja).

Las características climáticas más sobresalientes de la región son la irregular distribución anual de las precipitaciones y la ausencia de verano térmico. Las temperaturas medias anuales varían entre los 14 y los 17 °C, las máximas medias anuales fluctúan entre 20 y 25 °C, mientras que las mínimas medias anuales lo hacen entre 9 y 10 °C (Capitanelli 1979). La precipitación media anual (1960-2013) es de 944 mm. La estación húmeda se extiende de noviembre a abril y concentra más del 80 % de las lluvias anuales (710 mm para el mismo período de registro).

La región de la Sierra Chica ha sufrido el mayor crecimiento demográfico de la provincia de Córdoba en las últimas décadas. De acuerdo con datos del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (2010), la población de las ciudades de Río Ceballos y Salsipuedes (Fig. 1) se incrementó un 28 % y 41 % respectivamente. Por otro lado, la región registra un aumento temporal de la población durante la estación estival, como consecuencia de una importante actividad turística. El agua de los sistemas hídricos estudiados es utilizada principalmente como fuente para consumo humano y recreación. En la ciudad de Río Ceballos existe una planta potabilizadora de agua que se abastece del embalse La Quebrada, ubicado 7 km hacia el oeste de la misma. La región no cuenta con plantas de tratamiento de efluentes, por lo que las descargas de aguas sanitarias sin tratamiento previo junto con las aguas residuales urbanas, se infiltran en pozos ciegos y sangrías.

Se realizaron dos muestreos estacionales durante los meses de octubre de 2010 y abril de 2011. En la figura 1 y el cuadro I se encuentra la localización geográfica de los sitios muestreados que se ubicaron a lo largo de los cauces principales y afluentes de los ríos estudiados, mismos que fueron seleccionadas considerando el uso de la tierra, la densidad demográfica y las características geológicas, geomorfológicas e hidrológicas de las cuencas. Se tomaron nueve muestras de agua superficial en la cuenca del río Ceballos y seis en la del río Salsipuedes. El número de cada estación indicada en la figura 1 corresponde a los sitios de muestreo listados en el cuadro I. Se utilizaron técnicas de muestreo y métodos analíticos estándares para todas las determinaciones, tanto en campo como en laboratorio (Eaton et al. 1995). In situ se midieron: pH (con un pHmetro digital Lutron), temperatura, conductividad eléctrica (CE) y sólidos totales disueltos (STD) con un electrodo Hach. La alcalinidad (como carbonato de calcio) fue determinada mediante titulación con ácido sulfúrico 1.6 N y el oxígeno disuelto (OD) mediante un electrodo selectivo acoplado a una estación registradora X-plorer. En cada punto de muestreo se midieron además variables hidráulicas y de morfología del cauce, requeridas para el modelado con el programa QUAL2Kw, como la velocidad (V), la profundidad (H), el ancho, la pendiente y las características del lecho. Las muestras para análisis de laboratorio fueron recolectadas con botellas plásticas y transportadas y mantenidas a 4 °C hasta su análisis químico. Los aniones mayoritarios (Cl, SO₄ ^2-, NO₃ fueron determinados por cromatografía iónica con detector de conductividad y supresión electroquímica de la conductividad del eluyente en los laboratorios del Centro de Investigaciones en Ciencias de la Tierra (CICTERRA, CONICET-UNC). Los cationes mayoritarios (Ca²+, Mg²+, Na+, K+), fósforo total (FT) y bacterias coliformes totales y fecales (CT y CF) se determinaron en laboratorios externos.

CUADRO 1

El programa QUAL2Kw (Pelletier y Chapra 2005), utilizado para modelar la calidad del agua de los ríos estudiados se basa en ecuaciones diferenciales para corrientes unidimensionales asumiendo un flujo estacionario. Este programa permite modelar la contaminación procedente de fuentes puntuales y difusas. Además, incluye para la calibración automática un algoritmo genético que facilita el ajuste de los resultados simulados sobre la base de los datos medidos en el campo. La solución de integración se realiza con el método de Euler. La ecuación y el coeficiente de Manning se emplean para expresar la relación que existe entre la profundidad, la pendiente, el radio hidráulico, la rugosidad, la velocidad y el caudal del cauce. QUAL2Kw considera al río como un conjunto de segmentos interconectados que son interpretados como canales trapezoidales, donde los valores constitutivos de la calidad de agua (por ejemplo temperatura, pH, CE, OD, nitrógeno de nitratos [N-NO₃] y de nitritos [N-NO₂], fósforo inorgánico, fósforo total [FT] y bacterias coliformes totales, entre otras variables), se registran para cada segmento, además de las variables hidráulicas (Q, V y H) y la morfología del cauce (ancho, pendiente, características del lecho). Un segmento se define como un tramo del río de longitud variable, que puede recibir contaminación de fuentes puntuales y no puntuales o difusas.

La figura 2 muestra la segmentación de los ríos estudiados y la localización de las fuentes puntuales y las asignadas como difusas. El río Ceballos, con una longitud total de 28.5 km se dividió en cinco segmentos. Los datos de cabecera corresponden al arroyo Los Hornillos (AHOR-1-2) y como fuentes puntuales se asignaron los afluentes al cauce principal como los arroyos Colanchanga (ACOL-1-1), Tello (ATEL-1-4), Mal Paso (AMAL-1-6) y Cabana (ACAB-1-8). El río Salsipuedes, con una longitud total de 13.5 km, se dividió en cuatro segmentos. La cabecera está representada por el arroyo La Estancita 1 (A1SAL-1-1), mientras que como fuente puntual se consideró su afluente, el arroyo La Estancita 2 (A2SAL-1-2).

Figura 2

Para la determinación de fuentes difusas se ensayaron descargas simuladas de contaminantes en las áreas urbanas. Los datos medidos fueron el escenario de partida que describieron las condiciones reales de los sistemas naturales estudiados. Luego se generaron diferentes escenarios de modelado modificando las cargas, las fuentes de contaminación y los caudales de los ríos. También se llevaron a cabo simulaciones considerando datos hidráulicos del dique La Quebrada. Es necesario aclarar que en la época de toma de las muestras (octubre de 2010 y abril de 2011), el río Ceballos aguas abajo de la presa, estaba alimentado por filtraciones del embalse, aguas subterráneas y precipitaciones, ya que las compuertas se encontraban cerradas y el nivel del embalse no sobrepasaba el nivel del vertedero.

Dado que el programa considera los patógenos en forma genérica, se incluyeron como dato las bacterias coliformes totales (Cuadro II). Para el caso del nitrato, en aquellas muestras cuyas concentraciones fueron inferiores al límite de detección instrumental (0.5 mg/L), se utilizó este valor para el modelado con QUAL2Kw.

Descripciones más detalladas así como aplicaciones de este programa están disponibles en la bibliografía (Park y Lee 2002, Pelletier et al. 2006, Kannel et al. 2007, Camargo et al. 2010, Pasquini et al. 2012).

CUADRO II

Con el fin de establecer el estado de calidad del agua, los valores medidos de diferentes variables químicas y biológicas se compararon con los límites permitidos en normativas provinciales, nacionales e internacionales de acuerdo con el uso del recurso: Decreto 415/99 de la Norma Provincial para descarga de efluentes líquidos a cursos de aguas superficiales (DIPAS 1999), Real Decreto 927/1988 (BOE 1988), Decreto 831/93 para agua superficial destinada a la producción de agua potable (Boletín Oficial 1993) y la Directiva 76/160/CEE para uso con fines de recreación (CEE 1976)

Los parámetros físicos y químicos, así como la composición mayoritaria, es decir, la concentración de los iones mayoritarios disueltos (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Cl, SO₄ ^2- , HCO₃, CO₃ ^2-) (Meybeck 2005) se presentan en el cuadro I. Las concentraciones de STD se encuentran dentro del límite establecido para agua no salina (<1000 mg/L). En la cuenca del río Ceballos varían entre 130 y 473 mg/L, mientras que para la cuenca del río Salsipuedes están comprendidos entre 138 y 273 mg/L, con menores concentraciones en los afluentes y, como es de esperar, la concentración aumenta aguas abajo. Las aguas son de ligeramente alcalinas a alcalinas, con pH variable entre 7.6 y 8.6.

Las concentraciones de cationes mayoritarios decrecen en el orden Ca⁺² > Na⁺ > Mg²⁺> K⁺. Los dos primeros iones constituyen más del 80 % del total de cationes (en meq/L). Por otro lado el HCO₃ es el anión dominante, superando siempre el 80 % del total de aniones (en meq/L). De acuerdo con su abundancia, los aniones siguen el orden HCO₃ > SO₄ ^2- > Cl en la estación seca (octubre 2010), mientras que en la estación lluviosa (abril 2011) se observa HCO₃ > Cl > SO₄ ^2-.

La clasificación química del agua en relación con sus iones mayoritarios se presenta en la figura 3. La composición aniónica del agua de los dos ríos estudiados es predominantemente bicarbonatada. Sin embargo, se evidencia un aumento relativo de Cl y SO₄ ^2- en las muestras tomadas en las regiones más urbanizadas de la cuenca del río Ceballos (muestras AMAL-2-6; RCEB-2-7, RCEB-2-9), siendo dicho aumento evidente en la cuenca del río Salsipuedes en la estación lluviosa (muestra RSAL-2-6, cuadro I). En cuanto a las concentraciones relativas de los cationes mayoritarios, esto es, su composición catiónica, el agua de los ríos analizados tiene una composición cálcica (Fig. 3). En la cuenca del río Ceballos se observa una menor dispersión que en la composición aniónica, excepto para las muestras RCEB-1-9 y RCEB-2-9 (tomadas en la ciudad de Saldán, Fig. 1), que presentan mayores concentraciones de Na⁺ + K⁺, siendo las únicas muestras con una composición catiónica mixta. La figura 3 también incluye, a modo comparativo, el campo composicional (área sombreada) de aguas de la sierra de Córdoba que drenan cuencas graníticas monolitológicas (Lecomte et al. 2011), donde se observa una composición de sódico-potásica a mixta.

Figura 3

La composición química del agua estudiada tiene como fuente natural la meteorización química de los aluminosilicatos de las rocas del basamento y la disolución del CaCO₃ presente en mármoles y sedimentos loéssicos. La meteorización como mecanismo de control sobre la química del agua queda reflejada en el diagrama de búmeran de Gibbs (1970) mostrado en la figura 4. En cuanto a las muestras de los ríos Ceballos y Salsipuedes, quedan representadas en el miembro final cuya señal química deriva predominantemente de la meteorización de minerales silicatados. A modo de comparación se incluyen en esta figura muestras de agua de vertientes de la Sierra Grande de Córdoba (Pasquini et al. 2002), las que presentan menores contenidos de STD y donde la influencia de las precipitaciones sobre la química del agua es más importante que el aporte de la meteorización de las rocas. La alteración de silicatos y la disolución de carbonatos como mecanismos naturales de producción de solutos se evidencian también en la figura 4b, que muestra la relación entre alcalinidad y Ca⁺² disuelto en las aguas analizadas. Las muestras de los ríos Ceballos y Salsipuedes presentan una correlación significativa entre ambos parámetros (r² = 0.92 y 0.85 respectivamente). En dicha figura se incluyen además las rectas teóricas que representan las relaciones molares de la disolución de la calcita (y = 0.5x) y la alteración química de la oligoclasa (y = 0.1667x), lo que indica que ambos procesos aportan alcalinidad y Ca⁺² disuelto. La composición del agua de otros ríos de las sierras de Córdoba que discurren en cuencas graníticas monolitológicas (Fig. 4b) presentan concentraciones menores de estos iones.

Fig. 4

Hay estudios que muestran que la concentración de iones en el agua de los ríos puede incrementarse significativamente por la contaminación antrópica (Meybeck 2005). Las sustancias incorporadas en el agua residual doméstica proceden de restos de alimentos, heces humanas y de animales, limpieza casera, limpieza vial, etc. (Chang 2005, Neal et al. 2008). Las heces humanas contienen, por ejemplo, entre 5.0 y 7.0 % de nitrógeno, 3.0 y 5.4 % de fósforo (P₂O₅) y 1.0 y 2.5 % de K (K₂O), en base seca (Gotaas 1956). Los contaminantes pueden ser productos orgánicos, inorgánicos y microorganismos. La contaminación de tipo bacteriológico es debida fundamentalmente a los desechos humanos y animales, ya que los agentes patógenos -bacterias y virus- se encuentran en las heces, orina y sangre, y son el origen de muchas enfermedades y epidemias (como la fiebre tifoidea, la disentería, el cólera, la polio y la hepatitis).

Por otra parte, el agua de lluvia discurre en su totalidad sobre la superficie urbana, arrastrando los residuos orgánicos e inorgánicos depositados en calles, veredas, basureros, etc. Chen et al. (2002) han reportado un incremento de Cl y SO₄ ^2- en el río Changjiang como consecuencia de descargas domésticas. Li et al. (2009) señalan también un significativo incremento de origen antrópico de iones como SO₄ ^2-, Cl, K⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺ en la cuenca del río Han (China). En el caso de la provincia de Córdoba, Argentina, pueden mencionarse los estudios de Pesce y Wunderling (2000) y de Pasquini et al. (2012), quienes reconocieron el deterioro de la calidad del agua del río Suquía como consecuencia de la influencia antrópica de la ciudad de Córdoba. En las cuencas aquí estudiadas el aumento de concentración de Cl aguas abajo, particularmente en la cuenca del río Ceballos después de la estación estival (muestras de abril 2011, cuadro I), respondería al incremento del volumen de aguas residuales domésticas en épocas donde la población aumenta temporalmente como consecuencia de la actividad turística. A modo de ejemplo, la figura 5 presenta la relación de Cl y Na⁺ en estas aguas. Las muestras tienen concentraciones superiores a aquellas correspondientes a la recta y = x, se observa además que aquellas extraídas en la estación seca (octubre de 2010) presentan una diferente correlación entre sí que las correspondientes a la estación lluviosa (abril 2011). En el primer caso muestran una concentración de Na⁺ tres veces superior a la del Cl (la pendiente de la curva de regresión es 3.15). Dado que no existen en las cuencas estudiadas rocas evaporíticas, las posibles fuentes de cloruros en el agua son las precipitaciones y las actividades antrópicas. El sodio, por su parte, es aportado por la meteorización de los minerales silicatados de las rocas de la cuenca. La alteración química de las plagioclasas introduce Na⁺ y Ca²⁺en el agua. La siguiente reacción química representa la hidrólisis de una plagioclasa por meteorización química, dando Na y Ca en solución: Na₂CaAl₄Si₈O_24(s) +4H⁺ _(ac) + -2H₂O ₍₁₎ →2 Al₂Si₂O₅(OH)_4(s) + 4SiO_2(ac) + Ca²⁺ _(ac). De esta manera, es lógico esperar una relación de Na⁺/Cl en el agua > 1 en la estación seca como lo muestra la figura 5. En la estación lluviosa se evidencia un significativo aumento relativo de Cl (la pendiente de la recta de regresión es 1.01), atribuible a causas antrópicas.

Fig. 5

El cuadro II muestra la concentración de nutrientes y parámetros relacionados en el agua estudiada. A partir de las concentraciones determinadas se desprende que el NO₃, FT, CT y CF demuestran también la influencia antrópica sobre el medio natural. Para el caso del NO₃, en la zona prístina de ambas cuencas las concentraciones fueron inferiores al límite de detección instrumental (0.5 mg/L, Cuadro II), mientras que su concentración aumentó notablemente aguas abajo después de atravesar las áreas urbanas, hasta alcanzar valores superiores a los 50 mg/L en la cuenca del río Ceballos y 15 mg/L en la cuenca del río Salsipuedes. Las CT prueban especialmente el efecto de las regiones urbanizadas, con valores de 2400 NMP/100 mL en las zonas más prístinas hasta 90 000 NMP/100 mL en la ciudad de Río Ceballos (Cuadro II). El comportamiento espacial de estas variables y la influencia antrópica sobre sus concentraciones se modeló con el programa QUAL2Kw y los resultados obtenidos se presentan a continuación.

En la figura 6 se presentan, a modo de ejemplo, las modelaciones obtenidas en la cuenca del río Ceballos para las variables CE, NO₃ (expresado como N-NO₃ y patógenos, que son aquellas que presentaron una marcada diferencia entre las concentraciones medidas y las modeladas por el programa.

Fig. 6

En las figuras 6a, 6c y 6e se muestran las curvas de modelación para la CE, N-NO₃ y patógenos respectivamente, incluyendo las fuentes puntuales relevadas (Fig. 2) (situación actual del sistema). Diferentes escenarios fueron simulados para ajustar la curva modelada por el programa a los datos reales. Las figuras 6b, 6d y 6f muestran, para las mismas variables, el mejor ajuste obtenido. Para el caso de la CE se simularon descargas difusas que superaron entre el 26 % y el 58 % los valores modelados inicialmente y un incremento del 67 % para la descarga del arroyo Mal Paso (fuente puntual AMAL-1-6) (Fig. 6b), situado en la zona urbana de la ciudad de Río Ceballos. De manera similar, las concentraciones de N-NO₃ inicialmente modeladas (Fig. 6c) se ajustaron simulando fuentes difusas con una carga de este parámetro comprendida entre 68 % y 84 % y de un 67 % para el arroyo Mal Paso (AMAL-1-6) (Fig. 6d). Los organismos patógenos presentaron un comportamiento similar a las otras variables analizadas. Las concentraciones medidas en las zonas urbanas del río Ceballos se alejan de los valores inicialmente modelados (Fig. 6e). Las fuentes difusas simuladas en este caso, ajustaron el modelo considerando un incremento del 100 % en esta variable (Fig. 6f).

La figura 7 muestra el modelado realizado en la cuenca del río Salsipuedes para los mismos parámetros. En este caso el mejor ajuste entre los datos medidos y modelados, se reflejó en el área prístina (Figs. 7a, 7c y 7e, muestras A1SAL-1-1, RSAL-1-3, RSAL-1-4). El desajuste se registra en la zona más urbanizada (muestras RSAL-1-5 y RSAL-1-6) (Figs. 7a, 7c y 7e). Los valores de CE para las cargas difusas se incrementaron entre un 25 y 45 % respecto a lo modelado inicialmente (Fig. 7b). Para el caso del N-NO₃ las cargas difusas simuladas alcanzaron un incremento máximo del 97 % (Fig. 7d), mientras que para los patógenos el incremento fue del 90 %. En el tramo analizado sólo existe una fuente puntual con caudal permanente ubicada a 0.27 km de la cabecera del sistema, cuya descarga no debió modificarse para ajustar los parámetros analizados. El orden de magnitud de las descargas simuladas para ambos sistemas hídricos resultó similar, a pesar de que la población urbana es mayor en la cuenca del río Ceballos. Para evaluar el grado de afectación de las descargas en los ríos sobre la calidad del agua, se recurrió a la legislación vigente relacionada con diferentes usos del recurso. Las figuras 6 y ⁷ incluyen los valores límites admisibles establecidos en las legislaciones analizadas. Los valores de CE en las cuencas de los ríos Ceballos y Salsipuedes, no exceden el valor guía establecido para la calidad de agua superficial como fuente para la producción de agua potable (Figs. 6a y ^7a respectivamente). En el caso del N-NO₃, las concentraciones medidas en la cuenca del río Ceballos, a partir de la muestra RCEB-1-7, se ubicaron en el límite admisible para su uso como fuente para la producción de agua potable (Fig. 6c). En la cuenca del río Salsipuedes los valores medidos de este parámetro no exceden los límites admisibles (Fig. 7c). Los patógenos excedieron los límites admisibles en las normas para descarga de efluentes líquidos a cursos de agua superficial (5000 NMP/100 mL, Fig. 6e) en toda la cuenca del río Ceballos, con excepción de los arroyos de la cabecera donde los contenidos de patógenos son inferiores a lo legislado. En el río Salsipuedes esta variable excedió los valores admitidos sólo en la cabecera, lo cual puede atribuirse a una descarga eventual en dicha zona. En cuanto a la legislación referida para uso recreacional, los patógenos superaron ampliamente los límites admisibles en toda la cuenca del río Ceballos (Fig. 6e), mientras en la cuenca del río Salsipuedes son ligeramente inferiores a los límites establecidos (Fig. 7e).

Fig. 7

Los diversos escenarios simulados y la comparación de los parámetros medidos con los límites establecidos en la legislación vigente analizada, permitió establecer que el río Ceballos se encuentra más comprometido en relación a su uso que el río Salsipuedes, debido a las descargas de origen antrópico. Esta situación resulta al considerar que el incremento en las concentraciones de parámetros en las descargas difusas del río Salsipuedes debieron ser efectuados en los 2 km finales de su recorrido antes de su infiltración (Fig. 7a, c y e). Mientras que en el río Ceballos el ejercicio de modelación, requirió la simulación de fuentes difusas a lo largo de 20 km de su recorrido, en coincidencia con las zonas más urbanizadas (Figs. 6a, c y e).